Скорости метания компактных тел, превышавшие 5 км/с получают с помощью легкогазовых пушек и рельсотронов.
В легкогазовой пушке пороховые газы не воздействуют непосредственно на метаемое тело, а толкают перед собой слой более легкого газа (водорода или гелия), в котором скорость молекул выше, что дает возможность разогнать метаемое тело (правда, очень и очень легкое) до больших скоростей.
В рельсотроне проводящий поддон с метаемым телом размещается между двумя параллельными рельсами и через этот контур пропускается большой ток (рис. 4.11). Магнитное поле тока «выталкивает» пондерромоторной силой скользящий по рельсам и сохраняющий с ними контакт поддон со «снарядом».
Рис. 4.11. Схема рельсотрона
Первое устройство обеспечивает разгон до скоростей более 10 км/с тел весом в доли грамма, а рекорд второго, достигнутый 31 января 2008 года — скорость 2,5 км/с для снаряда массой чуть более трех килограммов.
В этих устройствах разгон метаемого тела происходит на дистанции, превышающей десяток метров, что, конечно, исключает их применение в боевых частях управляемого оружия (рис. 4.12, 4.13). Обычным же для боеприпасов метанием с помощью контактного взрыва требуемых скоростей не достичь: мешают газокинетические ограничения (тепловые скорости молекул в газах взрыва становятся сравнимыми со скоростями метаемых тел). Идея Соловьева заключалась в том, чтобы обойти газокинетический барьер, метнув поражающий элемент магнитным полем — оно, в отличие от молекул газов, распространяется со скоростью света.
Рис. 4.12. Схема на рис. 4.11 не дает представления об истинных размерах рельсотрона. В действительности, это — поистине циклопическое сооружение (огромные цилиндры, окружающие рельсы — накопители энергии).
Изображенный на снимке рельсотрон — исследовательский и не имеет системы наведения, в противном случае его габариты еще более возросли бы. Неудивительно, что проекты размещения такого оружия прорабатываются для кораблей не самого малого водоизмещения (и пока не «вписываются» даже в такие корабли)
Рис. 4.13. Ну, а художники «делают нам красиво»: проект эсминца DD-X для ВМС США, вооруженного «рельсотронной» артиллерией
Если внутрь сжимаемого лайнера (см. рис. 4.8) поместить хорошо проводящее тело, то оно также испытает действие огромных пондерромоторных сил магнитного поля и может приобрести значительную скорость. Для тех ИВМГ, которые можно было собрать в МВТУ, оценки давали массу метаемого тела (его стали называть «стрелочкой», хотя по форме оно напоминало капельку) чуть более грамма. Были идеи и как подавить нестабильности — до радиусов сжатия в несколько миллиметров, чего для метания было вполне достаточно.
Стрелочки изготовили из самого тугоплавкого металла — вольфрама. Это мало повлияло на результат: на блоке из алюминия, служившем мишенью, осталась лишь неглубокая вмятина от близкой детонации взрывчатого вещества, содержавшегося в ИВМГ. Напрашивалось предположение, что причиной испарения стрелочки был нагрев ее вихревыми токами, индуцируемыми в вольфраме сильным магнитным полем (проводимость его втрое ниже, чем у меди и глубина проникновения поля (скин-слоя) для микросекундного времени сжатия превышала сотню микрон). Тогда в приповерхностный слой вольфрама с помощью установки ионной имплантации внедрили частицы углерода, а поверх — еще и десятимикронный слой очень хорошо проводящего серебра. Это позволяло надеяться, что почти все магнитное поле (и ток) будет сосредоточено в слое серебра. Серебро, конечно, должно было испариться, а углерод — хоть как-то воспрепятствовать теплопередаче в вольфрам. Участники опытов с восхищением рассмотрели блестящие, высокотехнологичные стрелочки. Потом прогремел взрыв и в алюминиевом блоке было, наконец, обнаружено отверстие. В него радостно тыкали иголками, наивно пытаясь что-то нащупать, но рентгеновский снимок мишени (рис. 4.14) показал, что кратер «чист». Даже небольшой кусочек вольфрама должен контрастно выделяться на фоне алюминия, но ничего подобного на снимке не было, а был просто полый канал, да еще чуть искривленный, что указывало на потерю устойчивости образовавшего его тела. Стрелочка летела, расходуя себя, испарения не удалось избежать, его просто замедлили. Провели еще один опыт, стрелочкой выстрелили в блок оргстекла, снимая процесс скоростной камерой. На проявленной пленке было видно, как нечто летит, оставляя за собой конус из помутневшего от ударной волны оргстекла, а потом все поле съемки закрывали трещины. И эти снимки сохранились, но разобраться в них, не являясь специалистом, непросто; они позволили определить скорость того, что поначалу оставалось от стрелочки — 4,5 км/с и дистанцию, на которой от нее не оставалось ничего — несколько сантиметров. Газокинетический барьер вроде и удалось обойти, но за ним стоял другой — тепловой.
Рис. 4.14. Рентгенограмма алюминиевой мишени. Кратер оставлен в мишени летящей с высокой скоростью стрелочкой, без остатка испарившейся в полете
Следует быть корректным и отметить, что подобные опыты были проведены за пару десятков лет до описываемых событий группой А. Д. Сахарова — и с тем же результатом: алюминиевое кольцо испарилось спустя пару микросекунд после метания Правда, ВМГ, использовавшийся в тех опытах для ускорения кольца был другого типа…
…Предложенный в 50-х годах спиральный ВМГ (СВМГ) выглядит примитивным устройством (рис. 4.15): вокруг металлической грубы 1, заполненной взрывчатым веществом 2, намотана спираль 3. При подрыве газы растягивают трубу в конус, основание которого движется по виткам обмотки, замыкая их и приближая точку контакта к нагрузке 4, куда и вытесняется магнитный поток. Усиление тока равно отношению начальной и конечной (нагрузочной) индуктивностей помноженному на долю сохраненного в ВМГ магнитного потока. Казалось бы, для получения значительного усиления энергии естественно всемерно увеличивать начальную индуктивность, наматывая обмотку с постоянным и наименьшим возможным шагом. Это — простое, но ложное представление: время работы и размеры области сжатия в СВМГ на порядки больше, чем в ИВМГ и, чтобы сохранить магнитный поток (без чего невозможно и усиление), приходится пожертвовать индуктивностью обмотки.
Рис. 4.15. Схема спирального взрывомагнитного генератора
Рассмотрим два СВМГ, различающихся лишь обмотками (рис. 4.16). Та, что справа намотана с постоянным шагом по всей длине, поэтому и площадь сжимаемого контура уменьшается расширяемой взрывом трубой линейно. Слева сжимаемый контур образован профилированной обмоткой (начальный шаг намотки один и тот же, но у «профилированного» он увеличивается, по мере приближения к нагрузке).
Рис. 4.16. Схема работы спирального ВМГ с постоянным шагом намотки (справа) и намоткой, шаг которой увеличивается по мере приближения к нагрузке
Пусть в начальный момент времени ток одинаков. Для СВМГ справа это означает, что энергия запитки у него больше, поскольку индуктивность обмотки выше. Но вот преимущество в усилении тока — за «левым» вариантом: за равный промежуток времени труба «отсечет» (показано пунктиром) то же число витков (начальные шаги намотки равны), но нагрузки для примерно равных наведенных ЭДС будут существенно различаться: в «левом» случае остаточная индуктивность меньше. К тому же, в «левой» обмотке меньше потери потока на диффузию, так как меньше длина провода «остатка» сжатого контура.
