Плазма в военном деле: возможности и проблемы

24
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.
24 комментария
Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо авторизоваться.
  1. -1
    24 декабря 2023 06:25
    перспективное вооружение на т.н. новых физических принципах, по тем или иным причинам, пока не выходит за пределы лабораторий и полигонов.
    А кто-то обещал применить ! recourse
  2. +6
    24 декабря 2023 06:55
    Надо научить прапорщиков кастовать фаерболы wassat
  3. +3
    24 декабря 2023 08:41
    Статья конечно интересная, но наши разработки остались в 60-х годах. Мы на ракетах летаем прошлого века, а тут такие технологии. С такой либеральной экономикой как у нас, нам бы с "яйцами" разобраться.
    1. +6
      24 декабря 2023 09:36
      Цитата: сталевар
      Статья конечно интересная

      Статья для журнала "Техника-молодёжи" ! Кстати , тогда в конце прошлого века , в период "господства" журналов "Техника-молодёжи" , "Моделист-конструктор" , "Техника и наука" и ,даже, "Юный техник" подобные статьи были весьма популярны и частенько печатались !
      1. +8
        24 декабря 2023 10:45
        Статья для журнала "Техника-молодёжи" !
        Не оскорбляйте хороший журнал. Там всегда тщательно относились к отбору материала, и уж про э/м излучение плазмы уж никак бы не написали. Если, конечно, автор не имеет в виду световой диапазон, а он не имеет, т. к. про свет пишет отдельно.
      2. +1
        1 января 2024 21:56
        В ТМ это вылядело бы моветоном. Много условностей, спорный моментов и даже присутствуют ляпы с ошибками. Для ЮТ увлечь юных читателей в самый раз. Самую малость облегчить язык и будет в самый раз.
    2. +2
      24 декабря 2023 11:56
      Статья конечно интересная, но наши разработки остались в 60-х годах

      Справедливости ради это не совсем так, а вернее совсем не так. Обычно я очень скептически отношусь к нашим техническим достижениям , однако на ниве плазменных двигателей для КА у нас все довольно хорошо (по нашим меркам) .
      Тот же СПД-290 и вообще 200ая серия это аппараты современные, конкретно 290й вообще разработан для ядерного буксира совсем недавно . Это мощные изделия и как бы пошло это не прозвучало но у них реально нет аналогов .

      Другая сторона проблемы в том ,что двигатель-то готов и испытан, а вот с буксиром ...
    3. +1
      25 декабря 2023 13:40
      Мы на ракетах летаем прошлого века, а тут такие технологии


      Мы - это кто? Человечество? Согласен. Даже не прошлого, а позапрошлого века! Принцип реактивного движения известен людям давно. Технологии 20-го века сделали возможными полеты в космос, используя принцип реактивной тяги. Все существующие ракеты используют этот принцип. Ни чего нового пока не найдено. Увы!
    4. 0
      8 января 2024 07:52
      Пока мы летам на ракетах прошлого века обратите внимание не одной аварии в США уже произошло столько этих аварий что нечего и даже писать места не будет статью можно целую написать по этим авариям в США так что меньше шумите про аварии смешно выглядите
  4. kpd
    +2
    24 декабря 2023 10:45
    Пламя от сгорания топлива или пороха не является плазмой. Плазма это ионизированный газ.
    К тому же ионизированный газ не воздействует на диэлектрики.
    1. +2
      24 декабря 2023 15:27
      Цитата: kpd
      Пламя от сгорания топлива или пороха не является плазмой.


      Что вы такое удумали - автора гнобить bully Он же даже умное слово добавил- "низкотемпературная плазма" и фотку танчика вражего приложил ))) Правда у этой самой низкотемпературной плазмы температура должна быть порядка 10⁵ К, но это уже мелочи.
      1. +1
        25 декабря 2023 12:14
        Цитата: BORMAN82
        Цитата: kpd
        Пламя от сгорания топлива или пороха не является плазмой.


        Что вы такое удумали - автора гнобить bully Он же даже умное слово добавил- "низкотемпературная плазма" и фотку танчика вражего приложил ))) Правда у этой самой низкотемпературной плазмы температура должна быть порядка 10⁵ К, но это уже мелочи.


        Ионосфера земли- тоже содержит свободные электроны и ионы Поэтому она и не пропускает длинные радиоволны.. Но её температура далеко не сто тысяч градусов. Потому, что температура- средняя величина. Даже если она менее тысячи градусов- в газе имеются частицы высоких энергий. Таки умничать не надо, особенно если сам ни фига не понимаешь .... laughing
    2. +1
      1 января 2024 22:26
      В последнее время на сайте часто проскакивают статьи, которые не иначе двоечники с филфака писали. Не удалось людям пристроиться по специальности в точках быстрого питания, вот пробуют перо. Только давайте сами не падать лицом в грязь. Плазма, как одно из десятков возможных агрегатных состояний вещества имеет чёткое определение и не всегда в качестве плазмы должен быть именно газ. Некоторые металлы в определённых условиях будучи жидкими представляют собой плазму, когда электроны отдельно, ядра отдельно. То что физики в своих лабораториях вытворяют описывать не буду, потому что обдирание ядер, охлаждённного до единиц градусов Кельвина материала, сверхсильными магнитными полями или лазерным излучением рассматривать не стоит, потому что это не те условия, которые доступны на поле боя.
      Не будем опускаться до состояния некоторых авторов и всё же дружить с физикой. Ионизированный газ довольно активная субстанция, причём, химически тоже, поэтому влияет и воздействует на всё с чем может провзаимодействовать. Например, в призводстве микроэлектроники некоторые присадки инжектируются в подложку, находясь в состоянии плазмы. Так же стоит помнить, что при температурах более 3000 гр. молекула водорода может распасться на атомарный водород, а это крайне химически активная пакость. А протону всё равно на свойства проводимости материала, он как квантовая частица плевать хотел на размер запрещённой зоны электрона у материала.
  5. +1
    24 декабря 2023 11:52
    Спасибо за интересную статью !
    Современные гиперзвуковые летательные аппараты якобы могут поддерживать связь и выполнять самонаведение.

    Учитывая что ионосферу (фактически это плазма) могут преодолевать радиоволны большой длинны ,не удивлюсь если задачи связи с такими аппаратами были решены также через них.
    Космические технологии

    Еще ,помимо классических плазменных двигателей есть VASIMR ,использующий куда более любопытный принцип. Интересно ,ведутся-ли у нас разработки его аналогов ?
    1. +1
      24 декабря 2023 17:16
      Учитывая что ионосферу (фактически это плазма) могут преодолевать радиоволны большой длинны
      С точностью до наоборот. Радиоволны СВЧ вполне хорошо преодолевают ионосферу.
  6. +2
    24 декабря 2023 12:22
    Тем не менее, ведущие страны продолжают необходимые исследования и работать над вооружением на т.н. новых физических принципах.

    Опять эти загадочные "новые физические принципы". Все жду, когда кто нибудь из местных авторов осчасливит аудиторию хотя бы кратким перечнем этих самых "новых физических принципов" и тех разделов физики, где сии принципы применяются, потому как физика плазмы строится исключительно на старых, известных приципах. И даже изучая пятое состояние вещества - кварк-глюонную плазму и шестое - андронный газ, физики пользуются принципами уже известными.
    1. +2
      25 декабря 2023 13:34
      Все жду, когда кто нибудь из местных авторов осчасливит аудиторию хотя бы кратким перечнем этих самых "новых физических принципов" и тех разделов физики, где сии принципы применяются

      Так речь идет об оружии, основанном на этих самых "новых/старых" физических принципах! Для физики - принципы старые, а для оружейников - новые! Как-то так!
  7. +3
    25 декабря 2023 17:19
    Как выпускник Э-8 Бауманки ("Плазменные и плазменно-ионные устройства для космических приложений") могу сказать что статья крайне пустовата.
    Пламя крайне плохо подходит как образец плазмы - температура низкая и соответственно крайне низкая электропроводность.
    Холловский двигатель на картинке НАСА - это техническое решение, которое американцы скоммуниздили у ОКБ Факел, г. Калининград. Правильнее сказать, ОКБ Факел заказывали проработку решений в ХАИ, г. Харьков.
    И общими усилиями и этих и тех все было слито сначала в Америку, потом в Европу, что-то ушло в Японию.
    Из всей моей работы в ОКБ Факел, другом космическом НИИ я бы крайне рекомендовал регулярно делать "мордой по столу" Космическим Вождям , если мы хотим получить результаты.
    Я сейчас работаю в частной фирме и реально получаю удовольствие от того что решение самых сложных задач поручают самым крутым специалистам и жестко спрашивают (!) за результат.
    Здесь нет толп убл*дков, которые переключают на себя все ресурсы, приходят в конце-концов к какой-то порнографии ... и говорят "А вот мне нужно еще дополнительные ресурсы чтобы выйти на результат.."
    Здесь стоит к примеру в НИИ Физических Измерений (г. Пенза) спросить кто такой был Михаил Федорович.
    Он так чудил в таком стиле с 1968 по 2011 год.
  8. 0
    28 декабря 2023 08:42
    А когда мы научимся метать сгустки плазмы?
    1. 0
      1 января 2024 22:35
      Плазма крайне химически актива. К тому же влажный, холодный, грязный воздух будет хорошо способствовать отведению энергии от плазмы. Плазма хороша уже непосредствено на объекте поражения. Там она как как проявит свои замечательные свойства.
    2. 0
      1 января 2024 22:41
      Плазма крайне химически актива. К тому же влажный, холодный, грязный воздух будет хорошо способствовать отведению энергии от плазмы. Плазма хороша уже непосредствено на объекте поражения. Там она как как проявит свои замечательные свойства.
    3. 0
      2 июня 2024 20:30
      Цитата: Shkworen
      когда мы научимся метать сгустки плазмы?

      Вероятно что никогда. Плотность газа обратно пропорциональна температуре, поэтому плотность "файрбола" будет в десятки раз ниже плотности воздуха, то есть при вроде бы высокой температуре, передача энергии будет слишком мала, чтобы это имело смысл как оружие.
      Если не метать, то плазму как оружие я применил лично два года назад, в жаркий летний день "смахнув" голубя с подоконника мастерской плазморезкой косвенного нагрева. Конечно, то прутком проката можно было нанести ему тот же вред, но в руке уже была горелка, а за прутком идти через цех. Заодно караульным собачкам разнообразие в меню.
  9. 0
    8 февраля 2024 14:00
    Také existuje iontový motor: Iontový motor je jedna z možných pohonných jednotek kosmických lodí. Pracuje na principu akce a reakce k čemuž využívá paprsek iontů urychlených na rychlosti v řádu desítek km/s. Tím dosahuje vysoký specifický impulz ve srovnání s chemickými raketami ať už na tuhá nebo kapalná paliva.
    Nejjednodušším typem iontového motoru je elektrostatický iontový motor v němž jsou kladné ionty těžkého inertního plynu argonu nebo páry rtuti urychlovány rozdílem elektrického potenciálu elektrodami ve tvaru mřížky. Za výstupní tryskou jsou ionty neutralizovány elektronovým dělem pro zachování celkové elektrické neutrality motoru.
    K výhodám iontového pohonu patří to, že jako zdroj energie se nevyužívá chemických reakcí paliva, nýbrž elektrické energie, kterou lze získat ze solárních článků nebo radioizotopového termoelektrického generátoru. Nezvyšuje se tak hmotnost motoru a váha paliva tak tvoří menší část celkové hmotnosti pohonné jednotky.
  10. 0
    12 марта 2024 12:59
    Сделали бы карманные фаерболды, да вооружили бы пехотинцев. Классно было бы ими во врагов из рогатки пулять. А языком чушь молоть можно хоть сорок пятилеток.