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.

---

Если все параметры подобраны правильно, то СВМГ представляет собой очень эффективный усилитель, ведь если в имплозивном ВМГ усиление заканчиваются после того, как диаметр лайнера уменьшился в несколько раз, то отношение начальной индуктивности спирали к индуктивности нагрузки может достигать многих тысяч, а усиление тока и энергии — до трех порядков (есть и такие схемы, где усиление практически не ограничено). По мере роста коэффициента усиления СВМГ, КПД преобразования им химической энергии ВВ в энергию токового импульса снижается, но только когда коэффициент усиления — около тысячи, имеет смысл задуматься, что рационально увеличить для дальнейшего повышения усиления: габариты СВМГ или размеры источника его питания, такого, как конденсатор.

…В военной науке, конечно, существовали коллективы исследователей, конкурировавшие друг с другом «на каждом километре». Но общая обстановка была благожелательной: если конфликт интересов не просматривался, то бескорыстная помощь считалась сама собой разумеющейся. В конце 1982 года автора попросили провести несколько опытов по «замагничиванию» объемно-детонирующего облака[39]. Просители — специалисты по радиоэлектронным помехам — надеялись при этом получить значительную эмиссию радиочастотного электромагнитного излучения (РЧЭМИ) и обосновать получение финансирования своих работ. Мнение у автора об этой идее сложилось скептическое, потому что большой ток, а значит, и существенное поле в облаке получить было нельзя: нагрузка — проволочная петля диаметром в несколько дециметров — была «непосильна» для ВМГ небольших размеров, а опыта создания взрывных трансформаторов тогда не было. Да и в качестве источника помех система «генератор-облако» вряд ли подходила, потому что время ее излучения (микросекунды) недостаточно для такого применения.

Рис. 4.24. Кинограмма взрыва объемно-детонирующей авиабомбы

Опыты начались в подмосковном Красноармейске с первых недель 1983 года. Спешки не было, в неделю проводили один — два эксперимента. Излучение от «замагниченного» объемного взрыва измеряли рупорными антеннами и результат был предсказуем: интегральная мощность порядка киловатта, время генерации — микросекунды. Организаторы сессии признавали, что этого недостаточно, но считали, что обоснование дальнейшего финансирования работ такой результат обеспечит.

Перерывы в опытах дали возможность обдумать ситуацию. Плазма объемного взрыва выполняла роль конвертера (преобразователя) энергии. Магнитное поле «закручивало»[40] электроны этой плазмы, заставляя ее излучать, по тому же механизму, что и комтоновские электроны — при генерации электромагнитного импульса ядерного взрыва. Расчет показал, что концентрацию зарядов в ударно-сжатом (в данном случае — детонирующем) газе не имело смысла повышать: поглощение плазмой ею же эмитированного излучения было и без того существенным, излучение «выпускал» лишь приповерхностный слой детонирующего облака. Повышение же напряженности магнитного поля «уводило[41]» спектр генерируемого излучения из радиочастотной области в бесполезную тепловую. Словом, в каком виде ни «закачивай» энергию в облако — преобразовывало оно ее в излучение тем хуже, чем больше получало. От такого «конвертера» стоило избавиться.

Однако сам по себе ВМГ излучателем служить не мог — как уже знает читатель, в нем магнитное поле квазистационарно. Автор слышал о том, что эксперименты по преобразованию в излучение энергии очень больших токов все же проводились: к ВМГ, через взрывной трансформатор, подключали огромную антенну. Несмотря на неслыханные ранее в радиотехнике значения напряжений на антенне, эти опыты не были сочтены успешными, быть может, из-за того, что характерные длительности получаемых импульсов напряжения были, все же великоваты (десятые доли микросекунды) и основная энергия реализовалась в не слишком актуальном для применения диапазоне длин волн (сотни метров); циклопическими были и размеры антенны.

Для того же, чтобы излучение было мощным и эффективно воздействовало на цели, поле должно меняться не просто быстро, а так, чтобы характерное время его изменения соответствовало бы длине волны, сравнимой с размерами устройства. Если эти размеры оценить в дециметры, время, за которое должно существенно измениться поле (чтобы оценить его, надо поделить характерный размер на скорость электромагнитной волны), составляет наносекунды — на три порядка меньше, чем в ИВМГ! Но характерная скорость сильных ударных волн в конденсированных средах — 10 км/с, что дает оценку минимального радиуса сжатия в десятки микрон: 104(м/сек) х 10-9(сек) = 10-5(м). Для трубчатого лайнера из какого угодно материала это нереально: нестабильности кладут конец сжатию на значительно более ранних его стадиях.

Но ведь можно сжимать поле не лайнером, а токопроводящей ударной волной, такие процессы происходят во Вселенной и известны астрономам. Особенность ударного сжатия в том, что оно приводит к существенному повышению температуры вещества. Начиная с некоторого предела, плотность энергии в ударной волне начинает увеличиваться только за счет температуры, а плотность вещества остается постоянной.

Ясно, что чем плотнее «упаковано» атомами вещество, тем сильнее оно «сопротивляется» сжатию. Например, такая в высшей степени упорядоченная структура, как монокристалл, сжимается УВ с давлением в миллион атмосфер всего вдвое. Повышение же температуры в мощной ударной волне приводит к тому, что молекулы вещества за фронтом волны сначала диссоциируют, а потом — ионизуются и составлявшие их атомы. Это означает, что вещество, в исходном состоянии бывшее диэлектриком, может, будучи ударно-сжатым, превратиться в проводник[42].

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.