Broń z przełęczy
Tematem artykułu jest ultraszybka broń kinetyczna. Temat ten powstał z analizy tragicznych wydarzeń na przełęczy Diatłowa w lutym 1959 roku. Śmierć dziewięciu turystów, według sumy dostępnych faktów, nawet w oficjalnym śledztwie, kwalifikuje się jako gwałtowną z użyciem nieznanej broni. Zostało to omówione w artykułach bezpośrednio poświęconych tym wydarzeniom: „Materiały niesklasyfikowane – prawda jest gdzieś w pobliżu” oraz „Umarli nie kłamią”.
Ponieważ uszkodzenia ciał zmarłych odpowiadały sile kuli karabinowej, a charakter uszkodzeń wskazywał na bardzo mały rozmiar takiej kuli, wywnioskowano, że kula ta, aby zachować śmiertelną siłę, musi mają mikroskopijne wymiary i prędkość około 1000 km/sek.
W poprzednim artykule „Broń z przełęczy” uzasadniono możliwość superszybkiego przemieszczania się pocisku przez atmosferę bez zniszczenia go na skutek tarcia o powietrze, w tym artykule podjęta zostanie próba rekonstrukcji samą broń.
Jeszcze raz o wersji wydarzeń na przełęczy Diatłowa. Sądzę, że w lutym 1959 r. nasze państwo (wówczas ZSRR) przeprowadziło operację zajęcia nieznanego obiektu high-tech. Zginęło co najmniej 9 osób, prawdopodobnie ten nieznany obiekt „nie wydawał się mało”, w przeciwnym razie państwo nie podjęłoby tylu wysiłków, aby ukryć swój udział w tych wydarzeniach.
To tylko wersja, mogę się mylić. Suma faktów nie wystarcza do jednoznacznej interpretacji tamtych dawnych wydarzeń, ale nie jest istotna w kontekście aktualnego tematu.
Ważne jest, aby postawić pytanie o realność istnienia ultraszybkiej broni kinetycznej.
Ważne jest, aby pociski takiej broni mogły skutecznie poruszać się w środowisku gazowym (powietrznym).
Ważne jest to, że taką broń można faktycznie stworzyć na bazie technologii, którymi dysponujemy.
Ale porozmawiajmy o tym bardziej szczegółowo, możemy oczywiście powiedzieć, że jeśli „mikropocisk” jest produktem nieznanych technologii, to sama broń również opiera się na nieznanych nam zasadach fizycznych. Może i tak, ale znane nam technologie są w stanie rozpędzić pocisk do prędkości rzędu 1000 km/s. Nie mówię o rzeczach egzotycznych, takich jak broń Gaussa, railguny, najpowszechniejsze technologie prochowe, tylko w nowych, nowoczesnych opakowaniach.
Zacznijmy od istniejących technologii szybkich broni kinetycznych, a dopiero potem przejdźmy do fantasy.
Limit artylerii
Dla tradycyjnych systemów artyleryjskich teoretyczny pułap prędkości pocisku został dotychczas osiągnięty – około 2-3 km/sek. Szybkość produktów spalania prochu jest dokładnie na tym poziomie, a mianowicie wytwarzają ciśnienie na dnie pocisku, przyspieszając go w lufie pistoletu.
Aby osiągnąć ten wynik, konieczne było zastosowanie pocisku podkalibrowego (utrata znacznej części energii), technologii bezłuskowej (korpus klinuje się przy wysokich ciśnieniach w zamku), strzałów ze znormalizowanymi szybkościami spalania prochu oraz punktowy system detonacji (w celu wytworzenia równomiernego ciśnienia podczas ruchu pocisku wzdłuż lufy) …
Granica została osiągnięta, dalszy wzrost prędkości pocisku w tej technologii opiera się na ograniczeniach ciśnień wytrzymywanych przez lufę, które są już na granicy możliwości. W efekcie mamy taki pocisk, migawkę prawdziwego strzału, w momencie resetowania zakładek kalibracyjnych:
Zwróć uwagę na łuki w pobliżu wyrzutni latających pocisków, są to fale uderzeniowe, o których pisaliśmy w poprzednim artykule. W fali uderzeniowej cząsteczki gazu poruszają się szybciej niż prędkość dźwięku. Wpaść pod taką falę nie będzie się wydawać mało. Ale zaostrzony rdzeń pocisku nie może wytworzyć takiej fali, prędkość nie wystarcza ….
Ale do dyspozycji współczesnej cywilizacji jest inna technologia tworzenia szybkich broni kinetycznych, dosłownie w skali kosmicznej.
Strzały boga
Spalając tysiące ton paliwa o maksymalnej energochłonności, ludzkość nauczyła się wystrzeliwać w kosmos obiekty ważące dziesiątki ton z prędkością rzędu 10 km/s. Grzechem jest nie używać tych kosmicznych „pocisków” o ogromnej energii kinetycznej jako broni. Pomysł nie jest oryginalny, od 2000 roku nad tym projektem pracują USA, jego pierwotna nazwa to „strzały Boga”. Zakładano, że w obiekty na ziemi trafią strzały wolframowe o długości około sześciu metrów i wadze około stu kilogramów. Energia kinetyczna takiej strzały przy takich prędkościach wynosi około 0,1-0,3 kilotony ekwiwalentu TNT. Tak prezentowano ten projekt wtedy, ponad 10 lat temu:
W ostatnich latach projekt odszedł w cień, albo został zapomniany, albo odwrotnie, wszedł w etap poważnych prac projektowych i odpowiednio uzyskał pieczęć „Ściśle tajne”.
Drugi jest bardziej prawdopodobny, boleśnie kusząca perspektywa, tylko z satelity, ponieważ pierwotnie miał nie używać tej broni skutecznie, prawa balistyki są nieubłagane. Celowanie w obiekt doprowadzi do gwałtownego zmniejszenia prędkości takiej strzały wolframowej, a zatem nie przeniesie całej energii do punktu zniszczenia, w najlepszym razie prędkość strzały w miejscu zniszczenia wyniesie 5- 6 km/s.
Jest tylko jedno wyjście, początkowe celowanie odbywa się poprzez korektę orbity samego satelity, a do tego nie używają zwykłych satelitów, ale manewrujących systemów orbitalnych, dla nas to „Spirala”, która umarła w Bose i jej nośnik „Strzałka”. Dla Amerykanów temat nie umarł, wręcz przeciwnie, w tej chwili w kosmos jest następny wahadłowiec X-37B. Tak to wygląda:
Jednym z oczywistych zastosowań tego bezzałogowego pojazdu jest bombowiec kosmiczny uzbrojony w opisane już „strzały Boga”.
Tak więc orbitalna broń kinetyczna to przyszłość lokalnych konfliktów, nawiasem mówiąc, idealna. Ale to nie jest nasz temat, wróćmy do „naszych baranów”, tradycyjnych technologii proszkowych.
Kinematyka przyspieszenia pocisku
Łożysko działa, zgodnie z zasadą działania, nie zmieniło się od momentu jego wynalezienia, jest to cylinder (lufa), tłok (pocisk) i ładunek (proch) umieszczony pomiędzy nimi. W tym schemacie prędkość pocisku w limicie jest określona przez prędkość rozszerzania się produktów spalania ładunku, wartość ta wynosi maksymalnie 3-4 km / s i zależy od ciśnienia w objętości spalania (pomiędzy pocisk i spód tłoka).
Nowoczesne systemy artyleryjskie zbliżyły się do teoretycznego limitu prędkości pocisku w tym schemacie kinematycznym, a dalszy wzrost prędkości jest prawie niemożliwy.
Więc schemat musi zostać zmieniony, ale czy generalnie możliwe jest przyspieszenie pocisku do prędkości wyższej niż mogą zapewnić produkty spalania prochu? Na pierwszy rzut oka niemożliwe, niemożliwe jest pchnięcie pocisku szybciej niż prędkość gazów przenoszących to szybkie ciśnienie.
Ale żeglarze od dawna nauczyli się przyspieszać swoje żaglowce do prędkości większych niż prędkość wiatru, w naszym przypadku jest to bezpośrednia analogia, poruszający się ośrodek gazowy przekazuje swoją energię obiektowi fizycznemu, oto ich najnowsze osiągnięcie:
Ten „cud” przy prędkości wiatru 40 km/h dzięki „skośnemu” żaglowi jest w stanie poruszać się z prędkością 120 km/h, czyli trzy razy szybciej niż powietrze poruszające tą żaglówką. Ten na pierwszy rzut oka paradoksalny wynik uzyskuje się dzięki temu, że prędkość jest wielkością wektorową, a ruch pod kątem do kierunku wiatru za pomocą „skośnego” żagla jest prawdopodobnie szybszy niż sam wiatr.
Artylerzyści mają więc kogoś do zapożyczenia z nowych zasad rozrzutu pocisków, krawcy mają odpowiednią zasadę, a raczej z ich głównego narzędzia, nożyce.
Efekt zamykania ostrzy
Istnieje takie pojęcie, „eksperyment myślowy”, wszystko, co dotyczy dalej, zakłada obecność wyobraźni, przynajmniej na poziomie codziennym… jedenastoletniego dziecka.
Wyobraź sobie nożyczki, są rozwiedzione, ich czubki mają być rozwiedzione co do centymetra, a ostrza mają punkt zamknięcia w odległości 10 centymetrów od czubków.
Zaczynamy je zamykać „do końca”.
Tak więc w czasie, gdy końcówki mijają jeden centymetr, punkt zamknięcia przesunie się o dziesięć centymetrów.
W takim systemie prędkości ruchu obiektów fizycznych będą maksymalne na końcach nożyczek. Ale co najważniejsze, punkt przyłożenia sił (punkt zamknięcia łopatek) będzie poruszał się z prędkością 10 razy większą niż prędkość obiektów fizycznych w takim układzie. Ponieważ w czasie zamykania (gdy końcówki nożyczek przechodzą jeden centymetr), punkt zamykania przesunie się o 10 centymetrów.
Teraz wyobraź sobie, że na przecięciu ostrzy (w punkcie zamykania) umieszczony jest mały obiekt fizyczny (na przykład kula), który będzie poruszał się z prędkością przemieszczenia punktu zamykania, tj. dziesięć razy szybciej niż końcówki nożyczek.
Ta prosta analogia pozwala zrozumieć, jak przy danej prędkości procesu fizycznego można uzyskać punkt przyłożenia sił, który porusza się znacznie szybciej niż sam obiekt fizyczny.
A ponadto, w jaki sposób ten punkt przyłożenia sił może przyspieszać obiekty fizyczne do prędkości znacznie wyższych niż prędkość ruchu obiektów fizycznych biorących udział w przyspieszeniu (łopaty w naszym przykładzie).
Dla uproszczenia nazwiemy ten mechanizm przyspieszenia dla obiektów fizycznych "Efekt zamykających się nożyczek".
Myślę, że łatwo to zrozumieć nawet osobie, która nie zna podstaw fizyki, przynajmniej moja 11-letnia córka zaraz po tym, jak jej to wyjaśniłem, dała mi oczywiste skojarzenie, mówiąc: „..tak, to jak strzelanie palcami do pestki cytryny….
Rzeczywiście, dzieci geniuszy w swojej prostocie od dawna używają tego efektu do swoich żartów, szczypiąc śliskie nasionko kciukiem i palcem wskazującym i „strzelając” z tak zaimprowizowanego zestawu wspomagającego. Tak więc ta metoda była już stosowana przez wielu z nas w praktyce w dzieciństwie …
Przyspieszenie pocisków metodami „zamykania nożyc” i „wektorowego dodawania prędkości”
Ktoś może pomyśleć, że autor jest odkrywcą nowych technologii, komuś wręcz przeciwnie może się wydawać, że jest marzycielem. Nie potrzebuję emocji, dopóki nie wymyślę czegoś nowego. Technologie te są już wykorzystywane w rzeczywistych systemach artyleryjskich opartych na zasadzie kumulacji wybuchu. Tylko słowa są tam zbyt trudne, ale jak wiadomo: „jak nazwiesz statek, tak będzie… leciał”.
Efekt kumulacji został przypadkowo odkryty w latach 30. ubiegłego wieku i od razu znalazł zastosowanie w artylerii. Ładunek kumulacyjny do przyspieszania strumienia gazów wykorzystuje jednocześnie dwa z wyżej wymienionych efektów - efekt dodawania wektorów prędkości oraz efekt zamykania nożyc. W bardziej zaawansowanych realizacjach w skumulowanym strumieniu umieszczany jest metalowy rdzeń, który jest rozpędzany przez ten strumień do prędkości samego strumienia, tzw. „rdzeń uderzeniowy”.
Ale ta technologia ma fizyczne ograniczenia, prędkość detonacji wynosi 10 km / s (ograniczenie), a kąt otwarcia skumulowanego stożka wynosi 1:10 (fizyczna siła ostateczna). W efekcie uzyskujemy prędkość wypływu gazu na poziomie 100-200 km/sek. W teorii.
Jest to bardzo nieefektywny proces, większość energii jest marnowana. Dodatkowo pojawia się problem z celowaniem, który zależy od jednorodności detonacji ładunku kumulowanego i jego jednorodności.
Niemniej jednak technologia opuściła już laboratoria i była używana w standardowej broni od połowy lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku, jest to dobrze znana „mina przeciwpancerna” TM-83 ze strefą zabicia ponad 50 metrów. A oto ostatni, a co więcej, krajowy przykład:
Jest to „mina śmigłowcowa”, zasięg „plucia” ładunku kumulacyjnego wynosi do 180 metrów, element uderzający wygląda tak:
To zdjęcie jądra uderzeniowego w locie, zaraz po jego oderwaniu się od skumulowanego strumienia gazu (czarna chmura po prawej), ślad fali uderzeniowej widoczny jest na powierzchni (stożek Macha).
Nazwijmy to wszystko po imieniu, rdzeń uderzeniowy to Kula o dużej prędkości, tylko rozproszone nie w beczce, ale w strumieniu gazów. A sam ładunek kumulacyjny jest Bezlufowy uchwyt artyleryjski, dokładnie tego potrzebujemy do odbudowy broni z przełęczy.
Prędkość takiego pocisku wynosi 3 km/s, jest to bardzo daleko od teoretycznego limitu technologicznego 200 km/s. Pozwolę sobie wyjaśnić dlaczego - teoretyczna prędkość graniczna osiągana jest w trakcie eksperymentów naukowych w warunkach laboratoryjnych, tam wystarczy uzyskać przynajmniej jeden rekordowy wynik w trakcie eksperymentów. A w prawdziwej broni sprzęt powinien działać ze stuprocentową gwarancją.
Metoda przyspieszania obiektu strumieniem kumulacyjnym przy małych kątach zamknięcia wybuchowego stożka (25-45 stopni) nie daje dokładnego celowania i często rdzeń uderzeniowy po prostu wyślizguje się z ogniska strumienia gazu, pozostawiając to, co nazywa się „ mleko.
Do użytku bojowego wykonuje się skumulowane wgłębienie o kącie zamknięcia większym niż 100 stopni, przy takich kątach skumulowanego wgłębienia nie można osiągnąć prędkości większej niż 5 km / s nawet w teorii, ale technologia działa niezawodnie i jest zastosowanie w warunkach bojowych.
Możliwe jest przyśpieszenie procesu „zamykania nożyc”, ale w tym przypadku należy zrezygnować z metody detonacyjnej na rzecz utworzenia punktu przyłożenia sił w kanale wybuchowym. Aby to zrobić, konieczne jest, aby eksplozja przebiegała wzdłuż ścieżki przyspieszania pocisku z większą prędkością niż może zapewnić mechanizm detonacji.
W takim przypadku schemat detonacji powinien zapewniać równoczesną detonację materiałów wybuchowych na całej długości kanału wybuchowego, a efekt nożyc powinien być uzyskiwany dzięki stożkowemu ułożeniu ścian kanału wybuchowego, jak pokazano na rysunku:
Stworzenie schematu jednoczesnej detonacji materiału wybuchowego w kanale rozrzutu pocisków jest całkiem wykonalnym zadaniem na współczesnym poziomie technologicznym.
Poza tym kwestia siły fizycznej zostanie natychmiast rozwiązana, rura z substancji detonującej nie będzie miała czasu na zapadnięcie się podczas lotu pocisku, ponieważ obciążenie mechaniczne będzie przenoszone wolniej niż proces wybuchowy.
Dla pocisku ważny jest punkt przyłożenia siły, jedynym problemem jest kontrola prędkości ruchu punktu przyłożenia siły, tak aby pocisk był zawsze w tym miejscu, ale o tym później, to już jest technika, a nie teoria.
Pozostaje wymyślić skalowanie procesu podkręcania takiego pocisku, a mianowicie, w jakich parametrach masowo-wymiarowych wdrożyć ten teoretyczny mechanizm w praktyce.
Prawo skalowania RTT
Żyjemy w uporczywych złudzeniach, przykładem takiego złudzenia jest skojarzeniowa wiązka pojęć: „więcej znaczy mocniej”. Nauka o artylerii jest bardzo konserwatywna i jak dotąd całkowicie przestrzega tej zasady, ale nic nie trwa wiecznie pod księżycem.
Do niedawna ten paradygmat asocjacyjny był pod wieloma względami poprawny i mniej kosztowny pod względem praktycznej realizacji. Ale teraz tak już nie jest, dokonuje się przełomów technologicznych, w których zasady zmieniają się na dokładnie odwrotne.
Podam przykład z mojego zawodu, komputery w ciągu 20-30 lat zmniejszyły swoją objętość 1000 razy, a ich moc obliczeniowa również wzrosła tysiąckrotnie.
Uogólniłbym ten przykład na skalę globalną, formułując go w formie ustawy, na przykład: „ Wzrost wydajności procesu fizycznego jest odwrotnie proporcjonalny do objętości użytej do realizacji tego procesu”.
Nazwiem to prawem R_T_T, na prawo odkrywcy, co jeśli nazwa się zakorzeni?
Stanę się sławny!
To oczywiście żart, ale każdy żart ma w sobie ziarno prawdy, więc spróbujemy udowodnić artylerzystom, że ich inżynieria również przestrzega tego prawa.
Policzmy „nasze tarany”, znając ciśnienie gazów produktów spalania materiałów wybuchowych, masę „mikropocisku”, jego efektywną powierzchnię można obliczyć odległość przyspieszenia, czyli długość lufy w w którym „mikropocisk” jest przyspieszany do określonej prędkości.
Okazało się, że taką „mikropocisk” można rozpędzić nawet do 1000 km/s na dystansie zaledwie 15 centymetrów.
Nasze „nożyczki” zamykają się z podwojoną prędkością gazów produktów wybuchu – 20 km/s, co oznacza uzyskanie prędkości zamykania 1000 km/s oraz miernika wejściowego o średnicy 1 mm dla kanału wybuchowego 150 mm długości, wskaźnik wyjściowy powinien wynosić 1,3 mm..
Pozostaje zrozumieć, ile materiału wybuchowego potrzeba do takiego przyspieszenia, ale tutaj wszystko jest proste, fizyka jest uniwersalna i jej prawa pozostają niezmienione, aby rozproszyć pocisk milion razy łatwiej i tysiąc razy szybciej niż nasz standard, pocisk karabinowy będzie wymagał dokładnie taka sama energia jak przy przyspieszeniu pocisku z karabinu konwencjonalnego.
W konsekwencji energia materiału wybuchowego musi pozostać niezmieniona, ale charakter materiału wybuchowego musi być inny, proch nie pasuje, pali się zbyt wolno, potrzebny jest detonujący materiał wybuchowy. Innymi słowy, musisz zrobić rurkę o długości 150 mm z 5 gram materiału wybuchowego, takiego jak RDX. i średnica wlotu 1 mm. a weekend to 1, 3 mm..
Dla siły i koncentracji wybuchu wewnątrz kanału przelotowego „mikropocisku” konieczne jest umieszczenie tej konstrukcji w mocnym metalowym cylindrze. I zdołać wytworzyć jednoczesną i równomierną detonację wybuchową na całej odległości lotu „mikropocisku”.
Podsumowując, fizyczne zasady przyspieszania pocisku do prędkości 1000 km/s są dostępne nawet w oparciu o technologie proszkowe, ponadto zasady te są stosowane w prawdziwych systemach uzbrojenia.
Tylko nie spieszcie się do laboratorium i spróbujcie wdrożyć taki system przyspieszania wybuchowego, jest jeden istotny problem, prędkość początkowa „mikropocisku” w tak wybuchowym kanale musi być większa niż prędkość zamykania frontów wybuchowych, w przeciwnym razie efekt „zamykania nożyczek” nie zadziała.
Innymi słowy, aby wstrzyknąć „mikropocisk” do kanału wybuchowego, należy go najpierw rozpędzić do prędkości około 10 km/s, a to wcale nie jest łatwe.
Dlatego szczegóły techniczne wdrożenia takiego hipotetycznego systemu strzelania zostawimy na dalszą część tego artykułu, aby kontynuować….
