Александр Прищепенко - Шипение снарядов
… При испытаниях лабораторных макетов ВМГЧ не было смысла возиться с автономной системой их энергообеспечения, но когда проявились перспективы боевого применения излучателей этого класса
— такая задача стала актуальной. ВМГЧ и сам может «раскачивать» электрические колебания (рис. 4.36а), поэтому напрашивалось решение: применить для создания, пусть и очень небольшого, начального поля в обмотке излюбленные постоянные магниты (рис. 4.43)! Их расположили так, что внутри обмотки ВМГЧ поля суммировались, а вне обмотки — вычитались. Но и такие ухищрения не позволили повысить энергию начального поля в СВМГ до величин, превышающих джоуль — слишком мала остаточная магнитная индукция даже в лучших материалах, таких как «железо — неодим — бор». А это означало, что ВМГЧ с такой системой создания начального поля будет весьма «длинным» — объем, отведенный под боеприпас, будет использован нерационально. Альтернативой была связка СВМГ с ФМГ, разработанным для ЦУВИ. Чтобы использовать ценный задел, необходимо было доработать излучатель.
Рис. 4.43 Система постоянных магнитов, предназначенная для создания начального поля в ВМГЧ. Ориентация элементов системы такова, что внутри спирали поля элементов складываются, а вне спирали — вычитаютсяВ имплозивном магнитном генераторе частоты (ИМГЧ, рис. 4.44) детонационная разводка ИМГЧ формирует при срабатывании не цилиндрическую, а тороидальную детонационную волну, а вместо рабочего тела из монокристалла на оси лайнера размещен излучающий при срабатывании индуктивно-емкостной контур. При сжатии лайнером магнитное поле происходит процесс, подобный таковому в трансформаторе. Во внутренней катушке при ударе лайнера скачком изменяются и ток и напряжение, а последующее замыкание витков добавляет энергию, которую тут же расходуют излучение и другие виды потерь. На подобном умножении магнитного потока основано получение сверхбольших коэффициентов усиления энергии. В. Демидов, получивший в одном из созданных им СВМГ магнитную энергию, более чем в миллион раз превышавшую начальную, помог автору советами по реализации этого метода для ИМГЧ.
Время генерации РЧЭМИ для такой схемы оценивалось в пару микросекунд, а начальная энергия ограничивалась только электропрочностью изоляции катушки. Главное же — зависимость выхода РЧЭМИ от величины начальной энергии, «закачиваемой» в катушку близка к линейной и нестабильность работы ФМГ и ВМГ не приводит к фатальным последствиям: выход РЧЭМИ по этой причине меняется незначительно. Такие заряды запускались с помощью метеорологических ракет, в грозовые облака, чтобы провоцировать в них внутренние разряды (рис. 4.45) и нейтрализовать таким образом. Срабатывали ИМГЧ достаточно надежно, но стоимость их оказалась великовата даже для военного применения, не говоря уж о «метеорологическом».
Рис. 4.44 Иллюстрации, поясняющие работу имплозивного магнитного генератора частоты (ИМГЧ): а — схема генератора: внутри соленоида 1, которому после подрыва кольцевого заряда взрывчатки 2 суждено стать лайнером, располагается катушка 3, а внутри нее — два последовательно соединенных конденсатора 4 (второй из них не виден); б — фотография «излучающей» катушки с индуктивно — емкостным контуром внутри; в — осциллограмма производной тока в контуре катушки после удара по ней лайнера. Колебания тока носят довольно причудливый, не похожий на косинусоиду, характер, а это значит, что в них велика доля «быстрых» гармоник
Работа с мертвой точки сдвинулась только тогда, когда отказались от паллиативных решений, сделав все «по-новому».
Рис. 4.45 В грозовых облаках имеются области концентрации зарядов разных знаков и можно «провоцировать» внутренние разряды, «добавляя» к и без того значительной напряженности внутреннего электрического поля внешнюю — от электрической составляющей РЧЭМИ. Для этого в облако стреляют ракетой и подрывают внутри него ЭМБП, предотвращая тем самым опасные разряды между облаком и землей… Электрические заряды в диэлектриках связаны и не могут двигаться свободно, как в металлах. Диэлектрики способны накапливать энергию: если «закоротить» заряженный конденсатор (удалив, таким образом, свободные заряды с металлических обкладок), а затем снять закоротку, спустя небольшое время конденсатор снова окажется частично заряжен (возможно, некоторые читатели убедились в этом, работая с установкой «водяной кумуляции»). Причина в том, что изолятор при зарядке был поляризован внешним полем. При закорачивании сразу исчезло поле, а направленная поляризация — частично сохранилась. Возвращение поляризации к равновесному значению вызывает протекание тока смещения, вновь заряжающего конденсатор.
Структурные элементы некоторых видов диэлектриков (сегнето-электриков, пьезоэлектриков) обладают собственными электрическими дипольными моментами. Сегнетоэлектрики неограниченно долго сохраняют остаточную поляризацию, а деполяризуются при нагревании до точки Кюри (для большинства из них — около 100 градусов Цельсия). Нагревает любое вещество ударная волна, но сегнетоэлектрики «капризны»: слишком мощная волна может индуцировать в них столь сильное поле, что возникнет пробой и ток смещения не будет заряжать металлические обкладки, между которыми расположен диэлектрик. Но пусть все обошлось без пробоя, тогда пьезоэлемент — такой же, как в зажигалке, но значительно больший по размерам — зарядит конденсатор генератора частоты.
Как и в ядерных боеприпасах, в крупнокалиберных ЭМБП целесообразно размещать несколько небольших излучателей, рассеиваемых перед групповым подрывом — тогда цели поражаются на большей площади. Для кассетных элементов был разработан витковый генератор частоты (ВГЧ, рис. 4.46). И для ВГЧ была создана полуэмпирическая модель, опирающаяся на результаты токовых измерений.
Рис. 4.46 Вверху — витковый генератор частоты (ВГЧ) и его схема. Обмотка состоит из одного, и то неполного витка 1. Короткая труба 2 смещена в сторону пьезоэлементов 3, поэтому сначала она, расширяясь под действием взрыва, «выбивает» из них ток, заряжая конденсатор 4, а уж затем замыкает контур, генерирующий излучение. Средний ряд — осциллограммы производной тока: а) в ВГЧ, электроды которого соединены с конденсатором; б) в том же (не излучающем) устройстве, электроды которого соединены не конденсатором, а «закороткой» из провода. Внизу — 125-миллиметровая реактивная граната с кассетной боевой частью, содержащей витковые генераторы частоты
В 125 мм реактивной гранате размещаются три кассетных элемента. При срабатывании боевой части они рассеиваются, что позволяет повысить стабильность эффектов поражения, воздействуя на цель с разных направлений — тогда более вероятны совпадения лепестков на наиболее «чувствительных» для цели частотах. Кроме того, время генерации РЧЭМИ не превышает для ВГЧ микросекунды, и взрывом можно образовать вокруг источника облако очень плотных газов, что позволяет избежать пробоя (важная особенность, о которой подробно — позже). По сравнению с другими генераторами частоты, ВГЧ формирует самый короткий импульс РЧЭМИ, но для военного применения даже такая длительность избыточна.
Это и так должно быть ясно: чем короче токовый импульс, наведенный РЧЭМИ, тем меньше теплоотвод от р-п перехода, в котором энергия этого импульса выделяется в виде тепла (рис. 4.47). Оценки показывают, что режимы более длительные, чем единицы микросекунд, не являются рациональными, энергосберегающими. Существует, правда, и другой механизм выхода р-п перехода из строя (пробой), но он реализуется только при наносекундных длительностях облучения, характерных для ударно-волновых излучателей. Режим излучения генераторов частоты нельзя признать эффективным с точки зрения нанесения поражений электронике противника, но зато устройства этого класса значительно проще и надежнее других и по параметру «эффективность/стоимость» они вполне конкурентоспособны.
…Опять попросили о помощи друзья, и снова святое это дело принесло богатый урожай. По просьбе разработчиков противотанковых средств из филиала НИИ «Базальт», решили проверить концепцию противотанкового гранатомета нового поколения.
Рис. 4.47 Слева — распределение температур в кремнии при различных режимах тепловыделения. Красный график — гипотетический режим, при котором тепловыделение от токового импульса бесконечно малой длительности сосредоточено только в области р-n перехода, размер которого — микрон; зеленый график: тепловыделение произошло также в слое микронной толщины, но время выделение тепла составило 100 наносекунд; синий график: условия те же, но время тепловыделения — 1 микросекунда. Видно, что чем больше время тепловыделения, тем более существенным становится теплоотвод и для достижения той же температуры нагревать придется уже не микронный слой р-п перехода, а и близлежащие слои кремния, что ведет к снижению КПД (график справа)
…На полигоне Главного автобронетанкового управления стоял один из не часто встречавшихся тогда танков, оснащенный системой активной защиты (САЗ, рис. 4.48).
