Страница 32 из 44
…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.
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.
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.
Но ведь можно сжимать поле не лайнером, а токопроводящей ударной волной, такие процессы происходят во Вселенной и известны астрономам. Особенность ударного сжатия в том, что оно приводит к существенному повышению температуры вещества. Начиная с некоторого предела, плотность энергии в ударной волне начинает увеличиваться только за счет температуры, а плотность вещества остается постоянной.
Ясно, что чем плотнее «упаковано» атомами вещество, тем сильнее оно «сопротивляется» сжатию. Например, такая в высшей степени упорядоченная структура, как монокристалл, сжимается УВ с давлением в миллион атмосфер всего вдвое. Повышение же температуры в мощной ударной волне приводит к тому, что молекулы вещества за фронтом волны сначала диссоциируют, а потом — ионизуются и составлявшие их атомы. Это означает, что вещество, в исходном состоянии бывшее диэлектриком, может, будучи ударно-сжатым, превратиться в проводник[42].
Вернемся к аналогии с карандашами и сделаем промежутки между ними совсем незаметными. Тогда, стоит чуть-чуть тронуть их ряд — и фронт «процесса» окажется очень далеко, а «движение вещества» будет несущественным. Если сжимаемость мала, а ионизация все же происходит, то магнитное поле сразу оказывается в проводящем веществе, которое «не успеет» сколь-нибудь заметно вытеснить поле в область сжатия — произойдет «вмораживание». Предельный случай вмораживания — ионизация вещества мощным излучением, когда среда может вообще не двигаться. Не сможет двигаться и поле, оказавшееся в такой среде после ионизации. Представим эту ситуацию, расположив между карандашами обрезки веревки — они будут моделировать силовые линии поля. Сдвинувшись, карандаши зажмут веревки между собой и двигаться дальше им можно будет только вместе. Потери на вмораживание специфичны именно для ударного сжатия, они «откусывают» поле по краям области сжатия, «уводят» из нее магнитный поток, в то время как лайнер «толкает перед собой» поле, сохраняя поток (за исключением того, что диффундирует внутрь него).
Подытожим причины, по которым применение ударной волны целесообразно для очень быстрого и очень «глубокого» сжатия магнитного поля.
1) По обе стороны ударного фронта разница плотностей мала: даже мощные волны с давлением в миллион атмосфер увеличивают плотность твердых тел лишь вдвое, а дальнейшее повышение давления сопровождается не сжатием, а ростом температуры. Малая разность плотностей означает, что при ударно-волновом сжатии не развиваются нестабильности.
2) Если нагрев при ударном сжатии значителен, возможны ионизация и скачок проводимости: перед фронтом вещество является изолятором, в котором магнитное поле распространяется со световой скоростью, а за фронтом — проводником, в котором скорость распространения поля на много порядков ниже. Такой волной, образующей замкнутое кольцо, сходящееся к центру, может сжиматься магнитное поле — как лайнером, но без нестабильностей.
3) Как вмораживание, так и диффузия приводят к потерям магнитного поля: оно «захватывается» проводящим веществом и уже далеко не полностью концентрируется в области сжатия. Становится возможным «сбрасывать» излишнее поле за фронт ударной волны, препятствуя тем самым чересчур быстрому усилению магнитного давления. Подбирая характеристики вещества (степень сжатия и проводимость в ударно-сжатом состоянии) можно регулировать «сброс» поля, согласуя тем самым закон возрастания давления поля в области сжатия с гидродинамическим давлением в ударной волне, устраняя препятствие для сжатия до сколь угодно малого радиуса. Будем, однако, помнить, что работа против сил магнитного поля (а значит, и повышение энергии поля) совершается только за счет кинетической энергии вещества. Поэтому, выбор вещества, в котором будет сжиматься поле, должен представлять компромисс: если ударное сжатие будет слишком мало (очень малы промежутки между карандашами), то все магнитное поле будет вморожено, существенного движения массы вещества не будет, а значит, не будет и заметного усиления поля в области сжатия. Если же сжатие будет слишком велико, случится то, что случается в ИВМГ: магнитное давление остановит компрессию поля, потому что быстро станет «сильнее» гидродинамического давления.
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
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
42
Скачок проводимости в некоторых ударно-сжатых веществах может и не быть связан с повышением их температуры