Страница 24 из 97
Другие электронные приборы и электрическое оборудование могут также быть уничтожены ЭМИ. Радарное и электронное военное оборудование, спутниковое, микроволновое, УКВ-КВ, низкочастотное коммуникационное и телевизионное оборудование потенциально уязвимо при воздействии ЭМИ.
Основными технологиями в разработке электромагнитных бомб являются: генераторы со сжатием электромагнитного потока при помощи взрывчатки, работающие на взрывчатке или пороховом заряде магнитогидродинамические генераторы и целый набор микроволновых устройств высокой мощности, из которых наиболее эффективен осциллятор с виртуальным катодом.
Генераторы со сжатием потока при помощи взрывчатки (FC-генераторы) являются наиболее зрелой технологией применительно к разработке бомб. FC-генераторы были впервые продемонстрированы Кларенсом Фоулером в Лос-Аламосе в конце 1950-х годов. С тех пор был создан и испытан широкий набор конструкций FC-генераторов, как в США, так и в СССР, а позднее — в СНГ.
FC-генератор — это устройство в относительно компактной упаковке, способное произвести электрическую энергию порядка десятков мегаджоулей за сотни микросекунд. С пиковой мощностью от единиц до десятков ТВт FC-генераторы могут быть использованы прямо или в качестве источника коротких импульсов для микроволновых генераторов. Для сравнения: ток, производимый большими FC-генераторами, в 10-1000 раз больше, чем ток, производимый типичным ударом молнии.
Центральная идея конструкции FC-генератора заключается в использовании «быстрой» взрывчатки, для того чтобы быстро сжать магнитное поле, преобразовав энергию взрывчатки в магнитное поле.
Начальное магнитное поле в FС-генераторах до инициирования взрывчатки производится стартовым током, который обеспечивается внешними источниками, такими как высоковольтный конденсатор, малые FC-генераторы или MHD-устройства. В принципе подойдет любое оборудование, способное произвести импульс электрического тока от десятков кА до единиц миллиампер.
Несколько геометрических конфигураций FC-reнераторов были описаны в литературе. Как правило, используются коаксиальные FC-генераторы. Коаксиальное расположение представляет особый интерес в контексте данной статьи, так как цилиндрический форм-фактор облегчает «упаковку» FC-генераторов в бомбы и боеголовки.
В типичном коаксиальном FC-генераторе цилиндрическая медная труба образует якорь. Эта труба заполнена «быстрой» высокоэнергетической взрывчаткой. Было использовано несколько типов взрывчатки, — от композиций В и С типа до обработанных на станках блоков РВХ-9501. Якорь окружен спиралью, как правило, медной, которая образует статор FC-генератора. Обмотка статора в некоторых конструкциях расщеплена на сегменты, с разветвлением проводов на границах сегментов, для того чтобы оптимизировать электромагнитную индуктивность спирали якоря.
Интенсивные магнитные силы, производимые во время работы FC-генератора, потенциально могут вызвать преждевременное разрушение генератора, если не предпринять контрмеры. Обычно они заключаются в дополнении конструкции оболочкой из немагнитного материала. Могут быть использованы бетон или стекловолокно в эпоксидной матрице. В принципе может быть применен любой материал с соответствующими механическими и электрическими качествами. Там, где существенен вес конструкции, например в боеголовках крылатых ракет, стекло- или кевларовые эпоксидные композиты — наиболее реальные кандидаты.
Как правило, взрывчатка инициируется, когда стартовый ток достигает пикового значения. Инициация обычно выполнятся при помощи генератора, который производит во взрывчатке волну детонации с однородным плоским фронтом. После инициирования фронт распространяется через взрывчатое вещество в якоре, деформируя его в конус (12–14° дуги). Там, где якорь расширяется до полного заполнения статора, происходит короткое замыкание между концами статорной обмотки. Распространяющееся короткое замыкание имеет эффект сжатия магнитного поля. Результат заключается в том, что такой генератор производит импульс нарастающего тока, пиковое значение которого достигается перед окончательным разрушением прибора. По опубликованным данным, время нарастания составляет от десятков до сотен микросекунд и зависит от параметров устройства, при токах в пике в десятки миллиампер и энергиях в пике в десятки мегаджоулей.
Достигаемое усиление тока (то есть отношение выходного тока к стартовому) меняется в зависимости от типа конструкции, но значения, достигающие 60, уже демонстрировались. В военных приложениях, где вес и объем существенны, желательны наиболее малогабаритные источники стартового тока. В этих приложениях могут применяться каскадные FC-генераторы, где малый FC-генератор используется как источник стартового тока для более крупного FC-генератора.
Конструкция МГД-генераторов на пороховых зарядах и взрывчатых веществах значительно менее разработана, чем конструкция FC-генераторов.
Принципы, лежащие в конструкции МГД-приборов, заключаются в том, что проводник, двигающийся через магнитное поле, будет производить электрический ток перпендикулярно направлению поля и движению проводника. В МГД-генераторе на взрывчатке или пороховом заряде проводником является плазма — ионизированный газ от взрывчатого вещества, который двигается поперек магнитного поля. Ток собирается электродами, которые находятся в контакте с плазменной струей.
Хотя FC-генераторы являются потенциальной технологической базой для генерации мощных электрических импульсов, их выход, вследствие физики процесса, ограничен полосой частот ниже 1 МГц. При таких частотах многие цели будет трудно атаковать даже с очень высокими уровнями энергии, более того, фокусировка энергии от таких устройств будет проблематичной. Микроволновый источник высокой мощности решает обе проблемы, так как его выходная мощность может быть хорошо сфокусирована. Кроме того, микроволновое излучение лучше поглощается многими типами целей.
Разрабатываются осцилляторы с виртуальным катодом, виркаторы — одноразовые приборы, способные произвести очень мощный одиночный импульс энергии, конструктивно простые, небольшие по размерам, прочные, которые могут работать в относительно широкой полосе частот микроволнового диапазона.
Физика работы виркаторов существенно более сложная, чем физика работы ранее рассмотренных устройств. Идея, лежащая в основе виркатора, заключается в ускорении мощного потока электронов сетчатым анодом. Значительное число электронов пройдет анод, формируя облако пространственного заряда за анодом. При определенных условиях эта область пространственного заряда будет осциллировать с частотами микроволнового диапазона. Если эта область помещена в резонансную полость, которая соответствующим образом настроена, может быть достигнута очень большая пиковая мощность. Чтобы вывести энергию из резонансной полости, могут быть использованы обычные микроволновые технологии. Уровни мощности, достигнутые в экспериментах с виркаторами, находятся в диапазоне от 170 кВт до 40 гВт и в диапазоне длин волн от дециметрового до сантиметрового.
Новое электромагнитное оружие способно причинить повреждения радиоэлектронным компонентам даже если аппаратура противника выключена, в отличие от аппаратуры радиоэлектронного подавления, которая сегодня состоит на вооружении. Образующаяся в результате взрыва электромагнитная волна высокой частоты и гигантской мощности, будучи несмертельной, тем не менее на несколько секунд «выключает» сознание человека.
НАНОТЕХНОЛОГИИ
Когда у общества появляется техническая потребность, это двигает науку вперед больше, чем десяток университетов.
Когда Галилей изобрел телескоп и открыл спутники Юпитера, ему упорно не верил праведный иезуит Шейнер. Несколько смущаясь легкой возможности разрешить спор, Галилей предложил ему глянуть в телескоп. «Даже не хочу смотреть!» — гордо ответил Шейнер. Конечно, многие сейчас не хотят смотреть, не хотят видеть, что одной из перспективных новейших технологий является нанотехнология, рожденная в последнее время и имеющая хорошие перспективы применения в военной области.