Наверх

14.07.2016

Шатурский рельсотрон произвел первый запуск (часть 2)

12 июля в подмосковной Шатуре на полигоне филиала Объединенного института высоких температур Российской Академии наук (ОИВТ РАН) прошли первые испытания созданного коллективом рельсотрона – электромагнитной пушки.

Фото: Президент РАН Владимир Фортов

Окончание. Начало читайте здесь.

И снова вспоминается комментарий, сделанный членом комиссии Парламентского Собрания Союза Беларуси и России по безопасности, обороне и борьбе с преступностью, сенатором Ф. А. Клинцевичем вскоре после майских испытаний американского рельсотрона, установленного на новейшем эсминце «Зумвольт» («Zumwalt»):

«Но если все-таки американцам удастся совершить в этом направлении рывок, России вовсе не обязательно отвечать на него исключительно симметричным образом. Чтобы не допустить изменения баланса сил в мире, у нас есть масса других возможностей, которые при необходимости будут задействованы».

«Словом, ситуация находится под контролем», - добавил Клинцевич.

Испытания на Шатурском полигоне со всей ясностью показали: у российских ученых есть более-менее внятный ответ на амбициозные заявления военных из США.

«НАША РАБОТА – ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА»

На Шатурский полигон филиала Объединенного института высоких температур Российской Академии наук (ОИВТ РАН) прибыл директор института, президент РАН Владимир Фортов. Академик лично руководил экспериментом по осуществлению первого запуска российского рельсотрона.

Перед «выстрелом» Владимир Евгеньевич выступил перед журналистами с краткой речью:  

«Люди всегда пытались получать большие скорости метания, и, собственно говоря, вся оборонная наука построена на этом принципе, но, как выяснилось, получение высоких скоростей связано с очень большими трудностями. С этим впервые столкнулся Наполеон - он в молодости был, как вы знаете, артиллерийским офицером. И он поставил перед Лагранжем, мировым ученым-механиком, задачу: объяснить, почему пушки не стреляют со скоростью больше полкилометра в секунду - в то время. Это не очень высокая скорость. Когда Лагранж рассмотрел эту задачу, он показал, что скорость метания снаряда пороховой пушкой ограничена скоростью звука. Формула Лагранжа показывает, что когда вы разгоняете снаряд до скорости звука, все идет хорошо, но когда вы пытаетесь ее превысить в несколько раз, возникают проблемы.

С тех пор прошло много времени, но прогресс в разработках метательных систем был очень медленный. Сегодня уровень два километра в секунду достигнут во многих системах, например, танковые пушки работают на этом уровне. Тем не менее, стоит задача получения больших скоростей. Но помимо военных интересов – а этим мы не занимаемся - существуют задачи, которые имеют фундаментальное научное значение. Это задачи, связанные с получением высоких давлений и температур.

Когда мы разгоняем снаряд (ударник) до высоких скоростей, то при столкновении с мишенью возникает давление до нескольких миллионов атмосфер. Наша задача – попытаться с помощью вот такой системы (рельсотрона – Авт.) получить высокую скорость и исследовать поведение вещества при высоких давлениях и температурах.

Зачем это надо? Это надо для понимания того, как устроена вселенная. Потому что, как вы знаете, 95 процентов всего вещества вселенной, которое мы видим – так называемое видимое вещество – оно находится в сильно сжатом и разогретом состоянии. И мы надеемся с помощью этой системы получать состояние вещества под давлением в несколько миллионов атмосфер.

Второе направление, это изучение ударов комет, метеоритов и прочих небесных тел о поверхность либо земли, либо космических аппаратов - в целях защиты этих аппаратов от высокоскоростных частиц. Это тоже непростое дело, потому что скорость, с которой ударяются космические тела типа Тунгусского метеорита, это скорость в десятки километров в секунду. И вот определить форму кратера, сделать защитную систему, которая оповещала бы о космическом мусоре, кометах и метеоритах – это одна из задач, которой мы здесь занимаемся. Грубо говоря, задача – перешагнуть предел Лагранжа, то есть два километра в секунду.

Как это можно сделать? Были потрачены большие усилия в течение, пожалуй, столетия, и, тем не менее, скорость два километра в секунду являлась предельной. Мы и наши коллеги, которые занимаются этой проблемой за рубежом, пошли по другому пути – использовать мощный импульс электрического тока для того, чтобы разогнать тело давлением магнитного поля.

Вот смотрите. Энергия нашей батареи - порядка 1 мегаджоуля. При помощи разрядных систем, которые вы тут видите, в нужный момент времени эта энергия попадает на рельсотрон. Что это такое? Это две пластинки металла (рельсы), к ним подсоединяются батареи конденсаторов, а вот здесь помещен снарядик из очень прочного пластика.     

Ток движется по верхнему рельсу, потом загорается дуга, и по нижнему рельсу идет обратно. Магнитное поле начинает ускорять ударник (снаряд, который находится здесь, между рельсами). Вот, собственно говоря, эта схема. Она очень простая, казалось бы. Она не имеет ограничений, связанных с конечной скоростью звука. Передача возмущения электромагнитного идет со скоростью света.

Таким образом, удается перешагнуть предел Лагранжа. На этой установке мы можем ускорять ударники весом 1-2 грамма до скорости 5-6 километров в секунду. Я напомню, что скорость чуть меньше 8 километров в секунду - это скорость, необходимая для того, чтобы вывести на орбиту искусственный спутник. Так называемая первая космическая скорость. Одно из направлений, которое мы имеем в виду всегда, это попытаться сделать умный снаряд, который позволил бы вывести на орбиту искусственный спутник.

Мы пытаемся выйти на гиперзвуковые режимы скоростей, добраться до 10 километров в секунду. И такие вещи сделаны – получена уже максимальная скорость 11 км в секунду на снярядике весом приблизительно полтора грамма.

Почему мы не дошли до световых скоростей? Потому что возникают очень сложные физические проблемы. Ток, который идет по нашей схеме, он создает очень высокое магнитное давление. Оно находится на уровне нескольких десятков тысяч атмосфер. И эти силы электромагнитного поля пытаются раздвинуть электроды (рельсы). Они и ударник ускоряют, и установку деформируют. Это мощная, тяжелая конструкция. И когда что-то идет не так, то крепежные винты разрывает. Они вылетают вверх и пробивают потолок.

Кроме того, возникает другая проблема, связанная с тем, что плазма неустойчива. Кроме того, очень тяжелая проблема – это проблема материалов. Ток идет силой порядка одного миллиона ампер. Это в 30 раз больше, чем при ударе хорошей молнии. Поэтому работать с такой силой тока, напряжением, плазмой – это некий вызов, стоящий перед наукой.

Кроме того, если вы посмотрите вот на эту системы энергопитания, то у нас она весит многие тонны. Мы хотим использовать электромагнитные генераторы, которые придумал Андрей Дмитриевич Сахаров в свое время, вместо этих больших батарей.

Мы занимаемся только физическими вопросами, теплообменом, механикой разрушения. То есть наша работа имеет применение в фундаментальной науке».

ИСТОРИЧЕСКИЙ ВЫСТРЕЛ

Всех просят покинуть «полигон» - свидетелем первого запуска российского рельсотрона будет только аппаратура. Людям находиться в помещении просто-напросто опасно.

Томительное ожидание в комнате по соседству с полигоном… Звенит протяжный звонок, а вслед за ним раздается оглушительный хлопок. Здание сотрясается, с потолка сыплется штукатурка.

Заходим в помещение, где совершен эксперимент. Запах гари и озона. «Дуло» рельсотрона почернело от копоти, а заглушка с мишенью, стоявшая еще несколько минут назад перед стволом электромагнитного ускорителя, разлетелась вдребезги. Сорвав резьбу, вылетели два крепежных винта рельсотрона. На самой мишени – тяжелой стальной болванке – обширный «кратер» (сантиметра четыре в диаметре и около трех – глубиной). Все это сделал полимерный снарядик весом в два грамма…

Зафиксированная скорость «пули» - 3,2 километра в секунду. Владимир Полищук, заведующий плазмодинамической лабораторией, говорит расстроенно (и в то же время – с каким-то облегчением: «Это не тот результат, на который мы рассчитывали. Вот он, пресловутый визит-эффект! Плазма сорвала винты, раздвинула рельсы – потому скорость «пули» и упала. И все равно, хороший результат. Главное: первый запуск состоялся».

Владимир Фортов объявляет, что «эксперимент прошел в целом успешно». «Мы движемся в правильном направлении, - сказал президент РАН, когда ему продемонстрировали сорванный винт. – Работаем на пределе».

Алексей ЕГОРЬЕВ