Убийцы роботов: электромагнитные бомбы

Мечта армейских XX века — оружие массового поражения, поражающее лишь живую силу соперника. На создание для того чтобы оружия — от боевых отравляющих веществ до нейтронных снарядов — были израсходованы огромные средства, но совершенного инструмента армейские так и не взяли. А в новом, XXI веке надобность в нем отпала и вовсе: цель войн будущего — не население, а экономика соперника.

Солидную часть боевых задач сейчас будут решать роботы — от беспилотных летательных аппаратов до автоматических бронированных автомобилей. И в случае если XX век возможно смело назвать веком атомного оружия, то в XXI-м востребованным будет электромагнитное, либо, как его еще именуют, микроволновое оружие, выжигающее компьютерный мозг соперника.

Пушки и боеприпасы

Пожалуй, первыми электромагнитными снарядами были и остаются простые ядерные заряды, одним из поражающих факторов которых есть электромагнитный импульс, выводящий из строя электронику на большое количество километров около. Воздействие электромагнитного излучения выяснилось такими эффективным, что сходу появился вопрос — запрещено ли создать «чистое», неядерное электромагнитное оружие?

Первой приходит идея о направленном излучении, которое распространяется приблизительно в 40 тысяч раз стремительнее, чем летит боеголовка баллистической ракеты. Таковой пушке не потребуются боеприпасы, у нее не будет отдачи, стрельба ее тиха и бездымна.

Несложные расчеты показывают: дальность поражения электроники неимеетвозможности быть больше размер источника излучения более чем в 1000 раз, в противном случае излучение приведёт к разряду в окружающем воздухе и вся его энергия уйдет на образование плазменного экрана. Из этого направляться, что источники узких пучков электромагнитного излучения — микроволновые пушки — постоянно будут проигрывать равным по габаритам артсистемам в эффективности и дальности поражения. Пучок излучения не вынудишь искривиться, исходя из этого нельзя стрелять с закрытых позиций.

В случае если к этому добавить большие габариты микроволновых пушек, то ясно, что шансов на современном поле боя у них нет. Перечень недочётов возможно продолжить. Но это не означает, что у электромагнитного оружия нет будущего.

Другое дело, в случае если источник ЭМИ срабатывает рядом с целью — тогда преимущество перед ударной волной либо осколками разумеется. К примеру, радиус поражения крылатой ракеты 120-мм электромагнитным снарядом может составить 60 метров (та же тысяча радиусов снаряда), что вдесятеро дальше, чем осколочно-фугасным боеприпасом подобного калибра.

Но сейчас в мире не существует компактных хранилищ электромагнитной энергии высокой плотности, каковые возможно было бы разместить в современных снарядов. Исходя из этого для ее генерации употребляется классическое взрывчатое вещество, при детонации которого выделяется в тысячи раза больше энергии, чем может выдать в нагрузку лучший аккумулятор того же количества. Именуются такие генераторы взрывомагнитными, и своим рождением они обязаны снова же ядерному оружию.

Генератор Сахарова

Для получения первичных нейтронов, «запускающих» процесс деления в ядерном боезаряде, потребовался сверхмощный источник импульса тока. Генератор А.Д. Сахарова воображал собой кольцо из взрывчатого вещества (ВВ), окружающего бронзовую катушку.

Комплект подрываемых синхронно детонаторов инициировал детонацию, направленную к оси.

В момент, синхронизованный с подрывом, происходил разряд конденсатора, ток которого формировал магнитное поле в катушки. Ударная волна огромным давлением (около миллиона воздухов) «закорачивала» витки катушки, превращая в трубку (лайнер) и замыкая это поле в нее.

В проводниках поле движется медлительно, исходя из этого за пара микросекунд предстоящего сжатия лайнера оно успевало пробраться в медь только на дюжина микрон. Замкнутый магнитный поток наряду с этим практически не изменялся, и уменьшение площади поперечного сечения области сжатия компенсировалось эквивалентным увеличением индукции поля (соответственно — и возрастанием радиального тока в лайнере).

Наряду с этим еще более значительно (обратно пропорционально четвертой степени радиуса) возрастали как магнитная энергия, так и магнитное противодавление на лайнер, которое замедляло сжатие впредь до полной остановки. Вдобавок нестабильности скоро превращали внутреннюю поверхность лайнера в «звезду», лучи которой уже при уменьшении радиуса области сжатия в 3−4 раза разрезали ее, переставая процесс. Эти и другие обстоятельства приводят к тому, что устройства, где магнитный поток сохраняется, разрешают генерировать импульсные токи в много миллионов ампер, но негодны для излучения электромагнитной энергии.

Кристаллическая бомба

Во взрывомагнитных генераторах изменение магнитного поля происходит весьма скоро, но все же не хватает — за пара микросекунд, что соответствует длине волны около километра (!). Отметим, что для действенного излучения размер антенны должен быть сравним с длиной волны — воображаете себе боеприпас размером со стадион?

Величина настоящих зарядов в тысячи раз меньше, и дабы преобразовать в излучение хотя бы малую часть энергии взрыва, необходимы длины волн в десятки сантиметров, соответственно, поле должно изменяться за единицы наносекунд (10−9 с). Кроме того весьма замечательные ударные волны движутся в жёстких телах со скоростями около десяти километров/с, исходя из этого для обеспечения столь стремительного трансформации радиус области, где происходит действенное сжатие поля, обязан составлять около 10−5 м — в тысячу раз меньше, чем в генераторе Сахарова!

Казалось бы, все потуги достигнуть радиусов сжатия в дюжина микрон более чем вызывающи большие сомнения. Но сделать это возможно, в случае если сжимать поле не лайнером, а ударной волной в веществе. Такое сжатие имеет наиболее значимую изюминку: в замечательной ударной волне огромное давление реализуется по большей части за счет температуры, а разность плотностей вещества по обе стороны фронта мала — приблизительно двукратная.

Это именно и не разрешает развиться нестабильностям, как при со взрывомагнитным генератором, в то время, когда отличие между плотностями воздуха и лайнера в него образовывает десятки тысяч раз. К тому же замечательная ударная волна в некоторых диэлектриках (ионных кристаллах) владеет и вторым увлекательным свойством — сходу за ее фронтом вещество получает высокую, практически «железную» проводимость. Другими словами возможно сжимать поле фальшивойоболочкой, а виртуальной!

Итак, минимальный размер области ударного сжатия будет определяться уже не нестабильностями, а неоднородностями структуры вещества. Монокристалл — самый упорядоченная структура в природе. Исследования продемонстрировали, что фронт ударной волны в монокристалле зеркально ровен: размеры неоднородностей составляют микроны.

В полной мере реально кардинально снизить и противодавление поля, которое замедляет сжатие. Это делается вероятным вследствие того что скорость фронта волны превышает массовую скорость вещества за фронтом. Дабы показать это, заберём пара карандашей и, оставляя зазоры, равные их толщине (что будет моделировать двукратное повышение плотности вещества при сжатии), разложим в ряд на столе.

После этого начнем двигать конечный из карандашей.

Выбрав зазор, данный карандаш толкнет соседний, тот, пройдя зазор — следующий и т. д. Увидьте, что «фронт» процесса (граница области, где находятся карандаши без зазоров между ними) постоянно опережает любой из двигающихся карандашей.

Но, как мы знаем, за фронтом волны вещество получает высокую проводимость, а в проводнике поле уже неимеетвозможности двигаться вольно: оно «вязнет» в нем. В случае если в генераторе Сахарова как вещество, так и фронт проводимости движутся со скоростью внутренней границы лайнера, совместно «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 принципиально важно стремительное изменение поля, а не рекордное значение его индукции, и дабы избежать торможения в конечной, самой скоростной фазе сжатия, в полной мере возможно пойти на «сброс» части поля за фронт волны. Мучительные поиски вещества, подходящего по комбинации многих особенностей для ударного сжатия магнитного поля, вывели на монокристалл йодида цезия.

Изготавливаем супероружие

Самое сложное — организовать сходящуюся ударную волну (сферическую, ее скорость с уменьшением радиуса возрастает намного стремительнее, чем цилиндрической). Та же задача стояла и при создании ядерных зарядов (подробнее см. «ПМ» №13) — в том месте взрыв обжимал до сверхкритической плотности плутониевый шарик. Собирали таковой заряд из 32 сферических сегментов (20 шестигранных и 12 пятигранных), образовывавших структуру, похожую на футбольный мяч.

Изготовление таких сегментов с нужной точностью — задача тяжелее огранки алмаза. Еще тяжелее было вынудить сработать 32 детонатора в один момент, с разбросом по времени менее миллионной доли секунды (!). Для этого в первых ядерных бомбах использовалось сложное электронное устройство весом более 200 кг.

Технологический отрыв от тех лет огромен. В нашем случае заряд ВВ размещается в детонационного распределителя — полой сферы из поликарбоната, на поверхности которой отфрезерованы бессчётные 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, дабы обеспечить равные дороги детонации от первичного детонатора до каждого отверстия — точки инициирования главного заряда (их пара десятков). Расчет каналов требует способов геометрии Римана, да и отфрезеровать такую совокупность каналов возможно не на каждом точном станке с ЧПУ. Главный заряд изготавливается из замечательного взрывчатого состава на базе октогена.

В него устанавливается сфера из монокристалла иодида цезия.

Около сферы планирует магнитная совокупность. 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, помогают и магнитопроводы.

Кристалл устанавливается в центре так, дабы его основная ось совпадала с направлением магнитного поля, в противном случае различия в особенностях на протяжении вторых осей смогут нарушить симметрию сжатия.

Устройство собрано. Сработал детонатор. Со скоростью около восьми километров/с огоньки детонации, разветвляясь, разбегутся по каналам, в один момент нырнут в десятки отверстий и инициируют по большей части заряде сферическую детонацию с давлением в полмиллиона воздухов. Достигнув поверхности иодида цезия, волна детонации организует в нем ударную волну.

Потому, что плотность монокристалла больше плотности газов взрыва, давление на поверхности сферы скачкообразно увеличится, превысив миллион воздухов.

Сферическая ударная волна помчится к центру со скоростью более десяти километров/с, оставляя за собой уже не монокристалл, а проводящую, как металл, жидкую мешанину из атомов и ионов цезия и йода и сжимая магнитное поле. В конечной фазе отношение размера области сжатия к начальному радиусу монокристалла — менее одной тысячной. Энергия магнитного поля имела возможность бы возрасти наряду с этим в миллион миллионов раз!

Но, отыщем в памяти, что сжата-то только мизерная часть поля, а практически все «выкинуто» за фронт ударной волны.

В случае если заряд собран верно, то ударная волна, сойдясь в точку и отразившись, устремится обратно, скачком поменяв поле, что и приведет к генерации импульсного потока радиочастотного электромагнитного излучения (РЧЭМИ). Продолжительность его менее наносекунды, но спектр! За доли наносекунды поле изменяется, конечно же, не по закону синуса с периодом, равным времени сжатия-разрежения, а куда как более быстро, и это значит, что в функции, обрисовывающей его изменение, значительны вклады многих частот. Исходя из этого ударно-волновой источник излучает в диапазоне от сотен мегагерц до сотен гигагерц — более трех частотных

декад!

Ну, а в каком же направлении излучает таковой снаряд? Диаграмма направленности излучения во многом зависит от отношения размера излучателя к длине волны. А излучается прорва частот на трех декадах, к тому же размер излучателя (области сжатия) непрерывно изменяется!

Так что можно считать, что электромагнитная энергия излучается по всем направлениям, что делает в полной мере естественным использование для того чтобы источника в снарядах.

«Золотые снаряды»

Практически 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 в полной мере очевидной причине: идиота, расходующего умопомрачительно дорогие снаряды на такую ерунду, вероятнее, будет ожидать армейский трибунал.

Один из самых малогабаритных образцов атомного оружия — 152-мм артиллерийский боеприпас (параметры деления оружейного плутония таковы, что в меньших размерах создать взрывную сверхкритическую сборку нереально). Не смотря на то, что ударно-волновой заряд удалось «втиснуть» в меньший (105 мм) калибр, в технологии производства таких «малышей» большое количество неспециализированного, и цена их в полной мере сравнима.

Исходя из этого использование ударно-волнового снаряда целесообразно только в весьма важных обстановках, к примеру для «ослепления» электроники страшнейшего соперника — подлетающей крылатой ракеты. Для «прозы войны» — действий на поле боя — требуются другие типы электромагнитных снарядов, «числом поболее, ценою недороже». Но об этом — в следующих номерах.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№29, март 2005).