3.2. Радиочастотное оружие (РЧО)

3.2. Радиочастотное оружие (РЧО)

Лэрри Л. Альтджильберс, Айра В. Меррит, Хауард Сегуайн

Поражающий фактор такого оружия – радиочастотное электромагнитное излучение (РЧЭМИ), которое выводит из строя электронику или биообъекты, если плотность его мощности достаточна. До 1970-х годов, источники РЧЭМИ было принято называть «неядерными», чтобы подчеркнуть отличия характеристик генерируемого ими излучения от электромагнитного импульса ядерного взрыва (ЭМИ ЯВ). Такие источники излучения в частотном диапазоне от мегагерц до сотни гигагерц, начали создаваться в Соединенных Штатах и бывшем Советском Союзе в 1960-ых годах. Затем технологию РЧО переняли многие страны, создавая оружие, способное излучать РЧЭМИ мощностью от мегаватт до гигаватт.

В вооруженных силах РЧО может быть применено:

• в противовоздушной обороне;

• для обороны кораблей от ракетных атак;

• для нарушения коммуникаций противника;

• для отражения ракетных атак в воздушном бою;

• против космических объектов;

• против радиолокационной техники;

• против системы управления войсками.

Насколько известно, пока ни один образец РЧО пока на вооружение не поступил – в основном из-за нежелания военных принять концепцию достаточности функционального поражения целей, а не их уничтожения.

Миниатюризация полупроводниковых элементов электроники и зависимость от них всех современных систем приводит к возрастанию уязвимости и повышает вероятность применения РЧО террористами против:

• объектов инфраструктуы;

• средств связи и вычислительных центров;

• аэропортов, энергосетей, центров банковских услуг;

• правительственных учреждений;

• правоохранительных органов;

• для остановки их автомобилей и моторных лодок;

• создания помех и выведения из строя связи;

• создания сбоев в работе компьютеров.

Важным обстоятельством для террористов является то, что необходимые для создания РЧО компоненты доступны и их распространение не контролируется.

Применение РЧО в террористических целях характеризуется:

• скрытностью;

• повторяющимися атаками мощными, но короткими импульсами РЧЭМИ, что делает сложным установления месторасположения их источника;

• воздействием на неэкранированные электронные приборы;

• сложностью обнаружения нанесенных РЧЭМИ повреждений;

• отсутствием, в большинстве случаев, признаков поражения людей РЧЭМИ;

• отсутствием следов и улик на объекте, подвергшемся облучению РЧЭМИ.

3.2.1. Классификация

Бенфорд и Сведжль указывают на такое преимущество РЧО, как воздействие поражающего фактора со скоростью света, что делает невозможным для цели уклонение от атаки маневром. Существенная расходимость пучка РЧЭМИ выступает при этом преимуществом, поскольку не требуется его точного наведения на цель, в то время как лазерам, с их узкими световыми пучками, такое наведение необходимо.

Образцы радиочастотного оружия могут отличаться друг от друга:

• источниками первичной энергии: в боеприпасах таким источником служит взрывчатое вещество, в источниках многократного действия – емкостные, индукционные инерционные и другие неразрушаемые накопители;

• базированием: стационарным, мобильным, на борту самолета или автомобиля;

• эффектами воздействия на цель (помехи, выведение из строя – кратковременное или на неограниченное время);

• «полосным» или «внеполосным» воздействием РЧЭМИ на цель (рис. 3.6): «полосное» реализуется по тем каналам, которые и предназначены для приема излучения данного частотного диапазона; в случае «внеполосного» воздействия, РЧЭМИ проникает также и в каналы, которые для его приема не предназначены;

• предназначением – для открытого или тайного применения, в военных или террористических целях.

РЧО можно классифицировать и по другим признакам, например:

• по механизмам генерации РЧЭМИ: при ускоренном движении электронов либо в ходе прямого преобразования энергии;

• по режимам излучения (единственный импульс, частотный режим формирования импульсов или непрерывная генерация);

• по спектру формируемого РЧЭМИ.

Рис. 3.6 Зависимость эффективности приема излучения характеризуется диаграммой направленности – длина ординаты, проведенной из центра диаграммы, пропорциональна эффективности приема. У любого устройства есть не только главный лепесток приема, но и нежелательные боковые, от которых полностью избавиться нельзя. При отклонении частоты воздействующего РЧЭМИ от рабочей, эффективность приема в пределах главного лепестка снижается, а по боковым лепесткам – растет. На рисунке – диаграмма излученияприема, типичная для радиолокатора: а) остронаправленная, для рабочей частоты; б) для частот, на порядок отличающихся от рабочей

По спектральным характеристикам источники разделяют на два класса: излучающие РЧЭМИ в узкой полосе частот (УПИ) и сверх-широко полосные излучатели (СШИ). Для УПИ характерны высокие значения спектральной плотности мощности и энергии РЧЭМИ, в то время как энергия импульса СШИ распределена в протяженном частотном диапазоне и потому обычно на рабочей частоте цели плотность мощности невелика (рис. 3.7).

Эксперименты свидетельствуют, что поражение электронных систем при воздействии последовательности импульсов РЧЭМИ происходит при меньших значениях суммарной их энергии, чем повреждение того же уровня – при однократном воздействии. Такой режим генерации характерен для источников многократного действия, но и некоторые взрывные источники формируют короткие (длящиеся микросекунды) последовательности импульсов РЧЭМИ.

Рис. 3.7 Спектральные плотности мощности электромагнитного излучения, генерируемого источниками различных классов в радиочастотном диапазоне

Для наиболее эффективного «полосного» воздействия необходима информация об уязвимых для цели частотах и направлениях. Для применения СШИ такие данные не требуются: в протяженном диапазоне наиболее «чувствительные» для цели частоты присутствуют наверняка, но, с другой стороны, энергия импульса РЧЭМИ рассредоточена и на долю таких частот ее приходится не очень много.

РЧО требует для своего создания многих технологий. Ограничимся описанием типов РЧО, представляющих опасность в качестве потенциального оружия террористов.

3.2.2. Электромагнитные боеприпасы (ЭМБП)

В 1994 году доктор А.Б. Прищепенко представил доклад на конференции в Бордо. Им были описаны устройства, в которых осуществлялось прямое преобразование химической энергии, содержащейся во взрывчатом веществе (ВВ), в энергию РЧЭМИ. Такие источники (собственно, и положившие начало классу СШИ) теперь называют «устройствами Прищепенко» (рис. 3.8, 3.9, 3.10). Доклад привел к изменению классификации РЧО, в зависимости от применяемых источников РЧЭМИ (рис. 3.11): прямого преобразования, в которых импульс тока поступает непосредственно на антенну, или таких, в которых УПИ генерируется при ускоренном движении электронов в электровакуумных приборах.

Рис. 3.8

105-мм реактивная граната со сферическим ударно-волновым источником РЧЭМИ: 1 – рабочее тело – монокристалл; 2 – детонационная разводка; 3 – магнитопроводы; 4 – постоянные магниты

Рис. 3.9

125-мм реактивная граната, снаряженная кассетными элементами на основе виткового генератора частоты: 1 – электроды, образующие неполный виток; 2 – металлическая труба, заполненная взрывчатым веществом и установленная с эксцентриситетом относительно электродов; 3 – пьезоэлемент (источник первичного энергообеспечения); 4 – малоемкостной конденсатор

Рис. 3.10

Схема взрывомагнитного генератор частоты (ВМГЧ) и фотография 122-мм боевой части неуправляемой ракеты на его основе. Медная труба 1 заполнена ВВ 2, и расположена соосно спирали 3. Между трубой и спиралью включен заряженный высоковольтный малоемкостной конденсатор 4. Расширяемая взрывом труба замыкает контур, далее точка контакта на основании конуса движется по виткам спирали, продавливая их изоляцию и закорачивая виток за витком, усиливая при этом ток, который осциллирует, так как емкость контура существенна. Период электрических колебаний уменьшается по мере сокращения индуктивности контура, но не становится меньше сотни наносекунд, что не очень благоприятно (волны в сотни раз «длиннее» самого ВМГЧ). Но эти «несущие» волны – не основные в излучении: компрессия поля трубой, усиливая ток тем больше, чем выше его мгновенное значение, приводит к появлению «быстрых» гармоник. Антенной служат еще не закороченные трубой витки обмотки

Рис. 3.11 Развитие источников радиочастотного электромагнитного излучения

Источники, в которых используется ВВ, срабатывают однократно. Источники же невзрывного типа могут долго излучать в частотном или непрерывном режиме, но, поскольку их схемы включают множество таких элементов, как индуктивные и емкостные накопители, плотность электромагнитной энергии в которых много ниже, чем химической во в ВВ (до 10000 Дж/куб. см), невзывные источники большой мощности представляют собой громоздкие и тяжелые устройства (рис. 3.12). УПИ меньшей мощности были применены в крупных авиабомбах.

Рис. 3.12 Излучатель гигаваттной мощности Техасского технологического университета

В отличие от УПИ на основе электровакуумного прибора, взрывной источник генерирует не луч, а поток РЧЭМИ во всех направлениях, но зато СШИ компактны, могут быть размещены в боеприпасах малых (рис. 3.13) и средних калибров, и, помимо поражений электроники, наносят повреждения осколками.

Источники всех типов нуждаются для своей работы в обеспечении электроэнергией. Сообщалось, что в ходе операции «Буря в пустыне» крылатые ракеты, несущие электровакуумные излучатели, прорывали иракскую ПВО. Энергия для питания УПИ отбиралась от двигателя ракеты. Маршевый полет при этом невозможен: ракета падала, как только начинал работать источник, зато он успевал «выдать» несколько десятков импульсов излучения.

Рис. 3.13 Общий вид 42-мм электромагнитной реактивной гранаты «Атропус» с боевой частью на основе пьезоэлектрического генератора частоты и пример эффекта временного ослепления автоматической миллиметровой РЛС наведения системы активной защиты танка при перехвате ракеты. Левая осциллограмма – нормальный сигнал от блока определения дальности до цели. Правая осциллограмма – после разрыва ЭМБП в нескольких метрах от РЛС под углом 160° по отношению к оси антенны. Система потеряла способность оценивать расстояние до цели, пуск и перехват не состоялись. Момент разрыва ЭМБП «Атропус» показан стрелкой

Для боеприпасов небольших калибров требуются автономные и значительно более компактные системы энергообеспечения. Первичный импульс тока или напряжения может быть получен от ферромагнитного или пьезоэлектрического генератора (рис. 3.14), при размагничивании или деполяризации его рабочего тела ударной волной, формируемой взрывом ВВ. Величина энергии может составить при этом единицы – десятки Джоулей, чего в ряде случаев бывает недостаточно и требует применения усилителя – взрывомагнитного генератора (ВМГ, рис. 3.15).

Рис. 3.14

Слева: схема ферромагнитного генератора. Формируемая взрывом мощная ударная волна нагревает ферромагнетик до температуры, превышающей точку Кюри. Освобожденное волной поле наводит ЭДС в обмотке 1, окружающей рабочее тело (магнит 2). К обмотке подключена нагрузка 3.

Справа: схема пьезоэлектрического генератора. Заряд взрывчатого вещества (ВВ) 1 состоит из двух конусов с разными скоростями детонации (у внутреннего конуса она меньше), чтобы обеспечить плоский фронт детонационной волны. Достигнув буфера 2, детонация формирует в нем ударную волну (УВ), которая, в несколько раз ослабившись (иначе – произойдет пробой), переходит из буфера в рабочее тело (РТ) 3 из сегнетоэлектрика, вызывая нагрев вещества РТ до температуры, превышающей точку Кюри и переход его в параэлектрическое состояние. Структурные элементы разрушаются и направленная поляризация вещества исчезает, что вызывает протекание тока деполяризации. Этот ток протекает через конденсатор, образованный металлизованными поверхностями на РТ и нагрузку 4, подсоединенные к обмотке 5. Взрыв используется лишь как спусковой механизм, но его энергия на пять порядков превышает заключенную в веществе рабочего тела

Рис. 3.15

Вверху: схема спирального взрывомагнитного генератора. Металлическая труба 1, заполненная взрывчатым веществом 2, окружена обмоткой 3. В обмотке первичным источником энергии создается начальный магнитный поток, далее подрывается ВВ и газы взрыва растягивают трубу в конус, основание которого движется по виткам обмотки, замыкая их и приближая точку контакта к индуктивной нагрузке 4, куда и вытесняется магнитный поток. Химическая энергия, содержащаяся в ВВ, при этом преобразуется в энергию импульса тока, величина которого в нагрузке может достигать десятков миллионов ампер

Доктором Коппом предложена концепция электромагнитной авиабомбы (рис. 3.16): такая бомба должна включать первичный источник питания (батареи), емкостной накопитель, ВМГ, высоковольтный взрывной трансформатор и излучатель – электроваккумный прибор, называемый виркатором (рис. 3.17).

Рис. 3.16

Концептуальная схема авиабомбы с узкополосным излучателем на основе электровакуумного прибора – виркатора и системы его энергообеспечения на основе магнитокумулятивного (взрывомагнитного) генератора

Рис. 3.17 Фотография и схема излучателя с виртуальным катодом – виркатора. РЧЭМИ генерируется при колебаниях объемного заряда электронов. Когда между эмиттером Э и сеткой С прикладывается от трансформатора импульс высокого напряжения, формируется электронное облако – виртуальный катод ВК (откуда и название прибора: «ВирКатор»), Электроны ускоряются к сетке, затем замедляются, пролетев сквозь ее ячейки, и колеблются далее относительно сетки вплоть до нейтрализации заряда (все это возможно лишь в вакууме, где электронам не мешают столкновения с молекулами). Поскольку движение электронов при этом не равномерно-прямолинейное, оно происходит с ускорением, и – для заряженных частиц – с излучением