Текст книги "Шипение снарядов"

Из ствола газы выходят со сверхзвуковой скоростью, так что на фронте течения сразу образуется ударная волна. А дальше и газы выстрела и сжатый воздух начинают перетекать в области с более низким, чем в них, давлением. И форма ударной волны, даже на небольшом расстоянии от ствола, весьма напоминает сферическую. Диаметр отверстия, из которого происходит истечение – характерный размер источника возмущения – можно оценить: это размер линии пересечения основания газового потока с дульным срезом ствола. Сколько таких характерных размеров уложится на расстоянии, пройдя которое волна уже мало отличается от сферической? Десятки? Меньше сотни – заведомо!

Ну а теперь вернемся к рис. 3.53 и прикинем, каков характерный размер боевого блока. Пусть – метр (на самом деле – меньше: всякие там головные зазоры – не в счет). Значит, на выигрыш в плотности энергии ударной волны можно рассчитывать на дистанциях менее сотни метров. Но в пределах этого радиуса такой боевой блок и без всякой кумуляции гарантированно уничтожит шахту, в которой базируется межконтинентальная баллистическая ракета противника, а много ли существует более стойких к ударной волне целей? На больших расстояниях от взрыва источник возмущения будет ничтожной, незаметной точкой, «растаскивание» энергии сведет на нет начальную анизотропию поля поражения.

В неядерных кумулятивных боеприпасах все важные события происходят на расстояниях, сравнимых с размерами их заряда. Усиливает эффект и металлическая облицовка, а вот для ядерной кумуляции и она – не помощник: вблизи заряда металл превратится в плазму, а, рекомбинировав, – в тот же газ (пар), хотя поначалу и плотный.

…Так что не прославилось ядерное оружие, воплотившись в тучи боеприпасов направленного поражения, не стяжало лавры «снарядов с выемками». Но и не полетели туда-сюда ядерные заряды после Хи-рошимы и Нагасаки. А потому – стрёмно стало высокопоставленным подпирать такими аргументами свою «заботу о государственных интересах»…

4. Сделать им «клоуна»!

«Клоун» – удар в глаз (жаргон шпаны).

…Говорят, ничего не боятся только пьяные да сумасшедшие. Знавала новейшая история и президента, часто пребывавшего в первом из упомянутых состояний и министра обороны, сиганувшего из окна с «поехавшей крыши». Но не была нажата кнопочка– может, мелковата оказалась для трясущегося пальца, а может, даже и плотно задрапированное сознание противилось, чтобы впечатления от земной жизни завершились ощущениями крепкой встряски от близкого взрыва заглубленного ядерного заряда и легких покалываний по всему телу – вялой и последней реакции организма на очень большую дозу проникающей радиации.

Но грохотать-то вокруг продолжало и без ядерного оружия, а обходились без него потому, что начала постепенно сбываться мечта о волшебной шпаге. Не жалкую сотню ядерно-рентгеновских килождоулей несла волшебница на острие, а в миллионы раз больше – в обычной взрывчатке, и входила она с таким подарком прямо в дверь того же бункера или подносила его танку (рис. 4.1). В море образцов высокоточных боеприпасов можно купаться (рис. 4.2), но надо помнить об обещании читателю: не перегружать книгу перечислением типов и характеристик.

Рис. 4.1

Верхний снимок: управляемая ракета «Мейврик» поражает высокозащищенное укрытие. В центре: попадание в танк оперативно-тактической ракеты 9К79 «Точка». Нижние снимки: поражение самолета в укрытии управляемой бомбой GBU-39 с проникающей боевой частью

…И алкали многие славы офтальмологов (рис. 4.3): «Патриот может видеть! РЭНТЭК (компания, производящая электронику) сделала его зрячим!», и под снимком ракеты, устремившейся на перехват – втискивали фото большой интегральной схемы, той, что посылает команды на рули, задающие курс, крен и рысканье.

Рис. 4.2

Верхний снимок: среди высокоточных боеприпасов. База ВВС США Эглин, 1999 г. Современные технологии позволяют превратить и устаревшие снаряды и свободнопадающие бомбы в управляемые. На нижней серии снимков: на полетной палубе авианосца команда оружейников, ввинтив в свободнопадаюшую бомбу вместо взрывателей стальные штанги, готовится поднатужиться и подвесить изделие к самолету; когда вместо штанги в очко под головной взрыватель будет ввернут блок управления, бомба приобретет способность наводиться на указанную лазерным лучом цель. Аналогичная технология разработана и для артиллерийских боеприпасов (правый снимок)

Правда стал перехват менее зрелищным: не слепящие ядерные космы в полнеба, а неяркая вспышка (рис. 4.4), потому что не термоядерный заряд уничтожал боевой блок, а развернувшаяся вблизи от цели стальная пружина резала все встреченное на пути.

Рис. 4.3

Пуск управляемой ракеты MIM-104 зенитно-ракетного комплекса «Пэтриот»

… И забивали баки тем офтальмологам энтомологи, сооружавшие совсем уж ничтожных нанотехнологических роботов-инсектов (рис. 4.5), чтобы те, подобно неприличным паппараци, нагло высматривали своими миниатюрными камерами сокровенное, не для чужих глаз предназначенное…

…В популярных изданиях принято приводить бросающиеся в глаза сравнения – чтобы оживить изложение, сделать его более запоминающимся. Не без зависти, цитирую: «Современная электроника в состоянии зарегистрировать электромагнитные волны мощностью еще меньшей той, что развивает муха, поднимаясь в течение ста лет на один сантиметр».

Рис. 4.4

Повышение точности систем наведения позволяет реализовать безъядерный перехват боевого блока. Верхний ряд, слева направо:

– старт и маневр противоракеты, снятые камерой с открытым затвором;

– инфракрасная система наведения позволяет с высокой точностью вывести ракету на курс перехвата;

– вблизи цели обтекатели сбрасываются и разворачивается, до этого момента

– свернутый, кинетический перехватчик.

Нижний снимок: столкновение с таким перехватчиком, на скорости около 10 км/с, гарантированно уничтожает боевой блок

Сложно удержаться от восхищения ярким образом, хотя из него следует и некомплиментарный вывод: всякое устройство имеет пределы работоспособности, и если регистрируемая им в нормальном режиме мощность очень и очень мала, то мощность сигнала, который оно «не вынесет» и выйдет из строя, тоже не слишком велика. Образно говоря – достаточно бросить горстку песка, чтобы настроенная крайне патриотически, но ничего не «видящая» дура, весом более тонны, с обиженным ревом пронеслась мимо, оставив, как напоминание о себе, лишь зловоние сгоревшего смесевого топлива. Ну а механической мухе – не песка, а ничтожной песчинки надо, чтобы, забыв о постыдных порнографических экзерсисах, хлопнулась неслышно она на спинку и, посучив конвульсивно крылышками из полиэтилен-терефталата, затихла навсегда…

Рис. 4.5

Такие нанотехнологические роботы-разведчики уже разрабатываются и должны начать жужжать, выполняя свои миссии к 2015 г.

…Обретение радиочастотным электромагнитным излучением (РЧЭМИ) свойств поражающего фактора произошло как в результате

создания мощных его источников, так и эволюции элементной базы электроники: на смену лампам, которые невозможно «сжечь», пришли микросхемы, размеры полупроводниковых элементов в которых непрерывно уменьшаются и в настоящее время составляют доли микрона. Между тем, понятно, что, с уменьшением размеров полупроводниковых элементов, снижается и их стойкость к токовым перегрузкам, так что появление и совершенствование ЭМО противостоит этой тенденции, которая в первую очередь и обеспечивает быстрый рост функциональных возможностей ЭС. полупроводники. Платой за колоссально возросшие функциональные возможности стала повышенная уязвимость электроники к токовым перегрузкам. В результате, при действии по целям, в состав которых входят современные электронные средства, РЧЭМИ значительно превосходит по энергетической эффективности ударную волну и осколки. Например, стойкий функциональный отказ крылатой ракеты происходит при воздействии одного из поражающих факторов со следующими значениями плотности энергии (Дж/м²):

• осколки весом не менее одного грамма каждый – 100000;

• воздушная ударная волна– 50000;

• РЧЭМИ микросекундной длительности – 1-10.

Повышение степени интеграции, дальнейшая миниатюризация

полупроводниковых элементов означают, что такие элементы будут становиться все менее стойкими к токовым перегрузкам. Так что РЧЭМИ – эффективный поражающий фактор, когда речь идет о целях, в состав которых функционально входит электроника: сама угроза его боевого применения встает на пути миниатюризации – основной тенденции развития электронных средств.

Есть у РЧЭМИ и недостатки: с хранением не только излучения, а и электромагнитной энергии других видов дело обстоит неблагополучно. Так, например, в заряженном высоковольтном конденсаторе максимальная плотность электрической энергии не превышает десятых долей джоуля на кубический сантиметр, и хранится она недолго; в аккумуляторе или в ионистере (конденсаторе сверхбольшой емкости) плотность энергии повыше, но ее нельзя извлечь быстро – за миллионные доли секунды. Так что энергию приходится «доставать» из других «хранилищ» и уж затем преобразовывать ее в электромагнитную; при этом не избежать существенных потерь, и потому итоговые эффективности электромагнитного и традиционного оружия отличаются не так разительно, как эффективности отдельно взятых поражающих факторов.

«Хорошие» хранилища энергии существуют: это те же взрывчатые вещества. Но если появление электроники привело к качественному скачку в боевых возможностях оружия, то скачка в характеристиках взрывчатых веществ не произошло: «на арену» вышел лишь октоген, превосходящий гексоген всего-то на несколько процентов по энергосодержанию. Дело в том, что, в соответствии со вторым началом термодинамики, любая реакция с выделением энергии самопроизвольно протекает всегда и ВВ не могут не разлагаться.

«Начало» ничего не сообщает о скорости такой реакции, но вариантов достаточно. Если вещества много, а начальный импульс существенен – возможна детонация или горение (взрывное или довольно вялое). Если возмущения нет – все зависит от условий хранения. Иногда признаки разложения могут не быть заметны в течение сотен лет; бывает, что увеличивается чувствительность к удару или трению, а иногда продукты разложения ускоряют распад и все заканчивается самовоспламенением и взрывом. Требование стабильности ограничивает плотность химической энергии и в современных ВВ она не превышает 10000 Дж/куб. см[75]75
  Что, однако, на пять порядков больше плотности энергии в конденсаторе и позволяет развить при детонации мощность в многие тераватты.


[Закрыть]. Может быть, и можно синтезировать более мощное вещество, но чувствительность и стойкость его будут такими, что к нему небезопасно станет приближаться.

.. Из многих тысяч взрывчатых соединений отобрано всего несколько таких, которые сравнительно стабильны, но достаточно действенны при возбуждении детонации. На их основе созданы разнообразные взрывчатые материалы. В годы «холодной войны» в «быках» многих стратегически важных мостов в Западной Европе были блоки, наполнителем бетона которых служил октоген: марш численно превосходящих советских танковых соединений рассчитывали остановить, не тратя драгоценное время на заложение зарядов, а только – прилепляя куски пластита с детонаторами на известные саперам участки опор. Из композиций на основе октогена горячим прессованием получают прочные заряды ВВ – в них можно нарезать метчиком резьбу, и она будет хорошо держать винт. Правда, изготовление пресс-форм сложно, и иногда применяют менее энергоемкие литьевые составы. Используя вязкие присадки, можно получить и эластичные (с консистенцией латекса – мягкой резины) и пластические взрывчатые материалы (с консистенцией детского пластилина) – еще менее мощные. К тому же скорость их детонации не очень стабильна, потому что технологически сложно добиться идеально-однородного перемешивания связки и наполнителя. Эластичный состав с высокостабильной скоростью детонации создали, не тупо, час за часом, перемешивая компоненты, а – подбирая характеристики ударного сжатия наполнителя и связки. Если скорости звука в связке и в продуктах детонации наполнителя будут близки, то и скорость звука в их смеси не будет зависеть от отклонений в соотношении компонент, а значит, скорость детонации будет постоянна[76]76
  Вспомним, что первой главе было написано про скорость детонации: она равна местной скорости звука в продуктах реакции. Понятно, что связки не должно быть слишком много – иначе детонация может и затухнуть.


[Закрыть]. Такая пара была подобрана: нитрат многоатомного спирта и один из видов синтетического каучука.

Скорость детонации этого состава менее 8 км/сек, (октогена – более 9 км/сек), но создан такой эластит (рис. 4.6) не ради получения рекордных параметров взрыва, а для детонационной автоматики, где главное – максимальная стабильность характеристик. Этот состав и используется в детонационных разводках ядерных зарядов, описанных в главе 3, и именно использование таких разводок позволило уменьшить диаметр заряда более чем на порядок, в чем можно убедиться, сравнив снимки: «Толстяка», (рис 3.32) и артиллерийского снаряда (рис. 3.50).

Гарантированный срок службы ВВ – чуть более десятилетия, но фактически взрывчатые свойства сохраняются значительно дольше: даже снаряжение пролежавших более чем полвека в земле боеприпасов (рис. 4.7) демонстрирует образцовое дробление корпуса.

Рис. 4.6

Верхний ряд: американский листовой эластичный взрывчатый материал «деташит» с постоянной скоростью детонации. По требованию заказчика, в него могут быть добавлены красители разных цветов. Тот же ВМ выпускается в шнуровом варианте («детафлекс»), в пластиковой оплетке или без нее (центральный ряд), а также – в виде тонких (0,5 мм) лент (нижний ряд, слева). Для промышленных целей выпускаются жидкие взрывчатые материалы (правее). Их, например используют для извлечения взрывом обломков сверл, застрявших в заготовках. Бинарные ВМ (справа) повышают безопасность: они приобретают взрывчатые свойства, только когда смешивают их компоненты, по отдельности к взрывному разложению не способные

Объяснить, как из хранимой в ВВ химической энергии получают электромагнитную, невозможно, обойдя вниманием важнейшую физическую величину – магнитный поток, потому что именно ее «поведение» позволяет понять многое в этом процессе.

Рис. 4.7

Обнаруженная в середине 90-х годов и уничтоженная подрывом мина к 82-мм миномету, произведенная в 1939 году (слева). Дилетантам нельзя «оприходовать» и даже трогать такие находки, потому что их взрыватели были взведены при выстрелах и неизвестно, какая малость помешала им сработать.

Нечего и говорить, что обезвреживание боеприпасов, особенно, мин – весьма опасная задача. Некоторые саперы полагаются в их поиске не на индукционными миноискатели, а на чувствительное обоняние… прирученных крыс (справа)

Магнитным потоком Ф через данную поверхность называется число линий вектора В (индукции магнитного поля), пересекающих эту поверхность. Если вектор В всюду нормален к поверхности (площадью S) и имеет постоянное значение во всех ее точках, магнитный поток равен: Ф = BS. Поведение потока, как и все электромагнитные явления, определяется уравнениями Максвелла, но обобщенное описание на неспециалиста способно навеять лишь скуку, поэтому рассмотрим частный случай, когда по периферии такой поверхности располагается проводящая среда, а в центре – непроводящая (рис. 4.8). Проводимость сильно влияет на подвижность магнитного поля: оно «занимает» область в вакууме или диэлектрике со скоростью света, а в проводящей среде движется тем медленнее, чем выше проводимость. Так, за микросекунду оно проникает, например, в медь на глубину в десятки микрон (характерная скорость – всего лишь десятки метров в секунду). При этом в окружающей поток проводящей среде обязательно протекает и ток – эти величины неразрывно связаны, так что потоку можно дать и другое определение: это произведение индуктивности L контура на ток I, протекающий в нем (Ф = IL). Допустимо, рассматривая магнитный поток, «преобразовать» контур, «завив» его в несколько витков; можно поступать и наоборот, «разворачивая» витки.

При деформации контура поток сопротивляется таким попыткам тем энергичнее, чем он свободнее, отвечая на стремление изменить себя генерацией ЭДС, препятствующей этому[77]77
  Так автор попытался сформулировать закон электромагнитной индукции, известный из школьного курса физики.


[Закрыть]. Например, если сжать контур, то благодаря такой ЭДС в нем возрастут и ток и индукция поля, компенсируя уменьшение площади. Если же попытаться «разорвать» контур и «выпустить» поток, он отреагирует на это, опять же – генерируя ЭДС, чтобы пробой замкнул разрыв.

Рис. 4.8

Равенство значений магнитного потока в контуре, «свернутом» в пару витков и в том же, но «развернутом» контуре. В первом случае магнитный поток равен тройному произведению: индукции магнитного поля на площадь витка и на число витков; во втором – той же индукции на общую площадь контура (равную удвоенной площади одного витка)

Несмотря на «заботу» потока о самосохранении, полностью ему удается достичь этого лишь в контуре из сверхпроводника. В обычные же металлы магнитное поле частично или полностью проникает. «Увязшее» в проводнике поле лишается подвижности и не участвует в процессах преобразования энергии, а только нагревает проводник. Елубину проникновения называют скин-слоем, и зависит она, помимо проводимости, от частоты тока или от длительности импульса переменного во времени поля. Распределение индукции поля по толщине скин-слоя неравномерно (описывается уравнением диффузии).

Из рис. 4.8 ясно, что при прочих равных условиях потери такого рода тем выше, чем на большей длине провода (или числе витков) происходит диффузия поля. Так что если задумано для усиления тока и магнитной энергии сжать контур, то делать это надо быстро, чтобы существенная часть потока в нем сохранилась свободной: чем она больше, тем выше «качество» процесса сжатия.

Правда, не всегда из сохранения потока надо «делать культ»: величина тока неразрывно связана с индукцией магнитного поля, создаваемого этим током, а эта связь влечет за собой и другую – магнитного потока с магнитным моментом. Модуль последней величины равен произведению площади, охватываемой контуром, на ток в нем (М = IS). Второй производной магнитного момента по времени пропорциональна мощность электромагнитного излучения и связь магнитного потока и магнитного момента приводит к тому, что для контура, в котором магнитный поток изменяется несущественно (магнитное поле квазистационарно), незначительно меняется и магнитный момент, а значит – излучение пренебрежимо, даже если магнитная энергия в контуре очень велика. Один из способов получить излучение – «выпустить»[78]78
  Имеется в виду только «свободная» часть потока. Несохранение потока – необходимое, но отнюдь не достаточное условие генерации излучения. Так, можно сжимать лайнер нарочито медленно, используя для этого не мощное ВВ, а тот же черный порох. В этом случае почти весь поток диффундирует в металл лайнера, но магнитный момент все равно будет меняться столь незначительно, что его вторая производная, а значит, и излучаемая мощность, будут ничтожны.


[Закрыть] магнитный поток, что не всегда проходит безнаказанно: так, юный Адя Сахаров, без всяких мыслей об излучении, отключил руками батарейку от игрушечного электромотора. Напряжение батарейки мало, но, из-за большого числа витков обмотки, магнитный поток (произведение тока на индуктивность) был заметным и он индуцировал в контуре ЭДС, направленную так, чтобы изгнанию потока воспрепятствовать. Эта ЭДС, равная отношению величины подвергнутого остракизму[79]79
  От греческого «остракон» – черепок. В древней Греции высылка граждан, «опасных для государства», происходило после тайного голосования, в ходе которого имя кандидата на изгнание писалось на черепках.


[Закрыть] потока ко времени, за которое произошел разрыв, и «дернула» естествоиспытателя.

Ну а позже Сахаров и американец Макс Фаулер прославились изобретением устройств для преобразования энергии взрыва в электромагнитную – таких, в которых магнитный поток сжимается, а не выпускается.

Сам Андрей Дмитриевич отмечал, что мысли о возможности магнитной кумуляции (МК) еще раньше высказывались Я. Терлецким и В. Аркадьевым, но: «осуществление культуры МК стало возможным лишь тогда, когда возникла определенная культура обращения со сложными зарядами ВВ – кумулятивными, которые появились только во время Второй мировой войны, взрывными линзами (тогда же), с имплозивными зарядами. По существу, именно объект (имеется в виду центр разработки ядерного оружия – ВНИИ экспериментальной физики в г. Саров, ранее известный, как Арзамас-16) и ему подобные учреждения были наиболее подходящими для этих работ. В делах такого рода осуществление идеи – это даже не полдела, а все 99 %».

Следует добавить, что чрезвычайно важно представлять и порядки величин, существенных для реализации идеи. У Сахарова было и это преимущество, потому что в годы войны он был одним из создателей прибора для контроля бронебойных сердечников на патронном заводе. В основу работы этого прибора был положен скин-эффект.

Фаулер – в США и Сахаров – в СССР предложили сжать взрывом металлическую трубку (лайнер), в которой заранее создавалось магнитное поле (рис. 4.9). Чтобы «впустить» внешнее поле, лайнер вначале делали разрезным (взрыв «захлопывал разрез»), но последующее сжатие происходило неравномерно, поэтому позже стали навивать катушку из множества изолированных проводков (рис. 4.10), изоляция которых передавливалась при взрыве.

Рис. 4.9

Предложенный А. Сахаровым и М. Фаулером метод сжатия магнитного поля лайнером под действием давления взрыва

Если сжатие лайнера такого имплозивного взрывомагнитного генератора (ИВМГ) происходит быстро, то большая часть потока не успевает уйти в проводник и индукция магнитного поля внутри лайнера «вынуждена» возрастать, чтобы компенсировать убывание площади сечения:

B=B₀(S₀/S) λ

Ток I и магнитная энергия Е также при сжатии усиливаются, что следует из определения потока: I=I₀(L₀/L) λ =I₀(S₀/S) λ и E=E₀(L₀/L) λ²= E₀(S₀/S) λ², где подстрочные символы относятся к начальным значениям, а λ – доля потока, оставшегося свободным, не связанным в металле (коэффициент сохранения).

Существуют работы, посвященные расчету сохранения магнитного потока в ИВМГ, но автор не очень им доверяет, предпочитая определить все, что нужно, из осциллограмм. Чтобы объяснить, что это такое, не обойтись без экскурса в политику…

Рис. 4.10

Схема имплозивного взрывомагнитного генератора (ИВМГ). Через катушку 1, свитую из множества параллельно соединенных между собой проводков, пропускается ток от разряда конденсатора 2. Проволочки изолированы, поэтому поле свободно проникает как между витками, так и проволочками обратного токопровода. Когда ток запитки близок к максимуму, срабатывает цилиндрическая детонационная разводка 3. Она значительно проще сферической, описанной в предыдущей главе (из рисунка видно, какими элементами она образована), точек инициирования в ней – несколько десятков. В кольце мощного взрывчатого вещества 4 формируется сходящаяся детонационная волна, которая, достигнув катушки, сдавливает витки. Изоляция проволок при сдавливании перемыкается и далее взрывом сжимается просто трубка из металла (лайнер) и находящееся в ней поле.

На оси – катушка для измерения производной индукции магнитного поля. Если сигнал с нее интегрируется, то получается осциллограмма тока или напряженности поля (справа), если нет – их производных. Сначала видна синусоида тока разряда конденсатора, создающего начальное поле (участок «а»); когда ток максимален, взрыв замыкает витки катушки и сжимает ее к оси, значительно увеличивая индукцию поля внутри лайнера (участок «б»). Нелинейность сигнала на участке «б» вызвана тем, что летящий лайнер «дышит»: в нем «гуляют» волны сжатия и разрежения

Понимаю, как возмущает многих нигилизм, все эти неприличные намеки насчет руководящих товарищей, пекущихся о народном благе. Создается ложное впечатление, что суетятся в науке одни фрондеры, высмеивающие идеи, ниспосланные сверху. Так нет же, подобно «свинье под дубом вековым» из басни Крылова, пробавляются насмешники теми идеями!

…Вспомним, как доходчиво и красочно представляют на графиках наше с вами благосостояние. По оси абсцисс – годы, годы… Но взметнулась вверх красная кривая и сучит по экрану указочка, или – пляшет лазерный зайчик: сейчас вот – да, не очень, но посмотрите: через пару-тройку годков скакнет в разы, а через десять-то – ой, «запируем на просторе!»

… Опыт готовят долго, но вот датчики и кабели подсоединены, и всех загнали в бункер. Кнопка нажата; на взрыв не смотрят, это опасно. Видна отраженная от стен вспышка. Через доли секунды воздух на мгновение становится тугим и бьет по ушам. Близкая детонация разгоняет соломинку так, что она втыкается в сталь. На дистанции около метра от взрыва поток газов до песчинки счищает почву с корня дерева (иногда этим пользуются, оставляя вблизи заряда «сувениры»; при инструктаже невредно напомнить, что так же чисто могут быть «обдуты» и мышцы с кисти руки). Наконец, гром взрыва умирает, сделав слышным тихий шелест летящих осколков – остатков того, что еще несколькими мгновениями ранее было генератором, собранным вашими руками. Первый взгляд – на осциллографы: есть ли сигналы от датчиков тока.

Осциллограф – главнейший в экспериментальной физике прибор. Тонкий луч непрерывно эмитируемых в его трубке электронов вызывает свечение в той точке экрана, на которую он падает. По горизонтали отклоняет этот луч одна пара пластин, на которую подается возрастающее во времени напряжение, и пробегает он равномерно сантиметры экрана, только не за годы, а за микросекунды. А на вертикальную пару пластин подается напряжение исследуемого сигнала. Нет сигнала – и ровную линию прочертит осциллограф. Есть сигнал – и получи́те осциллограмму – объективное свидетельство развития во времени процесса, который вы исследуете. И если все подключено правильно, не сомневайтесь: осциллограмма – не партийная программа (хорошо сформулировал, в рифму!).

Вот и подал автор на вход осциллографа сигнал с пробной катушки, размещенной на оси устройства. В опыте, при сжатии лайнера в полтора раза (от 45 мм до 30 мм) магнитный поток уменьшился всего на 9 % от того, который был создан разрядом конденсатора.

От этого ИВМГ требовалась высокая скорость схождения лайнера, а потому катушка, из которой он образовался, была намотана алюминиевыми, а не медными проводками: ради скорости метания проводимость была принесена в жертву. Сохранение потока и так было достаточным, поскольку представляла интерес ранняя стадия сжатия, на которой еще не слишком развиты нестабильности на внутренней поверхности лайнера.

Каждый видел, по крайней мере – по телевидению, «кусты» разрывов – это и есть нестабильности. Весьма наглядна и фотографии 2.6, 2.9: слой песка, метаемый взрывом бомбы, вырождается в струи, летящие в воздухе.

Нестабильности развиваются при большой разнице в плотности движущегося вещества и среды, где происходит его движение. Именно такое соотношение и имеет место в ИВМГ: лайнер из металла движется в воздухе. На кадрах высокоскоростной съемки (рис. 4.11) видно, как на внутренней поверхности лайнера начинают расти «пальцы», а потом образуется «звезда», разрезающая объем сжатия, на чем процесс усиления поля и заканчивается. В опытах автора (о них речь впереди) лайнер выполнял две функции, причем главной являлось формирование ударной волны при ударе лайнера о цилиндрическое тело. Ударной волне тоже следовало быть цилиндрической, а, значит, в лайнере – недопустимы значительных размеров нестабильности. «Поджатие» же поля было приятным, но не решающим обстоятельством.

Рис. 4.11

Процесс развития нестабильностей в лайнере ИВМГ. Со временем (интервал между снимками 1,6 мкс) внутренняя поверхность лайнера из цилиндрической становится звездообразной

Привыкшие достигать совершенства, специалисты ВНИИЭФ добились того, что в кинетическую энергию лайнера передавалось до 30 % химической энергии ВВ (теоретически возможный уровень – 32 %). Но химическая энергия распределена по большому объему заряда ВВ, а кинетическая энергия лайнера в конце процесса кумулируется в полости небольших размеров, что и позволило достигнуть рекордного значения плотности энергии магнитного поля (4·10⁷ Дж/см³), на несколько порядков превышающего плотность химической энергии в бризантных ВВ.

Но даже если подавить нестабильности, лайнер все равно будет остановлен магнитным давлением: оно возрастает быстрее, чем гидродинамическое давление в его веществе. Площадь области, охватываемой лайнером, убывает обратно пропорционально квадрату радиуса, а значит, в той же пропорции возрастает индукция поля; для магнитного же давления эта зависимость еще сильнее – оно пропорционально квадрату индукции, то есть – обратно четвертой степени радиуса! Закон возрастания давления гидродинамических сил куда слабее – оно всего лишь обратно пропорционально логарифму радиуса. Из этого следует, что магнитное поле, пусть даже очень слабое вначале, неизбежно станет «сильнее» взрыва и остановит движение лайнера к оси. Между прочим, чем слабее начальное поле, тем выше может быть магнитная энергия в точке остановки: ведь слабое поле дольше усиливается, а значит, будет остановлено ближе к оси, где гидродинамическое давление выше. В проведенных во ВНИИЭФ опытах давление магнитного поля индукцией в 1000 Тл достигало четырех миллионов атмосфер, что превышало прочностные пределы любых материалов.

Рекордные значения магнитной энергии в лайнерном ИВМГ получают только при очень большом токе запитки, потому что усиление, определяемое отношением начального и конечного радиусов сжатия, в генераторе этого типа невелико.

Взрывомагнитные генераторы всех типов создавались для применения в ядерном оружии, в частности – для энергообеспечения систем нейтронного инициирования, но предпринимались и попытки расширения области их использования.

…В то, что импульсное магнитное поле способно хорошо «нажать» на металлическое тело, читателю до сих пор приходилось «только верить», но желающие могут убедиться в этом. Установка, которую им предстоит собрать, проста (рис. 4.12).

Рис. 4.12

Схема домашней пушки Гаусса и ее элементы:

1– диод;

2 – резистор;

3 – конденсатор;

4 – катушка с расположенным на ее оси стволом из диэлектрика;

5 – центратор с насаженным кольцом и стальные кольца-снаряды на постоянном магните (см. также врезку слева);

6 – штанга для закорачивания контура.

Выдающийся германский физик и математик К. Гаусс (1777–1885) теоретически обосновал возможность достижения неограниченных скоростей метания проводящих тел магнитным полем (именно – теоретически, потому что на практике эти скорости всегда чем-нибудь да ограничиваются). Он показал, что в энергию метаемого тела может быть преобразовано около 7 % энергии тока, протекающего в катушке (что примерно впятеро ниже КПД выстрела заряженного порохом орудия крупного калибра). Но заставить вырвавшиеся из ствола пороховые газы дополнительно ускорить снаряд нельзя, а вот запитать «отработанным» токовым импульсом другую катушку – можно, поэтому идея Гаусса заключалась в разгоне тела при прохождении им последовательности катушек. Максимальная энергия передается метаемому телу, если ток заканчивается в момент достижения телом середины обмотки, но обеспечить синхронную запитку нескольких катушек в домашних условиях сложно: потребуется много конденсаторов, тиристоров для коммутации, линий задержки, а главное – осциллограф, без которого экспериментатор слеп. Так что воспроизведена всего лишь секция пушки Гаусса, как и в «Хохдрукспумпе» – одна из многих