Plazma w sprawach wojskowych: szanse i problemy
Płomień podczas spalania ładunku pędnego jest szczególnym przypadkiem plazmy. Zdjęcie: Ministerstwo Obrony Rosji
Różne bronie oparte na zjonizowanym gazie – plazmie – od dawna są mocno zakorzenione w science fiction. W rzeczywistości plazma jest nadal używana tylko w niektórych formach i nie mówimy o fantastycznej superbroni, ale o znanych efektach i środkach. Jednak wiodące kraje kontynuują niezbędne badania i prace nad tzw. bronią. nowe zasady fizyczne. Dzięki temu sytuacja może w przyszłości ulec zmianie.
Współczynnik uszkodzenia
Przypomnijmy, że plazma jest czwartym stanem skupienia i jest częściowo lub całkowicie zjonizowanym gazem, w którym występuje prawie równa liczba cząstek naładowanych dodatnio i ujemnie. Plazma charakteryzuje się wysoką (jak na standardy normalnych warunków) temperaturą, blaskiem, promieniowaniem elektromagnetycznym i innymi znakami. W naturze plazma występuje w gwiazdach i przestrzeni międzygwiazdowej, w postaci błyskawic itp. Sztucznie wytworzona plazma występuje w urządzeniach różnych klas, od lamp domowych po reaktory termojądrowe.
Ciekawe, że plazma była obecna w sprawach wojskowych od czasów starożytnych, choć z pewnymi zastrzeżeniami. W ten sposób różnorodne systemy i środki zapalające, od zapalonych strzał starożytności po współczesne miotacze ognia, tworzą płomień - właściwie plazmę niskotemperaturową. Podczas detonacji materiału wybuchowego następuje błysk, również wytworzony przez zjonizowany gaz.
Ukraiński czołg jest narażony na działanie plazmy niskotemperaturowej, czyli innymi słowy na oparzenia. Zdjęcie Lostarmour.info
W tych przypadkach mówimy o plazmie niskotemperaturowej. Jednocześnie ma dość dużą energię i ma tendencję do przenoszenia jej do otaczającej substancji, co prowadzi do pożaru lub detonacji tej ostatniej. Rezultatem takich procesów jest porażka celu, powodując takie czy inne szkody.
Najbardziej uderzającym przejawem plazmy w sprawach wojskowych pod każdym względem jest błysk eksplozji nuklearnej/termonuklearnej. Podczas rozszczepienia lub syntezy jąder uwalniana jest kolosalna energia, która oddziałuje na części głowicy, otaczające powietrze i znajdującą się pod nią powierzchnię. Pod wpływem tej energii substancja przechodzi w stan gazowy i ulega jonizacji. Powstała chmura plazmy wytwarza promieniowanie świetlne – jeden z głównych czynników szkodliwych wybuchu jądrowego. Moc promieniowania w zakresie widzialnym i poza nim jest wystarczająca do zapalenia obiektów w znacznej odległości od miejsca wybuchu oraz spowodowania innych uszkodzeń w większej odległości.
Osłona plazmowa
Należy zauważyć, że w sprawach wojskowych plazma występuje nie tylko jako rodzaj broni. Kilka dekad temu stało się to dodatkowym wyzwaniem dla projektantów rakiet i rakiet. lotnictwo technologia. Później jednak nauczyli się radzić sobie z tym problemem i próbowano także wykorzystać złożone zjawisko fizyczne.
Detonacja broni nuklearnej RDS-6s; blask wynika z obecności plazmy w chmurze. Zdjęcie Ministerstwa Obrony ZSRR
Powszechnie wiadomo, że gdy samolot porusza się z dużą prędkością, jego powierzchnia i otaczające powietrze nagrzewają się w wyniku tarcia o siebie. Podczas lotu hipersonicznego temperatura powietrza może osiągnąć tysiące stopni, w wyniku czego przechodzi w stan plazmowy. W efekcie samolot ląduje w tzw. kokon plazmowy, który utrzymuje się do momentu spadku prędkości lotu poniżej pewnego limitu.
Warstwa plazmy otaczająca korpus stawia szczególne wymagania konstrukcji samolotu – musi wytrzymywać spodziewane obciążenia mechaniczne i termiczne. Aby stworzyć i wytworzyć taki produkt, potrzebne jest poważne zaplecze naukowo-technologiczne obejmujące dziedziny inżynierii materiałowej, projektowania, aerodynamiki itp.
Szczególne wymagania stawiane są wyposażeniu pokładowemu statku powietrznego. Powłoka plazmowa osłania sygnały radiowe, przez co traci zdolność komunikowania się z systemami zewnętrznymi, a także nie może korzystać z niektórych rodzajów nawigacji i naprowadzania. W związku z tym wymagany jest autonomiczny sprzęt o wysokiej wydajności. Istnieją jednak fragmentaryczne doniesienia na temat rozwiązań problemów izolacji. Współczesne samoloty hipersoniczne mogą podobno komunikować się i przeprowadzać naprowadzanie.
Kokon plazmowy ułatwia wykrywanie i śledzenie statku powietrznego. Chmurę zjonizowanego gazu wokół obiektu hipersonicznego można wykryć za pomocą radaru lub obserwacji w podczerwieni. Ponadto za samolotem pozostaje smuga plazmy i gorącego powietrza, którą można również wykryć za pomocą odpowiedniego sprzętu. Jednak łatwość wykrycia nadlatującego pocisku lub głowicy bojowej nie gwarantuje jego terminowego przechwycenia - duża prędkość lotu znacznie skróci dopuszczalny czas reakcji dla obrony powietrznej i obrony przeciwrakietowej.
Schematyczne przedstawienie szybującej jednostki bojowej Avangard w kokonie plazmowym. Grafika Ministerstwa Obrony Federacji Rosyjskiej
O ile nam wiadomo, wiodące kraje zbadały możliwość wykorzystania kokonu plazmowego na swoją korzyść. W szczególności krążą pogłoski o opracowaniu specjalnych generatorów plazmy, które powinny pogarszać widoczność samolotów lub innych statków powietrznych. Nie wiadomo, czy takie projekty w ogóle istnieją, jak daleko się posunęły i na jakich zasadach działają.
Technologie kosmiczne
Od końca lat pięćdziesiątych wiodące kraje pracują nad stworzeniem silnika rakietowego wykorzystującego zjonizowany gaz. Na początku lat sześćdziesiątych pierwsze wyniki tych programów testowano na stanowiskach testowych, a w połowie dekady rozpoczęto testy w przestrzeni kosmicznej. W przyszłości tzw Silniki plazmowe stały się dość powszechne i są nadal używane.
Koncepcja takiego układu napędowego jest dość prosta. Za pomocą zestawu magnesów i urządzeń elektrycznych gazowy płyn roboczy jest podgrzewany i jonizowany. Już w latach sześćdziesiątych udało się uzyskać temperatury plazmy rzędu 30 000°K i prędkość jej wypływu 15-16 km/s. Silnik plazmowy ustępuje innym instalacjom pod względem maksymalnego ciągu, ale przewyższa je pod względem czasu pracy.
Silniki plazmowe i ogólnie elektryczne układy napędowe są szeroko stosowane w różnych statkach kosmicznych, m.in. na sprzęcie wojskowym. Produkty tego typu najlepiej sprawdzają się jako silniki manewrowe, które wymagają dużej precyzji i ograniczonego ciągu.
Działanie silnika rakiety plazmowej. Zdjęcie: NASA
Nieśmiercionośna plazma
Ciekawą opcję wykorzystania plazmy zaproponowano w przeszłości w Stanach Zjednoczonych. Proponowano uzyskać go za pomocą lasera o wystarczającej mocy i za jego pomocą zadać celowi ograniczone i kontrolowane obrażenia. Następnie pomysł ten został wdrożony w kilku projektach eksperymentalnych, które zostały poddane testom. Jednakże żaden z tych projektów nie wyszedł poza testy w laboratorium lub na miejscu testów.
We wczesnych stadiach rozwoju lasera broń Zbadano różne metody oddziaływania na cel. W szczególności zbadano możliwość uszkodzenia obiektów krótkimi, silnymi impulsami. Badania takie wykazały, że przy pewnych kombinacjach mocy wiązki, czasu trwania impulsu i materiału celu, zewnętrzna warstwa celu dosłownie wyparowuje, m.in. z tworzeniem się plazmy i odpowiednimi dodatkowymi efektami.
Postanowili zbadać tę zasadę w kontekście systemów nieśmiercionośnych. W latach dziewięćdziesiątych i dwóch tysiącach lat kilka organizacji sukcesywnie opracowywało produkty: impulsowy impulsowy laser zabijający (PIKL), impulsowy laser chemiczny (PCL), impulsowy pocisk energetyczny (PEP) itp. o różnych właściwościach technicznych i ogólnych zasadach działania. W latach dziesiątych pojawiły się kolejne produkty, z których najnowszym był kompleks SCUPLS (Scalable Compact Ultra-Short Pulse Laser System).
Eksperymentalny nieśmiercionośny kompleks laserowy PEP. Zdjęcie: Departament Obrony USA
Zasada działania systemów PIKL, PCL itp. było dość proste. Wiązka lub wiązki lasera musiały być skupione bezpośrednio przed celem. Krótki impuls o dużej mocy zjonizowałby powietrze w ognisku i zamienił je w plazmę. Powstała chmura gazu może oddziaływać na osobę lub inny przedmiot. Praktycznie wykluczono bezpośrednie obrażenia i uszkodzenia, ale promieniowanie elektromagnetyczne z plazmy powinno wywołać silny ból.
We wszystkich projektach zastosowano tę samą zasadę działania, która różniła się nieznacznie w zależności od wyników testów. Ponadto produkty różniły się rodzajem i parametrami zastosowanych laserów. W szczególności w późniejszych projektach znaleziono optymalną długość fali i moc, które dają pożądany efekt i zmniejszają ryzyko dla zdrowia docelowej osoby. Jednak takie systemy były krytykowane z humanistycznego punktu widzenia i do tej pory prace zostały skutecznie wstrzymane.
Stare nowe zasady
Zatem plazma od dawna jest szeroko stosowana w sprawach wojskowych, ale tylko w jej indywidualnych przejawach. Przede wszystkim stosuje się go w postaci ognia wywołanego najprostszą amunicją zapalającą lub promieniowaniem świetlnym wybuchu jądrowego. Ponadto silniki rakiet plazmowych do celów technologii kosmicznej istnieją i są używane od kilkudziesięciu lat. Następnie broń zaczęła borykać się z problemem kokonu plazmowego, który stawia specjalne wymagania konstrukcyjne.
Ogólnie rzecz biorąc, temat zjonizowanego gazu plazmowego został dobrze zbadany i istnieją różne pomysły i rozwiązania dotyczące jego wykorzystania w sferze wojskowej. Na ich podstawie opracowywane są różne projekty tego czy innego rodzaju systemów o dobrym potencjale teoretycznym. Jednakże obiecująca broń na tzw. nowe zasady fizyczne z tego czy innego powodu nie wyszły jeszcze poza granice laboratoriów i miejsc testowych. Czas pokaże jak szybko i jak ta sytuacja ulegnie zmianie.
informacja