— Так эти исследования плазмы у вас ведутся? — спросил Хрущёв.
— Конечно, и мы собираемся показать вам опытную установку, — ответил Арцимович. — — Но сначала давайте посмотрим рельсотроны.
— Показывайте!
Гостей повели дальше. Помещение, где работали над рельсотроном, располагалось на первом этаже. Опытных установок здесь было несколько. Две чисто лабораторные, судя по неподвижно закреплённым на каркасах стволам, покрашенным в жуткий салатовый цвет, каким красили обычно литые чугунные станины станков, а также коридоры в производственных зданиях. Да и сами установки своими очертаниями и хаотично висящими проводами никак не походили на боевое оружие. Стволы были с непривычно толстыми стенками, более напоминавшими бронзовые пушки, но калибр выглядел немного больше винтовочного.
— Здесь мы изучаем физические принципы действия рельсотрона, законы, по которым он работает, и выясняем пределы его возможностей, — пояснил Арцимович. — Калибр опытных установок небольшой, но он позволяет достигать очень высоких скоростей. Снаряд мы используем пластиковый, массой от 3 до 15 граммов, и перед приложением импульса тока предварительно разгоняем его сжатым воздухом. Это помогает достичь более высокой скорости, чем при выстреле изначально неподвижным снарядом. Сейчас мы покажем действие снаряда по мишени.
(Реальная технология, применяемая в российских лабораторных рельсотронах. Здесь и далее технические подробности из https://www.popmech.ru/weapon/374352-elektromagnitnaya-pushka-relsotron-i-ego-perspektivy/ и других статей.)
Перед рельсотроном была установлена мишень — солидного вида стальная чушка толщиной в несколько сантиметров.
— Пройдёмте за перегородку, — академик увёл гостей в помещение управления.
Бронестекло не спасло бы от прямого попадания из рельсотрона, но этого не требовалось, оно использовалось как преграда на случай разлёта осколков или капель расплавленного металла.
Ассистент вложил пластиковый снарядик в 'патронник' установки, тоже зашёл в пультовую и закрыл бронированную дверь. Свет в помещении рельсотрона погас. Ассистент поднял рубильник, затем несколько минут щёлкал тумблерами и крутил верньеры на пульте, выставляя нужные параметры:
— Есть готовность.
— Пуск, — скомандовал Арцимович.
Хрущёв, не отрывая взгляда, смотрел на мишень. Грохнуло изрядно, в полутёмной лаборатории сверкнула яркая вспышка, мишень окуталась дымом, её вырвало из держателя и стальная болванка прокатилась несколько сантиметров по столу.
— Ого! Бабахает не хуже пушки!
— Да, есть такое. Плазма на выходе из ствола резко расширяется, поэтому звук как при пушечном выстреле, — пояснил академик. — Пойдёмте, посмотрим, что получилось.
Получилось впечатляюще. В центре стальной болванки зияла бесформенная дыра с оплавленными краями.
— Это с какой же скоростью оно ударило? — спросил Первый секретарь.
— Порядка 4 километров в секунду, — ответил Арцимович. — При подаваемой мощности 200 килоджоулей. (Цифры и описание спецэффектов — из реального эксперимента, , см. д.ф. 'Наука 2,0. Объединённый институт высоких температур'). Для сравнения — противотанковая пушка позволяет разогнать снаряд до скоростей 1,5-1,7 километра в секунду, но там, конечно, снаряд намного тяжелее. Проблема в том, что пороховая пушка не может разогнать снаряд быстрее примерно 2 километров в секунду, а рельсотрон может, и намного быстрее. Хотите посмотреть киноплёнки замедленной съёмки с предыдущих экспериментов?
Арцимович проводил Никиту Сергеевича в небольшой кинозал. Затрещал кинопроектор. Картина на экране, снятая высокоскоростной кинокамерой, выглядела жутковато. Яркая вспышка, засвечивающая изображение, и выкатывающаяся из огненного облака пробитая мишень.
— Вот так мы изучаем возможности рельсотрона, — пояснил академик. — Нам удалось разогнать снаряд из оргстекла весом 3 грамма до скорости 6250 метров в секунду. При попадании стальная мишень частично испарилась, — он вручил Первому секретарю стальную пластину с оплавленным отверстием в центре. — Пробовали стрелять снарядом из более плотного пластика, весом в 15 граммов. Разогнали его до скорости 3000 метров в секунду и пробили стальную болванку толщиной несколько сантиметров, наподобие вот этой, — он продемонстрировал Никите Сергеевичу ещё одну пробитую насквозь стальную чушку.
(Все цифры — результаты реальных экспериментов, полученные на российских лабораторных рельсотронах https://www.popmech.ru/weapon/374352-elektromagnitnaya-pushka-relsotron-i-ego-perspektivy/)
— Не, это всё, конечно, выглядит впечатляюще, — признал Хрущёв. — Но это — лабораторные опыты. А со снарядом реального размера пробовали что-то сделать?
— Пробовали. Но там появляются большие сложности, которые ещё предстоит преодолеть, — Арцимович пригласил гостей в соседнюю лабораторию, посредине которой стояло намного более солидное сооружение в виде трубы с прямоугольным отверстием в центре.
— Это уже полноразмерный образец, готовим его к стрельбе на полигоне, — рассказал академик. — Вот такой снаряд у него будет, — он показал Никите Сергеевичу длинный тонкий оперённый снаряд диаметром примерно 90 миллиметров (Примерно такой https://www.baesystems.com/en-us/product/hyper-velocity-projectile-hvp подробнее https://imgur.com/a/Pn47H). — Снаряд подкалиберный, в стволе он удерживается вот такой арматурой-'башмаком', — он показал второй снаряд, закреплённый на прямоугольном бруске. — Арматура обеспечивает замыкание рельсов и предохраняет рельсы от контакта со снарядом, это уменьшает их износ. Снаряд вольфрамовый, весит примерно три килограмма. Мы не планируем каких-либо рекордных показателей, рассчитываем для начала разогнать его до скорости 1,7 километра в секунду, и постепенно поднять скорость до 2,5 — 3 километров в секунду. Это уже будет больше скорости снаряда танковой пушки. Потом постепенно попытаемся наращивать скорость дальше.
(Приведены данные, примерно соответствующие реально испытывавшемуся американскому рельсотрону 'Блитцер' https://vpk.name/library/f/blitzer.html Стрельба из 'Блитцера' https://youtu.be/Q4_LZ8fL-Mc Подборка видео со стрельбой из разных рельсотронов https://youtu.be/EagXC7HDnns)
— Думаете, получится? — с сомнением спросил Первый секретарь, вертя в руках увесистый вольфрамовый снаряд.
— Перед тем, как делать полигонный образец, мы сначала попробовали собрать чисто лабораторную установку сходных размеров, — ответил Арцимович. — Вот она, можно на неё посмотреть.
Установка выглядела как пакет стеклотекстолитовых и стальных пластин, стянутых между собой немыслимым количеством титанического размера болтов.
(Вот так примерно https://naukatehnika.com/files/journal/tehnika-vooruzhenie/09.04.19-elektromagnitnoe-oruzhie-2/image-5.jpg)
— Мощность этой лабораторной пушки — 32 мегаджоуля, и она выстрелила 10-килограммовый стальной брусок со скоростью 7 Махов, — с удовлетворением сообщил академик.
(Реально достигнутые параметры на лабораторном рельсотроне BAE Systems https://naukatehnika.com/elektromagnitnoe-oruzhie-2.html Видео выстрела из этой штуки https://youtu.be/b_OjZyQ6LGE)
— Так я не о самом факте выстрела спрашиваю, — пояснил Никита Сергеевич. — Один-два раза она, может, и выстрелит. Но чтобы создать систему оружия, нужно добиться, чтобы из этой штуки можно было выстрелить без промежуточных ремонтов хотя бы раз 50-100. Я же помню, как у вас на предыдущем показе провода отлетали. (см. гл. 05-06)
— С проводами мы справились, — улыбнулся Арцимович. — Но вы правы, проблем по выносливости с установками большой мощности хватает. В опытах у нас возникала электрическая дуга между контактной арматурой и рельсами. Дуга выжигает поверхность рельс, причём неравномерно, а алюминиевая арматура плавится и горит. Продукты сгорания оседают на поверхности изоляторов между рельсами, при следующем выстреле это грозит электрическим пробоем, поэтому ствол надо чистить. Вот эта проблема пока не решена. Из-за налипания алюминия на рельсы их приходится заменять и отправлять на шлифовку после каждого выстрела. Рельсы сильно греются из-за омического нагрева. Это, по сути, определяет КПД установки — дульная энергия снаряда составляет всего 30-40 процентов от поданной энергии, а остальное уходит в тепло. 20-25 процентов — на нагрев рельсов, около 10 процентов на разогрев кабелей, и 25-30 процентов на нагрев дугогасящего шунта.
(Реальные проблемы с существующими образцами рельсотронов по материалам https://forums.airbase.ru/2014/04/t86165-relsotron.html)
— Так как вы с этим справляться планируете?
— Пока ищем технические решения, — ответил академик.
(Опытный рельсотрон в Дальгрене стреляет 2 раза подряд https://youtu.be/QO_zXuOQy6A)
— Я вот смотрел на ваши испытания, и не понимаю, как вы ухитряетесь пластмассовыми пульками стрелять? — спросил Никита Сергеевич. — Они же ток не проводят? Вот тут понятно — алюминиевый поддон снаряда замыкает рельсы. А с пулькой из оргстекла как же?
— Ток между рельсами течёт по плазме, которая возникает в момент выстрела. Собственно, плазма расширяется, толкая снаряд, а сила Лоренца прижимает разряд в плазме к заднему торцу снаряда или поддона. Материал интенсивно испаряется, и возникает реактивная струя, разгоняющая снаряд, — пояснил академик.
(В опытах доктора Ричарда Маршалла из Новой Зеландии, и канадца Джона Барбера, в 1977 г. инициатор дуги представлял собой медную фольгу, наклеенную на заднюю стенку снаряда, игравшую роль плавкой вставки. Через 0,3 мс после подачи на неё напряжения плавкая вставка сгорала, превращаясь в электрическую плазму, по которой протекал ток в сотни килоампер (к/А). Плазма устремлялась вперёд, толкая, как поршень, перед собой снаряд. В конце периода ускорения снаряда взрывным патроном закрывался ключ, обеспечивая рассеивание энергии, запасённой в катушке индуктивности, и предотвращая тем самым её рассеивание в форме деструктивной дуги в дульном срезе пушки. Источник https://naukatehnika.com/elektromagnitnoe-oruzhie-2.html)
— То есть, выходит, не обязательно пускать ток по поддону снаряда, если можно пустить его по плазме?
— Да, но это обычно используется для очень лёгких пластиковых пулек, — подтвердил Арцимович.
— Допустим, если немного усложнить конструкцию, и предусмотреть в медных рельсах твёрдый желобок, по которому тележка-поддон со снарядом будет не скользить, а катиться на шариках, вроде как от подшипника, а ток при этом пойдёт по плазме, это делу не поможет? — спросил Хрущёв. — Извините, что лезу с кувшинным рылом в вашу епархию, но иногда свежий взгляд на проблему со стороны способен сдвинуть дело с мёртвой точки.
— Попробовать можно, но гарантии успеха, сами понимаете, никакой, — Арцимович развёл руками. — При стрельбе снарядами с замыкающей арматурой разгон обеспечивается работой электромагнитных сил Лоренца. Они возникают и начинают действовать на снаряд при коротком замыкании двух параллельных токонесущих направляющих рельсов после подачи на них очень мощного, но очень короткого импульса тока. При этом арматура со встроенным в неё снарядом является токозамыкающим элементом. Силы Лоренца направлены так, чтобы вытолкнуть снаряд из пушки, и он вылетает из ствола с гиперзвуковой скоростью. При этой схеме нужен очень плотный контакт арматуры с поверхностью рельсов, что обусловливает применение алюминия, который, к тому же, при выстреле плавится и 'смазывает' рельсы.
Катающаяся тележка-поддон будет дороже, и она не сможет плотно замкнуть рельсы. Но, возможно, если концентрация плазмы позади тележки будет достаточной..., — академик задумался. — В общем, надо пробовать. В этой разработке, как нигде, опыт — критерий истины.
(Есть сообщения что в экспериментах на контактной арматуре не удалось получить скорости выше чем 2.5 км/с на снарядах >1кг или максимум 3.1 км/с на 300гр. Соответственно, на плазменной арматуре рекорд с 640 г. снарядом — 4.3 км/с или максимум 6.6 км/с на ~5гр http://www.balancer.ru/g/p5723189 утверждение не подкреплено ссылками на источники)
— Пробуйте, конечно. Если применение шариков сможет помочь и вообще сделает ваш рельсотрон боеспособным, такое удорожание мы как-нибудь переживём, — пожал плечами Первый секретарь. — В конце концов, вольфрамовая болванка всяко дешевле, чем ракета. Вы мне ещё что-то показать хотели, помнится?
— Да, установку для исследования свойств плазмы. Пойдёмте.
Гостей провели в следующую лабораторию. Почти всю её площадь занимала длинная цилиндрическая вакуумная камера, похожая на толстую трубу, стянутую катушками мощных электромагнитов. В центр камеры под углом входили ещё несколько труб. Всё это сооружение было обставлено дополнительными агрегатами, тумбочками и шкафами блоков управления, от которых к вакуумной камере и торчащим из неё цилиндрам подходило множество труб и проводов.
— Это — так называемая 'открытая газодинамическая ловушка'. На этой опытной установке мы изучаем закономерности поведения плазмы, — пояснил академик Арцимович.
— И что она делает? — поинтересовался Хрущёв, не особо пока понимая, в чём значение этой явно дорогостоящей штуковины.
— Вот тут, — Арцимович указал на один из концов установки, — расположен источник плазмы. Вот эти трубы, расположенные под углом — инжекторы нейтральных атомов. Из них в плазму вбрасываются мощные пучки атомов. Не вдаваясь в сложные для понимания детали, они влетают в основную вакуумную камеру и там тормозятся в мишенной плазме, удерживаемой магнитным полем, образуя быстрые ионы и нагревая плазму. Дополнительный нагрев возможен, в том числе, при помощи СВЧ-излучения, примерно так же, как в плазменном двигателе. Но здесь мы достигли намного более высоких температур — около десяти миллионов градусов...
— Цельсия? — изумился Первый секретарь
— Кельвина, но при таких значениях разница невелика.
— И что дальше происходит?
— Дальше при такой температуре в плазме на очень короткое время — порядка нескольких миллисекунд — возникает термоядерная реакция, — продолжил академик. — Выделяется большое количество тепла, разогретая плазма с огромной скоростью выстреливает через задерживающий электромагнит, мы его называем 'пробкой' и улавливается графитовой мишенью...
(Вполне реальная открытая ловушка ГДЛ, построенная в Новосибирском институте ядерной физики ещё в 1986 г и успешно работающая по сей день https://scfh.ru/papers/lovushka-dlya-termoyada/ В реальной истории к 1963 г в СССР была построена открытая ловушка 'Огра', конечно, менее совершенная, чем ГДЛ. См. Балабанов Е.М. 'Теромядерные реакции' 1963 стр. 78-79 http://elib.biblioatom.ru/text/balabanov_termoyadernye-reaktsii_1963/go,78/)
— Погодите, погодите... термоядерная реакция? — Первый секретарь чувствовал, что он что-то недопонимает. — Вот в этой трубе? Как в бомбе?
— Нет, не как в бомбе, конечно. В бомбе реакция очень мощная, — пояснил академик Александров. — Здесь выделение энергии неизмеримо меньше, и протекает реакция хоть и очень короткое время, но циклично, так сказать, 'очередями'.
