«Техника-молодежи» 2000 г №6, с.6-9

ПУШКИ
XXI BЕКА
Василий МАЛИКОВ,
академик Российской Академии
ракетных и артиллерийских наук

В последние годы в заокеанском Белом доме, Пентагоне и соответствующих ведомствах стран — членов НАТО приняли обновленную концепцию использования сухопутных войск. Основное внимание ее авторы уделили применению танков, самоходных артиллерийских установок и других боевых машин как во время крупномасштабных войн, так и в локальных конфликтах. Им предстоит действовать самостоятельно или вместе с другими видами вооруженных сил в любых регионах мира.

Поэтому, по мнению иностранных военных специалистов, в начале XXI в. можно ожидать появления новых образцов подобной техники, оснащенных не только улучшенными классическими орудиями, но и электромагнитными пушками. Не зря же в США, ФРГ, Франции, Англии и других государствах уже не первый год ведутся фундаментальные теоретические и экспериментальные исследования электродинамических ускорителей масс (ЭДУМ).

Как писала американская газета «Вашингтон таймс», в мае 1997 г такую программу создания нового оружия одобрил конгресс США, и на ее выполнение намеревались выделить более 1,5 млрд. долларов.

Электродинамическими ускорителями масс принято называть технические устройства, предназначенные для активного метания макротел с помощью электромагнитных сил. Создание таких систем признано не просто перспективным, а одним из важнейших направлений развития сверхэффективного оружия, причем они, что примечательно, могут пригодиться и для народного хозяйства. Например, для удаления с Земли радиоактивных отходов в космическое пространство («ТМ», № 7 за 1991 г.).

Подчеркнем, наиболее распространенными до недавнего времени были газодинамические баллистические установки, в которых используется энергия расширяющегося в стволе газа. Самыми известными — по праву считаются традиционные артиллерийские орудия, где источником энергии и рабочим телом служит порох. Однако в них снарядам сообщают начальные скорости, не превышающие 2000— 2200 м/с. Попытки же добиться больших — за счет удлинения стволов почти до 120 калибров, применения пороховых зарядов, на порядок тяжелее самих снарядов, при одновременном увеличении давления в канале ствола до 800—1000 МПа, — позволили разгонять снаряды лишь до 2500—2700 м/с. Причина тому — энергетическая недостаточность продуктов сгорания пороха, их температура не превышает 5000°С, а энергия, приходящаяся на их частицу — не более 0,5 В. Кроме того, при неупорядоченном истечении пороховых газов, их масса, импульс и энергия распределяются так, что зона максимального воздействия как бы отстает от разгоняемого снаряда, т.е. воздействие на донную часть непрерывно уменьшается.

Повышению действенности газодинамических установок способствовало использование эффекта кумуляции, что, в частности, позволило справиться с рядом технических проблем. И все же возможности традиционной газовой динамики приблизились к пределу, и пришлось подыскивать новые, нестандартные решения. Например: в газодинамических схемах «стимулировать» газ добавочной энергией от стороннего источника, тем самым поднимая его температуру и создавая при выстреле более рациональное распределение заснарядной среды. Но можно поступить качественно по-иному — заменить пороховые газы электромагнитным полем («ТМ», № 3 за 1984 г и № 5 за 1987 г).

Как видим, в обоих случаях не обойтись без источников электроэнергии. В первом — это может быть интенсивный нагрев газа до 104° и более электроразрядом, тогда теоретически предельная скорость метания может быть доведена до 10 000 м/с. Однако такой подход способен привести к ускоренному износу и уменьшению живучести элементов системы, что требует введения соответствующих ограничений.

А вот во втором случае подобное не грозит, в чем, собственно, и состоит основное преимущество электродинамических ускорителей. В них можно разгонять метаемые тела даже до 100 000 м/с. А это, наряду с созданием электромагнитных пушек, открывает возможность проводить и сугубо мирные исследования, допустим, проблем гиперзвуковой аэродинамики, поведения веществ при высоких концентрациях энергии, изыскивать новые пути для реализации управляемого термоядерного синтеза. Ведь возникающие при этом трудности не могут быть устранены только отдельными конструкторскими или инженерными находками, поскольку они, зачастую, одновременно технические, технологические и теоретические. Развитие современной техники свидетельствует, что успех в значительной степени зависит от того, насколько глубоко разработчики использовали в теории и практике проектирования достижения фундаментальных наук, вычислительную технику и насколько подготовлена промышленная база. Это подтверждает и история ЭДУМ.

Конструктивно-компоновочная схема «полностью электрического танка» АЕТ с электромагнитной пушкой, автоматом заряжания и дистанционной системой управления стрельбой. Буквой А обозначено отделение, в котором находятся механизмы подачи снарядов и аккумуляторы.

...В 1895 г австрийский инженер Ф. Гефт, по-видимому под влиянием прочитанного романа Ж. Верна «С Земли на Луну», предложил запускать межпланетные аппараты с помощью электрической пушки, в которой первые разгонялись бы до необходимой скорости в ее стволе-соленоиде. Однако проведенные теоретические расчеты показали, что осуществить замысел австрийца на основе тогдашней техники невозможно.

Впервые заявки на патенты на ЭДУМ были поданы в 1901 г норвежцем К Брикландом и с тех пор подобные устройства продолжают разрабатывать во многих странах. Так, в 1915 г, во время Первой мировой войны, русские инженеры Н. Подольский и М. Ямпольский составили проект сверхдальнобойного орудия. При достаточной мощности предназначенной для него электростанции и длине ствола около 50 м удалось бы достичь начальной скорости снаряда в 915 м/с и дальности стрельбы в 300 км. Проект обсудили в Артиллерийском комитете Главного артиллерийского управления русской армии, но признали «осуществление этой идеи несвоевременным...». В 1916 г французские инженеры Фашон и Виллепле предложили военным свой вариант такой пушки, состоявшей из ряда обмоток, в которые последовательно втягивался снаряд. Им удалось разогнать его модель, массой 50 г, до 200 м/с, но продолжению исследований с более крупными объектами на превосходящих скоростях помешали непреодолимые тогда технические трудности.

Общий вид основного танка FGS с электрохимической пушкой (1) и высокоэнергетическим лазерным орудием (2).

В нашей стране значительный вклад в развитие идей электродинамического метания внесли работники Комиссии особых артиллерийских опытов (КОСАРТОП). Изучая в 1920-е гг проблемы сверхдальней стрельбы из классических орудий, они пришли к выводу, что для этого целесообразно использовать электроэнергию. Члены КОСАРТОПа проектировали в созданном для того магнитофугальном бюро, образованном при Комитете по изобретениям, магнитофугальное (электромагнитное) орудие на переменном токе и электрическое, на постоянном, по типу системы Фашона и Виллепле.

В обсуждении проекта будущей пушки на постоянном токе участвовали представители Арткома ГАУ и видные специалисты по электротехнике и электродинамике. После чего они сочли нужным рекомендовать КОСАРТОПу «заняться проектированием электрического орудия постоянного тока мощности 3-дюймовой полевой пушки. К осуществлению этого имеется много благоприятных обстоятельств».

Дерзость ученых и конструкторов КОСАРТОПа, смелость в постановке ими и решении сложнейших проблем, которые и ныне вызывают восхищение, в тот период были сродни духу победившего общественного строя. Вот только смелые планы оказались в противоречии с промышленным, экономическим и техническим потенциалом страны, тогда оправлявшейся после двух разрушительных войн...

В годы Второй мировой войны попытки обзавестись зенитной электромагнитной пушкой предпринимались в Германии и Японии. Она проектировалась по принципу линейного электродвигателя, в котором роль якоря отводилась снаряду. Наиболее преуспел в этом деле немецкий инженер И. Хенслер, сумевший в модели сообщить небольшому снаряду начальную скорость 1200 м/с. Однако и тогда разработчики встретились с неразрешимыми еще трудностями. После войны теоретические и экспериментальные исследования ЭДУМ продолжили в СССР, США и некоторых промышленно и научно развитых государствах.

В начале 1960-х гг электродинамика достигла высокого уровня развития, а появление атомных реакторов инициировало прогресс магнитной гидродинамики. Фундаментальная задача «гидромагнитного динамо», генерации магнитного поля при движении проводящей среды возникла в ходе изучения магнитного поля Земли и звезд. Проблема самовозбуждения подобного «динамо» нашла отражение в разработках схем магнитогидродинамических генераторов. Параллельно создавались еще и взрывомагнитные, и магнитокумулятивные аналогичные устройства.

На схеме устройства танка FGS цифрами обозначены: 1 — электрохимическая пушка; 2 — комбинированный прицел с лазерным дальномером; 3 — телевизионные прицелы с инфракрасной станцией переднего обзора; 4 — вспомогательные электроэнергетические коллекторы под защитной крышей; 5 — высокоэнергетическая лазерная пушка; 6 — десантное отделение для трех солдат; 7 — видеокамеры; 8 — боевое отделение; 9 — оборудование для обнаружения и уничтожения мин. Схема американской электромагнитной пушки «Рандж» с энергией 9 МДж, предназначенной для испытания на армейском полигоне в штате Аризона: 1 — основание орудия; 2 — автомат заряжания; 3 — мост возбуждения электромагнитным полем; 4 — генератор переменного тока; 5 — основной маслоохладитель; 6 — ствол орудия; 7 — вспомогательный газотурбинный двигатель; 8 — основная турбина источника питания; 9 — система управления; 10 — вспомогательный маслоохладитель.

Эскизный проект сдвоенной автоматической электромагнитной пушки 80ЕМ с автоматом заряжания барабанного типа. А — поперечный разрез автомата заряжания: 1 — барабан для 35-мм снарядов; 2,3 и 5 — барабаны для 25-мм снарядов; 4 — ускоряющие штифты. Б — устройство самой пушки: 6 — прицел; 7— направляющие механизма подачи боеприпасов калибром 25 мм; 8 — направляющие механизма подачи снарядов калибром 35 мм; 9 — металлический термоизолирующий кожух для обоих стволов, изготовленный по технологии «стелт».

Таким образом, возрастающий интерес к электродинамическому метанию был обусловлен прогрессом мощной импульсной электротехники и работами в области управляемого термоядерного синтеза, магнитоимпульсной технологии и лазерной техники. Многие вопросы в этих отраслях науки и техники были близки к задачам электродинамического метания. В первую очередь это относится к накоплению, преобразованию и коммутации больших энергий.

Сейчас и перед отечественной наукой и техникой стоит задача создания и совершенствования мощных источников энергии с импульсами тока мегамперного диапазона, способных выделять за 0,01—1 с электромагнитную энергию в 10⁷ — 10⁹ Дж. Дальнейший прогресс импульсной электротехники, а также разработки новых конструкционных материалов стали предпосылками для развития электродинамического метания тел с относительно большими массами и на сверхбольших скоростях.

Открытия в области сверхпроводимости, сделанные в Физическом институте АН СССР, а также в научных учреждениях США, Японии и других стран, показали возможность их использования при совершенствовании электромагнитных пушек — для повышения боевой эффективности, уменьшения размеров и веса используемых источников электроэнергии.

В начале 1970-х гг важный вклад в решение этой проблемы внесли ученые Австралийского национального университета. Они получили небольшой, но мощный униполярный генератор. Объединение такого агрегата с индуктивным накопителем позволило добиться таких характеристик импульсов тока, которые вполне годятся для работы различных ЭДУМ, в том числе, сугубо военного назначения.

Да и вообще, перспективные технические идеи и использование новейших достижений в области сверхпроводимости материалов помогли справиться со многими научно-техническими проблемами при создании электромагнитных пушек. Однако заметим, при теоретических и экспериментальных исследованиях нередко возникают новые, неожиданные идеи, а на их основе рождаются оригинальные конструкции.

Сейчас вопросами теории и практики электродинамического метания занимаются многие крупные научные центры. Так, в США к ним привлечены столь известные компании, как «Дженерал Электрик», «Вестингауз», «Воут», Центр по электротехнике Техасского университета, Ливерморская и Лос-Аламосская национальные лаборатории. Массачусетсский технологический институт и прочие. В них на конкурсной основе проводят НИОКР над будущими ЭДУМ, предназначенными для разных электромагнитных пушек, и по их установке на танках, самоходных орудиях и другой подвижной технике. Ассигнования на эти цели уже достигли сотен миллионов долларов. Над подобными программами трудятся специалисты Японии, Англии, ФРГ и Франции.

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что наиболее перспективным такое оружие окажется при борьбе с наземными бронированными целями, различными летательными аппаратами и даже ракетами.

Таково устройство электромагнитного стартового комплекса для запуска в космос полезных объектов: 1 — сборочный комплекс для подготовки груза к запуску; 2 — стартовый комплекс; 3 — опорные конструкции; 4 — источник энергии; 5 — корпус управления, 6 — средства слежения и наблюдения за траекторией полета; 7 — служебные помещения.

При постоянной кинетической энергии и снарядах стержневого типа оптимального удлинения глубина проникновения последних в броню танков будет максимальной при подходящей для этого скорости попадания в цель. Например, для гомогенной брони она составляет 2200 м/с, что соответствует начальной в 2300—2500 м/с. Изучение других видов брони, в том числе многослойной и активной, показало, что для них оптимальная скорость снарядов должна быть соответственно 2500 м/с и 3500 м/с. Выходит, для уверенного поражения таких бронецелей, обладающих активной либо пассивной защитой, понадобятся только электромагнитные пушки или их варианты — электротермохимические либо электротермические, обеспечивающие снарядам начальные скорости в 3500—4000 м/с.

Этим обусловлено стремление военных экспертов США и других стран предпринять научно-технический прорыв в танкостроении. Прежде всего, у американцев речь идет о создании так называемого «полностью электрического танка» АЕТ, который министерство обороны США заказало еще в начале 1990-х гг. Предполагается, что его оснастят электромагнитной либо электротермохимической пушкой, информационно-управляющей системой, электромагнитной защитой, электромеханической трансмиссией и активной подвеской. Кроме того, на АЕТ электроэнергия может использоваться и в приводах башни и систем вооружения, а также автомате перезаряжания.

Все компоненты АЕТ создаются под наблюдением Управления автобронетанковой техники и Командования материально-техническим обеспечением армии по самостоятельным программам, а их координация возложена на Управление перспективных исследовательских программ министерства обороны.

...Однако к достоинствам электромагнитных орудий относят не только их способность сообщать снарядам сверхвысокие начальные скорости, но и возможность взаимодействия с другими агрегатами и узлами танка. Это — электрогенераторы и накопители энергии. Уже выработаны и требования к необходимой мощности энергетической установки.

По мнению американских, немецких, французских, английских и японских конструкторов, артсистемы, выбрасывающие снаряды со скоростью 2500—3000 м/с, смогут поражать бронированную подвижную технику противника на расстояниях до 3000—5000 м. Для их боеприпасов проектируются новые бронебойные сердечники, в том числе сегментизированные, поскольку обычные высокоплотные, большого удлинения, по бронепробиваемости уже подошли к пределу технических и технологических возможностей.

Устройство электромагнитной пушки теоретически и практически уже отработали инженеры компании «Дженерал Электрик». Правда, при этом они столкнулись с рядом технических проблем, в том числе выбора рациональной схемы энергетики. Для нее понадобились небольшие и легкие, емкие и мощные ее источники, и с регулированием тока, ибо на пушку нужно подавать мощные импульсы, обеспечивающие максимальное ускорение снарядам. Кроме того, импульсы необходимо исключительно точно выдерживать по времени начала и окончания их подачи.

Американцы остановились на двух вариантах аккумулирования электроэнергии и способах ее преобразования. Согласно первому, она накапливается в свинцово-кислотных аккумуляторах, а те перезаряжаются через блок конденсаторов. В качестве предназначенного для того привода для питания силовых установок разных подсистем и генератора служит газотурбинный двигатель AGT-1500 мощностью 1500 л.с.

Второй вариант основан на применении компульсаторов или на импульсной разрядке накопленной энергии. В этом случае цепь первичной мощности энергосистемы включает две турбины, приводящие преобразователи тока. Один компульсатор служит для получения основного запаса мощности, второй — для приведения в действие прочих систем танка.

Теоретические и экспериментальные исследования позволили установить оптимальные параметры электромагнитной пушки. Вот они: калибр — 80 мм, запас энергии, необходимый для придания снаряду массой около 3 кг начальной скорости 2500—3000 м/с, — не менее 60 МДж. При возимом боекомплекте в 40 выстрелов общие запасы энергии должны быть не менее 2400 МДж, при этом масса пушки составит 1,6—2,7 т, а снаряда — 2,5—3,2 кг

Что же касается самого электрического танка АЕТ, то, по предварительным наметкам, его вес превысит 60 т, длина корпуса составит 7000 мм, ширина по гусеницам — 3500 мм, высота — 1800 мм, длина опорной поверхности гусениц — 3500 мм, ширина трака — 635 мм, среднее удельное давление на грунт — 0,95 кг/см², мощность силовой установки — 1500—2000 л.с, масса силового блока — 3700 кг, его объем — 3,8 м³. Как утверждают специалисты США, вполне вероятно уменьшение массы последнего до 3200 кг, а объема — в 1,8 раз. Энергетическую же плотность батарей удастся довести до 30 МДж/м³, а экипаж ограничить двумя танкистами. Американская печать сообщала, что поступление первых АЕТ в армии США и стран НАТО следует ожидать не ранее 2010 г.

Еще в 1995 г командование автобронетанковых войск армии США представило министерству обороны план модернизации, в котором, наряду с разработкой АЕТ, предусматривалось и создание основного танка FGS (боевая машина будущего), боевой машины пехоты и обновление находящихся в строю танков Ml «Абрамс». К началу 1998 г работы над FGS пребывали в стадии проверки возможности создания его макетного образца, окончательную компоновочную схему собирались утвердить к 2001 г, а к 2006 г — и состав его вооружения.

Оно может включать гладкоствольную, классическую пушку калибром 120 или 140 мм, либо 120-мм электротермохимическую или электротермическую, а то и автоматическую электромагнитную 80ЕМ. Последняя состоит из 25-мм и 35-мм пушек, причем дульная энергия каждой на 30—40% превосходит тот же показатель обычных танковых. Американцы намерены оснастить такими артсистемами еще и самоходные установки и боевые машины пехоты.

Созданием перспективного танка занимаются и конструкторы ФРГ. Ведущая фирма «Краус-Маффей» совместно с компаниями «Хеншель», «Мак», «Рейнметалль» и «Бегманн» формируют его четыре технологические концепции. На этот танк собираются поставить 140-мм гладкоствольную пушку или электротермохимическую калибром 120 мм. На основе этого проекта немцы предполагают получить основной танк XXI столетия, боевую машину поддержки танков, самоходные зенитную и противотанковые пушки, подвижной наблюдательный пункт артиллерии, саперную машину и танковый тягач.

Сотрудники министерства обороны Англии думают принять в производство основной боевой танк с 90-мм или 120-мм пушкой, который должен заменить имеющийся «Челленджер»

...Применительно к системам противоракетной обороны изучены возможности применения электромагнитных пушек для ведения огня по тактическим и оперативно-тактическим ракетам, а также по баллистическим средней и большой дальности. Высокие скорости выпускаемых из них снарядов, вероятность залповой стрельбы, а в будущем и большая скорострельность, позволят уменьшить время их встречи с самими ракетами или их головными частями, что значительно повышает шансы на уверенное уничтожение таких целей.

При борьбе с неприятельскими самолетами и вертолетами огромная скорость и кинетическая энергия снарядов способствуют существенному увеличению дальности эффективного огня и позволяют довести вероятность попадания в цель до 0,7. С дальнейшим повышением начальных скоростей снарядов заметно возрастают не только величина кинетической энергии, необходимой для поражения подвижных целей с вероятностью 0,8 (80 МДж при 3500 м/с), но и уменьшаются материальные затраты на выполнение боевых задач.

Повышение критерия «эффективность — стоимость» также подтверждает необходимость создания и боевого применения электромагнитных орудий, выпускающих снаряды с начальными скоростями 3500— 4000 м/с.

Теоретически уже доказана возможность попадания неуправляемого артиллерийского снаряда в самолет, летящий на высоте 50 м со скоростью 450 м/с. Однако для снаряда с начальной скоростью порядка 3000 м/с дальность поражения воздушных целей возрастает до 3500 м при вероятности попадания 0,9.

В зарубежной печати отмечалось, что действенность зенитных и антиракетных электромагнитных пушек может быть в полтора — два раза выше, нежели у самых лучших современных ракетных систем того же назначения. Например — средств зенитной обороны полка подобных нашей «Тунгуске», дивизии («Тор»), армии («Бук») и фронта (С-300), разумеется, и их иностранных аналогов. Поэтому, по заданию министерства обороны США, начато проектирование и таких необычных орудий. По некоторым данным, снаряды для них, создаваемые на фирмах «Мартин-Мариетта», «Форд-аэйрспейс» и «Дженерал Электрик», будут оснащены полуактивными головками самонаведения.

Анализируя результаты всесторонних исследований технических возможностей ЭДУМ, планируемых на их основе пушек, эксперты отмечали и достигнутые успехи, и трудности, которые еще предстоит преодолеть. Тем не менее, они уверены, что уже в начале XXI столетия мир увидит первые серийные образцы принципиально нового артиллерийского вооружения, способного кардинально переменить систему современных армий и повлиять на их тактику.

...Сложность нынешней международной обстановки, когда США продолжают глобальную политику «большой дубинки», когда существуют многочисленные очаги вооруженных конфликтов, в том числе и в непосредственной близости к границам России, не позволяют нам уверовать в активно пропагандируемый прозападными СМИ тезис об исчезновении военной опасности.

Для обеспечения обороноспособности страны, защиты ее национальных интересов, военное и политическое руководство России не должно равнодушно наблюдать за усилиями США и их союзников обзавестись не только суперэффективным оружием, но и первыми решать стратегические научно-технические задачи. Поэтому необходимы не только коррекция планов фундаментальных исследований, проводимых отечественной Академией наук в интересах обороны, но и изменение военно-технической политики министерства обороны для своевременного оснащения вооруженных сил перспективными образцами оружия и боевой техники.

Рисунки Михаила ШМИТОВА