Текст книги "Шелест гранаты"

 
«Ты же помнишь июль, золотую погоду…
Тот батумский бульвар, ресторан над водой…
 

А вот в продолжении жестко, пронзительно – и это правильно – зазвучала гражданская тема:

 
Для кого бы ты пел? Для чужого народа?
Для презренных людей – продал край свой родной?»
 

Опустошенный нравственно беглец во всем признался, сдал всех, от кого получал книги Солженицына и «стал христианином». Судя по публикациям, последнее, правда, «накатило» уже в конце 1991 г. Тогда же Голович был освобожден еще до окончания отмеренного судом срока: попытка побега из СССР уже не считалась изменой, а о шпионаже, как и следовало ожидать, и речи не было. Он давал интервью, страстно, но не особенно изобретательно понося то, что когда-то старался вдолбить в головы других. Вероятно, «ветры перемен» существенно развернули указатель цели, к которой стремился молодой ученый…

… По первой заявке патентной экспертизой сразу, без переписки было принято положительное решение и выдано авторское свидетельство на изобретение (№ 510077). Эта форма правовой защиты была в СССР аналогична патенту, но все права принадлежали государству, а автору выдавалось вознаграждение, как правило, небольшое – 50 рублей (около $ 100 по опять же, государственному курсу). За первой заявкой последовали и другие: в последующие годы число авторских свидетельств перевалило за сотню.

2.8. Метод аналогий: электролитическая ванна и «взрыв», сделанный из людей

Несмотря на многообещающее начало, нейтронографии не суждено было стать направлением исследований, пользующимся благорасположением руководства НИИАА. Такая позиция была вполне прагматичной: выход нейтронов от генераторов был недостаточен для этих целей, а делиться результатами с организациями, обладающими более мощными источниками – не сулило особых выгод. Поэтому мне была предложена новая тема исследований – изучение распределения электрического поля в генераторах.

С точки зрения электропрочности, нейтронные генераторы – напряженные конструкции. Применение их в оружии требовало минимизации габаритов, но опасность пробоя ускоряющими напряжениями свыше 100 кВ стояла на этом пути. Распределение электрического поля описывает уравнение Пуассона и сейчас произвести расчет можно при помощи даже не слишком мощного персонального компьютера. Однако в те годы в НИИАА был всего один компьютер, а часы работы на нем – дефицитны. Но то же уравнение описывает и распределение электрического тока в электролите и это давало возможность, построив по определенным правилам модель генератора, выяснить распределение поля по распределению плотности тока в аналоге.

Такая модель выполнялась в большом (10:1) масштабе (рис. 2.27). При изготовлении моделей деталей из диэлектриков, необходимо было обеспечить, во-первых, учет осесимметричности конструкции, а во-вторых – пропорциональность плотности тока в заполнявшем модель электролите диэлектрической проницаемости материала, из которого выполнены настоящие детали. Делалось это так: каждому значению диэлектрической проницаемости ставилось в соответствие пропорциональное значение угла наклона дна соответствующей детали (например, если для вакуума с проницаемостью равной единице этот угол выбирался равным одному градусу, то для тефлона с вдвое большей проницаемостью, он выбирался равным двум градусам. В ванну заливался электролит (вода из-под крана), к металлическим моделям электродов прикладывались потенциалы пропорциональные их потенциалам при работе генератора и щупом снималось распределение токов в воде. Результатом было их распределение, соответствовавшее линиям равных потенциалов электрического поля в генераторе.

Рис. 2.27

Модель для исследования распределения электрического поля перед погружением в ванну с электролитом (водопроводной водой)

Внести что-либо новое ни в процесс измерений, ни в устройство электролитической ванны, мне не удалось, но сущность метода аналогий, похоже, была усвоена. Примерно в это время на глаза попалась диссертация, посвященная строительству. Основная мысль автора состояла в том, что движение больших масс людей подчиняется уравнениям гидродинамики и это позволяет проводить расчеты пропускной способности эскалаторов, проходов и прочего. Но этим же законам подчиняется и движение вещества при взрывах. Таким образом, можно было, собрав несколько тысяч сотрудников, одев их в разноцветные халаты, построить чрезвычайно наглядную гигантскую модель ядерного заряда. Неясно было, правда, как моделировать нейтроны, но была твердая уверенность, что и здесь решение найдется. Действующую двумерную модель, управляемую устройством вроде светофора, можно было продемонстрировать наблюдающему явление с крыши высокому начальству. Конечно, такое дерзкое предложение руководству института могло быть сочтено издевательством, но с друзьями можно было и поделиться. Когда кто-то сказал, что не удастся собрать столько людей, ему ответили: «А в колхоз какую прорву гоняют?» Принудительные поездки инженеров и научных работников для выполнения самой грязной работы в деревне были повсеместной практикой в научных учреждениях СССР.

2.9. Измерения фона: сосчитать каждый нейтрон!

В 1974 году среди задач лаборатории нейтронных генераторов, появилась еще одна – измерения нейтронного фона (немногих нейтронов, а не их гигантских потоков от ядерного взрыва). Чтобы регистрировать фон, применялись газоразрядные счетчики, наполненные газовыми смесями на основе гелия-3. Сечение реакции его ядер на нейтронах очень велико (5400 барн), а продукты ее (тритон и протон) обладают хорошей ионизирующей способностью. Счетчик представляет металлический цилиндр, наполненный газовой смесью[59]59
  Почему не чистым газом – станет ясно из главы, в которой речь пойдет об исследованиях ионной кинетики.


[Закрыть]. По оси проходит тонкая вольфрамовая нить. При подаче напряжения в несколько киловольт создается крайне неоднородное распределение электрического поля: вблизи нити напряженность его очень высока – настолько, что газ в этой области пробивается, но «частично» – по мере удаления от нити и снижения напряженности поля, «лавинообразное» размножение заряженных частиц прекращается. Начинаясь со случайного акта ионизации (например – от космического излучения), разряд затем становится «самостоятельным» – поддерживает сам себя. Необходимые для этого заряженные частицы образуются на электродах и в газе при облучении ультрафиолетом, испускаемым при ионизации, «выбиваются» из металла электродов при столкновениях разогнанных полем носителей заряда. Такой разряд сопровождается свечением («короной») и змеиным шипением. Ток развитого[60]60
  Или – «развито́го»? Государственные деятели СССР произносили это слово именно так. Пусть читатель сам выбирает между грамотностью и ностальгией по империи.


[Закрыть] (протекающего при достаточно высоком потенциале коронирующего электрода) разряда практически постоянен (с незначительными флуктуациями) и составляет микроамперы.

Когда регистрируемая частица попадает в «чувствительный объем» счетчика, дополнительно ионизуя там газ, установившееся распределение зарядов нарушается и ток скачком возрастает – настолько, что даже осциллограф без дополнительного усилителя надежно регистрирует этот импульс.

Сложность заключалась в том, что прибор должен был работать в глубокой шахте, причем жилы кабеля, по которым подавалось постоянное напряжение питания (24 В) были стальными, довольно тонкими, сопротивление их заметно менялось при колебаниях температуры. Имевшиеся стабилизаторы напряжения не справлялись с компенсацией всех неблагоприятных возмущений.

Работу поручили двум молодым специалистам, Б. Смирнову и мне, причем я был ответственен за высоковольтную часть схемы, а Борис (выпускник факультета автоматики МИФИ), не имевший опыта работы с высоким напряжением – за стабилизатор. Борис требовал во много раз уменьшить ток, потребляемый преобразователем напряжения: это означало меньшее падение напряжения на кабеле и более благоприятный режим работы стабилизатора.

Для меня знакомство с преобразовательной техникой началось с изучения нескольких популярных брошюр, потому что такой курс не преподавали на нашем факультете. Со времен прочтения книг Лея и Сибрука, была выработана привычка «вытаскивать» информацию из каждой фразы. В преобразователе было общее с уже изученной схемой поджига трубки: тут тоже перемагничивался сердечник трансформатора. Было спаяно много макетов преобразователя и потребление тока удалось довести до физического минимума в 12 миллиампер (при таком токе даже запуск был неустойчивым, задерживаясь иногда на 5-10 минут после подачи напряжения). Остановились, конечно, на более надежном значении в 20 миллиампер. В трансформаторе преобразователя требовалось вручную намотать 12000 витков вторичной обмотки вокруг кольцевого сердечника, при этом надежно изолируя каждый слой обмотки – адова работа!

Измерители фона должны были, в отличие от всего, что мне приходилось делать раньше, производиться небольшой серией. Макет прошел все температурные, ресурсные и прочие испытания, но, когда конструкторы и технологи приступили к проектированию изделия, у них полезли на лоб глаза, прежде всего – от впечатлений, которые они вынесли от трансформатора. Их требование снизить трудоемкость было, конечно, справедливым и позже прошло решение, устроившее всех. Оно заключалось в том, чтобы отказаться от изоляции слоев, увеличив нагрузку на провода: каркас сердечника был разделен на много секций, внутри каждой из которых разрешалось наматывать витки с перехлестами. Число секций было таким, что внутри каждой был возможен (да и то маловероятен) контакт проводов с разностью потенциалов не более 30 В. Такая конструкция сняла многие претензии технологов.

2.10. Знакомство с «быстрыми» гармониками

К удивлению руководства лаборатории, да и самих молодых разработчиков, измерители нейтронного фона работали безотказно (по большей части, это, конечно, было заслугой опытных конструкторов). Но в шахту опускалось и много других приборов, которые также потребляли мощность, и не несколько ватт, а значительно большую. Мне поручили заняться источником питания с выходной мощностью в киловатт. Требовалось переменное напряжение частотой в несколько килогерц, но обязательно – синусоидальной формы. Если форма импульсов была прямоугольной (как в преобразователях с насыщающимися сердечниками), то на других жилах кабеля, служивших для передачи информации, появлялись наводки от множества высокочастотных («быстрых») гармоник. Жилы кабеля обладают друг относительно друга емкостью, пусть и небольшой. Но, чем выше частота, тем меньше емкостное сопротивление, так что для быстрых гармоник связь жил становится существенной.

…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) различных частот.

…Подав на одну жилу кабеля, свернутого в огромную катушку напряжение от преобразователя с насыщающимся сердечником[61]61
  Как уже упоминалось, ток в таком преобразователе меняется скачками (форма его напоминает соединенные «ворота» разных полярностей) и доля быстрых гармоник велика (тем больше, чем ближе к вертикали «стойки» ворот).


[Закрыть], а другую подсоединив к осциллографу, я убедился в правоте Фурье.

Чтобы получить напряжение без высокочастотных гармоник, требовался феррорезонансный преобразователь с двумя сердечниками: одним – насыщающимся, другим – с линейными характеристиками. Опять же, после изучения популярных брошюр был спаян макет, на котором было получено синусоидальное напряжение, но выходная мощность была небольшой (около десятка ватт).

Описание того или иного устройства может занять несколько строк, но при его создании неизбежны многие тупики. Кажущаяся достоверной, «выжатая» из литературы информация не дает желанных результатов (как правило, потому, что не все факторы бывают учтены, но если заранее знать, что существенно – можно и без литературы обойтись!). К тому же, нельзя сказать, что именно в это время все мои мысли были посвящены феррорезонансному преобразователю. Я не выполнил эту последнюю на должности инженера НИИАА работу, за что немного стыдно и сейчас.

Конечно, в НИИАА удалось приобрести много новых знаний и навыков, создавая преобразователи напряжения, проводя исследования методом аналогий, но в этом не было новизны, все было многократно описано в литературе. Специалист в таких областях мог представлять ценность только внутри предприятия. Такое положение сознательно усугублялось руководством. Например, поступить в аспирантуру могли не те, кто был в состоянии сдать экзамены, а те, кто удостоился «высочайшего соизволения». Защиты диссертаций были редки: получившие в 40–50 лет даже первичную (кандидатскую) степень считались чрезвычайно успешными. Сотрудники НИИАА понимали: увольнение связано с ухудшением материального положения и начинать на новом месте придется, заново подтверждая свою квалификацию. Начальство же поступало жестко и не всегда справедливо даже с опытными работниками, что показал пример начальника лаборатории, в которой был создан неудачный образец рентгеновского датчика приземного срабатывания. Таковы были сложившиеся еще в бериевское время средмашевские «понятия». Знаю, найдутся многие, испытывающие восторг от «сильной руки», даже – почувствовав ее на себе. Я же начал переговоры о переходе в центральный НИИ химии и механики.

Тогдашний директор этой организации (впоследствии трагически погибший от аллергического приступа Н. Афонский) проводил активную политику развития в своем институте физических методов исследований и поиска новых направлений развития боеприпасов. Выпускников МФТИ, МИФИ и других физических институтов он ценил и лично беседовал с каждым из принятых на работу. Переговоры велись о переходе в отдел, где требовалось получить данные о динамике метания оболочек взрывом. Переходил я с идеей, как этот процесс изучить: измеряя индукцию магнитного поля внутри сжимаемой взрывом металлической трубки. Такое происходит во взрывомагнитных генераторах, в разработке которых мне, правда, не довелось принимать участия, но я знал о них и держал в руках. Всегда можно было проконсультироваться и с приятелями в соответствующей лаборатории НИИАА. С моей стороны, было выдвинуто условие приема в аспирантуру после первого года работы. Порядки в аспирантуре ЦНИИХМ отличалась от средмашевских: в нее принимали многих. Правда, далеко не все добивались потом ученой степени, но все же защиты диссертаций в ЦНИИХМ сотрудниками, не принадлежавшими к руководству, в отличие от НИИАА, случались. Получка предполагалась несколько меньшей, но думалось, что такая плата за шанс стать обладателем ученой степени приемлема.

3. Горючее – на распыл!

В декабре 2004 г. газета «Военно-промышленный курьер» сообщила о ЦНИИХМ следующее.

«Центральный научно-исследовательский институт химии и механики (ЦНИИХМ) основан в 1894 г. в Санкт-Петербурге на базе химической лаборатории по исследованию бездымных пироксилиновых порохов Охтинского порохового завода и испытательной комиссии этого завода. В 1931 г. лаборатория преобразована в Военно-химический научно-исследовательский институт (ВХНИИ) Наркомата оборонной промышленности СССР и переведена в Москву. У истоков научной школы, созданной институтом в области боеприпасов, стояли выдающиеся русские химики Д.И.Менделеев, К.Э. Регель, ГП. А.В. Сапожников. Дальнейшее, ее становление проходило при активном участии академиков Н.Н. Семенова, Н.Д. Зелинского, Ю.Б. Харитона, Б.П. Жукова, Я.Б. Зельдовича, М.А. Лаврентьева…

До конца Великой Отечественной войны НИИ-6 (ЦНИИХМ) был единственным в стране комплексным научно-исследовательским учреждением по порохам, ВВ, пиротехническим и зажигательным средствам, по снаряжению боеприпасов и средств инициирования. В начале 1950-х годов в НИИ-6 впервые в отрасли начаты исследования и опытно-конструкторские работы в области смесевых ракетных твердых топлив, различных технологий переработки их в заряды для твердотопливных ракет.»

…Оказалось, что обговоренные условия приема изменены: меня направили в отдел, основной тематикой которого были исследования объемно-детонирующих систем (ОДС). Идею ОДС выдвинули германские ученые во времена Второй мировой войны, предложив распылять в воздухе угольную пыль, а затем подрывать ее (такие взрывы нередко приводили к значительным человеческим жертвам в угольных шахтах). Но немецкий опыт не пригодился: условия взрыва пыли на открытом воздухе менее благоприятны, чем в шахте с прочными стенками. В ход пошли жидкие горючие (а на первых порах – даже сжиженные газы): США успешно применили во Вьетнаме объемно-детонирующие бомбы с газовой смесью МАРР и окисью этилена. Начальство в Министерстве машиностроения срочно требовало от подчиненных ему институтов «ликвидировать отставание».

Рис. 3.1

Двухтактный (диспергирование, а затем инициирование снаряжения) взрыв объемно-детонирующей авиабомбы (она – слева, на врезке). Вес ее жидкого снаряжения (2) – 193 кг. Диспергирует снаряжение заряд взрывчатого вещества 3. По сигналу датчика 4 подрывается диспергирующий заряд (на высоте порядка десятка метром над землей) и выбрасываются инициаторы аэрозольного облака

… При объемном взрыве развивается давление, в десятки тысяч раз уступающее давлению детонации конденсированных ВВ, но энерговыделение – выше, поскольку окислитель для реакции берется из воздуха, да и размеры облака огромны (оцените из кинограммы рис. 3.1, насколько они превышают размеры авиабомбы)[62]62
  Если читатель заинтересуется эффективностью таких боеприпасов, однозначно ответить ему нельзя. На близких расстояниях объемная детонация вчистую проигрывает традиционным ВВ. Например, для полутонной объемно-детонирующей бомбы радиус облака превышает два десятка метров и в 10 м от его внешней границы давление в ударной волне все еще равно лишь половине значения, характерного для взрыва равной массы тротила на 30 м, но спадает давление УВ от объемного взрыва медленнее и на расстоянии в 50 м уже превышает «тротиловое» более чем в три раза.


[Закрыть].

В больших боеприпасах, таких, как авиационные бомбы, после подрыва диспергирующего заряда горючее распыляется, но реакция в нем вначале не происходит и лишь по достижении облаком значительного объема и перемешивании снаряжения с воздухом инициируется детонация (слабая в сравнении с аналогичным процессом в конденсированных ВВ: бризантного (дробящего) эффекта она не обеспечивает). Такие боеприпасы называют двухтактными (взрывное диспергирование + подрыв образованного облака), во Вьетнаме их использовали для расчистки посадочных площадок для вертолетов: «выметая» растительность в радиусе нескольких десятков метров, они не оставляли воронок. Позже их применяли по живой силе и для разрушения домов – весьма чувствительных к действию ударной волны целей – а также в системах разминирования (рис. 3.2): от ударной волны срабатывают механические взрыватели мин.

Рис. 3.2

Система взрывного разминирования MICLIC (на основе объемно-детонирующего заряда) в действии

… Однажды журналистам – людям энциклопедических знаний – удалось заснять в многострадальном Бейруте, как улицу после взрыва засыпало обломками зданий. На такое, по их мнению, был способен лишь «вакуум», созданный бомбой, к которой соответствующая кликуха впоследствии прочно «приклеилась». Действительно, если ударную волну сзади не «поджимает» какого-либо вида поршень, то за сжатием следует разрежение. Иначе и быть не может, ведь, как указывал еще Михайло Васильич Ломоносов, «…все перемены в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому…». Кадры киносъемки воздействия ударной волны ядерного взрыва подтверждают правоту Михайлы Васильича (рис. 3.3): на внешней поверхности гигантского купола, образованного волной, воздух сжимается, «забирая» с собой тот, что находится позади фронта. Это вызывает ветер – массопоток в направлении распространения волны (видно, как скоростной напор гнет деревце). Далее идет отток побывавшего сжатым воздуха к центру взрыва и направление ветра меняется на обратное (опять же – смотри на деревце, лишившееся листвы). Однако в фазе разрежения – всего лишь падение давления на десяток-другой процентов по сравнению с нормальным. Так что, если «замахнуться на вакуум», то необходимы численные оценки импульса, сообщаемого преграде в фазе разрежения, за представлением коих не исключена встреча с потоком слюнного аэрозоля, сопровождаемого ревом: «Я видел – я знаю!». Однажды автор по недомыслию стал рассуждать о конвективных потоках воздуха в ответ на восхищение гражданина, наблюдавшего за подъемом дымного облака после взрыва и высказавшего твердое убеждение, что такое мог сделать только «атом». Дидактические усилия завершились указанием автору известного всем маршрута.

Рис. 3.3

Изменения давления и массопотоков воздуха в ударной волне. Направление ее распространения на рисунке – справа налево

В боеприпасах среднего калибра двухтактный принцип работы неэффективен, поскольку вес инициирующих облако зарядов не может быть существенно уменьшен – это приведет к затуханию детонации, а инициаторы «нормального» веса займут практически весь отведенный под снаряжение объем. Фугасное снаряжение в этом случае представляет смесь горючего (включающего и металлическую пудру) с конденсированным ВВ. Эту смесь инициирует обычный взрыватель и детонирует она, как слабая взрывчатка, но при разлете продукты взрыва смешиваются с воздухом, сразу загораются (рис. 3.4) и подпитывают своим горением тоже не слишком мощную ударную волну. Тротиловый эквивалент однотактных боеприпасов существенно меньше, чем двухтактных, но они воздействуют на цели еще и потоком тепла от горения, за что их называют термобарическими.

Рис. 3.4

Кинограмма подрыва экспериментального термобарического заряда.

Горение начинается еще в процессе взрывного диспергирования снаряжения