| Posibles formas de crear medios electromagnéticos de influencia activa sobre el intruso .
UDINTSEV Dmitry Nikolaevich, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Asociado Posibles formas de crear medios electromagnéticos de influencia activa sobre el intrusoFuente: revista “Equipos Especiales” nº 3 2009 El artículo analiza el problema de proteger objetos importantes de la penetración de personas no autorizadas y promete formas de resolverlo utilizando medios electromagnéticos de influencia activa sobre el intruso. Se proporciona información sobre la historia y el estado de desarrollo de las armas electromagnéticas, se consideran las ventajas y desventajas de algunos medios existentes y prometedores utilizados para cubrir aproximaciones a objetos importantes, así como posibles opciones para el uso de medios prometedores. Se consideran los principios de funcionamiento de las armas experimentales existentes y posibles diagramas esquemáticos de armas prometedoras que funcionan sobre la base de diversos métodos de conversión de energía eléctrica en energía mecánica. El problema de proteger objetos importantes de la penetración de personas no autorizadas (intrusos) ha sido y sigue siendo relevante. Dichos objetos pueden ser edificios, estructuras, tramos de carreteras y otras comunicaciones. El nivel de impacto requerido sobre el infractor depende de la ubicación del objetivo y de la situación. En tiempos de paz, en objetos que sean propiedad privada y similares, es necesario asegurar la detención del intruso sin causarle daños importantes. En una situación de combate o en condiciones de lucha contra el terrorismo y otras operaciones especiales, así como cuando se garantiza la protección de objetos potencialmente peligrosos y de vital importancia, el impacto sobre el infractor debe ser más severo, incluido el uso de armas letales (u otras similares). significa). Dependiendo de la importancia del objeto, se podrá establecer una zona de seguridad del tamaño adecuado a lo largo del perímetro de su valla en una sección del terreno o zona de agua. Para detectar a un intruso e influir en él en los límites situados a una distancia determinada del objeto, se utilizan diversos medios de señalización y destrucción. El desarrollo, implementación y mejora de dichas herramientas se llevan a cabo a medida que la ciencia y la tecnología se desarrollan. En distintas etapas del desarrollo de la sociedad se produjeron “saltos” cualitativos en el desarrollo de la tecnología: la invención de la rueda, el motor de combustión interna, el descubrimiento de la posibilidad de obtener y utilizar energía eléctrica, y mucho más. Uno de estos “saltos” cualitativos fue la invención de la posibilidad de acumular y utilizar energía mecánica para lanzar armas, lo que inició el desarrollo de arcos, máquinas arrojadizas y ballestas. El desarrollo de armas basadas en este principio fue limitado, ya que los intentos de aumentar la velocidad y el alcance de vuelo del elemento impactante implicaron un aumento en las características de peso y tamaño de las armas y la complicación de su uso. La invención de la pólvora hizo posible avanzar a un nuevo nivel cualitativo en el desarrollo de armas, y durante casi un milenio las armas se desarrollaron y mejoraron utilizando la energía de expansión de los gases de la pólvora. Pero desde hace casi varias décadas no se ha producido una mejora radical en las características de dichos medios, lo que indica el agotamiento de las oportunidades de desarrollo en esta dirección. Es obvio que debe surgir un nuevo principio que nos permita pasar al siguiente nivel cualitativo. Actualmente, se han estudiado suficientemente las posibilidades de convertir la energía eléctrica en energía cinética de elementos impactantes según el principio de un acelerador de masa electromagnético [4] y convertir la energía eléctrica en energía de explosión según el principio de choque electrohidráulico [5]. Hay dos tipos conocidos de aceleradores electromagnéticos (cañones electromagnéticos): solenoides y de riel, que a menudo se denominan, respectivamente, «pistola Gauss» y cañón de riel; el nombre «pistola de Lorentz» es menos común [1,2; ]. La pistola Gauss consta de un solenoide, en cuyo interior se encuentra un cañón, normalmente de material aislante. En un extremo del cañón se coloca un elemento proyectil (proyectil) hecho de ferroimán (Fig. 1). Cuando fluye una corriente eléctrica en el solenoide, surge un campo magnético que acelera el proyectil, «empujándolo» hacia adentro. En los extremos del proyectil se forman polos que son simétricos a los polos de la bobina, por lo que, luego de pasar el centro del solenoide, el proyectil es atraído en sentido contrario, es decir, se frena. Si, en el momento en que el proyectil pasa por el centro del solenoide, se corta la corriente que contiene, el campo magnético desaparecerá y el proyectil saldrá volando por el otro extremo del cañón por inercia. Para lograr el mayor efecto, el pulso de corriente en el solenoide debe ser breve y potente. Como regla general, para obtener dicho pulso se utilizan condensadores eléctricos con alto voltaje de funcionamiento. Los parámetros del devanado, el proyectil y los condensadores deben coordinarse de tal manera que cuando se dispare, cuando el proyectil se acerque a la mitad del devanado, la corriente en este último ya habrá disminuido a un valor mínimo, es decir, el La carga de los condensadores ya se habría consumido por completo. En este caso, la eficiencia de una pistola Gauss de una sola etapa será máxima. En un acelerador de masa electromagnético de múltiples etapas, se utilizan varios solenoides en serie para aumentar la eficiencia.
Un cañón de riel (cañón de riel) utiliza una fuerza electromagnética llamada fuerza de Lorentz para acelerar un proyectil conductor de electricidad, que es Inicialmente parte de un circuito. A veces se utiliza refuerzo móvil para conectar los carriles [3,4]. La corriente que pasa a través de los rieles excita un campo magnético entre ellos perpendicular a la corriente que pasa a través del proyectil y el riel adyacente. Como resultado, se produce una repulsión mutua de los rieles y una aceleración del proyectil (Fig. 2). En el siglo XX se llevaron a cabo en Alemania experimentos con un acelerador electromagnético basado en el principio del cañón de Gauss. URSS, Estados Unidos y otros países. A principios de siglo, un elemento lanzado que pesaba 15 g podía acelerarse hasta una velocidad de 75 m/s, y en la segunda mitad del siglo, un elemento que pesaba aproximadamente 1 g podía acelerarse hasta una velocidad de 4900 m/s. s [5]. Actualmente, se está trabajando en los EE. UU. para crear un arma basada en el principio del cañón de riel (Fig. 3). En 2008, las pruebas alcanzaron una velocidad inicial de 2.500 m/s y una energía cinética de más de 10 mJ con una masa de proyectil de más de 3 kg. El alcance de vuelo estimado del proyectil es de unos 400 km, la desviación circular probable del objetivo es de hasta 5 m (proporcionada por el equipo de navegación GPS). A modo de comparación, el alcance de disparo del cañón naval Mk 45 de 127 mm es de 24 km (13 millas náuticas) [6]. Su adopción como lanzador de buques de guerra está prevista para el período 2014 — 2020. Un acelerador electromagnético como arma (lanzador) tiene una serie de ventajas sobre las armas que utilizan la energía de una explosión o la expansión de gases en polvo para lanzar un proyectil (elementos dañinos). En primer lugar, la posibilidad de cambiar la velocidad inicial (respectivamente, alcance de vuelo y energía) del proyectil en un rango más amplio, así como menor retroceso, carga en el cañón, ruido de disparo, etc. el proyectil (decenas de veces mayor que la velocidad de vuelo de los proyectiles de los sistemas de artillería existentes) garantiza alcanzar el objetivo gracias a su alta energía potencial, sin el uso de explosivos en el diseño del proyectil. Al mismo tiempo, el uso de aceleradores electromagnéticos como armas está asociado a una serie de problemas, y el principal es la alta intensidad energética, que determina el ámbito de aplicación de estos medios: buques de guerra, sistemas de seguridad para energía hidráulica y térmica. plantas y otros objetos móviles y estacionarios que tengan un sistema de suministro de energía con suficiente reserva de energía.
Al comparar armas basadas en aceleradores electromagnéticos y armas basadas en energía explosiva (expansión de gases en polvo), también es necesario tener en cuenta que la presencia de explosivos en las municiones las hace muy peligrosas durante la fabricación, transporte, almacenamiento y uso. Si se tienen en cuenta todos los costes asociados a garantizar la seguridad de estos procesos, el efecto resulta bastante significativo. Los resultados obtenidos en el curso de estudios teóricos y experimentales con aceleradores de masas electromagnéticos nos permiten considerar la posibilidad de su uso práctico no solo para resolver problemas de artillería, sino también de ingeniería de municiones, donde las masas y velocidades de vuelo de los elementos lanzados son mucho inferior [8]. Con la ayuda de un acelerador de masa electromagnético, no sólo se pueden lanzar objetos «monolíticos» de diversas masas, sino también grupos de objetos pequeños, es decir, análogos de los elementos destructivos de las minas antipersonal de fragmentación (PPM), por ejemplo, minas de la serie MON, OZM-72. Un propulsor (Fig.5) basado en un acelerador de masa electromagnético (de una sola etapa), fabricado en condiciones de laboratorio en el Instituto Militar (Tropas de Ingeniería) de la Academia de Armas Combinadas de las Fuerzas Armadas de RF, en los primeros experimentos permitió Alcanzar una velocidad del elemento lanzado de 22 m/s con una masa de 210 g, lo que corresponde a una energía de 51 J. Esta energía es suficiente para dañar objetos biológicos. Actualmente, se está trabajando para optimizar los parámetros de instalación con el fin de lograr mejores resultados. Las desventajas del sistema de propulsión incluyen un mayor costo y características de peso y tamaño que las municiones de ingeniería existentes.
Al mismo tiempo, un propulsor electromagnético tiene una serie de ventajas importantes en relación con la munición artificial (UPS) que utiliza energía de explosión o gases en polvo: un mayor nivel de seguridad en la operación; la posibilidad de acción reutilizable, como un arma automática de repetición; menos ruido y, en consecuencia, secreto de acción; la capacidad de cambiar los parámetros de daño (rango de vuelo, peso, número de elementos dañinos). El lanzador electromagnético se puede montar sobre un soporte giratorio con accionamiento electromecánico, lo que permitirá reorientar la instalación dentro de un amplio sector (si es necesario, hasta 360°). Las posibilidades de desarrollar un Los UPS no se limitan al uso de un acelerador de masa electromagnético. Una instalación de choque electrohidráulico también puede utilizarse como fuente de energía cinética de elementos impactantes [9]. El efecto electrohidráulico (impacto) es la generación de alta presión como resultado de una descarga eléctrica de alto voltaje entre electrodos sumergidos en un líquido. La munición utiliza como fuente de energía cinética de los elementos de impacto una instalación de choque electrohidráulico, que incluye un recipiente lleno de fluido de trabajo. Estructuralmente, la ojiva de munición se puede fabricar en varias versiones: un recipiente de hierro fundido con muescas externas para asegurar un aplastamiento uniforme del cuerpo, un recipiente con elementos destructivos ya preparados distribuidos externamente a lo largo de las paredes (bolas de acero, rodillos, etc. .) y otros. El recipiente está lleno de fluido de trabajo (agua, aceite de transformador). En su interior se insertan dos electrodos. En la primera opción, el papel de uno de los electrodos lo desempeña el cuerpo de hierro fundido de la munición. Los electrodos están conectados mediante cables de alto voltaje a un generador de pulsos de corriente eléctrica de alto voltaje. Se forma un choque electrohidráulico en el líquido debido al suministro de pulsos a la parte lineal, proporcionando una descarga eléctrica de chispa entre los electrodos. Los factores de efecto electrohidráulico aseguran la destrucción del cuerpo de munición y la transferencia de energía cinética a los fragmentos necesaria para asegurar la destrucción de los objetivos dentro de una determinada zona de destrucción. Una bobina de cables está conectada a un generador de pulsos de corriente eléctrica de alto voltaje. En la Fig. La figura 6 muestra un diagrama de bloques de una munición de ingeniería basada en choque electrohidráulico. El principio de funcionamiento de la munición de choque hidráulico de fragmentación antipersonal es similar al de la munición de ingeniería basada en un acelerador de masa electromagnético (con la excepción de la ojiva). Cuando se activa el sensor de explosión (panel de control), la electricidad de la fuente se suministra al cargador, que carga el dispositivo de almacenamiento de energía. El interruptor convierte la energía acumulada en el dispositivo de almacenamiento en un pulso de alto voltaje, suministrado a través de una línea de cable y un dispositivo de conexión a la ojiva y proporcionando una descarga eléctrica de chispa entre los electrodos, formando un choque electrohidráulico. Lo anterior da motivos para creer que es posible reemplazar las minas de fragmentación antipersonal de destrucción circular y direccional (incluidos los kits de control de campos de minas antipersonal de las minas MON-50 y OZM-72) por armas creadas a base de municiones de percusión electrohidráulicas. o un acelerador de masa electromagnético. Sobre la base de estas armas, es posible crear un complejo automatizado de destrucción de objetivos «sensor de objetivo — unidad de control — lanzadores de misiles electromagnéticos» (Fig. 7). Los sensores de objetivos se pueden instalar en los accesos a un objeto protegido en varios sectores y en varias líneas en los lugares donde pueden aparecer objetivos y seleccionar objetivos según una serie de parámetros, destacando entre ellos los objetos de influencia: una persona con un arma, sin armadura. equipos, etc. Al identificar un objetivo determinado, el sensor de objetivo informa a la unidad de control sobre esto, la cual, teniendo en cuenta el alcance al objetivo y los parámetros del objetivo, da la orden al lanzador de misiles correspondiente para apuntar en este sector, recargar los condensadores al capacidad requerida, active la cantidad requerida de bobinas, cargue con el proyectil apropiado y alcance el objetivo. La superposición de los sectores de disparo de los lanzadores de misiles vecinos aumentará la capacidad de supervivencia del sistema. En modo semiautomático, el complejo está preparado para alcanzar el objetivo e informa al operador sobre esto («solicita» permiso para alcanzar). El operador evalúa la información, toma una decisión y, si es necesario, da la orden de dar en el blanco. La capacidad de operar el complejo en este modo reducirá el tiempo y automatizará el proceso de preparación para alcanzar un objetivo y al mismo tiempo garantizará la selectividad de la destrucción. Al trabajar juntos en complejos y sistemas de medios para Al detectar y alcanzar un objetivo, es posible una influencia negativa de una importante radiación electromagnética pulsada en los campos creados por la munición diseñada propuesta en los sensores del objetivo. Está previsto que estas cuestiones se pongan a prueba teórica y prácticamente en el curso de futuras investigaciones. La investigación sobre el problema en cuestión también se lleva a cabo en el Centro Científico y Educativo de la Universidad Estatal de Vladimir. El resultado del trabajo realizado actualmente es un complejo de protección activa de objetos basado en dispositivos lanzadores de impulsos magnéticos propuesto por especialistas universitarios [11]. El principio de la emisión de impulsos magnéticos a alta velocidad de cuerpos sólidos conductores de electricidad se conoce desde hace mucho tiempo y se basa en la aparición de fuerzas repulsivas mecánicas entre conductores a través de los cuales fluye corriente eléctrica [12,13]. El principio de funcionamiento de los dispositivos de lanzamiento de impulsos magnéticos (MPD), capaces de impartir altas velocidades a los cuerpos (hasta varios kilómetros por segundo), ofrece amplias oportunidades para su aplicación en diversos campos de la ciencia y la tecnología. La MIMU suele incluir: un dispositivo de almacenamiento de energía, un dispositivo de conmutación y un inductor. Se pueden utilizar dispositivos de almacenamiento capacitivos o inductivos como dispositivos de almacenamiento de energía.
Los dispositivos de almacenamiento inductivos son inferiores a los capacitivos en términos de eficiencia de transferencia de energía; sin embargo, la densidad de energía almacenada en la inductancia de almacenamiento excede significativamente la densidad de energía almacenada en un dispositivo de almacenamiento capacitivo (banco de condensadores). Las MIMU de laboratorio compactas utilizan principalmente dispositivos de almacenamiento de condensadores, que son producidos por la industria en una gama bastante amplia. Se utilizan varios tipos de descargadores como dispositivo de conmutación MIMU: vacío, alta presión o atmosférica, con un dieléctrico sólido. Se utilizan los siguientes inductores: solenoides de una vuelta, solenoides en espiral multicapa, bobinas inductoras planas de una vuelta y de varias vueltas. Este artículo analiza los dispositivos de lanzamiento de impulsos magnéticos, donde se utilizan bobinas inductoras en espiral planas como inductores, baterías de condensadores de impulsos de alto voltaje como dispositivos de almacenamiento de energía y cuerpos sólidos planos eléctricamente conductores como cuerpos de proyectiles (indentadores). El inductor es el circuito primario al que se conecta inductivamente el cuerpo arrojado, que es un circuito secundario (Fig. 8). Cuando el dispositivo de almacenamiento de energía se descarga sobre la bobina inductora, la corriente que fluye a través del circuito primario induce corrientes eléctricas parásitas en el circuito secundario, como resultado de lo cual se inducen dos campos magnéticos de direcciones opuestas entre el inductor y el cuerpo lanzado. Esto conduce a la aparición de intensas fuerzas ponderomotrices, por lo que el cuerpo lanzado adquiere una alta velocidad inicial. Así, en este proceso, la energía del campo eléctrico del dispositivo de almacenamiento capacitivo (banco de condensadores) se convierte en energía del campo magnético del inductor y luego en el trabajo mecánico de empujar el cuerpo expulsado fuera del acoplamiento inductivo. zona del inductor, y también, parcialmente, al calor. Cabe señalar que los medios electromagnéticos para influir activamente en un intruso tienen casi la misma estructura (sensores de objetivo, sistema de control, dispositivos y convertidores de almacenamiento de energía, etc.), lo que permite un mayor trabajo conjunto para crear un complejo universal basado en un sistema eléctrico unificado. parte. Los medios propuestos tendrán ojivas de diferente diseño y principio de funcionamiento, lo que permitirá su uso diferenciado a diferentes distancias del objetivo, asegurando el nivel requerido de impacto sobre el intruso. Teniendo en cuenta lo anterior, cabe señalar en conclusión que el desarrollo de armas basadas en un acelerador de masa electromagnético es una dirección prometedora, como lo confirman los resultados de los experimentos realizados en el siglo XX y principios del XXI. Así, el Departamento de Defensa de Estados Unidos invirtió el año pasado 36 millones de dólares en el desarrollo de armas electromagnéticas, y al final de la primera fase del programa, en 2011, está previsto gastar otros 136,7 millones de dólares [6]. Desafortunadamente, todavía no existe un programa de este tipo en la Federación de Rusia.
Literatura1. Gauss K.F. Colección de artículos ed. Vinogradova. — M.: AN, 1956. — P.71-96. |
