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)
Габариты «ужали» на порядок, когда вместо конденсаторной батареи источником питания стал значительно более компактный СВМГ. Но СВМГ — усилитель, он тоже нуждается в начальной энергии, а ее необходимо получить «из ничего» — в полете боеприпас не соединишь с каким-либо источником энергии.
…Импульс тока «выжал из себя» ферромагнитный генератор (ФМГ, рис. 4.33) — при ударной демагнетизации пластин из электротехнического
железа. Такое устройство впервые было разработано во ВНИИЭФ и адаптировано для применения в ЦУВИ. Каждую пластину набора надо изолировать (чтобы поле «выходило» по изоляции в обмотку, а не растрачивало свою энергию на нагрев металла вихревыми токами), и, кроме того, образовать из сложенных пластин конус (чтобы труба одновременно ударила по всем ним), для чего используются клинья из бронзы. Сложный ФМГ работал не очень стабильно, но с одного кубического сантиметра набора пластин удалось получить до 0,5 Дж энергии токового импульса!
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
После этих усовершенствований внешность ЦУВИ изменилась разительно: теперь это было компактное, вполне подходящее для применения в боеприпасах устройство! Однако «военную карьеру» ЦУВИ сгубили причины технологические. Даже незначительное отклонение от номинальных значений генерируемого ФМГ тока или коэффициента усиления ВМГ вело к весьма существенным неблагоприятным изменениям в режиме излучения ЦУВИ. Разброс же характеристик энергообеспечения был явно неудовлетворительным: дня ФМГ — до 30 % по току, а дня СВМГ (даже для варианта, изготовленного во ВНИИЭФ, где культура производства неизмеримо выше, чем на всех серийных заводах) — около 10 % по коэффициенту усиления. Проконтролировать все эти отклонения заранее, до подрыва, было невозможно. Оптимум генерации РЧЭМИ при ударном сжатии — весьма «острый», и, чтобы обеспечить «попадание» в него, ФМГ и СВМГ нуждались в кропотливой «доводке», сопряженной с огромным расходом времени и средств, а размышления о стоимости их в серийном производстве были подобны ночным кошмарам.
Очень не хотелось терять накопленные
почти за десятилетие результаты: были разработаны устройства, где система энергообеспечения была полностью заимствована от ЦУВИ, но вместо монокристалла на оси катушки-лайнера располагался излучатель другого типа (о таких попытках — немного позже).
«Опоздавшая» теория подсказала: при повышении мощности ударной волны, соответствующая оптимальному режиму излучения начальная индукция магнитного поля снижается. Значит, если форсировать возрастание давления, то для существенного излучения могли оказаться достаточными и значения начальной индукции, создаваемые системой постоянных магнитов, что предельно упростило бы устройство. Для случая максимально возможного роста давления — при сферической кумуляции — оценки показали, что диаметр шарового заряда должен быть менее дециметра. Требовалась сферическая детонационная разводка соответствующего размера — ее надо было создавать заново, потому что готовые, для ядерных зарядов, были больше.
09 сентября 1993 г. была впервые испытана сборка Е-35 — ударно-волновой излучатель, сферический (УВИС, рис. 4.34.)
… После срабатывания детонатора со скоростью около 8 км/с огоньки детонации, многократно разветвляясь, разбегаются по каналам, одновременно ныряют в десятки отверстий и инициируют сферическую детонацию. Достигнув поверхности шара из иодида цезия, волна детонации формирует в нем ударную волну, причем, поскольку импеданс монокристалла больше, чем газов взрыва, давление на его поверхности увеличивается, превышая миллион атмосфер. Сферическая ударная волна мчится к центру со скоростью более 10 км/с, сжимая магнитное поле и оставляя за собой уже не монокристалл, а проводящую как металл, жидкую мешанину из плазмы йода и цезия.
Если заряд собран правильно, то ударная волна, сойдясь в точку и отразившись, устремится обратно; скачком и очень существенно изменится магнитный момент области сжатия, что и приведет к генерации импульса РЧЭМИ. За доли наносекунды поле меняется, конечно же, не по закону синуса с периодом равным времени сжатия-разрежения, а более резко, а это значит, что в функции, описывающей его изменение, существенны вклады многих частот. Они берутся вот откуда.
< image l:href="#"/>
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.