Шипение снарядов

Слева — пробой воздуха моночастотным РЧЭМИ однократно сработавшего вакуумного источника И-3000 (снято в темноте камерой с открытым затвором, рупорная антенна расположена слева). Снимок предоставлен В.Д Селемиром и В.А. Демидовым

Пробой происходит в том случае, когда свободные электроны успевают за время между столкновениями с нейтральными молекулами получить от электрической компоненты РЧЭМИ энергию, достаточную для ионизации атома такой молекулы. Далее происходит процесс лавинообразного размножения заряженных частиц (и электронов, и ионов), то есть образование плазмы.

При нормальных условиях свободных электронов в воздухе практически нет: они «прилипают» к молекулам кислорода, углекислого газа и паров воды, конфигурация электронных оболочек которых такова, что присоединение электрона энергетически выгодно. Однако энергия связи электрона в отрицательном ионе мала (десятые доли электронвольта) и в сильном электрическом поле отрицательные ионы «отдают» в столкновениях свои электроны.

И на образование электронов, и на ионизацию, и на разогрев плазмы расходуется энергия, а ей просто неоткуда взяться, иначе как быть «отобранной» у поля. Поэтому-то «избыточная», превышающая пробивную, напряженность электрической составляющей РЧЭМИ (на правом рисунке выделена красным цветом) быстро убывает. Когда, наконец, напряженность становится меньше пробивной, она убывает куда как медленнее — обратно пропорционально расстоянию от источника.

В приведенном примере самая мощная амплитуда примерно втрое превышает первую из тех, что не вызывают разряд. Мощность РЧЭМИ пропорциональна квадрату напряженности, из чего следует, что около 90 % энергии импульса было израсходовано на бесполезный «фейерверк». Иными словами, за исключением зоны разряда, такую же плотность мощности на равных расстояниях может создать на порядок менее мощный источник РЧЭМИ.

Если бы в поле снимка оказалось изображение какого-нибудь предмета с известными размерами, то оказалось бы возможным получение важной информации: по расстояниям между плазмоидами — о длине волны генерируемого РЧЭМИ, а по расстоянию, на котором разряды затухают — о его мощности. Для пробоя, вызванного не моночастотным, а сверхширокополосным РЧЭМИ, разделения плазмоидов не наблюдается

Пробивная напряженность тем выше, чем короче импульс РЧЭМИ (рис. 4.58), так что, применяя источник, формирующий короткие импульсы, можно получить и выигрыш в эффективности действия по цели и сделать устройство более энергоемким. Но в любом случае явление пробоя связывает размеры источника и его мощность: чересчур мощный и малогабаритный источник приходится снабжать длинным рупором или ставить дополнительный слой изолятора, искусственно увеличивая его размер, чтобы не допустить бесполезного нагрева плазмы излучением!

Рис. 4.58

Уровни плотности потока мощности и энергии импульса РЧЭМИ, приводящие к пробою чистого, сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении на уровне моря. Далее, в пояснениях к критерию «Тысяча длин или радиусов», для краткости упоминается лишь одна из приведенных на графике величин, но подразумевается, что источник максимально форсирован (для импульса формируемой им длительности как плотность энергии, так и плотность потока мощности РЧЭМИ на его поверхности близки к пробивным значениям)

… Поразить цель — танк, боевой блок — можно, либо точно попав в нее подкалиберным снарядом, кинетическим перехватчиком, либо не попав, но доставив достаточно близко боеприпас, рассеивающий свою энергию во все стороны: нейтронную боеголовку, мощную авиабомбу.

Если в цель должно попасть излучение направленного источника, то его необходимо наводить. Кроме того, пучок формируемого им

РЧЭМИ надо сузить — чтобы добиться максимальной дальности поражения. Сужение пучка неизбежно приведет к тому, что на выходе источника плотность энергии РЧЭМИ приблизится к пробивному значению для окружающего воздуха и далее суживать пучок станет возможным, лишь наращивая длину рупора (например, для двукратного повышения дальности поражения — более чем вдвое).

Сделаем обратный ход: расширим до предела диаграмму направленности. Абсолютные значения дальности поражения при этом уменьшатся, но исчезнут необходимости в искусственном увеличении габаритов, в наведении источника на цель.