Текст книги "Огонь! Об оружии и боеприпасах"

Автор книги: Александр Прищепенко

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 12 страниц)

Вернемся к аналогии с карандашами и сделаем промежутки между ними совсем незаметными. Тогда, стоит чуть-чуть тронуть их ряд – и фронт «процесса» окажется очень далеко, а «движение вещества» будет несущественным. Если сжимаемость мала, а ионизация все же происходит, то магнитное поле сразу оказывается в проводящем веществе, которое «не успеет» сколь-нибудь заметно вытеснить поле в область сжатия – произойдет «вмораживание». Предельный случай вмораживания – ионизация вещества мощным излучением, когда среда может вообще не двигаться. Не сможет двигаться и поле, оказавшееся в такой среде после ионизации. Представим эту ситуацию, расположив между карандашами обрезки веревки – они будут моделировать силовые линии поля. Сдвинувшись, карандаши зажмут веревки между собой и двигаться дальше им можно будет только вместе. Потери на вмораживание специфичны именно для ударного сжатия, они «откусывают» поле по краям области сжатия, «уводят» из нее магнитный поток, в то время как лайнер «толкает перед собой» поле, сохраняя поток (за исключением того, что диффундирует внутрь него).

Подытожим причины, по которым применение ударной волны целесообразно для очень быстрого и очень «глубокого» сжатия магнитного поля.

1) По обе стороны ударного фронта разница плотностей мала: даже мощные волны с давлением в миллион атмосфер увеличивают плотность твердых тел лишь вдвое, а дальнейшее повышение давления сопровождается не сжатием, а ростом температуры. Малая разность плотностей означает, что при ударно-волновом сжатии не развиваются нестабильности.

2) Если нагрев при ударном сжатии значителен, возможны ионизация и скачок проводимости: перед фронтом вещество является изолятором, в котором магнитное поле распространяется со световой скоростью, а за фронтом – проводником, в котором скорость распространения поля на много порядков ниже. Такой волной, образующей замкнутое кольцо, сходящееся к центру, может сжиматься магнитное поле – как лайнером, но без нестабильностей.

3) Как вмораживание, так и диффузия приводят к потерям магнитного поля: оно «захватывается» проводящим веществом и уже далеко не полностью концентрируется в области сжатия. Становится возможным «сбрасывать» излишнее поле за фронт ударной волны, препятствуя тем самым чересчур быстрому усилению магнитного давления. Подбирая характеристики вещества (степень сжатия и проводимость в ударно-сжатом состоянии) можно регулировать «сброс» поля, согласуя тем самым закон возрастания давления поля в области сжатия с гидродинамическим давлением в ударной волне, устраняя препятствие для сжатия до сколь угодно малого радиуса. Будем, однако, помнить, что работа против сил магнитного поля (а значит, и повышение энергии поля) совершается только за счет кинетической энергии вещества. Поэтому, выбор вещества, в котором будет сжиматься поле, должен представлять компромисс: если ударное сжатие будет слишком мало (очень малы промежутки между карандашами), то все магнитное поле будет вморожено, существенного движения массы вещества не будет, а значит, не будет и заметного усиления поля в области сжатия. Если же сжатие будет слишком велико, случится то, что случается в ИВМГ: магнитное давление остановит компрессию поля, потому что быстро станет «сильнее» гидродинамического давления.

.. Непрост в экспериментальной физике переход от научной болтовни к практическим решениям. Вы знаете, что «стрелять» до бесконечности вам не позволят: и время и финансирование ограничены всегда. Не верьте лжи, что перед опытом все было рассчитано: для устройства созданного впервые слишком многие параметры, необходимые для расчетов, сомнительны. Поэтому, после арифметических вычислений (в крайнем случае – после решения простейшего дифференциального уравнения) от вас требуется твердо произнести что-либо вроде: «Рабочее тело в источнике излучения будем делать из монокристалла иодида цезия!». Основания для такого решения были следующими:

1) Если конечный размер области сжатия – около десятка микрон, то фронт ударной волны должен быть очень гладким: с неровностями, размеры которых меньше размеров этой области. Вспомнилась статья об оптических исследованиях ударных волн в монокристаллах: С. Кормер утверждал, что фронт там «гладок, как зеркало», размер неровностей не превышает микрона. В любом случае, монокристалл – наиболее упорядоченная структура вещества – «последняя линия обороны»: если не выйдет в монокристалле, то не выйдет нигде!

2) Этот монокристалл должен включать атомы с самым низким потенциалом ионизации, чтобы скачок проводимости в ударной волне был существенным. Значит – цезий.

3) Этот монокристалл должен существовать в осязаемых размерах, не стоить бешеных денег не быть ядовитым, и желательно, чтобы хотя бы некоторые его свойства были исследованы ранее.

Изготовить новые устройства (цилиндрические ударно-волновые излучатели, ЦУВИ, рис. 4.25) не заняло много времени: цилиндрик монокристалла иодида цезия 1 в них был окружен кольцевым зарядом 2, детонация в котором инициировалась стаканом 3 из эластичного ВВ, через который проходили провода, соединявшие с источником питания пару медных витков 4, а в донной части – располагался детонатор.

^{Рис. 4.25. Внешний вид сборки Е-7 – цилиндрического ударно-волнового излучателя (ЦУВИ) и ее схема}

2 марта 1983 года атмосфера на испытательной площадке была благодушная: два совместных подрыва – ВМГ и облака горючего – продемонстрировали ожидавшийся результат прибывшим на показ начальникам. Приступили к «факультативу» – испытаниям моих сборок. Все с интересом наблюдали, как собирается высоковольтная схема: магнитное поле в ЦУВИ создавалось током от разряда небольшой батареи конденсаторов. Первая сборка по каким-то причинам сработала неважно, но готовить взрывной опыт и не предусмотреть необходимость его повторения – непростительная глупость! При взрыве второй сборки лучи осциллографов рванулись вверх, «выскочив» за пределы экранов. Офицеры сообщили, что вышли из строя смесительные диоды в антеннах, стоявших в пяти метрах от взрыва. Мощность излучения по крайней мере в сто раз превысила ту, которую регистрировали в опытах с объемной детонацией! Этот опыт поставил других участников испытаний в затруднительное положение: их начальники увидели устройство размерами в десятки раз меньшее, чем объемно-детонирующие макеты, но излучавшее РЧЭМИ на два порядка большей мощности. Когда шок миновал, начались маневры, которым не приходилось слишком удивляться: от автора стали требовать описания ЦУВИ, убеждая, что оно «необходимо для отчета». Рисковать уступить такую находку, как ЦУВИ, было неразумно: не так уж часто они выпадают в жизни исследователя. Уклончивость попытались преодолеть шантажом: заявили, что диоды из строя не выходили, сигналы на осциллографах были наводками от токов запитки, РЧЭМИ вообще не было, потому как «электрончиков, электрончиков в твоем устройстве не видать», а, если не будет отчета, то и в дальнейших испытаниях офицеры участвовать не намерены. Саркастически «согласившись» с противоречивыми доводами, пришлось заметить, что, раз все это было наводками, то, действительно, нет смысла тратить время на опыты, а тем более – на написание отчета.

Разговоры о наводках продолжались много лет и «достали» настолько, что пришлось изготовить специальную демонстрационную сборку (рис. 4.26): начальное поле в ней создавалось системой постоянных магнитов, а не большими токами. Понятно, что генерируемое такой сборкой РЧЭМИ не было рекордным по мощности, но – достаточно мощным, чтобы его можно было зарегистрировать. Сладкоголосые певцы «наводок» чуть приутихли, но не заткнулись, как им настоятельно советовали, а стали списывать регистрируемые сигналы на счет электромагнитного излучения, возникающего при взрыве ВВ (хотя мощность такого излучения, по свидетельству первооткрывателей этого явления, на много порядков ниже, чем регистрировавшееся).

^{Рис. 4.26. Сборка ЕХ-10. Начальное поле в рабочем теле создается системой постоянных магнитов. 1 – детонатор; 2 – детонационная разводка из эластичной взрывчатки; 3 – постоянные магниты; 4 – рабочее тело; 5 – кольцо из взрывчатки}

Попытки шантажа были, понятно, основной движущей силой такого рода маневров, но встречались и проблемы, с которыми специалистам в области боеприпасов ранее сталкиваться не приходилось…

…17 июня 1986 года, с аппарели[43]43
  Опускаемая сходня


[Закрыть] десантного корабля, группа испытателей сошла на остров Коневец в Ладожском озере. Нас ожидала подготовленная к испытаниям крылатая противокорабельная ракета П-15[44]44
  К 70-м годам XX века советский флот, главкомом которою был С. Горшков, стал действительно океанским, но все же и количественно и качественно он уступал ВМС США. Ставка советского ВМФ в предполагаемом столкновении с хорошо оснащенным и численно превосходящим противником делалась на применение противокорабельных ракет. СССР был впереди западных стран в создании этого оружия.
  21 октября 1967 года две П-15, из числа поставленных в Египет, потопили израильский эсминец «Эйлат» (бывший английский, постройки 1944 г.). Еще через пять лет они же были запущены с индийских кораблей по береговым объектам Пакистана. Такое применение было «самодеятельностью» индийских моряков, но оно было успешным: модифицированные П-15 с инфракрасными головками самонаведения «Снегирь» «захватили» нагревшиеся на южном солнце резервуары нефтехранилища, которое после попаданий горело несколько дней.
  П-15 несет на борту и горючее и окислитель для своего жидкостного ракетного двигателя, поэтому максимальная дальность стрельбы ее (42 км) уступает ракетам с турбореактивными двигателями, которые несут на борту только горючее, а в качестве окислителя используют воздух


[Закрыть] (рис. 4.27).

^{Рис. 4.27. Подготовка к испытаниям противокорабельной ракеты П-15}

П-15 разрабатывалась в конце 50-х и в системе ее наведения преобладали схемы на лампах. Имелись, правда, четыре полупроводниковых диода: два – в смесителе и два – в канале автоподстройки частоты. Будучи мишенью для излучателей РЧЭМИ, П-15 и сама нуждалась в цели, которую соорудили, подняв над шлюпкой «железный парус» (рис. 4.28). На дистанции 120 метров отраженный сигнал был очень мощным («больше, чем от крейсера при стрельбе в упор» – говорил офицер, обслуживавший ракету).

^{Рис. 4.28. «Железный парус» этой шлюпки захватывала головка самонаведения ракеты}

…Радиолокационная головка самонаведения жадно захватывала «железный парус». После подрыва сборки в полусотне метрах от ракеты, стрелка прибора «ток смесителя» заметно дернулась, но на осциллографе контрольного стенда осталась «картинка», соответствующая удержанию цели головкой самонаведения. Это было невероятно: надо только представить, насколько мощным должно быть ударное возбуждение от наносекундного импульса РЧЭМИ, чтобы стрелочный прибор среагировал на него двукратным отклонением от номинального уровня! И, тем не менее – ракета цель не потеряла! Пара следующих дней принесла аналогичные результаты: хотя сборки подрывали все ближе к ракете, потери цели головкой ее самонаведения не фиксировались.

Пошли дожди, опыты прервали и стали обследовать «пятнадцатую». Выяснилось, что все ее диоды имеют одинаковые сопротивления, как для «прямого», так и для «обратного» тока. После долгих препирательств, их стали поочередно заменять резисторами с сопротивлениями в сотни Ом. Можно было заменить на резисторы все диоды в канале автоподстройки частоты и один в смесителе (три из четырех имевшихся во всей схеме) и все равно захват «железного паруса» не срывался: на дистанции в сотню метров мощность отраженного от него сигнала превышала все разумные пределы!

…Следующий солнечный день был ветреным, Ладога покрылась пенными «барашками». В ракете заменили все диоды на новые, сборку расположили в 20 метрах под углом примерно 30 градусов к оси головки самонаведения и стали ждать. Наконец, кто-то заорал: «Баржа!» Начали лихорадочно заряжать батарею, приводить в рабочее состояние ракету. Ракета «увидела» шедшую на дистанции около трех морских миль баржу и сборку подорвали. «Захват» был немедленно потерян. Тот же результат получили и когда ракета «смотрела вслед» уже уходящей барже, а сборку (последнюю из имевшихся) подорвали в 30 метрах под углом в 45 градусов к линии визирования головки.

Два фактора: отраженный от цели сигнал реальной, а не аномальной амплитуды и наличие помех от «барашков» на водной поверхности (весьма незначительных по морским меркам) привели к тому, что и должно было произойти. Эта серия показала, как сложны процессы, вызываемые РЧЭМИ в электронике и как противоречивы могут быть оценки таких эффектов. Впоследствии не раз приходилось отклонять предложения дилетантов провести «оценочные» испытания с использованием в качестве мишеней электронных часов или туристических приемников, потому что это было бесполезной тратой сил и средств: боеприпасы не предназначены для выведения из строя часов. Если часы все же вышли из строя, то это не значит, что выйдет из строя военная электроника; если же часы продолжают после опыта идти, то военная электроника как раз может и «сгореть».

Понятно, что демонстрация эффекта – только начало пути. А явление оказалось очень «капризным», особенно в том, что касалось энергии магнитного поля в монокристалле перед началом его ударного сжатия. Выход РЧЭМИ нарастал с увеличением этой энергии, причем особенно резко – при приближении к некоему значению, по-видимому, соответствующему максимуму, а при переходе этого значения от РЧЭМИ не оставалось и следа. Это было причиной многих неудач, в частности – при испытаниях, на которых мишенью служила ракета ЗМ80 (рис. 2.44).

Сжатие магнитного поля в монокристалле исследовалось и теоретически, но задача оказалась весьма сложной и результаты были получены только спустя полдесятка лет, когда оптимум магнитного поля был уже «нащупан» эмпирически: он соответствовал энергии запитывающего излучатель токового импульса около килоджоуля. Запитываемый токовым импульсом оптимальной амплитуды, ЦУВИ выводил из строя большие радиолокаторы, работавшие в сантиметровом и метровом диапазонах длин волн, на радиусах до 50 м от точки подрыва, но сборка вместе с конденсаторной батареей выглядела так (рис. 4.29), что никаких ассоциаций с компактным устройством, которое можно разместить в боеприпасе, не вызывала.

^{Рис. 4.29. Ударно-волновой излучатель (в верхней части снимка, на обломке бетона) подключен к высоковольтной конденсаторной батарее, ток разряда которой создает в рабочем теле из монокристалла необходимое для эмиссии РЧЭМИ магнитное поле}

…Совершенствовали ЦУВИ по нескольким направлениям. Во-первых, ударную волну в монокристалле стали формировать не контактной детонацией, а ударом сходящегося лайнера (рис. 4.30), образованного катушкой, свитой из алюминиевых проволочек. Это обеспечивало повышение давления в ударной волне, а заодно – позволяло примерно вдвое повысить энергию магнитного поля при его сжатии лайнером. Во-вторых, катушка излучателя запитывалась не от конденсаторной батареи, а от значительно более компактного СВМГ. Но СВМГ – усилитель и он тоже нуждался в начальной энергии, а ее необходимо было получить «из ничего» – боеприпас невозможно соединить в полете с источником высокого напряжения с питанием от сети 220 вольт.

^{Рис. 4.30. Схема цилиндрического ударно-волнового излучателя, в котором окружающая рабочее тело из монокристалла катушка выполняет три функции:}

^{– создает начальное магнитное поле;}

^{– увеличивает индукцию созданного поля при сжатии взрывом;}

^{– формирует в рабочем теле ударную волну при ударе по его поверхности}

…Ферромагнитный генератор (ФМГ, рис. 4.31), в котором импульс тока формировался при ударной демагнетизации пластин из электротехнического железа был создан в Арзамасе-16. Расширяющаяся труба, прежде чем начать движение по виткам обмотки ВМГ, ударяет по набору железных пластин, в котором системой постоянных магнитов и магнитопроводов, создано поле с индукцией около 2 Тл. Удар трубы формирует в железе волну, которая разрушает его доменную структуру, превращая из ферромагнетика в парамагнетик[45]45
  Парамагнетики – класс веществ, у которых реакция на внешнее магнитное поле обусловлена движением электронов на атомных орбитах. Оси моментов электронных токов вращаются (прецессируют) при приложении поля, а, кроме того, упорядочиванию их ориентации мешает тепловое движение атомов. По этим причинам существенное намагничивание не происходит.
  В ферромагнетиках во взаимодействии с внешнем полем основную роль играют собственные, не зависящие от орбитального движения, магнитные моменты электронов (спины). К тому же, атомы связаны в кристаллической решетке. Магнитные свойства ферромагнетиков весьма заметны: остаточная намагниченность не исчезает и при снятии внешнего поля


[Закрыть], освобождая заключенное в доменах поле. Поле вытесняется в обмотку, где наводит ЭДС. Сборка такого генератора очень сложна, каждую пластину набора надо изолировать (чтобы поле «выходило» по изоляции в обмотку, а не растрачивало свою энергию на нагрев металла вихревыми токами), и, кроме того, образовать из сложенных пластин конус (чтобы труба одновременно ударила по всем ним), для чего используются клинья из бронзы. ФМГ работал не очень стабильно, но с одного кубического сантиметра набора пластин удалось получить до 0,5 Дж энергии токового импульса!

^{Рис. 4.31. Схема ферромагнитного генератора начального импульса тока:}

^{1 – детонатор; 2 – взрывчатое вещество; 3 – корпус; 4 – магнитопроводы; 5 – постоянные магниты; 6 – обмотка; 7 – изолированные пластины ферромагнитного набора; 8 – бронзовые клинья}

В результате усовершенствования системы запитки, внешность ЦУВИ изменилась разительно: теперь это было компактное, вполне подходящее для применения в боеприпасах устройство (рис. 4.32)! Однако «военную карьеру» ЦУВИ сгубили причины технологические. Даже незначительное отклонение от номинальных значений генерируемого ФМГ тока или коэффициента усиления ВМГ вело к весьма существенным неблагоприятным изменениям в режиме излучения ЦУВИ. Разброс же характеристик энергообеспечения был явно неудовлетворительным: для ФМГ – до 30 % по току, а для СВМГ (даже для варианта, изготовленного в Арзамасе-16, где культура производства неизмеримо выше, чем на всех серийных заводах) – около 10 % по коэффициенту усиления, причем проконтролировать все эти отклонения заранее, до подрыва, было невозможно. Как уже упоминалось, оптимум генерации РЧЭМИ при ударном сжатии – весьма «острый», и, чтобы обеспечить «попадание» в него, ФМГ и СВМГ нуждались в кропотливой «доводке», сопряженной с огромным расходом времени и средств, а размышления о стоимости их в серийном производстве были подобны ночным кошмарам.

^{Рис. 4.32. Сборка Е-29 – полностью автономный прототип электромагнитного заряда, включающий ферромагнитный генератор для получения начального импульса тока, усилитель тока (ВМГ) и цилиндрический ударно-волновой излучатель. Рядом видны элементы магнитопровода ФМГ}

Очень не хотелось терять результаты напряженного труда: были предложены устройства, где система энергообеспечения была полностью заимствовании от ЦУВИ, но вместо монокристалла на оси катушки располагался излучатель другого типа (о таких попытках – немного позже). К счастью, к этому времени процесс магнитной кумуляции в монокристалле был изучен теоретически, причем не только для цилиндрической геометрии сжатия, но и для более эффективного, сферического варианта. Из расчетов следовало не только то, что эмиссия РЧЭМИ весьма чувствительна к начальным параметрам сжатия, была выявлена и другая зависимость: чем мощнее ударная волна, тем меньшая начальная индукция магнитного поля соответствует оптимальному режиму излучения. Значит, если максимально форсировать возрастание давления в ударной волне, то для существенного излучения могли оказаться достаточными и значения начальной индукции, создаваемые системой постоянных магнитов, что предельно упростило бы устройство. Быстрее всего давление и другие параметры возрастают в сферически-симметричной ударной волне. Оценки показали, что диаметр заряда должен быть менее дециметра, а значит, требовался сферический детонационный распределитель соответствующего размера – такой надо было создавать заново, потому что все распределители для ядерных зарядов были больше.

9 сентября 1993 г. была впервые испытана сборка Е-35 (рис. 4.33) – ударно-волновой излучатель, сферический – УВИС.

^{Рис. 4.33. Ударно-волновой излучатель, сферический (УВИС)}

В УВИС заряд взрывчатого вещества с рабочим телом 1 размещается внутри детонационного распределителя 2 – шарового слоя из поликарбоната – уменьшенной копии важной детали ядерного заряда. Плотность точек инициирования на заряде УВИС больше, чем на поверхности ядерного заряда, поскольку диаметр излучателя намного меньше, чем плутониевой сборки. Поэтому разводку в УВИС иногда делают «двухэтажной» – верхний «этаж», с меньшим числом точек инициирования, размещается над основной разводкой и возбуждает детонацию в узловых точках последней, а та – в заряде. Внутри заряда – шарового слоя мощного взрывчатого состава на основе октогена – устанавливается шар, выточенный из монокристалла.

Вокруг шара собирается магнитная система. В ее основе – два постоянных магнита, от которых к монокристаллу идут два усеченных конуса 3 из магнитно-мягкой стали, «собирающие» поле постоянных магнитов в область, занятую рабочим телом. Сохранению потока, создаваемого магнитами, служат и магнитопроводы 4. Кристалл устанавливается в центре системы так, чтобы его главная ось совпадала с направлением магнитного поля, иначе различия в свойствах вдоль других осей могут нарушить симметрию сжатия.

Но вот устройство собрано. Сработал детонатор. Со скоростью около 8 км/с огоньки детонации, многократно разветвляясь, разбегаются по каналам, одновременно ныряют в десятки отверстий и инициируют сферическую детонацию с давлением в полмиллиона атмосфер. Достигнув поверхности шара из иодида цезия, волна детонации формирует в нем ударную волну, причем, поскольку импеданс монокристалла больше, чем газов взрыва, давление на его поверхности увеличивается, превышая миллион атмосфер. Сферическая ударная волна мчится к центру со скоростью более 10 км/с, сжимая магнитное поле и оставляя за собой уже не монокристалл, а проводящую как металл жидкую мешанину из плазмы йода и цезия В конечной фазе отношение размера области сжатия к начальному значению радиуса монокристалла – менее одной тысячной. Сохранись при сжатии весь поток – и энергия магнитного поля могла бы возрасти при этом в триллион (миллион миллионов) раз! Но на самом деле, и при цилиндрической и при сферической магнитной кумуляции в монокристалле сжимается лишь мизерная часть поля, а остальное – «выбрасывается» за фронт ударной волны.

Если заряд собран правильно, то ударная волна, сойдясь в точку и отразившись, устремится обратно; скачком и очень существенно изменится магнитный момент области сжатия, что и приведет к генерации импульса РЧЭМИ. За доли наносекунды поле меняется, конечно же, не по закону синуса с периодом равным времени сжатия-разрежения, а более резко, а это значит, что в функции, описывающей его изменение, существенны вклады многих частот. Спектр излучения, приведенный на рис. 4.34 может вызвать и недоумение: для какой частоты выход РЧЭМИ максимален, и что это за единицы – «джоули на герц»? Джоули на герц – единицы спектральной плотности энергии, ими пользуются, когда описывают непрерывные спектры излучения (континуумы) в которых присутствует огромное число частот. Проинтегрируем график численно в пределах заинтересовавшего нас диапазона – получим привычные джоули, причем тем больше, чем в более высокочастотном диапазоне ведется интегрирование. Частоты же берутся вот откуда.

^{Рис. 4.34. Частотно-энергетическое распределение (спектр) излучения УВИС}

…Представим, что, находясь в уличной «пробке», мы плавно тронули свою машину и притормозили у стоящей впереди. В следующий раз, едва мы сняли ручник, в нас «въехали» сзади; доли секунды – и мы «целуем» стоящую впереди. Как пройденные расстояния, так и времена движения в обоих случаях близки, но ваш организм подсказывает, что в элементах движения имелись и отличия: в последнем случае он сначала «ускорился», как от сильного пинка, потом – парил, блаженствуя, и, наконец – «замедлился», как бы упав. Подсознательно сложное движение представлено, как сумма более простых. Это и есть задача гармонического анализа, основы которого заложил французский математик Симон Фурье: любая функция может быть представлена как сумма синусоид (гармоник). Вообще-то можно произвести разложение и в ряд других функций, не синусов, но для расчета эмиссии РЧЭМИ удобны именно они, потому что эта задача для тока синусоидальной формы, протекающего через кольцо, давно решена. Именно на гармониках больших частот («быстрых») и реализуется основной выход излучения.

…Огромное преимущество магнитов – их постоянное во времени поле не нуждается в синхронизации со взрывными процессами и может быть измерено еще до того момента, когда сборку разнесет на мелкие осколки. Средства измерения известны – преобразователи Холла[46]46
  Ток не только создает собственное магнитное поле, но и взаимодействует с полем внешним, следствием чего является генерация ЭДС. Если металлическую пластинку, вдоль которой протекает постоянный ток, поместить в перпендикулярное к ней магнитное поле, то на краях пластины возникнет разность потенциалов, называемая по имени первооткрывателя этого эффекта. Измерив ее и зная ток, вычисляют напряженность поля. Важно только, чтобы не «вмешивался» скин-эффект – тогда распределения тока и поля будут неравномерными, а результаты измерений – недостоверными. Конденсатор большой емкости нужен для того, чтобы запитывающие преобразователь токовые импульсы были достаточно длительными и скин-эффект не проявлялся


[Закрыть]. Однако для работы таких преобразователей необходимы высокостабильные источники питания, а этим последним требуется сеть напряжением 220 В, избавленная от «бросков» – сложная задача для условий высокогорного полигона, где лампочки «мигают» довольно заметно. Запитку датчика Холла сделали «импульсной» от разряда электролитического конденсатора большой (десятки микрофарад) емкости. Заряжается этот конденсатор хоть от даже не совсем «свежих» батареек. На лучи осциллографа выводятся два сигнала (рис. 4.35): один – питающего датчик напряжения, другой – с самого датчика. Для снятия показаний достаточно выбрать на луче питания регламентированное значение напряжения питания датчика и, переведя маркер на другой луч – прочитать значение ЭДС Холла в этот момент времени. Осциллографы всегда пользуются большими «привилегиями» и обеспечиваются электропитанием от стабилизаторов, а в коробочке, где смонтирован прибор, имеется кусочек постоянного магнита – эталон поля.

^{Рис. 4.35. Прибор для измерения индукции магнитного поля и осциллограммы сигналов: напряжения питания и ЭДС Холла}

…«Доведенные» УВИС продемонстрировали надежную и стабильную работу, но сложность сборки и наличие весьма дорогой в производстве сферической детонационной разводки повышали их стоимость до уровня, немыслимого для неядерных боеприпасов. Прототип электромагнитного боеприпаса – 105 мм реактивная граната с боевой частью на основе УВИС (рис. 4.36) – был создан и успешно испытан, но такой боеприпас не имел шансов стать массовым: его можно применять только в особо ответственных случаях, для поражения важных целей, а на поле боя нужно другое оружие – «числом поболее, ценою подешевле». Параллельно с ударно-волновыми излучателями, разрабатывались и генераторы частоты…

^{Рис. 4.36. Заряжание 105 мм реактивной фанаты (с макетом боевой части на основе УВИС) для выстрела и последующего «улавливания» ее в толстом слое утоптанного сена. Такая процедура необходима для того, чтобы при последующей разборке боевой части убедиться, что стрельбовая перегрузка (более 6000) не привела к поломке какой-либо важной детали заряда}

Как мы знаем, магнитный поток «выпустить» непросто – надо разорвать контур тока – например, взрывающегося ВМГ – да еще успеть изолировать разрыв. Но можно создать изолированный разрыв заранее (рис. 4.37), включив в контур высоковольтный конденсатор 1, соединив его с медной трубой 2 (снаряженной ВВ 3) и соосной трубе спиралью 4. Как и в СВМГ, взрыв расширяет трубу, образуя конус, который и ударяет по обмотке, вызывая протекание тока от заранее заряженного конденсатора. Далее точка контакта на основании конуса движется по виткам спирали, продавливая их изоляцию и закорачивая виток за витком, усиливая при этом ток, который осциллирует (рис. 4.38а), так как емкость контура существенна. Иногда обмотку такого генератора (он получил название взрывомагнитного генератора частоты, ВМГЧ) делают из нескольких проводов, подсоединяя каждый к отдельному конденсатору: из-за рассогласования токов в проводах, излучение рассеивается в этом случае более равномерно. Оценив период колебаний (для единиц микрогенри и нанофарад), получим сотни наносекунд, что не очень благоприятно (волны в сотни раз «длиннее» самого ВМГЧ). Но эти «несущие» волны – не основные в излучении: компрессия поля трубой, усиливая ток тем больше, чем выше его мгновенное значение, приводит к появлению «быстрых» гармоник. При каждой осцилляции тока меняется и состав этих гармоник, что естественно – ведь меняются и параметры контура. Так что излучает ВМГЧ не один импульс, а «цуг» – число импульсов РЧЭМИ в такой последовательности равно числу полуволн тока.

^{Рис. 4.37. Схема взрывомагнитного генератора частоты (ВМГЧ)}

Сделать модель ВМГЧ пригодной для численных расчетов можно, учитывая в ней, в виде эквивалентного «сопротивления», интегральные потери на излучение. Причины других потерь – такие же, как и в хорошо исследованных СВМГ (диффузия магнитного поля, сопротивление изоляции проводов) поэтому их можно определить из осциллограмм тока, который генерируется СВМГ с точно такой же, как и ВМГЧ обмоткой, но работающего на индуктивную нагрузку, и, следовательно, не излучающего (рис. 4.38,6). Из осциллограмм же, полученных при работе спирали на емкостную нагрузку, которые все стали называть «рыбами» (рис. 4.38,а), можно определить суммарное сопротивление потерь, как излучательных, так и обусловленных иными причинами. Остается только найти разность этих величин в каждый из моментов работы ВМГЧ. Нельзя назвав такой метод безупречным, но это было лучше, чем ничего.

Закон усиления тока в спирали, замыкаемой трубой, известен из трудов А. Сахарова. Бешеные «впрыскивания» тока ломают форму колебаний (рис. 4.38в), а луч осциллографа слишком медлителен, чтобы воспроизвести ее скачки. Достоверна лишь огибающая – линия, соединяющая токовые амплитуды. Она служит для их нормировки, когда ток представляют как сумму уже «чистых» синусоид (гармоник). Остальное понятно: для каждой гармоники тока известной частоты и амплитуды вычисляют мощность излучения через витки обмотки, в данный момент еще не закороченные ударом трубы. Доля гармоник с частотами от сотен до десятков тысяч мегагерц (много большими частоты «несущей» волны) к концу работы существенно возрастает (рис. 4.39), растут и потери на излучение, «подсаживая» ток (рис. 4.38а). Пиковая мощность излучения ВМГЧ меньше, чем у ЦУВИ, но время генерации (десятки микросекунд) на четыре порядка больше и энергия РЧЭМИ даже выше.

^{Рис. 4.38. Осциллограммы: а – производной тока во взрывомагнитном генераторе частоты («рыба» – на жаргоне разработчиков электромагнитных боеприпасов); б – производной тока в спирали с обмоточными данными, точно соответствующими взрывомагнитному генератору частоты, но с индуктивной нагрузкой вместо малоемкостной; в – полуволн производной тока, во взрывомагнитном генераторе частоты, снятая на значительно более быстрой развертке, чем осциллограмма «а»; на последней осциллограмме видно, что форма полуволн ломаная, несинусоидальная, а значит, в разложении существенна доля быстрых гармоник} 

^{Рис. 4.39. Частотно-мощностное распределение излучения ВМГЧ в различные моменты его работы (время в микросекундах, прошедшее с момента замыкания контура, указано для каждого спектра)}

Интересные результаты были получены при испытаниях, в которых мишенями для ВМГЧ служили мины, точнее, их неконтактные взрыватели, рассчитанные на срабатывание от магнитных полей проезжающей мимо бронетехники. Среди взрывателей были как современные, так и разработанные еще в начале 60-х годов, но проверенные в боях: вьетконговцы применяли их против американской армии. Мины очаровали всех: они полностью автономны (питание – от батареек) и легко проверялись постоянным магнитом, а значит, не требовали осциллографирования эффектов облучения и использования для этого кабелей, кои не переводившиеся брехунки по-прежнему трактовали как «антенны», наличие которых делало результаты «недостоверными».

Взрыватели размещали по всем азимутам в пределах до полусотни метров от точки подрыва ВМГЧ. После подрыва они в течение 20–30 минут не реагировали на близкие пассы сильного магнита. За это время через минное поле мог пройти танковый батальон. Правда, затем облученные взрыватели оживали и срабатывали от малейшего прикосновения и без магнита, а иногда – вообще без видимой причины. Даже на спор безнаказанно не удавалось, повернув ключ на корпусе взрывателя, обесточить его схему: разъяренное устройство реагировало на такие попытки хлопком контрольного детонатора. Через час-другой чувствительность мишеней вновь приближалась к штатной. В этих опытах был достоверно зафиксирован эффект, получивший название «временного ослепления» – мишень выводилась из строя не «навсегда», а на время, достаточное, чтобы сорвать ее боевую задачу. Впечатляли и оценки эффективности: при разминировании «огневым» методом прохода размером 20x100 метров, самоходное орудие «Нонна» должно было выпустить по минному полю либо 550 осколочно-фугасных снарядов, либо – 5 электромагнитных боеприпасов (ЭМБП). На первый взгляд, применение ЭМБП сулило огромную экономию времени и средств, но… только если не учитывать других важных обстоятельств, о которых речь впереди…