Пучковое оружие - насколько оно реально?
Камера перезарядки пучковой пушки.
("Крылатые ракеты в морском бою" Б.И. Родионова, Н.Н. Новикова, изд. Воениздат, 1987 года.)
Пучковое оружие
Вот мы и добрались до пресловутой ионной пушки. Впрочем, пучок заряженных частиц - это не
обязательно ионы. Это могут быть электроны, протоны и даже мезоны. Можно разгонять и
нейтральные атомы или молекулы.
Суть метода состоит в том, что заряженные частицы, обладающие массой покоя, разгоняются в
линейном ускорителе до релятивистских (порядка скорости света) скоростей и превращаются в
своеобразные «пули» с высокой пробивной способностью.
На заметку: первые попытки взять на вооружение пучковое оружие относятся к 1994 году.
Исследовательская лаборатория ВМФ США провела серию испытаний, в ходе которых выяснилось,
что пучок заряженных частиц способен пробить проводящий канал в атмосфере и без особых
потерь распространяться в нем на расстоянии нескольких километров. Предполагалось
использовать пучковое оружие для борьбы с самонаводящимися противокорабельными ракетами.
При энергии «выстрела» 10 кДж повреждалась электроника наведения на цель, импульс в 100 кДж
подрывал боевой заряд, а 1 МДж приводил к механическому разрушению ракеты. Однако
совершенствование других способов борьбы с противокорабельными ракетами сделало их
дешевле и надежнее, поэтому пучковое оружие во флоте не прижилось.
Зато исследователи, работающие в рамках СОИ, обратили на него самое пристальное внимание.
Однако первые же эксперименты в вакууме показали, что направленный пучок заряженных частиц
невозможно сделать параллельным. Причина - электростатическое отталкивание одноименных
зарядов и искривление траектории в магнитном поле Земли (в этом случае - именно сила Лоренца).
Для орбитального космического оружия это было неприемлемо, поскольку речь шла о передаче
энергии на тысячи километров с высокой точностью.
Разработчики пошли по другому пути. В ускорителе разгонялись заряженные частицы (ионы), а
затем в специальной камере перезарядки они становились нейтральными атомами, но скорости
при этом практически не теряли. Пучок нейтральных атомов может распространяться сколь угодно
далеко, двигаясь практически параллельно.
Факторов поражения у пучка атомов несколько. В качестве разгоняемых частиц используются
протоны (ядра водорода) или дейтроны (ядра дейтерия). В камере перезарядки они становятся
атомами водорода или дейтерия, летящими со скоростями в десятки тысяч километров в секунду.
Попадая в цель, атомы легко ионизируются, теряя единственный электрон, при этом глубина
проникновения частиц увеличивается в десятки и даже сотни раз. В результате происходит
термическое разрушение металла.
Кроме того, при торможении частиц пучка в металле возникнет так называемое «тормозное
излучение», распространяющееся по ходу движения пучка. Это рентгеновские кванты жесткого
диапазона и рентгеновские кванты.
В итоге, даже если обшивка корпуса не будет пробита пучком ионов, тормозное излучение с
большой вероятностью уничтожит экипаж и выведет из строя электронику.
Также под воздействием пучка частиц высокой энергии в обшивке будут наводиться вихревые
токи, рождающие электромагнитный импульс.
Таким образом, пучковое оружие обладает тремя поражающими факторами: механическое
разрушение, направленное гамма-излучение и электромагнитный импульс.
Однако «ионная пушка», описанная в фантастике и фигурирующая во многих компьютерных
играх, - это миф. Ни в каком варианте подобному оружию, находящемуся на орбите, не удастся
пробить атмосферу и поразить какую-либо цель на поверхности планеты. С таким же успехом
ее жителей можно бомбить подшивками газет или рулонами туалетной бумаги. Ну, разве что
планета лишена атмосферы, а ее жители, не нуждающиеся в дыхании, свободно разгуливают по улицам городов.
Основная цель пучкового оружия - боевые блоки ракет на заатмосферном участке, челночные
корабли и аэрокосмические самолеты класса «Спираль».
ПУЧКОВОЕ ОРУЖИЕ
Поражающим фактором пучкового оружия является остронаправленный пучок заряженных или
нейтральных частиц высоких энергий – электронов, протонов, нейтральных атомов водорода.
Мощный поток энергии, переносимый частицами, может создать в материале цели интенсивное
тепловое воздействие, ударные механические нагрузки, инициировать рентгеновское излучение.
Применение пучкового оружия отличается мгновенностью и внезапностью поражающего действия.
Ограничивающим фактором по дальности действия этого оружия являются частицы газов,
находящиеся в атмосфере, с атомами которых взаимодействуют разогнанные частицы, постепенно
теряя свою энергию.
Наиболее вероятными объектами поражения пучкового оружия может быть живая сила,
электронное оборудование, различные системы вооружения и военной техники: баллистические и
крылатые ракеты, самолеты, космические аппараты и т.п. Работы по созданию пучкового оружия
получили наибольший размах вскоре после провозглашения президентом США Рональдом Рейганом
программы СОИ.
Центром научных исследований в этой области стала Лос-Аламосская национальная лаборатория.
Эксперименты в ту пору проводились на ускорителе ATS, затем на более мощных ускорителях.
При этом специалисты полагают, что такие ускорители частиц явятся надежным средством
селекции атакующих боеголовок ракет противника на фоне «облака» ложных целей. Исследования
пучкового оружия на основе электронов ведутся также в Ливерморской национальной лаборатории.
По заявлению некоторых ученых, там предпринимались успешные попытки получить поток
высокоэнергетических электронов, по мощности превосходящий в сотни раз получаемый в
исследовательских ускорителях.
В этой же лаборатории в рамках программы «Антигона» было экспериментально установлено,
что электронный пучок почти идеально, без рассеяния, распространяется по ионизированному
каналу, предварительно созданному лучом лазера в атмосфере. Установки пучкового оружия имеют
большие массово-габаритные характеристики и поэтому могут создаваться как стационарные либо
на специальной подвижной технике большой грузоподъемности.
PS: случайно в широко известном коммьюнити science_freaks
завязался спор о реальности
систем пучкового оружия, причём оппоненты всё больше выступали именно за его нереальность.
Пошарив в открытых всему инету источниках, нарыл массу информации, часть которой привёл
выше. Интересует, кто что может сказать обоснованно по наличию действующих и перспективам
разработки новых систем вооружений, относимых к пучковому оружию?
Воздействие на поверхность электронами и ионами осуществляется с помощью устройств, называемых соответственно электронными пушками (ЭП) и ионными пушками (ИП). Данные устройства формируют пучки заряженных частиц с заданными параметрами. Основные общие требования, предъявляемые к параметрам электронных и ионных пучков, предназначенных для воздействия на поверхность в целях ее анализа, следующие:
эмиссионный блок (в электронных пушках) или источник ионов (в ионных пушках), предназначенный для создания самих заряженных частиц (катоды в ЭП, ионизационные камеры в ИП), и блок формирования пучка, состоящий из элементов электронной (ионной) оптики, предназначенный для ускорения и фокусировки частиц. На рис. 2.4 показана простейшая схема электронной пушки.
Рис. 2.4.
Электроны, вылетающие из катода, фокусируются в зависимости от их начальных скоростей вылета, но все траектории их пересекаются вблизи катода. Линзовый эффект, создаваемый первым и вторым анодами, дает изображение точки этого пересечения в другой удаленной точке. Изменение потенциала на управляющем электроде меняет полный ток в пучке путем изменения глубины минимума потенциала пространственного заряда возле катода). В качестве катодов электронных пушек малой мощности используются тугоплавкие металлы и оксиды редкоземельных металлов (работающие на принципах получения электронов путем термоэлектронной и автоэлектронной эмиссий); для получения мощных электронных пучков используются явления автоэлск- тронной и взрывной эмиссии. Для диагностики поверхности применяются ИП со следующими способами получения ионов: электронным ударом", методом вакуумной искры, фотоионизацией", с помощью сильных электрических полей", ионно-ионной эмиссией; взаимодействием лазерного излучения с твердым телом; в результате прилипания электронов к атомам и молекулам (для получения отрицательных ионов); за счет ионно-молекулярных реакций; за счет поверхностной ионизации.
Кроме источников с перечисленными способами ионизации, иногда используются дуговые и плазменные источники ионов. Часто применяют источники, в которых совмещают ионизацию полем и электронным ударом. Схема такого источника показана на рис. 2.5. Газ поступает в источник по трубке напуска. Крепление токовводов эмиттера и ионизационной камеры осуществлено на керамической шайбе. В режиме ионизации электронным ударом включается накал катода и электроны ускоряются в ионизационную камеру за счет разности потенциалов между катодом и камерой.
Рис. 2.5. Схема источника ионов с ионизацией полем и электронным ударом: 1 - токовводы; 2 - трубка для напуска газа;
Ионы вытягиваются из ионизационной камеры с помощью вытягивающего электрода. Для фокусировки пучка ионов используется фокусирующий электрод. Коллимация пучка осуществляется коллимирующими электродами, а его корректировка в горизонтальном и вертикальном направлениях - корректирующими электродами. Ускоряющий потенциал подастся на ионизационную камеру. При ионизации высоковольтным полем ускоряющий потенциал подается на эмиттер. В источнике могут быть использованы три типа эмиттеров: острие, гребенка, нить. Для примера приведем конкретные величины напряжений, применяемых в работающей ИП. При работе с нитью типовые потенциалы на электродах равняются: эмиттер +4 кВ; ионизационная камера 6-10 кВ; вытягивающий электрод от -2,8 до +3,8 кВ; корректирующие пластины от -200 до +200 В и от -600 до +600 В; щелевые диафрагмы 0 В.
Это устройство было использовано во время триады Клорела. Глушитель позволяет человеку в чьём теле живёт гоа"улд самому говорить без влияния гоа’улда. Цветовой сигнал спереди устройства показывает кто на данный момент говорит: гоа’улд (красный) или человек (синий).
Это маленькое устройство помещается в ладонь человека и может записывать и проигрывать трёхмерную фигуру человека в движении. Нарим дал одно из этих устройств Саманте Картер предупреждая её о заговоре в Толланской курии которая могла угрожать Земле .
У Толлан есть корабли способные перемещаться быстрее скорости света, но их вооружение и защита не могут сравниться с кораблями гоа’улдов. Когда Нарим был на Земле в первый раз, он утверждал что кораблю Толлан понадобится много десятилетий чтобы достичь Земли, тогда как корабли гоа’улдов могут пересечь галактику за несколько месяцев. Этот факт был подтверждён в серии «Касательная».
Новый мир Толлан, Толлана, не имел своих звёздных врат , поэтому Толлане создали с помощью Ноксов свои врата.
Врата Толлан были меньше и тоньше чем врата Древних и имели бледно-белый цвет. Никакого наборного устройства не было видно возле них. Джек О"Нилл саркастически выразился о вратах Толлан, «Наши больше».
В последнем сообщении от Нарима, он говорил что гоа’улды уничтожили врата орбитальной бомбёжкой.
У каждого Толлана вживлён в тело небольшой имплантат следящий за здоровьем человека. При серьёзной проблеме, имплантат автоматически вызывает скорую помощь. Обычно, предельное время прибытия помощи - пять минут. Также, это устройство может быть использовано чтобы следить за местоположением человека, но это запрещено законами Толлан. Для проверки своего собственного здоровья человек может использовать специальный сканнер. По тому как Нарим его держит можно предположить что имплантат вживлён в руку.
Эти ионные пушки были одними из самых мощных орудий во вселенной Звёздных врат. Толлана была защищена этим оружием, и оно являлось их единственной мерой против гоа’улдов. Единственный выстрел из этой пушки мог уничтожить корабль класса Ха"так . Гоа’улд Зипакна однажды попытался пометить все эти пушки чтобы Ха’так на орбите мог их уничтожить одним залпом. У него это вышло частично, так как Нокс Лия по просьбе Тил"ка спрятала одну из пушек, которая затем уничтожила стреляющий Ха’так. У этих пушек имелся автоматический и ручной режим стрельбы.
К сожалению, гоа’улд Анубис в конце концов смог разработать энерго-щиты способные противостоять ионным пушкам. Так как у Толлан не было других методов защиты от гоа’улдов, то их цивилизация была уничтожена.
Это устройство обезвреживает любое обнаруженное оружие всех кто мимо него проходит (за исключением Толланских станнеров). Обычно, это устройство установлено при входе в важные правительственные здания.
В серии «Оттенки серого», О’Нилл украл одно из этих устройств чтобы внедриться в тайную группировку NID под начальством Гарри Мэйбурна, которая крала инопланетные технологии. Генерал Хаммонд вернул украденное Толланам.
В -м году, NID собирались допрашивать у них тайны их технологий. SG-1 помогли Толланам сбежать и связаться с Ноксами используя это устройство.
Это устройство не искривляет пространство, как теоризировал Дэниэл Джексон , и не требует звёздных врат, хотя координатная система для него та же самая. Омок показал принцип работы устройства на примере палки что два её конца далеко пока эту палку не согнуть, но больше этого он не сказал.
Одно из этих устройств было передано Толланами своим союзникам Ток"ра , которые, в свою очередь, дали его SGC для связи с Ток’ра. Взамен, Толлане получили от Тау"ри свой личный GDO.
Важные правительственные здания Толлан, например кабинет Высшего Канцлера Травелл, были защищены мощными силовыми полями. При касании поле больно бьёт током прикоснувшегося.
Оружие треугльной формы используемое силами безопасности Толлан. Это оружие было цвета серой стали и излучало тонкую ленту фиолетовой энергии. Станнеры не убивают людей, только оглушают их временно. Это единственное оружие на которое не влияет обезвреживатель оружия.
После того как Анубис разработал энерго-щиты способные противостоять ионным пушкам Толлан, курии пришлось согласиться с требованиями помощника Анубиса Танита и разработать новое оружие взамен на выживание цивилизации Толлан.
Эти оружия массового поражения могли разрушать огромные территории на поверхности планеты. Также, в них были встроены те же самые фазовые устройства которые позволяли им проходить сквозь стены.
Анубис собирался заставить Толлан послать одно из этих оружий на Землю чтобы Азгард не могли вмешаться (Земля была включена в Договор о Защищённых Планетах). Но Нарим уничтожил существующие экземпляры оружия с помощью SG-1. В отместку, Танит атаковал Толлану.
Эти маленькие устройства носились на запястье Толлан и позволяли им проходить сквозь твёрдые предметы. Этот эффект фазового сдвига мог передаваться другому человеку держась за руки. Нарим использовал это устройство чтобы пройти сквозь земной ирис.
Устройство использованное Наримом в 1998-м году, когда он вместе с другими членами своей группы оказался на Земле. Он записал свои чувства к Саманте Картер на это устройство и дал его ей, так как не смог описать их словами.
| Технологии Звёздных врат | ||
| Тау"ри | Боевой крейсер класса Дедал Горизонт Диафрагма Звёздных врат Код авторизации МАЛЗ Наквадовый генератор Проект «Ищущий» Боевой крейсер класса Прометей (BC-303) Уничтожитель Кулл-воинов Ретровирус для Рейфов P90 | |
| Гоа"улды / Ток"ра | Ал’кеш Боевой посох Детектор затарков Зат Интар Лечащее устройство Планер смерти Ручное устройство Саркофаг Тел"так Технология извлечения памяти Трансфазный эрадикатор Туннельные кристаллы Ха"так | |
| Древние | ||
Военные развитых стран постоянно ищут принципиальной новые виды вооружений, чтобы иметь тактическое и стратегическое преимущество. В свое время, одним из перспективных видов стратегических вооружений была так называемая ионная пушка, которая вместо снарядов использует ионы или нейтральные атомы.
В фантастических произведениях подобное оружие называется бластерами, дезинтеграторами и еще кучей разных названий. В принципе, современные технологии вполне позволяют создать подобное оружие в металле, однако, есть ряд ограничений, которые не позволяют использовать данное оружие даже в стратегических целях.
История ионной пушки началась в США, когда заокеанские военные стали искать новые способы нейтрализации советских ракет с разделяющимися боеголовками. При облучении летящего боевого блока ракеты ионами, возникали помехи, вызванные сбоями в полупроводниковых приборах, вихревые токи создавали помехи в исполнительных механизмах. Если обычный блок практически не имел управляющей электроники, то при облучении он продолжал лететь по той же траектории. А при облучении боевого блока ракета должна была начать рыскать из стороны в сторону. Таким образом, ионная пушка должна была помочь быстро отличить боевые блоки от имитаций.
Исследования данного вида вооружения начались в Лос-Аламосе, там, где была создана первая атомная бомба. Через некоторое время, появились первые результаты. Оказалось, что пучок частиц или лазерный луч мощностью в десять тысяч джоулей легко дезориентировал навигационный блок ракеты. Луч с мощностью в сто тысяч джоулей может вызвать детонацию боезаряда летящей ракеты за счет электростатической индукции, а вот луч в миллион джоулей просто повреждал всю электронику ракеты настолько, что она переставала функционировать.
При технической реализации ионной пушки, возник ряд технический трудностей. Первая проблема заключалась в том, что одноименно заряженные ионы просто не могли лететь плотным пучком из-за того что они взаимно отталкивались и вместо плотного и мощного импульса, получался рассеянный и очень слабый. Второй проблемой было то, что ионы взаимодействовали с атомами атмосферы, теряли энергию и рассеивались. Еще одна техническая трудность заключалась в том, что пучок заряженных частиц просто отклонялся от прямолинейной траектории движения за счет взаимодействия с магнитным полем.
Эти технические трудности были преодолены интересными техническими решениями. Перед основным пучком частиц, излучался мощный лазерный импульс, который ионизировал воздух на своем пути и создавал разряжение, так необходимое для движения пучка частиц. Непосредственно в конструкцию ускорителя частиц было внесено изменение, была установлена дополнительная камера, где разогнанные ионы соединялись с электронами и излучались уже нейтральными атомами. Нейтральные атомы не взаимодействовали с магнитным полем Земли и двигались прямолинейно в ионизированном канале.
Другая проблема, которая встала на пути разработчиков такого оружия не может быть решена даже с помощью самых современных технологий. Эта проблема заключается в том, что нет компактного и очень мощного источника энергии, способного обеспечить функционирование такого оружия. Рядом с такой ионной пушкой надо строить отдельную электростанцию, что совершенно неприемлемо в виду высоких затрат и демаскировки.
Самонаводящийся ускоритель частиц. Бабах! Полгорода эта штучка зажарит.
Капрал Хикс, х/ф «Чужие»
В фантастической литературе и кинематографе используется множество пока не существующих типов . Это и различные бластеры, и лазеры, и рельсовые пушки, и много что еще. По некоторым таким направлениям сейчас идут работы в разных лабораториях, но особых успехов пока не наблюдается, а массовое практическое применение подобных образцов начнется, как минимум, через пару десятков лет.
Среди прочих фантастических классов оружия иногда упоминаются т.н. ионные пушки. Их также иногда называют пучковыми, атомными или частичными (такой термин используется гораздо реже по причине специфического звучания). Суть этого оружия заключается в разгоне каких-либо частиц до околосветовых скоростей с последующим направлением их в сторону цели. Такой пучок атомов, обладая колоссальной энергией, может нанести серьезный урон противнику даже кинетическим способом, не говоря уже об ионизирующем излучении и других факторах. Выглядит заманчиво, не так ли, господа военные?
В рамках работ по Стратегической Оборонной Инициативе в Соединенных Штатах рассматривалось несколько концепций средств перехвата вражеских ракет. Среди прочих изучалась и возможность использования ионных орудий. Первые работы по теме начались в 1982-83 году в Лос-Аламосской национальной лаборатории на ускорителе ATS. Позже начали использовать другие ускорители, а потом в исследованиях заняли и Ливерморскую национальную лабораторию. Помимо непосредственных исследований на предмет перспектив ионного оружия, в обеих лабораториях пытались также повышать энергию частиц, естественно с оглядкой на военное будущее систем.
Несмотря на затраты времени и сил, проект исследований пучкового оружия «Антигона» был выведен из программы СОИ. С одной стороны, это можно было рассматривать как отказ от неперспективного направления, с другой – как продолжение работ по проекту, имеющему будущее, независимо от заведомо провокационной программы. К тому же в конце 80-х «Антигону» перевели из стратегической противоракетной обороны в корабельную: почему так сделали, Пентагон не уточнил.
В ходе исследований по воздействию лучевого и ионного оружия на цель было выяснено, что пучок частиц/лазерный луч с энергией порядка 10 килоджоулей способен сжечь аппаратуру самонаведения ПКР. 100 кДж в соответствующих условиях уже могут вызвать электростатическую детонацию заряда ракеты, а пучок в 1 МДж делает из ракеты, в прямом смысле, нанорешето, что приводит и к уничтожению всей электроники, и к подрыву боезаряда. В начале 90-х появилось мнение, что ионные пушки все-таки можно использовать в стратегической противоракетной обороне, но не в качестве средства поражения. Предлагалось стрелять пучками частиц с достаточной энергией по «облаку», состоящему из боевых блоков стратегических ракет и ложных целей. По задумке авторов этой концепции, ионы должны были выжигать электронику боевых блоков и лишать их возможности маневрировать и наводиться на цель. Соответственно, по резкому изменению поведения метки на радаре после залпа можно было вычислять боевые блоки.
Однако перед исследователями в ходе работ встала проблема: в использовавшихся ускорителях можно было разгонять исключительно заряженные частицы. А у этой «мелюзги» есть одна неудобная особенность – они не хотели лететь дружным пучком. Из-за одноименного заряда частицы отталкивались и вместо точного мощного выстрела получалось множество гораздо более слабых и рассеянных. Еще одна проблема, связанная со стрельбой ионами заключалась в искривлении их траектории под действием магнитного поля Земли. Возможно именно поэтому ионные пушки в стратегическую ПРО не пустили – там требовалась стрельба на большие расстояния, где искривление траекторий мешало нормальной работе. В свою очередь, использованию «ионометов» в атмосфере мешало взаимодействие выстреленных частиц с молекулами воздуха.
Первая проблема, с кучностью, была решена путем введения в пушку специальной камеры перезарядки, расположенной после разгонного блока. В ней ионы возвращались в нейтральное состояние и уже не отталкивались друг от друга после вылета из «дула». Заодно немного уменьшилось взаимодействие частиц-пуль с частицами воздуха. Позже, в ходе экспериментов с электронами, было выяснено, что для достижения наименьшего рассеивания энергии и обеспечения максимальной дальности стрельбы, перед выстрелом нужно подсветить цель специальным лазером. Благодаря этому в атмосфере создается ионизированный канал, по которому электроны проходят с меньшими потерями энергии.
После введения в состав пушки камеры перезарядки было отмечено небольшое повышенное ее боевых качеств. В такой версии пушки в качестве снарядов использовались протоны и дейтроны (ядра дейтерия, состоящие из протона и нейтрона) – в камере перезарядки они присоединяли к себе электрон и летели к цели в виде атомов водорода или дейтерия соответственно. При ударе о цель атом теряет электрон, рассеивает т.н. тормозное излучение и продолжает движение внутри цели в виде протона/дейтрона. Также под действием освободившихся электронов в металлической цели возможно появление вихревых токов со всеми последствиями.
Однако все работы американских ученых так и остались в лабораториях. Приблизительно к 1993 году были подготовлены эскизные проекты систем противоракетной обороны для кораблей, но дальше них дело так и не пошло. Ускорители частиц с приемлемой для боевого применения мощностью имели такой размер и требовали такого количества электроэнергии, что за кораблем с пучковой пушкой должна была следовать баржа с отдельной электростанцией. Читатель, знакомый с физикой, может сам посчитать, сколько мегаватт электричества требуется, чтобы придать протону хотя бы 10 кДж. На такие расходы американские военные пойти не могли. Программу «Антигона» приостановили, а потом и вовсе закрыли, хотя время от времени появляются сообщения разной степени достоверности, в которых говорится о возобновлении работ по теме ионного оружия.
Советские ученые не отставали в области разгона частиц, но о военном применении ускорителей долго не раздумывали. Для оборонной промышленности СССР были характерны постоянные оглядки на стоимость оружия, поэтому от идей боевых ускорителей отказались, не начав по ним работы.
На данный момент в мире насчитывается несколько десятков различных ускорителей заряженных частиц, но среди них нет ни одного боевого, пригодного для практического применения. Лос-аламосский ускоритель с камерой перезарядки лишился последней и теперь используется в других исследованиях. Что до перспектив ионного оружия, то саму идею пока придется положить под сукно. До тех пор, пока у человечества не появятся новые, компактные и сверхмощные источники энергии.
