Убийцы роботов: Электромагнитные бомбы | Журнал Популярная Механика
Главной целью в войнах будущего становятся не солдаты, а мозги противника. Электронные.
Боеприпасы будущегобудут выводить из строя электронные «мозги» противника
105-мм реактивная граната, снаряженная сферическим ударно-волновым излучателем.
Одна из целей применения ударно-волнового боеприпаса — выведения из строя электроники опаснейшего противника — крылатой ракеты
Мечта военных XX века — оружие массового поражения, поражающее только живую силу противника. На создание такого оружия — от боевых отравляющих веществ до нейтронных боеприпасов — были потрачены огромные средства, но идеального инструмента военные так и не получили. А в новом, XXI веке надобность в нем отпала и вовсе: цель войн будущего — не население, а экономика противника. Большую часть боевых задач теперь будут решать роботы — от беспилотных летательных аппаратов до автоматических бронированных машин. И если XX век можно смело назвать веком ядерного оружия, то в XXI-м востребованным будет электромагнитное, или, как его еще называют, микроволновое оружие, выжигающее компьютерный мозг противника.
Пушки и снаряды
Пожалуй, первыми электромагнитными боеприпасами были и остаются обычные ядерные заряды, одним из поражающих факторов которых является электромагнитный импульс, выводящий из строя электронику на много километров вокруг. Действие электромагнитного излучения оказалось настолько эффективным, что сразу возник вопрос — нельзя ли создать «чистое», неядерное электромагнитное оружие?
Первой приходит мысль о направленном излучении, которое распространяется примерно в 40 тысяч раз быстрее, чем летит боеголовка баллистической ракеты. Такой пушке не потребуются снаряды, у нее не будет отдачи, стрельба ее беззвучна и бездымна.
Несложные расчеты показывают: дальность поражения электроники не может превышать размер источника излучения более чем в 1000 раз, иначе излучение вызовет разряд в окружающем воздухе и вся его энергия уйдет на образование плазменного экрана. Из этого следует, что источники узких пучков электромагнитного излучения — микроволновые пушки — всегда будут проигрывать равным по габаритам артсистемам в дальности и эффективности поражения. Пучок излучения не заставишь искривиться, поэтому нельзя стрелять с закрытых позиций.
Если к этому добавить немалые габариты микроволновых пушек, то понятно, что шансов на современном поле боя у них нет. Список недостатков можно продолжить. Но это не значит, что у электромагнитного оружия нет будущего.
Другое дело, если источник ЭМИ срабатывает рядом с целью — тогда преимущество перед ударной волной или осколками очевидно. Например, радиус поражения крылатой ракеты 120-мм электромагнитным боеприпасом может составить 60 метров (та же тысяча радиусов боеприпаса), что в десять раз дальше, чем осколочно-фугасным снарядом аналогичного калибра.
Однако на данный момент в мире не существует компактных хранилищ электромагнитной энергии высокой плотности, которые можно было бы разместить внутри современных боеприпасов. Поэтому для ее генерации используется традиционное взрывчатое вещество, при детонации которого выделяется в тысячи раз больше энергии, чем может выдать в нагрузку лучший аккумулятор того же объема. Называются такие генераторы взрывомагнитными, и своим рождением они обязаны опять же ядерному оружию.
Генератор Сахарова
Для получения первичных нейтронов, «запускающих» процесс деления в ядерном боезаряде, потребовался сверхмощный источник импульса тока. Генератор А.Д. Сахарова представлял собой кольцо из взрывчатого вещества (ВВ), окружающего медную катушку. Набор подрываемых синхронно детонаторов инициировал детонацию, направленную к оси. В момент, синхронизованный с подрывом, происходил разряд конденсатора, ток которого формировал магнитное поле внутри катушки. Ударная волна огромным давлением (около миллиона атмосфер) «закорачивала» витки катушки, превращая в трубку (лайнер) и замыкая это поле внутри нее.
В проводниках поле движется медленно, поэтому за несколько микросекунд дальнейшего сжатия лайнера оно успевало проникнуть в медь лишь на десяток микрон. Замкнутый магнитный поток при этом почти не изменялся, и уменьшение площади поперечного сечения области сжатия компенсировалось эквивалентным повышением индукции поля (а значит — и возрастанием радиального тока в лайнере). При этом еще более существенно (обратно пропорционально четвертой степени радиуса) возрастали как магнитная энергия, так и магнитное противодавление на лайнер, которое замедляло сжатие вплоть до полной остановки. Вдобавок нестабильности быстро превращали внутреннюю поверхность лайнера в «звезду», лучи которой уже при уменьшении радиуса области сжатия в 3−4 раза разрезали ее, прекращая процесс. Эти и другие причины приводят к тому, что устройства, где магнитный поток сохраняется, позволяют генерировать импульсные токи в сотни миллионов ампер, но непригодны для излучения электромагнитной энергии.
Кристаллическая бомба
Во взрывомагнитных генераторах изменение магнитного поля происходит очень быстро, но все же недостаточно — за несколько микросекунд, что соответствует длине волны около километра (!). Напомним, что для эффективного излучения размер антенны должен быть сравним с длиной волны — представляете себе снаряд размером со стадион? Величина реальных зарядов в тысячи раз меньше, и чтобы конвертировать в излучение хотя бы малую часть энергии взрыва, нужны длины волн в десятки сантиметров, а значит, поле должно меняться за единицы наносекунд (10−9 с). Даже очень мощные ударные волны движутся в твердых телах со скоростями около 10 км/с, поэтому для обеспечения столь быстрого изменения радиус области, где происходит эффективное сжатие поля, должен составлять около 10−5 м — в тысячу раз меньше, чем в генераторе Сахарова!
Казалось бы, все потуги достичь радиусов сжатия в десяток микрон более чем сомнительны. Однако сделать это можно, если сжимать поле не лайнером, а ударной волной в веществе. Такое сжатие имеет важнейшую особенность: в мощной ударной волне огромное давление реализуется в основном за счет температуры, а разность плотностей вещества по обе стороны фронта невелика — примерно двукратная. Это как раз и не позволяет развиться нестабильностям, как в случае со взрывомагнитным генератором, когда разница между плотностями лайнера и воздуха внутри него составляет десятки тысяч раз. К тому же мощная ударная волна в некоторых диэлектриках (ионных кристаллах) обладает и другим интересным свойством — сразу за ее фронтом вещество приобретает высокую, почти «металлическую» проводимость. То есть можно сжимать поле не настоящей оболочкой, а виртуальной!
Итак, минимальный размер области ударного сжатия будет определяться уже не нестабильностями, а неоднородностями структуры вещества. Монокристалл — наиболее упорядоченная структура в природе. Проведенные исследования показали, что фронт ударной волны в монокристалле зеркально гладок: размеры неоднородностей составляют микроны.
Вполне реально кардинально снизить и противодавление поля, которое замедляет сжатие. Это становится возможным потому, что скорость фронта волны превышает массовую скорость вещества за фронтом. Чтобы продемонстрировать это, возьмем несколько карандашей и, оставляя зазоры, равные их толщине (что будет моделировать двукратное увеличение плотности вещества при сжатии), разложим в ряд на столе. Затем начнем двигать крайний из карандашей. Выбрав зазор, этот карандаш толкнет соседний, тот, пройдя зазор — следующий и т. д. Заметьте, что «фронт» процесса (граница области, где находятся карандаши без зазоров между ними) всегда опережает любой из двигающихся карандашей.
Но, как мы знаем, за фронтом волны вещество приобретает высокую проводимость, а в проводнике поле уже не может двигаться свободно: оно «вязнет» в нем. Если в генераторе Сахарова как вещество, так и фронт проводимости движутся со скоростью внутренней границы лайнера, вместе «толкая» поле перед собой, то при ударном сжатии скорость проводимости выше, и, «откусывая» поле по краям, она отнимает часть его из области сжатия. Но это не страшно: для генерации излучения важно быстрое изменение поля, а не рекордное значение его индукции, и чтобы избежать торможения в конечной, самой скоростной фазе сжатия, вполне можно пойти на «сброс» части поля за фронт волны. Мучительные поиски вещества, подходящего по комбинации многих свойств для ударного сжатия магнитного поля, вывели на монокристалл йодида цезия.
Изготавливаем супероружие
Самое сложное — сформировать сходящуюся ударную волну (сферическую, ее скорость с уменьшением радиуса возрастает намного быстрее, чем цилиндрической). Та же задача стояла и при создании ядерных зарядов (подробнее см. «ПМ» №13) — там взрыв обжимал до сверхкритической плотности плутониевый шарик. Собирали такой заряд из 32 сферических сегментов (20 шестигранных и 12 пятигранных), образовывавших структуру, похожую на футбольный мяч. Изготовление таких сегментов с необходимой точностью — задача потруднее огранки бриллианта. Еще труднее было заставить сработать 32 детонатора одновременно, с разбросом по времени менее миллионной доли секунды (!). Для этого в первых атомных бомбах применялось сложное электронное устройство весом более 200 кг.
Технологический отрыв от тех времен огромен. В нашем случае заряд ВВ размещается внутри детонационного распределителя — полой сферы из поликарбоната, на поверхности которой отфрезерованы многочисленные каналы. Начинаясь у детонатора, причудливо разветвляясь, каналы покрывают всю внешнюю поверхность распределителя, заканчиваясь сквозными отверстиями. Они заполнены эластичным ВВ с высокостабильной скоростью детонации. Эта сложнейшая сеть создается так, чтобы обеспечить равные пути детонации от первичного детонатора до каждого отверстия — точки инициирования основного заряда (их несколько десятков). Расчет каналов требует методов геометрии Римана, да и отфрезеровать такую систему каналов можно не на каждом высокоточном станке с ЧПУ. Основной заряд изготавливается из мощного взрывчатого состава на основе октогена. Внутри него устанавливается сфера из монокристалла иодида цезия.
Вокруг сферы собирается магнитная система. В ее основе — два постоянных магнита, от которых к монокристаллу идут два усеченных конуса из магнитно-мягкой стали, «собирающих» поле магнитов в область, занятую монокристаллом. Сохранению потока, создаваемого магнитами, служат и магнитопроводы. Кристалл устанавливается в центре так, чтобы его главная ось совпадала с направлением магнитного поля, иначе различия в свойствах вдоль других осей могут нарушить симметрию сжатия.
Устройство собрано. Сработал детонатор. Со скоростью около 8 км/с огоньки детонации, разветвляясь, разбегутся по каналам, одновременно нырнут в десятки отверстий и инициируют в основном заряде сферическую детонацию с давлением в полмиллиона атмосфер. Достигнув поверхности иодида цезия, волна детонации сформирует в нем ударную волну. Поскольку плотность монокристалла больше плотности газов взрыва, давление на поверхности сферы скачкообразно увеличится, превысив миллион атмосфер. Сферическая ударная волна помчится к центру со скоростью более 10 км/с, оставляя за собой уже не монокристалл, а проводящую, как металл, жидкую мешанину из атомов и ионов йода и цезия и сжимая магнитное поле. В конечной фазе отношение размера области сжатия к начальному радиусу монокристалла — менее одной тысячной. Энергия магнитного поля могла бы возрасти при этом в миллион миллионов раз! Впрочем, вспомним, что сжата-то лишь мизерная часть поля, а почти все «выброшено» за фронт ударной волны.
Если заряд собран правильно, то ударная волна, сойдясь в точку и отразившись, устремится обратно, скачком изменив поле, что и приведет к генерации импульсного потока радиочастотного электромагнитного излучения (РЧЭМИ). Длительность его менее наносекунды, но спектр! За доли наносекунды поле меняется, конечно же, не по закону синуса с периодом, равным времени сжатия-разрежения, а куда как более резко, и это значит, что в функции, описывающей его изменение, существенны вклады многих частот. Поэтому ударно-волновой источник излучает в диапазоне от сотен мегагерц до сотен гигагерц — более трех частотных
декад!
Ну, а в каком же направлении излучает такой боеприпас? Диаграмма направленности излучения сильно зависит от отношения размера излучателя к длине волны. А излучается прорва частот на трех декадах, да еще размер излучателя (области сжатия) непрерывно меняется! Так что можно считать, что электромагнитная энергия излучается по всем направлениям, что делает вполне естественным применение такого источника в боеприпасах.
«Золотые боеприпасы»
Почти все статьи, повествующие об электромагнитном оружии, по традиции заканчиваются стандартной «страшилкой» об «отключившихся телефонах» и «погасшем свете». Мы же не будем этого делать, и по вполне очевидной причине: идиота, расходующего умопомрачительно дорогие боеприпасы на такую ерунду, скорее всего, будет ждать военный трибунал.
Один из самых малогабаритных образцов ядерного оружия — 152-мм артиллерийский снаряд (параметры деления оружейного плутония таковы, что в меньших размерах создать взрывную сверхкритическую сборку невозможно). Хотя ударно-волновой заряд удалось «втиснуть» в меньший (105 мм) калибр, в технологии производства таких «малышей» много общего, и стоимость их вполне сравнима. Поэтому применение ударно-волнового боеприпаса целесообразно лишь в очень ответственных ситуациях, например для «ослепления» электроники опаснейшего противника — подлетающей крылатой ракеты. Для «прозы войны» — действий на поле боя — требуются другие типы электромагнитных боеприпасов, «числом поболее, ценою подешевле». Но об этом — в следующих номерах.
Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2005).www.popmech.ru
Бомбы, которые не взрываются | Журнал Популярная Механика
«ПМ» уже не раз писала об электромагнитном оружии. В ударно-волновых и взрывомагнитных генераторах частоты в электромагнитное излучение преобразуется энергия взрывчатых веществ. Однако существует и другая разновидность электромагнитного оружия — невзрывные источники излучения.
Первое боевое применение подобного оружия можно датировать 17 января 1991 года, когда американские войска использовали модифицированные крылатые ракеты Tomahawk. При приближении к цели двигатели ракет последние несколько секунд уже не поддерживали горизонтальный полет, а работали как источники питания генераторов мощного излучения. Оно должно было вывести из строя радиолокаторы иракской системы ПВО, что значительно облегчило бы достижение превосходства в воздухе. Было ли применение электромагнитного оружия успешным, мы никогда не узнаем: может, приемники радаров и вышли из строя, но излучатели — нет, поэтому американские военные, желая подстраховаться, применили ракеты, разнесшие радары в клочья.
Бомба из карандашей
При движении электронов с ускорением возникает электромагнитное излучение, поэтому достаточно, например, просто искривить траекторию электрона (любое движение, отличное от равномерного и прямолинейного, есть движение с ускорением). Это можно сделать с помощью магнитного поля — именно так устроен магнетрон, основа любой СВЧ-печки. Но по удельной (на единицу объема) мощности их превосходит так называемый виркатор.
Устроен виркатор очень просто: представьте себе электронную лампу, у которой есть два электрода — эмиттер и сетка. При приложении к ним импульса высокого напряжения формируется облако электронов, которое движется к сетке, пролетает сквозь ее ячейки и колеблется относительно сетки вплоть до полной нейтрализации заряда, излучая радиочастотное ЭМИ. Облако электронов выполняет роль «виртуального катода», от которого, собственно, и происходит название «виркатор».
Генерация гигаваттной мощности требует такого числа электронов, которое можно получить лишь при взрывной эмиссии (не имеющей никакого отношения к взрывчатке): на микроостриях поверхности эмиттера под действием поля высокой напряженности происходит сильный местный разогрев вещества и оно превращается в плотную плазму (то есть взрывается). Интересно, что нужная плотность микронеровностей (в сочетании с нужной проводимостью) получается на сломе графита, поэтому один из самых удобных материалов для эмиттера — сломанные грифели карандашей.
Вакуумные мастодонты
«Потрошение» карандашей — не основная трудность создания виркатора. Взрывная эмиссия эффективна лишь при огромных (около мегавольта) напряжениях, и, чтобы избежать пробоя в излучателе, приходится увеличивать размеры до кубометров. Высокое напряжение, характерное для работы источников вакуумной электроники, не позволяет значительно снизить габариты, поэтому отношение энергии генерируемого радиочастотного электромагнитного излучения (РЧЭМИ) к объему у таких источников мало (микроджоули на кубический сантиметр). Малый разброс энергий электронов, а значит, узкий частотный диапазон генерируемого вакуумными излучателями РЧЭМИ позволяет сделать излучение остронаправленным, но избежать наличия боковых лепестков, которые могут сжечь систему наведения основного пучка, все равно нельзя: происходит «фратрицид», то есть «пожирание собратьев», — термин заимствован из сленга биологов.
«Гибрид»: виркатор плюс ВМГ Нагрузкой спирального ВМГ (на рисунке слева) служит коаксиал из центрального проводника 1 и цилиндра 2 из тонкой фольги. Коаксиальная нагрузка малоиндуктивна, поэтому при срабатывании ВМГ ток и энергия быстро возрастают. В конечной фазе срабатывает цилиндрическая разводка 3, формируя в кольцевом заряде 4 сходящуюся детонационную волну. Взрывом цилиндр 2 из фольги разрушается на много частей при продавливании в пазы между ребрами изоляционной катушки 5. Разрыв токового контура приводит к генерации напряжения, которое прикладывается от точек разрыва к эмиттеру и сетке виркатора. Оно равно отношению магнитного потока ко времени, за которое произошел разрыв контура. Это время — порядка микросекунды, а электропрочность катушки 5 достаточно высока: изоляцию обеспечивают электроотрицательные газообразные продукты взрыва (окислы углерода и азота), сжатые до огромных (порядка 1 г/см3) плотностей. Такой взрывной трансформатор имеет меньшие габариты, чем традиционный.
Полезное свойство вакуумного излучателя — возможность многократных срабатываний: его конструкция не превращается взрывом в крошево, летящее в разных направлениях. Однако реализация этого свойства дается дорогой ценой: вакуумный излучатель не заработает при включении в розетку с напряжением в 220 вольт, для его энергообеспечения необходимы высоковольтные формирователи, трансформаторы, обострители. Они тоже имеют немалые габариты — тем большие, чем больше потребляемая энергия. Объемы мощных излучателей измеряются кубометрами, масса — десятками тонн.
Полицейское оружие
Понятно, какими удобными целями для противника будут на поле боя такие мастодонты. Да и по дальности поражения целей направленные излучатели РЧЭМИ на основе вакуумных источников всегда проиграют равным по габаритам «направленным» огневым средствам — реактивной и ствольной артиллерии. А уж габариты равного по мощности взрывного излучателя будут меньше в сотни раз, потому что для его работы характерен большой ток, но малое напряжение. Надо искать области применения, где недостатки не столь уж важны, а достоинства используются максимально. К таким относится применение в полицейских и миротворческих целях.
Уже несколько лет в США испытывается машина с «микроволновой пушкой» — направленным источником РЧЭМИ, предназначенным для «отпугивания» демонстрантов на дистанции в сотню метров легкими ожогами. Эта машина вполне может быть тяжелой и неповоротливой, наводить источник за сотню метров можно без использования электроники, а работать он будет, пока хватит солярки для генератора.
Вакуумные источники могут также «прикрыть» бронетехнику от современных управляемых боеприпасов, поражающих танки сверху. РЧЭМИ рассеивается в пределах большого телесного угла, что делает ненужным наведение. Но против обычных подкалиберных снарядов или даже противобортовых мин эта система совершенно бесполезна. Несколько лет назад было предложено создать на основе вакуумного источника РЧЭМИ специализированную машину разминирования, которая могла бы проделывать проходы в минных полях, «ослепляя» неконтактные мины. Но достаточно одной «низкотехнологичной» мины с механическим взрывателем — и эффективность этого метода падает до нуля.
Лабораторное оружие
Можно ли избавиться от громоздкой и капризной вакуумной и высоковольтной техники? Да, если воспользоваться некоторыми свойствами высокотемпературных сверхпроводников.
Сверхпроводниковый излучатель — одновитковый соленоид из меди, размещенный внутри него диск из искусственного сапфира, на который напылено кольцо из сверхпроводящей керамики. Когда рабочие напряжения близки к мегавольтным, проблемы предотвращения пробоя — всегда важнейшие, и не только в конструкции собственно излучателя, где могут применяться эффективные изоляторы. РЧЭМИ с высокой плотностью мощности тоже способно вызывать разряд в окружающем воздухе. Понятно, что изменить состав земной атмосферы, сделав ее более электропрочной, нереально, и, если плотность потока мощности/энергии РЧЭМИ на выходе из излучателя превысит пробивное значение, то излучение будет бесполезно нагревать образованную им же плазму. Чем короче импульс РЧЭМИ, тем выше плотность потока энергии, соответствующая пробою, поэтому излучатели, формирующие сверхкороткие (менее наносекунды) импульсы, имеют лучшие военные перспективы (к тому же, такие импульсы более эффективно воздействуют на облучаемую электронику). Пробой — фундаментальное физическое ограничение, существование которого диктует жесткую связь габаритов излучателя с максимально достижимым для него уровнем мощности, а для данного уровня мощности — определяет минимальное значение телесного угла, в пределах которого может формироваться РЧЭМИ. Один из способов преодолеть это ограничение — применение распределенной сети сравнительно маломощных управляемых направленных источников небольших габаритов.
Сверхпроводниковый излучатель — очень простое устройство: одновитковый соленоид из меди и размещенный внутри него диск из искусственного сапфира, на который напылено кольцо из керамики YBa2Cu3O7. При охлаждении жидким азотом кольцо становится сверхпроводящим. Теперь подадим в соленоид импульс тока (с длительностью фронта меньше микросекунды и амплитудой 30−50 килоампер). Индуктивность соленоида в начальный момент времени очень мала благодаря наличию сверхпроводящего вкладыша внутри, и ток быстро нарастает. Наступает момент, когда внешнее поле превышает критическое значение и в кольце возникает фазовый переход, фронт которого движется от периферии к оси кольца и за которым сверхпроводимость исчезает. Скорость этого движения — километры в секунду (или миллиметры в микросекунду), и при ширине кольца в несколько миллиметров за время менее микросекунды (пока поле «ест» сверхпроводимость) можно «накачать» энергию в единицы джоулей в излучатель. В момент, когда фронт фазового перехода достигает внутренней границы кольца, ток и его магнитный момент скачкообразно меняются, при этом генерируется импульс РЧЭМИ.
Для такого сверхпроводникового излучателя характерны большие токи и сравнительно малые напряжения, а значит, и небольшие габариты. Однако и ему присущи серьезные недостатки, которые препятствуют боевому применению: необходимость использовать жидкий азот, а самое главное — сравнительно низкий уровень генерируемой мощности (мегаватты). Зато в лабораторных исследованиях реакции электроники различных типов на сверхширокополосные импульсы РЧЭМИ ему нет равных.
Гибридное оружие
Система энергообеспечения вакуумных излучателей характеризуется большими габаритами и массой. Так почему бы не совместить виркатор с взрывной системой энергообеспечения — например, достаточно компактным спиральным взрывомагнитным генератором?
Однако ВМГ — источник тока, а не напряжения, поэтому для формирования высоковольтного импульса питания вакуумного излучателя требуется трансформатор. При детонации нескольких килограммов взрывчатки в ВМГ излучатель вряд ли уцелеет, поэтому нет нужды беречь и трансформатор — его тоже можно сделать одноразовым, получив высокое напряжение при высвобождении магнитного потока.
Концепция «гибридного» боеприпаса противоречива. С одной стороны, виркатор формирует направленное излучение и, следовательно, требует наведения на цель, а ведь преимущество РЧЭМИ перед другими поражающими факторами — как раз в большей энергетической эффективности, которая делает возможным отказ от систем наведения. С другой стороны, в таком боеприпасе используется взрывчатка, поэтому ни о какой возможности длительной работы излучателя речь не идет — его срабатывание однократно. Тем не менее 26 марта 2003 года, во время второй войны с Ираком, американские военные сбросили на один из телецентров двухтонную бомбу с «гибридной» боевой частью, снабженной направленным электромагнитным излучателем. Бомба была управляемой, а значит, круговое вероятное отклонение директрисы облучения от точки прицеливания было меньше десятка метров. Результатом стало отключение телевещания более чем на час. На какое же время прекратилось бы вещание после попадания двухтонной управляемой бомбы, если бы она была не электромагнитной, а фугасной? На этот вопрос любой из читателей «ПМ» может ответить самостоятельно.
Автор статьи с 1984 по 1997 год возглавлял лабораторию специальных боеприпасов ЦНИИХМ (химии и механики). В 1994 году его доклад «Радиочастотное оружие на поле боя будущего» на конференции в Бордо привел к пересмотру классификации электромагнитного оружия. С тех пор на Западе боеприпасы с прямым преобразованием радиочастотной энергии называют «устройствами Прищепенко» (Prishchepenko-type)
Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№8, Август 2008).www.popmech.ru
Электромагнитная бомба — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 8 апреля 2018; проверки требуют 3 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 8 апреля 2018; проверки требуют 3 правки.Электромагни́тная бо́мба, также называемая «электро́нная бомба» — генератор радиоволн высокой мощности, приводящих к уничтожению электронного оборудования командных пунктов, систем связи и компьютерной техники.
Относится к классу «оружие нелетального действия». По принципу разрушения техники разделяются на низкочастотные, использующие для доставки разрушающего напряжения наводку в линиях электропередачи, и высокочастотные, вызывающие наводку непосредственно в элементах электронных устройств и обладающие высокой проникающей способностью — достаточно мелких щелей и вентиляции для проникновения волн внутрь оборудования.
Впервые эффект электромагнитной бомбы был зафиксирован в 50-е годы XX века, когда проходили испытания американской водородной бомбы. Взрыв был произведён в атмосфере над Тихим океаном. Результатом было нарушение электроснабжения на Гавайях из-за воздействия электромагнитного импульса высотного ядерного взрыва.
Изучение показало, что взрыв имел непредвиденные последствия. Лучи достигли Гавайских островов, расположенных в сотнях километров от места испытания, и радиопередачи были нарушены до самой Австралии. Взрыв бомбы, помимо мгновенных физических результатов, воздействовал на электромагнитные поля на огромном расстоянии. Однако в дальнейшем взрыв ядерной бомбы как источник электромагнитной волны был признан неэффективным из-за малой точности, а также множества побочных эффектов и неприемлемости в политическом плане.
В качестве одного из вариантов генератора была предложена конструкция в форме цилиндра, в котором создаётся стоячая волна; в момент активации стенки цилиндра быстро сжим
ru.wikipedia.org
ЭМ боеприпасы. / Блог им. shit2raza / magSpace.ru
К сожалению вся инфа старая. В основном просто обсуждалки на форумах.В общем тайна покрытая мраком)).
Как ни странно, но даже тотальный развал 90-х гг. не помешал России достигнуть отличных результатов как в области оружия на новых физических принципах (НФП) вообще, так и ЭМИ-оружия в частности. Еще в 80-х прорабатывались ЭМИ-боезаряды для крылатых и противокорабельных ракет, призванные облегчить задачу прорыва ПВО авианосца или наземного объекта. Также были созданы авиационные ЭМИ-бомбы, аналогичные американским. Были ли приняты они на вооружение? Точно неизвестно. Однако боевого применения их пока не было. На экспорт они не предлагаются и покрыты мраком тайны.
Зато есть другие интересные разработки, предлагаемые и на экспорт. По ним больше информации.
Например, семейство реактивных гранат «Атропос», предназначенных как для выведения из строя электроники танка, так и для поражения бронецелей, прикрытых комплексами активной защиты.
«Атропос» способен подавлять не только радиочастотные электронные средства, но также инфракрасные и оптико-электронные. В 1994 г. его экспериментальный образец успешно прошел испытания боевой стрельбой по танку, оснащенному системой активной защиты.
В России уже имеются экспериментальные образцы электромагнитных 100-152 мм снарядов, 40 мм, 105 мм и 125 мм реактивных гранат, 122 мм боевых частей неуправляемых ракет. А в 1998 г. на шведском полигоне российские специалисты провели показательные испытания ЭМИ-боеприпаса с демонстрацией его поражающего действия на оборудовании шведского истребителя на летном поле.
В 1996 г. в РФ была испытана противоминная ЭМИ-система, предназначенная для обезвреживания мин с электронными взрывателями. Но на вооружение она не принималась.
Очень перспективной сферой применения считается использование ЭМИ-оружия против высокоточных систем вооружения, т.е. систем наведения ракет и бомб.
На выставке LIMA-2001 в Малайзии Россия продемонстрировала действующий образец боевого ЭМИ-генератора «Ранец-Е». Этот комплекс был создан как средство обороны мобильных и стационарных радиоэлектронных средств или спецобъектов от высокоточного оружия. «Ранец» может быть изготовлен в стационарном и мобильном вариантах. Он позволяет поражать системы наведения и электронное оборудование высокоточных ракет и бомб на расстоянии до 10 км. Есть данные, что это устройство принято на вооружение и выпускается. Оно может быть полезным при защите от БПЛА. Особенно от микроаппаратов, на них ракеты попросту тратить жалко. В общем, Россия в этой сфере пока чувствует себя достаточно уверенно, в лидерах. Это признают и конкуренты. Хотя почивать на лаврах, конечно, не стоит.
Так что же такое ЭМИ-оружие? Правда ли, что им можно «вернуть отдельно взятую страну в каменный век»? Нет. Радиус действия мал — десятки и сотни метров, а цена велика. Есть у ЭМИ-оружия плюсы и минусы, есть от него и способы защиты. Но это, безусловно, серьезное оружие, способное занять свое место в арсенале любой страны, которая желает быть сильной и независимой в ХХI веке.
www.newsland.ru/news/detail/id/372617/cat/69/©
Основной вид радиоэлектронной борьбы — подавление радиоэлектронных средств (РЭС) противника. Его основным преимуществом по сравнению с огневым поражением является практически мгновенное воздействие одновременно на несколько объектов на большой дальности и возможность быстрого перенацеливания. Однако противник может нейтрализовать его эффект, маневрируя частотами собственных РЭС или уничтожив носитель станций помех, если энергетический потенциал постановщика невелик. Если же излучение достаточно мощное, оно мгновенно наводит в электронных цепях такие токи, что РЭС противника выходит из строя.
В принципе для поражения любой электроники достаточны мизерные плотности энергии СВЧ-излучения, чтобы наведенный мм электрический импульс тока пробил полупроводниковый элемент. Эта энергия в десятки тысяч раз меньше требуемой для уничтожения цели ударной волной или осколками. К примеру, чтобы вывести из строя противокорабельную ракету, требуемая величина плотности энергии осколков массой не менее 1 г достигает 100000 Дж/м 2, ударной волны — 50000 Дж/м 2, а СВЧ-импульса длительностью 1 мкс — от 1 до 10 Дж/м 2. При этом электромагнитные боеприпасы (ЭМБП) не представляют особой опасности для солдата в бою, поэтому их можно применять не только в крупномасштабных военных конфликтах, но и в миротворческих операциях для обезоруживающих ударов.
Однако, оценивая эффективность ЭМБП, следует учитывать, что в СВЧ-излучение преобразуется значительно меньшая доля энергии взрыва (10~ 5 — 10~6 процента), чем в энергию осколков и ударной волны. Следовательно, итоговая эффективность ЭМБП будет отличаться оттрадиционного оружия не слишком разительно. Кроме того, затухания СВЧ-энергии в воздухе (о них часто умышленно умалчивают) жестко связывают габариты электромагнитного оружия с радиусом действия. К примеру, даже максимально форсированный направленный источник излучения с плотностью потока мощности, близкой к пробивной, проигрывает в сравнении с артустановкой аналогичных габаритов.
Между тем концентрировать СВЧ-энергию в узком пучке по многим причинам нецелесообразно. Поэтому для военных целей применяют новый класс ее источников — прямые преобразователи энергии взрыва. Наиболее мощные из них — взрывные и имплозивные генераторы частоты, цилиндрические и сферические ударно-волновые излучатели — генерируют магнитное поле ударной волной или метаемой взрывом металлической оболочкой. При этом их удельная энергия СВЧ-импульса близка к 10 Дж/л.
Первый генератор этого класса — цилиндрический ударно-волновой источник — ЦУВИ успешно испытали 2 марта 1983 г.
“АТРОПУС” означает “НЕОТВРАТИМАЯ”
“… все больше внимания уделяют разработке высокоточного оружия и совершенствованию средств и методов радиоэлектронной борьбы. К последним относятся новые электромагнитные боеприпасы отечественного производства, в том числе реактивная граната “Атропус”. Они вправе претендовать на продолжительную службу, если российский Минфин, как повелось, не подрежет им крылья на самом взлете”.
Основной вид радиоэлектронной борьбы — подавление радиоэлектронных средств (РЭС) противника. Его основным преимуществом по сравнению с огневым поражением является практически мгновенное воздействие одновременно на несколько объектов на большой дальности и возможность быстрого перенацеливания. Однако противник может нейтрализовать его эффект, маневрируя частотами собственных РЭС или уничтожив носитель станций помех, если энергетический потенциал постановщика невелик. Если же излучение достаточно мощное, оно мгновенно наводит в электронных цепях такие токи, что РЭС противника выходит из строя.
В принципе для поражения любой электроники достаточны мизерные плотности энергии СВЧ-излучения, чтобы наведенный мм электрический импульс тока пробил полупроводниковый элемент. Эта энергия в десятки тысяч раз меньше требуемой для уничтожения цели ударной волной или осколками. К примеру, чтобы вывести из строя противокорабельную ракету, требуемая величина плотности энергии осколков массой не менее 1 г достигает 100000 Дж/м 2, ударной волны — 50000 Дж/м 2, а СВЧ-импульса длительностью 1 мкс — от 1 до 10 Дж/м 2. При этом электромагнитные боеприпасы (ЭМБП) не представляют особой опасности для солдата в бою, поэтому их можно применять не только в крупномасштабных военных конфликтах, но и в миротворческих операциях для обезоруживающих ударов.
Однако, оценивая эффективность ЭМБП, следует учитывать, что в СВЧ-излучение преобразуется значительно меньшая доля энергии взрыва (10~ 5 — 10~6 процента), чем в энергию осколков и ударной волны. Следовательно, итоговая эффективность ЭМБП будет отличаться оттрадиционного оружия не слишком разительно. Кроме того, затухания СВЧ-энергии в воздухе (о них часто умышленно умалчивают) жестко связывают габариты электромагнитного оружия с радиусом действия. К примеру, даже максимально форсированный направленный источник излучения с плотностью потока мощности, близкой к пробивной, проигрывает в сравнении с артустановкой аналогичных габаритов.
Между тем концентрировать СВЧ-энергию в узком пучке по многим причинам нецелесообразно. Поэтому для военных целей применяют новый класс ее источников — прямые преобразователи энергии взрыва. Наиболее мощные из них — взрывные и имплозивные генераторы частоты, цилиндрические и сферические ударно-волновые излучатели — генерируют магнитное поле ударной волной или метаемой взрывом металлической оболочкой. При этом их удельная энергия СВЧ-импульса близка к 10 Дж/л.
Первый генератор этого класса — цилиндрический ударно-волновой источник — ЦУВИ (рис.1) успешно испытали 2 марта 1983 г.
Благодаря малым радиусам сжатия магнитного поля ударной волной в нем достигают очень высоких значений индукции, что создает условия для излучения электромагнитной энергии малой длительности (менее наносекунды). Поэтому оно, как правило, преодолевает защитные элементы. В сферическом варианте подобного устройства — УВИС ударная волна возрастает быстрее и для работы достаточно начального поля, созданного постоянными магнитами.
Во взрывомагнитном генераторе частоты — ВМГЧ начальное поле также создается системой постоянных магнитов и далее сжимается расширяющейся оболочкой, метаемой взрывом.
При этом индуцируются колебания тока. ВМГЧ представляет собой параметрический усилитель, работающий лишь в моменты, когда величина тока существенна, так кактолько при этом условии совершается работа против сил магнитного поля. Наличие множества быстрых гармоник обеспечивает форму колебаний тока в виде меандра и создает условия для излучения. В имплозивно-магнитном генераторе частоты — ИМГЧ взрыв, направленный “внутрь”, сжимает катушку с магнитным полем, индуцируя колебания тока а форме меандров. И т.д.
В маневренном бою, где роль электроники определяет исход, длительность цикла обработки информации в системах управления оружием становится критерием оценки требуемой длительности их временного ослепления. При необходимости защитить истребитель от ракетной атаки достаточно вывести из строя ГСН и радиовзрыватель ракеты на сотню миллисекунд — и самолет окажется вне зоны поражения. Другое дело, если защищать танк от ПТУР, ГСН которой обрабатывает информацию в сотни раз медленнее.
Эффект временного ослепления можно признать наиболее оптимальной формой боевого воздействия — его можно реализовать боеприпасом наименьшей мощности, габаритов и стоимости. К примеру, для стрельбы из противотанковых гранатометов по машинам, оснащенным активной защитой, разработана малогабаритная 40-мм граната “Атропус” с БЧ электромагнитного типа.
Кроме того, гранатомет комплектуют и стандартной гранатой с БЧ кумулятивного типа. Систему активной защиты перспективных зарубежных танков можно сравнить с миниатюрным комплексом ПВО. В ее состав входит радиолокационная подсистема автоматического обнаружения, селекции и сопровождения подлетающих к танку гранат или ракет. Она выдает команду на отстрел осколочного боеприпаса, уничтожающего опасные объекты на подлете.
Схема действия “Атропуса” проста: при выстреле из гранатомета сначала запускается двигатель вспомогательной электромагнитной и с небольшой задержкой — основной кумулятивной гранаты. Первая в радио диапазоне имеет малую эффективную площадь рассеивания, поэтому система защиты, как правило, пропускает ее. Разрываясь на бронетанка, вспомогательная граната формирует импульсный поток СВЧ, вызывая временное ослепление радиолокационной подсистемы. Его длительность примерно в 70 тысяч раз превосходит время генерации СВЧ-излучения (1,6 мкс), благодаря чему срывается сопровождение основной гранаты, летящей вслед и поражающей танк.
Понижение порога реакции радиолокационной подсистемы не влияет на успешный перехват основной гранаты, хотя в этом случае вспомогательную уничтожают на подлете к танку. Основная же поражает машину, поскольку системе защиты не остается времени (десятки миллисекунд) для ее уничтожения. Повышение чувствительности быстро исчерпывает оборонительный потенциал системы, поскольку она начинает реагировать на ложную опасность (пролетающие мимо осколки, обломки, пули). “Атропус” способен подавлять не только радиочастотные электронные средства, но также ИК- и оптико-электронные. В 1994 г. его экспериментальный образец успешно прошел испытания боевой стрельбой по танку, оснащенному системой активной защиты.
Между тем боевая обстановка может потребовать более серьезного поражения РЭС, с длительным выходом их из строя. Решить такие задачи могут боеприпасы среднего (от 100 до 130 мм) калибра (рис.7). При срабатывании они формируют СВЧ-импульс с энергией в десятки Джоулей. Излучение распространяется по всем направлениям отточки подрыва, и плотность его мощности быстро убывает — в радиусе 6 — 10 м оно способно инициировать радиовзрыватель, в 30 м — вывести из строя систему опознавания ПЗРК и блокировать пуск ЗУР. В 50 м излучение временно или стойко выводит из строя неконтактные противотанковые мины. На испытаниях после подрыва ЭМБП такая мина 20 — 30 минут не реагировала на проезжающие мимо танки и автомашины (за это время мимо прошел не один танковый батальон). Затем мина “ожила”, став чрезвычайно опасной даже при малейшем прикосновении. Спустя час-другой процессы релаксации в ее электронике закончились и чувствительность вновь понизилась до значений, близких к штатным.
Сказанное выше не означает, что с помощью ЭМБП среднего калибра можно только поражать электронику целей. СВЧ-излучение выводит ее из строя на расстояниях в десятки метров, а эффект временного ослепления проявляется на значительно больших. Поэтому весьма эффективно применять ЭМБП против рассредоточенных целей типа корректируемых боевых элементов кассетных боеприпасов на ближних рубежах обороны, когда элементы уже рассеяны. В этом случае требуемая длительность временного ослепления равна остатку подлетного времени.
ЭМБП калибров 30 — 130 мм могут использоваться в большинстве существующих систем оружия. И хотя они внешне практически не отличаются от осколочно-фугас-ных боеприпасов, было бы явной ошибкой слепо переносить на них приемы боевого использования обычных боеприпасов. По характеру боевого воздействия ЭМБПИ занимают промежуток между средствами радиоэлектронного подавления и средствами огневого поражения. И хотя ЭМБП не смогут вытеснить с поля боя огневые средства, они способны существенно сократить бремя и иаряды сил. необходимые для достижения целей боевой операции.
Александр ПРИЩЕПЕНКО, Владимир ЖИТНИКОВ, Дмитрий ТРЕТЬЯКОВ.
Армейский сборник, №2, 1998.
armor.kiev.ua©
РЕАЛИЗАЦИЯ ЭМИ-ОРУЖИЯ
ЭМИ-оружие может быть создано как в виде стационарных и мобильных электронных комплексов направленного излучения, так и в виде электромагнитных боеприпасов (ЭМБ), доставляемых к цели с помощью артиллерийских снарядов, мин, управляемых ракет (рис.2), авиабомб и т. п.
Возможна разработка и компактных образцов ЭМИ-оружия для диверсионных и террористических целей. О том, насколько серьезно воспринимают такую угрозу американские аналитики, свидетельствует сценарий «цифровой какофонии», которая могла бы возникнуть в США в случае применения террористами ЭМИ- или радиочастотного оружия против зданий, впоследствии разрушенных 11 сентября 2001 года [8]. (Авторы еще в 1996 году предусмотрели подобные события, описав разрушительное влияние разгрома финансовых баз данных на состояние мировой экономики.)
В основу ЭМБ положены методы преобразования химической энергии взрыва, горения и электрической энергии постоянного тока в энергию электромагнитного поля высокой мощности. Решение проблемы создания ЭМИ-боеприпасов связано, прежде всего, с наличием компактных источников излучения, которые могли бы располагаться в отсеках боевой части управляемых ракет, а также в артиллерийских снарядах.
Наиболее компактными на сегодня источниками энергии для ЭМБ считаются спиральные взрывомагнитные генераторы (ВМГ), или генераторы с взрывным сжатием магнитного поля [1, 2, 9, 10], имеющие наилучшие показатели удельной плотности энергии по массе (100 кДж/кг) и объему (10 кДж/см3), а также взрывные магнитодинамические генераторы (ВМДГ) [1]. В ВМГ с помощью взрывчатого вещества происходит преобразование энергии взрыва в энергию магнитного поля с эффективностью до 10%, а при оптимальном выборе параметров ВМГ – даже до 20%. Такой тип устройств способен генерировать импульсы энергией в десятки мегаджоулей и длительностью до 100 мкс. Пиковая мощность излучения может достигать 10 ТВт [2]. ВМГ могут применяться автономно или как один из каскадов для накачки генераторов СВЧ-диапазона. Ограниченная спектральная полоса излучения ВМГ (до нескольких мегагерц) делает их влияние на РЭС довольно избирательным. Вследствие этого возникает проблема создания компактных антенных систем, согласованных с параметрами генерируемого ЭМИ [1].
В ВМДГ взрывчатка или ракетное топливо применяются для образования плазменного потока, быстрое перемещение которого в магнитном поле приводит к возникновению сверхмощных токов с сопутствующим электромагнитным излучением. Основное преимущество ВМДГ – многоразовость применения, поскольку картриджи со взрывчаткой или ракетным топливом могут закладываться в генератор многократно. Однако его удельные массогабаритные характеристики в 50 раз ниже, чем у ВМГ [11], и вдобавок технология ВМДГ еще не достаточно отработана, чтобы в ближайшей перспективе делать ставку на эти источники энергии.
К разряду более мощных ЭМИ-систем радиочастотного диапазона относится виркаторный генератор [1]. При соответствующем подборе параметров конструкции и режима генерации виркатор может создавать импульс с пиковой мощностью до 40 ГВт в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн [2]. Благодаря высокой скорости нарастания тока в тандемах виркатор–ВМГ возможна генерация сверхкоротких радиоимпульсов, длительность которых ограничена временем плавления анода. Представление о радиусе действия такого боеприпаса дает методика, приведенная в работе [12]. Однако в качестве примера следует указать, что для виркаторного генератора с несущей 5 ГГц и мощностью 10 ГВт конус поражающего действия электромагнитного излучения имеет диаметр до 500 метров в основании на расстоянии нескольких сотен метров от точки подрыва (напряженность поля, наведенного на кабели и антенны в этом основании, достигает 1–3 кВ/м) [2].
Таким образом, электромагнитные боеприпасы потенциально обладают значительно большим радиусом поражения РЭС, чем традиционные, однако для достижения их максимальной эффективности необходимо выводить боеприпас по возможности как можно ближе к объектам поражения с помощью высокоточных систем наведения.
В Уральском отделении Института электрофизики РАН (Екатеринбург) разработана серия многоразовых мобильных SOS-генераторов ЭМИ, проникающая способность излучения которых намного выше, чем у ВМГ. Принцип действия SOS-генераторов основан на эффекте наносекундной коммутации сверхплотных токов в полупроводниковых приборах (SOS – Semiconductor Opening Switch) [13]. SOS-эффект представляет собой качественно новый вариант коммутации тока – развитие процесса стремительного падения тока происходит не в низколегированной базе полупроводниковой структуры, как в других приборах, а в ее узких высоколегированных областях. База и p-n-переход остаются при этом заполненными плотной избыточной плазмой, концентрация которой приблизительно на два порядка превышает исходный уровень легирования. Эти два обстоятельства и приводят к сочетанию высокой плотности коммутируемого тока с наносекундной длительностью его отключения.
Другое важное свойство SOS-эффекта – в том, что стадия срыва тока характеризуется автоматическим равномерным распределением напряжения по последовательно соединенным полупроводниковым структурам. Это позволяет создавать прерыватели тока с напряжением мегавольтного уровня путем простого последовательного соединения SOS-структур.
SOS-эффект обнаружен в 1991 году в обычных высоковольтных выпрямительных полупроводниковых диодах подбором определенного сочетания плотности тока и времени накачки. В дальнейшем была разработана специальная полупроводниковая структура со сверхжестким режимом восстановления, на основе которой удалось создать высоковольтные полупроводниковые прерыватели тока нового класса – SOS-диоды, имеющие рабочее напряжение в сотни киловольт, ток коммутации в десятки килоампер, время коммутации – единицы наносекунд и частоту следования импульсов – килогерцы. Типовая конструкция SOS-диода (рис.3) – это последовательная сборка элементарных диодов, взаимно стянутых диэлектрическими шпильками между двумя пластинами-электродами. На рис.4 приведена типичная форма обратного тока через SOS-диод с площадью структуры 1 см2. Значение коммутируемого тока – 5,5 кА, время его срыва (падения с 0,9 до 0,1 амплитуды) – 4,5 нс. Скорость коммутации – 1200 кА/мкс, что приблизительно на три порядка превышает токовый градиент в обычных быстродействующих тиристорах. Самый мощный из разработанных на сегодня SOS-диодов при площади структуры 4 см2 имеет рабочее напряжение 200 кВ и коммутирует ток 32 кА, что соответствует коммутируемой мощности 6 ГВт [13].
На основе SOS-диодов разработана серия мощных наносекундных генераторов с рекордными для полупроводниковых коммутаторов параметрами. Принцип работы ЭМИ-генератора на SOS-эффекте (рис.5) сводится к следующему [13]. Тиристорное зарядное устройство (ТЗУ) осуществляет дозированный отбор энергии от источника питания, которая затем за время 10–100 мкс при напряжении 1–2 кВ поступает на магнитный компрессор (МК). Последний сжимает энергию во времени до 300–600 нс и повышает напряжение до сотен киловольт. SOS-диод выступает в роли оконечного усилителя мощности, переводя энергию в диапазон времени 10–100 нс и повышая напряжение в 2–3 раза.
Введение в состав ЭМИ-генератора звена магнитной компрессии (рис.6) продиктовано необходимостью согласования параметров выходного импульса ТЗУ с параметрами импульса накачки SOS-диода. По мере сжатия энергии в МК происходит удвоение напряжения в каждой ячейке. В общем случае выходное напряжение МК, без учета активных потерь энергии, в 2n раз выше входного (где n – число конденсаторных ячеек). Примечательно, что МК не требует дополнительных цепей для перемагничивания сердечников магнитных ключей, поскольку в данной схеме этот процесс происходит автоматически благодаря разным направлениям протекания зарядного и разрядного токов через любой из ключей. Еще одна отличительная особенность схемы МК состоит в двойном сжатии энергии во времени на каждой конденсаторной ячейке за счет перезаряда нижних конденсаторов. Поэтому двух конденсаторных ячеек уже достаточно для временного уплотнения энергии на два порядка.
Важная задача, возникающая при передаче энергии от МК к полупроводниковому коммутатору, – схемная реализация двухконтурной накачки прерывателя в режиме усиления обратного тока. Пример соответствующей схемы согласования приведен на рис.7 [13]. Между выходом МК и SOS-диодом подключают конденсатор обратной накачки СН и магнитный ключ обратной накачки MS- (или импульсный трансформатор). После насыщения ключа прямой накачки MS+, являющегося выходным коммутатором МК, энергия из последней ячейки компрессора переводится в конденсатор СН. При этом ток заряда I+ конденсатора СН одновременно является током прямой накачки SOS-элемента. Нарастающим напряжением на СН ключ MS- перемагничивается. После его включения в SOS-диод вводится обратный ток I–, который превышает I+ в несколько раз, и энергия конденсатора СН переводится в индуктивность контура обратной накачки (индуктивность обмотки насыщенного ключа MS– или добавочная катушка индуктивности). После срыва тока SOS-диодом энергия передается в нагрузку в виде короткого наносекундного импульса.
Отсутствие в SOS-генераторах газоразрядных коммутаторов снимает принципиальные ограничения на частоту повторения импульсов. В продолжительном режиме работы эта частота ограничена тепловыми нагрузками на элементы генератора, в первую очередь на сердечники магнитных ключей, а при кратковременном включении генератора в режиме пакета импульсов – частотными возможностями ТЗУ, то есть временем восстановления тиристоров и временем заряда первичного накопителя. Режим пакета импульсов, когда генератор работает от десятков секунд до нескольких минут с частотой и выходной мощностью, в несколько раз превышающими номинальные, важен именно для перспектив боевого применения. Поэтому для более полного использования частотных возможностей ТЗУ проектируется, исходя из требования минимального времени накопления энергии, а элементы генератора выбираются с учетом результатов расчета их адиабатического разогрева в пакетном режиме функционирования. Разработанные SOS-генераторы позволяют от 5 до 10 раз увеличивать номинальную частоту следования импульсов и выходную мощность в режиме пакета продолжительностью от 30 до 60 с.
Параметры некоторых российских SOS-генераторов приведены в таблице [13]. Наиболее мощный среди генераторов наносекундного класса – S-5N (рис.8), система охлаждения элементов которого проточной водой потребляет до 15 л/мин. Этот генератор использовался в экспериментах по зажиганию коронных разрядов большого объема, которые могут найти применение в новых технологиях очистки воздуха от вредных и токсичных примесей. Среди субнаносекундных генераторов наилучшие показатели достигнуты в модели SM-3NS (рис.9), в которой применен новый тип SOS-диодов – субнаносекундный.
Интенсивные исследования путей улучшения характеристик SOS-генераторов продолжаются. В частности, в российских научных центрах отрабатывается применение этих генераторов для питания широкополосных СВЧ-излучателей, а также в качестве средств накачки мощных газовых лазеров. Разработанные в России приборы и экспериментальные установки широко эксплуатируются за границей в различных научных организациях: в США – в Ливерморской национальной лаборатории, Исследовательской лаборатории ВМС, Техасском технологическом университете, Исследовательской лаборатории Армии; в Германии – в Исследовательском центре Карлсруэ; в Республике Корея – компанией LG Industrial Systems; в Израиле – ядерным исследовательским центром SOREQ NRC, фирмой Exion Technologies [13].
На рис.10 показано место, которое занимает SOS-техника среди других основных технологий коммутации и формирования мощных наносекундных импульсов в схемах с индуктивным накоплением и коммутацией тока. Видно, что SOS-технология выступает своеобразным связующим звеном, заполняя в наносекундном диапазоне времени гигантский разрыв в значениях импульсного напряжения и тока между самыми мощными установками на основе плазменных коммутаторов тока, с одной стороны, и полупроводниковыми генераторами – с другой [13].
ТЕНДЕНЦИИ РАЗРАБОТОК ЭМИ-ОРУЖИЯ
США. Наиболее активно разработки ЭМИ-систем поражения РЭС проводятся в США. Они охватывают широкий спектр оперативно-тактического применения нового оружия. Основные научно-исследовательские организации США, участвующие в разработке компонентов ЭМИ-оружия, – Лос-Аламосская национальная лаборатория, Исследовательская лаборатория Армии (шт. Мериленд), Исследовательская лаборатория ВМС, Лаборатория им. Лоуренса, Техасский технологический университет (г. Лаббок) и целый ряд других университетских и военных лабораторий.
Первый в истории взрывомагнитный генератор был испытан именно в Лос-Аламосской национальной лаборатории еще в конце 50-х годов [2]. Начало работ в ВВС США по созданию мобильного генератора радиочастотного ЭМИ и изучения влияния СВЧ-излучения на РЭС авиационных и космических носителей датируется 1986 годом [15]. В 1987 году на авиабазе Kirtland (шт. Нью-Мексико) было введено в действие имитационное оборудование «Джипси» с импульсной мощностью 1 ГВт в диапазоне частот от 0,8 до 40 ГГц. В 1991 году научно-техническое направление создания ЭМИ-оружия в США выделилось как самостоятельное и было включено в перечень критических военных технологий. В то же время МО США начало работы (Harry Diamond Laboratory, ныне Adelphi Laboratory Center) по созданию мобильных систем радиочастотного оружия (1–40 ГГц) с узкой диаграммой направленности, основанных на синхронизации излучения большого числа источников. ВМС США занимались разработкой средств суперЭМИ для борьбы с самолетами и противокорабельными ракетами на основе синхронизированных гиротронов (диапазон частот 10–85 ГГц, мощность импульса 1 ГВт). Исследовалось также распространение мощного электромагнитного излучения в разных слоях атмосферы.
Логическим результатом этих исследований явилось создание и испытание в 2001 г. опытного образца нового оружия, нагревающего кожу людей микроволновыми лучами, которое получило название VMADS (Vehicle-Mounted Active Denial System) [16]. Ожидаемая сфера его применения – разгон демонстраций и стихийных митингов. Продолжаются испытания на добровольцах с целью усовершенствования системы. В перспективе ее можно будет применять как невидимое оружие заграждения даже для маловысотных воздушных объектов, в том числе микропланов. VMADS (рис.11) использует антенну, похожую на спутниковую тарелку, размером 3х3 м, систему наведения и тепловизор, позволяющий анализировать степень нагрева цели.
Представители американского Исследовательского центра ВВС (шт. Нью-Мексико) заявляют, что установка VMADS создает излучение частотой 95 ГГц, которое проникает под кожу на треть миллиметра и быстро (за 2 с) нагревает ее поверхность до болевого порога в 45ОС. Будущие версии VMADS могут устанавливаться также на кораблях и самолетах. В период до 2009 года США планируют приступить к закупке серийных образцов системы на транспортном средстве типа Humvee, или HMMWV (High Mobility Multi-purpose Wheeled Vehicle).
Еще в начале 90-х годов DARPA разработало концепцию применения ЭМИ-оружия средней мощности и создания на ее основе сверхмощных постановщиков активных помех. Результатом явилось, в частности, испытание в ходе боевых действий против Ирака в 1991–1992 годах отдельных образцов электромагнитного оружия. Это – крылатые ракеты «Томахок» (морского базирования), которые были выпущены по позициям ПВО Ирака. Радиоизлучения, возникшие вследствие подрыва боевых частей крылатых ракет, усложнили работу электронных систем вооружений, в особенности компьютерной сети системы ПВО.
Электромагнитные бомбы неоднократно применялись США и в ходе боевых действий в Югославии (1999 год), тем не менее использование боеприпасов этого типа носило пока испытательный, эпизодический характер. К 2010–2015 гг. в США могут быть приняты на вооружение боевые образцы более совершенных электромагнитных боеприпасов и высокоточных крылатых ракет, во всяком случае информация о таких планах периодически появляется в печати.
Значительное внимание в США отводится созданию имитаторов действия ЭМИ-систем, позволяющих в достаточной мере оценивать последствия их применения на РЭС ВВТ и вырабатывать рекомендации по усовершенствованию средств защиты. До 1991 года в США были созданы 24 имитатора ЭМИ, предназначенные для полномасштабных испытаний ракет, самолетов, кораблей, стартовых позиций и других объектов, которые подлежат защите от ЭМИ-оружия [15].
www.electronics.ru/issue/2002/5/11©
magspace.ru
Электромагнитное оружие — Дневник творческий — ЖЖ
Мечта военных XX века – оружие массового поражения, поражающее только живую силу противника. На создание такого оружия – от боевых отравляющих веществ до нейтронных боеприпасов – были потрачены огромные средства, но идеального инструмента военные так и не получили. А в новом, XXI веке надобность в нем отпала и вовсе: цель войн будущего – не население, а экономика противника. Большую часть боевых задач теперь будут решать роботы – от беспилотных летательных аппаратов до автоматических бронированных машин. И если XX век можно смело назвать веком ядерного оружия, то в XXI-м востребованным будет электромагнитное, или, как его еще называют, микроволновое оружие, выжигающее компьютерный мозг противника.Пушки и снаряды
Пожалуй, первыми электромагнитными боеприпасами были и остаются обычные ядерные заряды, одним из поражающих факторов которых является электромагнитный импульс, выводящий из строя электронику на много километров вокруг. Действие электромагнитного излучения оказалось настолько эффективным, что сразу возник вопрос – нельзя ли создать «чистое», неядерное электромагнитное оружие?
Первой приходит мысль о направленном излучении, которое распространяется примерно в 40 тысяч раз быстрее, чем летит боеголовка баллистической ракеты. Такой пушке не потребуются снаряды, у нее не будет отдачи, стрельба ее беззвучна и бездымна.
Несложные расчеты показывают: дальность поражения электроники не может превышать размер источника излучения более чем в 1000 раз, иначе излучение вызовет разряд в окружающем воздухе и вся его энергия уйдет на образование плазменного экрана. Из этого следует, что источники узких пучков электромагнитного излучения – микроволновые пушки – всегда будут проигрывать равным по габаритам артсистемам в дальности и эффективности поражения. Пучок излучения не заставишь искривиться, поэтому нельзя стрелять с закрытых позиций.
Если к этому добавить немалые габариты микроволновых пушек, то понятно, что шансов на современном поле боя у них нет. Список недостатков можно продолжить. Но это не значит, что у электромагнитного оружия нет будущего.
Другое дело, если источник ЭМИ срабатывает рядом с целью – тогда преимущество перед ударной волной или осколками очевидно. Например, радиус поражения крылатой ракеты 120-мм электромагнитным боеприпасом может составить 60 метров (та же тысяча радиусов боеприпаса), что в десять раз дальше, чем осколочно-фугасным снарядом аналогичного калибра.
Однако на данный момент в мире не существует компактных хранилищ электромагнитной энергии высокой плотности, которые можно было бы разместить внутри современных боеприпасов. Поэтому для ее генерации используется традиционное взрывчатое вещество, при детонации которого выделяется в тысячи раз больше энергии, чем может выдать в нагрузку лучший аккумулятор того же объёма. Называются такие генераторы взрывомагнитными, и своим рождением они обязаны опять же ядерному оружию.
Генератор СахароваДля получения первичных нейтронов, «запускающих» процесс деления в ядерном боезаряде, потребовался сверхмощный источник импульса тока. Генератор А. Д. Сахарова представлял собой кольцо из взрывчатого вещества (ВВ), окружающего медную катушку. Набор подрываемых синхронно детонаторов инициировал детонацию, направленную к оси. В момент, синхронизованный с подрывом, происходил разряд конденсатора, ток которого формировал магнитное поле внутри катушки. Ударная волна огромным давлением (около миллиона атмосфер) «закорачивала» витки катушки, превращая в трубку и замыкая это поле внутри нее.
Грубо говоря простым языком, созданое внутри трубки магнитное поле сжималось со всех сторон, в результате чего происходило его многократное усиление и излучение.
Кристаллическая бомбаВо взрывомагнитных генераторах изменение магнитного поля происходит очень быстро, но все же недостаточно – за несколько микросекунд, что соответствует длине волны около километра (!). Напомню, что для эффективного излучения размер антенны должен быть сравним с длиной волны – представляете себе снаряд размером со стадион? Величина реальных зарядов в тысячи раз меньше, и чтобы конвертировать в излучение хотя бы малую часть энергии взрыва, нужны длины волн в десятки сантиметров, а значит, поле должно меняться за единицы наносекунд (10-9 с). Даже очень мощные ударные волны движутся в твердых телах со скоростями около 10 км/с, поэтому для обеспечения столь быстрого изменения радиус области, где происходит эффективное сжатие поля, должен составлять около 10-5 м – в тысячу раз меньше, чем в генераторе Сахарова!
Казалось бы, все потуги достичь радиусов сжатия в десяток микрон более чем сомнительны. Однако сделать это можно, если сжимать поле не трубкой, а ударной волной в веществе. Такое сжатие имеет важнейшую особенность: в мощной ударной волне огромное давление реализуется в основном за счет температуры, а разность плотностей вещества по обе стороны фронта невелика – примерно двукратная. Это как раз и не позволяет развиться нестабильностям, как в случае со взрывомагнитным генератором, когда разница между плотностями лайнера и воздуха внутри него составляет десятки тысяч раз. К тому же мощная ударная волна в некоторых диэлектриках (ионных кристаллах) обладает и другим интересным свойством – сразу за её фронтом вещество приобретает высокую, почти «металлическую» проводимость. То есть можно сжимать поле не настоящей оболочкой, а виртуальной!
Итак, минимальный размер области ударного сжатия будет определяться уже не нестабильностями, а неоднородностями структуры вещества. Монокристалл – наиболее упорядоченная структура в природе. Проведенные исследования показали, что фронт ударной волны в монокристалле зеркально гладок: размеры неоднородностей составляют микроны.
Вполне реально кардинально снизить и противодавление поля, которое замедляет сжатие. Это становится возможным потому, что скорость фронта волны превышает массовую скорость вещества за фронтом. Чтобы продемонстрировать это, возьмем несколько карандашей и, оставляя зазоры, равные их толщине (что будет моделировать двукратное увеличение плотности вещества при сжатии), разложим в ряд на столе. Затем начнем двигать крайний из карандашей. Выбрав зазор, этот карандаш толкнет соседний, тот, пройдя зазор – следующий и т.д. Заметьте, что «фронт» процесса (граница области, где находятся карандаши без зазоров между ними) всегда опережает любой из двигающихся карандашей.
Но, как мы знаем, за фронтом волны вещество приобретает высокую проводимость, а в проводнике поле уже не может двигаться свободно: оно «вязнет» в нем. Если в генераторе Сахарова как вещество, так и фронт проводимости движутся со скоростью внутренней границы трубки, вместе «толкая» поле перед собой, то при ударном сжатии скорость проводимости выше, и, «откусывая» поле по краям, она отнимает часть его из области сжатия. Но это не страшно: для генерации излучения важно быстрое изменение поля, а не рекордное значение его индукции, и чтобы избежать торможения в конечной, самой скоростной фазе сжатия, вполне можно пойти на «сброс» части поля за фронт волны. Мучительные поиски вещества, подходящего по комбинации многих свойств для ударного сжатия магнитного поля, вывели на монокристалл йодида цезия.
Изготавливаем супероружиеСамое сложное – сформировать сходящуюся ударную волну (сферическую, ее скорость с уменьшением радиуса возрастает намного быстрее, чем цилиндрической). Та же задача стояла и при создании ядерных зарядов (подробнее см. позднее в посте про устройство ядерного оружия) – там взрыв обжимал до сверхкритической плотности плутониевый шарик. Собирали такой заряд из 32 сферических сегментов (20 шестигранных и 12 пятигранных), образовывавших структуру, похожую на футбольный мяч. Изготовление таких сегментов с необходимой точностью – задача потруднее огранки бриллианта. Еще труднее было заставить сработать 32 детонатора одновременно, с разбросом по времени менее миллионной доли секунды (!). Для этого в первых атомных бомбах применялось сложное электронное устройство весом более 200 кг.
Технологический отрыв от тех времен огромен. В нашем случае заряд взрывчатки размещается внутри детонационного распределителя – полой сферы из поликарбоната, на поверхности которой отфрезерованы многочисленные каналы. Начинаясь у детонатора, причудливо разветвляясь, каналы покрывают всю внешнюю поверхность распределителя, заканчиваясь сквозными отверстиями. Они заполнены эластичным взрывчатым веществом с высокостабильной скоростью детонации. Эта сложнейшая сеть создается так, чтобы обеспечить равные пути детонации от первичного детонатора до каждого отверстия – точки инициирования основного заряда (их несколько десятков). Основной заряд изготавливается из мощного взрывчатого состава на основе октогена. Внутри него устанавливается сфера из монокристалла иодида цезия.
Вокруг сферы собирается магнитная система. В ее основе – два постоянных магнита, от которых к кристаллу идут два усечённых конуса из магнитно-мягкой стали, «собирающих» поле магнитов в область, занятую монокристаллом. Сохранению потока, создаваемого магнитами, служат и магнитопроводы. Кристалл устанавливается в центре так, чтобы его главная ось совпадала с направлением магнитного поля, иначе различия в свойствах вдоль других осей могут нарушить симметрию сжатия.
Устройство собрано. Сработал детонатор. Со скоростью около 8 км/с огоньки детонации, разветвляясь, разбегутся по каналам, одновременно нырнут в десятки отверстий и инициируют в основном заряде сферическую детонацию с давлением в полмиллиона атмосфер. Достигнув поверхности иодида цезия, волна детонации сформирует в нем ударную волну. Поскольку плотность монокристалла больше плотности газов взрыва, давление на поверхности сферы скачкообразно увеличится, превысив миллион атмосфер. Сферическая ударная волна помчится к центру со скоростью более 10 км/с, оставляя за собой уже не монокристалл, а проводящую, как металл, жидкую мешанину из атомов и ионов йода и цезия и сжимая магнитное поле. В конечной фазе отношение размера области сжатия к начальному радиусу кристалла – менее одной тысячной. Энергия магнитного поля могла бы возрасти при этом в миллион миллионов раз! Впрочем, вспомним, что сжата-то лишь мизерная часть поля, а почти все «выброшено» за фронт ударной волны.
Если заряд собран правильно, то ударная волна, сойдясь в точку и отразившись, устремится обратно, скачком изменив поле, что и приведет к генерации импульсного потока радиочастотного электромагнитного излучения (РЧЭМИ). Длительность его менее наносекунды, но спектр! За доли наносекунды поле меняется, конечно же, не по закону синуса с периодом, равным времени сжатия-разрежения, а куда как более резко, и это значит, что в функции, описывающей его изменение, существенны вклады многих частот. Поэтому ударно-волновой источник излучает в диапазоне от сотен мегагерц до сотен гигагерц – более трех частотных декад!
Ну, а в каком же направлении излучает такой боеприпас? Диаграмма направленности излучения сильно зависит от отношения размера излучателя к длине волны. А излучается прорва частот на трех декадах, да еще размер излучателя (области сжатия) непрерывно меняется! Так что можно считать, что электромагнитная энергия излучается по всем направлениям, что делает вполне естественным применение такого источника в боеприпасах.
«Золотые боеприпасы»Почти все статьи, повествующие об электромагнитном оружии, по традиции заканчиваются стандартной «страшилкой» об «отключившихся телефонах» и «погасшем свете». Мы же не будем этого делать, и по вполне очевидной причине: идиота, расходующего умопомрачительно дорогие боеприпасы на такую ерунду, скорее всего, будет ждать военный трибунал.
Один из самых малогабаритных образцов ядерного оружия – 152-мм артиллерийский снаряд (параметры деления оружейного плутония таковы, что в меньших размерах создать взрывную сверхкритическую сборку невозможно). Хотя ударно-волновой заряд удалось «втиснуть» в меньший (105 мм) калибр, в технологии производства таких «малышей» много общего, и стоимость их вполне сравнима. Поэтому применение ударно-волнового боеприпаса целесообразно лишь в очень ответственных ситуациях, например для «ослепления» электроники опаснейшего противника – подлетающей крылатой ракеты. Для «прозы войны» – действий на поле боя – требуются другие типы электромагнитных боеприпасов, «числом поболее, ценою подешевле»…
ivan-tsaplin.livejournal.com
Только Россия имеет на вооружении электромагнитные боеприпасы
Предприятиями российского оборонно-промышленного комплекса создана мощная электромагнитная ракета «Алабуга», имеющая боевой блок с генератором электромагнитного поля высокой мощности. Сообщалось, что она способна одним ударом накрыть территорию 3,5 километров и вывести из строя всю электронику, превратив ее в «груду металлолома».
Михеев разъяснил, что «Алабуга» не является конкретным оружием: под этим шифром в 2011-2012 годах завершился целый комплекс научных исследований, в ходе которых были определены основные направления развития радиоэлектронного оружия будущего.
«Была проведена очень серьёзная теоретическая оценка и практическая работа на лабораторных макетах и специализированных полигонах, в ходе которой определена номенклатура радиоэлектронного оружия и степень его воздействия на технику», — рассказал Михеев.
Это воздействие может быть разным по интенсивности: «Начиная с обычного помехового влияния с временным выводом систем вооружения и военной техники противника из строя вплоть до её полного радиоэлектронного поражения, приводящего к энергетическому, деструктивному повреждению основных электронных элементов, плат, блоков и систем».
После окончания этой работы все данные о её результатах были закрыты, а сама тема СВЧ-оружия попала в разряд критических технологий с наивысшим грифом секретности, подчеркнул Михеев.
«Сегодня мы можем только сказать, что все эти наработки переведены в плоскость конкретных опытно-конструкторских работ по созданию электромагнитного оружия: снарядов, бомб, ракет, несущих на себе специальный взрывомагнитный генератор, в котором за счёт энергии взрыва создаётся так называемый СВЧ-электромагнитный импульс, выводящий из строя на определённом расстоянии всю технику противника», — отметил собеседник.
Подобные разработки ведут все ведущие мировые державы – в частности, США и Китай, заключил представитель КРЭТ.
Россия на сегодняшний день является единственной в мире страной, на вооружении которой стоят боеприпасы, оснащенные электромагнитными генераторами, заявил главный редактор журнала «Арсенал Отечества», член экспертного совета коллегии ВПК Виктор Мураховский.
Так он прокомментировал слова советника первого заместителя гендиректора концерна «Радиоэлектронные технологии» Владимира Михеева, заявившего, что в России создаются радиоэлектронные боеприпасы, способные вывести технику противника из строя за счет мощного СВЧ-импульса.
«Такие штатные боеприпасы у нас есть – например, такие генераторы есть в боевых частях зенитных ракет, также существуют выстрелы для ручных противотанковых гранатометов, оснащенные такими генераторами. По этому направлению мы находимся на передовых позициях в мире, аналогичных боеприпасов, насколько я знаю, пока на снабжении иностранных армий нет. В США и Китае такая техника сейчас находятся лишь на стадии испытаний», — цитирует В. Мураховского РИА Новости.
Эксперт отметил, что сегодня российская «оборонка» работает над увеличением эффективности таких боеприпасов, а также усилением электромагнитного импульса за счёт новых материалов и новых конструктивных схем. При этом Мураховский подчеркнул, что называть такое оружие «электромагнитными бомбами» не совсем корректно, поскольку на сегодняшний день на вооружении российской армии стоят только зенитные ракеты и гранатометные выстрелы, оснащенные такими генераторами.
Говоря о радиоэлектронном оружии будущего, разрабатываемом сегодня в России, собеседник привел в пример проект «СВЧ-пушки», находящийся сегодня на стадии научно-исследовательских работ.
«На стадии НИР есть новое изделие на гусеничном шасси, которое генерирует излучение, способное на большом расстоянии вывести из строя беспилотник. Это именно то, что в просторечии сейчас называют «СВЧ-пушкой», — рассказал Мураховский.
Впервые мир увидел реально действующий прототип электромагнитного оружия на выставке вооружений ЛИМА-2001 в Малайзии. Там был представлен экспортный вариант отечественного комплекса «Ранец-E». Он выполнен на шасси МАЗ-543, имеет массу около 5 тонн, обеспечивает гарантированное поражение электроники наземной цели, летательного аппарата или управляемого боеприпаса на дальностях до 14 километров и нарушения в её работе на расстоянии до 40 км. Несмотря на то, что первенец произвел настоящий фурор в мировых СМИ, спецалисты отметили ряд его недостатков. Во-первых, размер эффективно поражаемой цели не превышает 30 метров в диаметре, а во-вторых, оружие одноразовое — перезарядка занимает более 20 минут, за которые чудо-пушку уже раз 15 подстрелят с воздуха, а работать по целям она может только на открытой местности, без малейших визуальных преград. Наверное, именно по этим причинам американцы и отказались от создания подобного ЭМИ-оружия направленного действия, сконцентрировавшись на лазерных технологиях. Наши оружейники решили испытать судьбу и попытаться «довести до ума» технологию направленного ЭМИ-излучения.
По активному импульсному излучению получается подобие ядерного взрыва, только без радиоактивной компоненты. Полевые испытания показали высокую эффективность блока – не только радиоэлектронная, но и обычная электронная аппаратура проводной архитектуры, выходит из строя в радиусе 3,5 км. Т.е. не только выводит из штатной эксплуатации главные гарнитуры связи, ослепляя и оглушая противника, но и фактически оставляет целое подразделение без каких-либо локальных электронных систем управления, в том числе вооружением. Преимущества такого «нелетального» поражения очевидны – противнику останется только сдаться, а технику можно получить в качестве трофея. Проблема лишь в эффективных средствах доставки этого заряда – он обладает сравнительно большой массой и ракета должна быть достаточно большой, и, как следствие, весьма уязвимой для поражения средств ПВО/ПРО», — объяснил эксперт.
Интересны разработки НИИРП (ныне подразделение концерна ПВО «Алмаз-Антей») и Физико-технического института им. Иоффе. Исследуя воздействие мощного СВЧ-излучения с земли на воздушные объекты (цели), специалисты этих учреждений неожиданно получили локальные плазменные образования, которые получались на пересечении потоков излучения от нескольких источников. При контакте с этими образованиями воздушные цели претерпевали огромные динамические перегрузки и разрушались. Согласованная работа источников СВЧ-излучения, позволяла быстро менять точку фокусировки, то есть производить перенацеливание с огромной скоростью или сопровождать объекты практически любых аэродинамических характеристик. Опыты показали, что воздействие эффективно даже по боевым блокам МБР. По сути, это уже даже не СВЧ-оружие, а боевые плазмоиды. К сожалению, когда в 1993 году коллектив авторов представил проект системы ПВО/ПРО, основанной на этих принципах, на рассмотрение государства, Борис Ельцин сразу предложил совместную разработку американскому президенту. И хотя сотрудничество по проекту не состоялось, возможно, именно это подтолкнуло американцев к созданию на Аляске комплекса HAARP (High freguencu Active Auroral Research Program) — научно-исследовательский проект по изучению ионосферы и полярных сияний. Отметим, что тот мирный проект почему-то имеет финансирование агентства DARPA Пентагона.
Справка:
Элементная база РЭС весьма чувствительна к энергетическим перегрузкам, и поток электромагнитной энергии достаточно высокой плотности способен выжечь полупроводниковые переходы, полностью или частично нарушив их нормальное функционирование. Низкочастотное ЭМО создает электромагнитное импульсное излучение на частотах ниже 1 МГц, высокочастотное ЭМО воздействует излучением СВЧ-диапазона – как импульсным, так и непрерывным. Низкочастотное ЭМО воздействует на объект через наводки на проводную инфраструктуру, включая телефонные линии, кабели внешнего питания, подачи и съема информации. Высокочастотное ЭМО напрямую проникает в радиоэлектронную аппаратуру объекта через его антенную систему. Помимо воздействия на РЭС противника, высокочастотное ЭМО может также влиять на кожные покровы и внутренние органы человека. При этом в результате их нагрева в организме возможны хромосомные и генетические изменения, активация и дезактивация вирусов, трансформация иммунологических и поведенческих реакций.
Главным техническим средством получения мощных электромагнитных импульсов, составляющих основу низкочастотного ЭМО, является генератор с взрывным сжатием магнитного поля. Другим потенциальным типом источника низкочастотной магнитной энергии высокого уровня может быть магнитодинамический генератор, приводимый в действие с помощью ракетного топлива или взрывчатого вещества. При реализации высокочастотного ЭМО в качестве генератора мощного СВЧ-излучения могут использоваться такие электронные приборы, как широкополосные магнетроны и клистроны, работающие в миллиметровом диапазоне гиротроны, генераторы с виртуальным катодом (виркаторы), использующие сантиметровый диапазон, лазеры на свободных электронах и широкополосные плазменно-лучевые генераторы.
[источники]источники
https://ria.ru/defense_safety/20170928/1505719386.html
http://vpk-news.ru/news/39159
http://interpolit.ru/blog/ehlektromagnitnoe_oruzhie_v_chem_rossijskaja_armija_operedila_konkurentov/2014-09-28-2584
Для того, чтобы быть в курсе выходящих постов в этом блоге есть канал Telegram. Подписывайтесь, там будет интересная информация, которая не публикуется в блоге!
masterok.livejournal.com
5-8. Обманчивая простота спирального взрывомагнитного генератора. Визит в центр разработки ядерного оружия. Первая открытая публикация об излучателе
5-8. Обманчивая простота спирального взрывомагнитного генератора. Визит в центр разработки ядерного оружия. Первая открытая публикация об излучателе
Предложенный в 50-х годах А. Сахаровым, спиральный ВМГ (СВМГ) выглядит примитивным устройством (рис. 5.10): спираль, а внутри нее — металлическая труба 1, заполненная взрывчатым веществом 2. При подрыве газы растягивают трубу в конус, основание которого движется по виткам 3 обмотки, замыкая их и приближая точку контакта к нагрузке 4, куда и вытесняется магнитный поток. Усиление тока равно отношению начальной и конечной (нагрузочной) индуктивностей помноженному на долю сохраненного в ВМГ магнитного потока. Казалось бы, естественно увеличивать начальную индуктивность, наматывая обмотку с постоянным и наименьшим возможным шагом. Это — простое, но ложное представление.
Рассмотрим два СВМГ, различающихся лишь обмотками (рис. 5.11). Та, что справа намотана с постоянным шагом по всей /длине, поэтому и площадь сжимаемого контура уменьшается расширяемой взрывом трубой линейно. Слева сжимаемый контур образован профилированной обмоткой (начальный шаг намотки одинаков для обеих вариантов, по у «профилированного» он увеличивается, по мере приближения к нагрузке).
Пусть в начальный момент времени ток одинаков. Для СВМГ справа это означает, что энергия запитки у него больше, поскольку индуктивность обмотки выше. Но вот преимущество в усилении тока — за «левым» вариантом: за равный промежуток времени труба «отсечет» (показано пунктиром) то же число витков (начальные шаги намотки равны), но нагрузки для примерно равных наведенных ЭДС будут существенно различаться: в «левом» случае остаточная индуктивность меньше. К тому же, в «левой» обмотке меньше потери потока на диффузию, так как меньше длина провода «остатка» сжатого контура.
По мере дальнейшего движения конуса, преимущество «профилированного» варианта будет возрастать, потому что в каждом из последующих его участков будет течь больший начальный ток. Если нагрузка подобрана правильно («согласована») и усиление продолжается вплоть до закорачивания расширяющейся трубой последнего витка, «левый вариант» имеет все предпосылки не только компенсировать начальное энергетическое преимущество «правого», но и далеко превзойти его. Настырный может задать вопрос: «А где же предел возрастания шага намотки от витка к витку?». Стоит вспомнить, что большой ток еще не гарантирует получения большой магнитной энергии, которая зависит не только от квадрата тока, но и от индуктивности. Так что, все более «круто» профилируя обмотку, можно прозевать момент, когда ВМГ вообще перестанет усиливать энергию и даже начнет терять ее, несмотря на значительный генерируемый ток!
Рис. 5.10. Схема спирального взрывомагнитного генератора
Рис. 5.11. Схема работы спирального ВМГ с постоянным шагом намотки (справа) и намоткой, шаг которой увеличивается
Обычно изоляция провода постоянна по толщине, а значит и рабочее напряжение рационально делать постоянным. В таком случае возрастание шага намотки с длиной — экспоненциальное. Если все параметры подобраны правильно, го 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.
Нельзя сказать, что первые из созданных в нашей лаборатории СВМГ никуда не годились. В паре опытов во время летней сессии на полигоне Кызбурун-3 был достигнут ток, превышавший полтора миллиона ампер через индуктивную нагрузку в 30 нГн (рис. 5.12). Однако полагать, что за полгода удастся достичь уровня, которого коллективы компетентных специалистов добивались десятилетиями, было бы непростительной самоуверенностью. Наибольший опыт в области магнитной кумуляции был накоплен во ВНИИ экспериментальной физики — центре создания ядерного оружия, письма в который адресовались в не обозначенный на картах город Арзамас-16.
Передать разработку СВМГ этой организации представлялось рациональным: задачи лаборатории и без того были сложны. Стараться же расширить их круг, увеличивая численность сотрудников, вряд ли было целесообразно: опыт показывал, что от этого продвижение к цели ощутимо не ускоряется. Одной из проблем был часто встречавшийся комплекс исполнителя: выполняя долго какую-нибудь работу, человек быстро убеждал себя в своей незаменимости. Например, рабочий, найдя ошибку в чертеже или предложив мелкое улучшение, начинал считать себя более разбирающимся в проблеме, чем те, кто давал ему задания. Государство всемерно способствовало развитию подобных настроений, льстиво подтверждая их цитатами из марксистско-ленинских опусов. Небогатые логикой установки на руководящую роль рабочего класса прославлялась в многочисленных песнях, иногда с гордыми, но, по-видимому, не совсем верно адресованными, такими, например, сентенциями: «А без меня, а без меня тут ничего бы не стояло…» — казалось бы, такой эффект должен интересовать прежде всего медицинских работников, специалистов по восстановлению репродуктивной функции у мужчин. Встречались аналогичные комплексы и среди ученых. Например, выезжая на испытания с емкостными и рупорными антеннами, понимая, что с такими приборами полноценной информации не получить, человек, тем не менее, убеждал себя в том, что в стране не найдется и полутора десятков специалистов с квалификацией, равной его собственной. Попытки устранить противоречие между самооценкой и фактами за счет заимствования чужих результатов приводили к демонстрации еще большей беспомощности.
Рис. 5.12. При работе спирального ВМГ, производная тока в хорошо согласованной нагрузке экспоненциально зависит от времени
Налаживание связей с ВНИИЭФ было непростым делом: мешали барьеры секретности. Помог случай.
1987 был годом реорганизации советского военно-промышленного комплекса и ЦНИИХМ посетил недавно назначенный министром оборонной промышленности Б. Белоусов — чтобы лично ознакомиться с работами, проводимыми в центральном институте отрасли. Радиоинженер по образованию, министр проявил интерес к докладу об электромагнитных боеприпасах и спросил, что можно сделать для ускорения работ. В числе других мер, было названо и установление контактов с ВНИИЭФ. Оформление пропуска после указания министра пошло быстрее и 15 октября я ступил на землю древней Саровской пустыни[75].
Уже первые контакты с учеными ВНИИЭФ: В.Демидовым, С. Паком, Б. Гриневичем, Л. Пляшкевичем, А. Кравченко, Г. Волковым, В. Стрекиным, А. Скобелевым оказались весьма полезными. Компетентные специалисты и радушные люди, они были готовы оптимизировать СВМГ, но эту работу имело смысл начинать только после того, как не останется сомнений, какие параметры токового импульса необходимо обеспечить в нагрузке — ЦУВИ. Методики измерений больших токов в ВНИИЭФ были отработаны до мельчайших подробностей и делегация ЦНИИХМ получила приглашение провести там испытания.
В 1987 году теоретики Бармина осмыслили как результаты полученные годом ранее, так и новые — от испытаний «демонстрационной» сборки ЕХ-10 (рис. 5.13). В этой сборке начальное магнитное поле создавалось системой постоянных магнитов. Хотя слабое начальное поле не позволяло достигнуть рекордной мощности РЧЭМИ, сигналы на антеннах были вполне заметными и этот факт позволял советовать заткнуться тем, кто еще продолжал твердить про наводки от больших токов разряда конденсаторной батареи. В 1987 году была подготовлена первая статья о ЦУВИ (опубликована в «Докладах Академии наук» в июне 1988 г.). Цензуру удалось перехитрить, заменив слова «электромагнитное излучение» на «диссипативные потери электромагнитной энергии».
Рис. 5.13. 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
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
tech.wikireading.ru