В России разрабатываются радиоэлектронные боеприпасы, предназначенные для выведения из строя техники противника за счет мощного СВЧ-импульса, сообщил недавно советник первого заместителя гендиректора . Подобные заявления, зачастую содержащие крайне скудную информацию, выглядят чем-то из области фантастики, однако звучат все чаще, и не случайно. Над электромагнитным оружием интенсивно работают в США и Китае, где понимают, что перспективные технологии дистанционного воздействия радикально изменят тактику и стратегию ведения будущих войн. Способна ли современная Россия ответить на такие вызовы?

Между первой и второй

Использование электромагнитного оружия считается частью элемента американской «третьей компенсационной стратегии», предусматривающей применение новейших технологий и методов управления для достижения преимущества над противником. Если первые две «компенсационные стратегии» реализовывались во время Холодной войны исключительно как ответ СССР, то третья направлена главным образом против Китая. Война будущего предполагает ограниченное участие человека, зато планируется активно использовать беспилотники. Они управляются дистанционно, именно такие системы управления и должно выводить из строя электромагнитное оружие.

Говоря об электромагнитном оружии, прежде всего имеют в виду технику, основанную на мощном СВЧ-излучении. Предполагается, что она способна подавлять, вплоть до полного выведения из строя, электронные системы противника. В зависимости от решаемых задач СВЧ-излучатели могут доставляться на ракетах или беспилотниках, устанавливаться на бронемашины, самолеты или суда, а также быть стационарными. Действует электромагнитное оружие обычно на несколько десятков километров, поражается электроника во всем пространстве вокруг источника либо цели, расположенные в относительно узком конусе.

В таком понимании электромагнитное оружие представляет собой дальнейшее развитие средств радиоэлектронной борьбы. Конструкция источников СВЧ-излучения различается в зависимости от поражающих целей и методов. Так, основой электромагнитных бомб могут служить компактные генераторы с взрывным сжатием магнитного поля или излучатели с фокусировкой электромагнитного излучения в определенном секторе, а СВЧ-излучатели, устанавливаемые на крупную технику, например, самолеты или танки, работают на основе лазерного кристалла.

Пусть говорят

Первые прототипы электромагнитного оружия появились в 1950-х годах в СССР и США, однако приступить к выпуску компактных и не сильно энергозатратных изделий удалось только в последние двадцать-тридцать лет. Фактически гонку начали США, России ничего другого, как ввязаться в нее, не оставалось.

Изображение: Boeing

В 2001 году стало известно о работе над одним из первых образцов электромагнитного оружия массового поражения: американская система VMADS (Vehicle Mounted Active Denial System) позволяла нагревать кожу человека до болевого порога (примерно 45 градусов Цельсия), таким образом фактически дезориентируя противника. Однако в конечном итоге главная цель перспективного вооружения - не люди, а машины. В 2012 году в США в рамках проекта CHAMP (Counter-electronics High Power Microwave Advanced Missile Project) прошла испытания ракета с электромагнитной бомбой, а спустя год была протестирована наземная система радиоэлектронного подавления беспилотников. Кроме этих направлений, в США интенсивно разрабатываются близкие электромагнитному оружию лазерные средства поражения и рельсотроны.

Аналогичные разработки ведутся в Китае, где недавно, кроме того, заявили о создании массива СКВИДов (SQUID, Superconducting Quantum Interference Device, сверхпроводящий квантовый интерферометр), позволяющего обнаруживать подводные лодки с расстояния около шести километров, а не сотен метров, как традиционными методами. ВМС США в подобных целях экспериментировали с одиночными датчиками СКВИД, а не их массивами, однако высокий уровень шума привел к тому, что от использования перспективной технологии отказались в пользу традиционных средств обнаружения, в частности гидролокации.

Россия

В России уже имеются образцы электромагнитного оружия. Например, машина дистанционного разминирования (МДР) «Листва» - бронеавтомобиль, оснащенный радаром для поиска мин, СВЧ-излучателем для обезвреживания электронной начинки боеприпаса и металлоискателем. Эта МДР, в частности, предназначена для сопровождения по пути следования машин ракетных комплексов «Тополь», «Тополь-М» и «Ярс». «Листва» неоднократно проходила испытания, в России до 2020 года планируется принять на вооружение более 150 таких машин.

Эффективность системы ограничена, поскольку с ее помощью нейтрализуются только дистанционно управляемые взрыватели (то есть с электронной начинкой). С другой стороны, всегда остается функция обнаружения взрывного устройства. Более сложные системы, в частности «Афганит», устанавливаются на современные российские машины универсальной боевой платформы «Армата».

За последние годы в России разработано более десяти комплексов радиоэлектронной борьбы, в том числе «Алгурит», «Ртуть-БМ» и семейство «Красуха», а также созданы станции «Борисоглебск-2» и «Москва-1».

Российским военным уже поставляют аэродинамические цели со встроенной системой радиоэлектронной борьбы, способной имитировать групповой ракетный налет, тем самым дезориентируя ПВО противника. В таких ракетах вместо боевой части установлено специальное оборудование. В течение трех лет ими оснастят Су-34 и Су-57.

«Сегодня все эти разработки переведены на уровень конкретных опытно-конструкторских проектов по созданию электромагнитного оружия: снарядов, бомб, ракет, несущих на себе специальный взрывомагнитный генератор», - говорит советник первого заместителя гендиректора концерна «Радиоэлектронные технологии» Владимир Михеев.

Он уточнил, что в 2011-2012 годах под шифром «Алабуга» выполнялся комплекс научных исследований, позволивший определить основные направления развития радиоэлектронного оружия будущего. Подобные разработки, отметил советник, ведутся, и в других странах, в частности в США и Китае.

Впереди планеты всей

Тем не менее в разработке электромагнитного оружия пока именно Россия занимает если не лидирующую, то одну из ведущих позиций в мире. Специалисты в этом практически единодушны.

«Такие штатные боеприпасы у нас есть - например, генераторы есть в боевых частях зенитных ракет, также существуют выстрелы для ручных противотанковых гранатометов, оснащенные такими генераторами. По этому направлению мы находимся на передовых позициях в мире, аналогичных боеприпасов, насколько я знаю, пока на снабжении иностранных армий нет. В США и Китае подобная техника сейчас находится лишь на стадии испытаний», - отмечает главный редактор , член экспертного совета коллегии ВПК .

По мнению аналитика Самуэля Бендетта из CNA (Center for Naval Analyses), Россия лидирует в радиоэлектронной борьбе, и США за последние 20 лет тут сильно отстали. Эксперт, выступая недавно в в Вашингтоне, округ Колумбия, перед правительственными чиновниками и представителями военно-промышленных кругов, особо отметил российский комплекс подавления GSM-связи РБ-341В «Леер-3».

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ПО ФИЗИКЕ

Электромагнитное оружие

Томск 2014

Введение

Электромагнитные ускорители масс

1 Пушка Гаусса

4 Микроволновые пушки

5 Электромагнитная бомба

6 Сверхрадиочастотное оружие

Воздействие ЭМО на объекты

Тактика применения ЭМО

Защита от ЭМО

Список литературы

Введение

Электромагнитное оружие (ЭМО) - оружие, в котором для придания начальной скорости снаряду используется магнитное поле, либо энергия электромагнитного излучения используется непосредственно для поражения цели.

В первом случае магнитное поле используется как альтернатива взрывчатым веществам в огнестрельном оружии. Во втором - используется возможность наведения токов высокого напряжения и выведения из строя электрического и электронного оборудования в результате возникающего перенапряжения, либо вызывание болевых эффектов или иных эффектов у человека. Оружие второго типа позиционируется как безопасное для людей и служащее для вывода из строя техники противника или приводящих к небоеспособности живой силы противника; относится к категории Оружие нелетального действия.

Помимо магнитных ускорителей масс, существует множество других типов оружия, использующих для своего функционирования электромагнитную энергию. Рассмотрим наиболее известные и распространенные их типы.

1. Электромагнитные ускорители масс

1.1 Пушка Гаусса

Названа по имени ученого и математика Гаусса, в честь имени которого названы единицы измерения магнитного поля. 10000Гс = 1Тл) можно описать так. В цилиндрической обмотке (соленоиде) при протекании через нее электрического тока возникает магнитное поле. Это магнитное поле начинает втягивать внутрь соленоида железный снаряд, который от этого начинает разгоняться. Если в тот момент, когда снаряд окажется в середине обмотки ток в последней отключить, то втягивающее магнитное поле исчезнет и снаряд, набравший скорость, свободно вылетит через другой конец обмотки. Чем сильнее магнитное поле и чем быстрее оно отключается - тем сильнее вылетает снаряд.

На практике конструкция простейшего гаусс-гана представляет собой намотанную в несколько слоев на диэлектрическую трубку медную проволоку и конденсатор большой емкости. Внутрь трубки перед самым началом обмотки устанавливается железный снаряд (часто гвоздь со спиленной шляпкой) и предварительно заряженный конденсатор при помощи электрического ключа замыкается на обмотку.

Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к середине обмотки ток в последней уже успевал бы уменьшится до минимального значения, т.е. заряд конденсаторов был бы уже полностью израсходован. В таком случае КПД одноступенчатого МУ будет максимальным.

Рисунок 1. Схема сборки "гаус гана"

электромагнитный оружие ускоритель частота

1.2 Rail gun

Помимо “гаусс ганов”, существует ещё как минимум 2 типа ускорителей масс - индукционные ускорители масс (катушка Томпсона) и рельсовые ускорители масс, так же известные как “рэйл ганы” (от англ. “Rail gun” - рельсовая пушка).

Рисунок 2. Испытательный выстрел Rail Gun

Рисунок 3. Американский Rail Gun

В основу функционирования индукционного ускорителя масс положен принцип электромагнитной индукции. В плоской обмотке создается быстро нарастающий электрический ток, который вызывает в пространстве вокруг переменное магнитное поле. В обмотку вставлен ферритовый сердечник, на свободный конец которого надето кольцо из проводящего материала. Под действием переменного магнитного потока, пронизывающего кольцо в нём возникает электрический ток, создающий магнитное поле противоположной направленности относительно поля обмотки. Своим полем кольцо начинает отталкиваться от поля обмотки и ускоряется, слетая со свободного конца ферритового стержня. Чем короче и сильнее импульс тока в обмотке, тем мощнее вылетает кольцо.

Иначе функционирует рельсовый ускоритель масс. В нем проводящий снаряд движется между двух рельс - электродов (откуда и получил свое название - рельсотрон), по которым подается ток. Источник тока подключается к рельсам у их основания, поэтому ток течет как бы в догонку снаряду и магнитное поле, создаваемое вокруг проводников с током, полностью сосредоточенно за проводящим снарядом. В данном случае снаряд является проводником с током, помещённым в перпендикулярное магнитное поле, созданное рельсами. На снаряд по всем законам физики действует сила Лоренца, направленная в сторону противоположную месту подключения рельс и ускоряющая снаряд. С изготовлением рельсотрона связан ряд серьезных проблем - импульс тока должен быть настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел бы испарится (ведь через него протекает огромный ток!), но возникла бы ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. Поэтому материал снаряда и рельс должен обладать как можно более высокой проводимостью, снаряд как можно меньшей массой, а источник тока как можно большей мощностью и меньшей индуктивность. Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверх больших скоростей. На практике рельсы изготавливают из безкислородной меди покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые брусочки, в качестве источника питания - батарею высоковольтных конденсаторов, а самому снаряду перед вхождением на рельсы стараются придать как можно большую начальную скорость, используя для этого пневматические или огнестрельные пушки.

Помимо ускорителей масс к электромагнитному оружия относятся источники мощного электромагнитного излучения, такие как лазеры и магнетроны.

1.3 Лазер

Он известен всем. Состоит из рабочего тела, в котором при выстреле создается инверсная населенность квантовых уровней электронами, резонатора для увеличения пробега фотонов внутри рабочего тела и генератора, который эту самую инверсную населённость будет создавать. В принципе, инверсную населённость можно создать в любом веществе и в наше время проще сказать, из чего НЕ делают лазеры. Лазеры могут классифицироваться по рабочему телу: рубиновые, СО2, аргоновые, гелий-неоновые, твердотельные (GaAs), спиртовые, и т.д., по режиму работы: импульсные, непрерывные, псевдонепрерывные, могут классифицироваться по количеству используемых квантовых уровней: 3х уровневый, 4х уровневый, 5и уровневые. Так же лазеры классифицируют по частоте генерируемого излучения - микроволновые, инфракрасные, зеленые, ультрафиолетовые, рентгеновские, и т.д. КПД лазера обычно не превышает 0,5%, однако сейчас ситуация изменилась - полупроводниковые лазеры (твердотельные лазеры на основе GaAs) имеют КПД свыше 30% и в наши дни могут обладать мощностью выходного излучения аж до 100(!) Вт, т.е. сравнимую с мощными "классическими" рубиновыми или СО2 лазерами. Кроме того, существуют газодинамические лазеры, менее всего похожие на другие типы лазеров. Их отличие в том, что они способны производить непрерывный луч огромной мощности, что позволяет использовать их для военных целей. В сущности, газодинамический лазер представляет собой реактивный двигатель, перпендикулярно газовому потоку в котором стоит резонатор. Раскаленный газ, выходящий из сопла, находится в состоянии инверсной населённости. Стоит добавить к нему резонатор - и многомеговаттный поток фотонов полетит в пространство.

1.4 Микроволновые пушки

Основным функциональным узлом является магнетрон - мощный источник микроволнового излучения. Недостатком микроволновых пушок является их чрезмерная даже по сравнению с лазерами опасность применения - микроволновое излучение хорошо отражается от препятствий и в случае стрельбы в закрытом помещении облучению подвергнется буквально все внутри! Кроме того, мощное микроволновое излучение смертельно для любой электроники, что так же надо учитывать.

Рисунок 4. Передвижная радиолокационная система

1.5 Электромагнитная бомба

Электромагнитная бомба, также называемая «электронная бомба» - генератор радиоволн высокой мощности, приводящих к уничтожению электронного оборудования командных пунктов, систем связи и компьютерной техники. Создаваемая электрическая наводка по мощности воздействия на электронику оказывается сравнимой с ударом молнии. Относится к классу «оружие нелетального действия».

По принципу разрушения техники разделяются на низкочастотные, использующие для доставки разрушающего напряжения наводку в линиях электропередач, и высокочастотные, вызывающие наводку непосредственно в элементах электронных устройств и обладающие высокой проникающей способностью - достаточно мелких щелей для вентиляции для проникновения волн внутрь оборудования.

Впервые эффект электромагнитной бомбы был зафиксирован в 50-е годы XX века, когда проходили испытания американской водородной бомбы. Взрыв был произведён в атмосфере над Тихим океаном. Результатом было нарушение электроснабжения на Гаваях из-за воздействия электромагнитного импульса высотного ядерного взрыва.

Изучение показало, что взрыв имел непредвиденные последствия. Лучи достигли Гавайских островов, расположенных в сотнях километров от места испытания, и радиопередачи были нарушены до самой Австралии. Взрыв бомбы, помимо мгновенных физических результатов, воздействовал на электромагнитные поля на огромном расстоянии. Однако в дальнейшем взрыв ядерной бомбы как источник электромагнитной волны был признан неэффективным из-за малой точности, а также множества побочных эффектов и неприемлемости в политическом плане.

В качестве одного из вариантов генератора была предложена конструкция в форме цилиндра, в котором создаётся стоячая волна; в момент активации стенки цилиндра быстро сжимаются направленным взрывом и разрушаются на торцах, в результате чего создаются волна очень малой длины. Поскольку энергия излучения обратно пропорциональна длине волны, в результате уменьшения объёма цилиндра мощность излучения резко возрастает.

Доставка этого устройства может быть произведена любым известным способом - от авиации до артиллерии. Применяются как и более мощные боеприпасы с использованием в боевой части ударно-волновых излучателей (УВИ), так и менее мощные с использованием пьезоэлектрических генераторов частоты (ПГЧ)

1.6 Сверхрадиочастотное оружие

Радиочастотное - оружие, действие которого основано на использовании электромагнитных излучений сверхвысокой (СВЧ) частоты (0,3-30 ГГц) или очень низкой частоты (менее 100 Гц). Объектами поражения этого оружия является живая сила. При этом имеется в виду способность электромагнитных излучений в диапазоне сверхвысоких и очень низких частот вызывать повреждения жизненно важных органов человека (мозга, сердца, сосудов). Оно способно воздействовать на психику, нарушая при этом восприятие окружающей действительности, вызывая слуховые галлюцинации и др.

Когда впервые это оружие было испробовано, наблюдалось много изменений в поведении организмов (в данном случае подопытных крыс). Например, крысы «шарахались» от стен, «защищались» от чего-то. Некоторые подверглись дезориентации, некоторые погибли (разрыв мозга или сердечной мышцы). В журнале «Наука и жизнь» описывались подобные опыты с «электромагнитным стимулированием мозга», результат их был таков: у крыс нарушалась работа памяти и пропадали условные рефлексы.

Так же существует теория, согласно которой с помощью электромагнитного излучения можно влиять на психику человека, не разрушая организм, а вызывая определенные эмоции либо склонять к каким-либо действиям.

Рисунок 5. Танк Будущего РФ

2. Воздействие ЭМО на объекты

Принцип действия ЭМО основан на кратковременном электромагнитном излучении большой мощности, способном вывести из строя радиоэлектронные устройства, составляющие основу любой информационной системы. Элементная база радиоэлектронных устройств весьма чувствительна к энергетическим перегрузкам, поток электромагнитной энергии достаточно высокой плотности способен выжечь полупроводниковые переходы, полностью или частично нарушив их нормальное функционирование. Как известно, напряжения пробоя переходов невысоки и составляют от единиц до десятков вольт в зависимости от типа прибора. Так, даже у кремниевых сильноточных биполярных транзисторов, обладающих повышенной прочностью к перегревам, напряжение пробоя находится в пределах от 15 до 65 В, а у арсенидгаллиевых приборов этот порог равен 10 В. ЗУ, составляющие существенную часть любого компьютера, имеют пороговые напряжения порядка 7 В. Типовые логические ИС на МОП-структурах - от 7 до 15 В, а микропроцессоры обычно прекращают свою работу при напряжениях 3,3-5 В.

Помимо необратимых отказов импульсное электромагнитное воздействие может вызвать восстанавливаемые отказы, или парализацию радиоэлектронного устройства, когда из-за возникающих перегрузок оно на какой-то отрезок времени теряет чувствительность. Возможны также ложные срабатывания чувствительных элементов, что может привести, например, к детонации боеголовок ракет, бомб, артиллерийских снарядов и мин.

По спектральным характеристикам ЭМО можно разделить на два вида: низкочастотное, создающее электромагнитное импульсное излучение на частотах ниже 1 МГц, и высокочастотное, обеспечивающее излучение СВЧ-диапазона. Оба вида ЭМО имеют различия также в способах реализации и в какой-то мере в путях воздействия на радиоэлектронные устройства. Так, проникновение низкочастотного электромагнитного излучения к элементам устройств обусловлено, в основном, наводками на проводную инфраструктуру, включающую телефонные линии, кабели внешнего питания, подачи и съема информации. Пути же проникновения электромагнитного излучения СВЧ-диапазона более обширны - они еще включают прямое проникновение в радиоэлектронную аппаратуру через антенную систему, поскольку СВЧ-спектр охватывает и рабочую частоту подавляемой аппаратуры. Имеющее место проникновение энергии через конструктивные отверстия и стыки зависит от их размеров и длины волны электромагнитного импульса - наиболее сильная связь возникает на резонансных частотах, когда геометрические размеры соизмеримы с длиной волны. На волнах, длиннее резонансной, связь резко уменьшается, поэтому воздействие низкочастотного ЭМО, зависящее от наводок через отверстия и стыки в корпусе аппаратуры, невелико. На частотах же выше резонансной спад связи происходит медленнее, но из-за множества типов колебаний в объеме аппаратуры возникают острые резонансы.

Если поток СВЧ-излучения достаточно интенсивен, то воздух в отверстиях и стыках ионизируется и становится хорошим проводником, экранирующим аппаратуру от проникновения электромагнитной энергии. Таким образом, увеличение падающей на объект энергии может привести к парадоксальному уменьшению энергии, воздействующей на аппаратуру, и, как следствие, к снижению эффективности ЭМО.

Электромагнитное оружие обладает также биологическим воздействием на животных и человека, в основном связанное с их нагревом. При этом страдают не только непосредственно нагреваемые органы, но и те, что напрямую не контактируют с электромагнитным излучением. В организме возможны хромосомные и генетические изменения, активация и дезактивация вирусов, изменения иммунологических и даже поведенческих реакций. Опасным считается подъем температуры тела на 1оС, и продолжение облучения в этом случае может привести к смертельному исходу.

Экстраполяция данных, полученных на животных, позволяет установить опасную для человека плотность мощности. При длительном облучении электромагнитной энергией с частотой до 10 ГГц и плотностью мощности от 10 до 50 мВТ/см2 могут возникнуть конвульсии, состояние повышенной возбудимости и произойти потеря сознания. Заметный нагрев тканей при воздействии одиночных импульсов такой же частоты происходит при плотности энергии около 100 Дж/см2. На частотах выше 10 ГГц допустимый порог нагрева снижается, поскольку вся энергия поглощается поверхностными тканями. Так, на частоте в десятки гигагерц и плотности энергии в импульсе всего 20 Дж/см2 наблюдается ожог кожи.

Возможны и другие последствия облучения. Так, может временно нарушиться нормальная разность потенциалов мембран клеток тканей. При воздействии одиночного СВЧ-импульса длительностью от 0,1 до 100 мс с плотностью энергии до 100 мДж/см2 меняется активность нервных клеток, возникают изменения в электроэнцефалограмме. Импульсы малой плотности (до 0,04 мДж/см2) вызывают слуховые галлюцинации, а при более высокой плотности энергии может быть парализован слух или даже повреждена ткань слуховых органов.

3. Тактика применения ЭМО

Электромагнитное оружие может применяться как в стационарном, так и мобильном вариантах. При стационарном варианте легче выполнить массогабаритные и энергетические требования к аппаратуре и упростить ее обслуживание. Но в этом случае необходимо обеспечивать высокую направленность электромагнитного излучения в сторону цели во избежание поражения собственных радиоэлектронных устройств, что возможно только благодаря применению остронаправленных антенных систем. При реализации СВЧ-излучения использование остронаправленных антенн не составляет проблемы, чего нельзя сказать относительно низкочастотного ЭМО, для которого мобильный вариант имеет ряд преимуществ. Прежде всего, легче решается проблема защиты собственных радиоэлектронных средств от воздействия ЭМО, поскольку боевое средство можно доставить непосредственно к месту расположения объекта воздействия и только там привести его в действие. И кроме того, отпадает необходимость в применении направленных антенных систем, а в ряде случаев вообще можно обойтись без антенн, ограничившись непосредственной электромагнитной связью между генератором ЭМО и электронными устройствами противника.

Доставка ЭМО к цели возможна также с помощью специальных снарядов. Электромагнитный боеприпас среднего калибра (100-120 мм) при срабатывании формирует импульс излучения длительностью в несколько микросекунд со средней мощностью в десятки мегаватт и пиковой - в сотни раз больше. Излучение - изотропное, способное на расстоянии 6-10 м подорвать детонатор, а на расстоянии до 50 м - вывести из строя систему опознавания “свой-чужой”, блокировать пуск зенитной управляемой ракеты из переносного зенитно-ракетного комплекса, временно или окончательно вывести из строя неконтактные противотанковые магнитные мины .

При размещении ЭМО на крылатой ракете момент его срабатывания определяется датчиком навигационной системы, на противокорабельной ракете - радиолокационной головкой наведения, а на ракете “воздух-воздух” - непосредственно системой взрывателя. Использование ракеты в качестве носителя электромагнитной боеголовки неизбежно влечет ограничение массы ЭМО из-за необходимости размещения электрических аккумуляторов для приведения в действие генератора электромагнитного излучения. Отношение полной массы боеголовки к массе запускаемого оружия составляет примерно от 15 до 30% (для американской ракеты AGM/BGM-109 “Томагавк” - 28%).

Эффективность ЭМО была подтверждена в военной операции “Буря в пустыне”, где применялись преимущественно самолеты и ракеты и где основой военной стратегии было воздействие на электронные устройства сбора и обработки информации, целеуказания и элементы связи с целью парализации и дезинформации системы ПВО.

Рисунок 6. Генератор сжатия магнитного потока

4. Защита от ЭМО

Наиболее эффективная защита от ЭМО - это, конечно, предотвращение его доставки путем физического уничтожения носителей, как и при защите от ядерного оружия. Однако это не всегда достижимо, поэтому следует прибегать также к мерам электромагнитной защиты самой радиоэлектронной аппаратуры. К таким мерам, очевидно, следует прежде всего отнести полную экранировку самой аппаратуры, а также помещений, в которых она размещается. Известно, что если помещение уподобить клетке Фарадея, предотвращающей проникновение внешнего электромагнитного поля, то защита аппаратуры от ЭМО будет полностью обеспечена. Однако в реальности такая экранировка невозможна, поскольку аппаратуре необходимы подводка электропитания извне и каналы связи для приема и передачи информации. Сами каналы связи также должны иметь защиту от проникновения по ним к аппаратуре электромагнитных воздействий. Установка фильтров в данном случае не спасает, поскольку они работают только в определенной полосе частот и соответствующим образом настраиваются, и фильтры, предназначенные для защиты от низкочастотного ЭМО, не будут защищать от воздействия высокочастотного и наоборот. Хорошую защиту от электромагнитных наводок по каналам связи могут обеспечить используемые вместо них волоконно-оптические линии, однако для цепей питания этого сделать невозможно.

Существует достаточно оснований полагать, что в будущем все значимые боевые операции будут начинаться с массированного применения ЭМО, способного нанести серьезный ущерб военно-промышленному потенциалу страны и облегчить проведение последующих военных операций.

Учитывая эффективность и перспективность использования ЭМО в военных операциях, а также преимущества тех, кто владеет этим видом оружия, разработку ЭМО держат в строжайшей тайне под грифом более высоким, чем “Совершенно секретно”, и все проблемы обсуждают только на закрытых заседаниях. Примером может служить секретная научно-техническая конференция, проведенная в июне 1995 г. в предместье Вашингтона только для американцев, на которой обсуждались эффекты от воздействия ЭМО не только на радиоэлектронное оборудование, но также на животных и человека . Отсутствие данных о результатах использования ЭМО в Югославии объясняется и режимом секретности, и желанием сохранить столь эффективное оружие для более серьезных боевых операций.

Сегодня технологией ЭМО в полной мере владеют только США и Россия, однако нельзя не учитывать возможности овладения этой технологией и другими странами, в том числе странами третьего мира.

Заключение

Об электромагнитном оружии в последнее время ходит множество слухов, мифов и легенд - от бомб, которые «выключают свет» в городах, до чемоданчиков, которые якобы способны вывести из строя любую сложную электронику в радиусе чуть ли не нескольких километров. Хотя весьма малая часть этих слухов имеет хоть какое-нибудь отношение к действительности, электромагнитное оружие действительно существует и даже рассматривается как весьма перспективное направление развития вооружений в современном мире, где войны уже ведутся с помощью сложного, высокотехнологичного и высокоточного оружия.

Разумеется, с помощью электромагнитного оружия никто не собирается «выключать свет» в городах (даже в отдельных районах или домах) - такое оружие призвано решать совсем другие задачи.

Список литературы

1) Основные виды ЭМО (2010)

) Электромагнитное оружие "Мифы и реальность" (Лекция Александр Прищепенко Доктор физико-математических наук 11 ноября 2010г)

) Новое электромагнитное оружие 2010

Идея использования электрической энергии для стрельбы не является изобретением последних десятилетий. Принцип метания снаряда с помощью катушечной электромагнитной пушки был изобретен в 1895 г. австрийским инженером, представителем венской школы пионеров космонавтики Францем Оскаром Лео-Эльдером фон Гефтом. Будучи еще студентом, Гефт «заболел» космонавтикой. Под влиянием романа Жюля Верна «С Земли на Луну» он начал с проекта пушки, с помощью которой можно запускать космические корабли на Луну. Гефт понимал, что огромные ускорения порохового орудия запрещают применять вариант французского фантаста, и предложил электрическую пушку: в соленоиде-стволе при протекании электрического тока возникает магнитное поле, которое разгоняет ферромагнитный снаряд, «втягивая» его вовнутрь соленоида, при этом снаряд разгоняется более плавно. Проект Гефта так и остался проектом — реализовать его на практике тогда не представлялось возможным. Впоследствии такое устройство было названо пушкой Гаусса (Gauss gun) по имени немецкого ученого Карла Фридриха Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма.

В 1901 г. профессор физики университета Осло Кристиан Олаф Берхард Биркеланд получил патент Норвегии № 11201 на «новый метод выстреливания снарядов с помощью электромагнитных сил» (на электромагнитную пушку Гаусса). Эта пушка предназначалась для стрельбы по наземным целям. В том же году Биркеланд построил свою первую пушку Гаусса с длиной ствола 1 м. При помощи этой пушки ему удалось в 1901-1902 гг. разогнать снаряд массой 500 г до скорости 50 м/с. Расчетная дальность стрельбы при этом была не более 1 000 м (результат достаточно слабый даже для начала ХХ в.). С помощью второй большой пушки (калибр 65 мм, длина ствола 3 м), построенной в 1903 г., Биркеланд разогнал снаряд до скорости примерно 100 м/с, при этом снаряд пробивал насквозь деревянную доску толщиной 5 дюймов (12,7 см) (стрельба происходила в помещении). В настоящее время эта пушка (рис. 1) выставлена в музее Университета Осло. Следует сказать, что созданием этой пушки Биркеланд занялся в целях получения значительных финансовых средств, необходимых ему для проведения научных исследований в области такого явления, как северное сияние. Стремясь продать свое изобретение, Биркеланд устроил для общественности и заинтересованных лиц демонстрацию этой пушки в действии в университете Осло. Увы, испытания не удались, поскольку короткое электрическое замыкание в пушке вызвало пожар и выход ее из строя. После возникшего переполоха уже никто не хотел приобретать ни пушку, ни патент. Пушку можно было бы отремонтировать, но Биркеланд отказался от дальнейшего проведения работ в этом направлении и совместно с инженером Эйде занялся производством искусственных минеральных удобрений, принесших ему средства, необходимые для научных исследований.

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.

Какова же должна была быть мощность такой электростанции? Для метания, например, снаряда из 76-миллиметровой огнестрельной пушки затрачивается огромная энергия в 113 000 кгм, т. е. 250 000 л. с. Именно такая энергия необходима для стрельбы из 76-миллиметровой неогнестрельной пушки (например, электрической) для метания снаряда на такое же расстояние. Но при этом неизбежны существенные потери энергии, составляющие не менее 50 %. Следовательно, мощность электрической пушки составляла бы никак не менее 500 000 л. с., а это мощность огромной электростанции. Кроме того, для сообщения снаряду этой огромной энергии в ничтожно малый промежуток времени нужен ток огромной силы, который практически равен току короткого замыкания. Для увеличения времени действия тока необходимо удлинять ствол электрического орудия, иначе не разогнать снаряд до необходимой скорости. В этом случае длина ствола может составить 100 и более метров.

В 1916 г. французский изобретатель Андре Луи Октав Фашон Виллепле создал модель электромагнитной пушки. Используя в качестве ствола цепочку катушексоленоидов, на которые последовательно подавалось напряжение, его действующая модель успешно разогнала снаряд массой 50 г до скорости 200 м/с. По сравнению с настоящими артиллерийскими установками результат получился достаточно скромным, но продемонстрировал принципиально новую возможность создания оружия, в котором снаряд разгоняется без помощи пороховых газов. Однако на этом все остановилось, поскольку создать полноразмерный экземпляр не представлялось возможным из-за огромных технических сложностей предстоящих работ и их высокой стоимости. На рис. 2 показан эскиз этой непостроенной электромагнитной пушки.

Далее выяснилось, что при прохождении ферромагнитного снаряда через соленоид на его концах образуются полюса, симметричные полюсам соленоида, из-за чего после прохождения центра соленоида снаряд, в соответствии с законом магнитных полюсов, начинает тормозиться. Это повлекло за собой изменение временной диаграммы тока в соленоиде, а именно: в момент подхода снаряда к центру соленоида питание переключается на следующий соленоид.

В 30-е гг. XX в. немецкий конструктор и пропагандист межпланетных полетов Макс Валье предложил оригинальную идею кольцевого электроускорителя, целиком состоящего из соленоидов (своего рода предок современного адронного коллайдера), в котором снаряд теоретически мог разгоняться до огромных скоростей. Затем переключением «стрелки» снаряд должен был направляться в трубу определенной длины, расположенную по касательной относительно основного кольца электроускорителя. Из этой трубы-ствола снаряд вылетал бы как из пушки. Так можно было бы запускать спутники Земли. Однако на то время уровень науки и техники не позволял изготовить такой электроускоритель-пушку.

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.

Вторая модель пулемета (рис. 3) выстреливала пули 22 калибра со скоростью 121 м/с. Заявленная скорострельность пулемета составляла 600 выстр./ мин, правда, на демонстрации пулемет стрелял со скоростью 7 выстр./мин. Причиной такой стрельбы, вероятно, была недостаточная мощность источника питания. Американские военные к электромагнитному пулемету остались равнодушны.

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 время Второй мировой войны в Японии разработали и построили пушку Гаусса, с помощью которой разогнали снаряд до скорости 335 м/с. По окончании войны американские ученые исследовали эту установку: снаряд массой 86 г удалось разогнать только до скорости 200 м/с. В результате выполненных исследований определились достоинства и недостатки пушки Гаусса.

Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды оружия, в том числе стрелковое, а именно: отсутствие гильз, возможность бесшумного выстрела, если скорость снаряда не превышает скорости звука; относительно малая отдача, равная импульсу вылетевшего снаряда, отсутствие дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей оружия, теоретически большая надежность и износоустойчивость, а также возможность использования в любых условиях, в том числе и в космическом пространстве. Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса и перечисленные выше преимущества, использование ее в качестве орудия сопряжено с серьезными трудностями.

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.

Следует отметить, что в первой половине XX в. параллельно с развитием теории и практики пушки Гаусса развивалось и другое направление в создании электромагнитного баллистического оружия, использующее силу, возникающую при взаимодействии магнитного поля и электрического тока (силу Ампера).

Патент № 1370200 Андре Фашон-Виллепле

31 июля 1917 г. уже упоминавшийся раннее французский изобретатель Фашон-Виллепле подал в патентное ведомство США заявку на «Электрическую пушку или аппарат для продвижения вперед снарядов» и 1 марта 1921 г. получил на это устройство патент № 1370200. Конструктивно пушка представляла собой два параллельных медных рельса, помещенных внутри ствола из немагнитного материала. Ствол проходил через центры нескольких одинаковых электромагнитных блоков (ЭМБ), размещенных вдоль него с определенным интервалом. Каждый такой блок представлял собой Ш-образный сердечник, набранный из листов электротехнической стали, замкнутый перемычкой из того же материала, с обмотками, размещенными на крайних стержнях. Центральный стержень имел зазор в центре блока, в который и помещался ствол пушки. Оперенный снаряд помещался на рельсы. При включении аппарата ток от положительного полюса источника постоянного напряжения питания проходил через левый рельс, снаряд (слева направо), правый рельс, контакт включения ЭМБ, замкнутый крылом снаряда, катушки ЭМБ и возвращался к отрицательному полюсу источника питания. При этом в среднем стержне ЭМБ вектор магнитной индукции имеет направление сверху вниз. Взаимодействие этого магнитного потока и электрического тока, протекающего через снаряд, создает силу, приложенную к снаряду и направленную от нас, — силу Ампера (в соответствии с правилом левой руки). Под действием этой силы снаряд и получает ускорение. После вылета снаряда из первого ЭМБ его контакт включения выключается, а при подлете снаряда ко второму ЭМБ, контакт включения этого блока крылом снаряда включается, создается очередной импульс силы и т. д.

Во время Второй мировой войны в нацистской Германии идея Фашон-Виллепле была подхвачена Иохимом Ханслером, сотрудником министерства вооружений. В 1944 г. он спроектировал и изготовил 10-мм пушку LM-2. Во время ее испытаний 10-граммовый алюминиевый «снаряд» удалось разогнать до скорости 1,08 км/с. На основе этой разработки Люфтваффе было подготовлено техническое задание на электрическую зенитную пушку. Начальную скорость снаряда, содержащего 0,5 кг взрывчатки, требовалось обеспечить 2,0 км/с, скорострельность при этом должна была быть 6-12 выстр./мин. В серию данная пушка пойти не успела — под ударами союзников Германия терпела сокрушительное поражение. Впоследствии опытный образец и проектная документация попали в руки американских военных. По результатам проведенных ими испытаний в 1947 г. было сделано заключение: для нормального функционирования пушки требовалась энергия, которой можно было осветить половину Чикаго.

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».

Тем не менее, несмотря на отсутствие серьезных практических результатов, удовлетворяющих требованиям военных, многие ученые и инженеры не согласились с этими выводами и продолжили исследования в области создания электромагнитного баллистического оружия.

Шинные электромагнитные ускорители плазмы

Следующий шаг в развитии электромагнитного баллистического оружия был сделан в результате создания шинных электромагнитных ускорителей плазмы. Греческое слово plasma обозначает нечто вылепленное. Термин «плазма» в физике был введен в 1924 г. американским ученым Ирвингом Лангмюром, изучавшим свойства ионизированного газа в связи с работами по новым источникам света.

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.

Исторической справедливости ради следует отметить, что в Советском Союзе еще в 1941- 1942 гг. в блокадном Ленинграде профессор Георгий Ильич Бабат создал высокочастотный трансформатор, вторичной обмоткой которого служили не витки проволоки, а кольцо ионизированного газа, плазмоид. В начале 1957 г. в СССР молодой ученый Алексей Иванович Морозов опубликовал в журнале экспериментальной и теоретической физики, ЖЭТФ, статью «Об ускорении плазмы магнитным полем», теоретически рассмотрев в ней процесс ускорения магнитным полем струи плазмы, по которой протекает ток в вакууме, а спустя полгода в этом же журнале была опубликована статья академика АН СССР Льва Андреевича Арцимовича и его сотрудников «Электродинамическое ускорение сгустков плазмы», в которой они предлагают использовать собственное магнитное поле электродов для разгона плазмы. В выполненном ими эксперименте электрический контур состоял из конденсаторной батареи 75 мкФ, подключенной через шаровой разрядник к массивным медным электродам («рельсам»). Последние были помещены в стеклянную цилиндрическую камеру, находящуюся под непрерывной откачкой. Предварительно поперек «рельсов» была положена тонкая металлическая проволочка. Вакуум в разрядной камере в момент времени, предшествующий эксперименту, составлял 1-2×10 -6 мм рт. ст.

При подаче напряжения 30 кВ на «рельсы» проволочка взрывалась, образовавшаяся плазма продолжала перемыкать «рельсы», и в контуре протекал большой ток.

Как известно, направление линий магнитного поля определяется по правилу правого буравчика: если ток течет в направлении от наблюдателя, линии поля направлены по часовой стрелке. В результате между рельсами создается общее однонаправленное магнитное поле, вектор индукции магнитного потока которого направлен перпендикулярно плоскости, в которой находятся рельсы. На ток, протекающий через плазму и находящийся в этом поле, действует сила Ампера, направление которой определяется правилом левой руки: если расположить руку по направлению течения тока так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, большой палец укажет направление силы. В результате плазма разгонится вдоль рельсов (так же разгонялся бы и металлический проводник или снаряд, скользящий по рельсам). Максимальная скорость движения плазмы на расстоянии 30 см от начального положения проволочки, полученная из обработки сверхскоростных фотографических измерений, составила 120 км/с. Собственно говоря, это как раз та схема ускорителя, которую сейчас принято называть рельсотроном , в английской терминологии — railgun, принцип действия которого показан на рис. 4, где 1 — рельс, 2 — снаряд, 3 — сила, 4 — магнитное поле, 5 — электрический ток.

Однако длительное время речь не шла о том, чтобы поставить на рельсы снаряд и сделать из рельсотрона оружие. Для реализации этой идеи нужно было решить ряд задач:

• создать низкоомный малоиндуктивный источник постоянного напряжения питания максимально возможной мощности;
• разработать требования к длительности и форме разгонного импульса тока и ко всей системе рельсотрона в целом, обеспечивающие эффективное ускорение снаряда и высокий КПД преобразования электромагнитной энергии в кинетическую энергию снаряда, и реализовать их;
• разработать такую пару «рельсы — снаряд», которая, обладая максимальной электрической проводимостью, сможет выдержать тепловой удар, возникающий при выстреле, от протекания тока и трения снаряда о рельсы;
• разработать такую конструкцию рельсотрона, которая выдерживала бы воздействие на рельсы сил Ампера, связанных с протеканием через них гигантского тока (под действием этих сил рельсы стремятся «разбежаться» друг от друга).

Главным, конечно, было отсутствие необходимого источника питания, и такой источник появился. Но об этом в окончании статьи.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Sp-force-hide { display: none;}.sp-form { display: block; background: #ffffff; padding: 15px; width: 960px; max-width: 100%; border-radius: 5px; -moz-border-radius: 5px; -webkit-border-radius: 5px; border-color: #dddddd; border-style: solid; border-width: 1px; font-family: Arial, "Helvetica Neue", sans-serif; background-repeat: no-repeat; background-position: center; background-size: auto;}.sp-form input { display: inline-block; opacity: 1; visibility: visible;}.sp-form .sp-form-fields-wrapper { margin: 0 auto; width: 930px;}.sp-form .sp-form-control { background: #ffffff; border-color: #cccccc; border-style: solid; border-width: 1px; font-size: 15px; padding-left: 8.75px; padding-right: 8.75px; border-radius: 4px; -moz-border-radius: 4px; -webkit-border-radius: 4px; height: 35px; width: 100%;}.sp-form .sp-field label { color: #444444; font-size: 13px; font-style: normal; font-weight: bold;}.sp-form .sp-button { border-radius: 4px; -moz-border-radius: 4px; -webkit-border-radius: 4px; background-color: #0089bf; color: #ffffff; width: auto; font-weight: 700; font-style: normal; font-family: Arial, sans-serif;}.sp-form .sp-button-container { text-align: left;}

Электромагнитное оружие (ЭМО) представляет собой перспективный инструмент информационной борьбы, получивший свое развитие в 80-е годы и обеспечивающий высокую эффективность нарушения работоспособности информационных систем. Сам термин “информационная борьба” вошел в обиход с времен войны в зоне Персидского залива, при ведении которой было впервые применено ЭМО в ракетном варианте .
Оценка специалистами электромагнитного оружия как одного из наиболее эффективных средств ведения современной войны обусловлена высокой значимостью информационных потоков в основных сферах деятельности людей – управлении экономикой, производством, обороной страны. Нарушение функционирования информационной системы, обеспечивающей постоянный обмен управленческими решениями и включающей множество устройств сбора и обработки информации, вызовет тяжелые последствия. При ведении боевых операций объектами воздействия ЭМО становятся системы командования, управления, разведки и связи, и поражение этих средств приведет к дезинтеграции информационной системы, снижению эффективности или полному нарушению работы систем ПВО и ПРО. ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ОРУЖИЯ НА ОБЪЕКТЫ
Принцип действия ЭМО основан на кратковременном электромагнитном излучении большой мощности, способном вывести из строя радиоэлектронные устройства, составляющие основу любой информационной системы. Элементная база радиоэлектронных устройств весьма чувствительна к энергетическим перегрузкам, поток электромагнитной энергии достаточно высокой плотности способен выжечь полупроводниковые переходы, полностью или частично нарушив их нормальное функционирование. Как известно, напряжения пробоя переходов невысоки и составляют от единиц до десятков вольт в зависимости от типа прибора. Так, даже у кремниевых сильноточных биполярных транзисторов, обладающих повышенной прочностью к перегревам, напряжение пробоя находится в пределах от 15 до 65 В, а у арсенидгаллиевых приборов этот порог равен 10 В. ЗУ, составляющие существенную часть любого компьютера, имеют пороговые напряжения порядка 7 В. Типовые логические ИС на МОП-структурах – от 7 до 15 В, а микропроцессоры обычно прекращают свою работу при напряжениях 3,3–5 В .
Помимо необратимых отказов импульсное электромагнитное воздействие может вызвать восстанавливаемые отказы, или парализацию радиоэлектронного устройства, когда из-за возникающих перегрузок оно на какой-то отрезок времени теряет чувствительность. Возможны также ложные срабатывания чувствительных элементов, что может привести, например, к детонации боеголовок ракет, бомб, артиллерийских снарядов и мин.
По спектральным характеристикам ЭМО можно разделить на два вида: низкочастотное, создающее электромагнитное импульсное излучение на частотах ниже 1 МГц, и высокочастотное, обеспечивающее излучение СВЧ-диапазона. Оба вида ЭМО имеют различия также в способах реализации и в какой-то мере в путях воздействия на радиоэлектронные устройства. Так, проникновение низкочастотного электромагнитного излучения к элементам устройств обусловлено, в основном, наводками на проводную инфраструктуру, включающую телефонные линии, кабели внешнего питания, подачи и съема информации. Пути же проникновения электромагнитного излучения СВЧ-диапазона более обширны – они еще включают прямое проникновение в радиоэлектронную аппаратуру через антенную систему, поскольку СВЧ-спектр охватывает и рабочую частоту подавляемой аппаратуры. Имеющее место проникновение энергии через конструктивные отверстия и стыки зависит от их размеров и длины волны электромагнитного импульса – наиболее сильная связь возникает на резонансных частотах, когда геометрические размеры соизмеримы с длиной волны. На волнах, длиннее резонансной, связь резко уменьшается, поэтому воздействие низкочастотного ЭМО, зависящее от наводок через отверстия и стыки в корпусе аппаратуры, невелико. На частотах же выше резонансной спад связи происходит медленнее, но из-за множества типов колебаний в объеме аппаратуры возникают острые резонансы.
Если поток СВЧ-излучения достаточно интенсивен, то воздух в отверстиях и стыках ионизируется и становится хорошим проводником, экранирующим аппаратуру от проникновения электромагнитной энергии. Таким образом, увеличение падающей на объект энергии может привести к парадоксальному уменьшению энергии, воздействующей на аппаратуру, и, как следствие, к снижению эффективности ЭМО.
Электромагнитное оружие обладает также биологическим воздействием на животных и человека, в основном связанное с их нагревом. При этом страдают не только непосредственно нагреваемые органы, но и те, что напрямую не контактируют с электромагнитным излучением. В организме возможны хромосомные и генетические изменения, активация и дезактивация вирусов, изменения иммунологических и даже поведенческих реакций. Опасным считается подъем температуры тела на 1оС, и продолжение облучения в этом случае может привести к смертельному исходу.
Экстраполяция данных, полученных на животных, позволяет установить опасную для человека плотность мощности. При длительном облучении электромагнитной энергией с частотой до 10 ГГц и плотностью мощности от 10 до 50 мВТ/см2 могут возникнуть конвульсии, состояние повышенной возбудимости и произойти потеря сознания. Заметный нагрев тканей при воздействии одиночных импульсов такой же частоты происходит при плотности энергии около 100 Дж/см2. На частотах выше 10 ГГц допустимый порог нагрева снижается, поскольку вся энергия поглощается поверхностными тканями. Так, на частоте в десятки гигагерц и плотности энергии в импульсе всего 20 Дж/см2 наблюдается ожог кожи.
Возможны и другие последствия облучения. Так, может временно нарушиться нормальная разность потенциалов мембран клеток тканей. При воздействии одиночного СВЧ-импульса длительностью от 0,1 до 100 мс с плотностью энергии до 100 мДж/см2 меняется активность нервных клеток, возникают изменения в электроэнцефалограмме. Импульсы малой плотности (до 0,04 мДж/см2) вызывают слуховые галлюцинации, а при более высокой плотности энергии может быть парализован слух или даже повреждена ткань слуховых органов .

СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ОРУЖИЯ
Сегодня основным техническим средством получения мощных электромагнитных импульсов, составляющих основу низкочастотного ЭМО, является генератор с взрывным сжатием магнитного поля, который впервые был продемонстрирован еще в конце 50-х годов в лос-аламосской национальной лаборатории США . Позднее было разработано и испытано много модификаций такого генератора в США и СССР, развивавших электрическую энергию в десятки мегаджоулей в отрезки времени от десятков до сотен микросекунд. При этом уровень пиковой мощности достигал единиц и десятков тераватт, а производимый генератором ток в 10–1000 раз превышал ток, порождаемый разрядом молнии.
Основу коаксиального генератора с взрывным сжатием магнитного поля составляет цилиндрическая медная трубка с взрывчатым веществом, выполняющая функции ротора (рис.1а) . Статором генератора служит спираль из прочного (обычно медного) провода, окружающая роторную трубку. Во избежание преждевременного разрушения генератора поверх статорной обмотки устанавлен кожух из немагнитного материала, обычно из цемента или стекловолокна с эпоксидной смолой.
Первоначальное магнитное поле в генераторе, предшествующее взрыву, формируется стартовым током. При этом может быть использован любой внешний источник, способный обеспечить импульс электрического тока силой от единиц килоампер до мегаампер. Подрыв взрывчатого вещества происходит с помощью специального генератора в момент, когда ток в статорной обмотке достигает максимума. Образующийся при этом плоский однородный фронт взрывной волны распространяется вдоль взрывчатого вещества, деформируя структуру роторной трубки – превращая ее цилиндрическую форму в коническую (рис.1б). В момент расширения трубки до размеров статорной обмотки происходит короткое замыкание обмотки, приводящее к эффекту сжатия магнитного поля и возникновению мощного импульса тока порядка нескольких десятков мегаампер. Увеличение выходного тока по сравнению со стартовым зависит от конструкции генератора и может достигать нескольких десятков раз.
Реализация низкочастотного ЭМО в эффективном варианте требует антенн больших размеров. Для решения этой проблемы применяют катушки с намотанными на них кабелями определенной длины, выбрасываемые в момент взрыва электромагнитного устройства (бомбы), или осуществляют достаточно точную доставку боевого средства к цели. В последнем случае наводка электромагнитного импульса на радиоэлектронное устройство противника может произойти непосредственно за счет связи с этим устройством обмотки генератора и будет тем сильнее, чем ближе генератор к подавляемому объекту.
Другим типом источника низкочастотной магнитной энергии высокого уровня может явиться магнитодинамический генератор, приводимый в действие с помощью ракетного топлива или взрывчатки. Работа данного генератора основана на возникновении тока в проводнике, движущемся в магнитном поле, только в качестве проводника используется плазма, состоящая из ионизированного взрывчатого вещества или газообразного топлива. Однако на сегодняшний день уровень разработки этого типа генератора ниже, чем генератора с взрывным сжатием магнитного поля, и потому пока он имеет меньшие перспективы применения в ЭМО.
При реализации высокочастотного ЭМО в качестве генератора мощного СВЧ-излучения могут использоваться такие электронные приборы, как известные широкополосные магнетроны и клистроны, а также гиротроны, генераторы с виртуальным катодом (виркаторы), лазеры на свободных электронах и плазменно-лучевые генераторы. Существующие на сегодня лабораторные источники СВЧ-излучения способны работать как в импульсном (длительностью 10 нс и более), так и в непрерывном режимах, и перекрывать диапазон от 500 МГц до десятков гигагерц при частоте повторения от единиц до тысяч импульсов в секунду. Максимальная генерируемая мощность достигает нескольких мегаватт в непрерывном режиме и нескольких гигаватт в импульсном. По данным бывшего руководителя разработок “несмертельного оружия” Джона Александера, специалистам лос-аламосской лаборатории удалось довести пиковую мощность микроволновых генераторов с взрывным сжатием магнитного поля уже до десятков тераватт .
Все типы СВЧ-генераторов имеют различные параметры. Так, плазменно-лучевые генераторы обладают широкой полосой, гиротроны работают в миллиметровом диапазоне волн с высоким КПД (десятки процентов), а виркаторы – в сантиметровом и имеют низкий КПД (единицы процентов). Наибольший интерес вызывают виркаторы, которые легче всех перестраиваются по частоте. Как видно из рис.2, конструкция виркатора с соосным виртуальным катодом представляет собой круглый волновод, переходящий в конус с диэлектрическим окном на торце. Катодом служит металлический цилиндрический стержень диаметром в несколько сантиметров, анодом – натянутая на обод металлическая сетка. При подаче на анод положительного потенциала порядка 105–106 В с катода, вследствие взрывной эмиссии, устремляется к аноду поток электронов и проходит через него в пространство за анодом, где тормозится собственным “кулоновским полем”. Затем он отражается обратно к аноду, образуя тем самым виртуальный катод на расстоянии от анода, равном примерно расстоянию от него до реального катода. Отраженные электроны проходят сквозь сетку анода и вновь тормозятся у поверхности реального катода. В результате формируется облако электронов, осциллирующее у анода в потенциальной яме между виртуальным и реальным катодами. Образованное на частоте колебаний электронного облака СВЧ-поле излучается в пространство через диэлектрическое окно.
Стартовые токи в виркаторах, при которых возникает генерация, составляют 1–10 кА. Виркаторы наиболее приемлемы для генерации импульсов наносекундной длительности в длинноволновой части сантиметрового диапазона. Экспериментально от них получены мощности от 170 кВт до 40 ГВт в сантиметровом и дециметровом диапазонах . Низкий КПД виркаторов объясняется многомодовым характером генерируемого электромагнитного поля и интерференцией между модами.
Преимущество высокочастотного ЭМО перед низкочастотным состоит в возможности фокусирования генерируемой энергии в направлении цели с помощью достаточно компактных антенных систем с механическим или электронным управлением. На рис.3 приведен один из возможных вариантов компоновки антенны типа конической спирали, способной работать на высоких уровнях мощности генератора-виркатора. Наличие круговой поляризации способствует увеличению поражающего действия ЭМО, правда, при этом возникают проблемы с обеспечением широкой полосы.
Представляет интерес американский демонстрационный образец генератора высокомощного СВЧ-излучения в диапазоне 0,5–1,0 ГГц MPS-II, использующий зеркальную антенну диаметром 3 м. Данная установка развивает импульсную мощность около 1 ГВт (265 кВх3,5 кА) и обладает большими возможностями ведения информационной войны. В руководстве по ее эксплуатации и техническому обслуживанию определена зона поражения – 800 м от устройства в секторе 24. Людям с электронными стимуляторами сердца доступ к установке запрещен. Указывается также, что излучение установки стирает кредитные карточки и записи на магнитных носителях .
При необходимости поражения сразу нескольких целей можно использовать фазированные антенные решетки, позволяющие формировать одновременно несколько лучей и быстро менять их положение. Примером может служить активная антенная решетка GEM2, разработанная по заказу фирмы Boeing южно-африканской фирмой PSI, которая состоит из 144 твердотельных излучателей импульсов длительностью менее 1 нс с суммарной мощностью 1 ГВт. Габариты данной антенной решетки позволяют устанавливать ее на самолете .
Однако при наращивании мощности с помощью фазированных антенных решеток следует увязывать допустимые уровни электромагнитного излучения с возможными электрическими пробоями в атмосфере. Ограниченная электрическая прочность воздуха устанавливает предел плотности потока СВЧ-излучения. Экспериментально установлено, что значение граничной плотности СВЧ-энергии меняется с частотой, длительностью импульса, давлением воздуха и плотностью свободных электронов, при которой начинается лавинный процесс пробоя. При наличии свободных электронов и нормальном атмосферном давлении пробой начинается при плотности СВЧ-мощности 105–106Вт/см2, если длительность импульса больше 1 нс.
При выборе рабочей частоты СВЧ-излучения учитываются также условия распространения электромагнитных волн в атмосфере. Известно, что при частоте 3 ГГц излучение ослабляется на расстоянии 10 км при умеренном дожде на 0,01 дБ, но на частоте 30 ГГц при тех же условиях ослабление уже возрастает до 10 дБ .

ТАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ОРУЖИЯ
Электромагнитное оружие может применяться как в стационарном, так и мобильном вариантах. При стационарном варианте легче выполнить массогабаритные и энергетические требования к аппаратуре и упростить ее обслуживание. Но в этом случае необходимо обеспечивать высокую направленность электромагнитного излучения в сторону цели во избежание поражения собственных радиоэлектронных устройств, что возможно только благодаря применению остронаправленных антенных систем. При реализации СВЧ-излучения использование остронаправленных антенн не составляет проблемы, чего нельзя сказать относительно низкочастотного ЭМО, для которого мобильный вариант имеет ряд преимуществ. Прежде всего, легче решается проблема защиты собственных радиоэлектронных средств от воздействия ЭМО, поскольку боевое средство можно доставить непосредственно к месту расположения объекта воздействия и только там привести его в действие. И кроме того, отпадает необходимость в применении направленных антенных систем, а в ряде случаев вообще можно обойтись без антенн, ограничившись непосредственной электромагнитной связью между генератором ЭМО и электронными устройствами противника.
При реализации мобильного варианта ЭМО необходимо предусмотреть сбор соответствующей информации о целях, подлежащих электромагнитному воздействию, в связи с чем важная роль отводится средствам радиотехнической разведки. Поскольку подавляющее большинство интересующих целей излучают радиоволны, обладающие определенными характеристиками, средства разведки способны не только их идентифицировать, но и устанавливать их местоположение с достаточной точностью. Средствами доставки ЭМО в мобильном варианте могут служить самолеты, вертолеты, беспилотные летательные аппараты, различные ракеты, корабли, планирующие бомбы.
Эффективное средство доставки ЭМО к цели представляет планирующая бомба, которую можно запускать с самолета (вертолета) с расстояния, превышающего дальность действия системы ПВО противника, что минимизирует риск поражения самолета этой системой и риск повреждения собственных бортовых радиоэлектронных средств при взрыве бомбы. При этом автопилот планирующей бомбы можно запрограммировать таким образом, что профиль полета бомбы к цели и высота ее подрыва будут оптимальны. При использовании бомбы в качестве носителя ЭМО доля массы, приходящаяся на боеголовку, доходит до 85%. Подрыв бомбы может быть осуществлен с помощью радиолокационного высотомера, барометрического устройства или глобальной спутниковой навигационной системы (ГСНС). На рис. 4 представлен комплект бомб, а на рис.5 – профили их доставки к цели с использованием ГСНС .
Доставка ЭМО к цели возможна также с помощью специальных снарядов. Электромагнитный боеприпас среднего калибра (100–120 мм) при срабатывании формирует импульс излучения длительностью в несколько микросекунд со средней мощностью в десятки мегаватт и пиковой – в сотни раз больше. Излучение – изотропное, способное на расстоянии 6–10 м подорвать детонатор, а на расстоянии до 50 м – вывести из строя систему опознавания “свой-чужой”, блокировать пуск зенитной управляемой ракеты из переносного зенитно-ракетного комплекса, временно или окончательно вывести из строя неконтактные противотанковые магнитные мины .
При размещении ЭМО на крылатой ракете момент его срабатывания определяется датчиком навигационной системы, на противокорабельной ракете – радиолокационной головкой наведения, а на ракете “воздух-возудух” – непосредственно системой взрывателя. Использование ракеты в качестве носителя электромагнитной боеголовки неизбежно влечет ограничение массы ЭМО из-за необходимости размещения электрических аккумуляторов для приведения в действие генератора электромагнитного излучения. Отношение полной массы боеголовки к массе запускаемого оружия составляет примерно от 15 до 30% (для американской ракеты AGM/BGM-109 “Томагавк” – 28%).
Эффективность ЭМО была подтверждена в военной операции “Буря в пустыне”, где применялись преимущественно самолеты и ракеты и где основой военной стратегии было воздействие на электронные устройства сбора и обработки информации, целеуказания и элементы связи с целью парализации и дезинформации системы ПВО .

Литература
1. Carlo Kopp. The E-bomb – а Weapon of Electronical Mass Destruction. – Information Warfare: Thunder’s Month Press, New York, 1996.
2. Прищепенко А. Электронный бой кораблей – бой будущего. – Морской сборник, 1993, №7.
3. Elmar Berwanger. Information Warfare – The Key to Success or Failure, not only on the Future Battlefield. – Battlefield Systems International 98 Conference Proceeding, v.1.
4. Clayborne D., Teylor and Nicolas H. Younan. Effects from High Power Microwave Illumination. – Microwave Journal, 1992, v.35, №6.
5. Антипин В., Годовицин В. и др. Влияние мощных импульсных микроволновых помех на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы. – Зарубежная радиоэлектроника, 1995, №1.
6. Florid H.K. The Future Battlefield – a Blast of Gigawatts. – IEEE Spectrum, 1988, v.25, №3.
7. Панов В., Саркисьян А. Некоторые аспекты проблемы создания СВЧ-средств функционального поражения. – Зарубежная радиоэлектроника, 1995, №10–12.
8. Winn Schwartau. More about HERF than some? – Information Warfare: Thunder’s month press, New York, 1996.
9. David A. Fulghum. Microwave Weapons Await a Future War. – Aviation Week and Space Technology, June 7, 1999.
10. Кардо-Сысоев А. Сверхширокополосная электродинамика.– Импульсные системы. – Санкт-Петербург, 1997.
11. Прищепенко А. Электромагнитное оружие в бою будущего. – Морской сборник, 1995, №3.

Научно-технический прогресс стремительно развивается. К сожалению, его результаты проводят не только к улучшению нашей жизни, к новым удивительным открытиям или победам над опасными недугами, но и к появлению нового, более совершенного оружия.

На протяжении всего прошлого столетия человечество «ломало голову» над созданием новых, еще более эффективных средств уничтожения. Отравляющие газы, смертоносные бактерии и вирусы, межконтинентальные ракеты, термоядерное оружие . Не бывало еще такого периода в человеческой истории, чтобы ученые и военные сотрудничали так тесно и, к сожалению, эффективно.

Во многих странах мира активно проводятся разработки оружия на основе новых физических принципов. Генералы весьма внимательно наблюдают за последними достижениями науки и стараются поставить их себе на службу.

Одним из наиболее перспективных направлений оборонных исследований являются работы в области создания электромагнитного оружия. В желтой прессе оно обычно называется «электромагнитная бомба». Подобные исследования стоят весьма недешево, поэтому позволить их себе могут только богатые страны: США, Китай, Россия, Израиль.

Принцип действия электромагнитной бомбы заключается в создании мощного электромагнитного поля, что выводит из строя все устройства, работа которых связана с электричеством.

Это не единственный способ использования электромагнитных волн в современном военном деле: созданы передвижные генераторы электромагнитного излучения (ЭМИ), которые могут вывести из строя электронику противника на расстоянии до нескольких десятков километров. Работы в этой области активно проводятся в США, России, Израиле.

Существуют и еще более экзотические способы военного применения электромагнитного излучения, чем электромагнитная бомба. Большая часть современного оружия использует энергию пороховых газов для поражения противника. Однако все может измениться уже в ближайшие десятилетия. Для запуска снаряда также будут использованы электромагнитные токи.

Принцип действия такой «электрической пушки» довольно прост: снаряд, сделанный из проводящего материала, под воздействием поля выталкивается с большой скоростью на довольно большое расстояние. Эту схему планируют применять на практике уже в ближайшее время. Наиболее активно в этом направлении работают американцы, об успешных разработках оружия с таким принципом действия в России неизвестно.

Как вы представляете себе начало Третьей мировой войны? Ослепительные вспышки термоядерных зарядов? Стоны людей, умирающих от сибирской язвы? Удары гиперзвуковых летательных аппаратов из космоса?

Все может быть совсем по-другому.

Вспышка действительно будет, но не очень сильная и не испепеляющая, а похожая, скорее, на раскат грома. Самое «интересное» начнется потом.

Загорятся даже выключенные люминесцентные лампы и экраны телевизоров, в воздухе повиснет запах озона , а проводка и электрические приборы начнут тлеть и искриться. Гаджеты и бытовые приборы, в которых есть аккумуляторы, нагреются и выйдут из строя.

Перестанут работать практически все двигатели внутреннего сгорания. Отключится связь, не будут работать средства массовой информации, города погрузятся во тьму.

Люди не пострадают, в этом отношении электромагнитная бомба – очень гуманный вид оружия. Однако подумайте сами, во что превратится жизнь современного человека, если убрать из него устройства, принцип действия которых основан на электричестве.

Общество, против которого будет применено орудие подобного действия, окажется отброшенным на несколько веков назад.

Как это работает

Как можно создать столь мощное электромагнитное поле, которое способно оказывать подобное действие на электронику и электрические сети? Электронная бомба фантастическое оружие или подобный боеприпас можно создать на практике?

Электронная бомба уже была создана и уже два раза применялась. Речь идет о ядерном или термоядерном оружии. При подрыве подобного заряда одним из поражающих факторов является поток электромагнитного излучения.

В 1958 году американцы взорвали над Тихим океаном термоядерную бомбу, что привело к нарушению связи во всем регионе, ее не было даже в Австралии, а на Гавайских островах пропал свет.

Гамма-излучение, которое в избытке образуется при ядерном взрыве, вызывает сильнейший электронный импульс, что распространяется на сотни километров и выключает все электронные приборы. Сразу после изобретения ядерного оружия, военные занялись разработкой защиты собственной аппаратуры от подобного действия взрывов.

Работы, связанные с созданием сильного электромагнитного импульса, как и разработки средств защиты от него проводятся во многих странах (США, Россия, Израиль, Китай), но почти везде они засекречены.

Можно ли создать работающее устройство, на других менее разрушительных принципах действия, чем ядерный взрыв. Оказывается, что можно. Более того, подобными разработками активно занимались в СССР (продолжают и в России). Одним из первых, кто заинтересовался данным направлением, был знаменитый академик Сахаров.

Именно он первым предложил конструкцию конвенционного электромагнитного боеприпаса. По его задумке высокоэнергетическое магнитное поле можно получить путем сжатия магнитного поля соленоида обычным взрывчатым веществом . Подобное устройство можно было поместить в ракету, снаряд или бомбу и отправить на объект неприятеля.

Однако у подобных боеприпасов есть один недостаток: их малая мощность. Преимуществом подобных снарядов и бомб является их простота и низкая стоимость.

Можно ли защититься?

После первых испытаний ядерного оружия и определения электромагнитного излучения, как одного из его основных поражающих факторов, в СССР и США начали работать над защитой от ЭМИ.

К этому вопросу в СССР подходили очень серьезно. Советская армия готовилась воевать в условиях ядерной войны, поэтому вся боевая техника изготавливалась с учетом возможного воздействия на нее электромагнитных импульсов. Сказать, что защиты от него нет совсем – это явное преувеличение.

Вся военная электроника оборудовалась специальными экранами и надежно заземлялась. В ее состав включались специальные предохранительные устройства, разрабатывалась архитектура электроники максимально устойчивая к ЭМИ.

Конечно, если попасть в эпицентр применения электромагнитной бомбы большой мощности, то защита будет пробита, но на определенном расстоянии от эпицентра, вероятность поражения будет существенно ниже. Электромагнитные волны распространяются во все стороны (как волны на воде) поэтому их сила убывает пропорционально квадрату расстояния.

Кроме защиты, разрабатывались и средства радиоэлектронного поражения. С помощью ЭМИ планировали сбивать крылатые ракеты, есть информация об успешном применении этого метода.

В настоящее время разрабатывают передвижные комплексы, что могут испускать ЭМИ высокой плотности, нарушая работу вражеской электроники на земле и сбивая летательные аппараты.

Видео об электромагнитной бомбе

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них