Александр Прищепенко - Огонь! Об оружии и боеприпасах

• Название: Огонь! Об оружии и боеприпасах
• Автор: Александр Прищепенко
• Издательство: Моркнига
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-903080-62-5

В книге, написанной специалистом в области боеприпасов читатель найдет экскурсы в газовую динамику, физику деления ядер и разделения изотопов, электронику больших токов и напряжений, магнитную кумуляцию, электродинамику, и даже — и историю боевого применения различного оружия.

Издание обильно иллюстрировано: чтобы убедиться в этом, достаточно раскрыть его на любой странице и полистать. Среди иллюстраций много оригинальных, которые были получены автором при проведении опытов (некоторые, наиболее безопасные из них, он рекомендует провести и читателю). Если дать себе труд прочитать несколько абзацев, то можно убедиться и в том, что книга написана живым языком. Она рассчитана на тех, кто интересуется физикой — как получивших высшее образование в этой области, так и тех, кто знает предмет в пределах школьного курса.

---

А вот ИВМГ созданные во ВНИИЭФ позволили достигнуть рекордных значений магнитной энергии и ее плотностей. Привыкшие достигать совершенства, специалисты этой организации добились того, что в кинетическую энергию лайнера передавалось до 30 % химической энергии ВВ (теоретически возможный уровень — 32 %). Но химическая энергия распределена по большому объему заряда ВВ, а кинетическая энергия лайнера в конце процесса кумулируется в конечной полости небольших размеров, что и позволило достигнуть рекордного значения плотности энергии магнитного поля (4х107 Дж/см3), на несколько порядков превышающего плотность химической энергии в бризантных ВВ.

Работа, совершаемая взрывом против пондерромоторных сил поля, приводит к «перекачке» энергии взрыва в энергию поля, пока процесс магнитной кумуляции не будет остановлен давлением поля: то есть — обратно пропорционально четвертой степени радиуса лайнера. Площадь сечения лайнера обратно пропорциональна квадрату радиуса, а значит, в той же пропорции возрастает индукция поля; для магнитного же давления эта зависимость еще сильнее — оно пропорционально квадрату индукции, и обратно пропорциональна четвертой степени радиуса лайнера! Закон возрастания давления гидродинамических сил куда слабее — оно всего лишь обратно пропорционально логарифму радиуса. Из этого следует, что магнитное поле, пусть даже очень слабое вначале, в отсутствие нестабильностей всегда станет «сильнее» взрыва и остановит движение лайнера к оси (и, кстати, чем слабее начальное поле, тем выше может быть магнитная энергия в точке остановки). В проведенных во ВНИИЭФ опытах давление магнитного поля индукцией в 1000 Тл достигало 400 ГПа (четырех миллионов атмосфер), что превышало прочностные пределы любых материалов.

ИВМГ наиболее эффективны там, где требуется получить рекордные значения магнитной энергии, но и основной недостаток их очевиден: они могут усиливать поле не более чем на порядок.

Взрывомагнитные генераторы всех типов создавались для применения в ядерном оружии, в частности — для энергообеспечения систем нейтронного инициирования. Но, понятно, предпринимались и попытки расширить область использования их уникальных возможностей. В одной из таких попыток довелось принять участие и автору..

…Профессор Соловьев с кафедры боеприпасов МГТУ (тогда этот вуз назывался МВТУ) попросил о помощи в реализации новой идеи. В то время правительство СССР было обеспокоено угрозой, исходящей от американских крылатых ракет, разворачиваемых в Западной Европе. Полет таких ракет проходил в режиме «копирования» рельефа местности, на небольшой высоте, так что обнаружить их было непросто. Но проблемы возникали и с уничтожением обнаруженной ракеты: она оснащена чувствительными датчиками и, если поражающие элементы пробивали корпус, формировался сигнал подрыва ядерного заряда, с которого при полете над территорией противника снимались все ступени предохранения. Мощный взрыв (энерговыделение — 200 килотонн в тротиловом эквиваленте) не оставлял шансов выжить тому пилоту или расчету, который попал бы в такую цель. Откуда-то возникла оценка (в ее правильности я испытывал сильные сомнения), согласно которой поражающий элемент должен иметь скорость пять, а лучше — семь километров в секунду: тогда он пробьет корпус ракеты и вызовет детонацию взрывчатого вещества ядерного заряда в одной точке. Взрыв произойдет, но он не будет ядерным, потому что сборка с плутонием не подвергнется обжатию со всех сторон (автоматика ядерного заряда просто не успеет сработать зато время, пока произойдут эти события). Вместо шара, сборка в этом случае превратится в нечто безобразное, в котором цепная реакция из-за потерь нейтронов не разовьется. Однако поражающий элемент должен быть именно компактным телом, а не тонкой кумулятивной струей, потому что вероятность того, что последняя инициирует детонацию, довольно мала.

Скорости метания компактных тел, превышавшие 5 км/с получают с помощью легкогазовых пушек и рельсотронов.

В легкогазовой пушке пороховые газы не воздействуют непосредственно на метаемое тело, а толкают перед собой слой более легкого газа (водорода или гелия), в котором скорость молекул выше, что дает возможность разогнать метаемое тело (правда, очень и очень легкое) до больших скоростей.

В рельсотроне проводящий поддон с метаемым телом размещается между двумя параллельными рельсами и через этот контур пропускается большой ток (рис. 4.11). Магнитное поле тока «выталкивает» пондерромоторной силой скользящий по рельсам и сохраняющий с ними контакт поддон со «снарядом».

Рис. 4.11. Схема рельсотрона

Первое устройство обеспечивает разгон до скоростей более 10 км/с тел весом в доли грамма, а рекорд второго, достигнутый 31 января 2008 года — скорость 2,5 км/с для снаряда массой чуть более трех килограммов.

В этих устройствах разгон метаемого тела происходит на дистанции, превышающей десяток метров, что, конечно, исключает их применение в боевых частях управляемого оружия (рис. 4.12, 4.13). Обычным же для боеприпасов метанием с помощью контактного взрыва требуемых скоростей не достичь: мешают газокинетические ограничения (тепловые скорости молекул в газах взрыва становятся сравнимыми со скоростями метаемых тел). Идея Соловьева заключалась в том, чтобы обойти газокинетический барьер, метнув поражающий элемент магнитным полем — оно, в отличие от молекул газов, распространяется со скоростью света.

Рис. 4.12. Схема на рис. 4.11 не дает представления об истинных размерах рельсотрона. В действительности, это — поистине циклопическое сооружение (огромные цилиндры, окружающие рельсы — накопители энергии). Изображенный на снимке рельсотрон — исследовательский и не имеет системы наведения, в противном случае его габариты еще более возросли бы. Неудивительно, что проекты размещения такого оружия прорабатываются для кораблей не самого малого водоизмещения (и пока не «вписываются» даже в такие корабли) Рис. 4.13. Ну, а художники «делают нам красиво»: проект эсминца DD-X для ВМС США, вооруженного «рельсотронной» артиллерией

Если внутрь сжимаемого лайнера (см. рис. 4.8) поместить хорошо проводящее тело, то оно также испытает действие огромных пондерромоторных сил магнитного поля и может приобрести значительную скорость. Для тех ИВМГ, которые можно было собрать в МВТУ, оценки давали массу метаемого тела (его стали называть «стрелочкой», хотя по форме оно напоминало капельку) чуть более грамма. Были идеи и как подавить нестабильности — до радиусов сжатия в несколько миллиметров, чего для метания было вполне достаточно.

Стрелочки изготовили из самого тугоплавкого металла — вольфрама. Это мало повлияло на результат: на блоке из алюминия, служившем мишенью, осталась лишь неглубокая вмятина от близкой детонации взрывчатого вещества, содержавшегося в ИВМГ. Напрашивалось предположение, что причиной испарения стрелочки был нагрев ее вихревыми токами, индуцируемыми в вольфраме сильным магнитным полем (проводимость его втрое ниже, чем у меди и глубина проникновения поля (скин-слоя) для микросекундного времени сжатия превышала сотню микрон). Тогда в приповерхностный слой вольфрама с помощью установки ионной имплантации внедрили частицы углерода, а поверх — еще и десятимикронный слой очень хорошо проводящего серебра. Это позволяло надеяться, что почти все магнитное поле (и ток) будет сосредоточено в слое серебра. Серебро, конечно, должно было испариться, а углерод — хоть как-то воспрепятствовать теплопередаче в вольфрам. Участники опытов с восхищением рассмотрели блестящие, высокотехнологичные стрелочки. Потом прогремел взрыв и в алюминиевом блоке было, наконец, обнаружено отверстие. В него радостно тыкали иголками, наивно пытаясь что-то нащупать, но рентгеновский снимок мишени (рис. 4.14) показал, что кратер «чист». Даже небольшой кусочек вольфрама должен контрастно выделяться на фоне алюминия, но ничего подобного на снимке не было, а был просто полый канал, да еще чуть искривленный, что указывало на потерю устойчивости образовавшего его тела. Стрелочка летела, расходуя себя, испарения не удалось избежать, его просто замедлили. Провели еще один опыт, стрелочкой выстрелили в блок оргстекла, снимая процесс скоростной камерой. На проявленной пленке было видно, как нечто летит, оставляя за собой конус из помутневшего от ударной волны оргстекла, а потом все поле съемки закрывали трещины. И эти снимки сохранились, но разобраться в них, не являясь специалистом, непросто; они позволили определить скорость того, что поначалу оставалось от стрелочки — 4,5 км/с и дистанцию, на которой от нее не оставалось ничего — несколько сантиметров. Газокинетический барьер вроде и удалось обойти, но за ним стоял другой — тепловой.