Параллельное оружие, или Чем и как будут убивать в XXI веке
Шрифт:
Электромагнитные бомбы, излучающие мощные импульсы, являются оружием, предназначенным для выведения из строя электронных систем связи и управления, электронных блоков всех видов оружия, при минимальных жертвах среди мирного населения и сохранении инфраструктуры.
Потенциально уязвимы при воздействии электромагнитного импульса компьютеры, используемые как в системах жизнеобеспечения населения, так и встроенные в военное оборудование.
Действие электромагнитного импульса (ЭМИ) впервые наблюдалось при высотных ядерных испытаниях. Оно характеризуется генерацией очень короткого (сотни наносекунд), но интенсивного электромагнитного импульса, который распространяется
В этом аспекте ЭМИ имеет военное значение, так как может привести к необратимому повреждению широкого спектра электрического и электронного оборудования, особенно компьютеров и радио- или радарных приемников. В зависимости от электромагнитной стойкости электроники, степени упругости оборудования к воздействию ЭМИ и интенсивности поля, производимого оружием, оборудование может быть уничтожено или повреждено и может потребовать полной замены.
Компьютерное оборудование особенно уязвимо при действии ЭМИ, так как оно в основном построено на МОП-приборах высокой плотности, которые очень чувствительны к воздействию высоковольтных переходных процессов. Для МОП-приборов требуется очень немного энергии для того, чтобы повредить или уничтожить их. Любое напряжение порядка десятков вольт уничтожит прибор. Экранирующие корпуса приборов обеспечивают лишь ограниченную защиту, так как любые кабели, входящие и выходящие из оборудования, будут вести себя подобно антеннам, направляя высокое напряжение в оборудование.
Компьютеры, используемые в системах обработки данных, коммуникационных системах, системах отображения информации, системах промышленного контроля, включая системы сигнализации автомобильных и железных дорог, и компьютеры, встроенные в военное оборудование, такое, как сигнальные процессоры, системы контроля полетов, цифровые системы контроля двигателей, — все они потенциально уязвимы к воздействию ЭМИ.
Другие электронные приборы и электрическое оборудование могут также быть уничтожены ЭМИ. Радарное и электронное военное оборудование, спутниковое, микроволновое, УКВ-КВ, низкочастотное коммуникационное и телевизионное оборудование потенциально уязвимо при воздействии ЭМИ.
Основными технологиями в разработке электромагнитных бомб являются: генераторы со сжатием электромагнитного потока при помощи взрывчатки, работающие на взрывчатке или пороховом заряде магнитогидродинамические генераторы и целый набор микроволновых устройств высокой мощности, из которых наиболее эффективен осциллятор с виртуальным катодом.
Генераторы со сжатием потока при помощи взрывчатки (FC-генераторы) являются наиболее зрелой технологией применительно к разработке бомб. FC-генераторы были впервые продемонстрированы Кларенсом Фоулером в Лос-Аламосе в конце 1950-х годов. С тех пор был создан и испытан широкий набор конструкций FC-генераторов, как в США, так и в СССР, а позднее — в СНГ.
FC-генератор — это устройство в относительно компактной упаковке, способное произвести электрическую энергию порядка десятков мегаджоулей за сотни микросекунд. С пиковой мощностью от единиц до десятков ТВт FC-генераторы могут быть использованы прямо или в качестве источника коротких импульсов для микроволновых генераторов. Для сравнения: ток, производимый большими FC-генераторами, в 10-1000 раз больше, чем ток, производимый
Центральная идея конструкции FC-генератора заключается в использовании «быстрой» взрывчатки, для того чтобы быстро сжать магнитное поле, преобразовав энергию взрывчатки в магнитное поле.
Начальное магнитное поле в FС-генераторах до инициирования взрывчатки производится стартовым током, который обеспечивается внешними источниками, такими как высоковольтный конденсатор, малые FC-генераторы или MHD-устройства. В принципе подойдет любое оборудование, способное произвести импульс электрического тока от десятков кА до единиц миллиампер.
Несколько геометрических конфигураций FC-reнераторов были описаны в литературе. Как правило, используются коаксиальные FC-генераторы. Коаксиальное расположение представляет особый интерес в контексте данной статьи, так как цилиндрический форм-фактор облегчает «упаковку» FC-генераторов в бомбы и боеголовки.
В типичном коаксиальном FC-генераторе цилиндрическая медная труба образует якорь. Эта труба заполнена «быстрой» высокоэнергетической взрывчаткой. Было использовано несколько типов взрывчатки, — от композиций В и С типа до обработанных на станках блоков РВХ-9501. Якорь окружен спиралью, как правило, медной, которая образует статор FC-генератора. Обмотка статора в некоторых конструкциях расщеплена на сегменты, с разветвлением проводов на границах сегментов, для того чтобы оптимизировать электромагнитную индуктивность спирали якоря.
Интенсивные магнитные силы, производимые во время работы FC-генератора, потенциально могут вызвать преждевременное разрушение генератора, если не предпринять контрмеры. Обычно они заключаются в дополнении конструкции оболочкой из немагнитного материала. Могут быть использованы бетон или стекловолокно в эпоксидной матрице. В принципе может быть применен любой материал с соответствующими механическими и электрическими качествами. Там, где существенен вес конструкции, например в боеголовках крылатых ракет, стекло- или кевларовые эпоксидные композиты — наиболее реальные кандидаты.
Как правило, взрывчатка инициируется, когда стартовый ток достигает пикового значения. Инициация обычно выполнятся при помощи генератора, который производит во взрывчатке волну детонации с однородным плоским фронтом. После инициирования фронт распространяется через взрывчатое вещество в якоре, деформируя его в конус (12–14° дуги). Там, где якорь расширяется до полного заполнения статора, происходит короткое замыкание между концами статорной обмотки. Распространяющееся короткое замыкание имеет эффект сжатия магнитного поля. Результат заключается в том, что такой генератор производит импульс нарастающего тока, пиковое значение которого достигается перед окончательным разрушением прибора. По опубликованным данным, время нарастания составляет от десятков до сотен микросекунд и зависит от параметров устройства, при токах в пике в десятки миллиампер и энергиях в пике в десятки мегаджоулей.
Достигаемое усиление тока (то есть отношение выходного тока к стартовому) меняется в зависимости от типа конструкции, но значения, достигающие 60, уже демонстрировались. В военных приложениях, где вес и объем существенны, желательны наиболее малогабаритные источники стартового тока. В этих приложениях могут применяться каскадные FC-генераторы, где малый FC-генератор используется как источник стартового тока для более крупного FC-генератора.
Конструкция МГД-генераторов на пороховых зарядах и взрывчатых веществах значительно менее разработана, чем конструкция FC-генераторов.