Чтение онлайн

— осколки весом не менее одного грамма каждый — 100000;

— воздушная ударная волна — 50000;

— поток РЧЭМИ микросекундной длительности — 1—10.

Повышение степени интеграции, дальнейшая миниатюризация полупроводниковых элементов означают, что такие элементы будут становиться все менее стойкими к токовым перегрузкам. Так что РЧЭМИ — весьма эффективный поражающий фактор, во всяком случае, когда речь идет о целях, в состав которых функционально входит электроника: сама угроза его боевого применения встает на пути миниатюризации — основной тенденции развития электронных средств.

Однако есть у РЧЭМИ и недостатки: его пока не научились накапливать, да и вообще — с хранением не только излучения, а и электромагнитной энергии других видов дело обстоит неблагополучно. Так, например, в заряженном высоковольтном конденсаторе максимальная плотность электрической энергии не превышает десятых долей джоуля на кубический сантиметр, и хранится она недолго; в аккумуляторе плотность энергии повыше, но ее нельзя «извлечь» быстро, скажем — за миллионные доли секунды. Так что энергию надо «доставать» из других «хранилищ» и уж затем преобразовывать ее в электромагнитную; при этом не избежать очень существенных потерь и потому итоговые эффективности электромагнитного и традиционного оружия отличаются не так разительно, как эффективности отдельно взятых поражающих факторов.

«Хорошие» хранилища энергии существуют: это те же взрывчатые вещества. Но если появление электроники привело к качественному скачку в боевых возможностях оружия, то взрывчатые вещества такого скачка за то же время не сделали: «на арену» вышел лишь октоген, превосходящий «сверхвзрывчатку Второй мировой» — гексоген — всего-то на несколько процентов по энергосодержанию. Дело в том, что, в соответствии со вторым началом термодинамики, любая реакция с выделением энергии самопроизвольно протекает всегда (правда, «начало» ничего не сообщает о скорости такой реакции) и ВВ не могут не разлагаться. Иногда продукты разложения ускоряют распад и все заканчивается самовоспламенением и взрывом. Требование стабильности является существенным ограничением и плотность химической энергии в самых мощных современных ВВ не превышает 10000 Дж/куб. см [35] . Может быть, и можно синтезировать более мощное вещество, но чувствительность и стойкость его будут такими, что к нему небезопасно станет приближаться.

Современная технология химического производства позволила получить и из ограниченного набора разрешенных к применению ВВ весьма разнообразные взрывчатые материалы. В годы «холодной войны» многие стратегически важные мосты в Западной Европе имели в составе своих «быков» блоки, наполнителем бетона которых служил октоген: марш численно превосходящих советских танковых соединений рассчитывали остановить, не тратя драгоценное время на заложение зарядов, а только устанавливая детонаторы в известные саперам участки опор. Из композиций на основе октогена горячим прессованием получают заряды ВВ с хорошими механическими свойствами (в такой детали можно нарезать метчиком резьбу и она будет «держать» винт). Правда, изготовление пресс-форм сложно и иногда применяют менее энергоемкие литьевые составы. Используя вязкие присадки, можно получить и эластичные (с консистенцией латекса — мягкой резины) и пластические взрывчатые материалы (с консистенцией детского пластилина) — еще менее мощные. К тому же, скорость детонации большинства их не очень стабильна, потому что технологически сложно добиться идеально-однородного перемешивания связки и наполнителя. Создать эластичный состав с высокостабильной скоростью детонации удалось не потому, что компоненты тупо перемешивали часами, а — подбирая характеристики ударного сжатия наполнителя и связки. Если подобрать связку так, что скорость звука в ее веществе будет близка к скорости звука в продуктах детонации наполнителя, то и скорость звука в их смеси не будет зависеть от отклонений в соотношении компонент, а значит, скорость детонации будет постоянна [36] . Такая пара была подобрана: нитрат многоатомного спирта и один из видов синтетического каучука. Скорость детонации этого состава меньше 8 км/сек, (у октогена — более 9 км/сек), но создан он не ради получения рекордных параметров взрыва, а для детонационной автоматики, где главное — максимальная стабильность характеристик. Именно такой состав и используется в детонационных разводках ядерных зарядов, описанных в главе 3 и именно использование таких разводок позволило уменьшить диаметр заряда более чем на порядок, в чем можно убедиться, сравнив снимки: «Толстяка», (рис 3.22) и артиллерийского снаряда (рис. 3.18).

Гарантированный срок хранения ВВ — чуть более десятилетия, но фактически взрывчатые свойства сохраняются значительно дольше: даже снаряжение пролежавших более чем полвека в земле боеприпасов (рис. 4.5) демонстрирует образцовое дробление корпуса.

Чтобы понять, как из надежно хранимой в ВВ химической энергии получают электромагнитную, необходимо познакомиться с важнейшей физической величиной — магнитным потоком.

Магнитным потоком Ф через данную поверхность называется число линий вектора В (индукции магнитного поля), пересекающих эту поверхность. Если вектор В всюду нормален к поверхности (площадью S) и имеет постоянное значение во всех ее точках, магнитный поток равен Ф = BS. Это определение вполне эквивалентно другому: если в контуре индуктивностью L течет ток I, то магнитный поток в таком контуре равен Ф = IL. Также допустимо, рассматривая магнитный поток в контуре, «преобразовывать» контур, «завивая» его в несколько витков, тогда поток в нем будет равен тройному произведению: индукции поля на площадь витка и на число витков; можно поступить и наоборот, «развернув» витки (рис. 4.6).

В сверхпроводник внешнее магнитное поле не проникает, в вакууме распространяется со скоростью света, а в проводниках — значительно медленнее: за микросекунду оно проникает, например, в медь на глубину в десятки микрон (характерная скорость — всего лишь десятки метров в секунду). Глубина проникновения поля в проводник называется скин-слоем, и зависит она, помимо проводимости, от частоты тока или от длительности импульса переменного во времени поля.

Распределение индукции поля по толщине скин-слоя неравномерно (описывается уравнением диффузии), но в любом случае такое поле уже «связано» и не может участвовать в быстропротекающих процессах, сопровождающих преобразование электромагнитной энергии. Из рис. 4.6 ясно, что, при прочих равных условиях, потери такого рода тем больше, чем на большей длине провода (или числе витков) происходит диффузия поля. В конечном итоге энергия «потерянного» поля превращается в тепло, вызывая нагрев металла провода вихревыми токами. Так что, если задумано сжать магнитный поток, «стянув» контур и получить при этом многочисленные дивиденды в виде усиления тока и магнитной энергии, надо стягивать контур столь быстро, чтобы существенная часть начального потока в нем сохранилась.

Из определения потока следуют выражения для усиления тока:

I = I0(L0/L)2; и магнитной энергии: Е = Е0(L0/L), где подстрочные символы относятся к начальным значениям, а , — та доля потока, которую удалось сохранить (коэффициент сохранения).

Итак, подытожим. В контурах из сверхпроводника поток сохраняется полностью; если контур образован обычными проводниками — поток «утекает» сравнительно медленно, диффундируя в них; если в контуре есть разрыв — поток «улетучивается» мгновенно, со скоростью света. Величина тока неразрывно связана с индукцией магнитного поля, создаваемого этим током, а эта связь влечет за собой и другую — магнитного потока с магнитным моментом. Модуль последней величины равен произведению площади, охватываемой контуром, на ток в нем (М = IS). Значение же ее в том, что именно второй производной магнитного момента по времени пропорциональна мощность электромагнитного излучения. Связь магнитного потока и магнитного момента приводит к тому, что для контура, в котором магнитный поток изменяется несущественно, не может значительно меняться и магнитный момент, а значит, даже если магнитная энергия в контуре очень велика, излучение пренебрежимо (магнитное поле квазистационарно). Когда же требуется получить именно излучение, магнитный поток стараются «выпустить» [37] , например — избавившись от сверхпроводимости, как только ток в контуре из сверхпроводника достиг существенного значения. «Вызволение» потока не всегда проходит безнаказанно: в юном возрасте Андрей Дмитриевич Сахаров как-то отключил руками батарейку от игрушечного электромотора. Напряжение батарейки мало, но, из-за большого числа витков обмотки, магнитный поток (произведение тока на индуктивность) был заметным. По закону электромагнитной индукции (вспомним школьный курс физики!) изменение потока индуцирует в контуре ЭДС, направленную так, чтобы этому изменению воспрепятствовать. Вот и при отключении электромотора, возникла ЭДС, «старавшаяся» не допустить уменьшения тока в его обмотке и равная отношению величины подвергнутого остракизму [38] потока ко времени, за которое произошел разрыв. Эта ЭДС и «дернула» естествоиспытателя.

Ну, а позже Андрей Дмитриевич и американец Макс Фаулер прославились изобретением устройств для преобразования энергии взрыва в электромагнитную: взрывомагнитных или магнитокумулятивных генераторов.

Сам Андрей Дмитриевич отмечал, что мысли о возможности магнитной кумуляции еще раньше высказывались Я.П. Терлецким и В.К. Аркадьевым, но: «осуществление культуры МК (магнитной кумуляции) стало возможным лишь тогда, когда возникла определенная культура обращения со сложными зарядами ВВ — кумулятивными, которые появились только во время второй мировой войны, взрывными линзами (тогда же), с имплозивными зарядами. По существу, именно объект (имеется в виду центр разработки ядерного оружия— ВНИИ экспериментальной физики в г. Саров, ранее известном, как Арзамас-16) и ему подобные учреждения были наиболее подходящими для этих работ. В делах такого рода осуществление идеи это даже не полдела, а все 99 %».

Следует добавить, что чрезвычайно важно представлять и порядки величин, существенных для реализации идеи. У Сахарова было и это преимущество, потому что в годы войны он был одним из создателей прибора для контроля бронебойных сердечников па патронном заводе. В основу работы этого прибора был положен скин-эффект.

Первая идея Сахарова заключалась в сжатии взрывом металлической трубки, в которой заранее создавалось магнитное поле. Будет лучше сразу рассмотреть современный вариант воплощения этой идеи, свободный от многих недостатков первоначального (рис. 4.7).