Шипение снарядов - Александр Прищепенко

После этих усовершенствований внешность ЦУВИ изменилась разительно: теперь это было компактное, вполне подходящее для применения в боеприпасах устройство! Однако «военную карьеру» ЦУВИ сгубили причины технологические. Даже незначительное отклонение от номинальных значений генерируемого ФМГ тока или коэффициента усиления ВМГ вело к весьма существенным неблагоприятным изменениям в режиме излучения ЦУВИ. Разброс же характеристик энергообеспечения был явно неудовлетворительным: дня ФМГ — до 30 % по току, а дня СВМГ (даже для варианта, изготовленного во ВНИИЭФ, где культура производства неизмеримо выше, чем на всех серийных заводах) — около 10 % по коэффициенту усиления. Проконтролировать все эти отклонения заранее, до подрыва, было невозможно. Оптимум генерации РЧЭМИ при ударном сжатии — весьма «острый», и, чтобы обеспечить «попадание» в него, ФМГ и СВМГ нуждались в кропотливой «доводке», сопряженной с огромным расходом времени и средств, а размышления о стоимости их в серийном производстве были подобны ночным кошмарам.

Очень не хотелось терять накопленные почти за десятилетие результаты: были разработаны устройства, где система энергообеспечения была полностью заимствована от ЦУВИ, но вместо монокристалла на оси катушки-лайнера располагался излучатель другого типа (о таких попытках — немного позже).

«Опоздавшая» теория подсказала: при повышении мощности ударной волны, соответствующая оптимальному режиму излучения начальная индукция магнитного поля снижается. Значит, если форсировать возрастание давления, то для существенного излучения могли оказаться достаточными и значения начальной индукции, создаваемые системой постоянных магнитов, что предельно упростило бы устройство. Для случая максимально возможного роста давления — при сферической кумуляции — оценки показали, что диаметр шарового заряда должен быть менее дециметра. Требовалась сферическая детонационная разводка соответствующего размера — ее надо было создавать заново, потому что готовые, для ядерных зарядов, были больше.

09 сентября 1993 г. была впервые испытана сборка Е-35 — ударно-волновой излучатель, сферический (УВИС, рис. 4.34.)

… После срабатывания детонатора со скоростью около 8 км/с огоньки детонации, многократно разветвляясь, разбегаются по каналам, одновременно ныряют в десятки отверстий и инициируют сферическую детонацию. Достигнув поверхности шара из иодида цезия, волна детонации формирует в нем ударную волну, причем, поскольку импеданс монокристалла больше, чем газов взрыва, давление на его поверхности увеличивается, превышая миллион атмосфер. Сферическая ударная волна мчится к центру со скоростью более 10 км/с, сжимая магнитное поле и оставляя за собой уже не монокристалл, а проводящую как металл, жидкую мешанину из плазмы йода и цезия.

Если заряд собран правильно, то ударная волна, сойдясь в точку и отразившись, устремится обратно; скачком и очень существенно изменится магнитный момент области сжатия, что и приведет к генерации импульса РЧЭМИ. За доли наносекунды поле меняется, конечно же, не по закону синуса с периодом равным времени сжатия-разрежения, а более резко, а это значит, что в функции, описывающей его изменение, существенны вклады многих частот. Они берутся вот откуда.

Рис. 4.34 Вверху слева: ударно-волновой излучатель, сферический (УВИС), правее — его схема. В центре заряда из мощного взрывчатого состава на основе октогена устанавливается рабочее тело 1 — шар, выточенный из монокристалла. Поверх заряда расположен детонационный распределитель 2 (шаровой слой из поликарбоната) — уменьшенная копия аналогичной детали ядерного заряда. Плотность точек инициирования на заряде УВИС больше, чем на поверхности ядерного заряда, поскольку диаметр излучателя намного меньше, чем плутониевой сборки. Поэтому разводку в УВИС иногда делают «двухэтажной»: верхний этаж, с меньшим числом точек инициирования, возбуждает детонацию в узловых точках нижнего, а тот — в заряде. Вокруг шара собирается магнитная система. В ее основе — два постоянных магнита, от которых к монокристаллу идут два усеченных конуса 3 из магнитномягкой стали, «собирающие» поле постоянных магнитов в область, занятую рабочим телом. Сохранению потока, создаваемого магнитами, служат и магнитопроводы 4. Кристалл устанавливается в центре системы так, чтобы его главная ось совпадала с направлением магнитного поля, иначе различия в свойствах вдоль других осей могут нарушить симметрию сжатия. Начальное поле, создаваемое в монокристалле имеет «бочкообразную» структуру силовых линий (внизу, слева). Усредненное значение индукции поля в монокристалле — всего 0,05 Тл, но в конечной фазе сжатия отношение размера области сжатия к начальному значению радиуса монокристалла — менее одной тысячной. Сохранись при сжатии весь поток — и индукция магнитного поля возросла бы миллион раз, а энергия — в триллион (миллион миллионов) раз! Хотя в реальной ситуации при ударно-волновой магнитной кумуляции в конечной области сжатия остается лишь мизерная часть поля, а остальное — «выбрасывается» за фронт ударной волны, преобразование оставшейся энергии в излучение существенно (нижний ряд, центр). Джоули на герц — единицы спектральной плотности энергии, ими пользуются, когда описывают непрерывные спектры излучения (континуумы), в которых присутствует огромное число частот. Проинтегрировав график численно в пределах заинтересовавшего нас диапазона, получим привычные джоули, причем тем больше, чем в более высокочастотном диапазоне ведется интегрирование. Справа: 105-мм реактивная граната с боевой частью на основе УВИС

…Представим, что, находясь в уличной «пробке», мы плавно тронули свою машину и притормозили у стоящей впереди. В следующий раз, едва мы сняли ручник, в нас «въехали» сзади; доли секунды — и мы «целуем» стоящую впереди. Как пройденные расстояния, так и времена движения в обоих случаях близки, но ваш организм подсказывает, что в элементах движения имелись и отличия: в последнем случае он сначала «ускорился», как от сильного пинка, потом — парил, блаженствуя, и, наконец — «замедлился», как бы упав. Подсознательно сложное движение представлено, как сумма более простых. Это и есть задача гармонического анализа, основы которого заложил французский математик Симон Фурье: любая функция может быть представлена как сумма синусоид (гармоник). Вообще-то можно произвести разложение и в ряд других функций, не синусов, но для расчета эмиссии РЧЭМИ удобны именно они, потому что эта задача для кругового синусного тока давно решена. Именно на гармониках больших частот («быстрых») и реализуется основной выход излучения.

… Огромное преимущество магнитов — их постоянное во времени поле не нуждается в синхронизации с взрывными процессами и может быть измерено еще до того момента, когда сборку разнесет на осколки. Средства измерения известны — преобразователи Холла (рис. 4.35).

Если металлическую пластинку, вдоль которой протекает постоянный ток, поместить в перпендикулярное к ней магнитное поле, то на краях пластины возникнет разность потенциалов, называемая по имени первооткрывателя этого эффекта. Измерив ее и зная ток, вычисляют напряженность поля. Понятно, что колебания питания датчика приводят к ошибкам, а на высокогорном полигоне лампочки «мигают» довольно заметно. Но стабилизаторы есть в осциллографах. Использовав это обстоятельство, запитку датчика Холла сделали «импульсной» — от разряда электролитического конденсатора, и считывали с экрана осциллографа как данные о питании датчика, так и сигнал с него. Чтобы в измерения не «вмешивался» скин-эффект (тогда распределения тока и поля будут неравномерными, а результаты измерений — недостоверными), применили конденсатор большой (десятки микрофарад) емкости, чтобы запитывающие преобразователь токовые импульсы были достаточно длительными.

Рис. 4.35 Вверху слева — прибор для измерения индукции магнитного поля; внизу — осциллограммы сигналов: напряжения питания и ЭДС Холла. На лучи осциллографа выводятся два сигнала: один — с питающего датчик конденсатора (который заряжается хоть от даже не совсем «свежих» батареек), другой — с самого датчика. Для снятия показаний достаточно выбрать на луче питания регламентированное значение напряжения питания датчика и, переведя маркер на другой луч — прочитать значение ЭДС Холла в этот момент времени. Для дополнительного контроля, в коробочке, где смонтирован прибор, имеется кусочек постоянного магнита — эталон поля

…«Доведенные» УВИС продемонстрировали надежную и стабильную работу, но сложность сборки и наличие дорогой в производстве сферической детонационной разводки повышали их стоимость до уровня, немыслимого для неядерных боеприпасов. Прототип электромагнитного боеприпаса— 105 мм реактивная граната с боевой частью на основе УВИС — был создан и успешно испытан, но из-за дороговизны не имел шансов стать массовым: его можно применять только в особо ответственных случаях, для поражения важных целей, а на поле боя нужно другое оружие — «числом поболее, ценою подешевле». Параллельно с ударно-волновыми излучателями, разрабатывались и генераторы частоты…