Что такое эми пушка
Этот доклад в 2017 году был подготовлен для недавно распущенной негосударственной Комиссии по противодействию ЭМИ-угрозам для США (Commission to Assess the Threat to the United States from EMP Attack). В документе приводился ряд фактов и предположений относительно ЭМИ-оружия и его возможном влиянии на обстановку в мире. Автором доклада выступил доктор Питер Винсент Прай.
П.В. Прай указывает, что разработка ЭМИ-оружия ведется в России, в Китае, Северной Корее и в Иране. Подобные разработки рассматриваются в контексте «боевых действий шестого поколения», подразумевающих атаку военных и гражданских объектов в киберпространстве, а также с использованием электромагнитных импульсов. В связи с возможным влиянием на энергетические сети противника такие идеи также носят название «война отключений» (Blackout War).
В качестве источника «боевого» ЭМИ предлагается использовать ядерные боеприпасы. При этом возможны разные способы их применения с отличающимся эффектом. Так, подрыв ядерного заряда на малой высоте сокращает радиус поражения ЭМИ, но увеличивает мощность воздействия на противника. Увеличение высоты подрыва приводит к обратным результатам: росту радиуса и сокращению мощности. При этом возможно получение выдающихся результатов. Так, подрыв ядерного заряда неназванной мощности на высоте 30 км, по расчетам автора доклада, способен привести к катастрофическим последствиям для инфраструктуры Северной Америки.
По понятным причинам, в Free Beacon особо подробно цитируется часть доклада, посвященная возможным ЭМИ-ударам по территории Северной Америки и Соединенных Штатов в частности. В частности, приводятся данные о количественных особенностях гипотетической атаки. Так, всего 14 ядерных боезарядов (мощность не указана) с подрывом на высоте 60 миль своими электромагнитными импульсами способны вывести из строя ключевую инфраструктуру США. Вторая серия подобных ударов делает бесполезными основные объекты армии, в том числе стратегических ядерных сил.
Вопреки различным перепечаткам в СМИ разных стран, доклад 2017 года не имеет прямого отношения к Пентагону или Конгрессу США. Он был подготовлен «частным» экспертом для негосударственной организации, которая к тому же не так давно успела прекратить свою деятельность. Эти обстоятельства показывают уровень документа и его потенциал в контексте влияния на военную политику Соединенных Штатов. Возможно, конгрессмены могли ознакомиться с докладом и узнать из него некоторые факты (либо вымысел), но вряд ли бы стали относиться к нему со всей серьезностью.
Также в документе содержатся весьма смелые оценки и крайне интересные предположения. Некоторые из них основываются на слишком вольных допущениях, вряд ли допустимых для серьезного доклада. Тем не менее, П.В. Прай вспоминает о некоторых событиях прошлого, учитывает актуальную политическую повестку, а затем на их основе делает выводы. Его измышления и предположения могут, как минимум, вызывать вопросы, но при этом являются «политически верными» и отвечают интересам некоторых кругов США и других стран.
На основе этих заявлений автор доклада для Комиссии по ЭМИ делает далеко идущие выводы. Кроме того, он склонен доверять не самым лучшим источникам и принимать их информацию на веру. Так, рассматривая угрозы в кибернетическом пространстве (стр. 11), П.В. Прай со ссылкой на зарубежные источники пишет, что в декабре 2015 и декабре 2016 гг. Россия устроила информационные атаки. Следствием таких кибератак стало отключение электроэнергии в западных областях Украины и в Киеве.
В целом, доклад «Nuclear EMP Attack Scenarios and Combined-arms Cyber Warfare» выглядит весьма странно. Реалистичные опасения и оценки в нем сопровождаются спорными тезисами и чрезмерно вольными предположениями. Все это резко снижает его ценность. Кроме того, на ценности доклада негативно сказывается тот факт, что в СМИ его позиционируют как официальный документ Пентагона, представленный Конгрессу. Вряд ли серьезный документ нуждается в подобной неправдивой «рекламе».
Документ, привлекший внимание издания The Washingtin Free Beacon, а затем и других средств массовой информации, вызывает массу сомнений и подозрений. По всей видимости, речь идет о некой бумаге «для внутреннего потребления», связанной с интересами и задачами той или иной политической группировки в Соединенных Штатах. При этом, несмотря на постоянное упоминание третьих стран, доклад не имеет прямого отношения к ним. Зарубежные разработки – как реальные, так и предполагаемые – оказываются лишь поводом для пугающих заявлений и прогнозов. К тому же, по неким непонятным причинам, доклад из середины 2017 года начали обсуждать только в январе 2019-го.
В настоящее время ведущие страны действительно проявляют интерес к вооружению, поражающему объекты противника при помощи мощного электромагнитного импульса. Имеются некоторые сведения о разработке подобных систем и о скором их поступлении на вооружение. Таким образом, в ближней или средней перспективе ведущие страны мира действительно смогут получить принципиально новое вооружение с особыми возможностями. Это означает, что позапрошлогодний доклад для Комиссии по ЭМИ-угрозам и последние публикации в зарубежной прессе все же имеют некоторое отношение к реальным событиям. Впрочем, реалистичность отдельных прогнозов не является достойным оправданием для чрезмерно смелых допущений и неправдоподобных сценариев.
Электромагнитная пушка Гаусса
В 1915 г. русские инженеры Н. Подольский и М. Ямпольский создали проект сверхдальнобойной пушки (магнито-фугального орудия) с дальностью стрельбы 300 км. Длина ствола пушки планировалась около 50 м, начальная скорость снаряда 915 м/с. Дальше проекта дело не пошло. Проект был отклонен Артиллерийским комитетом Главного артиллерийского управления Российской императорской армии, посчитавшим, что время для подобных проектов еще не пришло. Одна из причин отказа — сложность создания мощной передвижной электростанции, которая всегда бы находилась рядом с пушкой.
В 1934 г. американский изобретатель Вирджил Ригсби из Сан-Антонио, Техас, изготовил два работающих электромагнитных пулемета и получил патент США № 1959737 на автоматическую электрическую пушку.
Первая модель получала энергию от обычного автомобильного аккумулятора и с использованием 17 электромагнитов разгоняла пули по 33-дюймовому стволу. Имеющийся в составе управляемый распределитель переключал напряжение питания с предыдущей катушки электромагнита на последующую катушку (по ходу движения пули) таким образом, чтобы вытягивающее магнитное поле всегда обгоняло пулю.
В 20-е и 30-е гг. прошлого столетия в СССР разработкой новых видов артиллерийского вооружения занималась КОСАРТОП — Комиссия особых артиллерийских опытов, причем в ее планах был проект создания электрического орудия на постоянном токе. Восторженным сторонником нового артиллерийского вооружения был Михаил Николаевич Тухачевский, впоследствии, с 1935 г., маршал Советского Союза. Однако расчеты, сделанные специалистами, показали, что такое орудие создать можно, но оно будет иметь очень большие размеры, а главное потребует так много электроэнергии, что рядом с ним придется иметь собственную электростанцию. Вскоре КОСАРТОП была распущена, и работы по созданию электрического орудия прекратились.
Во-первых, это большой расход энергии и, соответственно, низкий КПД установки. Лишь от 1 до 7 % заряда конденсатора переходит в кинетическую энергию снаряда. Частично этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД не превышает 25 %.
Во-вторых, это большие вес и габариты установки при ее низкой эффективности.
Патент № 1370200 Андре Фашон-Виллепле
Полученные результаты испытаний пушек Гаусса и Ханслера привели к тому, что в 1957 г. ученые — участники симпозиума по сверхскоростным ударам, проводимого ВВС США, пришли к следующему заключению: «…. маловероятно, что в ближайшем будущем техника электромагнитных пушек будет успешна».
Шинные электромагнитные ускорители плазмы
В 1954–1956 гг. в США профессор Уинстон Х. Бостик, работая в Ливерморской национальной лаборатории им Э. Лоуренса, входящей в состав Калифорнийского университета, изучал «запакованные» в магнитное поле плазмы, полученные с помощью специальной «плазменной» пушки. Эта «пушка» состояла из стеклянного закрытого цилиндра диаметром четыре дюйма, внутри которого были установлены параллельно два электрода из титана, насыщенного тяжелым водородом. Воздух из сосуда был удален. В состав устройства также входил источник внешнего постоянного магнитного поля, вектор индукции магнитного потока которого имел направление перпендикулярное плоскости электродов. Один из этих электродов был подключен через циклический выключатель к одному полюсу высоковольтного многоамперного источника постоянного тока, а второй электрод — к другому полюсу этого же источника. При включении циклического выключателя в зазоре между электродами возникает пульсирующая электрическая дуга, сила тока в которой достигает нескольких тысяч ампер; продолжительность каждой пульсации примерно 0,5 мкс. При этом с обоих электродов как бы испаряются ионы дейтерия и электроны. Образовавшийся сгусток плазмы, замыкает электрический контур между электродами и под действием пондеромоторной силы разгоняется и стекает с концов электродов, преобразуясь при этом в кольцо — тороид плазмы, так называемый плазмоид; это кольцо выталкивается вперед со скоростью, достигающей 200 км/с.
При подаче напряжения 30 кВ на «рельсы» проволочка взрывалась, образовавшаяся плазма продолжала перемыкать «рельсы», и в контуре протекал большой ток.
Главным, конечно, было отсутствие необходимого источника питания, и такой источник появился. Но об этом в окончании статьи.
Новые физические принципы: на что будет способно российское электромагнитное оружие
Данный тип вооружения использует энергию электромагнитного излучения (ЭМИ) сверхвысокой частоты, которая «выжигает» или временно выводит из строя электронику противника. В теории это позволяет создать надёжный эшелон защиты от авиации, крылатых ракет, беспилотников и наземных средств поражения.
СВЧ-пушку относят к классу нелетального вооружения, основанного на новых физических принципах. По своим характеристикам она близка к комплексам радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и радиоэлектронного подавления. Воздействие ЭМИ губительно не только для техники, но и для организма человека (приводит к деградации нервной, иммунной систем, а также к сбоям в обмене веществ). Кроме того, в определённых условиях излучение может привести к детонации вражеских боеприпасов.
Достижения и нерешённые проблемы
«Чтобы СВЧ-пушка могла выполнить боевую задачу, ей требуется без малого целая электростанция. Естественно, что это сильно ограничивает возможность её применения. По этой причине полувековые попытки создать нечто боеспособное не приносили результатов», — пояснил в беседе с RT основатель портала Military Russia Дмитрий Корнев.
В конце 1990-х годов отечественные специалисты разработали пятитонный прототип электромагнитной установки «Ранец-Е», который предназначен для размещения на шасси МАЗ-543/7310. Комплекс РЭБ способен генерировать электромагнитный импульс сантиметрового диапазона мощностью до 500 мегаватт.
Согласно заявленным характеристикам, «Ранец» выжигает аппаратуру на дальности до 8—14 км и создаёт помехи электронным схемам на расстоянии до 40 км. Для обнаружения целей комплекс оснащается собственной РЛС, но при этом сопрягается с другими средствами противовоздушной и противоракетной обороны. Однако ряд существенных недостатков не позволили принять «Ранец» на вооружение.
Во-первых, сверхчастотное излучение действовало в зависимости от рельефа местности (например, микроволны не проходили через горы, скалы, холмы). Во-вторых, на «перезарядку» пусковой установки уходило около 20 минут. Это слишком большой отрезок времени на современном театре военных действий (ТВД).
Тем не менее ряд образцов с использованием сверхвысокочастотного излучения всё же пополнил арсенал российской армии. Так, последние годы Ракетные войска стратегического назначения (РВСН) получают машины дистанционного разминирования (МДР) 15М107 «Листва». На автомобиле установлены модуль СВЧ-излучения и генератор широкополосных электромагнитных импульсов. Эта аппаратура может инициировать подрыв мин на расстоянии до 100 м и выводить из строя радиоуправляемые фугасы.
С августа 2018 года концерн «Калашников» серийно производит радиоэлектронное ружьё Zala Aero REX-01 для нужд Сухопутных войск, спецподразделений и полиции. Устройство, напоминающее бластер из фантастических фильмов, способно глушить сигналы всех известных навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС, BeiDou, Galileo). Его основное предназначение — борьба с небольшими беспилотниками.
Радиоэлектронное поражение
Сейчас КРЭТ активно работает над системой «Алабуга», в рамках которой создаётся целый комплекс вооружений. В 2011—2012 годах учёные завершили цикл научных исследований, после чего проект получил высший гриф секретности. В связи с этим информации об «Алабуге» немного.
В экспертной среде принято считать, что важнейшим направлением проекта является создание электромагнитного боеприпаса, который сможет «выжигать» радиоэлектронное оборудование кораблей, летательных аппаратов, танков, зенитных ракетных комплексов и самоходных артиллерийских установок.
В октябре 2017 года британская газета Daily Star сообщила о том, что детище КРЭТ «способно выводить из строя всю электронную технику противника в радиусе нескольких километров и нейтрализовывать целые армии». Носителем ракеты, по версии издания, станут беспилотники. Поражающая мощь «Алабуги» для электроники будет сопоставима с взрывом ядерной бомбы, которая, помимо прочего, обладает сильным ЭМИ.
В предыдущих интервью Михеев указывал, что российские СВЧ-пушки могут с разной степенью интенсивности воздействовать на электронику противника — от создания помех до «полного радиоэлектронного поражения».
«Нас вновь ожидают сюрпризы»
Электромагнитное ИО США
В 2009 г. ВВС США выделили 40 миллионов долларов на реализацию более мощного генератора СВЧ-лучей и его размещение на воздушном транспортном средстве. Согласно контракту, Boeing Company занималась разработкой ракеты CHAMP, которая должна была выступить носителем микроволнового излучателя. Созданием самого микроволнового излучателя занималась американская фирма Ktech.
В 2011 г. Boeing Company совместно с AFRL провела первые испытания ракеты CHAMP с мощным микроволновым излучателем на полигоне TTR (штат Юта), приписанном к авиабазе Хилл (рис. 2).
Магнетронный микроволновый излучатель HPM (High Powered Microwave) был установлен на крылатую ракету AGM-86. Опытный образец выполнил полет по заложенной программе. С помощью HPM генерировались мощные энергетические импульсы, которые эффективно выводили из строя электронные подсистемы.
Следует также отметить, что ВМС США рассматривают вариант установки магнетронов на беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Технические предпосылки к этому имеются. Так, еще 14 мая 2013 г. ВМС США впервые успешно произвели взлет ударного БПЛА X-47B с палубы атомного авианосца «Джордж Буш» (рис. 3), находившегося в Атлантическом океане у восточного побережья США. Взлет БПЛА был произведен при помощи стартовой катапульты корабля. Аппарат, совершив несколько пролетов над палубой корабля, успешно совершил посадку на аэродроме в штате Мериленд. БПЛА был разработан и изготовлен корпорацией Northrop Grumman. По мнению прессы, технические характеристики аппарата, изготовленного по технологии малозаметности («стелс»), открывают невиданные прежде возможности, включая использование СВЧ-оружия.
SOS-генератор ЭМИ
В Уральском отделении Института электрофизики РАН (г. Екатеринбург) разработана серия многоразовых мобильных SOS-генераторов ЭМИ, проникающая способность излучения которых намного выше, чем у магнитокумулятивных генераторов.
Известно, что при переключении силового полупроводникового диода из открытого состояния в закрытое (восстановление запираемости диода) в нем (диоде) имеет место выброс обратного тока. Эксперименты, проведенные в 1991 г. в этом институте С. Н. Рукиным и его сотрудниками, показали, что при очень больших плотностях прямого и обратного токов через полупроводниковую структуру в определенном сочетании плотностей этих токов и их длительностей время спада обратного тока уменьшается до десятков и единиц наносекунд (нс). Этот эффект наносекундного обрыва сверхплотных токов в полупроводниках позже получил название SOS-эффекта (от Semiconductor Opening Switch).
Другое важное свойство SOS-эффекта заключается в том, что стадия срыва тока характеризуется равномерным автоматическим распределением напряжения по большому числу последовательно соединенных диодов. Это дает возможность создавать прерыватели тока с напряжением мегавольтного уровня путем последовательного соединения диодов без использования внешних резистивных делителей напряжения.
В дальнейшем была разработана специальная полупроводниковая структура со сверхжестким режимом восстановления, на основе которой удалось создать высоковольтные полупроводниковые прерыватели нового класса — SOS-диоды, имеющие рабочее напряжение в сотни киловольт, ток коммутации — в десятки килоампер, время коммутации – единицы наносекунд и частоту коммутации — килогерцы. Типовая конструкция SOS-диода — это последовательная сборка элементарных диодов, взаимно стянутых диэлектрическими шпильками между двумя пластинами-электродами. На основе SOS-диодов разработана серия мощных наносекундных генераторов с рекордными для полупроводниковых коммутаторов параметрами.
Блок-схема такого генератора показана на рис. 4. Тиристорное зарядное устройство (ТЗУ) осуществляет дозированный отбор энергии от источника питания, которая затем за время 10–100 мкс при напряжении 1–2 кВ поступает на магнитный компрессор (МК). Последний сжимает энергию во времени до 300–600 нс и повышает напряжение до сотен киловольт. SOS-диод выступает в роли оконечного усилителя мощности, переводя энергию в диапазон времени 10–100 нс и повышая напряжение в 2-3 раза. Введение в состав генератора звена магнитной компрессии продиктовано необходимостью согласования параметров выходного импульса ТЗУ с параметрами импульса накачки SOS-диода. После срыва тока SOS-диодом энергия передается в нагрузку в виде короткого наносекундного импульса.
Отсутствие в SOS-генераторах газоразрядных коммутаторов снимает принципиальные ограничения на частоту повторения импульсов. В продолжительном режиме работы эта частота ограничена тепловыми нагрузками на элементы генератора, в первую очередь на сердечники магнитных ключей, а при кратковременном включении генератора в режиме пакета импульсов – частотными возможностями ТЗУ. Режим пакета импульсов, когда генератор работает от десятков секунд до нескольких минут с частотой и выходной мощностью, в несколько раз превышающими номинальные, важен именно для перспектив боевого применения. Разработанные SOS-генераторы позволяют в 5–10 раз увеличить частоту следования импульсов и выходную мощность в режиме пакета продолжительностью от 30 до 60 секунд. Наиболее мощный среди генераторов наносекундного класса — S-5NS (рис. 5), система охлаждения которого проточной водой потребляет до 15 л/мин. Выходной импульс генератора S-5NS имеет следующие характеристики: импульсное напряжение — от 400 до 1000 кВ, импульсный ток — от 3 до 8 кА, длительность импульса — от 8 до 10 нс, пиковая мощность — 4 ГВт, частота импульсов постоянно — 300 Гц, в пачке длительностью 30 с — 1 000 Гц. Масса этого генератора 3 500 кг. Интенсивные исследования путей улучшения характеристик SOS-генераторов продолжаются. В частности, в российских научных центрах отрабатывается применение этих генераторов для питания широкополосных СВЧ-излучателей.
Сферический ударно-волновой источник РЧЭМИ
Следующим шагом в развитии забрасываемых электромагнитных боеприпасов (бомб, снарядов, гранат) явилось создание сферического ударно-волнового источника радиочастотного излучения — РЧЭМИ.
Идея, положенная в основу этого генератора, состоит в прямом преобразовании энергии взрывчатых веществ (ВВ) непосредственно в энергию РЧЭМИ, без виркатора. Впервые такой сферический ударноволновой излучатель УВИС был испытан 9 сентября 1993 г. на полигоне Центрального физико-технического института Минобороны РФ. Схема этого устройства приведена на рис. 6.
В УВИС заряд ВВ размещается внутри детонационного распределителя — полой сферы из поликарбоната, на поверхности которой отфрезерованы многочисленные каналы. Начинаясь у детонатора, причудливо переламываясь и разветвляясь, эти каналы покрывают всю внешнюю поверхность, заканчиваясь сквозными отверстиями. Они заполнены эластичным ВВ с высокостабильной скоростью детонации. Эта сложнейшая сеть создана так, чтобы обеспечить равные пути детонации от первичного детонатора до каждого отверстия. Расчет каналов потребовал использования методов геометрии Римана. Отфрезеровать такую систему каналов можно только на высокоточном станке с числовым программным управлением. Основной заряд изготавливается из мощного взрывчатого состава на основе октогена. Внутри него и устанавливается сфера из монокристалла йодида цезия.
Вокруг сферы собирается магнитная система. В ее основе два постоянных магнита. От них к монокристаллу идут два усеченных конуса из магнитно-мягкой стали, «собирающих» поле постоянных магнитов в область, занятую монокристаллом. Сохранению потока, создаваемого магнитами, служат и магнитопроводы. 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.
После того как сработает детонатор, огоньки детонации «разбегаются» по каналам со скоростью 8 км/с, одновременно «ныряют» в десятки отверстий и инициируют в основном заряде сферическую детонацию с давлением в полмиллиона атмосфер. Достигнув поверхности йодида цезия, волна детонации сформирует в нем ударную волну. Причем, поскольку плотность монокристалла больше плотности газов взрыва, давление на поверхности сферы скачкообразно увеличится, превысив миллион атмосфер. Сферическая ударная волна помчится к центру со скоростью более 10 км/с, оставляя за собой уже не монокристалл, а проводящую, как металл, жидкую область из атомов йода и цезия, и сжимая магнитное поле. По обе стороны фронта мощной ударной волны разница плотностей невелика (для монокристалла — примерно в два раза). Малая разность плотностей означает, что при ударно-волновом сжатии не развиваются нестабильности. В конечной фазе отношение размера области сжатия к начальному радиусу монокристалла — менее одной тысячной. Энергия магнитного поля могла бы возрасти при этом в миллион миллионов раз. Однако этого не происходит, так как сжата лишь малая часть поля, а почти все оно «захватывается» проводящим веществом и уже не может концентрироваться в области сжатия. Но эти потери дают возможность «сбрасывать» излишнее поле за фронт ударной волны, препятствуя тем самым чересчур быстрому усилению магнитного давления. Подбирая характеристики вещества (степень сжатия и проводимость в ударно-сжатом состоянии), можно регулировать «сброс» поля за фронт волны.
Ударная волна, сойдясь в точку и отразившись, устремляется обратно, скачком изменив поле, что и приведет к генерации импульсного потока РЧЭМИ. Длительность этого излучения менее наносекунды, спектр — от сотен мегагерц до сотен гигагерц.
Электромагнитное ИО России
Противотанковый гранатомет, предназначенный для стрельбы по машинам, оснащенным САЗ, имеет два ствола (двустволка):
При выстреле сначала запускается двигатель электромагнитной, а после, с небольшой задержкой, — кумулятивной гранаты. Радиолокационное сечение первой очень мало, поэтому защита пропускает ее. Попав в танк, «Антропус» кратковременно ослепляет его защиту, обеспечив этим прорыв кумулятивной гранаты к броне. Радиус ослепления всего 2–3 метра, но этого достаточно: антенна радиолокатора расположена на башне танка.
«Антропус» имеет два варианта боевых частей:
Оба этих генератора имеют небольшие мощности излучения, но их достаточно, для того чтобы создать вблизи них кратковременные перегрузки в электронных цепях.
В то же самое время (1998 г.) в России также уже были экспериментальные образцы 100-мм и 130-мм электромагнитных снарядов и 122-мм электромагнитных боевых частей неуправляемых ракет.
Окончание следует
Статья была опубликована в майском номере журнала «Наука и техника» за 2017 год