Плазма в военном деле: возможности и проблемы
Пламя при сгорании метательного заряда, является частным случаем плазмы. Фото Минобороны РФ
В научной фантастике давно и прочно закрепились разнообразные вооружения на основе ионизированного газа – плазмы. В реальности же плазма пока находит применение только в отдельных формах, причем речь идет не о фантастическом супероружии, а о привычных эффектах и средствах. Тем не менее, ведущие страны продолжают необходимые исследования и работать над вооружением на т.н. новых физических принципах. Благодаря этому в будущем ситуация может измениться.
Поражающий фактор
Напомним, плазма является четвертым агрегатным состоянием вещества и представляет собой частично или полностью ионизированный газ с почти равным количеством положительно и отрицательно заряженных частиц. Для плазмы характерны высокая (по меркам нормальных условий) температура, свечение, электромагнитное излучение и другие признаки. В природе плазма встречается в звездах и межзвездном пространстве, в виде молний и т.д. Искусственно созданная плазма присутствует в устройствах разных классов, от бытовых ламп до термоядерных реакторов.
Любопытно, что плазма издревле присутствует в военном деле, хотя и с определенными оговорками. Так, разнообразные зажигательные системы и средства, от подожженных стрел древности до современных огнеметов, создают пламя – фактически низкотемпературную плазму. При подрыве взрывчатого вещества имеет место вспышка, так же создаваемая ионизированным газом.
Украинский танк подвергается воздействию низкотемпературной плазмы, или, иными словами, горит. Фото Lostarmour.info
В этих случаях речь идет о низкотемпературной плазме. При этом она обладает достаточно высокой энергией и стремится передать ее окружающему веществу, что приводит к возгоранию или детонации последнего. Результатом таких процессов становится поражение цели с нанесением того или иного урона.
Наиболее ярким во всех смыслах проявлением плазмы в военном деле является вспышка ядерного / термоядерного взрыва. При делении или синтезе ядер выделяется колоссальная энергия, воздействующая на детали боезаряда, окружающий воздух и подстилающую поверхность. Под воздействием этой энергии вещество переходит в газообразное состояние и ионизируется. Получившееся облако плазмы создает световое излучение – один из основных поражающих факторов ядерного взрыва. Мощность излучения в видимом диапазоне и за его пределами достаточна для воспламенения объектов на значительном расстоянии от точки взрыва и для нанесения иных повреждений на большей дистанции.
Плазменная оболочка
Следует отметить, что в военном деле плазма присутствует не только как своего рода средство поражения. Несколько десятилетий назад она стала дополнительным вызовом для конструкторов ракетной и авиационной техники. Впрочем, позже с этой проблемой научились бороться, а также предпринимались попытки поставить сложное физическое явление себе на службу.
Подрыв ядерного боеприпаса РДС-6с; свечение обусловлено наличием в облаке плазмы. Фото Минобороны СССР
Хорошо известно, что при движении летательного аппарата с высокой скоростью его поверхность и окружающий воздух нагреваются от трения друг о друга. При гиперзвуковом полете, температура воздуха может достигать тысяч градусов, в результате чего он переходит в состояние плазмы. В результате летательный аппарат оказывается в т.н. плазменном коконе, который сохраняется до снижения скорости полета ниже определенного предела.
Слой плазмы вокруг корпуса предъявляет особые требования к конструкции летательного аппарата – она должна выдерживать ожидаемые механические и тепловые нагрузки. Для создания и изготовления такого изделия требуется серьезная научно-технологическая база, охватывающая области материаловедения, проектирования, аэродинамики и т.д.
Возникают особые требования к бортовому оснащению летательного аппарата. Оболочка из плазмы экранирует радиосигналы, в результате чего он теряет возможность связи с внешними системами, а также не может использовать некоторые виды навигации и наведения. В связи с этим требуется автономная аппаратура с высокими характеристиками. Тем не менее, имеются отрывочные сообщения о решении проблем изоляции. Современные гиперзвуковые летательные аппараты якобы могут поддерживать связь и выполнять самонаведение.
Плазменный кокон упрощает обнаружение и сопровождение летательного аппарата. Облако ионизированного газа вокруг гиперзвукового объекта может быть обнаружено радиолокационными или инфракрасными средствами наблюдения. Кроме того, за летательным аппаратом остается след из плазмы и горячего воздуха, которые так же могут выявляться соответствующей аппаратурой. Впрочем, легкость обнаружения летящей ракеты или боевого блока не гарантирует ее своевременный перехват – высокая скорость полета резко сократит допустимое время реакции для ПВО-ПРО.
Схематическое изображение планирующего боевого блока "Авангард" в плазменном коконе. Графика Минбороны РФ
Насколько известно, ведущие страны изучали возможность использования плазменного кокона в своих интересах. В частности, циркулируют слухи о разработке специальных генераторов плазмы, которые должны ухудшать видимость самолетов или иных летательных аппаратов. Существуют ли такие проекты в действительности, как далеко они продвинулись и по какому принципу работают, неизвестно.
Космические технологии
С конца пятидесятых годов ведущие страны работали над созданием ракетного двигателя, использующего ионизированный газ. В начале шестидесятых первые результаты этих программ прошли проверку на стендах, а к середине десятилетия начались испытания в космическом пространстве. В дальнейшем т.н. плазменные двигатели получили достаточно широкое распространение и применяются до сих пор.
Концепция такой двигательной установки достаточно проста. При помощи набора магнитов и электрических устройств производится разогрев и ионизация газообразного рабочего тела. Уже в шестидесятых годах удалось получить температуры плазмы порядка 30 000°K и скорость его истечения 15-16 км/с. Плазменный двигатель уступает другим установкам по максимальной тяге, но обходит их по длительности работы.
Плазменные двигатели и электрические двигательные установки в целом широко используются на разнообразных космических аппаратах, в т.ч. на технике военного назначения. Такие изделия наиболее эффективны в роли маневровых двигателей, от которых требуются высокая точность и ограниченная тяга.
Работа плазменного ракетного двигателя. Фото NASA
Нелетальная плазма
Интересный вариант применения плазмы в прошлом предложили в США. Ее предлагалось получать за счет лазера достаточной мощности и использовать для нанесения цели ограниченного и контролируемого урона. В дальнейшем эту идею реализовали в нескольких экспериментальных проектах, доведенных до испытаний. Однако ни один из таких проектов не продвинулся дальше тестов в лаборатории или на полигоне.
На ранних стадиях развития лазерного оружия прорабатывались разные способы воздействия на цель. В частности, изучалась возможность повреждения объектов короткими мощными импульсами. Такие исследования показали, что при определенных сочетаниях мощности луча, длительности импульса и материала мишени происходит буквальное испарение внешнего слоя последней, в т.ч. с образованием плазмы и соответствующими дополнительными эффектами.
Этот принцип решили изучить в контексте систем нелетального действия. В течение девяностых и двухтысячных годов силами нескольких организаций последовательно разработали изделия Pulsed Impulsive Kill Laser (PIKL), Pulsed Chemical Laser (PCL), Pulsed Energy Projectile (PEP) и т.д. с разными техническими особенностями и общим принципом действия. В десятых годах появились иные изделия, самым новым из которых стал комплекс SCUPLS (Scalable Compact Ultra-Short Pulse Laser System).
Экспериментальный нелетальный лазерный комплекс PEP. Фото Минобороны США
Принцип действия систем PIKL, PCL и т.д. был достаточно прост. Лазерный луч или лучи должны были фокусироваться непосредственно перед целью. Короткий импульс высокой мощности должен был ионизировать воздух в точке фокусировки и превращать его в плазму. Получившееся облако газа могло воздействовать на человека или иной объект. Непосредственное поражение и урон фактически исключались, но электромагнитное излучение от плазмы должно было создавать сильные болевые ощущения.
Во всех проектах использовался один и тот же принцип работы, незначительно менявшийся по результатам проведенных испытаний. Кроме того, изделия отличались типами и параметрами используемых лазеров. В частности, в поздних проектах нашли оптимальную длину волны и мощность, дающие необходимый эффект и сокращающие риски для здоровья человека-цели. Тем не менее, такие системы подвергались критике с точки зрения гуманизма, и к настоящему времени работы фактически остановились.
Старые новые принципы
Таким образом, плазма давно и широко используется в военном деле, но только в отдельных ее проявлениях. Прежде всего, ее применяют в виде огня, вызванного простейшим зажигательным боеприпасом или световым излучением ядерного взрыва. Кроме того, уже несколько десятилетий существуют и используются плазменные ракетные двигатели для космической техники. Затем вооружения начали сталкиваться с проблемой плазменного кокона, предъявляющего особые требования к конструкции.
В целом тема ионизированного газа-плазмы хорошо изучена, и существуют различные идеи и наработки для его использования в военной сфере. На их основе разрабатываются разнообразные проекты систем того или иного рода с хорошим теоретическим потенциалом. Однако перспективное вооружение на т.н. новых физических принципах, по тем или иным причинам, пока не выходит за пределы лабораторий и полигонов. Как скоро и каким образом удастся изменить эту ситуацию – покажет время.
Информация