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.

---

…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], 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.