Александр Прищепенко - Огонь! Об оружии и боеприпасах

Имплозивный магнитный генератор частоты (ИМГЧ) существенно отличался от ЦУВИ лишь детонационной разводкой (обратите внимание — она формирует при срабатывании не цилиндрическую, а тороидальную детонационную волну) да конструкцией излучателя (рис. 4.44): вместо рабочего тела из монокристалла, внутри соленоида I, которому после подрыва кольцевого заряда взрывчатки 2 суждено стать лайнером, располагается катушка 3, а внутри нее — конденсаторы 4 (последовательно соединенные). Лайнер, сжимая магнитное поле, «втискивает» его внутрь катушки при ударе, создав своего рода взрывной трансформатор, а затем последовательно закорачивает витки катушки (точки контакта при этом двигаются к обеим ее концам), генерируя РЧЭМИ «быстрых» гармоник точно также, как это происходит в ВМГЧ. Время генерации РЧЭМИ для такой схемы оценивалось в пару микросекунд, а начальная энергия ограничивалась только электропрочностью изоляции катушки. Главное же — зависимость выхода РЧЭМИ от величины начальной энергии, «закачиваемой» в катушку близка к линейной и нестабильность работы ФМГ и ВМГ не приводит к фатальным последствиям: выход РЧЭМИ по этой причине меняется незначительно. Но «скакнула» вверх и стоимость изделия.

Работа с мертвой точки сдвинулась только тогда, когда отказались от паллиативных решений, сделав все «по-новому».

…Электрические заряды в диэлектриках связаны и не могут двигаться свободно, как в металлах. Диэлектрики способны накапливать энергию: если «закоротить» заряженный конденсатор (удалив, таким образом, свободные заряды с металлических обкладок), а затем снять закоротку, спустя небольшое время конденсатор снова окажется частично заряжен (возможно, некоторые читатели убедились в этом, работая с установкой «водяной кумуляции») Причина в том, что изолятор при зарядке был поляризован внешним полем. При «закорачивании» сразу исчезло поле, а направленная поляризация частично сохранилась. Возвращение поляризации к равновесному значению вызывает протекание тока смещения, вновь заряжающего конденсатор.

Структурные элементы некоторых видов диэлектриков (сегнетоэлектриков, пьезоэлектриков) обладают собственными электрическими дипольными моментами. Сегнетоэлектрики неограниченно долго сохраняют остаточную поляризацию и деполяризуются лишь при нагревании до точки Кюри (для большинства из них — около 100 °C). Эффективно нагревает любое вещество ударная волна, но сегнетоэлектрики более «капризны», чем ферромагнетики: слишком мощная волна может индуцировать в них столь сильное поле, что возникнет пробой и ток смещения не будет заряжать металлические обкладки, между которыми расположено рабочее тело (РТ). Но пусть все обошлось без пробоя, тогда пьезоэлемент — такой же, как в зажигалке, но значительно больший по размерам — зарядит конденсатор генератора частоты.

Как и в ядерных боеприпасах, в крупнокалиберных ЭМБП целесообразно размещать несколько небольших излучателей, рассеиваемых перед групповым подрывом — тогда цели поражаются на большей площади. Для кассетных элементов был разработан витковый генератор частоты (ВГЧ, рис. 4.45), обмотка которого 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. Как и в случае других генераторов частоты, для ВГЧ была создана полуэмпирическая модель, в значительной степени опирающаяся на результаты токовых измерений (рис. 4.46).

В 125 мм реактивной гранате (рис. 4.47) размещаются три кассетных элемента. При срабатывании боевой части они рассеиваются, что позволяет рационально формировать поля излучения повысить стабильность эффектов поражения, воздействуя на цель с нескольких разных направлений — тогда более вероятны совпадения лепестков на наиболее «чувствительных» для цели частотах. Кроме того, время генерации РЧЭМИ не превышает для ВГЧ микросекунды, и взрывом можно образовать вокруг источника облако очень плотных газов, что позволяет избежать пробоя (важная особенность, о которой подробно — позже).

Опять же нетрудно уловить тенденцию: каждый из последующих образцов генераторов частоты формировал поток РЧЭМИ все меньшей длительности (что, правда, не означало уменьшения интегральной энергии). Но для военного применения длительность импульса РЧЭМИ, формируемого даже ВГЧ — избыточна…

В общем-то, это и так должно быть ясно: чем короче токовый импульс, наведенный РЧЭМИ, тем меньше теплоотвод or того элемента, в котором реализуется энергия этого импульса, но оценить численные значения стоит. Пусть весь тепловой эффект сосредоточен в области р-n перехода (размеры которого — около микрона). Тогда импульс бесконечно малой длительности (при которой повышение температуры кремния на расстоянии, сравнимом с микроном, пренебрежимо), нагревающий до данной температуры пластину данной площади, должен иметь определенную энергию, которая при дальнейших расчетах принималась равной единице (кпд равен 100 %). Если же энергия выделяется на той же глубине, но в течение большего времени, (рис. 4.48) 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. В результате расчетов была получена зависимость кпд различных временных режимов облучения, из которой следовало, что режимы более длительные, чем единицы микросекунд, не являются рациональными, энергосберегающими (рис. 4.49). Существует, правда, и другой механизм выхода р-n перехода из строя (пробой), но он реализуется только при наносекундных длительностях облучения, характерных для ударно-волновых излучателей, а не для генераторов частоты. Таким образом, режим излучения генераторов частоты нельзя признать эффективным с точки зрения нанесения поражений электронике противника, но зато устройства этого класса значительно проще и надежнее других и по параметру «эффективность/ стоимость» они вполне конкурентоспособны.