Александр Прищепенко - Шипение снарядов
— интермодуляционные искажения;
— «запирание» микросхем при накоплении в них объемного заряда;
— тепловой пробой (при воздействии сравнительно длительных (микросекундных) импульсов);
— электрический пробой (при воздействии наносекундных и более коротких импульсов).
Вследствие утраты диодами своих функций, подвергаются воздействию и другие элементы. Воздействие возможно также через паразитные связи, наводки на соседних кабелях, путем ударного возбуждения колебаний на различных резонансных частотах. Подобный сигнал преобразуется в «видеоимпульс» нелинейными устройствами, такими как биполярные транзисторы, и, благодаря своей аномальной мощности, вызывает срыв передачи данных, сброс информации, а в некоторых случаях — приводящие к повреждениям наиболее чувствительных элементов перегрузки.
Ясно, что данное описание может объяснить наблюдавшиеся эффекты лишь на качественном уровне и далеко не все. Так, например, указанными выше причинами нельзя объяснить зарегистрированное однажды восстановление работоспособности электроники спустя несколько суток после воздействия РЧЭМИ.
Остро необходимыми стали не только научно-технические решения, но и дидактическая деятельность — разъяснение особенностей нового оружия и рациональных приемов его боевого применения.
…Одна из основ электродинамики — теорема взаимности: любое устройство принимает волны данной частоты с данного направления тем эффективнее, чем эффективнее оно излучает на той же частоте, в том же направлении (а излучает любая электроника, даже и не предназначенная дня этого). Так, например, радар принимает/излучает остронаправленно только на «своей» частоте (правда, всегда существуют и боковые лепестки). Чем больше частоты воздействующего излучения отличаются от рабочей, тем более вырождается диаграмма (рис. 4.55): число максимумов растет, а их отличия от минимумов уменьшаются.
Простота «вырожденной» диаграммы обманчива, потому что иллюстрирует интегральную эффективность приема. Но в сложном электронном устройстве функционирует множество контуров и у каждого из них — своя резонансная частота, зачастую существенно отличающаяся от рабочей частоты устройства. Даже при незаметных поворотах цели и источника сверхширокополосного излучения взаимодействие их частных диаграмм направленности приводит к калейдоскопу эффектов, где каждая последующая «картинка» не похожа на предшествующую.
Рис. 4.55 Диаграмма излучения/приема, типичная для радиолокатора: а) остронаправленная, для рабочей частоты; б) для частот, на порядок отличающихся от рабочейКазалось бы, самый выгодный вариант — поражение цели излучением ее рабочей частоты, которое преобразуется в приемных трактах очень эффективно. Громогласные авансы дальностей поражения в километры это подразумевают, хотя обычно стараются обойти молчанием факт, что многие цели оснащены не имеющими отношения к радиолокации головками самонаведения (телевизионными, инфракрасными и прочими). Что же касается целей с радиолокационными головками самонаведения, то уровни их поражения излучением их же рабочей частоты минимальны, это правда, но такая, что «хуже всякой лжи». Для этого надо очень точно совместить пучок РЧЭМИ и крайне узкий «главный лепесток» антенны головки, иначе дальность поражения упадет даже не в разы, а на порядки. Борьба с управляемыми ракетами на их собственных рабочих частотах потребует воспитания военнослужащих в духе кодекса Бусидо [92]: ослепить в этой ситуации можно лишь ракету, «смотрящую прямо в глаза», остальные придется пропустить, потому что облучать их «со стороны» бесполезно: нельзя попасть в главный лепесток. Но даже и ослепленную в нескольких километрах от позиции ракету следует «ждать в гости» спустя секунды; промах ее по ранее захваченной цели будет небольшим, а боевая часть и ударный взрыватель — исправны.
Можно, конечно, восславить «безумство храбрых», но, скорее всего, каждый из восславленных предпочел бы стрелять ЭМБП. Во-первых, сделать это можно «из-за угла», наплевав ради безопасности на рыцарские манеры; во-вторых — дальность стрельбы определяется не рассеянием РЧЭМИ, а возможностями носителя ЭМБП, соответственно и цель может быть выведена из строя на большей дистанции, а значит — менее вероятно попадание уже неуправляемой ракеты в обороняемый объект.
Электроника играет главную роль не только в наведении ракет, но и во многих других процессах боя, и научиться предсказывать ее «поведение» — весьма важно. Пока не известны модели, надежно описывающие реакцию сколько-нибудь сложного электронного устройства на облучение сверхширокополосным РЧЭМИ, а она может быть различной: наложение эффектов в нескольких контурах, самопроизвольное восстановление некоторых схем спустя иногда миллисекунды, а иногда — часы и даже дни.
Для наработки данных о таких эффектах требовалось столько ЭМБП, что опытному производству выпуск их был не по силам. По-спорьем стал источник РЧЭМИ со сверхпроводниковым коммутатором — опять же результат попытки помочь друзьям.
… Попросил о помощи В. Слепцов из НИИ вакуумной техники: он хотел определить критические токи в создаваемых его лабораторией высокотемпературных сверхпроводниках — микронной толщины пленках из YBa2Cu3O7 , нанесенных на подложки из искусственного сапфира. Как предполагал Слепцов, токи, при которых такие пленки должны переходить из разряда сверхпроводников в плохие изоляторы, составляли килоамперы. Но скачки сопротивления ведут к скачкам тока в контуре, что не может не сопровождаться существенным изменением магнитного момента, второй производной которого по времени, как известно, пропорциональна мощность РЧЭМИ…
Ценность источника с переключателем из сверхпроводника, помимо простоты (рис. 4.56), заключается в том, что излучает он тоже сверхширокополосное РЧЭМИ, но его можно сделать невзрывным (например, получив импульс тока в соленоиде от кабельного формирователя), и в этом качестве использовать для исследований стойкости электроники в лабораторных, а не полигонных условиях. Многие образцы электроники, подтвердившие ранее свою стойкость к ЭМИ ЯВ, выходили из строя при воздействии сверхширокополосного импульса РЧЭМИ: принимая во внимание различия в спектральном составе излучения, такой результат можно было предвидеть.
Рис. 4.56 Схема излучателя с переключающим элементом из сверхпроводника и элементы «сверхпроводникового» излучателя: соленоид с подводящими кабелями (их много — чтобы снизить сопротивление) и кольцо из сверхпроводника. Одновитковый соленоид из меди 1 окружает кольцо 2. Оба погружены в жидкий азот 3, где кольцо обретает сверхпроводимость. Источник тока формирует в соленоиде 1 импульс с коротким (в сотню наносекунд) фронтом. Индуктивность соленоида вначале мала, потому что внутри него находится сверхпроводящая вставка, поэтому возрастание тока определяется только возможностями формирователя. Магнитное поле сосредотачивается в узком зазоре между сверхпроводником и соленоидом: в сверхпроводник оно не может проникнуть, потому что там индуцируется ток, полностью его компенсирующий, а в соленоид из меди хоть и проникает, но медленно. Когда ток в сверхпроводнике превышает критическое значение, возникает фазовый переход, по одну сторон которого пленка еще сверхпроводящая, а по другую — проводит плохо. Фронт перехода двигается от периферии кольца к его оси. Как оказалось, скорость этого движения довольно велика (десяток километров в секунду или сантиметр в микросекунду), но слабо зависит от индукции внешнего магнитного поля. Это позволяет за те доли микросекунды, пока магнитное поле «ест» сверхпроводимость кольца шириной в несколько миллиметров, успеть «накачать» существенную энергию в соленоид. Когда же фронт фазового перехода достигает внутренней границы кольца, ток, а значит, и магнитный момент меняются очень быстро и эмиссия РЧЭМИ существенна, хотя и уступает по мощности излучению ЦУВИ почти два порядка
…Одним из парадоксов электромагнитного оружия является то, что создавать чересчур мощный и одновременно малоразмерный источник РЧЭМИ бессмысленно — может произойти пробой [93] (рис. 4.57) среды, где распространяется излучение.
Рис. 4.57 Слева — пробой воздуха моночастотным РЧЭМИ однократно сработавшего вакуумного источника И-3000 (снято в темноте камерой с открытым затвором, рупорная антенна расположена слева). Снимок предоставлен В.Д Селемиром и В.А. ДемидовымПробой происходит в том случае, когда свободные электроны успевают за время между столкновениями с нейтральными молекулами получить от электрической компоненты РЧЭМИ энергию, достаточную для ионизации атома такой молекулы. Далее происходит процесс лавинообразного размножения заряженных частиц (и электронов, и ионов), то есть образование плазмы.
