http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=184865d3-36a4-4ebb-a00c-3df9e6195a4a&print=1© 2024 Российская академия наук
ОТВЕТ НА АМЕРИКАНСКИЕ АМБИЦИИ
Для начала – небольшая преамбула. 30 мая нынешнего года мировые информагентства поведали миру об испытаниях электромагнитного орудия военно-морскими силами США: рельсотрон, установленный на новейшем эсминце «Зумвольт» («Zumwalt») (спущен на воду в минувшем году) произвел успешный запуск на большое расстояние вольфрамового снаряда, заключенного в алюминиевую оболочку. Американцы поспешили заявить, что лишь они монопольно обладают этим оружием будущего, способного диктовать условия мировому сообществу. А газета «Wall Street Journal» опубликовала кадры испытания опытного образца рельсотрона, разработанного для ВМС США.
В ответ член комиссии Парламентского Собрания Союза Белоруссии и России по безопасности, обороне и борьбе с преступностью, сенатор Франц Клинцевич дал такие пояснения: «Сообщение газеты не стало для нас новостью. Подобные разработки ведутся и в России», - сказал парламентарий.
Клинцевич считает, что рельсотрон «даже в среднесрочной перспективе» не сможет вытеснить традиционные системы вооружений. От первого опытного испытания до серийного производства – дистанция огромного размера. К тому же американцам не удалось решить главную проблему, связанную с чрезвычайной дороговизной электромагнитного ускорителя.
Ну, а то, что США планируют применять рельсотрон в качестве противодействия России и Китаю, означает, что Москву снова втягивают в гонку вооружений – таково мнение Клинцевича. То есть, проще говоря, американцы как бы «приглашают» Россию повторить майский эксперимент, проведенный на эсминце «Зумвольт».
Однако российская наука не склонна идти путями, проторенными зарубежными коллегами. Российские ученые находят свои, уникальные способы противодействия иностранному давлению, выбирая наиболее экономичные и эффективные технологии.
Слова видного деятеля Союзного государства стали понятны и подтвердились в Шатуре 12 июля, когда ОИВТ РАН продемонстрировал мировому сообществу отечественный рельсотрон, построенный по совершенно иным научным принципам, нежели американский.
КТО ЖЕ АВТОР ИДЕИ?
Рельсотрон (или «электродинамический ускоритель массы», «электромагнитная пушка») состоит из двух протяженных металлических электродов («рельсов»), по которым пропускается электрический ток высочайшей силы и напряжения. Возникающее электромагнитное поле по закону Лоренца снаряд («ударник»), расположенный между рельсами, до огромных скоростей – российскими учеными в лабораторных условиях зафиксирована скорость почти в 11 км/сек. В этом - главное преимущество рельсотрона перед обычным оружием, ведь пороховые пушки не способны придать снаряду скорость выше 2−2,5 км/сек. Снаряду рельсотрона не нужно нести взрывчатого вещества, поскольку благодаря огромной кинетической энергии при столкновении с мишенью происходит мощный взрыв – подобно взрыву, произведенному Тунгусским метеоритом.
Сам термин «рельсотрон» придумал и ввел в научный обиход советский академик, физик по специальности, Лев Андреевич Арцимович. Он всерьез занимался разработкой электромагнитного ускорителя в 50-е годы ХХ столетия, заложив теоретические основы этой программы. Впоследствии возможность установки рельсотронов на спутники рассматривалась в США в качестве элемента «Стратегической оборонной инициативы» (американская программа «Звездных войн»). Идея была заморожена: выявились главные недостатки рельсотрона. Это, безусловно, огромные затраты электроэнергии для запуска снаряда, малый ресурс «рельсов», которые подвергаются деформации чуть ли не после каждого выстрела, чересчур большие размеры всей установки. И, конечно же, невозможность в то время снабдить снаряд системой наведения на цель (при запуске электроника выходила из строя).
Однако испытания, проведенные в конце мая в США и 12 июля – в Шатуре, убедительно показали, что многие из этих проблем успешно решены современной наукой.
ЭКСПЕРИМЕНТОМ РУКОВОДИЛ ПРЕЗИДЕНТ РАН
И вот мы в Шатуре. «Мы» - это съемочные группы восьми российских телевизионных каналов, многочисленные представители печатных и электронных СМИ. 12 июля, вторник - жаркий, даже душный день. Жители городка ждут грозы. А здесь, в просторном здании Шатурского филиала ОИВТ РАН – приятная прохлада, кондиционеры гонят чистый, освежающий воздух. И специалисты готовят рукотворную «грозу» с плазменной молнией невиданной силы.
Ждем прибытия президента Российской академии наук, директора Объединенного института высоких температур, академика Владимира Фортова. Владимир Евгеньевич будет лично руководить первым запуском российского рельсотрона – детища возглавляемого им института.
В журналистских приглашениях было сказано, что эксперимент проводится на «полигоне» Шатурского филиала, но на деле так называемым полигоном оказалось небольшое помещение со стенами, надежно защищенными от чудовищного электромагнитного излучения. Нам объяснили, что свидетелем «выстрела» будет только аппаратура – человеку чрезвычайно опасно находиться вблизи плазменного взрыва. К тому же, как нам дали понять вскользь, установку может просто разнести на мелкие кусочки – да-да, и такая вероятность не исключена на все сто процентов…
А пока не прибыл президент РАН, беседуем с заведующим лабораторией плазмодинамических процессов Шатурского филиала ОИВТ В.П.Полищуком. Вот что Владимир Павлович рассказал нашему порталу:
- Наша лаборатория – ответственный исполнитель проекта под названием «электромагнитный ускоритель», то есть – рельсотрон. Независимо от итогов сегодняшнего эксперимента, сравнивать американские достижения и наши – некорректно, поскольку у них совершенно другая идея, другой технологический принцип.
Мы собираемся поднять на новый уровень параметры энергетики нашей установки. Прежде мы использовали американские ускорители, но они в данном случае не тянут, плохо себя ведут при нашей уникальной технологии. И мы создали свои энергетические батареи. Я рассчитываю, что мы сможем превзойти американцев. У нас нет никаких ограничений по силе энергии. Сейчас, с переходом на новую батарею, мы обрели второе дыхание. У США национальный рекорд – 6,5 км/сек при весе «пули» один грамм, а мы достигли этой скорости полета снаряда при его весе в 2 грамма. Скорость – это главный показатель успеха. К тому же наши технологии значительно дешевле. Американцы используют так называемый предразгон «пули», который осуществляется водородной пушкой: она доводит скорость снаряда до 1 километра в секунду, а затем рельсотрон «додает» скорости. Это и усложняет, и удорожает технологию. Кстати, пуля и у нас, и у них изготовлена из поликарбоната.
Американцы заявляли, что они 100-граммовый снаряд до 50 км в секунду будут разгонять, это можно спутники сносить с орбиты. Пятьдесят километров - это нереально вообще, но у их были такие проекты, они с удовольствием под них деньги брали из бюджета.
Что мы ожидаем сегодня? Ну, на «шестерку» - то есть 6 километров в секунду, мы не выйдем. Даже специально выходить не будем, хотя, наверное, могли бы. Но есть такой эффект, который до сих пор не объяснен наукой, он называется «визит-эффект». Понимаете? То есть перед телекамерами что-то может пойти не так. Рассчитываем на «четверку» - четыре километра в секунду. Это все-таки первые официальные испытания, важно, чтобы состоялся успешный запуск.
Модернизация, которую мы начали в прошлом году, принесла результаты. Наши батареи реально выдают мощность в 0,8 мегаджоулей. И вес пули при лабораторных испытаниях достигает 5 граммов. Сегодня мы «зарядим» двухграммовый снаряд. И подадим на рельсотрон не 0,8, а поменьше – порядка 0,5 мегаджоулей. Не хотим рисковать, произведем пуск в щадящем режиме. Это в любом случае вдвое мощнее, чем до модернизации энергетического оборудования.
… В помещении для испытаний засуетились тележурналисты – на «полигоне» появился Владимир Фортов.
И снова вспоминается комментарий, сделанный членом комиссии Парламентского Собрания Союза Белоруссии и России по безопасности, обороне и борьбе с преступностью, сенатором Ф. А. Клинцевичем вскоре после майских испытаний американского рельсотрона, установленного на новейшем эсминце «Зумвольт» («Zumwalt»):
«Но если все-таки американцам удастся совершить в этом направлении рывок, России вовсе не обязательно отвечать на него исключительно симметричным образом. Чтобы не допустить изменения баланса сил в мире, у нас есть масса других возможностей, которые при необходимости будут задействованы».
«Словом, ситуация находится под контролем», - добавил Клинцевич.
Испытания на Шатурском полигоне со всей ясностью показали: у российских ученых есть более-менее внятный ответ на амбициозные заявления военных из США.
«НАША РАБОТА – ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА»
На Шатурский полигон филиала Объединенного института высоких температур Российской Академии наук (ОИВТ РАН) прибыл директор института, президент РАН Владимир Фортов. Академик лично руководил экспериментом по осуществлению первого запуска российского рельсотрона.
Перед «выстрелом» Владимир Евгеньевич выступил перед журналистами с краткой речью:
«Люди всегда пытались получать большие скорости метания, и, собственно говоря, вся оборонная наука построена на этом принципе, но, как выяснилось, получение высоких скоростей связано с очень большими трудностями. С этим впервые столкнулся Наполеон - он в молодости был, как вы знаете, артиллерийским офицером. И он поставил перед Лагранжем, мировым ученым-механиком, задачу: объяснить, почему пушки не стреляют со скоростью больше полкилометра в секунду - в то время. Это не очень высокая скорость. Когда Лагранж рассмотрел эту задачу, он показал, что скорость метания снаряда пороховой пушкой ограничена скоростью звука. Формула Лагранжа показывает, что когда вы разгоняете снаряд до скорости звука, все идет хорошо, но когда вы пытаетесь ее превысить в несколько раз, возникают проблемы.
С тех пор прошло много времени, но прогресс в разработках метательных систем был очень медленный. Сегодня уровень два километра в секунду достигнут во многих системах, например, танковые пушки работают на этом уровне. Тем не менее, стоит задача получения больших скоростей. Но помимо военных интересов – а этим мы не занимаемся - существуют задачи, которые имеют фундаментальное научное значение. Это задачи, связанные с получением высоких давлений и температур.
Когда мы разгоняем снаряд (ударник) до высоких скоростей, то при столкновении с мишенью возникает давление до нескольких миллионов атмосфер. Наша задача – попытаться с помощью вот такой системы (рельсотрона – Авт.) получить высокую скорость и исследовать поведение вещества при высоких давлениях и температурах.
Зачем это надо? Это надо для понимания того, как устроена вселенная. Потому что, как вы знаете, 95 процентов всего вещества вселенной, которое мы видим – так называемое видимое вещество – оно находится в сильно сжатом и разогретом состоянии. И мы надеемся с помощью этой системы получать состояние вещества под давлением в несколько миллионов атмосфер.
Второе направление, это изучение ударов комет, метеоритов и прочих небесных тел о поверхность либо земли, либо космических аппаратов - в целях защиты этих аппаратов от высокоскоростных частиц. Это тоже непростое дело, потому что скорость, с которой ударяются космические тела типа Тунгусского метеорита, это скорость в десятки километров в секунду. И вот определить форму кратера, сделать защитную систему, которая оповещала бы о космическом мусоре, кометах и метеоритах – это одна из задач, которой мы здесь занимаемся. Грубо говоря, задача – перешагнуть предел Лагранжа, то есть два километра в секунду.
Как это можно сделать? Были потрачены большие усилия в течение, пожалуй, столетия, и, тем не менее, скорость два километра в секунду являлась предельной. Мы и наши коллеги, которые занимаются этой проблемой за рубежом, пошли по другому пути – использовать мощный импульс электрического тока для того, чтобы разогнать тело давлением магнитного поля.
Вот смотрите. Энергия нашей батареи - порядка 1 мегаджоуля. При помощи разрядных систем, которые вы тут видите, в нужный момент времени эта энергия попадает на рельсотрон. Что это такое? Это две пластинки металла (рельсы), к ним подсоединяются батареи конденсаторов, а вот здесь помещен снарядик из очень прочного пластика.
Ток движется по верхнему рельсу, потом загорается дуга, и по нижнему рельсу идет обратно. Магнитное поле начинает ускорять ударник (снаряд, который находится здесь, между рельсами). Вот, собственно говоря, эта схема. Она очень простая, казалось бы. Она не имеет ограничений, связанных с конечной скоростью звука. Передача возмущения электромагнитного идет со скоростью света.
Таким образом, удается перешагнуть предел Лагранжа. На этой установке мы можем ускорять ударники весом 1-2 грамма до скорости 5-6 километров в секунду. Я напомню, что скорость чуть меньше 8 километров в секунду - это скорость, необходимая для того, чтобы вывести на орбиту искусственный спутник. Так называемая первая космическая скорость. Одно из направлений, которое мы имеем в виду всегда, это попытаться сделать умный снаряд, который позволил бы вывести на орбиту искусственный спутник.
Мы пытаемся выйти на гиперзвуковые режимы скоростей, добраться до 10 километров в секунду. И такие вещи сделаны – получена уже максимальная скорость 11 км в секунду на снарядике весом приблизительно полтора грамма.
Почему мы не дошли до световых скоростей? Потому что возникают очень сложные физические проблемы. Ток, который идет по нашей схеме, он создает очень высокое магнитное давление. Оно находится на уровне нескольких десятков тысяч атмосфер. И эти силы электромагнитного поля пытаются раздвинуть электроды (рельсы). Они и ударник ускоряют, и установку деформируют. Это мощная, тяжелая конструкция. И когда что-то идет не так, то крепежные винты разрывает. Они вылетают вверх и пробивают потолок.
Кроме того, возникает другая проблема, связанная с тем, что плазма неустойчива. Кроме того, очень тяжелая проблема – это проблема материалов. Ток идет силой порядка одного миллиона ампер. Это в 30 раз больше, чем при ударе хорошей молнии. Поэтому работать с такой силой тока, напряжением, плазмой – это некий вызов, стоящий перед наукой.
Кроме того, если вы посмотрите вот на эту системы энергопитания, то у нас она весит многие тонны. Мы хотим использовать электромагнитные генераторы, которые придумал Андрей Дмитриевич Сахаров в свое время, вместо этих больших батарей.
Мы занимаемся только физическими вопросами, теплообменом, механикой разрушения. То есть наша работа имеет применение в фундаментальной науке».
ИСТОРИЧЕСКИЙ ВЫСТРЕЛ
Всех просят покинуть «полигон» - свидетелем первого запуска российского рельсотрона будет только аппаратура. Людям находиться в помещении просто-напросто опасно.
Томительное ожидание в комнате по соседству с полигоном… Звенит протяжный звонок, а вслед за ним раздается оглушительный хлопок. Здание сотрясается, с потолка сыплется штукатурка.
Заходим в помещение, где совершен эксперимент. Запах гари и озона. «Дуло» рельсотрона почернело от копоти, а заглушка с мишенью, стоявшая еще несколько минут назад перед стволом электромагнитного ускорителя, разлетелась вдребезги. Сорвав резьбу, вылетели два крепежных винта рельсотрона. На самой мишени – тяжелой стальной болванке – обширный «кратер» (сантиметра четыре в диаметре и около трех – глубиной). Все это сделал полимерный снарядик весом в два грамма…
Зафиксированная скорость «пули» - 3,2 километра в секунду. Владимир Полищук, заведующий плазмодинамической лабораторией, говорит расстроенно (и в то же время – с каким-то облегчением: «Это не тот результат, на который мы рассчитывали. Вот он, пресловутый визит-эффект! Плазма сорвала винты, раздвинула рельсы – потому скорость «пули» и упала. И все равно, хороший результат. Главное: первый запуск состоялся».
Владимир Фортов объявляет, что «эксперимент прошел в целом успешно». «Мы движемся в правильном направлении, - сказал президент РАН, когда ему продемонстрировали сорванный винт. – Работаем на пределе».