Zbraň z priesmyku
Témou článku sú ultrarýchle kinetické zbrane. Táto téma vzišla z analýzy tragických udalostí v Dyatlovskom priesmyku vo februári 1959. Smrť deviatich turistov je podľa súčtu dostupných faktov aj pri oficiálnom vyšetrovaní kvalifikovaná ako násilná s použitím neznámej zbrane. Toto bolo prediskutované v článkoch priamo venovaných týmto udalostiam: „Nezaradené materiály - pravda je niekde nablízku“a „Mŕtvi neklamú“.
Pretože poškodenie tiel mŕtvych zodpovedalo sile strely pušky a povaha poškodenia naznačovala veľmi malú veľkosť takejto strely, dospelo sa k záveru, že táto strela, aby si zachovala svoju smrtiacu silu, musí majú mikroskopické rozmery a rýchlosť asi 1 000 km / s.
V predchádzajúcom článku „Zbrane z priesmyku“bola podložená možnosť superrýchleho pohybu strely atmosférou bez jej zničenia trením o vzduch; v tomto článku sa pokúsime zrekonštruovať samotná zbraň.
Ešte raz o verzii udalostí v priesmyku Dyatlov. Verím, že už vo februári 1959 náš štát (vtedy ZSSR) vykonal operáciu na zabavenie neznámeho zariadenia špičkových technológií. Zomrelo najmenej 9 ľudí, s najväčšou pravdepodobnosťou sa tento neznámy predmet „nezdal málo“, inak by štát nevyvinul toľko úsilia, aby utajil svoju účasť na týchto udalostiach.
Toto je iba verzia, môžem sa mýliť. Súčet faktov nepostačuje na jednoznačnú interpretáciu týchto starých udalostí, ale v kontexte aktuálnej témy nie je dôležitý.
Je dôležité, aby bola položená otázka o realite existencie ultra-rýchlych kinetických zbraní.
Je dôležité, aby sa strely takýchto zbraní mohli efektívne pohybovať v plynnom (vzduchovom) prostredí.
Dôležité je, že taká zbraň môže byť skutočne vytvorená na základe technológií, ktoré máme k dispozícii.
Ale povedzme si o tom podrobnejšie, samozrejme môžeme povedať, že ak je „mikro guľka“produktom neznámych technológií, potom aj samotná zbraň je založená na fyzikálnych princípoch, ktoré sú nám neznáme. Možno áno, ale technológie, ktoré poznáme, sú schopné akcelerovať guľku na rýchlosti rádovo 1 000 km / s. Nehovorím o exotických veciach, ako sú gaussovské zbrane, železničné zbrane, najbežnejšie práškové technológie, iba v nových, moderných obaloch.
Začnime s existujúcimi technológiami vysokorýchlostných kinetických zbraní a až potom prejdeme k fantázii.
Delostrelecký limit
V prípade tradičných delostreleckých systémov bol teoretický strop rýchlosti strely doteraz dosiahnutý - asi 2 - 3 km / s. Rýchlosť produktov spaľovania strelného prachu je presne na tejto úrovni, konkrétne vytvárajú tlak na dno strely a urýchľujú ju v hlavni pištole.
Na dosiahnutie tohto výsledku bolo potrebné použiť podkalibrovú strelu (aby sa stratila značná časť energie), bezkartáčovú technológiu (puzdro sa klinuje pri vysokých tlakoch v puzdre), strely s normalizovanými rýchlosťami spaľovania prášku a viacnásobné bodový detonačný systém (na vytvorenie rovnomerného tlaku počas pohybu strely pozdĺž hlavne) …
Hranica bola dosiahnutá, ďalšie zvýšenie rýchlosti strely v tejto technológii spočíva na medzných tlakoch, ktoré hlaveň odoláva a ktoré sú už na hranici možného. Výsledkom je, že v čase resetovania kalibračných záložiek máme taký projektil, snímku skutočného výstrelu:
Dávajte pozor na oblúky v blízkosti lietajúcich projektilových vložiek, to sú rázové vlny, o ktorých bolo písané v predchádzajúcom článku. V šokovej vlne sa molekuly plynu pohybujú rýchlejšie ako rýchlosť zvuku. Spadnúť pod takú vlnu sa nám nebude zdať málo. Nabrúsené jadro projektilu však nemôže vytvoriť takú vlnu, rýchlosť nestačí ….
Ale k dispozícii modernej civilizácii je aj iná technológia na vytváranie vysokorýchlostných kinetických zbraní, doslova kozmického rozsahu.
Božie šípy
Ľudstvo spaľujúce tisíce ton paliva s maximálnou energetickou náročnosťou sa naučilo vypúšťať do vesmíru objekty s hmotnosťou desiatok ton a rýchlosťou rádovo 10 km / s. Je hriechom nevyužiť tieto vesmírne „projektily“s obrovskou kinetickou energiou ako zbraň. Myšlienka nie je pôvodná, od roku 2000 USA na tomto projekte pracujú, jeho pôvodný názov je „Božie šípy“. Predpokladalo sa, že objekty na zemi zasiahnu asi šesť metrov dlhé volfrámové šípy s hmotnosťou asi sto kilogramov. Kinetická energia takejto šípky pri takýchto rýchlostiach je približne 0,1 až 0,3 ekvivalentu TNT. Takto bol tento projekt predstavený vtedy, pred viac ako 10 rokmi:
V posledných rokoch sa projekt dostal do tieňa, buď bol zabudnutý, alebo naopak, vstúpil do štádia serióznej dizajnérskej práce a podľa toho získal pečiatku „Prísne tajné“.
Druhá je pravdepodobnejšia, bolestivo lákavá perspektíva, iba zo satelitu, pretože pôvodne sa nemalo používať túto zbraň efektívne, balistické zákony sú neúprosné. Zameranie na predmet povedie k prudkému zníženiu rýchlosti takého volfrámového šípu, a preto neponesie všetku energiu do bodu zničenia, v najlepšom prípade bude rýchlosť šípu v mieste zničenia 5- 6 km / s.
Existuje iba jedno východisko, počiatočné zacielenie sa vykonáva korekciou obežnej dráhy samotného satelitu, a preto na to nepoužívajú obvyklé satelity, ale manévrujú s orbitálnymi systémami, pre nás je to „špirála“, ktorá zomrela v Bose. a jeho nosič „Šíp“. Pre Američanov táto téma nezomrela, naopak, práve teraz je ďalší Shuttle X-37B vo vesmíre. Takto to vyzerá:
Jedným zo zrejmých použití tohto bezpilotného vozidla je vesmírny bombardér vyzbrojený už opísanými „Božími šípmi“.
Orbitálne kinetické zbrane sú mimochodom budúcnosťou miestnych konfliktov. Ale to nie je naša téma, vráťme sa k „našim baranom“, tradičným práškovým technológiám.
Kinematika zrýchlenia projektilu
Držiak pištole sa podľa princípu svojho pôsobenia od momentu svojho vynálezu nezmenil, je to valec (hlaveň), piest (strela) a náboj (prach) umiestnený medzi nimi. V tejto schéme je rýchlosť strely v medziach daná rýchlosťou expanzie produktov spaľovania vsádzky, táto hodnota je maximálne 3-4 km / s a závisí od tlaku v spaľovacom objeme (medzi strela a dno piestu).
Moderné delostrelecké systémy sa v tejto kinematickej schéme priblížili k teoretickému limitu rýchlosti projektilu a ďalšie zvýšenie rýchlosti je takmer nemožné.
Je teda potrebné zmeniť schému, je však vo všeobecnosti možné urýchliť projektil na vyššiu rýchlosť, ako môžu poskytnúť produkty spaľovania strelného prachu? Na prvý pohľad je nemožné, nemožné vytlačiť projektil rýchlejšie, ako je rýchlosť plynov vyvíjajúcich tento vysokorýchlostný tlak.
Námorníci sa však už dlho naučili zrýchľovať svoje plachetnice na rýchlosti vyššie ako rýchlosť vetra, v našom prípade je to priama analógia, pohybujúce sa plynné médium prenáša svoju energiu na fyzický objekt, tu je ich najnovší úspech:
Tento „zázrak“s rýchlosťou vetra 40 km / h vďaka „šikmej“plachte je schopný pohybovať sa rýchlosťou 120 km / h, to znamená trikrát rýchlejšie ako vzduch pohybujúci sa touto plachetnicou. To je na prvý pohľad paradoxný výsledok, pretože rýchlosť je vektorová veličina a pohyb v uhle k smeru vetra pomocou „šikmej“plachty je možno rýchlejší ako samotný vietor.
Delostrelci si teda majú koho požičať z nových princípov rozptylu mušlí, krajčíri majú vhodný princíp, respektíve zo svojho hlavného nástroja nožnice.
Účinok zatváracích lopatiek
Existuje taký koncept, „myšlienkový experiment“, všetko, čo sa týka, ďalej predpokladá prítomnosť predstavivosti, aspoň na každodennej úrovni … jedenásťročného dieťaťa.
Predstavte si nožnice, sú rozvedené, ich hroty majú byť rozvedené o centimeter a čepele majú bod zatvárania vo vzdialenosti 10 centimetrov od špičiek.
Začíname ich zatvárať „na celú cestu“.
Počas času, keď hroty prejdú o jeden centimeter, sa bod zatvárania posunie o desať centimetrov.
V takom systéme budú rýchlosti pohybu fyzických predmetov na špičkách nožníc maximálne. Ale čo je najdôležitejšie, bod pôsobenia síl (bod zatvorenia lopatiek) sa bude v takom systéme pohybovať rýchlosťou, ktorá je 10 -krát väčšia ako rýchlosť fyzických predmetov. Pretože počas zatváracej doby (zatiaľ čo hroty nožníc prechádzajú o jeden centimeter), bod zatvárania sa posunie o 10 centimetrov.
Teraz si predstavte, že na priesečníku lopatiek (v mieste zatvárania) je umiestnený malý fyzický predmet (napríklad guľa), a tak sa bude pohybovať rýchlosťou posunutia bodu zatvárania, t.j. desaťkrát rýchlejšie ako nožnicové hroty.
Táto jednoduchá analógia umožňuje pochopiť, ako je pri danej rýchlosti fyzikálneho procesu možné získať bod pôsobenia síl, ktorý sa pohybuje oveľa rýchlejšie ako samotný fyzický objekt.
A navyše, ako môže tento bod pôsobenia síl zrýchliť fyzické objekty na rýchlosti oveľa vyššie, ako je rýchlosť pohybu fyzických predmetov zapojených do zrýchlenia (v našom prípade lopatky).
Pre zjednodušenie budeme tento akceleračný mechanizmus nazývať pre fyzické objekty „Efekt zatváracích nožníc“.
Myslím, že je ľahké to pochopiť aj pre človeka, ktorý nevie základy fyziky, aspoň moja 11-ročná dcéra mi bezprostredne potom, čo som jej to vysvetlil, dala zrejmú asociáciu a povedala: „.. áno, je to ako vystreliť prstami semeno citrónu … “.
Vskutku, deti geniality vo svojej jednoduchosti už dlho používajú tento efekt na svoje žarty, zvierajú klzké semeno palcom a ukazovákom a „strieľajú“z takého improvizovaného posilňovacieho setu. Túto metódu už teda v detstve používalo mnoho z nás v praxi …
Zrýchlenie striel metódami „zatvárania nožníc“a „vektorového pridávania rýchlostí“
Niekto si môže myslieť, že autor je objaviteľom nových technológií, niekomu sa naopak môže zdať, že je rojkom. Emócie nie sú potrebné, kým neprídem s niečím novým. Tieto technológie sa už používajú v skutočných delostreleckých systémoch založených na kumulatívnych princípoch výbuchu. Len slová sú tam použité príliš záludne, ale ako iste viete: „ako pomenujete loď, tak bude … lietať“.
Kumulatívny účinok bol náhodne objavený v 30. rokoch minulého storočia a okamžite našiel uplatnenie v delostrelectve. Tvarovaný náboj na urýchlenie prúdu plynov využíva dva z vyššie uvedených efektov naraz - účinok vektorového pripočítavania rýchlostí a účinok zatvárania nožníc. Pri pokročilejších implementáciách je do kumulatívneho lúča umiestnené kovové jadro, ktoré je týmto prúdom zrýchlené na rýchlosť samotného prúdu, takzvaného „nárazového jadra“.
Ale táto technológia má fyzický limit, detonačná rýchlosť je 10 km / s (obmedzujúca) a uhol otvorenia kumulatívneho kužeľa je 1:10 (fyzická konečná pevnosť). V dôsledku toho dostaneme rýchlosť odtoku plynu na úrovni 100-200 km / s. Teoreticky.
Je to veľmi neefektívny proces, väčšina energie sa stráca. Okrem toho je tu problém s mierením, ktorý závisí od rovnomernosti tvarovanej detonácie náboja a od jeho rovnomernosti.
Napriek tomu technológia už opustila laboratóriá a používa sa v štandardných zbraniach od polovice osemdesiatych rokov minulého storočia, jedná sa o známu protitankovú „mínu“TM-83 so zónou zabíjania viac ako 50 metrov.. A tu je posledný a navyše domáci príklad:
Jedná sa o „mínu“proti helikoptére, dosah náboja v tvare „pľuvania“je až 180 metrov, výrazný prvok vyzerá takto:
Toto je fotografia šokového jadra za letu, bezprostredne po jeho odlete z kumulatívneho prúdu plynu (čierny mrak vpravo) je na povrchu viditeľná stopa šokovej vlny (Machov kužeľ).
Nazvime to všetko pravým menom, jadro šoku je Guľka s vysokou rýchlosťou, rozptýlené iba nie v sude, ale v prúde plynov. A samotný tvarovaný náboj je Bezhlavá delostrelecká hora, to je presne to, čo potrebujeme na rekonštrukciu zbraní z priesmyku.
Rýchlosť takejto strely je 3 km / s, je veľmi ďaleko od teoretického technologického limitu 200 km / s. Vysvetlím, prečo - teoretický rýchlostný limit sa dosahuje v priebehu vedeckých experimentov v laboratórnych podmienkach, tam stačí v priebehu experimentov získať aspoň jeden rekordný výsledok. A v skutočných zbraniach by zariadenie malo fungovať so stopercentnou zárukou.
Metóda akcelerácie objektu kumulatívnym prúdom v malých zatváracích uhloch výbušného kužeľa (25-45 stupňov) neposkytuje presné mierenie a často sa nárazové jadro jednoducho vyšmykne z ohniska plynového lúča a zanechá to, čo sa nazýva „ mlieko “.
Na bojové účely sa vytvorí kumulatívne vybranie so zatváracím uhlom viac ako 100 stupňov, v takýchto uhloch kumulatívneho vybrania nemožno rýchlosť teoreticky dosiahnuť viac ako 5 km / s, ale technológia funguje spoľahlivo a je použiteľné v bojových podmienkach.
Je možné urýchliť proces „zatvárania nožníc“, ale v tomto prípade by sa malo od detonačnej metódy upustiť, aby sa vytvoril bod pôsobenia síl vo výbušnom kanáliku. K tomu je potrebné, aby výbuch prešiel dráhou zrýchlenia strely vyššou rýchlosťou, ako môže detonačný mechanizmus poskytnúť.
V tomto prípade by detonačná schéma mala zabezpečiť súčasnú detonáciu výbušnín po celej dĺžke výbušného kanála a nožnicový efekt by sa mal dosiahnuť vďaka kužeľovitému usporiadaniu stien výbušného kanála, ako je znázornené na obrázku:
Vytvorenie schémy na simultánnu detonáciu výbušniny v kanáli na rozptýlenie guľiek je pre modernú technologickú úroveň celkom uskutočniteľnou úlohou.
A okrem toho bude okamžite vyriešená otázka fyzickej sily, trubica z detonačnej látky sa počas letu guľky nestihne zrútiť, pretože mechanické zaťaženie sa bude prenášať pomalšie, ako bude prebiehať výbušný proces.
Pre guľku je dôležitý bod pôsobenia sily. Jediným problémom je kontrola rýchlosti pohybu bodu pôsobenia sily, aby bola strela vždy v tomto bode, ale o tom neskôr toto je už technika, nie teória.
Zostáva zistiť mierku procesu pretaktovania takejto strely, konkrétne v akých hmotnostno-rozmerových parametroch implementovať tento teoretický mechanizmus do praxe.
Zákon o mierke RTT
Žijeme v pretrvávajúcich bludoch, príkladom takéhoto klamu je asociatívny zväzok konceptov: „viac znamená silnejší“. Veda o delostrelectve je veľmi konzervatívna a zatiaľ sa úplne riadi týmto princípom, ale nič netrvá večne pod mesiacom.
Táto asociatívna paradigma bola donedávna v mnohých ohľadoch správna a menej nákladná z hľadiska praktickej implementácie. Teraz to však už neplatí, dochádza k technologickým prelomom, kde sa princípy menia na presný opak.
Uvediem príklad zo svojej profesie, počítače za 20-30 rokov zmenšili objem 1000-krát a ich výpočtový výkon sa tiež zvýšil tisíckrát.
Tento príklad by som zovšeobecnil na globálne meradlo a formuloval ho vo forme zákona, napríklad: „ Zvýšenie účinnosti fyzického procesu je nepriamo úmerné objemu použitému na implementáciu tohto procesu “.
Budem tomu hovoriť zákon R_T_T, napravo od objaviteľa, čo keď meno zakorení?
Stanem sa slávnym!
Je to samozrejme vtip, ale každý vtip má zrnko pravdy, a tak sa pokúsime delostrelcom dokázať, že aj ich inžinierska veda sa riadi týmto zákonom.
Počítajme „našich baranov“, poznajúc tlak plynov spaľovacích produktov výbušnín, hmotnosť „mikroguličky“, jej účinný povrch možno vypočítať ako vzdialenosť zrýchlenia, inými slovami, dĺžku hlavne v pričom sa „mikro guľka“zrýchli na danú rýchlosť.
Ukázalo sa, že takúto „mikro guľku“je možné zrýchliť až na 1 000 km / s na vzdialenosť iba 15 centimetrov.
Naše „nožnice“sa zatvárajú dvojnásobnou rýchlosťou plynov z produktov výbuchu - 20 km / s, čo znamená, že na dosiahnutie zatváracej rýchlosti 1 000 km / s a vstupného rozchodu s priemerom 1 mm pre výbušný kanál 150 mm dlhý, výstupný rozchod by mal byť 1,3 mm..
Zostáva pochopiť, koľko výbušniny je na takúto akceleráciu potrebné, ale všetko je tu jednoduché, fyzika je univerzálna a jej zákony sa nemenia. Aby bola strela miliónkrát jednoduchšia a tisíckrát rýchlejšia, ako je náš štandard, bude vyžadovať guľka z pušky. presne rovnaká energia ako pri akcelerácii konvenčnej guľovnice.
V dôsledku toho musí byť energia výbušniny nezmenená, ale povaha výbušniny musí byť odlišná, strelný prach sa nezmestí, horí príliš pomaly, je potrebná detonačná trhavina. Inými slovami, z 5 gramov výbušniny, ako je RDX, musíte vyrobiť rúrku dlhú 150 mm. a priemer vstupu 1 mm. a víkend je 1, 3 mm..
Pre silu a koncentráciu výbuchu vo vnútri priechodného kanála „mikroguličky“je potrebné túto konštrukciu umiestniť do silného kovového valca. A dokázať produkovať simultánnu a rovnomernú explozívnu detonáciu na celú vzdialenosť letu „mikro guľky“.
Aby sme to zhrnuli, fyzikálne princípy zrýchlenia strely na rýchlosť 1 000 km / s sú k dispozícii dokonca aj na základe práškových technológií, navyše tieto princípy sa používajú v skutočných zbraňových systémoch.
Len sa neponáhľajte do laboratória a nepokúšajte sa implementovať taký výbušný akceleračný systém, je tu jeden podstatný problém, počiatočná rýchlosť „mikro guľky“v takom výbušnom kanáli musí byť väčšia ako rýchlosť zatvárania výbušných frontov, inak účinok "zatváracích nožníc" nebude fungovať.
Inými slovami, na to, aby sa „mikro guľka“mohla vstreknúť do výbušného kanála, musí byť najskôr zrýchlená na rýchlosť približne 10 km / s, a to nie je vôbec jednoduché.
Technické detaily implementácie takéhoto hypotetického systému streľby preto ponecháme na ďalšiu časť tohto článku, aby sa pokračovalo …
