Огонь! Об оружии и боеприпасах

Обычно изоляция провода постоянна по толщине, а значит и рабочее напряжение рационально делать постоянным. Для этого случая теоретическое рассмотрение приводит к экспоненциальному закону возрастания шага намотки с длиной. По мере движения точки контакта к нагрузке, уменьшается экспоненциально и индуктивность спирали, поэтому удобно рассматривать зависимость логарифма индуктивности от длины — это будет прямая линия (рис. 4.18).

^{Рис. 4.18. Согласование нагрузки с законом изменения индуктивности СВМГ}

Подобрать обмоточные данные спирали, соответствующие теории, непросто. Расчет соленоидов с переменным по длине шагом намотки (а иногда — и переменного диаметра) ненадежен из-за трудности учета взаимной индуктивности витков и граничных эффектов. Прибор (рис. 4.19) позволяет решить эту проблему «в лоб», осциллографированием периода ударно-возбужденных колебаний в контуре. В металлической трубке 1 размешаются два элемента: коммутатор 2 и конденсатор 3. Когда коммутатор срабатывает, возникают колебания в контуре, включающем эти два элемента и исследуемую индуктивность. Вычислить индуктивность по их периоду не составляет труда (при этом учитывается собственная индуктивность прибора, определенная в режиме, когда он был «закорочен»). На трубку можно надеть конус со скользящим контактом, имитирующий расширяемую взрывом трубу СВМГ. Начав процесс измерений с нагрузки, можно изменять шаг витков секций, подбирая требуемый закон изменения индуктивности соленоида по его длине.

^{Рис. 4.19. Прибор для измерения индуктивности, его схема и осциллограмма ударно-возбужденных колебаний}

Индуктивность нагрузки тоже должна быть «встроена» в закон изменения индуктивности спирали. Любые попытки «по-новому» нагрузить СВМГ изменят этот закон, но когда «очень нужно», нагрузку все же меняют, как это не раз приходилось делать и автору. На начальных стадиях работы, пока индуктивность спирали велика, несогласованность нагрузки не будет ощущаться, но в конце работы отклонения от выбранного закона станут заметными и приведут к потерям потока (рис. 4.20), хотя на «свою» нагрузку спираль эффективно работала до последней микросекунды. Опять же. когда «очень нужно», повышают и начальный ток сверх расчетного, что чревато пробоем и получением просто жалкого тока в нагрузке (рис. 4.21). Иногда без изменения нагрузки не обойтись, но мучительно не хочется менять что-нибудь в уже доказавшей свою эффективность, подобранной с таким трудом обмотке. Перейти на меньшую индуктивность нагрузки — не проблема, просто надо добавить к спирали одну-две секции с большими шагами намотки, продолжив зависимость рис. 4.18, до согласования с новой нагрузкой (при этом, если не требуется большее усиление, можно «отбросить» такое же число секций с наименьшими шагами намотки). Хуже (но чаще встречается), если индуктивность новой нагрузки больше, чем «согласованное со спиралью» значение — тогда ту же зависимость придется продлевать в сторону меньших шагов и все более вероятной станет встреча с «перескоком» (рис. 4.22): незаметная глазу несоосность трубы и спирали приведет к тому что точка контакта будет не плавно скользить по каждому витку, а «перескакивать» на некоторых участках, опять же — транжиря драгоценный магнитный поток.

^{Рис. 4.20. Осциллограмма производной тока при работе СВМГ. Видно «закругление» осциллограммы в конечной стадии работы: произошла потеря потока в из-за несогласованности индуктивности нагрузки с законом изменения индуктивности обмотки CBMГ}

^{Рис. 4.21. Слишком большая величина начального тока привела к развитию в СВМГ напряжения, превышающего пробивное для изоляции проводов обмотки. Произошел пробой, канал которого «отсек» область, где была сосредоточена большая часть потока. Конечное усиление тока ничтожно}

^{Рис. 4.22. Несоосность трубы и обмотки привела к тому, что точка контакта основания конуса, образованного расширяющейся трубой, «перескочила» участок обмотки, что привело к частичной потере магнитного потока}

Но бывает и так, что нагрузка — вообще «ни в какие ворота», и тогда ее согласуют, используя взрывной трансформатор. К СВМГ, подключают (рис. 4.23), коаксиал из центрального проводника 1 и цилиндра 2 из тонкой фольги. В конечной фазе цилиндрическая детонационная разводка 3, формирует в кольцевом заряде 4 сходящуюся детонационную волну. Взрывом токовый контур разрывается — фольга цилиндра 2 продавливается в пазы между ребрами изоляционной катушки 5. При этом за время в сотни наносекунд «освобождается» магнитный поток, что ведет к индуцированию на разрыве напряжения (вспомним ощущения юного Ади Сахарова!) Напряжение это, которое иногда достигает миллиона вольт, и прикладывается к нагрузке 6. Пока газы взрыва (окислы углерода и азота), сжатые до огромных (граммы на кубический сантиметр) плотностей, еще не разлетелись, они хорошо изолируют катушку 5. Внимательный читатель задастся вопросом, есть ли смысл подключать такой трансформатор к СВМГ, в котором магнитный поток только теряется: можно просто «разорвать» контур первичного тока, соединив точки разрыва с нагрузкой. Так иногда и делают, когда требуется только высокое напряжение. Но когда нужно существенно усилить энергию (пусть даже за счет снижения напряжения) без СВМГ не обойтись.

^{Рис. 4.23. Схема взрывного трансформатора, допускающего согласование СВМГ с любой нагрузкой}

Если все параметры подобраны правильно, то СВМГ представляет собой очень эффективный усилитель, ведь если в имплозивном ВМГ усиление заканчиваются после того, как диаметр лайнера уменьшился в несколько раз, то отношение начальной индуктивности спирали к индуктивности нагрузки может достигать многих тысяч, а усиление тока и энергии — до трех порядков (есть и такие схемы, где усиление практически не ограничено). По мере роста коэффициента усиления СВМГ, КПД преобразования им химической энергии ВВ в энергию токового импульса снижается, но только когда коэффициент усиления — около тысячи, имеет смысл задуматься, что рационально увеличить для дальнейшего повышения усиления: габариты СВМГ или размеры источника его питания, такого, как конденсатор.

…В военной науке, конечно, существовали коллективы исследователей, конкурировавшие друг с другом «на каждом километре». Но общая обстановка была благожелательной: если конфликт интересов не просматривался, то бескорыстная помощь считалась сама собой разумеющейся. В конце 1982 года автора попросили провести несколько опытов по «замагничиванию» объемно-детонирующего облака [39] . Просители — специалисты по радиоэлектронным помехам — надеялись при этом получить значительную эмиссию радиочастотного электромагнитного излучения (РЧЭМИ) и обосновать получение финансирования своих работ. Мнение у автора об этой идее сложилось скептическое, потому что большой ток, а значит, и существенное поле в облаке получить было нельзя: нагрузка — проволочная петля диаметром в несколько дециметров — была «непосильна» для ВМГ небольших размеров, а опыта создания взрывных трансформаторов тогда не было. Да и в качестве источника помех система «генератор-облако» вряд ли подходила, потому что время ее излучения (микросекунды) недостаточно для такого применения.

39

Германская идея возбуждения детонации в облаке, образованном из перемешанных горючего и воздуха, к тому времени получила практическое воплощение. Конечно, вместо угольной пыли были подобраны другие горючие. Если читатель заинтересуется эффективностью таких боеприпасов, однозначно ответить ему нельзя. Давление детонации в смеси горючего и воздуха на четыре порядка меньше, чем в конденсированных взрывчатых веществах, поэтому на близких расстояниях объемно детонирующие боеприпасы вчистую проигрывают традиционным, причем отличия — качественные: при взрыве облака не проявляется бризантный (дробящий) эффект. На больших расстояниях (начиная от границы подрываемого облака и далее) преимущество переходит к объемной детонации, но и в этом случае дать количественную оценку затруднительно, поскольку сравниваются два разных явления: взрыв сосредоточенной в малом объеме мощной взрывчатки и маломощный взрыв в облаке сложной формы (тороиде). Например, в 10 м от облака (для полутонной бомбы его внешний радиус превышает два десятка метров) давление в ударной волне все еще равно лишь половине значения, характерного для взрыва равной массы тротила, но спадает давление от объемного взрыва медленнее и на расстоянии в 50 м уже превышает «тротиловое» более чем в три раза. Поражает такая ударная волна только малостойкие цели: дома (рис. 4.24) незащищенную живую силу. Описываемые опыты были поиском новой области применения таких боеприпасов

^{Рис. 4.24. Кинограмма взрыва объемно-детонирующей авиабомбы}

Опыты начались в подмосковном Красноармейске с первых недель 1983 года. Спешки не было, в неделю проводили один — два эксперимента. Излучение от «замагниченного» объемного взрыва измеряли рупорными антеннами и результат был предсказуем: интегральная мощность порядка киловатта, время генерации — микросекунды. Организаторы сессии признавали, что этого недостаточно, но считали, что обоснование дальнейшего финансирования работ такой результат обеспечит.

Перерывы в опытах дали возможность обдумать ситуацию. Плазма объемного взрыва выполняла роль конвертера (преобразователя) энергии. Магнитное поле «закручивало» [40] электроны этой плазмы, заставляя ее излучать, по тому же механизму, что и комтоновские электроны — при генерации электромагнитного импульса ядерного взрыва. Расчет показал, что концентрацию зарядов в ударно-сжатом (в данном случае — детонирующем) газе не имело смысла повышать: поглощение плазмой ею же эмитированного излучения было и без того существенным, излучение «выпускал» лишь приповерхностный слой детонирующего облака. Повышение же напряженности магнитного поля «уводило [41] » спектр генерируемого излучения из радиочастотной области в бесполезную тепловую. Словом, в каком виде ни «закачивай» энергию в облако — преобразовывало оно ее в излучение тем хуже, чем больше получало. От такого «конвертера» стоило избавиться.

40

Конечно, «закрутка» в этом случае — неполная. Траектории лишь искривляются, пока длился свободный пробег частиц между столкновениями

41

Чем «сильнее» поле, тем меньше радиусы траекторий «закручиваемых» частиц, а длины излучаемых волн близки к значениям этих радиусов

Однако сам по себе ВМГ излучателем служить не мог — как уже знает читатель, в нем магнитное поле квазистационарно. Автор слышал о том, что эксперименты по преобразованию в излучение энергии очень больших токов все же проводились: к ВМГ, через взрывной трансформатор, подключали огромную антенну. Несмотря на неслыханные ранее в радиотехнике значения напряжений на антенне, эти опыты не были сочтены успешными, быть может, из-за того, что характерные длительности получаемых импульсов напряжения были, все же великоваты (десятые доли микросекунды) и основная энергия реализовалась в не слишком актуальном для применения диапазоне длин волн (сотни метров); циклопическими были и размеры антенны.

Для того же, чтобы излучение было мощным и эффективно воздействовало на цели, поле должно меняться не просто быстро, а так, чтобы характерное время его изменения соответствовало бы длине волны, сравнимой с размерами устройства. Если эти размеры оценить в дециметры, время, за которое должно существенно измениться поле (чтобы оценить его, надо поделить характерный размер на скорость электромагнитной волны), составляет наносекунды — на три порядка меньше, чем в ИВМГ! Но характерная скорость сильных ударных волн в конденсированных средах — 10 км/с, что дает оценку минимального радиуса сжатия в десятки микрон: 10⁴(м/сек) х 10^{– 9}(сек) = 10^{– 5}(м). Для трубчатого лайнера из какого угодно материала это нереально: нестабильности кладут конец сжатию на значительно более ранних его стадиях.