Теория электромагнитного оружия прекрасно известна, но практика не дается в руки
В нынешнем веке со все возрастающей энергией ученые и инженеры, работающие на оборонную отрасль, корпят над созданием «противоэлектронного» оружия, предполагающего неконтактное энергетическое воздействие. Действие его основано на новых физических принципах. В частности, и в России, и в США в обстановке строгой секретности создаются комплексы, поражающим фактором которых является электромагнитный импульс – ЭМИ.
Интерес к такого рода «отключению» противника понятен – эффективность оружейных комплексов в значительной степени зависит от успешной работы их электроники, которая в тех или иных объемах используется практически во всех видах оружия, даже в артиллерийских снарядах с дистанционным взрывателем. Если она отказывает, то это равносильно уничтожению боеприпаса или же сложного комплекса, который фактически выходит из строя.
Электромагнитный импульс громадной мощности возникает естественным образом, без каких-либо специальных ухищрений конструкторов, при ядерном взрыве. И особенно он опасен в космическом пространстве, где распространяющуюся волновую энергию не гасит атмосфера.
Это «с блеском» продемонстрировали в 1962 году американцы, взорвав на высоте 400 километров над землей термоядерный заряд мощностью 1,4 мегатонны. Электронная аппаратура двух американских спутников и одного советского была полностью выведена из строя. Еще семь спутников в течение полугода приказали долго жить из-за деградации солнечных батарей. Это была треть всех спутников, находившихся на тот момент в космосе. Сейчас, когда на орбитах, можно сказать, толчея, такой эксперимент имел бы катастрофические последствия.
Генератор Сахарова – Фоулера
При воздействии ЭМИ на объект на его поверхности возникает напряженность электрического поля, которая может достигать нескольких киловольт на метр. Под его воздействием в электронных компонентах возникают неустранимые поражения – в транзисторах пробиваются p-n-p переходы, перегорают печатные проводники на платах, происходит замыкание в трансформаторных витках. При этом не имеет значения, работает в этот момент электронная аппаратура или же она выключена.
При менее слабых воздействиях в работе электроники возникают сбои, но после окончания «нелетального» воздействия ЭМИ работа электронных схем восстанавливается. Правда, и такие кратковременные нарушения в работе могут быть критичными для штатной отработки боеприпаса или комплекса.
Мощность ЭМИ может достигать такого уровня, при котором возможен подрыв взрывчатого вещества снарядов и мин. И происходят процессы в плутонии боевых блоков баллистических ракет, которые делают невозможным развитие цепной реакции.
Первые эксперименты по созданию ЭМИ-генераторов начались, когда транзисторов еще по сути не было – в начале 50-х годов. Электроника строилась на радиолампах, которых ЭМИ не боятся. Причем этой проблемой занялись одновременно по обе стороны Атлантического океана. В Советском Союзе схему работоспособного генератора предложил академик Андрей Дмитриевич Сахаров в процессе создания термоядерной бомбы.
В США абсолютно ту же самую идею в Лос-Аламосской национальной лаборатории реализовывал физик Кларенс Максвелл Фоулер.
В результате и в Советском Союзе, и в США к началу 60-х годов были созданы работоспособные лабораторные установки взрывомагнитного генератора (ВМГ) ЭМИ.
Принцип действия ВМГ можно описать одной фразой: получение импульса высокой мощности при помощи сложения энергии взрыва и электрического заряда, сжатой во времени и пространстве. Техническая же реализация крайне сложна, она требует точных расчетов и прецизионных технологий.
Упрощенно ВМГ можно представить как две соосно расположенные трубы разного диаметра. Во внутренней расположен цилиндр детонирующего с высокой скоростью ВВ. В трубе большего диаметра находится спираль соленоида. Также есть заряженная конденсаторная батарея. При подаче напряжения с батареи на соленоид возникает магнитное поле. Одновременно с этой коммутацией при помощи капсюля, расположенного с торца, происходит подрыв ВВ. При этом детонация распространяется по оси ВМГ. Сразу же в месте подрыва образуется расширение внутренней трубы, которое, касаясь обмотки соленоида, замыкает часть витков. Внутренняя труба деформируется в виде конуса, который по мере осевого распространения детонации соприкасается с витками соленоида по винтовой линии.
В процессе непрерывной расширяющейся деформации внутренней трубы происходят стремительное увеличение силы тока и сжатие магнитного поля в уменьшающемся зазоре между внешней и внутренней трубами. Уже во время экспериментов в Арзамасе-16, проходивших в первой половине 50-х годов, удалось получить пиковые значения тока в сотни мегаампер, а мощность электромагнитного поля в импульсе длительностью несколько микросекунд – до десятков мегаджоулей.
Эта энергия складывается из энергии взрывчатого вещества и той, которая накоплена в конденсаторной батарее. Но, к сожалению, данные по величине электрического заряда в открытых источниках отсутствуют.
Новое время
Однако на ВМГ ученые не остановились. В 1993 году на полигоне Центрального физико-технического института Министерства обороны РФ (ныне 12-й ЦНИИ МО) был испытан взрывной магнитодинамический генератор (ВМДГ) ЭМИ. В нем импульс формируется за счет энергии взрыва.
ВМДГ состоит из полой сферы, в центре которой установлен кристалл йодида цезия. На внешней поверхности сферы отфрезерована сложная сеть канавок, заполненных ВВ, которые заканчиваются отверстиями. Это необходимо для того, чтобы произошел равномерно распределенный взрыв, направленный строго к центру. Сфера окружена магнитной системой на постоянных магнитах, сфокусированной к ее центру. В момент срабатывания генератора внутри сферы возникает давление в миллион атмосфер. Кристалл превращается в плазму, и вылетающие строго в одном направлении ядра атомов йода и цезия, а также отделившийся от них поток электронов создают ЭМИ длительностью в несколько наносекунд с широким частотным спектром – от мегагерц до гигагерц.
Фото: google.com
В 90-е годы в Уральском отделении Института электрофизики РАН под управлением академика Геннадия Месяца реализовали еще один метод получения ЭМИ – SOS-генератор (по названию эффекта Semiconductor Opening Switch). В очень общих и приблизительных словах это устройство представляет собой диодную сборку, которая при мгновенном перекоммутировании выдает ЭМИ.
Разработки ЭМИ-оружия строго засекречены и в США, и в России, и в ряде других стран, среди которых, в частности, Великобритания, Китай, Израиль, Швеция, Франция. При этом все три вышеперечисленных метода получения ЭМИ широко известны в научных кругах, на международных конференциях делаются доклады по этой проблематике, в специализированных физических журналах публикуются научные статьи. Но сложность создания работоспособного ЭМИ-оружия заключается в том, чтобы воспользовавшись теорией и материалами лабораторных исследований, добиться устойчивой, безотказной и эффективной работы оружия. Тут дальше опытных образцов дело не продвинулось.
Пятитонный «Ранец»
Периодически появляются сведения о том, что какая-то страна получила желанный результат и дело движется к внедрению ЭМИ-оружия в армию. Громче всех об этом заявили американцы в 1991 году во время военной операции против Ирака. По иракским позициям ПВО было выпущено несколько «Томагавков» морского базирования с ЭМИ-генераторами неизвестного типа. Однако большого вреда они не причинили, возникли некоторые помехи в работе систем, но разрушения электронных компонентов не было. Так что американцам пришлось разбираться с ПВО противника традиционными методами – при помощи самолетов, оснащенных противорадиолокационными ракетами.
В США под патронатом пентагоновского агентства по перспективным разработкам DARPA проводится значительное количество работ по оснащению портативными ЭМИ-генераторами различных типов самых разнообразных боеприпасов – ракет, авиационных бомб, артиллерийских снарядов больших калибров, мин и даже гранат.
Правда, один работоспособный комплекс в США все-таки был доведен до ума. Это СВЧ-пушка VMADS (Vehicle-Mounted Active Denial System), которая предназначена для разгона демонстраций. На дальности до 500 метров она вызывает у демонстрантов болевой эффект и они стремительно разбегаются в разные стороны. Пушка была с блеском испытана на добровольцах 19 лет назад. Однако Министерство внутренних дел так и не закупило ни одного комплекса.
Российские инженеры создали более эффективную пушку, которая предназначалась не для разгона демонстрантов, а как комплекс ПВО. Это мобильный комплекс «Ранец-Е», расположенный на колесном шасси МАЗ-534 и весящий около пяти тонн. Он был впервые представлен в 2001 году на малайзийской выставке военной техники. Причем это оказался не статический экспонат, была продемонстрирована его работа.
Он выдает импульс сантиметрового диапазона волн длительностью 20 наносекунд и мощностью 500 мегаватт и способен поражать все виды летательных аппаратов – от беспилотников до истребителей, вертолетов и бомбардировщиков, включая крылатые ракеты. Может нейтрализовать и артиллерийские боеприпасы, в которых присутствует электронный компонент.
В открытых источниках приводятся характеристики по его дальности действия. Атакуемая с помощью ЭМИ электроника выгорает на расстоянии до 10 километров. А дальше до 40 километров происходит нарушение работы электронных схем без их уничтожения. «Ранец-Е» оснащен двумя антеннами. Одна излучает узкий луч, угол излучения второй антенны – 60 градусов.
Правда, есть подозрения, что 60 градусов – это существенное завышение реальной характеристики. Потому что при таком растворе луча энергия, что называется, размажется в пространстве тонким слоем.
Комплекс не был принят на вооружение без объяснения в открытых источниках истинных причин. Но, несомненно, военных удручило то, что «Ранец-Е» способен выстреливать импульсы с интервалом 20 минут, в течение которого, вероятно, происходит зарядка конденсаторной батареи. Если придется отражать массированные воздушные атаки, то в эту 20-минутную «мертвую зону», несомненно, вклинится следующий эшелон дронов или истребителей.
Еще один недостаток заключается в том, что комплекс плохо приспособлен для борьбы с крылатыми ракетами. Они имеют низкий профиль полета с огибанием рельефа местности. Но электромагнитное излучение сантиметрового диапазона распространяется прямолинейно, оно способно поражать объекты, находящиеся в прямой радиовидимости.
Видимо, вот из-за этих двух существенных недостатков военных и не устроил «Ранец-Е» в качестве комплекса ПВО малой дальности. Есть и менее существенные, но не менее неприятные недостатки. Комплекс нельзя считать всепогодным, потому что распространение ЭМИ зависит от состояния атмосферы: осадки и туман сокращают дальность его действия.
Во второй половине этого десятилетия появились сведения о том, что концерн «Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ) создает ЭМИ-ракету «Алабуга». Известно о ней немного. ЭМИ-генератор срабатывает на высоте 200–300 метров над позициями противника. И выжигает электронные компоненты в радиусе 3,5 километра. За пределами этого круга наблюдается нарушение нормальной работы электронных систем.
Интересно, что первые сведения об «Алабуге» появились в западных СМИ. Наиболее преуспел в «разоблачении русских военных секретов» британский таблоид Daily Star, заявивший, что «от смертоносных лучей этого страшного оружия невозможно спрятаться под землей на глубине ста метров». В 2017 году генерального директора КРЭТ Владимира Михеева российские СМИ «призвали к ответу». Да, сообщил он в одном из интервью, такие работы идут. Но это не ОКР, а НИР «Алабуга», в ходе которой конструкторы должны получить ответы на целый ряд сложнейших вопросов. И лишь получив их, можно приступать к разработке конкретного оружия. Тем не менее периодически появляются сообщения от анонимных источников в «оборонке» о том, что КРЭТ успешно испытал уникальное изделие, которого заждались в армии.
Но между тем область электромагнитного оружия не ограничивается ЭМИ-генераторами. А также рельсотронами, которые, похоже, являются тупиковой ветвью. В 1993 году при переходе от НИР к ОКР из-за прекращения финансирования была закрыта совместная работа НИИ радиоприборостроения и Физико-технического института им. Иоффе РАН, имевшая высокую степень готовности.
В 80-е годы на многофункциональном радиокомплексе «Сура», расположенном в Нижегородской области и имеющем 200-мегаваттную выходную мощность, добились генерации в атмосфере локальных плазменных образований. Они получались в точке пересечения нескольких потоков мощного электромагнитного излучения. Летательные аппараты, а также боеприпасы при пересечении плазменных узлов должны получать воздействие, способное их разрушить.
В настоящий момент аналогичными исследованиями занимаются в США в рамках проекта HAARP (High Frequency Active Auroral Research Program). Но о практических результатах пока ничего неизвестно. В определенной степени это, вероятно, вызвано тем, что выходная мощность такого комплекса не превышает пяти мегаватт.
Владимир Тучков
Газета "Военно-промышленный курьер", опубликовано в выпуске № 44 (857) за 17 ноября 2020 года