Текст книги "Шипение снарядов"

… Вернемся к аналогии с карандашами и сделаем промежутки между ними совсем незаметными. Тогда стоит чуть-чуть тронуть их ряд – и фронт «процесса» окажется очень далеко, а «движение вещества» будет несущественным. Если сжимаемость мала, а ионизация все же происходит, то магнитное поле сразу оказывается в проводящем веществе, которое «не успеет» сколь-нибудь заметно вытеснить поле в область сжатия – произойдет «вмораживание» (рис. 4.27). Предельный случай вмораживания – ионизация вещества мощным излучением, когда среда может вообще не двигаться. Не сможет двигаться и поле, оказавшееся в такой среде после ионизации. Потери на вмораживание специфичны именно для ударного сжатия, они «откусывают» поле по краям области сжатия, «уводят» из него магнитный поток, в противоположность лайнеру, который «толкает перед собой» поле, сохраняя поток (за исключением того, что диффундирует внутрь него).

Подытожим причины, по которым применение ударной волны целесообразно для очень быстрого и очень «глубокого» сжатия магнитного поля.

• По обе стороны фронта ударной волны разница плотностей мала: даже ударные волны с давлением в миллион атмосфер сжимают твердые тела примерно вдвое, а дальнейшее повышение давления сопровождается ростом не плотности, а температуры. Малая разность плотностей означает, что при ударно-волновом сжатии не развиваются нестабильности.

• При ударно-волновом нагревании возможны ионизация и скачок проводимости: перед фронтом вещество является изолятором, в котором магнитное поле распространяется со световой скоростью, а за фронтом – проводником, в котором скорость распространения поля на много порядков ниже. Такой волной, образующей замкнутое кольцо, сходящееся к центру, может сжиматься магнитное поле – как лайнером, но без нестабильностей, и к тому же быстрее, чем лайнером, потому что скорость фронта всегда превышает массовую скорость.

• Как вмораживание, так и диффузия, приводят к потерям магнитного поля: оно «захватывается» проводящим веществом и уже далеко не полностью концентрируется в области сжатия. Становится возможным «сбрасывать» излишнее поле за фронт ударной волны, препятствуя тем самым чересчур быстрому усилению магнитного давления. Выбирая характеристики вещества (степень сжатия и проводимость в ударно-сжатом состоянии) можно регулировать «сброс» поля, согласуя тем самым закон возрастания его давления в области сжатия с давлением в веществе ударной волны, устраняя препятствие для достижения сколь угодно малого радиуса. Будем, однако, помнить, что работа против сил магнитного поля (а значит, и повышение энергии поля) совершается за счет кинетической энергии вещества, так что необходим компромисс. Если ударное сжатие будет слишком мало (очень малы промежутки между карандашами), то все магнитное поле будет вморожено, а существенного движения массы вещества не будет, а значит, не хватит и энергии в момент, когда она особенно нужна – на конечной стадии сжатия. Если же сжатие будет слишком велико, случится то, что случается в ИВМЕ – магнитное давление остановит компрессию поля, потому что быстро станет «сильнее» гидродинамического давления.

Рис. 4.27

Иллюстрация «вмораживания» магнитного поля в проводящую среду при помощи знакомой читателю «карандашной» аналогии. Силовые линии поля моделируются обрезками стальной проволоки. Сдвинувшись, карандаши зажмут («вморозят») обрезки между собой, и двигаться дальше им можно будет только вместе. Некорректность аналогии в том, что проволока и в несжатом веществе не совсем свободна (может двигаться только в пределах зазоров между карандашами), в то время как магнитное поле в диэлектрике – в любом направлении со скоростью света

…Непрост в экспериментальной физике переход от научной болтовни к практическим решениям. Вы знаете, что «стрелять» до бесконечности вам не позволят: и время, и финансирование ограничены всегда. Не верьте лжи, что перед опытом все было рассчитано: для устройства, созданного впервые, слишком многие параметры, необходимые для расчетов, сомнительны. Поэтому после арифметических вычислений (в крайнем случае – после решения простейшего дифференциального уравнения) от вас требуется твердо произнести что-либо вроде: «Рабочее тело в источнике излучения будем делать из монокристалла иодида цезия!». Основания для такого решения были следующими.

• Если конечный размер области сжатия – около десятка микрон, то фронт ударной волны должен быть очень гладким: с неровностями, размеры которых меньше размеров этой области. Вспомнилась статья об оптических исследованиях ударных волн в монокристаллах: С. Кормер утверждал, что фронт там «гладок, как зеркало», размер неровностей не превышает микрона. В любом случае, монокристалл – наиболее упорядоченная структура вещества – последняя надежда: если не выйдет в монокристалле, то не выйдет нигде!

• Этот монокристалл должен включать атомы с самым низким потенциалом ионизации, чтобы скачок проводимости в ударной волне был существенным. Значит – цезий.

• Этот монокристалл должен существовать в осязаемых размерах, не стоить бешеных денег, не быть ядовитым, и желательно, чтобы хотя бы некоторые его свойства были исследованы ранее.

Изготовить новые устройства (цилиндрические ударно-волновые излучатели, ЦУВИ, рис. 4.28) не заняло много времени…

Рис. 4.28

Внешний вид и схема сборки Е-7 – цилиндрического ударно-волнового излучателя (ЦУВИ). Цилиндр из монокристалла иодида цезия 1 помещен в кольцевой заряд 2,(и тот, и другой размещены в футляре из плексигласа), а детонация на внешней поверхности заряда инициируется стаканом 3 из эластичного ВВ, через который проходит пара окружающих монокристалл параллельно включенных витков медного провода 4, соединенных с высоковольтным конденсатором 5. Секторный вырез в стакане из эластичного ВВ сделан только на макете – для наглядности

…02 марта 1983 года атмосфера на испытательной площадке была благодушная: два совместных подрыва – ВМГ и облака горючего – продемонстрировали ожидавшийся результат прибывшим на показ начальникам. Приступили к «факультативу» – испытаниям ЦУВИ. Первая сборка по каким-то причинам сработала неважно, но готовить взрывной опыт и не предусмотреть необходимость его повторения – непростительная глупость! При взрыве второй сборки лучи осциллографов рванулись вверх, «выскочив» за пределы экранов. Офицеры сообщили, что вышли из строя смесительные диоды в антеннах, стоявших в пяти метрах от взрыва. Мощность излучения по крайней мере в сто раз превысила ту, которую зарегистрировали в опытах с объемной детонацией! Этот опыт поставил некоторых участников испытаний в затруднительное положение: их начальники увидели устройство размерами в десятки раз меньшее, чем объемно-детонирующие макеты, но излучавшее РЧЭМИ на два порядка большей мощности. Когда шок миновал, начались «маневры»: стали требовать описания ЦУВИ – «для отчета». Уступить «коллективу» такую находку, как ЦУВИ – неразумно: не так уж часто они выпадают в жизни исследователя. Уклончивость попытались преодолеть шантажом: заявили, что диоды из строя не выходили, сигналы на осциллографах были наводками от токов запитки, РЧЭМИ вообще не было, потому как «электрончиков, электрончиков в твоем устройстве не видать», а, если не будет отчета, то и в дальнейших испытаниях офицеры участвовать не намерены. Саркастически «согласившись» с противоречивыми доводами, пришлось заметить, что, раз все это было наводками, то, действительно, нет смысла тратить время на опыты, а тем более – на написание отчета.

… Разговоры о наводках продолжались много лет и «достали» настолько, что позже пришлось изготовить демонстрационную сборку (рис. 4.29): начальное поле в ней создавалось системой постоянных магнитов, а не большими токами. Понятно, что генерируемое такой сборкой РЧЭМИ не было рекордным по мощности, но – достаточно мощным, чтобы его можно было зарегистрировать. Сладкоголосые певцы «наводок» чуть приутихли, но не заткнулись, как им настоятельно советовали, а стали списывать регистрируемые сигналы на счет электромагнитного излучения, возникающего при взрыве ВВ (хотя мощность такого излучения, по свидетельству первооткрывателей этого явления, на много порядков ниже).

Рис. 4.29

Слева – 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.

Справа – «чистая», без каких-либо наводок от срабатывания высоковольтных цепей, осциллограмма производной магнитной индукции при сжатии ударной волной созданного постоянными магнитами поля (полученная с пробной катушки, размещенной в отверстии, просверленном в рабочем теле). Сигнал вышел за поле экрана осциллографа, но так и было задумано, потому что за слишком быстрым изменением поля в конце сжатия луч осциллографа «проследить» все равно не в состоянии, а ценную информацию о сохранении потока на начальной стадии, когда поле меняется сравнительно медленно, получить можно

Попытки шантажа были, понятно, основной движущей силой такого рода маневров, но встречались и проблемы, с которыми ранее сталкиваться не приходилось…

… 17 июня 1986 года, с аппарели[87]87
  Опускаемая сходня.


[Закрыть] десантного корабля, группа испытателей сошла на остров Коневец в Ладожском озере: там готовили к испытаниям крылатую противокорабельную ракету П-15[88]88
  К 70-м годам XX века советский флот, главкомом которого был С. Горшков, стал действительно океанским, но все же и количественно и качественно он уступал ВМС США. Ставка советского ВМФ в предполагаемом столкновении с хорошо оснащенным и численно превосходящим противником делалась на применение противокорабельных ракет. СССР опередил западные страны в создании этого оружия. 21 октября 1967 года две П-15, из числа поставленных в Египет, потопили израильский эсминец «Эйлат» (бывший английский, постройки 1944 г.). Еще через пять лет они же были запущены с индийских кораблей по береговым объектам Пакистана. Такое применение было «самодеятельностью» индийских моряков, но успешной: модифицированные П-15 с инфракрасными головками самонаведения «Снегирь» «захватили» нагревшиеся на южном солнце резервуары нефтехранилища, которое после попаданий горело несколько дней.
  П-15 несет на борту и горючее, и окислитель для своего жидкостного ракетного двигателя, поэтому максимальная дальность стрельбы ее (42 км) уступает ракетам с турбореактивными двигателями, которые несут на борту только горючее, а в качестве окислителя используют воздух.


[Закрыть] (рис. 4.30).

П-15 разрабатывалась в конце 50-х, и в системе ее наведения преобладали схемы на лампах. Имелись только четыре полупроводниковых диода: два – в смесителе и два – в канале автоподстройки частоты. Будучи мишенью для излучателей РЧЭМИ, П-15 и сама нуждалась в цели, которую соорудили, подняв над шлюпкой «железный парус». Шлюпку поставили на якорь в 120 метрах от ракеты, и отраженный сигнал был очень мощным («больше, чем от крейсера при стрельбе в упор» – говорил офицер, обслуживавший ракету).

…Радиолокационная головка самонаведения жадно захватывала «железный парус». После подрыва сборки в полусотне метрах от ракеты стрелка прибора «ток смесителя» заметно дернулась, но на осциллографе контрольного стенда осталась «картинка», соответствующая удержанию цели головкой самонаведения. Это было невероятно: надо только представить, насколько мощным должно быть ударное возбуждение от наносекундного импульса РЧЭМИ, чтобы стрелочный прибор среагировал на него двукратным отклонением от номинального уровня! И тем не менее – ракета цель не потеряла! Пара следующих дней принесла аналогичные результаты: хотя сборки подрывали все ближе к ракете, потери цели головкой ее самонаведения не фиксировались.

Рис. 4.30

Слева – противокорабельная ракета П-15. Целью для нее служил «железный парус» – уголковый отражатель из листов жести (справа)

Пошли дожди, опыты прервали и стали обследовать «пятнадцатую». Выяснилось, что все ее диоды имеют одинаковые сопротивления как для «прямого», так и для «обратного» тока. После долгих препирательств их стали поочередно заменять резисторами с сопротивлениями в сотни Ом. Можно было заменить на резисторы все диоды в канале автоподстройки частоты и один в смесителе (три из четырех имевшихся во всей схеме), и все равно захват «железного паруса» не срывался: на дистанции в сотню метров мощность отраженного от него сигнала превышала все разумные пределы!

Следующий солнечный день был ветреным, Ладога покрылась пенными «барашками». В ракете заменили все диоды на новые, сборку расположили в 20 метрах под углом примерно 30 градусов к оси головки самонаведения и стали ждать. Наконец, кто-то заорал: «Баржа!» Начали лихорадочно заряжать батарею, приводить в рабочее состояние ракету. Ракета «увидела» шедшую на дистанции около трех морских миль баржу, и сборку подорвали. Захват был немедленно потерян. Тот же результат получили, и когда ракета «смотрела вслед» уже уходящей барже, а сборку (последнюю из имевшихся) подорвали в 30 метрах под углом в 45 градусов к линии визирования головки. Два фактора: отраженный от цели сигнал реальной, а не аномальной амплитуды и наличие помех от «барашков» на водной поверхности (весьма незначительных по морским меркам) привели к тому, что и должно было произойти. Эта серия показала, как сложны процессы, вызываемые РЧЭМИ в электронике и как противоречивы могут быть оценки эффектов. Впоследствии не раз приходилось отклонять предложения дилетантов провести «оценочные» испытания с использованием в качестве мишеней электронных часов или туристических приемников, потому что это было бесполезной тратой сил и средств: боеприпасы не предназначены для выведения из строя часов. Если часы все же вышли из строя, то это не значит, что выйдет из строя военная электроника; если же часы продолжают после опыта идти, то военная электроника как раз может и «сгореть».

Понятно, что демонстрация эффекта – только начало пути. А явление оказалось очень «капризным», сверхчутко реагируя на величину энергии магнитного поля в монокристалле перед началом его ударного сжатия. Выход РЧЭМИ нарастал с увеличением этой энергии, причем особенно резко – при приближении к значению, соответствующему максимуму, а при переходе этого значения от РЧЭМИ не оставалось и следа. Это было причиной многих неудач, в частности – при испытаниях, на которых мишенью служила ракета ЗМ80 (рис. 2.45).

Сжатие магнитного поля в монокристалле исследовалось и теоретически, но задача оказалась сложной и результаты были получены только спустя полдесятка лет, когда оптимум магнитного поля был уже «нащупан» эмпирически: он соответствовал энергии запитывающего излучатель токового импульса около килоджоуля.

Когда теория сжатия поля в монокристалле стала более или менее полной, для закрепления приоритета в журнал «Известия академии наук «Механика жидкости и газа» (МЖГ) была послана статья с описанием принципов работы ЦУВИ. Цензуру удалось перехитрить, заменив «излучение» эвфемизмом «диссипативные потери энергии», а «ударную волну» – еще менее понятным дилетантам термином «скачок второго рода». В гидродинамике так называют автомодельные решения дифференциальных уравнений, описывающие процессы, при которых доля энергии прилегающей к фронту области от общей кинетической энергии движущегося вещества уменьшается, но плотность энергии у фронта возрастает (теоретически – неограниченно). В этом случае законов сохранения для описания движения недостаточно, а показатели степенных зависимостей получают при исследовании поведения решений при переходе через некую особую точку.

Статья вышла в № 6 за 1988 г. и означала заявку на утверждение позиций ЦУВИ. Некоторые из коллег, считавшие себя законодателями как в области мощных электровакуумных источников РЧЭМИ (о них – в конце главы), так и в области традиционных ВМГ, не восприняли ее с восторгом.

Один, стяжавший славу размахом даваемых авансов (достижение мощности РЧЭМИ в тераватт, извлечение при помощи РЧЭМИ золота из руд и т. д.) ученый поделился не слишком свежей мыслью о том, что излучает в ЦУВИ не сжимаемое магнитное поле, а детонация заряда ВВ.

Понятными были и мотивы второго корреспондента, который как-то, без особых сантиментов и ссылок, переписал в свою статью выкладки В. Демидова, касающиеся СВМГ. Ранее «переписчиком» была предложена идея сжать магнитное поле ударной волной, «пакующей» хорошо проводящий металлический порошок до высокой плотности – чтобы сохранить магнитный поток, однако заявлений о достижении рекордов магнитной энергии не последовало. Мысль о том, что если свернуть с проторенной М.Фаулером и А. Сахаровым тропинки и не слишком стараться сохранить поток, то можно получить новый эффект – эмиссию РЧЭМИ, ученого не посетила, а узнать о ней со страниц МЖГ было обидно. Путь переписывания выкладок был им отвергнут ради демонстрации богатства научного арсенала: слегка изменив формулировку задачи о сжатии поля в кристалле, оппонент в 1991 году заявил на конференции о «независимом» подходе. Нельзя сказать, что за «независимость» он бился «до последнего патрона»: еще через несколько лет его позиция по ударно-волновым источникам была скорректирована на подпадающую под категорию «этого не может быть, потому что не может быть никогда». Однако в 1999 г. крайне подвижный в своих воззрениях ученый, в отчете о работе, выполненной по гранту, вновь возвестил о том, что им «впервые изложен» механизм генерации мощного излучения при схождении УВ в цилиндре из Csl.

Были среди оппонентов и суровые люди, пребывавшие в кручине о государственных интересах. Один из них, встретившись с автором после публикации статьи всего лишь раз (!), впоследствии выразил твердое убеждение, что «тоже в этой тематике участвовал», причем, в поиске доказательств сему, даже распорядился найти список рассылки диссертации автора. Не найдя желаемого доказательства – крайне огорчился. Дальнейшие его действия были связаны с уверениями, что написание такой книги есть поругание святой для каждого гражданина Г осударственной тайны.

… Запитываемый токовым импульсом оптимальной амплитуды, ЦУВИ выводил из строя большие радиолокаторы, работавшие в сантиметровом и метровом диапазонах длин волн, на радиусах до 50 метров от точки подрыва.

…Совершенствовали ЦУВИ по нескольким направлениям. Во-первых, ударную волну в монокристалле стали формировать не контактной детонацией, а ударом сходящегося лайнера (рис. 4.31), образованного катушкой, свитой из алюминиевых проволочек. Это обеспечивало повышение давления в ударной волне, а заодно – позволяло примерно вдвое повысить энергию магнитного поля за счет дожатия его лайнером, но все равно сборка вместе с конденсатором выглядела так (рис. 4.32), что никаких ассоциаций с устройством, которое можно разместить в боеприпасе, не вызывала.

Рис. 4.31

Слева – схема цилиндрического ударно-волнового излучателя, в котором катушка, окружающая рабочее тело (РТ) из монокристалла выполняет три функции:

– создает начальное магнитное поле;

– увеличивает индукцию созданного поля при сжатии взрывом;

– формирует в рабочем теле ударную волну при ударе по его поверхности.

Справа – осциллограмма производной магнитного поля на оси рабочего тела, снятая с помощью высокоскоростного осциллографа. «Хлыст» соответствует сжатию поля после удара лайнера по поверхности РТ. Видно, насколько ударная волна сжимает поле быстрее, чем лайнер, жалкий сигнал от сжатия поля которым – на уровне высот меток времени (ср. с осциллограммой рис. 4.10)

Габариты «ужали» на порядок, когда вместо конденсаторной батареи источником питания стал значительно более компактный СВМГ. Но СВМГ – усилитель, он тоже нуждается в начальной энергии, а ее необходимо получить «из ничего» – в полете боеприпас не соединишь с каким-либо источником энергии.

…Импульс тока «выжал из себя» ферромагнитный генератор (ФМГ, рис. 4.33) – при ударной демагнетизации пластин из электротехнического железа. Такое устройство впервые было разработано во ВНИИЭФ и адаптировано для применения в ЦУВИ. Каждую пластину набора надо изолировать (чтобы поле «выходило» по изоляции в обмотку, а не растрачивало свою энергию на нагрев металла вихревыми токами), и, кроме того, образовать из сложенных пластин конус (чтобы труба одновременно ударила по всем ним), для чего используются клинья из бронзы. Сложный ФМГ работал не очень стабильно, но с одного кубического сантиметра набора пластин удалось получить до 0,5 Дж энергии токового импульса!

Рис. 4.32

Цилиндрический ударно-волновой излучатель (в верхней левой части снимка) подключен к высоковольтному конденсатору (вес – 120 кг), ток разряда которого создает в рабочем теле из монокристалла необходимое для эмиссии РЧЭМИ магнитное поле

Рис. 4.33

Слева – схема ферромагнитного генератора начального импульса тока. В ферромагнетиках во взаимодействии с внешнем полем основную роль играют собственные, не зависящие от орбитального движения, магнитные моменты электронов (спины), а атомы связаны в кристаллической решетке. Остаточная намагниченность ферромагнетиков не исчезает и при снятии внешнего поля.

Расширяемая взрывом ВВ 1 труба, прежде чем начать движение по виткам обмотки ВМГ, ударяет по набору 2 железных пластин, в котором системой постоянных магнитов 3 и магнитопроводов 4 создано поле с индукцией около 2 Тл. Удар трубы формирует в железе волну, которая разрушает его доменную структуру, превращая из ферромагнетика в парамагнетик. В парамагнетике реакция на внешнее магнитное поле обусловлена движением электронов на атомных орбитах. Оси моментов электронных токов вращаются (прецессируют) при приложении поля, а, кроме того, упорядочиванию их ориентации мешает тепловое движение атомов. По этим причинам существенное намагничивание невозможно и ранее заключенное в доменах поле освобождается. Оно вытесняется в обмотку 5, где наводит ЭДС, которая и создает начальный ток в ВМГ.

Справа – сборка Е-29 – полностью автономный прототип электромагнитного заряда, включающий ферромагнитный генератор для получения начального импульса тока, усилитель тока (ВМГ) и цилиндрический ударноволновой излучатель. Рядом – элементы магнитопровода ФМГ

После этих усовершенствований внешность ЦУВИ изменилась разительно: теперь это было компактное, вполне подходящее для применения в боеприпасах устройство! Однако «военную карьеру» ЦУВИ сгубили причины технологические. Даже незначительное отклонение от номинальных значений генерируемого ФМГ тока или коэффициента усиления ВМГ вело к весьма существенным неблагоприятным изменениям в режиме излучения ЦУВИ. Разброс же характеристик энергообеспечения был явно неудовлетворительным: дня ФМГ – до 30 % по току, а дня СВМГ (даже для варианта, изготовленного во ВНИИЭФ, где культура производства неизмеримо выше, чем на всех серийных заводах) – около 10 % по коэффициенту усиления. Проконтролировать все эти отклонения заранее, до подрыва, было невозможно. Оптимум генерации РЧЭМИ при ударном сжатии – весьма «острый», и, чтобы обеспечить «попадание» в него, ФМГ и СВМГ нуждались в кропотливой «доводке», сопряженной с огромным расходом времени и средств, а размышления о стоимости их в серийном производстве были подобны ночным кошмарам.

Очень не хотелось терять накопленные почти за десятилетие результаты: были разработаны устройства, где система энергообеспечения была полностью заимствована от ЦУВИ, но вместо монокристалла на оси катушки-лайнера располагался излучатель другого типа (о таких попытках – немного позже).

«Опоздавшая» теория подсказала: при повышении мощности ударной волны, соответствующая оптимальному режиму излучения начальная индукция магнитного поля снижается. Значит, если форсировать возрастание давления, то для существенного излучения могли оказаться достаточными и значения начальной индукции, создаваемые системой постоянных магнитов, что предельно упростило бы устройство. Для случая максимально возможного роста давления – при сферической кумуляции – оценки показали, что диаметр шарового заряда должен быть менее дециметра. Требовалась сферическая детонационная разводка соответствующего размера – ее надо было создавать заново, потому что готовые, для ядерных зарядов, были больше.

09 сентября 1993 г. была впервые испытана сборка Е-35 – ударно-волновой излучатель, сферический (УВИС, рис. 4.34.)

… После срабатывания детонатора со скоростью около 8 км/с огоньки детонации, многократно разветвляясь, разбегаются по каналам, одновременно ныряют в десятки отверстий и инициируют сферическую детонацию. Достигнув поверхности шара из иодида цезия, волна детонации формирует в нем ударную волну, причем, поскольку импеданс монокристалла больше, чем газов взрыва, давление на его поверхности увеличивается, превышая миллион атмосфер. Сферическая ударная волна мчится к центру со скоростью более 10 км/с, сжимая магнитное поле и оставляя за собой уже не монокристалл, а проводящую как металл, жидкую мешанину из плазмы йода и цезия.

Если заряд собран правильно, то ударная волна, сойдясь в точку и отразившись, устремится обратно; скачком и очень существенно изменится магнитный момент области сжатия, что и приведет к генерации импульса РЧЭМИ. За доли наносекунды поле меняется, конечно же, не по закону синуса с периодом равным времени сжатия-разрежения, а более резко, а это значит, что в функции, описывающей его изменение, существенны вклады многих частот. Они берутся вот откуда.

Рис. 4.34

Вверху слева: ударно-волновой излучатель, сферический (УВИС), правее – его схема.

В центре заряда из мощного взрывчатого состава на основе октогена устанавливается рабочее тело 1 – шар, выточенный из монокристалла. Поверх заряда расположен детонационный распределитель 2 (шаровой слой из поликарбоната) – уменьшенная копия аналогичной детали ядерного заряда. Плотность точек инициирования на заряде УВИС больше, чем на поверхности ядерного заряда, поскольку диаметр излучателя намного меньше, чем плутониевой сборки. Поэтому разводку в УВИС иногда делают «двухэтажной»: верхний этаж, с меньшим числом точек инициирования, возбуждает детонацию в узловых точках нижнего, а тот – в заряде.

Вокруг шара собирается магнитная система. В ее основе – два постоянных магнита, от которых к монокристаллу идут два усеченных конуса 3 из магнитномягкой стали, «собирающие» поле постоянных магнитов в область, занятую рабочим телом. Сохранению потока, создаваемого магнитами, служат и магнитопроводы 4. Кристалл устанавливается в центре системы так, чтобы его главная ось совпадала с направлением магнитного поля, иначе различия в свойствах вдоль других осей могут нарушить симметрию сжатия.

Начальное поле, создаваемое в монокристалле имеет «бочкообразную» структуру силовых линий (внизу, слева). Усредненное значение индукции поля в монокристалле – всего 0,05 Тл, но в конечной фазе сжатия отношение размера области сжатия к начальному значению радиуса монокристалла – менее одной тысячной. Сохранись при сжатии весь поток – и индукция магнитного поля возросла бы миллион раз, а энергия – в триллион (миллион миллионов) раз! Хотя в реальной ситуации при ударно-волновой магнитной кумуляции в конечной области сжатия остается лишь мизерная часть поля, а остальное – «выбрасывается» за фронт ударной волны, преобразование оставшейся энергии в излучение существенно (нижний ряд, центр). Джоули на герц – единицы спектральной плотности энергии, ими пользуются, когда описывают непрерывные спектры излучения (континуумы), в которых присутствует огромное число частот. Проинтегрировав график численно в пределах заинтересовавшего нас диапазона, получим привычные джоули, причем тем больше, чем в более высокочастотном диапазоне ведется интегрирование.

Справа: 105-мм реактивная граната с боевой частью на основе УВИС

…Представим, что, находясь в уличной «пробке», мы плавно тронули свою машину и притормозили у стоящей впереди. В следующий раз, едва мы сняли ручник, в нас «въехали» сзади; доли секунды – и мы «целуем» стоящую впереди. Как пройденные расстояния, так и времена движения в обоих случаях близки, но ваш организм подсказывает, что в элементах движения имелись и отличия: в последнем случае он сначала «ускорился», как от сильного пинка, потом – парил, блаженствуя, и, наконец – «замедлился», как бы упав. Подсознательно сложное движение представлено, как сумма более простых. Это и есть задача гармонического анализа, основы которого заложил французский математик Симон Фурье: любая функция может быть представлена как сумма синусоид (гармоник). Вообще-то можно произвести разложение и в ряд других функций, не синусов, но для расчета эмиссии РЧЭМИ удобны именно они, потому что эта задача для кругового синусного тока давно решена. Именно на гармониках больших частот («быстрых») и реализуется основной выход излучения.

.. Огромное преимущество магнитов – их постоянное во времени поле не нуждается в синхронизации с взрывными процессами и может быть измерено еще до того момента, когда сборку разнесет на осколки. Средства измерения известны – преобразователи Холла (рис. 4.35).

Если металлическую пластинку, вдоль которой протекает постоянный ток, поместить в перпендикулярное к ней магнитное поле, то на краях пластины возникнет разность потенциалов, называемая по имени первооткрывателя этого эффекта. Измерив ее и зная ток, вычисляют напряженность поля. Понятно, что колебания питания датчика приводят к ошибкам, а на высокогорном полигоне лампочки «мигают» довольно заметно. Но стабилизаторы есть в осциллографах. Использовав это обстоятельство, запитку датчика Холла сделали «импульсной» – от разряда электролитического конденсатора, и считывали с экрана осциллографа как данные о питании датчика, так и сигнал с него. Чтобы в измерения не «вмешивался» скин-эффект (тогда распределения тока и поля будут неравномерными, а результаты измерений – недостоверными), применили конденсатор большой (десятки микрофарад) емкости, чтобы запитывающие преобразователь токовые импульсы были достаточно длительными.

Рис. 4.35

Вверху слева – прибор для измерения индукции магнитного поля; внизу – осциллограммы сигналов: напряжения питания и ЭДС Холла.

На лучи осциллографа выводятся два сигнала: один – с питающего датчик конденсатора (который заряжается хоть от даже не совсем «свежих» батареек), другой – с самого датчика. Для снятия показаний достаточно выбрать на луче питания регламентированное значение напряжения питания датчика и, переведя маркер на другой луч – прочитать значение ЭДС Холла в этот момент времени. Для дополнительного контроля, в коробочке, где смонтирован прибор, имеется кусочек постоянного магнита – эталон поля

…«Доведенные» УВИС продемонстрировали надежную и стабильную работу, но сложность сборки и наличие дорогой в производстве сферической детонационной разводки повышали их стоимость до уровня, немыслимого для неядерных боеприпасов. Прототип электромагнитного боеприпаса– 105 мм реактивная граната с боевой частью на основе УВИС – был создан и успешно испытан, но из-за дороговизны не имел шансов стать массовым: его можно применять только в особо ответственных случаях, для поражения важных целей, а на поле боя нужно другое оружие – «числом поболее, ценою подешевле». Параллельно с ударно-волновыми излучателями, разрабатывались и генераторы частоты…

Как мы знаем, магнитный поток «выпустить» непросто – надо разорвать контур тока, например, взрывающегося ВМГ – да еще успеть изолировать разрыв. Но можно создать изолированный разрыв заранее (рис. 4.36), включив в контур высоковольтный конденсатор: ведь между его пластинами – тот же разрыв. Ток в таком генераторе осциллирует, так как емкость контура существенна, и по мере уменьшения индуктивности частота колебаний возрастает (рис. 4.36,а). Иногда обмотку такого генератора (он получил название взрывомагнитного генератора частоты, ВМГЧ) делают из нескольких проводов, подсоединяя каждый к отдельному конденсатору: из-за рассогласования токов в проводах обмотки, излучение[89]89
  В 2006 г. В. Барышевский и А. Гуринович показали, что в ВМГЧ существенно излучение не только оставшихся в данный момент незакороченными витков обмотки, но и «емкостной антенны» – включенного в контур конденсатора.


[Закрыть] рассеивается в этом случае более равномерно. Оценив период колебаний (для единиц микрогенри и нанофарад), получим сотни наносекунд, что не очень благоприятно (волны в сотни раз «длиннее» самого ВМГЧ). Но эти «несущие» волны – не основные в излучении: компрессия поля трубой, давая прибавку тока тем большую, чем выше его мгновенное значение, приводит к появлению «быстрых» гармоник. При каждой осцилляции тока меняется и состав этих гармоник, что естественно – ведь меняются и параметры контура. Так что излучает ВМГЧ не один импульс, а последовательность (цуг) – по числу полуволн тока.