Ударно-волновой излучатель

Ударно-волновой излучатель, УВИ — наиболее эффективный в настоящее время тип взрывного источника радиочастотного электромагнитного излучения с «виртуальным» лайнером.

Устройство и работа

Устройство одного из наиболее эффективных видов УВИ — со сферически симметричным сжатием поля — напоминает устройство ядерной бомбы имплозивного типа. УВИ этого типа состоит из магнитной системы (постоянных магнитов и магнитопровода), собранной в форме перекрещивающихся обручей с магнитными полюсами в виде усечённых конусов, направленных в центр образовавшейся сферы. Внутри магнитопроводов размещен т. н. распределитель — сфера из пластмассы, внутри которой находится сферический же заряд мощного взрывчатого вещества (ВВ) с высокой скоростью детонации. В свою очередь, внутри сферического заряда ВВ находится центральная полость, в которой установлен монокристалл йодида цезия. Главная ось монокристалла проходит по направлению магнитного поля системы. Полюсные конусы, выполненные из магнитно-мягкого материала, собирают магнитное поле в области, занимаемой этим монокристаллом.

Сфера из пластмассы, называемая сферическим детонационным распределителем, имеет на наружной поверхности сложную систему канавок, заполненных ВВ с высокостабильной скоростью детонации. Канавки заканчиваются передаточными отверстиями — точками инициирования основного заряда ВВ. Таких отверстий может быть несколько десятков. Система канавок выполнена по геометрии Римана с таким расчётом, чтобы обеспечить равные пути прохождения волны детонации от первичного детонатора до каждого из отверстий. Разводку точек инициирования иногда делают на двух уровнях — внешний уровень с меньшим количеством точек инициирования помещен над основной разводкой и инициирует детонацию в точках инициирования последней, которая, в свою очередь, инициирует детонацию в основном заряде ВВ.

Таким образом, при подрыве первичного детонатора импульс детонации, пройдя через передаточные отверстия, воздействует на ВВ сферического заряда. Этот импульс, в свою очередь, вызывает детонацию сферического заряда одновременно во многих точках, что формирует сходящуюся сферическую детонационную волну с давлением на её фронте порядка десятков ГПа (сотен тыс. атм.). Далее детонационная волна воздействует на поверхность монокристалла иодида цезия, со сфокусированным в этом кристалле магнитным полем конусных полюсов магнитной системы. Под воздействием детонационной волны давление на поверхности монокристалла скачкообразно увеличивается, достигая значений порядка 100 ГПа (около 1 млн атм.). Это формирует в монокристалле ударную волну, распространяющуюся от его поверхности к центру со скоростью приблизительно 10 км/с. На фронте этой сферически симметричной ударной волны вещество диссоциирует, переходя сначала в атомарное, а затем и в ионизированное проводящее состояние. При этом магнитное поле внутри монокристалла испытывает очень быстрое сферически симметричное сжатие.

Ударная волна в монокристаллах характеризуется гладким фронтом, что позволяет получить очень малый конечный размер области сжатия с минимальными геометрическими искажениями. Выбор йодида цезия обусловлен, в частности, низким потенциалом ионизации атомов цезия, что приводит к существенному скачку проводимости на фронте ударной волны.

Таким образом, сжатию подвергается не металлический (как в обычных взрывомагнитных генераторах, работающих по принципу А. Д. Сахарова), а «виртуальный» лайнер, состоящий из сжатого и ионизированного ударной волной вещества. В конце фазы сжатия вследствие скин-эффекта размер области сферически симметрично сжатого магнитного поля намного меньше первоначального радиуса монокристалла (более чем в тысячу раз). Это приводит к очень быстрому и значительному увеличению напряженности магнитного поля.

Если УВИ собран правильно, ударная волна сходится практически в одну точку и, отразившись, меняет направление на обратное. Вследствие этого магнитное поле начинает уменьшаться. Во время этих процессов происходит немонотонное изменение поля на малых временных интервалах, характеризующееся скачкообразным изменением магнитного момента токового слоя. Это приводит к генерации импульсного радиочастотного электромагнитного излучения (РЧЭМИ). Типичные значения длительности генерации — менее одной наносекунды, частота полученного излучения — от сотен мегагерц до сотен гигагерц в одном импульсе.

Применение

Применяется в боевых частях мощных электромагнитных бомб, снарядов, мин и иного электромагнитного оружия, действие которого основано на поражении целей радиочастотным электромагнитным излучением (РЧЭМИ).

Конструкции УВИ в узле «обжатия» монокристалла йодида цезия сходящейся сферической волной напоминает конструкцию ядерного заряда имплозивного типа, где сфера из плутония так же обжимается сходящейся сферической ударной волной. Начальное магнитное поле в монокристалле сферической формы создаётся системой постоянных магнитов и магнитопроводов. Необходимо точное изготовление элементов устройства обжима для недопущения малейших искажений сферичности ударной волны, вызывающих нестабильности фронта волны и уменьшающих выход РЭМИ. Кроме того, ВВ узла формирования сферической ударной волны должно обладать большой стабильностью детонации. В связи с большой точностью изготовления и применением высокостабильных ВВ стоимость УВИ по сравнению с иными видами взрывных генераторов электромагнитных импульсов велика, поэтому УВИ применяется только для ответственных ударов по важнейшим целям.

Принципиальная конструкция УВИ, напоминающая конструкцию ядерных зарядов для артиллерийских снарядов, также не позволяет производить УВИ с габаритами менее определённых, также как конструкция упомянутых ядерных зарядов не позволяет применять их в снарядах калибром менее 152—155 мм. В настоящее время минимальный калибр боеприпасов электромагнитного излучения (ЭМИ) с ударно-волновым излучателем может составлять 105 мм, что позволяет применять такое оружие при помощи артиллерийских орудий, мин и ракет.

Таким образом, применению УВИ в массовых боеприпасах препятствуют их высокая стоимость и сложность производства. Кроме того, существует ограничение, препятствующее увеличению мощности (при данных размерах источника излучения) сверх некоторого значения. Это ограничение связано с явлением пробоя окружающего источник воздуха, т. к. плотность энергии излучения на поверхности источника не должна превышать пробивного значения для окружающего воздуха, иначе энергия УВИ будет поглощена плазмой разряда. По этой причине создание слишком мощного и в то же время малоразмерного УВИ представляется нецелесообразным, и всегда будет оставаться связь его размеров с максимальным расстоянием поражения. Решение данной проблемы находится в сокращении времени генерации излучения до субнаносекундного диапазона и даже менее, поскольку при этом становится возможным повышение максимально допустимых значений плотности энергии излучения УВИ.

История

В начале 1950-х годов в СССР, при исследовании реакций ядерного синтеза, возникла необходимость в устройстве, создающем очень короткие и мощные импульсы электрического тока. В то время уже существовал генератор Маркса, который был тогда единственным устройством, способным производить импульсы столь высокой мощности. Непомерно высокая стоимость большого количества конденсаторов, используемых в генераторе Маркса, побудила к исследованию более экономичных конструкций. Первые ударно-волновые излучатели были основаны на идеях Андрея Сахарова.

УВИ впервые был предложен А. Б. Прищепенко и испытан 02 марта 1984 г. на полигоне «Геодезия» в Красноармейске (СССР); в том же году на УВИ было получено авторское свидетельство. Позднее А. Б. Прищепенко были сформулированы общие принципы боевого применения электромагнитных боеприпасов.

Литература

• Prishchepenko A., V. Kiseljov, and Kudimov, L. Radio Frequency Weapon at the Future Battlefield, Proceedings of the EUROEM Conference, Bordeaux, France, June 1994.
• L. Altgilbers et al., Compact explosive driven sources of microwaves: test results, Proceedings of the Megagauss VIII Conference, Talahassee, USA, October, 1998.
• V. A. Soshenko and V. C. Ivanov, Investigation of the Parameters of Explosive Driven Magnetic Generators of Frequency, Proceedings of EUROEM Conference, Jerusalem, Izrael, August 1998.
• A. Prishchepenko, D. Tretyakov. Dissipative energy losses in ferromagnetic generator of frequency. / Digest of tecchnical papers. 12th IEEE International Pulsed Power Conference. Monterey, California, USA, 1999.
• Jane’s Unconventional Weapons Handbook. Ed. J.P. Sullivan. Jane’s Information Group. 2000. ISSN 0-7106-2208-2
• L.L. Altgilbers, M.D. Brown, I. Grishnaev atal. Magnetocumulative Generators. Springer-Verlag, NY, Berlin, Heidelberg, 1999. ISBN 0-387-98786-X
• The Daily Telegraph. December 27, 2000
• А. Б. Прищепенко. Взрывы и волны. Взрывные источники электромагнитного излучения радиочастотного диапазона. Учебное пособие по специальности 170103 "Средства поражения и боеприпасы" М. БИНОМ. Лаборатория знаний. 2008 г. ISBN 978-5-94774-726-3
• В. И. Слюсар [www.electronics.ru/files/article_pdf/1/article_1374_854.pdf Генераторы супермощных электромагнитных импульсов в информационных войнах] // Электроника: НТБ : журнал. — 2002. — № 5. — С. 60—67. [www.webcitation.org/6PcUymiXe Архивировано] из первоисточника 2014-0517.

Отрывок, характеризующий Ударно-волновой излучатель

– Нет, Лазареву то какое счастье! 10 франков пожизненного пенсиона.
– Вот так шапка, ребята! – кричал преображенец, надевая мохнатую шапку француза.
– Чудо как хорошо, прелесть!
– Ты слышал отзыв? – сказал гвардейский офицер другому. Третьего дня было Napoleon, France, bravoure; [Наполеон, Франция, храбрость;] вчера Alexandre, Russie, grandeur; [Александр, Россия, величие;] один день наш государь дает отзыв, а другой день Наполеон. Завтра государь пошлет Георгия самому храброму из французских гвардейцев. Нельзя же! Должен ответить тем же.
Борис с своим товарищем Жилинским тоже пришел посмотреть на банкет преображенцев. Возвращаясь назад, Борис заметил Ростова, который стоял у угла дома.
– Ростов! здравствуй; мы и не видались, – сказал он ему, и не мог удержаться, чтобы не спросить у него, что с ним сделалось: так странно мрачно и расстроено было лицо Ростова.
– Ничего, ничего, – отвечал Ростов.
– Ты зайдешь?
– Да, зайду.
Ростов долго стоял у угла, издалека глядя на пирующих. В уме его происходила мучительная работа, которую он никак не мог довести до конца. В душе поднимались страшные сомнения. То ему вспоминался Денисов с своим изменившимся выражением, с своей покорностью и весь госпиталь с этими оторванными руками и ногами, с этой грязью и болезнями. Ему так живо казалось, что он теперь чувствует этот больничный запах мертвого тела, что он оглядывался, чтобы понять, откуда мог происходить этот запах. То ему вспоминался этот самодовольный Бонапарте с своей белой ручкой, который был теперь император, которого любит и уважает император Александр. Для чего же оторванные руки, ноги, убитые люди? То вспоминался ему награжденный Лазарев и Денисов, наказанный и непрощенный. Он заставал себя на таких странных мыслях, что пугался их.
Запах еды преображенцев и голод вызвали его из этого состояния: надо было поесть что нибудь, прежде чем уехать. Он пошел к гостинице, которую видел утром. В гостинице он застал так много народу, офицеров, так же как и он приехавших в статских платьях, что он насилу добился обеда. Два офицера одной с ним дивизии присоединились к нему. Разговор естественно зашел о мире. Офицеры, товарищи Ростова, как и большая часть армии, были недовольны миром, заключенным после Фридланда. Говорили, что еще бы подержаться, Наполеон бы пропал, что у него в войсках ни сухарей, ни зарядов уж не было. Николай молча ел и преимущественно пил. Он выпил один две бутылки вина. Внутренняя поднявшаяся в нем работа, не разрешаясь, всё также томила его. Он боялся предаваться своим мыслям и не мог отстать от них. Вдруг на слова одного из офицеров, что обидно смотреть на французов, Ростов начал кричать с горячностью, ничем не оправданною, и потому очень удивившею офицеров.
– И как вы можете судить, что было бы лучше! – закричал он с лицом, вдруг налившимся кровью. – Как вы можете судить о поступках государя, какое мы имеем право рассуждать?! Мы не можем понять ни цели, ни поступков государя!
– Да я ни слова не говорил о государе, – оправдывался офицер, не могший иначе как тем, что Ростов пьян, объяснить себе его вспыльчивости.
Но Ростов не слушал.
– Мы не чиновники дипломатические, а мы солдаты и больше ничего, – продолжал он. – Умирать велят нам – так умирать. А коли наказывают, так значит – виноват; не нам судить. Угодно государю императору признать Бонапарте императором и заключить с ним союз – значит так надо. А то, коли бы мы стали обо всем судить да рассуждать, так этак ничего святого не останется. Этак мы скажем, что ни Бога нет, ничего нет, – ударяя по столу кричал Николай, весьма некстати, по понятиям своих собеседников, но весьма последовательно по ходу своих мыслей.
– Наше дело исполнять свой долг, рубиться и не думать, вот и всё, – заключил он.
– И пить, – сказал один из офицеров, не желавший ссориться.
– Да, и пить, – подхватил Николай. – Эй ты! Еще бутылку! – крикнул он.



В 1808 году император Александр ездил в Эрфурт для нового свидания с императором Наполеоном, и в высшем Петербургском обществе много говорили о величии этого торжественного свидания.
В 1809 году близость двух властелинов мира, как называли Наполеона и Александра, дошла до того, что, когда Наполеон объявил в этом году войну Австрии, то русский корпус выступил за границу для содействия своему прежнему врагу Бонапарте против прежнего союзника, австрийского императора; до того, что в высшем свете говорили о возможности брака между Наполеоном и одной из сестер императора Александра. Но, кроме внешних политических соображений, в это время внимание русского общества с особенной живостью обращено было на внутренние преобразования, которые были производимы в это время во всех частях государственного управления.
Жизнь между тем, настоящая жизнь людей с своими существенными интересами здоровья, болезни, труда, отдыха, с своими интересами мысли, науки, поэзии, музыки, любви, дружбы, ненависти, страстей, шла как и всегда независимо и вне политической близости или вражды с Наполеоном Бонапарте, и вне всех возможных преобразований.
Князь Андрей безвыездно прожил два года в деревне. Все те предприятия по именьям, которые затеял у себя Пьер и не довел ни до какого результата, беспрестанно переходя от одного дела к другому, все эти предприятия, без выказыванья их кому бы то ни было и без заметного труда, были исполнены князем Андреем.
Он имел в высшей степени ту недостававшую Пьеру практическую цепкость, которая без размахов и усилий с его стороны давала движение делу.
Одно именье его в триста душ крестьян было перечислено в вольные хлебопашцы (это был один из первых примеров в России), в других барщина заменена оброком. В Богучарово была выписана на его счет ученая бабка для помощи родильницам, и священник за жалованье обучал детей крестьянских и дворовых грамоте.
Одну половину времени князь Андрей проводил в Лысых Горах с отцом и сыном, который был еще у нянек; другую половину времени в богучаровской обители, как называл отец его деревню. Несмотря на выказанное им Пьеру равнодушие ко всем внешним событиям мира, он усердно следил за ними, получал много книг, и к удивлению своему замечал, когда к нему или к отцу его приезжали люди свежие из Петербурга, из самого водоворота жизни, что эти люди, в знании всего совершающегося во внешней и внутренней политике, далеко отстали от него, сидящего безвыездно в деревне.
Кроме занятий по именьям, кроме общих занятий чтением самых разнообразных книг, князь Андрей занимался в это время критическим разбором наших двух последних несчастных кампаний и составлением проекта об изменении наших военных уставов и постановлений.
Весною 1809 года, князь Андрей поехал в рязанские именья своего сына, которого он был опекуном.
Пригреваемый весенним солнцем, он сидел в коляске, поглядывая на первую траву, первые листья березы и первые клубы белых весенних облаков, разбегавшихся по яркой синеве неба. Он ни о чем не думал, а весело и бессмысленно смотрел по сторонам.
Проехали перевоз, на котором он год тому назад говорил с Пьером. Проехали грязную деревню, гумны, зеленя, спуск, с оставшимся снегом у моста, подъём по размытой глине, полосы жнивья и зеленеющего кое где кустарника и въехали в березовый лес по обеим сторонам дороги. В лесу было почти жарко, ветру не слышно было. Береза вся обсеянная зелеными клейкими листьями, не шевелилась и из под прошлогодних листьев, поднимая их, вылезала зеленея первая трава и лиловые цветы. Рассыпанные кое где по березнику мелкие ели своей грубой вечной зеленью неприятно напоминали о зиме. Лошади зафыркали, въехав в лес и виднее запотели.
Лакей Петр что то сказал кучеру, кучер утвердительно ответил. Но видно Петру мало было сочувствования кучера: он повернулся на козлах к барину.
– Ваше сиятельство, лёгко как! – сказал он, почтительно улыбаясь.
– Что!
– Лёгко, ваше сиятельство.
«Что он говорит?» подумал князь Андрей. «Да, об весне верно, подумал он, оглядываясь по сторонам. И то зелено всё уже… как скоро! И береза, и черемуха, и ольха уж начинает… А дуб и не заметно. Да, вот он, дуб».
На краю дороги стоял дуб. Вероятно в десять раз старше берез, составлявших лес, он был в десять раз толще и в два раза выше каждой березы. Это был огромный в два обхвата дуб с обломанными, давно видно, суками и с обломанной корой, заросшей старыми болячками. С огромными своими неуклюжими, несимметрично растопыренными, корявыми руками и пальцами, он старым, сердитым и презрительным уродом стоял между улыбающимися березами. Только он один не хотел подчиняться обаянию весны и не хотел видеть ни весны, ни солнца.
«Весна, и любовь, и счастие!» – как будто говорил этот дуб, – «и как не надоест вам всё один и тот же глупый и бессмысленный обман. Всё одно и то же, и всё обман! Нет ни весны, ни солнца, ни счастия. Вон смотрите, сидят задавленные мертвые ели, всегда одинакие, и вон и я растопырил свои обломанные, ободранные пальцы, где ни выросли они – из спины, из боков; как выросли – так и стою, и не верю вашим надеждам и обманам».