Шипение снарядов.

1. Кишки и порох. ⇢
Рис. 1.1.
Катапульта и ее боевое применение римлянами.
Рис. 1.2.
Арабская модфа — одно из первых известных огнестрельных орудий: слева — при обороне Альхесираса; справа — воссозданная любителями старинного оружия в наши дни.
Рис. 1.3.
Слева — восстановленный художником на основании сохранившихся исторических свидетельств эпизод осады Кайфэня (Китай), в ходе которой обороняющиеся применили огнеметы. Огнесмесью служила сырая нефть, а пороховой заряд использовался как аккумулятор давления. Справа: китайский воин привязал ракету к своему копью и заранее радуется: близко к противнику ему подходить теперь не придется, а попадет он или нет — не так уж и важно, поскольку задумано подавить врага массированным огнем (на заднем плане — артиллеристы, открывшие «порт» и готовящиеся запустить более десятка ракет). Надо отметить, что эта концепция применения неуправляемого ракетного оружия дожила до наших дней.
Рис. 1.4.
Толщина стенок ствола стрелявшего копьями орудия свидетельствует, что средневековый артиллерист был озабочен своей безопасностью. Однако за все в этой жизни приходится платить и можно представить, каких усилий стоило сменить огневую позицию и даже изменить элементы наводки отлитого из медного сплава орудия. Музейная экспозиция изображает процесс заряжания: из рога, через узкое отверстие, в зарядную камору засыпается черный порох; через то же отверстие он будет подожжен и использованием укрепленного на длинной палке фитиля. На заднем плане — фотография ракеты «Сатурн», доставившей на Луну первых землян.
Рис. 1.5.
Пару веков тому назад испанским артиллеристам не повезло: ствол пушки разнесло преждевременным разрывом ядра (снимок слева). В центре — мортира времен гражданской войны в Америке. Справа — выстрел заряженной уже не черным, а бездымным порохом мортиры, произведенный артиллеристами-любителями в наши дни.
Рис. 1.6.
Верхний снимок сделан на батарейной палубе воссозданного в наши дни линейного корабля сэра Хорэса Нелсона «Вйктори» — флагманского в Трафальгарском сражении. Это сражение произошло 12 октября 1805 г., когда, по приказу Наполеона Бонапарта, насчитывавший 33 линейных корабля франкоиспанский флот под командованием адмирала Вильнёва попытался, выйдя из Кадиса, прорваться в Средиземное море. У Нелсона было 27 линейных кораблей, но он одержал убедительную победу, захватив 17 кораблей противника и положив конец попыткам Наполеона оспаривать британское морское превосходство.
Ниже — репродукция картины «Ужасный взрыв орудия «Миротворец» на американском паровом фрегате «Принстон» 28-го февраля 1844 г.» Событие явно впечатлило художника, как, вероятно, и многочисленных зрителей, в том числе и дам, в нарушение всех правил безопасности, присутствовавших на испытании.
Рис. 1.7.
Слева вверху: в музее воспроизведен процесс снаряжения ядра порохом через жестяную воронку. На заднем плане — ящик с надписью: «1000 бумажных запалов. От 3 до 8 секунд» (имеются в виду времена замедления). Справа — основные элементы артиллерийского выстрела XIX века: неснаряженное ядро; снаряженное ядро на деревянном поддоне, облегчающем заряжание; поддон с ядром в комплекте с картузом (мешочком) черного пороха; полностью снаряженный выстрел во влагозащитном футляре. Дополняет экспозицию форменный головной убор артиллериста.
Рис. 1.8.
Экспонат музея военно-морской верфи в Вашингтоне: ядро калибром 381 мм «показалось» за почти пробитым листом стали толщиной 152 мм, привинченном к деревянному корпусу корабля гигантскими «шурупами». Возможно, ядро все же пробило броневой лист и было потом подобрано в помещениях, но вряд ли оно, практически потеряв скорость, нанесло поражение многим матросам. Попадание вызвало также откол брони (по краям отверстия) и разлетевшиеся осколки в этом отношении были более эффективны.
Рис. 1.9.
Слева — фрагмент дагерротипа времен Крымской войны, сделанного после неудачного для русских войск сражения при Инкермане и патетически названного его автором «Долина смерти и теней». Изобретенная французом Л. Даггером в 1839 г., техника получения изображений основывалась на разложении нестойкого йодистого серебра светом. Процесс получения дагерротипа трудоемок, зато до наших дней дошли объективные свидетельства Севастопольской обороны, а также — частых отказов боеприпасов того времени. Справа — редчайшая находка наших дней: столкнувшиеся в полете более полутора веков тому назад русская и французская пули.
Рис. 1.10.
Вверху: образование ударной волны поршнем, вдвигаемым в цилиндр с газом (в «красной» области — ударно-сжатый, нагретый и более плотный газ). Внизу: ударно-волновой процесс в конденсированном веществе. Срабатывание электродетонатора (его провода видны в правой части снимка) привело к формированию в заряде динамита ударной волны, за которой последовала химическая реакция (произошла детонации этого мощного взрывчатого состава).
Рис. 1.11.
«Карандашная» иллюстрация сжатия вещества в УВ. Моделируется «воздушный» врыв и УВ распространяется сверху вниз. Пусть сжатие — двукратное, тогда в невозмущенном веществе зазоры должны быть равны толщине карандашей (так расположены карандаши зеленого цвета, имитирующие невозмущенное вещество). Начнем двигать верхний карандаш. Выбрав зазор, этот карандаш толкнет соседний, тот, пройдя зазор, — следующий и т. д. «Ударное сжатие» привело к смещению карандашей, захваченных процессом, «повышению плотности вещества». При этом «фронт» процесса (граница области, где находятся карандаши без зазоров между ними) всегда опередит любой из двигающихся карандашей. Чем больше сжатие (больше расстояние между карандашами), тем меньше различаются массовая скорость и скорость фронта, но отличие существует всегда. Цветами карандашей автор попытался проиллюстрировать и температурный профиль волны.
Рис. 1.12.
Экспонат военного музея в Вене: бронеколпак времен Первой мировой войны, снятый с австрийского оборонительного сооружения. Снаряд, попавший ближе к вершине, разорвался: об этом свидетельствуют радиальные «лучи», расходящиеся от вмятины. А вот у снаряда, вмятина от попадания которого видна левее, вероятно, отказал взрыватель.
Рис. 1.13.
При быстром сжатии, температура в пузырьках воздуха в жидких ВВ или промежутках между кристаллами спрессованного ВВ выше, поскольку теплоемкость воздуха меньше, чем у окружающего их конденсированного ВВ. Для опыта, иллюстрирующего это явление, понадобится капля эфира, старый шприц и молоток. Наберем каплю эфира в шприц, а затем ударим молотком по поршню (поберечь пальцы!) — и увидим фиолетовую вспышку его паров. Говорят, что таким способом американские солдаты добывали огонь в джунглях Вьетнама. Понятно, эфира у них не было, но нагрев воздуха приводил к тлению кусочка высушенного угля. Правда, как ни старался автор, повторить этот трюк ему не удалось.
Рис. 1.14.
Йодистый азот — одно из самых чувствительных взрывчатых веществ. Касание нижнего образца птичьим пером привело к появлению горячих точек при переламывании длинных и хрупких кристаллов ВВ и возникновению детонации. Расположенный выше образец йодистого азота отделен от взорвавшегося значительным воздушным промежутком, но детонацию вызвала сформированная в воздухе первым взрывом ударная волна. Промышленно синтезируемые ВВ, конечно, не так чувствительны, как йодистый азот: чтобы инициировать в них детонацию, давление в ударной волне должно превышать 20 тысяч атмосфер.
Рис. 1.15.
Движения вещества в морских и ударных волнах различны. Если выделить небольшую массу воды вблизи поверхности чудно окрашенного тихоокеанским закатом моря, то окажется, что в волне прибоя ее траектория напоминает эллипс или окружность, а плотность не меняется. В ударной волне вещество движется только в направлении распространения волны, вначале увеличивая свою плотность, а затем (если волну не поджимает какой-либо поршень) устремляется в обратном направлении, снижая при этом плотность (в так называемой фазе разрежения или разгрузки). В других главах книги речь пойдет о волнах электромагнитных, совсем уж на морские не похожих — распространяющихся со скоростью света колебаниях напряженности электрического и магнитного полей.
Рис. 1.16.
Вверху: отражение ударной волны от преграды с большим ударно — волновым импедансом, чем у вещества в волне. В этом случае в отраженной волне возрастает не только давление, но и плотность вещества может превысить максимально достижимую при однократном ударном сжатии. Нижняя кинограмма: продукты детонации заряда ВВ цилиндрической формы, расширяясь, наталкиваются на преграды. В месте столкновений газ светится ярче, потому что там выше его температура. Г азы взрыва «перехлестывают» через преграду, что действительно напоминает морской прибой, но это — не ударная волна, а движение массы вещества, плотность которого выше плотности окружающего воздуха. Ударная волна образуется впереди этого массопотока, из воздуха, сжимаемого им.
Рис. 1.17.
Последствия взрыва на заводе минеральных удобрений в германском Оппау. На фоне разрушенных цехов — воронка длиной 165 м, глубиной 19 м и шириной 95 м.
Рис. 1.18.
Молекулы воды — связки «положительного» водорода и «отрицательного» гидроксила (ОН). Их можно разделить механически, при соударениях, что и происходит в воздушных потоках. В грозовом облаке разделяются очень большие заряды — до тысячи кулон. Когда напряженность электрического поля между грозовым облаком и землей превышает пробивную, электроны приобретают энергию, достаточную для ионизации (это происходит вблизи облака, потому что на высоте плотность молекул ниже и электроны разгоняются дольше, приобретая большую энергию). Так формируется светящийся плазмоид — лидер (кадр 1). Носители заряда движутся по направлению поля, образуя проводящий канал и увеличивая при этом напряженность. Рост напряженности приводит к появлению и других лидеров, «разветвляющих» разряд (кадры 2–3). Там, где один из лидеров оказывается наиболее близко к земле, напряженность возрастает настолько, что происходит встречный пробой, вызванный носителями противоположного знака (кадр 4). Далее ток (сила которого может достигать миллиона ампер) протекает по сформировавшемуся плазменному каналу с температурой в десятки тысяч кельвинов, где многие атомы при высокоэнергетичных столкновениях лишились своих электронов (кадр 5). Расширение канала приводит к охлаждению плазмы, рекомбинации (воссоединение носителей электричества разных знаков) и ослаблению ее свечения (кадр 6). На снимке справа — разряд молнии, спровоцированный длинным металлическим стержнем, выступающим над грунтом. Ток протекает не только по стрежню: произошли многочисленные разряды в воздухе, образовавшие «канат». В образованной расширяющейся плазмой ударной волне температура уже недостаточна для ионизации, происходит лишь возбуждение атомов (переход их электронов на более высокие энергетические уровни). При дальнейшем охлаждении и возвращении атомов азота в основное состояние испускаются кванты «голубого цвета» (области испускающего характерное свечение воздуха отмечены стрелками). «Удар по ушам» УВ от близкого разряда молнии весьма ощутим. На других фотографиях читатель увидит и фронт УВ, но, чтобы получить такие снимки, необходимы весьма кратковременная экспозиция и специальная подсветка процесса.
Рис. 1.19.
Американский линкор «Аризона»: на написанной перед войной картине и снятый любительской камерой 7 декабря 1941 г. в Пёрл-Харборе.
Рис. 1.20.
Вряд ли кто-либо заподозрит, что древний биплан с поршневым двигателем и неубирающимся шасси преодолел звуковой барьер. Поджать (очень незначительно) воздух перед собой ему удалось, но ударная волна со скачком плотности не образовалась. Но за сжатием воздуха следуют его разрежение и охлаждение, и конденсация паров воды сделала эту часть течения видимой (верхний левый снимок).
Конструкция и тяга двигателей стратегического бомбардировщика В-52 не позволяют и ему достичь сверхзвуковой скорости, хотя летит он, конечно, быстрее биплана и зоны конденсации образуются за каждой выступающей деталью (справа).
Палубный истребитель F-14 предназначен для воздушного боя на сверхзвуковых скоростях, его крылья изменяемой геометрии сложены, а двигатели работают так, что там, где газы их выхлопа достигают моря, вздымаются огромные столбы воды. Но и он пока не преодолел звуковой барьер — иначе воздух не успевал бы расступиться перед истребителем и сжимался бы им в область конической формы, со значительной плотностью и резкой границей. Такой «конус» стал бы видимым и «сел» бы на носовую часть самолета — так, как это случилось с летящей со сверхзвуковой скоростью пулей (слева внизу).
Из-за скачка плотности воздуха, ударную волну можно, увидеть, так как с увеличением плотности растет и показатель преломления, что вызывает смещение лучей света. Скачок уплотнения выглядит, как чередующиеся полосы большей и меньшей освещенности. Снимок пули сделан в 70-е годы XX века, а методы теневой съемки были детально разработаны германскими учеными в годы Второй мировой войны. Из теории ударных волн следует, что образуются они не только в носовой части летящего тела, но и на его оконечности. Мы слышим двойной хлопок головной и хвостовой ударных волн от пролетевшего со сверхзвуковой скоростью самолета, потому что его длина достаточно велика и волны возможно различить. Ударных волн от летящей пули — тоже две (одна «сидит» на головной части, другая образуется за хвостовой), но размеры пули на три порядка меньше, чем самолета, и наш орган слуха их не различает.
Рис. 1.21.
Ударные волны возникают не только благодаря деятельности человека. Вверху: компьютерная реконструкция Тунгусской катастрофы, произошедшей над сибирской тайгой в 1908 г. Метеорит (точнее — метеороид) представлял собой ядро неплотного льда весом порядка миллиона тонн. В правой верхней части рисунка видно, что еще при полете ядра в сравнительно разреженном воздухе образовалась УВ (конус ее справа вверху). При входе в более плотную атмосферу, выделение тепла стало столь интенсивным, что метеороид взорвался, сформировав более мощную и иной формы УВ, которая свалила и сожгла лес на площади более 2000 кв. км. Размеры «бурелома» позволили спустя полвека оценить энерговыделение процесса: оно оказалось таким же, как и при взрыве 20 миллионов тонн тринитротолуола. Внизу: после взрывного извержения курильского вулкана Пик Сарычева, в нагретых прошедшей ударной волной облаках конденсированные частицы воды вновь превратились в прозрачный пар, благодаря чему появилось «окно», через которое из космоса и было сфотографировано явление. Известный человечеству рекорд взрывного энерговыделения, произошедшего на поверхности Земли принадлежит вулкану Кракатоа: при извержении 1883 г., он был оценен, как эквивалентный пяти миллиардам тонн тринитротолуола. В воздух при этом было выброшено около 6 кубических километров пепла, а выродившаяся в акустическую ударная волна была слышна на удалении 4800 км.
Рис. 1.22.
Слева — выстрел из револьвера «Магнум» и образование при этом ударных волн. Внешняя, сферическая сформирована воздухом, вытесненным из ствола пулей, а внутренняя, также сферическая — пороховыми газами, вырвавшимися из ствола; конические ударные волны образованы летящей пулей. Плотность энергии внешней волны убывает с расстоянием, УВ замедляется. Видно, что впереди стрелка внутренняя УВ догнала и усилила внешнюю, заставив ее двигаться быстрее. Скорость ударной волны всегда превышает скорость звука в невозмущенной среде, где она распространяется, и обгоняет УВ звук тем заметнее, чем выше давление в ее фронте. Если это давление незначительно, то такую волну называют вырожденной: она мало чем отличается от акустической. В центре: глушитель, укрепляемый на стволе, значительно ослабляет звук выстрела: пороховые газы, сообщив вылетевшей из ствола пуле скорость, далее не расширяются свободно, а «расплываются» в отсеках глушителя: летящая пуля последовательно «открывает» для них все новые отсеки, в каждом последующем из которых давление меньше, чем в предыдущем. Когда пуля вылетает из глушителя, газы выходят из него уже с небольшой скоростью, не образуя ударную волну. Справа: 155-мм самоходная гаубица ведет огонь с использованием глушителя, громкий звук выстрела не демаскирует орудие.
Рис. 1.23.
Попытки создать «подводные снаряды» предпринимались еще в XV веке, но боевое оружие появилось лишь в 60-х годах XIX века. Торпеды тогда называли «минами Уайтхеда». Левый снимок в верхнем ряду — торпеда системы Бреннана, изготовленная в 1877 году (экспонат музея береговой обороны Гонконга). Винт приводился в движение сжатым воздухом, запасенным в баллоне. К началу Первой мировой войны сжатый воздух стали использовать для сжигания спирта, что существенно повысило энерговооруженность торпед. Германскую, тех времен, обнаружили и подняли со дна в прибрежном районе Средиземноморья в 80-е годы XX века (вверху справа). Корпус торпеды сделан из медного сплава, что и позволило изделию хорошо сохраниться. В центре — 610 мм японская (тип 93) торпеда времен Второй мировой, пожалуй, тогда — лучшая в своем классе оружия. На кислород-керосиновом топливе она развивала скорость до 48 узлов (почти 90 км/час), а вес ее зарядного отделения составлял 780 кг. После Второй мировой при создании торпед полагались более не на мощность заряда, а на точное наведение. Такой была британская электроторпеда «Стингрей» (нижний ряд слева), с эффективной акустической головкой. Однако скачок в энерговооруженности — применение борсодержащего горючего, окислителем которого служит морская вода — заставил отказаться от самонаведения: в реве ракетного двигателя ничего не «слышно». У советской подводной ракеты ВА-111 «Шквал» вместо винта — сопло и она управляется по проводам, зато «летит» сквозь водяную толщу со скоростью 200 узлов.
Рис. 1.24.
На испытаниях, проведенных в конце XX века, попадание единственной торпеды Мк-48 переломило британский фрегат постройки 60-х годов.
Рис. 1.25.
Испытания стойкости крупных кораблей к подводной ударной волне. Верхний снимок: модельный опыт воздействия ударной волны в воде на авианосец «Констеллейшн» (постройки 60-х годов). ВВ в этом опыте взорвали много (более тонны), но и расстояние до объекта значительно (для сравнения: длина авианосца — треть километра). Нижний снимок: авианосец «Орискани», построенный в годы Второй мировой войны, подобного испытания не выдержал.
Рис. 1.26.
На врезке — типовая схема противоторпедной защиты линейного корабля. На фотографии — японский линкор «Нагато» постройки 1920 г., по правому борту которого виден буль такой защиты. Снимок сделан после капитуляции Японии, 12 ноября 1946 года в порту Йокосука, откуда «Нагато» направился к тихоокеанскому атоллу Бикини, не пережив там испытательного подводного взрыва американского ядерного заряда.
Рис. 1.27.
Артиллерийские орудия с внедрением бездымных порохов стали выглядеть изящнее (ср. срис. 1.5), а главное — стрелять дальше и — поскольку были снабжены оптическими приборами (панорамами) и прецизионными механизмами наводки — точнее. Слева на верхнем снимке — выстрел германской 150 мм полевой гаубицы, ниже — французская 75 мм пушка, объективно — одна из лучших в своем классе, но для решения задач позиционной войны недостаточно могущественная. Русская армия вступила в войну, имея на вооружении в полтора раза больше трехдюймовых (76 мм) орудий, чем французская — 75 мм. Справа — артиллерийская панорама конца XIX века.
Рис. 1.28.
Центральный НИИ химии и механики, в котором долгое время работал автор, был создан в 1894 г. Сменявшиеся руководители мало заботились о сохранении реликвий, одна из них была в 60-х обнаружена на институтской свалке металлолома и восстановлена (левый снимок). В конце XIX века не существовало осциллографов и датчиков давления, но обошлись и без них: на ствол пушки, по горячей посадке, надели широкие стальные кольца с наплывами; затем через наплывы просверлили сквозные (до канала ствола) отверстия, которые закрывались извне пробками на резьбе; в отверстиях располагались подогнанные поршни и опиравшиеся на пробки медные конусы (крешеры). При выстреле давление пороховых газов сообщало импульс поршню, а тот деформировал крешер, разность в высотах которого до и после опыта служила количественной мерой явления. Подобные исследования позволили изготавливать артиллерийские стволы умеренных весов, обеспечивавших и маневренность орудий и их безопасность при стрельбе. Правда, очень редко, но случаются разрывы стволов и в наше время — вследствие дефектов металла, наличия посторонних предметов в канале ствола и прочих непредсказуемых причин (снимок справа).
Рис. 1.29.
Вверху — разрез ствола 150-мм германской полевой гаубицы. Видны нарезы, сообщающие снаряду вращение в канале ствола при выстреле. Ниже — 76 мм снаряд пушки системы Гочкисса (вторая половина XIX века). Следы нарезов на ведущем пояске указывают: снаряд вращался по часовой стрелке (если посмотреть ему вслед). Составляющая силы сопротивления воздуха (на левом снимке обозначена желтым цветом) старалась «приподнять» нос снаряда. Такое действие должно привести к опрокидыванию и последующему «кувырканию», но, благодаря «эффекту волчка», быстро вращавшийся снаряд разворачивал нос не вверх, а перпендикулярно действующей силе — на читателя. На этом движение не заканчивалось и сила сопротивления воздуха действовала уже на снаряд, нос которого был развернут. Она разворачивала его далее, в направлении, соответствовавшем верху рисунка. Непрерывные развороты приводили к прецессированию — вращению оси снаряда вокруг линии, проходящей через центр тяжести (правый снимок).
Рис. 1.30.
Ручная граната — боеприпас, к прочности которого не предъявляются высокие требования, поэтому ее корпус допустимо ослабить, нанеся подрезку, за счет чего при взрыве (верхняя кинограмма) получаются осколки заданного дробления (нужных размеров и веса). Для артиллерийских снарядов такое решение годится не всегда. Детонационное дробление металлических оболочек — сложный процесс, с достаточной полнотой теорией не описанный. Важную роль поэтому играют данные высокоскоростной киносъемки, дающие возможность оценить параметры сетки образуемых трещин. Внизу слева — взрыв снаряда. Продукты детонации прорвались сквозь трещины в корпусе и закрыли разлетающиеся с меньшей скоростью осколки. Эффективными («убойными») считают осколки массами от 4 до 20 г (на нижнем правом снимке — слева). Мелкие (правее) теряют скорость, уже пролетев с десяток-другой метров, а крупные (выше) хоть и летят далеко, но из корпуса снаряда «наколоть» их можно немного, так что вероятность поражения цели будет невелика. Снаряды общего назначения в годы мировых войн снаряжались преимущественно тринитротолуолом, а в наши дни — составом A-IX-20 на основе гексогена. A-IX-20, конечно, помощнее, но благодаря наличию флегматизатора (инертного вещества, снижающего чувствительность к удару и трению) — не намного: чрезмерная бризантность привела бы к увеличению доли нежелательных мелких фракций в осколочном спектре. Кинограммы сняты, конечно, не в годы Первой мировой войны: тогда сверхскоростных кинокамер не существовало, хотя… известен достоверный случай, когда солдат выжил после очень близкого разрыва снаряда. Деревенский парень подробно описал последовательность развития трещин и прорыва газов взрыва через них. Среди слушателей был специалист, поразившийся резервам способностей человека, реализовавшимся в экстремальной ситуации.
Рис. 1.31.
На верхнем снимке — разрез унитарного выстрела с шрапнельным снарядом. Шрапнель была изобретена в 1803 г. иназвана по имени своего создателя, тогда — капитана английской службы (впоследствии он дослужился до генерал-майора). Форс пламени от трубки, через центральное отверстие в снаряде, достигает заряда черного пороха, взрыв которого выталкивает чугунные шарики, причем не во все стороны, как при разрыве ядра, а по направлению полета шрапнели. Чем больше дистанция полета готовых поражающих элементов, тем больше их рассеяние.
В годы Первой мировой и позже для дистанционного подрыва снаряда использовались, конечно, уже не такие трубки, которые впрессовывали в ядра те, кто осаждал Севастополь. Взрыватели с пиротехническими или механическими замедлителями, начинающими работу в момент выстрела, по старинке все так же называли трубками. В нижнем ряду слева — французская трубка HZ05, за ней — также французская, образца 1915 года, трубка двойного (дистанционного и ударного) действия. Замедление подрыва снаряда достигалось при горении пороховой мякоти на спирали (следующий снимок). Поворот колпачка изменял положение точки зажигания пороха на спирали, а значит, и задержку. Пороховая спираль долго служила во взрывателях, в чем автор убедился, найдя в 80-е годы германский взрыватель AZ-23, изготовленный в 1939 г. (правый нижний снимок), и разобрав его (дилетантам делать подобное никак нельзя!). Для короткозамедленного (при стрельбе по укреплениям) подрыва, в этом взрывателе также имелась пороховая спираль.
Рис. 1.32.
Картечь (верхняя кинограмма) применялась для самообороны артиллерийских орудий от приблизившейся конницы и пехоты. Картечный снаряд проще шрапнели: выстреливается только поддон с готовыми поражающими элементами, эффективными на дистанциях всего в несколько сотен метров. Для изучения действия поражающих элементов по живой силе в наши дни используют желатин: его плотность и вязкость близки к таковым человеческих тканей. Прозрачность желатина позволяет снимать кинограммы движения в нем поражающего элемента, а также получать снимки раневых каналов (после заполнения их контрастной жидкостью). Пока скорость достаточно велика, поражение наносит не столько сам элемент, сколько порождаемые им волны сжатия и разрежения: они вызывают множественные разрывы в веществе преграды (снимок в центре). Такая картина поражения наблюдается для сравнительно обтекаемого элемента, а, например, пули «дум-дум», название которых произошло от индийской деревеньки, где британские солдаты применили их против повстанцев, благодаря наличию канала, разворачиваются в «цветок» после попадания в более плотную, чем воздух, ткань (нижние снимки). «Цветок» быстро теряет свою энергию, превращая в «кашу» органы и нанося кошмарные раны. В годы мировых войн солдат, в чьих подсумках находили патроны с пулями «дум-дум» — самодельными или заводского изготовления — в плен не брали.
Рис. 1.33.
Вверху — репродукция картины французского художника, наивно полагавшего, что так должна атаковать пехота. Правда, весьма схожими были и взгляды многих французских генералов, которых через несколько недель после начала войны главнокомандующий Ж. Жоффр отправил в отставку «за некомпетентность». Что же касается германских генералов, то, относясь с пренебрежением к эмоциональному противнику, нечто новое узнали о войне и они. Так, Александр фон Клук, возглавлявший наступление на Париж, в послевоенных мемуарах написал об услышанном им «совершенно необычном звуке, издаваемом пулями, попадающими в человеческие тела». Внизу — подлинный снимок атаки французских пехотинцев изрядно разбитой артиллерийским огнем, но, тем не менее, обороняемой германской позиции. Шампань, 1917 г.
Рис. 1.34.
1916 г. Слева — французские и бельгийские солдаты в окопе. В рукопашной, в тесном пространстве окопа, винтовки малополезны и к ранцу германского солдата (справа) приторочена деревянная колотушка с металлическими шипами — оружие, применявшееся еще в Крестьянских войнах XVI века.
Рис. 1.35.
Германские станковые пулеметы обороняли позиции не только от кавалерии и пехоты. Огонь с дистанции около сотни метров, при близком к нормали угле встречи, иногда преодолевал бортовую бронезащиту первых британских танков (нижний левый рисунок). Правда, при этом пули теряли большую часть кинетической энергии и могли повлиять на боеспособность только в случае попадания в членов экипажа или важный узел машины. На нижнем правом снимке: германские пехотинцы с опаской приближаются к подбитому танку (Франция, 1918 г.).
Рис. 1.36.
Разрыв снаряда крупного калибра (верхний снимок) формирует ударную волну, за которой следует волна разрежения (обратите внимание — произошло «вскипание» грунта: разрежение «вытянуло» из него пар и пыль). Внизу: мощная артиллерийская подготовка под Пашенделем перемолола германскую оборону, которую не спасли и железобетонные опорные пункты. Занявшие территорию канадские солдаты осматривают то, что осталось от позиций противника.
Рис. 1.37.
Британская 305 мм гаубица ведет огонь. 1917 г., район Арраса.
Рис. 1.38.
Вверху — германская машина А7 V. Ниже — французский танк «Сен-Шамон», превосходивший «немца» по основным боевым характеристикам.
Рис. 1.39.
Верхние снимки: британский летчик, так сказать, прицеливается по противнику (Франция, ноябрь 1914 г); справа — картина, на которой художник (понятно — после консультаций с руководящими персонами) отобразил роль авиации в войне на море. Внизу: К концу войны могущество АБСП (авиационно-бомбовых средств поражения на современном военном жаргоне) возросло существенно: в 1918 году Королевские ВВС применили по противнику 1600 фунтовые (747 кг) авиабомбы.
Рис. 1.40.
Готовые поражающие элементы. Вверху — стрелочки, состоявшие на вооружении австро-венгерской авиации в Первую мировую войну и предназначенные для поражения живой силы. Ниже — поражающий элемент советского артиллерийского снаряда (80-е годы XX века). Такие элементы дольше сохраняют скорость и обладают значительно большей способностью к пробитию преград, чем круглые пули шрапнели. Нижний ряд, слева: для поражения живой силы на небольших расстояниях используют отходы шарикоподшипникового производства, шарики формуются в корпус из полимерного материала (в центре — кассетный элемент BDU-26, деления линейки — дюймовые). Справа — стрелочные поражающие элементы американского боеприпаса Lazy Dog.
Рис. 1.41.
Слева — 76 мм снаряд, распускающий в полете «перья», прорывающие проволочные заграждения противника. Судя по тому, что снаряд снабдили взрывателем, от него, после проделывания прохода в проволочных заграждениях, ожидали еще и поражения живой силы. Очевидно, что и та, и другая задачи решаются двумя осколочно-фугасными снарядами того же калибра значительно лучше: проволока взрывом снаряда с высокочувствительным взрывателем будет «разведена» на большее расстояние, чем это сделают «перья», а дробление корпуса полным, а не уменьшенным зарядом позволит эффективнее сработать по живой силе. По сравнению с парой осколочных, производство сложного в сборке «перьевого» обойдется значительно дороже, поэтому-то в Первую мировую их расценивали, как малополезную экзотику. Однако в 70-е годы «перьевые» снаряды возродились (на снимке справа — 125 мм снаряд ЗВОФЗб и заряд к нему): основным боеприпасом к танковым пушкам стали подкалиберные снаряды, для повышения их скорости стволы стали изготавливать без нарезов, а осколочно-фугасные снаряды, выстреливаемые из «гладких» стволов, стали оснащать «перьями» для стабилизации полета.
Рис. 1.42.
В детстве автор с удовольствием и большой пользой прочитал книгу «Роберт Вуд», написанную У. Сибруком о великом американском экспериментаторе. Вуд, посетив в 1915 г. воюющую Францию, встретился с работавшим там русским изобретателем Шиловским, экспериментировавшим с 75-мм снарядами, снабженными спереди тонким стержнем, на конце которого вырывалось пламя горящего фосфора, обтекавшее снаряд в полете. Вуд вспоминал: «Предполагалось, что это понизит сопротивление воздуха и увеличит дальность стрельбы. Опыты показали, что давление действительно сильно снижается, но позднее эксперты по баллистике говорили мне, что такой же эффект можно получить, сделав снаряд с длинным острым концом».
Опыты Шиловского, вспомнились и автору когда он «познакомился» с советской подводной ракетой ВА-111 «Шквал», в носовой части которой, для снижения сопротивления, установлен газогенератор (он хорошо виден на среднем, в нижнем ряду, снимке рис. 1.22) и рассмотрел фотографии головной части американской морской ракеты Trident D5, созданной в 90-е годы XX века.
Рис. 1.43.
Сосредоточением огня всей эскадры (обычно — на головном корабле противника) сражающиеся стороны стремились компенсировать низкую вероятность попадания снаряда при стрельбе на большой дистанции. На рисунке — германский броненосец «Поммерн» под огнем в Ютландском сражении (31 мая — 1 июня 1916 г.) О количестве ведущих огонь британских кораблей дают представление оранжевые вспышки дульного пламени, заметные вдали, о величинах промахов можно судить по удалениям водяных султанов разрывов от цели (длина «Поммерна» — 127 м).
Рис. 1.44.
Слева: массированное применение фосгеновых снарядов австровенгерскими войсками по итальянской обороне 15 июня 1918 года. Фосген (карбонилхлорид) — низкокипящая жидкость, которая, при вскрытии корпуса снаряда и диспергировании, интенсивно испаряется. Ядовитые, удушающие пары эти тяжелее воздуха и в условиях влажности образовали туман, благодаря чему стали хорошо видны. В такой «фосгеновой долине» от поражения не защитит и современный общевойсковой фильтрующий противогаз.
Справа: применение хлора из баллонов французскими войсками. Газовая волна приближается к германским позициям.
Рис. 1.45.
Боевое применение фосфорных снарядов. Вверху слева: разрыв фосфорной гранаты прикрыл дымовой завесой американских пехотинцев в уличном бою (Вторая мировая война). Правее: обстрел вьетконговцами 122-мм фосфорными снарядами американской базы Дананг (70-е годы XX века). Нижний ряд, слева: разрывы израильских фосфорных снарядов над Газой (начало XXI века). Левее: боевые элементы фосфорных снарядов потушить сложно, они самовоспламеняются на воздухе, поэтому попавшие под обстрел спасаются бегством.
Рис. 1.46.
Справа — выстрел германского сверхдальнобойного орудия «Колоссаль» по Парижу. Прислуга этого мастодонта насчитывала около тысячи офицеров и нижних чинов из состава морской артиллерии. Командовал орудием контр-адмирал. Слева — разрыв современного 155 мм снаряда с установкой взрывателя на мгновенное действие. Такой снаряд содержит лишь немногим меньше ВВ по весу (около 9 кг), но зато — более мощного, чем то, которым снаряжались снаряды «Колоссаль».
2. Сквозь броню — как сквозь жидкость! И забыть, как стрелял… ⇢
Рис. 2.1.
Левый снимок: 20 мая 1982 г. Операция «Саттон» — высадка британской морской пехоты у Сан-Карлоса (Фолклендские острова) проходит успешно, противодействия аргентинских войск пока нет. «Ройал мэрии» перебирает побывавшее в морской воде снаряжение. В правом нижнем углу снимка — доставшийся по наследству от деда парабеллум; сейчас его протрут чистой тряпочкой. Проблем с боеприпасами тоже не предвидится: после Второй мировой войны 9 мм патроны парабеллума стали стандартными во всех армиях НАТО.
Правый снимок: парабеллум, найденный поисковиками в Ленинградской области через полвека после боев.
Рис. 2.2.
Пикирующие бомбардировщики американских авианосцев «Энтерпрайз» и «Йорктаун» атакуют японские авианосцы. Американский художник точен в деталях: у изображенного на переднем плане авианосца «Акаги» островная надстройка — на левом борту, что отличало его от других кораблей.
Рис. 2.3.
Палубные истребители-бомбардировщики F4U «Корсэр» ВМС США атакуют японский линейный корабль «Ямато». На нижнем снимке — взрыв пороховых зарядов в башне главного калибра.
Рис. 2.4.
Поражение цели «специальным зенитным снарядом» (по замыслу его создателей). Фотография корпуса 460 мм снаряда главного калибра линкора «Яма-то» сделана в храме Ясукуни, воздвигнутом в честь погибших японских воинов.
Рис. 2.5.
Вверху — залп главным калибром американского линкора «Массачусетс». Виден покинувший ствол 406-мм снаряд. Внизу слева — матрос обеспечивает подачу 406-мм снарядов из магазина в башню. Снаряд весит тонну, но стрелять такими по морским целям в годы войны линкорам приходилось нечасто. «Массачусетс» в конце 1942 г. участвовал в операции «Торч» — высадке англо-американских войск в Северной Африке и своими снарядами подавил сопротивление французского линкора «Жан Бар», подчинявшегося союзному Германии правительству и стоявшего без хода в порту Касабланки. Остаток попавшего в «Жан Бар», но не разорвавшегося бронебойного снаряда «Массачусетса» — внизу справа. Ясно, что снимок сделан в музее, потому что после бронепробития краска на снаряде сохраниться не могла.
Рис. 2.6.
В годы Второй мировой войны острова Тихого океана были хорошо укреплены японцами. На снимке вверху — автор у построенного ими на острове Чеджу укрытия для самолета (теперь там хранится сельскохозяйственная утварь). Чеджу был тыловой позицией японской обороны, хотя там и базировались самолеты корпуса камикадзе, наносившие удары по американским кораблям. А вот за остров Иво в феврале 1945 г. произошло ожесточенное сражение. Корабельные снаряды несколько дней «размягчали» японскую оборону, после чего бункеры для самолетов вряд ли уцелели.
Рис. 2.7.
Слева: 1940 г. Германское сверхдальнобойное орудие на железнодорожном ходу послало свой снаряд через Ла-Манш. Справа: как бы «самоходные» германские 600-мм орудия сделали свои первые выстрелы по Брестской крепости 22 июня 1941 г. Но и там, и при штурме Севастополя, даже при практическом отсутствии в воздухе авиации противника, эти мастодонты не продемонстрировали заметной боевой эффективности.
Рис. 2.8.
Редкий снимок, сделанный зимой 1941 г. с близкого расстояния солдатом вермахта: прямое попадание в советский танк Т-34. Снаряд не проник внутрь танка, а разорвался на броне, о чем свидетельствуют газы взрыва и разлетающиеся ошметки. Объем газов позволяет оценить количество взрывчатки — около сотни граммов. Вероятно, это был снаряд 37 мм противотанковой пушки. Т-34, скорее всего, не потерял боеспособности.
Рис. 2.9.
Германский пикирующий бомбардировщик Ju-87 был основным средством авиационной поддержки войск на поле боя. Бомбометание с пикирования — значительно более точное, чем с горизонтального полета, но «охота» в пустыне Северной Африки закончилась безрезультатно: на «дичь» (танк «Шерман», американского производства) сброшена полутонная бомба, но промах оказался таким, что цель не получила повреждений.
Рис. 2.10.
Бронебойный снаряд «показался», но пробить вязкую броню не смог (верхний снимок). Неизвестно, с какой дистанции был произведен выстрел, но видно, что толщина броневого листа примерно равна калибру. Незавершенное бронепробитие (слева, внизу — результат попадания 20 мм снаряда в лист алюминиевого сплава, в центре — результат компьютерного моделирования этого процесса в многослойной защите) не всегда бывает безопасным: в закаленной стали оно приводит к её скалыванию и образованию поражающих экипаж элементов (внизу справа).
Рис. 2.11.
«Ультрапули». Верхний ряд снимков, слева направо: изменение формы пули в процессе движения в коническом стволе; пуля с закаленным сердечником; пули, снаряженные зажигательным составом (моделирован вставками золотистого цвета), воспламенявшимся при пробивании брони. Бронепробитие пуль со снаряжением — пониженное, зато заброневое действие — выше. Но и сердечник не всегда пробивал броню, особенно — при встрече под углом (нижний снимок).
Рис. 2.12.
Верхний снимок — эволюция бронебойных снарядов к советской авиационной пушке калибром 23 мм: цельнометаллический (есть только трассер); с сердечником из закаленной стали (баллистический наконечник удален); экспериментальный, с отделяемым поддоном из алюминия и полиэтилена и оперенным ломом.
Нижний ряд: бронебойная 12,7 мм пуля и результаты компьютерного моделирования бронепробития коротким сердечником и удлиненным ломом.
Рис. 2.13.
На верхнем снимке — разработанный в начале 90-х, самый мощный советский оперенный бронебойный подкалиберный снаряд (ОБПС) ЗБМ46 «Свинец». Диаметр сердечника (изготовленного из обедненного урана) в пять раз меньше, чем калибр пушки (125 мм). На дистанции 2000 м лом ОБПС «Свинец» при встрече по нормали может пробить до 600 мм гомогенной брони. После выхода из ствола орудия, детали поддона ОБПС сдуваются набегающим потоком воздуха, и зажигается трассер в хвостовой части снаряда, позволяющий наблюдать его траекторию (нижний снимок).
Рис. 2.14.
Слева — подкалиберные снаряды израильской фирмы IML Малый угол встречи и высококачественная сталь не помешали лому 105-мм ОБПС APFSDS-Т «закусить» и пробить ствол пушки сирийского танка Т-62 (советского производства).
Рис. 2.15.
Слева — стальной цилиндр, сжатый давлением взрыва, а затем «растащенный» волной разрежения («разгрузкой»). Справа — попадание ОБПС с сердечником из обедненного урана в американский танк М 24. Неизвестно, пробита ли танковая броня, но видно, как, разлетаясь, энергично горят элементы сердечника.
Рис. 2.16.
Моделирование сжатия медной воронки (врезка слева вверху) детонацией, фронт которой обозначен «радугой». Из воронки вначале выдавливается самый высокоскоростной элемент.
Далее: воронка сжата, кумулятивная струя сформировалась, внедрилась в броню. Внизу: металл струи расходится по стенкам каверны, вылетая из нее в направлении, обратном движению струи. Бронепробитие продолжается, пока кумулятивная струя не будет израсходована на всю длину.
Рис. 2.17.
Верхний снимок: неизвестно, что вызвало преждевременный подрыв кумулятивного боеприпаса (возможно — ветка дерева), но на броне танка T-VI «Тигр» остался лишь «ведьмин засос». Ниже: Танк Т-72БМ, Грозный, январь 1995 г. Места поражения кумулятивными боеприпасами показаны стрелками; слева от каждой из стрелок видны «коробки» динамической защиты. Если бы коробки были установлены штатно, а не «через одну», то поражения кумулятивной струей, попавшей ближе к пушке, можно было избежать.
Рис. 2.18.
Верхний снимок: танк Т-62 с наваренными на бортах и башне противокумулятивными решетками. Бронепоезд «Терек», Чечня. Такая защита спасает не всегда: прикрыть всю поверхность ею нельзя. На нижнем снимке — на американский бронетранспортер «Брэдли» были установлены решетки (видны справа), но граната из РПГ-7 попала в незащищенный участок (Ирак).
Рис. 2.19.
Слева — подготовка к выстрелу из одноразового реактивного гранатомета «Панцерфауст». Справа — боевое применение гранатомета «Панцершрек» (солдаты часто называли его «Offenrohr» — «открытый ствол»), В руках заряжающего — 88 мм реактивная граната. Такие использовались не только в этом гранатомете, но и в других образцах противотанкового вооружения, например, в легком орудии «Пуппхен» (нижний снимок).
Рис. 2.20.
«Фронтовой город Франкфурт будет держаться!» — заклинает германский военно-патриотический плакат, а заодно и демонстрирует, кто должен «держаться». На правом верхнем снимке показано как. Правда, снимок, несомненно, инсценировка: слишком уж чиста танковая броня и, к тому же, боеприпасы ни одной армии мира не бывают окрашены «бронзовой» краской. Ножки заряда HHL-3 фиксировали его на расстоянии от танковой брони, равном фокусному, и в них же имелись магниты, за счет которых боеприпас притягивался к броне.
Рис. 2.21.
Советский гранатомет РПГ-7В и выстрелы к нему: на переднем плане — осколочный ОГ-7В, за ним — термобарический ТБГ-7В и кумулятивный, тандемный (рассчитанный на преодоление динамической защиты) — ПГ-7ВР.
Рис. 2.22.
Вверху — управляемая по проводам германская противотанковая ракета «Роткеппхен». Внизу — устройство ее послевоенной «родственницы», разработанной фирмой «Бельков». В полете провода, по которым поступают сигналы управления, разматываются с малоинерционной катушки 1. Довольно примитивная электронная схема 2 состоит из нескольких механических реле. Поражает цель кумулятивный заряд 3.
Рис. 2.23.
Чтобы помешать кумулятивной струе промыть броню, перед основной бронезащитой устанавливают два электрически изолированных друг от друга экрана (второй из них на снимке — чуть толще), подключенных к источнику тока, в качестве которого может использоваться высоковольтный конденсатор большой емкости или значительно менее габаритный взрывомагнитный генератор (с устройствами этого класса читатель познакомится в главе 4). Проходя через экран, КС замыкает цепь. И если в отсутствие тока струя легко преодолевает экраны, сохраняя способность к бронепробитию (рентгенограмма «а»), то протекание очень большого (в сотни килоампер) тока оказывает существенное сжимающее действие на ее металл (о пондерромоторных силах — также в главе 4). При этом возникают так называемые «перетяжечные» нестабильности (там, где струя была чуть тоньше, она становится еще более тонкой) и КС распадается на отдельные элементы (рентгенограмма «б»), теряя способность к бронепробитию.
Рис. 2.24.
Попадание ОБПС на дистанции стрельбы в сотню метров пробивает в танковой броне отверстие, по площади намного превышающие поперечное сечение лома (слева — башня танка Т-54 после такого попадания). Правда, дуэли танков происходят обычно на дистанциях в пятнадцать — двадцать раз больших, но и тогда попадание лома, как правило, фатально, хотя и выглядит менее зрелищно (отверстие в бронеплите справа). Правее этого отверстия — следы пресеченной попытки бронепробития: небольшая вмятина от сердечника и след, напоминающий стиральную доску. Это сделала динамическая защита 1 с кумулятивными зарядами, но — удлиненными, формирующими при срабатывании не тонкие струи, а летящие «сабли». Удар лома 2 вызывает детонацию взрывчатого вещества в блоке защиты и ее «сабли» режут сердечник, от которого остается только «обглоданный», неспособный к «закусыванию» остаток 3.
Рис. 2.25.
Установка для формирования водяной кумулятивной струи включает (слева)…
1 — источник высокого напряжения;
2 — высоковольтный конденсатор;
3 — зачищенный на половину длины радиочастотный кабель.
4 — трубка с налитой водой.
В центре — пробитие слоя желатина струей воды и крупный план этой струи. КС образовалась из вогнутого мениска воды, при воздействии на него ударной волны от разряда. Энергия конденсатора коммутируется при помощи стержня из оргстекла, сближающего электроды (стержень и искра разряда при коммутации видны в нижнем правом углу снимка); справа — выход из слоя желатина вошедшей в него под углом кумулятивной струи.
Рис. 2.26.
При взрыве заряда с облицовкой, угол раствора которой значителен, формируется поражающий элемент называемый ударным ядром (справа от облицовки). Правда, на ядро он мало похож, и автор полагает, что более точен английский термин Explosively Formed Projectile — «снаряд, формируемый взрывом». Ударное ядро может пробить броню толщиной до 0,8 диаметра заряда, но обеспечивает значительный заброневой эффект (справа: ядро прорвалось сквозь броню).
Рис. 2.27.
Если облицовка кумулятивной выемки — полусферическая, то образуются поражающий элемент с промежуточными, по сравнению с элементами, формируемыми из остроконических и тупоконических облицовок, характеристиками — как по бронепробитию, так и по заброневому действию. Заряды с полусферическими облицовками применяются в основном для инженерных боеприпасов. Слева — серия рисунков, поясняющих процесс образования ударного ядра, справа — каверна в броне после попадания ударного ядра.
Рис. 2.28.
Связка самолетов «Мистель». В носовой части Ju-88A4 — длинная штанга с ударным взрывателем, обеспечивающая подрыв заряда на фокусном расстоянии от цели. Формирование ударного ядра заканчивается на этом расстоянии, но далее, в отличие от кумулятивной струи, сформированный взрывом снаряд остается компактным и сохраняет поражающие свойства на значительных (до сотен метров) дистанциях. Сфотографирована модель, поскольку черно-белые фотографии «Мистель» военных лет — плохого качества.
Рис. 2.29.
Слева: разработанный в 90-х годах 155-мм германский артиллерийский снаряд и его кассетный элемент. Купол парашюта ассиметричен, за счет чего боевой элемент вращается, сканируя местность под собой по спирали. Он не имеет органов управления и не наводится на цель, но когда та оказывается в его «прицеле» — стреляет (почему и назван самоприцеливающимся). Справа: рисунок-кинограмма поражения танка в решетку воздухозаборника двигателя ударным ядром. Основные цели кассетных артиллерийских снарядов — колонны бронетехники, двигающиеся к фронту.
Рис. 2.30.
Слева — результат компьютерного моделирования процесса пробития брони ударным ядром. Откольные элементы — острые стальные пластинки — весьма опасны для тех, кто находится за подвергшимся ударному воздействию стальным листом (справа).
Рис. 2.31.
Модели артиллерийских снарядов и неуправляемых ракет, предназначенные для исследований в аэродинамической трубе.
Рис. 2.32.
Даже если бы не были заметны отличия формы, в которую одеты расчеты, можно легко определить, чья батарея стреляет: топливо реактивных снарядов германских «Небельверверов» и «Вурфгеретов» — смесевое, дающее при сгорании много дыма. Топливо советских «эрэсов» — бездымный порох, и их факелы — яркие, чистые.
Рис. 2.33.
Слева — неуправляемая оперативно — тактическая ракета германских сухопутных войск «Райнботе», сфотографированная со стороны соплового блока. Изображенный на рисунке справа пуск — явно аварийный: «Райнботе» падает, но ни она из ее ступеней не сброшена, а в первой даже догорает топливо.
Рис. 2.34.
Слева вверху — разработанные в Германии боевые элементы, вставляемые «один в другой» при снаряжении бомбовой кассеты. Справа вверху — разрез боевой части неуправляемой оперативно-тактической ракеты «Онест Джон», до конца XX века состоявшей на вооружении Армии США, и бомбовая кассета. Нижний снимок — применение бомбовых кассет бомбардировщиком В-1В, сопровождаемым истребителем F-5. Одна из кассет вскрыта шнуровыми зарядами, и ее боевое снаряжение рассеивается.
Рис. 2.35.
Слева: неуправляемые ракеты R4M — оружие, к концу войны нечасто появлявшейся над полем боя германской авиации. По характерным «надкалиберным» головным частям (верхний снимок) можно заключить, что два образца укомплектованы кумулятивными зарядами. Нижний снимок — ракета R4M, на направляющих, интегрированных в крыло. Правый снимок: пуски неуправляемых ракет по кораблю-мишени в наши дни.
Рис. 2.36.
Авиабомба SB-800-R5 с ракетным ускорителем и рикошет ее боевой части от водной поверхности.
Рис. 2.37.
Слева: заброневое действие снаряда с пластическим снаряжением: при попадании головная часть деформируется и снаряжение плотно прилегает к броне; после детонации, на внутренней стороне броневой защиты в результате откола, вызванного разгрузкой, образуются поражающие элементы. Сквозного пробития брони при этом не происходит. На правом снимке — попадание такого снаряда в американский танк М-48.
Рис. 2.38.
Рентгенограмма выстрела из пистолета. Пуля (справа) сплющилась при ударе о броневой лист. Различимы кости руки стрелка и экстрактированная гильза, а вот пороховые газы, ввиду их малой плотности, рентгеновское излучение выявить не может.
Рис. 2.39.
Слева: При пробитии тонкой преграды, ударные волны, сформированные летящей со сверхзвуковой скоростью пулей, отразились, образовав систему сферических волн. Пробив преграду, пуля сохранила сверхзвуковую скорость, сформировав новую систему конических волн. Поскольку характеристики ударных волн в воздухе хорошо изучены, по углу раствора конусной головной ударной волны на теневом снимке не составляет труда определить и скорость полета тела.
Справа вверху — снимок распределения плотности воздуха, возмущаемого летящим 20-мм снарядом, полученный методом интерферометрии. Интерференция (наложение) света с двумя различными длинами волн от двух поляризованных источников дает картину регулярного чередования минимумов и максимумов освещенности. Летящий снаряд сжимает воздух, меняя показатель его преломления. Измеряя расстояния между минимаксами, можно определить плотность воздуха в различных точках. По результатам подобных измерений получают распределения температур и плотностей воздуха вокруг летящего тела (справа внизу).
Рис. 2.40.
Радиоуправляемая авиабомба Руршталь SD-1400 (другие обозначения: Фриц-X, Х-1, FX-1400). Вес — 1,5 т. Имелись модификации от Х2 до Х6, последняя — весом около 3 т.
Рис. 2.41.
Авиационная крылатая ракета Hs-293A: подвешенная к бомбардировщику и выставленная в музее. На «полураздетом» музейном экспонате видны детали жидкостного ракетного двигателя: трубопроводы и камера сгорания.
Рис. 2.42.
Разработчики компьютерной игры восстановили «картинку» на оптикоэлектронном прицеле германского бомбардировщика при наведении управляемой бомбы на цель.
Рис. 2.43.
Схема самонаведения противокорабельной ракеты на цель. Красным цветом показано (не в масштабе) сканирование водной поверхности головкой самонаведения.
Рис. 2.44.
На верхнем снимке — управляемая бомба BV-246, подвешенная к истребителю-бомбардировщику FW-190F8 (модель). Снизу слева — BV-246 в музее Королевских ВВС. Применение планирующих бомб позволяло отдалить рубеж применения оружия по противнику, снизить потери носителей от ПВО. Позже в СССР появились и планирующие ядерные авиабомбы (внизу справа) — германское решение пригодилось для того, чтобы снизить воздействие поражающих факторов ядерного взрыва на бомбардировщик.
Рис. 2.45.
Советская противокорабельная ракета ЗМ80 «Москит» благодаря прямоточному воздушно-реактивному двигателю существенно превосходила по скорости другие образцы в своем классе оружия. Чтобы разогнать ракету до «сверхзвука», используется твердотопливный ускоритель, который размещается в камере сгорания двигателя и по выгорании топлива сбрасывается. Маршевая скорость «Москита» более чем вдвое превышает звуковую, что делало маловероятным перехват этой ракеты средствами обороны, которыми располагали корабли в конце XX века.
Рис. 2.46.
Слева вверху — проект рикошетирующего от атмосферы космического аппарата «Дайна сор», ниже — другой проект американского «рикошетирующего» корабля. Справа вверху — снимок, сделанный самолетом-разведчиком ВМС США «Орион»: после возвращения из полета выловлен из океана и погружается на палубу советского научно-исследовательского судна макет космического аппарата.
Рис. 2.47.
Орудие «Виндканоне» («ветровая пушка»).
Рис. 2.48.
Рефлекторы звукового оружия.
Рис. 2.49.
Оперенные подкалиберные снаряды и сверхдальнобойная пушка «Хохдрукспумпе».
Рис. 2.50.
Верхний ряд снимков, слева направо: в отсеке американской машины — 450 кг фугасные бомбы; бомбардировщики Б-17 Армии США в дневной бомбардировочной операции; снятый ночью камерой с открытым затвором огонь германской зенитной артиллерии трассирующими снарядами выглядел эффектно, но, как правило, был малорезультативен. Нижний ряд: там, где вследствие не очень точного прицеливания бомбовые очереди ложились слишком плотно, от районов немецкого города после бомбардировочной операции оставались даже не руины, а изрытая воронками огромная лужа. В последние месяцы войны бомбовую нагрузку перестали использовать столь расточительно: сначала фугасными бомбами разрушались крыши домов и выводилась из строя система пожаротушения, а затем применялись зажигательные кассеты. В результате восходящие потоки горячего воздуха от пожаров закручивались в поле тяжести, порождая «огненную бурю», в которой вначале сгорало все, что могло гореть, а потом — и субстанции, обычно считающиеся негорючими.
Рис. 2.51.
Крылатая ракета Fi-ЮЗ на пусковой установке. Над фюзеляжем хорошо различима «труба» пульсирующего воздушно-реактивного двигателя. Такой двигатель начинает работать на скорости 240 км/час, ракета приобретала ее от поршня (поршень и канал, в котором он двигался, видны на заднем плане пусковой установки). Сцепленный с ракетой поршень толкали газы, образующиеся при разложении перекиси водорода. После выхода двигателя на маршевый режим, скорость Fi-ЮЗ возрастала до 580 км/ч.
Рис. 2.52.
Платформа гироскопов системы наведения ракеты А-4.
Рис. 2.53.
Установка баллистической ракеты А-4 (V-2) на стартовый стол подвижной пусковой установки и ее запуск. Снимки сделаны после войны на американском полигоне Уайт Сэндс, где испытывались трофейные германские ракеты.
Рис. 2.54.
Посетители венского парка (молодые девушки, живущие в XXI веке) не смогли ответить автору, что это за строение (справа) и каково его назначение. А это «Flakturm» — аббревиатура четырех слов, которую можно перевести как «башня ПВО». На крышах подобных прочных сооружений в годы войны располагались мощные зенитные орудия, такие как спаренные 128 миллиметровые. Башни возвышались над городскими постройками, чтобы те не мешали стрельбе, которая, впрочем, нечасто приводила к поражению цели.
Рис. 2.55.
Головной обтекатель и блок зеркал, оставшиеся после неудачного пуска зенитной управляемой ракеты с оптической системой наведения. При наведении на цель блок зеркал 1 освещался источником света 2 и вращался, что приводило к тому, что через линзы нижней системы гнезд, под небольшими углами к оси ракеты, посылались световые импульсы (не сразу через все линзы, а только через те четыре, оптические оси которых в данный момент совпали с оптическими осями зеркал). Каждый канал был снабжен фотоэлементом 3 (вроде тех, что используются в экспонометрах фотоаппаратов, только более чувствительным и быстродействующим), измерявшим интенсивность отраженного сигнала. Ракета доворачивала в направлении того канала, в котором фиксировался отраженный целью свет. Если же после ее маневров во всех каналах отраженные сигналы исчезали или их амплитуды становились равными — ракета никуда не доворачивала, потому что «знала»: она летит прямо на цель, которая находится в равносигнальной зоне.
Рис. 2.56.
Зенитная управляемая ракета «Райнтохтер»: в музее, на рисунке художника и на испытаниях. Видны плоды усилий, направленных на экономию металла, — некоторые элементы конструкции выполнены из фанеры.
Рис. 2.57.
Зенитная управляемая ракета Hs-297 «Шметтерлинг».
Рис. 2.58.
Радиоуправляемые ракеты воздушного боя: Хеншель Hs-298 (вверху слева), Руршталь Х4 (правее) и «Лойхткэфер» (внизу).
Рис. 2.59.
Зенитная управляемая ракета «Фойерлилие» в музее Королевских ВВС: на пусковой установке и на стенде.
Рис. 2.60.
Зенитная управляемая ракета «Энциан».
Рис. 2.61.
Модель ЗУР «Вассерфаль». На заднем плане, на плакате — значения моментов сил на ее управляющих поверхностях при различных скоростях полета, полученные методом аэродинамической трубы.
Рис. 2.62.
В конце войны британское Бомбардировочное командование располагало сверхмощными авиабомбами двух типов: десятитонная «Грэнд слэм» предназначалась для бомбардировок высокозащищенных целей (плотин, укрытий для подводных лодок), а пятитонная «Толлбой» — для поражения крупных кораблей. Носителями этих бомб были четырехмоторные «Ланкастеры» (рисунок в центре). Благодаря совершенной аэродинамической форме, скорость падения бомбы «Толлбой», сброшенной с высоты в несколько тысяч метров, превышала звуковую. «Толлбоями» был потоплен германский линкор «Тирпиц», отстаивавшийся в норвежском фьорде.
Рис. 2.63.
Эскиз «урановой бомбы», выполненный немецким ученым. Схема — простейшая, «ствольная». Хотя бомба названа «урановой», из подписей следует, что в качестве делящегося материала предполагалось использовать плутоний, принципиально непригодный для такой схемы.
3. Нейтронная суета среди ядер… ⇢
Рис. 3.1.
Урановые руды, слева направо: друза кристаллов желтого отунита, гуммит и смолка. Обычно они содержат менее процента урана.
Рис. 3.2.
Разделение методом хроматографии на промокательной бумаге синих чернил марки «Радуга-2»…
а) на бумагу капнули чернила, растворителя в них недостаточно, он быстро испарился, заметного разделения нет;
б) в центр чернильного пятна шприцем добавили растворителя (воды), разделение началось;
в) дальнейшее добавление воды привело к тому, что самая быстрая (зеленоватая) компонента настолько опередила другие, что между ней и компонентой с промежуточной скоростью диффузии образовался разрыв (светлая область, в которой, вероятно, присутствует в основном растворитель). Совсем уж «медленная» компонента занимает область в центре хроматограммы, более темную, чем остальные.
Рис. 3.3.
Слева вверху: уран — серебристый на свежем изломе металл, который на воздухе сначала покрывается налетом цвета спелой сливы, а затем и вовсе чернеет. Ниже: центрифуга, предназначенная для разделения газообразных гексафторидов урана. Справа: цех центрифуг на заводе под Екатеринбургом. Желающие могут прикинуть, через сколько центрифуг (ступеней разделения) проходят газы, пока будет выделен достаточно «облегченный» гексафторид. Из разделенных газов опять получают металлические ураны: «оружейный» и «отвальный».
Рис. 3.4.
В ядерной физике оказалась весьма плодотворной модель «жидкой капли», в соответствии с которой действие внутриядерных сил приводит к явлению, напоминающему поверхностное натяжение. Возбужденное попаданием нейтрона в U235 компаунд-ядро U236 не разваливается сразу, в нем сначала образуется перетяжка (верхний рисунок), а затем происходит деление на осколки, как правило, неравной массы. Процесс этот — вероятностный, а пример показывает, что делящаяся в первом поколении, растянувшаяся «капля» вот-вот распадется на ядра бария и криптона. Из образовавшихся после распада трех мгновенных нейтронов деления один (в центре) «промахнулся», а два других — положили начало второму поколению, с образованием пар цезия и рубидия, ксенона и стронция. На графике — сечения реакции деления U235 на нейтронах разных энергий. Вероятность того, что медленный нейтрон вызовет деление, на порядки превышает ту же вероятность для быстрого нейтрона.
Рис. 3.5.
Слева: приспособления для отливки заготовки заряда из плутония. Правее: так обращался с содержащей плутоний сборкой доктор Слотин (фотография взята из отчета комиссии, расследовавшей одну из первых в истории ядерных аварий). Снимок справа вверху дает представление о такой аварии. Сфотографирован образец плутония, правда, не оружейного, как в опыте Слотина, а изотопа с массовым числом 238. Различия в ядерных свойствах «плутониев» даже более велики, чем «уранов»: в Pu238 не может возникнуть цепная реакция деления, но другие самопроизвольные ядерные реакции протекают столь интенсивно, что металлический Pu238 всегда пребывает в раскаленном состоянии; оружейный Pu239 сравнительно малоактивен (хотя его температура и превышает комнатную на несколько градусов), зато — способен к цепной реакции, которая при определенных условиях может быть взрывной. В опыте Слотина она такой не стала, но Pu239 раскалился, став на несколько секунд похожим внешне на Pu238. Еще один «беспокойный» изотоп — Pu240 — испускает нейтроны спонтанно и на четыре порядка более интенсивно, чем «оружейный» собрат. Высокий «примесный» нейтронный фон не позволяет применять полученный в реакторе плутоний в зарядах ствольного типа (об этом — в конце главы).
Рис. 3.6.
В верхнем ряду слева — снимок макета ядерного реактора ВВЭР-1000. Активная зона состоит из стержней с обогащенным ураном и стержней с веществом, поглощающим нейтроны (последние служат для регулировки мощности). Стержни омываются водой, которая замедляет нейтроны и служит теплоносителем. Вода циркулирует в активной зоне под высоким давлением и нагреть ее без вскипания можно до значительно большей, чем сотня градусов, температуры, обеспечив тем самым эффективный теплоотвод. Очень горячая вода из активной зоны поступает в теплообменник, где отдает свою энергию и та преобразуется для дальнейшего потребления.
Уран в стержнях (называемых ТВЭЛами — тепловыделяющими элементами, показанными в центре) обогащен «двести тридцать пятым» изотопом на 5 или чуть более процентов, он значительно «беднее», чем оружейный. От реактора получают огромную энергию, но, кроме того, U238 из его топлива не идет «в отвал», а превращается нейтронами в другое делящееся вещество при протекании реакций…
U238 + n U239 Np239 Pu239.
Ядерные реакции, продуктом которых является Pu239, в основном заканчиваются через несколько недель после извлечения отработавших ТВЭЛов. Это время они выдерживаются в бассейнах с водой, а их гамма-излучение столь интенсивно, что возбуждает вторичное (черенковское) излучение синеватого цвета в водяной защите (справа). В «отсветивших» ТВЭЛах остается плутоний, который отличается от урана валентностью, что делает возможным его выделение химическими методами.
Выделение энергии при ядерной реакции происходит за счет массы: суммарная масса продуктов реакций меньше, чем ядер, в реакцию вступающих. Офицеры и матросы авианосца «Энтерпрайз» (нижний снимок) выстроилась на полетной палубе, образовав формулу Эйнштейна, связывающую убыль массы («т») реагентов при делении уранового топлива и выделяющуюся при этом энергию («Е»), которой ядерные реакторы обеспечивают их корабль («с» — скорость света). Цифра «40» означает, что все сорок лет службы корабля доказывают справедливость этой формулы. Перезарядка активных зон ядерной энергетической установки авианосца производится раз в три года и обеспечивает дальность плавания более чем в 300000 миль. «Энтерпрайз» вошел в состав ВМС США в 1961 г. и останется в строю до 2013 г. Полное водоизмещение авианосца — 93400 т.
Рис. 3.7.
Сечения взаимодействия некоторых ядер с быстрыми (МэВ-ных энергий) нейтронами. На ординатах каждого графика даны сечения в барнах. Для низко-энергетичных нейтронов различия еще более заметны и характеризуются резонансами — скачками сечений (иногда — в пределах более трех порядков).
Подобные резонансы для нейтронов с энергиями менее 0,1 эВ можно наблюдать и для реакции деления (см. рис. 3.4).
Рис. 3.8.
Нейтронограммы патрона, полученные на нейтронах разных энергий (при задержке запуска электронно-оптического преобразователя относительно нейтронного импульса и без нее). На верхней нейтронограмме, полученной без задержки запуска (на быстрых нейтронах), — различимы только металлические детали. Медленные нейтроны дают возможность обнаружить и заряд пороха, состоящего их «легких» элементов (азота, углерода, водорода, кислорода).
Рис. 3.9.
Анимация: перевод сборки в сверхкритическое состояние при имплозии. Справа — «система многоточечного инициирования»: тонкая полоска целлулоида с обернутой вокруг нее нихромовой проволокой, взятой из «сгоревшего» паяльника. Эта полоска укладывается по периферии «заряда» и при подаче тока воспламеняет инициирует реакцию в бихромате по внешней поверхности.
Рис. 3.10.
Слева — элемент детонационной разводки. Справа — детонационная линза, состоящая из взрывчатых веществ с разной скоростью детонации (у внешнего слоя она выше). Форма зарядов подобрана так, что если инициировать этот конус на вершине, то к его основанию придет детонационная волна сферической формы.
Рис. 3.11.
Детали боевого блока: носовая часть и розетки электродетонаторов.
Рис. 3.12.
Макет, предназначенный для демонстрации экскурсантам принципа имплозии, оснащен несколькими десятками «детонаторов». Натурный заряд такого типа требует значительно большего энергообеспечения системы инициирования и менее надежен по сравнению с устройством, в котором используется многоточечная детонационная разводка.
Рис. 3.13.
Верхний ряд, снимки 1 и 2: цилиндрическая имплозия. Там, где детонационные волны сталкиваются, давление и температура значительно выше, поэтому области столкновений на снимках ярко светятся. Измерив по фотографии расстояние между центром точки инициирования и границей такой области и зная скорость детонации ВВ, можно определить, какое время прошло с момента инициирования до столкновения волн. Электродетонатор, находящийся в позиции, соответствующей положению часовой стрелки «полтретьего», сработал раньше других (примерно на 0,4 микросекунды): для этой точки инициирования упомянутое расстояние больше среднего значения. Начавшаяся раньше детонация «успела» расширить свой сектор за счет соседей и раньше «толкнула» находящийся в центре объект, нарушив симметрию сжатия. От этого опыта остался и «свидетель» — медный электрод (справа), на обратной поверхности которого, в местах столкновения детонационных волн, заметны откольные явления.
Такие же наглядные снимки сферической имплозии получить невозможно, поэтому внутри метаемого взрывом шарового слоя размещается «башня» с множеством контактных датчиков различной длины (нижний левый снимок). Сжимаемый имплозией шаровой слой последовательно замыкает эти датчики, что дает возможность, зарегистрировав моменты замыкания, определить элементы движения слоя. Левее — детонаторы, применявшиеся в ядерных зарядах: вверху — мостиковый, ниже — высоковольтные, не содержащие инициирующего ВВ. Справа — контейнер для боекомплекта.
Рис. 3.14.
Верхний и центральный ряды — иллюстрации процесса монтажа первого имплозивного заряда «Гаджет» (заимствованы из подлинной американской инструкции). 1 — детали из плутония; 2 — полоний-бериллиевый источник нейтронов; 3 — герметизирующая прокладка рифленого золота; 4 — капсула из урана-238; 5 — сегменты ВВ; 6 — элемент шарового слоя из алюминия. Конструкция ядерного заряда «Гаджета» иная, чем изображенная на анимации (рис. 3.9): в нем нет замедлителя нейтронов, вместо него плутониевый шар окружен слоями отвального урана и алюминия. Импеданс алюминия повыше, чем у продуктов детонации ВВ, поэтому после имплозии давление ударной волны в нем повышается (рис. 1.15). Оно повышается еще раз при переходе волны в уран, одна только плотность которого выше, чем у алюминия более чем в семь раз! Массивный шаровой слой отвального урана повышает также инерционность сборки, «давая» плутонию больше времени для деления (торцевые поверхности капсулы 4 — сферические, одного радиуса с этим слоем). Нижний ряд, слева: процесс монтажа. Снимок явно инсценирован, предназначен для публикации в журнале, логотип которого виден внизу. На самом деле, ядерный заряд монтируют не «на коленке», а на станке, позволяющем поворачивать изделие в двух плоскостях, обеспечивая свободный доступ к любому из элементов (правее).
Рис. 3.15.
При мощном ядерном взрыве ударную волну формирует расширяющаяся плазма нагретого радиационной диффузией воздуха; при взрыве малой мощности — то же делает «плазменный пузырь» из вещества, бывшего до взрыва зарядом (снимок «а», сделанный с выдержкой 10 не, в увеличенном по сравнению с остальными масштабе). Понятно, что возможен и промежуточный случай, когда эффективны оба механизма. «Усы», выступающие в нижней части — превращенные излучением в плазму тросы, поддерживавшие металлическую «этажерку», на которой был установлен заряд. Плотность ядер в конденсированном веществе (металле) тросов на много порядков больше, чем в окружающем воздухе, поэтому и плотность энергии, отдаваемой им распространяющимся излучением, выше. Эти взаимодействия сопровождаются высвечиванием разнообразных квантов. Используется накачка излучением и в рентгеновских лазерах). В дальнейшем рентгеновским излучением вокруг пузыря (он виден в центре снимка «б») из воздуха образуется полностью ионизованная плазма; затем плазменный пузырь распадается, а его остатки «подпирают» изнутри слой горячей плазмы («в»); далее эти остатки вырождаются в струи («г»), плазма огненного шара остывает, становится непрозрачной, но интенсивно излучает в видимой части спектра («д»); наконец — формируется ударная волна, а интенсивность излучения снижается. Подобраны наиболее наглядные снимки, полученные при различных испытательных взрывах.
Рис. 3.16.
«Постаревший» огненный шар превращается в облако радиоактивной пыли. Под местом взрыва произошло остекловывание песка, как это было и при первом испытании («Trinity Operation»). Образовавшийся новый минерал получил название «тринитит».
Рис. 3.17.
Испытание Encelade французского термоядерного заряда энерговыделением 440 кт. Атолл Муруроа, 12.06.1971.
Рис. 3.18.
Верхний снимок — нейтронные генераторы, которыми комплектуются заряды W-76. Ниже слева — нейтронная трубка. В ее анодном узле 1, при приложении импульсного напряжения, происходит пробой 2 между анодом и поджигающим электродом. Изолятор между этими электродами — насыщенная дейтерием керамика (розового цвета), поэтому при разряде по ее поверхности образуется много ионов дейтерия, которые разлетаются внутри анодного узла, а затем и покидают его. Между анодным узлом и насыщенной тритием мишенью 3 (катодом), прикладывается напряжение более ста тысяч вольт. Выход ионов дейтерия из экранированной сеткой горловины анодного узла должен происходить в момент, когда это напряжение достигает максимума. Нейтронная трубка генерирует до десяти миллионов быстрых нейтронов на каждый джоуль ее энергообеспечения. Источник высокого напряжения — на нижнем левом снимке. Ток от аккумулятора преобразуется в переменный, а напряжение умножается до величины, обеспечивающей формирование ускоряющего ионы дейтерия импульса. Похожий умножитель можно видеть и в числе деталей разобранной авиабомбы В-61, на рис. 3.42. В современных ядерных зарядах системы взведения, инициирования детонаторов, программное устройство и система нейтронного инициирования объединены, как в блоке Мк-3 AFAF (Arming, Fusing And Firing System, правый снимок), обеспечивающем срабатывание ядерного заряда W-68. Энерговыделение этого заряда — 50 кт, но морская ракета «Посейдон» могла доставить к целям 10 боевых блоков с такими зарядами.
Рис. 3.19.
Разрез природного ядерного реактора в урановой жиле месторождения Окла. За время «работы» реактора выделилось свыше 1018 Дж тепловой энергии, что привело к спеканию рудной массы.
Рис. 3.20.
Схема ядерной боеголовки, устройства автоматики которой размещены в отдельных блоках. Блок инициирования детонаторов — красного цвета, блок нейтронного инициирования реакции деления — белого. Советские блоки автоматики окрашивались в зеленый цвет и на жаргоне зарядчиков назывались «бочками». На врезке — «бочка», из экспозиции музея Академии ракетных войск.
Рис. 3.21.
Временная эпюра наиболее важных событий в ядерном заряде и блоках его автоматики. Рассмотрев рисунок справа, коллега автора ехидно спросил: «Получается, что остатки головной части летят с той же скоростью, с какой расширяется шар?» По мнению автора, рисунок основания для подобного заключения не дает, но, коль скоро такое мнение высказано, следует пояснить: скорость расширения молодого шара на порядки больше, он «вбирает» в себя остатки конструкции и через пару десятков наносекунд становится похожим на свою фотографию рис. 3.15а.
Рис. 3.22.
Вверху: на полноразмерном демонстрационном макете малогабаритной МБР «Миджетмен» (не производившейся серийно) видна конструкция головного зазора ее моноблочной боевой части, тротиловый эквивалент которой должен был составить 600 кт. Внизу: боеголовка 9Н32М советской оперативно-тактической ракеты сухопутных войск «Луна-М» также снабжена устройством, обеспечивающим подрыв до того момента, когда ударные перегрузки могут повредить конструкцию ее ядерного заряда.
Рис. 3.23.
Слева вверху: схема американской авиабомбы Мк-15 mod3, с двухфазным («чистым») зарядом. Вес изделия — 3447 кг, энерговыделение — 3,8 Мт. Заряд включает: запал 1, массивный буфер 2, трубу 3, изготовленную из легкоионизуемого пенополистирола, ампулу с термоядерным топливом 4 и трубку 5 из U235 (при хранении заряда эта трубка служит для удаления гелия-3,— продукта распада содержащегося в топливе трития). Справа — последовательность событий при взрыве заряда. Выход рентгеновского излучения через прозрачный для него корпус запала и диффузия излучения (показано зеленоватым цветом) в пенополистирол («а»). Поток вещества, бывшего зарядом, сдерживается буфером, чтобы он не нарушил цилиндрическую симметрию сжатия ампулы. Давление рентгеновского излучения превышает миллиард атмосфер, а давление образованной им плазмы — еще почти на порядок выше. Топливо сжимается к оси ампулы и разогревается (происходит радиационная имплозия). В сжатом топливе (которое дополнительно «подогревает» деление в длинном сверхкритическом стержне, бывшим ранее трубкой 5), начинается термоядерная реакция («б»). Далее происходит расширение плазмы и начинается образование огненного шара ядерного взрыва («в»). Снимки слева внизу: авиабомба Мк-43 и ампула с буфером — элементы ее термоядерного заряда. При взрыве Мк-43, весящей 960 кг, энерговыделение достигало 1 Мт.
Рис. 3.24.
Авиабомба Мк-36 (верхний снимок) поступила на вооружение Стратегического авиационного командования ВВС США в 1956 году. Каждый из ее вариантов («чистый» и «грязный») производился в двух модификациях. В свое время на долю бомб этого типа приходилось более половины энерговыделения американского ядерного арсенала. Менее мощная авиабомба Мк-28 (нижний снимок, позже обозначение было изменено на В-28) производилась в пяти основных вариантах, а число модификаций конструкции достигло 20. Варианты отличались «чистотой» и энерговыделением (от 70 кт до 1,45 Мт). На снимке — B-28TN, это изделие не имело тормозного парашюта и предназначалось для подвески в бомбоотсеках самолетов В-52 и F-105.
Рис. 3.25.
Оснащение конского поголовья противогазами — важный элемент обеспечения мобильности войск в условиях ядерного конфликта.
Рис. 3.26.
Устройство для неядерного инициирования реакции синтеза.
1 — спиральный взрывомагнитный генератор, формирующий мощный импульс тока;
2 — сферический сетчатый токовый контур (чтобы не загромождать рисунок, концентрические сетки изображены схематично, окружностями);
3 — термоядерное топливо.
Протекание значительного тока при срабатывании СВМГ приводит к тому, что создаваемое им поле с большой силой «расталкивает сетки», при этом легкая внутренняя сетка сжимает термоядерное топливо.
Рис. 3.27.
На контейнере М-102, предназначенном для заводского хранения термоядерного узла, имеется манометр для контроля давления гелия-3, выделяющегося при распаде трития.
Рис. 3.28.
Вверху — советская термоядерная бомба А602ЭН рекордной (более 50 мегатонн) мощности, не производившаяся серийно. После взрыва экспериментального образца на Новой земле, в Норвегии еще достаточно сильная ударная волна выдавила немало оконных стекол. Приборы метеостанций зафиксировали троекратное огибание планеты воздушными возмущениями. Конструкция допускала двукратное повышение энерговыделения, однако вероятность доставки бомбы к цели представлялась сомнительной: размеры чудовища весом 26,5 т не давали возможности даже закрыть бомболюк Ту-95В — новейшего по тому времени самолета.
Энерговыделение взрыва американской авиабомбы Мк-17 (нижний снимок) не превышало 15 Мт, но с этими бомбами (вес — 10,1 т) регулярно вылетали на боевое патрулирование и подолгу находились в воздухе бомбардировщики В-36.
Рис. 3.29.
Производившийся в 50-х годах бомбардировщик В-36 был самым большим в истории самолетом с поршневыми двигателями. Их у него было шесть (с толкающими винтами), а, кроме них — еще и четыре турбореактивных. В-36 мог нести различные образцы ядерного оружия, например — бомбы Мк-6 весом 3,9 т, энерговыделением до 160кт (слева внизу), но не только. В полетах на межконтинентальную дальность В-36 не могли охранять истребители сопровождения, поэтому было задумано придать ему собственный истребитель (XF-85, на правом нижнем фото), также разместив его (со сложенными крыльями) в бомбоотсеке. Сбросить такой истребитель, как бомбу, было нехитрым делом, а вот принять обратно… При возвращении из бомбоотсека выпускалась рама, за которую «карманный» истребитель должен был зацепиться выпускаемым из носовой части крюком (окрашен в черный цвет). Затем истребитель складывал крылья и его втягивали в бомбоотсек. Нечего и говорить, какого мастерства требовала такая операция от пилота XF-85, фактически сидевшего верхом на турбореактивном двигателе.
Рис. 3.30.
В 70-х годах Королевским ВМС были поставлены ракеты «Поларис», разработанные фирмой «Локхид миссайлс энд спейс» (США). Эти морские ракеты получили боевое оснащение собственной, британской разработки. Слева — платформа разведения боевых блоков ракеты «Polaris АЗТК». Термоядерная капсула боевого блока выступает из юбки, в которой размещен «запал» — заряд деления. Справа: после разделения боевых блоков, платформа подрывалась — этим создавалось множество обломков, среди которых маскировались от средств ПРО противника боевые блоки ракеты.
Рис. 3.31.
Слева макет китайской ядерной авиабомбы. Справа — макет (с иллюминатором) термоядерной моноблочной боевой части.
Рис. 3.32.
Слева — макет авиабомбы Мк-1 («Малыш», Little Boy) с зарядом ствольного типа, сброшенной 6 августа 1945 г. на Хирошиму. В центре — макет бомбы Fat Man (название обычно переводят как «Толстяк», но точнее — «Жирный»), взорвавшейся 9 августа 1945 г. над Нагасаки. Справа — «Гаджет», имплозивный заряд «Жирного».
Рис. 3.33.
Схема ядерного заряда авиабомбы Мк-1. Давление газов от горения бездымного пороха 1 разгоняет по стволу 2 поддон с собранной из колец стержнем 3 из U235. Движение поддона заканчивается вхождением стержня в трубу 4 (также из U235) и ударом по источнику нейтронов 5, что приводит к контакту полония и бериллия и необходимой для инициирования цепной реакции эмиссии нейтронов (до этого момента полоний и бериллий не контактируют, так что и нейтроны не эмиттируются). В момент инициирования трубка и стрежень из U235 образуют цилиндр со сверхкритическими параметрами.
Рис. 3.34.
Слева — корпуса ядерных авиабомб, изготовленных в Южно-Африканской республике. Вставший в 1989 г. на путь демократических преобразований Ф. де Клерк (президент ЮАР) распорядился демонтировать и уничтожить в присутствии представителей международной общественности 6 имевшихся бомб. Общественность констатировала, что заряды бомб были урановыми, ствольного типа.
Контраст такой политике гласности — поведение правительства Израиля, которое никогда не вносило ясность в вопрос о наличии в его распоряжении ядерного оружия. Мало того, в 1985 г. оно бестактно уволило техника Вануну, трудившегося в ядерном центре Димона. Вануну в отместку вскрыл утаиваемое от международной общественности, опубликовав характерную фотографию (справа). Если предположить, что сфотографированные детали имеют отношение к делящимся веществам, то общественность имеет основания для вывода: сборка — часть заряда имплозивного типа. Полость в никелированной (вероятно — плутониевой) сердцевине закрывается ввинтной крышкой: туда, перед боевым применением, помещают изотопный источник. Источник этот инициирует цепную реакцию нейтронами, когда внутренняя поверхность сжимаемой взрывом плутониевой сборки ударом вминает золотую оболочку, на которую электролитически нанесен полоний, в шарик из бериллия. Шаровой слой темного цвета, скорее всего, предназначен для увеличения инерционности сборки. В отличие от ЮАР, в Израиле нет урановых месторождений, поэтому создание более сложного заряда из реакторного плутония было, возможно, вынужденным решением.
Рис. 3.35.
Конгрессмен Курт Уэлдон выпучив глаза от ужаса, демонстрирует макет «ядерного чемоданчика» со ствольным зарядом, который «мог попасть в руки террористов». Вполне вероятно, что выступление на пресс-конференции было игрой, рассчитанной на достижение политических целей, причем — весьма рискованной: случись в числе слушателей специалист — он мог бы рассмеяться, увидев макет, сработанный любителями. Размеры свинченного из обрезков водопроводных труб «ствола» чересчур малы, чтобы разместить в нем критическую сборку; вызывают улыбку и тумблер бытового назначения, а также создающие впечатление «сложности» лампа и конденсатор. Автор лично знаком с Куртом Уэлдоном и подозревает, что этот компетентный политик, председатель подкомитета Палаты представителей Конгресса США по делам вооруженных сил, знает, как выглядит, например, диверсионный ранцевый заряд В-54, длиной 44 см и весом 26 кг, оснащенный имплозивной сборкой.
Рис. 3.36.
Слева — имитация ядерного устройства SADM (оружия диверсантов Армии США), изготовленная фирмой WMD Training Devices как учебное пособие для агентов спецслужб. Справа — произведенный той же фирмой имитатор самодельного ядерного заряда имплозивного типа. Если «чемоданчик» выглядит правдоподобно, то о «заряде» этого сказать нельзя: его диаметр — чуть ли не минимально возможный. В СССР подобную продукцию признали бы вредительской, созданной специально для того, чтобы ввести в заблуждение неустанно бдящих в бессонном карауле героев незримых битв, потому что работоспособный самодельный заряд, слепленный террористами «на коленке», размерами скорее напоминал бы «Гаджет» (рис. 3.33). Изготовление же именно малогабаритного заряда — сложнейшая задача, для этого нужны специалисты наивысшей квалификации и уникальное оборудование, да еще необходимо где-то украсть плутоний высокой чистоты.
Рис. 3.37.
Слева — разработанное по программе «Плоушер» для мирного применения термоядерное устройство с зарядом ствольного типа в качестве запала. Справа вверху — скважина для подземного ядерного испытания. Чтобы исключить прорыв радиоактивных газов, ее устье изрядно укреплено. Вверху видны аэростаты с регистрирующей аппаратурой. Ниже — воронка, образовавшаяся после одного из экскавационных (предназначенных для выемки грунта) взрывов, проведенного еще во времена, когда испытания, сопровождающиеся радиоактивными выбросами, не были запрещены. Фото предоставлено архивом Национальной лаборатории в Лос-Аламосе.
Рис. 3.38.
В создании первых образцов советского ядерного оружия решающую роль сыграла информация разведки. Однако бомба РДС-1 (слева) не была слепой копией «Жирного», из тех, при создании которых дюймовые резьбы винтов и гаек скрупулезно переводятся в метрические (достаточно взглянуть на антенны системы предконтактного подрыва: у РДС-1 и «Жирного» они отличаются). Да и ядерный заряд РДС-1 (справа) «облагорожен» по сравнению с американским аналогом.
Рис. 3.39.
Вверху слева — британский контейнер с ядерной авиабомбой WE-177. В первых образцах британского ядерного оружия одна из мер безопасности предусматривала заполнение полости в сборке с делящимся веществом стальными шариками. Тем самым исключалось достижение критичности при несанкционированной имплозии. Перед санкционированным применением холостая заглушка из сборки удалялась, шарики высыпались и вместо заглушки монтировался боевой элемент. Правее — контейнер хранения американского ядерного заряда. В зарядах W-47, которыми комплектовались боеголовки ракет Polaris А1 и А2, через плутониевый шар проходила проволока из сплава, содержавшего интенсивно поглощающий нейтроны бор: в такой сборке цепная реакция развиться не могла. Перед подрывом заряда проволока сматывалась электродвигателем; возвращение в сборку поглощающей нейтроны проволоки не предусматривалось. Нижний ряд: слева — советская боеголовка 15Ф54 в раскрытом контейнерах хранения, справа — контейнер для боеголовки 9Н65.
Рис. 3.40.
На верхнем снимке — сержант ВВС США проводит экскурсию для полного (четырехзвездного) генерала. Судя по тому, что лючки обслуживания ядерной авиабомбы В-61 открыты, даются пояснения процесса подготовки к боевому применению. В британской авиабомбе WE-177 для этого необходимо (средний ряд): заменить холостые заглушки (красного цвета) на боевые, содержащие детонаторы и замыкающие важнейшие контакты; подать по кабелям в изделие кодированную последовательность электрических сигналов, делающую возможным взведение. Нижний ряд: поворот боевого ключа (слева), а также установка высоты подрыва — следующий этап приведения бомбы в боевую готовность. При сбросе, современная ядерная бомба подает сигнал на самописец навигационной системы самолета, что позволяет при «разборе полета», определить, где именно было сброшено изделие.
Рис. 3.41.
17 января 1966 г. над испанской деревушкой Паломарес столкнулись два самолета Стратегического авиационного командования ВВС США: бомбардировщик В-52 и заправщик КС-135. С падающего В-52 аварийно сбросили четыре не взведенных термоядерных боеприпаса. Это были бомбы B-28F1 (мощностью по 1,1 Мт), предназначенные для применения с внешней подвески и отличающиеся от уже знакомых читателю B-28TN наличием хвостового отсека с двумя парашютами — вытяжным и основным. Ни одного взрыва (даже неядерного) при приземлении и приводнении бомб не произошло, хотя изделия получили повреждения, и утечка из них радиоактивных материалов сделала необходимой рекультивацию почвы в местах падения. За несколько лет до этой аварии при пожаре произошел взрыв (неядерный) боеголовки W-40 зенитной ракеты «Бомарк». В этом случае имело место рассеяние очень ядовитого плутония, что потребовало снятия и захоронения значительного слоя почвы на месте аварии.
Рис. 3.42.
Верхний снимок: авиабомба В-61 (учебная) на внешней подвеске истребителя-бомбардировщика. Ниже — её неполная разборка. Не разобранными остались неконтактный взрыватель (в носовой ее части), аппаратура проверки (в чемоданчике). Не разобран и ядерный заряд, что, возможно, методически и верно, потому что бомбы эти снаряжаются устройствами нескольких типов, например (для решения тактических задач), — зарядом деления, предусматривающим переключение энерговыделения в пределах от 300 т до 170 кт тротилового эквивалента. Для изделия, предназначенного для действия по стратегическим целям, энерговыделение термоядерного заряда (правый нижний снимок) достигает 340 кт. В этом заряде запал деления и термоядерная ампула заключены в оболочку, внутренняя поверхность которой хорошо отражает рентгеновское излучение, концентрируя его на ампуле. С 1963 года были разработаны полтора десятка модификаций этой бомбы, а всего было произведено 3155 штук. 1265 бомб В-61 до сих пор состоят на вооружении. Более того, планируется разработка новой модификации В-61-12, с зарядом, энерговыделение которого будет меняться в столь широких пределах, что станет возможным его универсальное использование — как для решения стратегических, так и тактических задач.
Рис. 3.43.
Элементы заряда одной из модификаций авиабомбы В-61. Специалисты Национальной лаборатории в Лос Аламосе, где он создавался, не указали их назначение, но можно предположить, что позолоченные, вставляющиеся один в другой, сферические элементы — детали сборки деления, а цилиндрические принадлежат термоядерному узлу.
Рис. 3.44.
Натурные испытания ядерного оружия на морских целях.
Рис. 3.45.
Изображенный на картине, лежащий на дне, потопленный ядерным взрывом авианосец «Саратога» (вверху) и фотография того же корабля в его лучшие времена.
Рис. 3.46.
Бывший германский тральщик Т-219, использованный как мишень при испытаниях ядерного оружия, а затем — крылатых ракет.
Рис. 3.47.
На верхнем левом снимке — боевая ступень советской ракеты средней дальности 15Ж53 «Пионер УТТХ». Из трех боевых блоков 15Ф542 (индекс их ядерного заряда — АА-74) установлен только один и его плохо видно, зато хорошо видны сопла двигателей, обеспечивающих маневры «автобуса» (ступени разведения). Ракеты 15Ж53 уничтожены в соответствии с договором между СССР и США, однако у российской МБР 15Ж65 «Тополь М» боевая ступень во многом аналогична «пионерской». Боевой блок входит в атмосферу с такой скоростью, что не просто образует ударную волну: температура сжатого воздуха столь высока, что происходит ионизация. Благодаря свечению плазмы, маневры разведения боевых блоков хорошо видны на левом нижнем снимке, сделанном камерой с открытым затвором (правее — результат компьютерного моделирования течения воздуха при движении блока). Понятно, что сфотографированы макеты боевых блоков, но и холостая болванка, летящая с гиперзвуковой скоростью, при прямом попадании поразила бы точечную цель вроде ракетной шахты. Однако подобное завершение полетного задания крайне маловероятно, современные системы наведения такую точность не обеспечивают, и ядерный заряд служит для компенсации промаха, который тем значительнее, чем больше дальность стрельбы. Представить «компенсацию» поможет аналогия: внизу справа — сделанный с экрана микроскопа снимок проросших на травленой подложке структур CoFeB.
Точность характеризуется круговым вероятным отклонением (КВО) — радиусом круга, в который, при стрельбе на максимальную дальность, боевой блок попадет с вероятностью 50 %. Поражение цели — также задача, описываемая теорией вероятностей: например, при наземном подрыве боевого блока с энерговыделением около 500 кт на расстоянии 160 м от шахты, выдерживающей давление ударной волны в 70 атмосфер, вероятность поражения — 90 %. Максимальные дальности стрельбы МБР 15Ж65 и морской ракеты UGM 133А «Трайдент» D5 (ее боевая ступень — на правом верхнем снимке) одинаковы (10500 км), однако D5, стартовый вес которой — 59 т (на 25 % больший, чем у «Тополя»), несет восемь блоков, в то время как «Тополь» — один. Правда, мощность боевого блока «Тополя» (550 кт) выше, чем у «Трайдента» (475 кт для заряда W-88). Поскольку плотность энергии в ударной волне убывает пропорционально квадрату расстояния, такое соотношение обеспечивает «Тополю» выигрыш 8 % в дальности компенсации промаха по цели равной стойкости. Однако зарядам W-88 требуется компенсировать куда меньшие промахи (КВО каждого из блоков «Трайдента» — 90 м, в то время как блока «Тополя» -400 м) и это придает ракете D5 способность поражать намного лучше защищенные цели.
Рис. 3.48.
Примерно так выглядит поражение цели проникающей боеголовкой ракеты средней дальности «Першинг 2», предназначенной для уничтожения высокозащищенных целей (таких, как пункты боевого управления). При значительном заглублении (справа вверху) огненный шар не образуется. При меньшем заглублении (внизу слева), плазма прорывается через слой метаемого взрывом грунта.
Рис. 3.49.
Калибр советского ядерного снаряда 35B3 с энерговыделением, эквивалентным одной килотонне тротила — всего 152 мм. Особенность работы ядерного заряда на носителе с малым подлетным временем — минимальное время приведения в готовность к подрыву. Все потребности в электроэнергии заряда и блоков его автоматики обеспечиваются витковым взрывомагнитным генератором (об устройстве ВМГ — в следующей главе), который срабатывает от детонационного импульса неконтактного радиолокационного взрывателя. При сжатии созданного постоянными магнитами поля за микросекунды ВМГ генерирует токовый импульс энергией в несколько джоулей.
Рис. 3.50.
Выстрел ядерным снарядом. Энерговыделение эквивалентно взрыву 15 килотонн тротила.
Рис. 3.51.
Взрыв (с энерговыделением 10 кт) заряда W-44, которым комплектуется противолодочная ракета «Асрок».
Рис. 3.52.
В отличие от статического, всестороннего сжатия, деформация вещества в ударной волне происходит в направлении ее распространения. При этом возникают напряжения вдоль других осей и, если они превосходят предел прочности, кристаллическая решетка ломается, что создает условия для возрастания плотности вещества. На полученном при большом увеличении снимке — фазовый переход: слева внизу — кристаллическая структура, справа вверху — аморфное вещество.
Рис. 3.53.
Слева — монтаж боевых блоков на платформе боевой ступени МБР LGM-118А «Пискипер». Заряд W-87 каждого из этих блоков весит 242 кг и при взрыве формирует ударную волну с такими же параметрами, как и взрыв 47 5 тысяч тонн тринитротолуола (чтобы перевезти это количество взрывчатки по железной дороге, потребовалось бы 8000 грузовых вагонов). В запале используется ВВ 1, содержащее 90 % октогена (циклотетраметилентетранитроамина), более мощного, чем гексоген, но менее чувствительного к удару и нагреву. Инициирование детонации в разводке запала производится одновременно только в двух точках электродетонаторами 2, сигнал на которые, так же как и импульсный поток нейтронов, запускающий цепную реакцию, формирует блок AFAF 3. Для минимизации размеров запала плутоний 4 окружен замедлителем 5 из бериллия, но применено газовое термоядерное усиление мощности. Промежутки между ампулой и запалом заполнены пенополистиролом 7. Конструкция термоядерного узла обеспечивает наиболее эффективную — сферическую — радиационную имплозию ампулы, состоящей из концентрических шаровых слоев: тяжелых урановых 8 (внутренний — полый) и тяжеловодородного соединения лития-6 95 %-ного обогащения (9). В одной из модификаций заряда внешняя оболочка и сердцевина ампулы сделаны из урана-235. Не только нейтрон с «термоядерной» энергией, но и любой (например — низкоэнергетичный, из запала) вызовет в такой ампуле деление, да не одно, а целую цепь! В результате заметно повышается мощность, поскольку возрастают параметры сжатия и доля топлива, вступающего в реакции. Корпус 10 (на жаргоне разработчиков — «арахис», хотя, на взгляд автора, он более напоминает грушу) отражает и максимально сберегает для радиационной имплозии излучение запала и включает, для дополнительного усиления взрывного эффекта, U238. Все эти решения позволили достичь для заряда W-87 очень высокого отношения энерговыделения к массе.
Помимо боевых блоков, на платформе размещаются ложные цели, а также генераторы помех — для противодействия РЛС противоракетной обороны противника.
Рис. 3.54.
Проникающую (нейтронную и гамма) радиацию увидеть нельзя, но можно наблюдать вызываемые ею эффекты. Так, ионизация воздуха приводит к возрастанию его проводимости и, если недалеко от взрыва есть грозовые облака, электропрочность воздуха нарушается и следуют разряды молний.
Рис. 3.55.
Читатель, возможно, удивится, но изображенное на снимке называется… компьютером. Такие механические вычислители на заре ядерной эры имели командиры, чтобы рассчитывать эффекты ядерных взрывов.
Рис. 3.56.
МБР базируется в шахте, крышка которой весит многие десятки тонн (снимок вверху), и для получения данных о стойкости шахты по отношению к ударной волне необходим чрезвычайно мощный взрыв и колоссальные расходы на такой опыт. Однако автомодельность процессов газовой динамики дает возможность оценить стойкость на макете: на нижнем левом снимке — «обдутая» копия шахты МБР LGM-118A в масштабе 1:8 в воронке от модельного взрыва. Данные в этом случае получены при подрыве всего нескольких тонн обычного ВВ (правее).
Рис. 3.57.
Эффекты воздействия светового излучения ядерного взрыва в Хирошиме. Там, где на кимоно этой японки был темный рисунок, поглощено больше лучистой энергии, нагрев прилегавший к телу ткани вызвал тяжелые ожоговые поражения. Ткань светлых оттенков отразила значительную часть излучения, послужив защитой.
Рис. 3.58.
На фотографии слева — «гриб» не от ядерного взрыва, а от срабатывания напалмовой «зажигалки». Явления похожи вследствие подобия конвективных течений газа. Такое течение возникает, когда в поле тяжести пузырь нагретого (и потому — более легкого) газа поднимается вверх, чуть-чуть поджимая перед собой «омывающий» его холодный воздух (ни о какой ударной волне, понятно, речи в этом случае нет). Ну а позади пузыря, в область разреженного его движением воздуха, втягиваются пыль и дым, образуя «ножку» гриба.
Напалм — горючее (бензин, авиационный керосин), загущенное солями жирных кислот, преимущественно нафтеновых и пальмитиновых, откуда и название: «На-Палм». Впервые применено во Второй мировой войне американскими войсками против японцев, оборонявшихся в многочисленных пещерах на островах Тихого океана. Смесь солей — сыпучий порошок, она вполне безопасна. Будучи разбавлена бензином, смесь приобретает консистенцию студня, и, когда этот «студень» воспламеняется, жар вокруг очень силен. Горящий напалм становится жидким, затекает в щели. Его «звездным часом» стала война в Корее, (1950–1953 гг.), где самолеты тактической авиации США штурмовали зажигательными баками густые цепи китайских «народных добровольцев», которые наступали, не считаясь с потерями от артиллерийского и пулеметного огня. Позже, во Вьетнаме, в напалм стали добавлять капсулированные шарики белого фосфора. Такую смесь нельзя было погасить — она самовоспламенялась (снимок справа), а ожоговые травмы от нее, из-за присутствия фосфора стали еще кошмарнее.
Рис. 3.59.
Действие ударной волны по наземным целям можно усилить, поскольку при отражении ударной волны от грунта (ударно-волновой импеданс которого довольно высок) давление возрастает. Оптимальная высота подрыва зависит от энерговыделения заряда и стойкости целей. На теневом снимке подрыва всего 10 мг динитродиазофенола — отражение волны. Давление максимально в области, где падающая и отраженная волны сопрягаются. На снимке справа, за снятым обтекателем авиабомбы Мк-17 — устройство, обеспечивающее высотный подрыв.
Рис. 3.60.
В иллюстрации Комптон-эффекта (слева вверху), вызывающего формирование ЭМИ ЯВ, многие объекты стилизованы: электромагнитные излучения изображены простыми синусоидами, хотя они представляют колебания напряженностей электрического и магнитного полей. Изображение атома несколько ближе к реальности: электроны в нем не представляют компактные частицы, вращающиеся по орбитам, а в соответствии с принципом Гайзенберга «размазаны» по ним (автор также попытался изобразить орбиты, соответствующие различным энергетическим состояниям). Принцип неопределенности следует из квантовой природы частиц: точности одновременного определения координаты и скорости частицы связаны константой. Характерный размер ядра на несколько порядков меньше размеров электронных орбит (а не в несколько раз, как на рисунке), но в ядре сосредоточена практически вся масса атома. Оно также может находиться в различных энергетических состояниях (основном или возбужденных).
Углы рассеяния и отдачи при Комптон-эффекте невелики, так что от точки взрыва расходится ток электронов, быстро опережающих намного более тяжелые ионы, за счет чего происходит разделение зарядов (справа вверху). Сферически-симметричная система зарядов излучать не может, однако плотность воздуха меняется с высотой, что вносит асимметрию и в плотность зарядов. Параметры такого электрического диполя при движении зарядов разных знаков меняются, при этом генерируется излучение, мощность которого пропорциональна второй производной дипольного момента по времени.
Деформация магнитного поля образованным ядерным взрывом, хорошо проводящим плазмоидом (не в масштабе, в центре справа) вызывает излучение вследствие изменения магнитного момента.
Помимо Комптон-эффекта, при ядерном взрыве на большой высоте происходят и другие взаимодействия, вызывающие переходы атомов (в основном — кислорода и азота) на возбужденные уровни и последующее их высвечивание в различных областях видимой части спектра. Становится видна структура магнитных силовых линий нашей планеты (внизу слева), а также происходит красивое явление, известное как «северное сияние» (естественным образом оно вызывается потоками заряженных частиц от вспышек на Солнце).
Рис. 3.61.
База ВВС США Кёртлэнд. Испытания стойкости электронного оборудования бомбардировщика В-52 — ветерана стратегической авиации, вот уже полвека находящегося в строю. Этот уникальный самолет останется на вооружении и в 30-х годах XXI века. Поскольку длины волн ЭМИ ЯВ — сотни метров, огромны и размеры антенны, излучающей имитирующий импульс (для сравнения: длина самолета — 48 м, размах крыльев — 56 м). Установка сделана из дерева, чтобы не вносить искажений в распределение полей, и представляет самое большое в мире сооружение из этого материала.
Рис. 3.62.
На высотах порядка сотни километров плотность газов очень низка, но об их присутствии свидетельствуют те же фотографии ядерных взрывов. Слева — фотография взрыва Kingfish, мощностью около 1 Мт на высоте 97 км. Красное свечение вызвано возбуждением атомов (не молекул!) кислорода. Справа — тот же эффект после взрыва на меньшей высоте, где преобладает вызванное возбуждением электронами молекул воздуха и последующим их высвечиванием синего цвета.
Рис. 3.63.
Внешняя оболочка боевого блока Mk-2RB морской ракеты «Поларис АЗ» получена методом намотки асбестового волокна, скрепленного фенолформальдегидной смолой. Этот слой расходуется (уносится набегающим потоком воздуха) по мере выгорания, но, ввиду его низкой теплопроводности, успевает предохранить от воздействия высокой температуры основную конструкцию на конечном участке траектории. Заряд W-58 боевого блока, весом 116 кг и с энерговыделением 200 кт, состоял на вооружении подводных ракетоносцев ВМС США с 1964 по 1984 г.
Рис. 3.64.
«Спринт» отличается от других зенитных ракет внешним видом, что объяснимо: ее цели — боевые блоки МБР — самые высокоскоростные, и маневрировать при их перехвате необходимо с очень высокими скоростями и перегрузками (на изображенном в центре испытательном пуске противоракету «заставили сделать крендель», чтобы продемонстрировать эти качества). Ядерный взрыв, уничтожающий боевой блок на большой высоте, также выглядит необычно: «космы» образовались из обрывков плазменного пузыря, в безвоздушном пространстве интенсивно рассеивающих свое вещество в полете.
Рис. 3.65.
Вверху — 203-мм снаряд ХМ-753 с нейтронным зарядом W-79 (изображен на рисунке красным цветом). Было произведено 325 таких снарядов и 225, при взрыве которых происходило только деление плутония. Внизу — заряд W-70 для боеголовки оперативно — тактической ракеты «Лэнс». Заряд W-70 mod3 — нейтронный вариант, энерговыделение при взрыве которого лишь немного превышало 1 кт. Отказ от нейтронного поражения, полное использование энергетических возможностей этого заряда в одной из его модификаций позволило поднять энерговыделение в сто раз.
Рис. 3.66.
Слева — приготовления к опыту. Один из объектов испытания — танк Т-62 советского производства. Судя по размерам, на вышку поднят заряд из нескольких тонн обычного ВВ. Справа: по таким целям предполагалось применять оружие с повышенным выходом нейтронного излучения.
Рис. 3.67.
Разделка на металлолом корпусов американских ядерных авиабомб. На переднем плане — корпуса Мк-2, неудачный выбор делящегося вещества для которых привел к закрытию проекта.
Рис. 3.68.
На рисунках изображены возведение и полет космического корабля «Орион». Он напоминал пулю высотой в 16-этажный дом, должен был весить 4000 т и быть снабжен платформой теневой защиты диаметром 40 м. Корабль должны были пинать взрываемые каждую секунду ядерные заряды с энерговыделением в 100 т. В 1964 г. ВВС США, одумавшись, прекратили финансирование «Ориона».
Рис. 3.69.
Хотя британская авиабомба Мк-1 «Голубой Дунай», с имплозивным зарядом деления, была принята на вооружение спустя восемь лет после появления «Жирного», она превосходила его по габаритам в полтора раза, а по энерговыделению — уступала вдвое.
Рис. 3.70.
Плод фантазии художника: перехват боевых блоков рентгеновскими лазерами, рабочие тела каждого из которых — медные стержни — направляются на несколько целей. Такой тип лазера никогда не испытывался, потому что сразу появились обоснованные сомнения в его эффективности: любому из стержней достается лишь мизерная часть излучений ядерного взрыва.
Рис. 3.71.
В процессе разведения блоков в их боевой порядок включают ложные цели (ЛЦ) — для отвлечения средств ПРО противника. Материал легких надувных ЛЦ (слева, вверху) — металлизованная майларовая пленка. На достаточно большом расстоянии отличить такую ЛЦ от боевого блока ни оптическими, ни радиолокационными средствами невозможно. При входе боевого порядка в атмосферу легкие надувные ЛЦ отстают, но «стрелять» ренгеновскими лучами уже поздно: защитой блоков служит слой воздуха. При движении в высокоскоростном воздушном потоке, поверхность боевого блока нагревается, его можно обнаружить по тепловому излучению и уничтожить ракетой-перехватчиком. На этом этапе «работают» ЛЦ другого типа: малоразмерные, но тяжелые. Горение пиротехнического состава в такой ЛЦ имитирует тепловой «имидж» (ниже) боевого блока. Справа — вставленные одна в другую «тяжелые» ЛЦ из экспозиции музея Академии ракетных войск.
Рис. 3.72.
Программа испытаний боевых блоков на стойкость к различным поражающим факторам весьма обширна. Среди оригинальных методик — комплексные «нагревоударные» испытания, в ходе которых вокруг изделия форсунками распыляется жидкое взрывчатое вещество, затем инициируемое во множестве точек излучением лазеров.
Рис. 3.73.
Накачка рентгеновским излучением ядерного взрыва стержней (рабочих тел лазера 1) через плазму 2, образованную из пенополистирола, более эффективна, чем их прямое облучение, но пока удалось достичь величины излучаемой энергии немногим более сотни килоджоулей, а лучи 3 могут быть направлены только на одну цель. Рабочие тела — очень длинные и тонкие — изображены не в масштабе.
Рис. 3.74.
Теневой снимок ударных волн, сформированных при выстреле.
4. Сделать им «клоуна»! ⇢
Рис. 4.1.
Верхний снимок: управляемая ракета «Мейврик» поражает высокозащищенное укрытие. В центре: попадание в танк оперативно-тактической ракеты 9К79 «Точка». Нижние снимки: поражение самолета в укрытии управляемой бомбой GBU-39 с проникающей боевой частью.
Рис. 4.2.
Верхний снимок: среди высокоточных боеприпасов. База ВВС США Эглин, 1999 г. Современные технологии позволяют превратить и устаревшие снаряды и свободнопадающие бомбы в управляемые. На нижней серии снимков: на полетной палубе авианосца команда оружейников, ввинтив в свободнопадаюшую бомбу вместо взрывателей стальные штанги, готовится поднатужиться и подвесить изделие к самолету; когда вместо штанги в очко под головной взрыватель будет ввернут блок управления, бомба приобретет способность наводиться на указанную лазерным лучом цель. Аналогичная технология разработана и для артиллерийских боеприпасов (правый снимок).
Рис. 4.3.
Пуск управляемой ракеты MIM-104 зенитно-ракетного комплекса «Пэтриот».
Рис. 4.4.
Повышение точности систем наведения позволяет реализовать безъядерный перехват боевого блока. Верхний ряд, слева направо…
—старт и маневр противоракеты, снятые камерой с открытым затвором;
—инфракрасная система наведения позволяет с высокой точностью вывести ракету на курс перехвата;
—вблизи цели обтекатели сбрасываются и разворачивается, до этого момента.
—свернутый, кинетический перехватчик.
Нижний снимок: столкновение с таким перехватчиком, на скорости около 10 км/с, гарантированно уничтожает боевой блок.
Рис. 4.5.
Такие нанотехнологические роботы-разведчики уже разрабатываются и должны начать жужжать, выполняя свои миссии к 2015 г.
Рис. 4.6.
Верхний ряд: американский листовой эластичный взрывчатый материал «деташит» с постоянной скоростью детонации. По требованию заказчика, в него могут быть добавлены красители разных цветов. Тот же ВМ выпускается в шнуровом варианте («детафлекс»), в пластиковой оплетке или без нее (центральный ряд), а также — в виде тонких (0,5 мм) лент (нижний ряд, слева). Для промышленных целей выпускаются жидкие взрывчатые материалы (правее). Их, например используют для извлечения взрывом обломков сверл, застрявших в заготовках. Бинарные ВМ (справа) повышают безопасность: они приобретают взрывчатые свойства, только когда смешивают их компоненты, по отдельности к взрывному разложению не способные.
Рис. 4.7.
Обнаруженная в середине 90-х годов и уничтоженная подрывом мина к 82-мм миномету, произведенная в 1939 году (слева). Дилетантам нельзя «оприходовать» и даже трогать такие находки, потому что их взрыватели были взведены при выстрелах и неизвестно, какая малость помешала им сработать.
Нечего и говорить, что обезвреживание боеприпасов, особенно, мин — весьма опасная задача. Некоторые саперы полагаются в их поиске не на индукционными миноискатели, а на чувствительное обоняние… прирученных крыс (справа).
Рис. 4.8.
Равенство значений магнитного потока в контуре, «свернутом» в пару витков и в том же, но «развернутом» контуре. В первом случае магнитный поток равен тройному произведению: индукции магнитного поля на площадь витка и на число витков; во втором — той же индукции на общую площадь контура (равную удвоенной площади одного витка).
Рис. 4.9.
Предложенный А. Сахаровым и М. Фаулером метод сжатия магнитного поля лайнером под действием давления взрыва.
Рис. 4.10.
Схема имплозивного взрывомагнитного генератора (ИВМГ). Через катушку 1, свитую из множества параллельно соединенных между собой проводков, пропускается ток от разряда конденсатора 2. Проволочки изолированы, поэтому поле свободно проникает как между витками, так и проволочками обратного токопровода. Когда ток запитки близок к максимуму, срабатывает цилиндрическая детонационная разводка 3. Она значительно проще сферической, описанной в предыдущей главе (из рисунка видно, какими элементами она образована), точек инициирования в ней — несколько десятков. В кольце мощного взрывчатого вещества 4 формируется сходящаяся детонационная волна, которая, достигнув катушки, сдавливает витки. Изоляция проволок при сдавливании перемыкается и далее взрывом сжимается просто трубка из металла (лайнер) и находящееся в ней поле.
На оси — катушка для измерения производной индукции магнитного поля. Если сигнал с нее интегрируется, то получается осциллограмма тока или напряженности поля (справа), если нет — их производных. Сначала видна синусоида тока разряда конденсатора, создающего начальное поле (участок «а»); когда ток максимален, взрыв замыкает витки катушки и сжимает ее к оси, значительно увеличивая индукцию поля внутри лайнера (участок «б»). Нелинейность сигнала на участке «б» вызвана тем, что летящий лайнер «дышит»: в нем «гуляют» волны сжатия и разрежения.
Рис. 4.11.
Процесс развития нестабильностей в лайнере ИВМГ. Со временем (интервал между снимками 1,6 мкс) внутренняя поверхность лайнера из цилиндрической становится звездообразной.
Рис. 4.12.
Схема домашней пушки Гаусса и ее элементы…
1– диод;
2 — резистор;
3 — конденсатор;
4 — катушка с расположенным на ее оси стволом из диэлектрика;
5 — центратор с насаженным кольцом и стальные кольца-снаряды на постоянном магните (см. также врезку слева);
6 — штанга для закорачивания контура.
Рис. 4.13.
Верхние снимки: дальность полета крылатой ракеты AGM-86A, (свыше 1500 км) позволяла ударной авиации применять ее вне зоны воздействия средств ПВО. Крылатая ракета BGM-109 морского базирования (на снимке — ее старт с подводной лодки) могла лететь более чем на 500 км дальше. Как AGM-86A, так и BGM-109 комплектовались зарядом W-80 Mod 1. Даже если бы проблема формирования высокоскоростного поражающего элемента и была бы решена, за ней встала бы другая, не менее сложная: чтобы избежать ядерного взрыва, надо было попасть не в любой важный узел ракеты, и даже не просто в термоядерный заряд, а — в запал этого заряда. На вооружении бомбардировщиков В-52 состояли также ракеты AGM-69A SRAM (Short Range Attack Missile, снимок в центре) — существенно меньшей дальности, но более скоростные. Эти ракеты комплектовались зарядами W-69 (ниже) с энерговыделением 170–200 кт.
Рис. 4.14.
Хранилище ядерных авиабомб В-61.
Рис. 4.15.
Верхний ряд: слева — схема рельсотрона (рэйлгана). Пондерромоторные силы действуют в течение всего времени разгона и «выталкивают» скользящий по шинам и сохраняющий с ними контакт поддон со снарядом. Сооружение «домашнего» рэйлгана (правее) вполне доступно читателю и можно рассчитывать на достижение скоростей в десятки метров в секунду для тела массой в граммы. В рекордной же установке 31 января 2008 года достигнута скорость 2,5 км/с для снаряда массой чуть более трех килограммов. Учитывая, что энергия зависит от квадрата скорости, а энергоемкости «домашних» и «специальных» конденсаторов — одного порядка, нетрудно понять, почему размеры такого сооружения — циклопические (в центре). Выстрел рейлгана — феерическое зрелище (на нижнем левом снимке — полет его снаряда, видна носовая ударная волна), но близки к истине авторы книги «Артиллерия» (М; Воениздат, 1938 г.), подсчитавшие, что для энергообеспечения тактически значимого режима огня «электропушки» необходима небольшая электростанция.
Рис. 4.16.
Слева — рентгенограмма алюминиевой мишени. Кратер образовала летящая с высокой скоростью вольфрамовая стрелочка, без остатка испарившаяся в полете. В центре — срез броневого листа с кратером от попавшей в него, летевшей под углом и с высокой скоростью стрелочки. Мишень не пробита, но высокоскоростной удар вызвал откол элементов брони (также обладающих определенным поражающим действием). Справа — образование кратера в жидкости. При высокоскоростном ударе броня течет как жидкость, и вокруг кратера образуется «валик», который виден и на срезе броневого листа.
Рис. 4.17.
Схема спирального взрывомагнитного генератора.
Металлическая труба 1, заполненная взрывчатым веществом 2, окружена обмоткой 3. При подрыве газы растягивают трубу в конус, основание которого движется по виткам обмотки, замыкая их и приближая точку контакта к индуктивной нагрузке 4, куда и вытесняется магнитный поток. В растянутой взрывом части трубы видны продольные канавки. Это — зарождающиеся нестабильности.
Рис. 4.18.
Магнитная энергия пропорциональна первой степени индуктивности и квадрату тока, но индуктивное сопротивление ограничивает ток, поэтому получение максимальной энергии от СВМГ возможно лишь при оптимальном соотношении этих величин.
Пусть ток запитки и начальный шаг намотки двух СВМГ одинаковы. Для СВМГ с постоянным шагом обмотки (вверху) это означает, что энергия запитки у него больше, поскольку его индуктивность выше, чем у СВМГ, шаг обмотки которого увеличивается по мере приближения к нагрузке. Но вот преимущество в усилении тока — за «нижним» вариантом: за равный промежуток времени труба «отсечет» (показано синим пунктиром) то же число витков (начальные шаги намотки равны), но нагрузки, при примерно равных наведенных ЭДС, будут существенно различаться: в «нижнем» случае остаточная индуктивность меньше. К тому же, в «нижней» обмотке меньше потери потока, так как меньше длина провода остатка сжатого контура.
Если для энергии в контуре прибавка от «повышенного» тока превалирует над убылью индуктивности вследствие «разрежения» ее витков, то, по мере дальнейшего движения конуса, преимущество «нижнего варианта» возрастает (каждый из последующих его участков будет начинать с большего начального тока и лучше его усиливать) и он имеет все предпосылки не только компенсировать начальное энергетическое преимущество «верхнего», но и многократно превзойти его. Главное — не «переборщить», все более «круто» профилируя обмотку (и уменьшая при этом индуктивность), иначе можно «добиться», что ВМГ вообще перестанет усиливать энергию и даже начнет терять ее, несмотря на значительный генерируемый ток.
Рис. 4.19.
СВМГ и в самый последний момент своей работы «не должен знать», что впереди уже не осталось ни одного витка, а только нагрузка (осциллограмма справа внизу, производная тока в этот момент резко падает до нуля). Но, когда «очень нужно», нагрузку все же меняют. На начальных стадиях работы, пока индуктивность спирали велика, это не сказывается, но в конце отклонения от выбранного закона становятся заметны и СВМГ начинает быстрее терять поток и снижать усиление (осциллограмма справа вверху).
Рис. 4.20.
Схема прибора для измерения индуктивности и осциллограмма ударно-возбужденных колебаний.
В металлической трубке 1 размещены два элемента: коммутатор 2 и конденсатор 3. На трубку надет конус со скользящим контактом, имитирующий расширяемую взрывом трубу СВМГ. Когда коммутатор срабатывает, возникают колебания в контуре, включающем эти два элемента и исследуемую индуктивность. Вычислить индуктивность по их периоду не составляет труда (из этого значения вычитается собственная индуктивность прибора, определенная в режиме, когда он был «закорочен»). Начав процесс измерений с нагрузки, можно изменять шаг витков секций, подбирая требуемый закон изменения индуктивности соленоида по его длине.
Рис. 4.21.
Несовпадение осей: обмотки (красная) и расширяющейся трубы (синяя) приведет к «перескоку»: синим пунктиром показано, как конец витка (слева вверху) будет замкнут расширяющейся трубой раньше, чем его нижняя часть, поток в которой будет потерян для дальнейшего сжатия. «Перескок» приводит к «провалу» в усилении (осциллограмма вверху справа). Но такая ситуация — еще не катастрофа. А вот если величина начального тока слишком велика, то напряжение между трубой и обмоткой, развивающееся при работе СВМГ, может превысить электропрочность изоляции проводов, пробой «отсечет» область, где сосредоточена большая часть потока, и конечное усиление тока будет просто жалким (нижняя осциллограмма).
Рис. 4.22.
Схема взрывного трансформатора, допускающего согласование СВМГ с любой нагрузкой. К СВМГ, подключен коаксиал из центрального проводника 1 и цилиндра 2 из тонкой фольги. В конечной фазе цилиндрическая детонационная разводка 3, формирует в кольцевом заряде 4 сходящуюся детонационную волну. Взрывом токовый контур разрывается при продавливании фольги цилиндра 2 в пазы между ребрами изоляционной катушки 5. При этом за время в сотни наносекунд «освобождается» магнитный поток, что ведет к индуцированию на разрыве напряжения (вспомним ощущения юного Ади Сахарова!). Напряжение это, которое иногда достигает миллиона вольт, и прикладывается к нагрузке 6. Пока газы взрыва (окислы углерода и азота), сжатые до огромных (граммы на кубический сантиметр) плотностей, еще не разлетелись, они хорошо изолируют катушку 5.
Рис. 4.23.
Двухтактный (диспергирование, а затем инициирование снаряжения) взрыв объемно-детонирующей авиабомбы ФАБ-5000ДС (она — слева, на врезке). Для замедления падения и придания корпусу перед подрывом положения, близкому к нормали, бомба снабжена парашютом 1. Вес жидкого снаряжения (2) — 193 кг. Диспергирует снаряжение заряд взрывчатого вещества 3. По сигналу датчика 4 подрывается диспергирующий заряд (на высоте порядка десятка метром над землей) и выбрасываются инициаторы аэрозольного облака.
Рис. 4.24.
Система взрывного разминирования MICLIC (на основе объемно-детонирующего заряда) в действии.
Рис. 4.25.
Изменения давления и массопотоков воздуха в ударной волне. Направление ее распространения на рисунке — справа налево.
Рис. 4.26.
Кинограмма подрыва экспериментального термобарического заряда. Горение начинается еще в процессе взрывного диспергирования снаряжения.
Рис. 4.27.
Иллюстрация «вмораживания» магнитного поля в проводящую среду при помощи знакомой читателю «карандашной» аналогии. Силовые линии поля моделируются обрезками стальной проволоки. Сдвинувшись, карандаши зажмут («вморозят») обрезки между собой, и двигаться дальше им можно будет только вместе. Некорректность аналогии в том, что проволока и в несжатом веществе не совсем свободна (может двигаться только в пределах зазоров между карандашами), в то время как магнитное поле в диэлектрике — в любом направлении со скоростью света.
Рис. 4.28.
Внешний вид и схема сборки Е-7 — цилиндрического ударно-волнового излучателя (ЦУВИ). Цилиндр из монокристалла иодида цезия 1 помещен в кольцевой заряд 2,(и тот, и другой размещены в футляре из плексигласа), а детонация на внешней поверхности заряда инициируется стаканом 3 из эластичного ВВ, через который проходит пара окружающих монокристалл параллельно включенных витков медного провода 4, соединенных с высоковольтным конденсатором 5. Секторный вырез в стакане из эластичного ВВ сделан только на макете — для наглядности.
Рис. 4.29.
Слева — сборка ЕХ-10. Начальное поле в рабочем теле создается системой постоянных магнитов. 1 — детонатор; 2 — детонационная разводка из эластичной взрывчатки; 3 — постоянные магниты; 4 — рабочее тело; 5 — кольцо из взрывчатки.
Справа — «чистая», без каких-либо наводок от срабатывания высоковольтных цепей, осциллограмма производной магнитной индукции при сжатии ударной волной созданного постоянными магнитами поля (полученная с пробной катушки, размещенной в отверстии, просверленном в рабочем теле). Сигнал вышел за поле экрана осциллографа, но так и было задумано, потому что за слишком быстрым изменением поля в конце сжатия луч осциллографа «проследить» все равно не в состоянии, а ценную информацию о сохранении потока на начальной стадии, когда поле меняется сравнительно медленно, получить можно.
Рис. 4.30.
Слева — противокорабельная ракета П-15. Целью для нее служил «железный парус» — уголковый отражатель из листов жести (справа).
Рис. 4.31.
Слева — схема цилиндрического ударно-волнового излучателя, в котором катушка, окружающая рабочее тело (РТ) из монокристалла выполняет три функции…
—создает начальное магнитное поле;
—увеличивает индукцию созданного поля при сжатии взрывом;
—формирует в рабочем теле ударную волну при ударе по его поверхности.
Справа — осциллограмма производной магнитного поля на оси рабочего тела, снятая с помощью высокоскоростного осциллографа. «Хлыст» соответствует сжатию поля после удара лайнера по поверхности РТ. Видно, насколько ударная волна сжимает поле быстрее, чем лайнер, жалкий сигнал от сжатия поля которым — на уровне высот меток времени (ср. с осциллограммой рис. 4.10).
Рис. 4.32.
Цилиндрический ударно-волновой излучатель (в верхней левой части снимка) подключен к высоковольтному конденсатору (вес — 120 кг), ток разряда которого создает в рабочем теле из монокристалла необходимое для эмиссии РЧЭМИ магнитное поле.
Рис. 4.33.
Слева — схема ферромагнитного генератора начального импульса тока. В ферромагнетиках во взаимодействии с внешнем полем основную роль играют собственные, не зависящие от орбитального движения, магнитные моменты электронов (спины), а атомы связаны в кристаллической решетке. Остаточная намагниченность ферромагнетиков не исчезает и при снятии внешнего поля.
Расширяемая взрывом ВВ 1 труба, прежде чем начать движение по виткам обмотки ВМГ, ударяет по набору 2 железных пластин, в котором системой постоянных магнитов 3 и магнитопроводов 4 создано поле с индукцией около 2 Тл. Удар трубы формирует в железе волну, которая разрушает его доменную структуру, превращая из ферромагнетика в парамагнетик. В парамагнетике реакция на внешнее магнитное поле обусловлена движением электронов на атомных орбитах. Оси моментов электронных токов вращаются (прецессируют) при приложении поля, а, кроме того, упорядочиванию их ориентации мешает тепловое движение атомов. По этим причинам существенное намагничивание невозможно и ранее заключенное в доменах поле освобождается. Оно вытесняется в обмотку 5, где наводит ЭДС, которая и создает начальный ток в ВМГ.
Справа — сборка Е-29 — полностью автономный прототип электромагнитного заряда, включающий ферромагнитный генератор для получения начального импульса тока, усилитель тока (ВМГ) и цилиндрический ударноволновой излучатель. Рядом — элементы магнитопровода ФМГ.
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.
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.
Рис. 4.36.
Вверху — схема взрывомагнитного генератора частоты (ВМГЧ).
1 — медная труба;
2 — взрывчатое вещество;
3 — обмотка;
4 — высоковольтный конденсатор;
Ниже — осциллограммы: а — производной тока ВМГЧ («рыба» — на жаргоне разработчиков электромагнитных боеприпасов); б — производной тока в спирали с обмоточными данными, точно соответствующими ВМГЧ, но с индуктивной нагрузкой вместо малоемкостной; в — полуволн производной тока ВМГЧ, снятая на значительно более быстрой развертке, чем осциллограмма «а». Закон усиления тока в спирали, замыкаемой трубой, известен из трудов А. Сахарова. На осциллограмме «в» видно, что форма полуволн ломаная, несинусоидальная, а значит, в разложении существенна доля быстрых гармоник. Делают форму колебаний такой бешеные «впрыскивания» тока при сжатии создаваемого им поля (обе эти величины жестко связаны). Луч осциллографа слишком медлителен, чтобы воспроизвести скачки тока, достоверна лишь огибающая — линия, соединяющая токовые амплитуды. Она служит для их нормировки, когда ломаную кривую тока представляют как сумму уже «чистых» синусоид (гармоник). Остальное понятно: для каждой гармоники тока известной частоты и амплитуды вычисляют мощность излучения через спиральную антенну — витки обмотки, в данный момент еще не закороченные ударом трубы. Доля гармоник с частотами от сотен до десятков тысяч мегагерц (много большими частоты «несущей» волны) к концу работы существенно возрастает (красный график справа), растут и потери на излучение, «подсаживая» ток.
Рис. 4.37.
Выпрыгивающая противотанковая мина М93 — в служебном и боевом состоянии.
Рис. 4.38.
Слабонервные могут утешиться: на левом снимке — не голова, а арбуз, но сходство этих объектов в том, что они содержат много жидкости. Сжимаемость жидкостей мала и потому даже небольшое увеличение объема содержимого сосуда, вызванное влетевшим с высокой скоростью телом, вызывает значительное повышение давления, действующего на стенки. Если же в сосуде хорошо сжимаемое вещество (например — газ), то высокоскоростной удар повреждает стенки (правый снимок), но не «взрывает» сосуд. Автор, конечно, интересовался мнением знакомых специалистов о рукописи книги, но решил не прислушиваться к советам некоторых из них «дать трупняк для оживляжа»: все-таки книга — популярная; однако читатель должен понимать, для чего предназначено оружие.
Рис. 4.39.
В нижней части рисунка — позиция противопехотной минной системы НВУ-П «Охота». Вверху слева — обрабатывающий блок «Охоты», с сейсмическим датчиком 1 и ликвидационной толовой шашкой 2, справа (3) — замедлитель МУВ-4, при срабатывании которого подается питание на схему изделия. В правом верхнем углу — знак минной опасности, такими маркируются границы минного поля, которые автор настоятельно рекомендует не нарушать.
Рис. 4.40.
Вот такими бывают последствия подрыва на мине.
Рис. 4.41.
Слева — зависимость пространственного распределения излучения простейшего диполя от его размера и длин излучаемых волн (цифры под диаграммами — отношения этих величин, длина ординаты, проведенной из центра любой из диаграмм, пропорциональна плотности потока энергии в направлении ее проведения). Художники (особенно — американские) часто изображают поражение целей РЧЭМИ как удары молнией. Хотя, конечно, РЧЭМИ невидимо, да и пробоя воздуха всеми средствами стараются избежать, достоверность часто приносят в жертву зрелищности, как это сделала редакция журнала Aviation Week, в иллюстрации потока изотропного излучения, формируемого взрывным источником (справа).
Рис. 4.42.
Спектрометр, регистрирующий энергию и форму огибающей импульса РЧЭМИ в пределах очень узкой полосы частот и пример «цуга» — серии импульсов РЧЭМИ.
Рис. 4.43.
Система постоянных магнитов, предназначенная для создания начального поля в ВМГЧ. Ориентация элементов системы такова, что внутри спирали поля элементов складываются, а вне спирали — вычитаются.
Рис. 4.44.
Иллюстрации, поясняющие работу имплозивного магнитного генератора частоты (ИМГЧ)…
а — схема генератора: внутри соленоида 1, которому после подрыва кольцевого заряда взрывчатки 2 суждено стать лайнером, располагается катушка 3, а внутри нее — два последовательно соединенных конденсатора 4 (второй из них не виден);
б — фотография «излучающей» катушки с индуктивно — емкостным контуром внутри;
в — осциллограмма производной тока в контуре катушки после удара по ней лайнера. Колебания тока носят довольно причудливый, не похожий на косинусоиду, характер, а это значит, что в них велика доля «быстрых» гармоник.
Рис. 4.45.
В грозовых облаках имеются области концентрации зарядов разных знаков и можно «провоцировать» внутренние разряды, «добавляя» к и без того значительной напряженности внутреннего электрического поля внешнюю — от электрической составляющей РЧЭМИ. Для этого в облако стреляют ракетой и подрывают внутри него ЭМБП, предотвращая тем самым опасные разряды между облаком и землей.
Рис. 4.46.
Вверху — витковый генератор частоты (ВГЧ) и его схема. Обмотка состоит из одного, и то неполного витка 1. Короткая труба 2 смещена в сторону пьезоэлементов 3, поэтому сначала она, расширяясь под действием взрыва, «выбивает» из них ток, заряжая конденсатор 4, а уж затем замыкает контур, генерирующий излучение. Средний ряд — осциллограммы производной тока: а) в ВГЧ, электроды которого соединены с конденсатором; б) в том же (не излучающем) устройстве, электроды которого соединены не конденсатором, а «закороткой» из провода. Внизу — 125-миллиметровая реактивная граната с кассетной боевой частью, содержащей витковые генераторы частоты.
Рис. 4.47.
Слева — распределение температур в кремнии при различных режимах тепловыделения.
Красный график — гипотетический режим, при котором тепловыделение от токового импульса бесконечно малой длительности сосредоточено только в области р-n перехода, размер которого — микрон;
зеленый график: тепловыделение произошло также в слое микронной толщины, но время выделение тепла составило 100 наносекунд;
синий график: условия те же, но время тепловыделения — 1 микросекунда.
Видно, что чем больше время тепловыделения, тем более существенным становится теплоотвод и для достижения той же температуры нагревать придется уже не микронный слой р-п перехода, а и близлежащие слои кремния, что ведет к снижению КПД (график справа).
Рис. 4.48.
САЗ — миниатюрный комплекс ПВО танка. Радиолокатор или оптикоэлектронная система контролирует пространство впереди боевой машины, летящие к танку предметы селектируются и навстречу тем, которые представляют опасность, выстреливаются осколочные боеприпасы. Слева направо, верхний ряд: Танк Т-80, оснащенный САЗ «Дрозд», более чем на два десятилетия опередившей зарубежные аналоги; радиолокатор (1) и мортирки 2 боеприпасов защиты, головные части которых окрашены в красный цвет. Нижний ряд: боеприпасы защиты САЗ «Дрозд 1» и «Дрозд 2» (более крупного калибра); израильская САЗ Iron Fist, «активно защитившая» бронетранспортер от подлетавшей кумулятивной гранаты.
Рис. 4.49.
Боевое применение гранатомета-«двустволки» для поражения танков, оснащенных системой активной защиты. На врезке — 42-мм реактивная граната «Атропус» с электромагнитной боевой частью, лидирующая при выстреле из гранатомета.
Рис. 4.50.
Общий вид и схема ферромагнитного генератора частоты (ФМГЧ). Мощная ударная волна нагревает ферромагнетик до температуры, превышающей точку Кюри. Освобожденное волной поле наводит ЭДС в обмотке 1, окружающей магнит 2. К обмотке подключен конденсатор 3 и колебания в высоко добротном контуре приводят к смене полярности тока, направление поля внутри магнита меняется и периодически состояние вещества за фронтом ударной волны становится существенно неравновесным, что приводит к излучению энергии. Таким образом, чередуются циклы «подкачки» энергии в контур и ее излучения. Спектр РЧЭМИ (справа) такого источника очень сложен и меняется с каждой «излучательной» полуволной тока.
Рис. 4.51.
Схема пьезоэлектрического генератора частоты (слева). В таком генераторе заряд взрывчатого вещества (ВВ) 1 состоит из двух конусов с разными скоростями детонации (у внутреннего конуса она меньше), чтобы обеспечить плоский фронт детонационной волны. Достигнув буфера 2, детонация формирует в нем ударную волну (УВ), которая, в несколько раз ослабившись (иначе — произойдет пробой), переходит из буфера в рабочее тело (РТ) 3 из сегнетоэлектрика, вызывая нагрев вещества РТ до температуры, превышающей точку Кюри и переход его в параэлектрическое состояние. Структурные элементы разрушаются и направленная поляризация вещества исчезает, что вызывает протекание тока деполяризации. Этот ток заряжает последовательно соединенные конденсаторы: образованный металлизованными поверхностями на РТ и обычный 4, подсоединенный к обмотке 5 для получения нужной частоты колебаний в контуре. Другой вывод обмотки подключен к обкладке РТ. Через промежуток времени, определяемый емкостью и индуктивностью контура, ток, а значит, и поле в РТ меняют полярность (осциллограмма справа). Полуволны тока одной полярности сравнительно велики (происходит «подкачка» энергии в контур за счет деполяризации), а другой — значительно меньше из-за отбора энергии, том числе и на излучение (из вещества, ставшего неравновесным в поле изменившегося направления). Взрыв используется лишь как спусковой механизм, но его энергия на пять порядков превышает заключенную в веществе рабочего тела.
Рис. 4.52.
Пример эффекта временного ослепления автоматической миллиметровой РЛС наведения САЗ защиты танка при перехвате ракеты. Левая осциллограмма — нормальный сигнал от блока определения дальности до цели. Правая осциллограмма — после разрыва 30-мм ЭМБП в нескольких метрах от РЛС под углом 160° по отношению к оси антенны. Система потеряла способность оценивать расстояние до цели, пуск и перехват не состоялись. Момент взрыва ЭМБП показан стрелкой.
Рис. 4.53.
Неконтактные артиллерийские взрыватели. Во избежание разрушения при стрельбовой перегрузке, элементы схемы залиты компаундом.
Рис. 4.54.
Электромагнитные боеприпасы могли бы решать задачи защиты самолетов от ракетных атак, подобно тому, как это делается при применении ложных инфракрасных целей (слева) или довольно громоздких, сковывающих маневр буксирующих их самолетов, генераторов радиочастотного излучения (справа).
Рис. 4.55.
Диаграмма излучения/приема, типичная для радиолокатора: а) остронаправленная, для рабочей частоты; б) для частот, на порядок отличающихся от рабочей.
Рис. 4.56.
Схема излучателя с переключающим элементом из сверхпроводника и элементы «сверхпроводникового» излучателя: соленоид с подводящими кабелями (их много — чтобы снизить сопротивление) и кольцо из сверхпроводника. Одновитковый соленоид из меди 1 окружает кольцо 2. Оба погружены в жидкий азот 3, где кольцо обретает сверхпроводимость. Источник тока формирует в соленоиде 1 импульс с коротким (в сотню наносекунд) фронтом. Индуктивность соленоида вначале мала, потому что внутри него находится сверхпроводящая вставка, поэтому возрастание тока определяется только возможностями формирователя. Магнитное поле сосредотачивается в узком зазоре между сверхпроводником и соленоидом: в сверхпроводник оно не может проникнуть, потому что там индуцируется ток, полностью его компенсирующий, а в соленоид из меди хоть и проникает, но медленно. Когда ток в сверхпроводнике превышает критическое значение, возникает фазовый переход, по одну сторон которого пленка еще сверхпроводящая, а по другую — проводит плохо. Фронт перехода двигается от периферии кольца к его оси. Как оказалось, скорость этого движения довольно велика (десяток километров в секунду или сантиметр в микросекунду), но слабо зависит от индукции внешнего магнитного поля. Это позволяет за те доли микросекунды, пока магнитное поле «ест» сверхпроводимость кольца шириной в несколько миллиметров, успеть «накачать» существенную энергию в соленоид. Когда же фронт фазового перехода достигает внутренней границы кольца, ток, а значит, и магнитный момент меняются очень быстро и эмиссия РЧЭМИ существенна, хотя и уступает по мощности излучению ЦУВИ почти два порядка.
Рис. 4.57.
Слева — пробой воздуха моночастотным РЧЭМИ однократно сработавшего вакуумного источника И-3000 (снято в темноте камерой с открытым затвором, рупорная антенна расположена слева). Снимок предоставлен В.Д Селемиром и В.А. Демидовым.
Рис. 4.58.
Уровни плотности потока мощности и энергии импульса РЧЭМИ, приводящие к пробою чистого, сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении на уровне моря. Далее, в пояснениях к критерию «Тысяча длин или радиусов», для краткости упоминается лишь одна из приведенных на графике величин, но подразумевается, что источник максимально форсирован (для импульса формируемой им длительности как плотность энергии, так и плотность потока мощности РЧЭМИ на его поверхности близки к пробивным значениям).
Рис. 4.59.
Если пробоя нет, то плотность потока мощности/энергии РЧЭМИ ослабляется пропорционально квадрату расстояния (как в источнике, так и вне его), значит, и максимальная дальность поражения (R) жестко связана с размером источника (r) и отношением плотностей энергии РЧЭМИ: максимально допустимой — пробивной ((Dd) к минимально необходимой для требуемого воздействия на цель (Deff)…
Для направленных источников РЧЭМИ в качестве «r» выступает длина, для изотропных «r» — радиус.
Рис. 4.60.
Вверху — лабораторный макет и схема виркатора мощностью менее мегаватта. Между эмиттером Э и сеткой С импульсом высокого напряжения формируется электронное облако — виртуальный катод ВК. Электроны ускоряются к сетке, затем замедляются, пролетев сквозь ее ячейки, и колеблются далее относительно сетки вплоть до нейтрализации заряда. Внизу — снятое в темноте свечение плазмы, образовавшейся на эмиттере виркатора при микровзрывах острий в электрическом поле высокой напряженности.
Рис. 4.61.
Виркатор гигаваттной мощности Техасского технологического университета.
Рис. 4.62.
Поражение РЛС наводящейся на ее излучение авиационной ракетой. Ракета может «захватить» как главный лепесток диаграммы направленности РЛС, так и (как в данном случае), один из боковых.
Рис. 4.63.
Схема управляемой авиационной бомбы на основе виркатора и взрывной системы его энергообеспечения.
Рис. 4.64.
На левом снимке — «Молчаливый страж» (The Silent Guardian) — полицейский автомобиль с источником РЧЭМИ, разработанный фирмой «Рейтеон» (США) и предназначенный для разгона демонстрантов. Справа — российская машина «Ранец», предназначенная для постановки помех. Габариты машин немалые, но ни одна из них не продемонстрировала способность выводить из строя электронику на километровых дальностях.
Рис. 4.65.
Слева — разминирование неконтактных мин вакуумным излучателем, работающим в частотном режиме. Обратите внимание на соотношение размера источника РЧЭМИ и расстояния, на котором его излучение вызвало подрыв мины. Справа — опытный образец такой системы разминирования, созданный германской фирмой Rheinmetall на базе автомобиля высокой проходимости «Унимог» (излучатели установлены на бампере).
5. Об авторе и его книгах. ⇢
Типы ЭМБП.
Примечания. ⇢

Александр Борисович Прищепенко.