Ефимова В.С._01002107_зантие 2 Принципы работы электронного оруж. Реферат по дисциплине стрельба по теме принципы работы электронного оружия
 Скачать 373.33 Kb.
|
 Реферат ПО ДИСЦИПЛИНЕ «СТРЕЛЬБА» ПО ТЕМЕ «ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННОГО ОРУЖИЯ» Ефимова В.С. группа 01002107 НИУ БелГУ Преподаватель: Усатов А.Н. 2021 План: Введение Пушка Гуасса Принцип действия Сборка пушки Гуасса Преимущества и недостатки Rail gun Электромагнитная бомба Сверхрадиочастотное оружие Тактика применения электромагнитного оружия Защита от электромагнитного оружия Заключение Список литературы Введение Электромагнитное оружие (ЭМО) - оружие, в котором для придания начальной скорости снаряду используется магнитное поле, либо энергия электромагнитного излучения используется непосредственно для поражения цели. В первом случае магнитное поле используется как альтернатива взрывчатым веществам в огнестрельном оружии. Во втором - используется возможность наведения токов высокого напряжения и выведения из строя электрического и электронного оборудования в результате возникающего перенапряжения, либо вызывание болевых эффектов или иных эффектов у человека. Оружие второго типа позиционируется, как безопасное для людей и служащее для вывода из строя техники противника или приводящих к небоеспособности живой силы противника; относится к категории оружие нелетального действия. Помимо магнитных ускорителей масс, существует множество других типов оружия, использующих для своего функционирования электромагнитную энергию. Пушка Гаусса Пушка Гаусса — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма. Следует иметь в виду, что этот метод ускорения масс используется в основном в любительских установках, так как не является достаточно эффективным для практической реализации. По своему принципу работы (создание бегущего магнитного поля) сходна с устройством, известным как линейный двигатель. Принцип действия Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд, сделанный из ферромагнетика. При протекании электрического тока в соленоиде возникает электромагнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, ориентированные согласно полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится. Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электролитические конденсаторы большой ёмкости и с высоким рабочим напряжением. Параметры ускоряющих катушек, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индукция магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала. Стоит заметить, что возможны разные алгоритмы работы ускоряющих катушек. Сборка пушки Гаусса Для создания портативной пушки Гаусса используется конденсатор 450 В 1000пФ, 4 аккумулятора 18650 с напряжением 4 В и ёмкостью 3000 мА/ч, тиристор 70TPS12, катушку, преобразователь переменного тока 12-400 В. Этапы создания устройства 1.Подготовка корпуса и контактов для аккумуляторов 2. Пайка коммутации и установка преобразователя постоянного тока 3. Установка конденсатора и коммутирование всех частей устройства Преимущества и недостатки Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, большая надёжность и, в теории, износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе в космическом пространстве. Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями, главное из которых: большие затраты энергии. Первая и основная трудность — низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27 %. В основном в любительских установках энергия, запасённая в виде магнитного поля, никак не используется, а является причиной использования мощных ключей (часто применяют IGBT модули) для размыкания катушки. Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД). Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты установки при её низкой эффективности. Четвёртая трудность — достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею), а также высокая их стоимость. Можно, теоретически, увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что приносит дополнительные проблемы, и серьёзно влияет на область применения установки. Или же использовать заменяемые батареи-конденсаторы. Пятая трудность — с увеличением скорости снаряда время действия магнитного поля, за время пролёта снарядом соленоида, существенно сокращается, что приводит к необходимости не только заблаговременно включать каждую следующую катушку многоступенчатой системы, но и увеличивать мощность её поля пропорционально сокращению этого времени. Обычно этот недостаток сразу обходится вниманием, так как большинство самодельных систем имеет или малое число катушек, или недостаточную скорость пули. В условиях водной среды применение пушки без защитного кожуха также серьёзно ограничено — дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе с образованием агрессивных (растворяющих) сред, что требует дополнительного магнитного экранирования. Rail gun Существует ещё как минимум 2 типа ускорителей масс - индукционные ускорители масс (катушка Томпсона) и рельсовые ускорители масс, так же известные как “рэйл ганы” (от англ. “Rail gun” - рельсовая пушка). В основу функционирования индукционного ускорителя масс положен принцип электромагнитной индукции. В плоской обмотке создается быстро нарастающий электрический ток, который вызывает в пространстве вокруг переменное магнитное поле. В обмотку вставлен ферритовый сердечник, на свободный конец которого надето кольцо из проводящего материала. Под действием переменного магнитного потока, пронизывающего кольцо в нём возникает электрический ток, создающий магнитное поле противоположной направленности относительно поля обмотки. Своим полем кольцо начинает отталкиваться от поля обмотки и ускоряется, слетая со свободного конца ферритового стержня. Чем короче и сильнее импульс тока в обмотке, тем мощнее вылетает кольцо. Иначе функционирует рельсовый ускоритель масс. В нем проводящий снаряд движется между двух рельс - электродов (откуда и получил свое название - рельсотрон), по которым подается ток. Источник тока подключается к рельсам у их основания, поэтому ток течет как бы в догонку снаряду и магнитное поле, создаваемое вокруг проводников с током, полностью сосредоточенно за проводящим снарядом. В данном случае снаряд является проводником с током, помещённым в перпендикулярное магнитное поле, созданное рельсами. На снаряд по всем законам физики действует сила Лоренца, направленная в сторону противоположную месту подключения рельс и ускоряющая снаряд. С изготовлением рельсотрона связан ряд серьезных проблем - импульс тока должен быть настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел бы испарится (ведь через него протекает огромный ток), но возникла бы ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. Поэтому материал снаряда и рельс должен обладать как можно более высокой проводимостью, снаряд как можно меньшей массой, а источник тока как можно большей мощностью и меньшей индуктивность. Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверх больших скоростей. На практике рельсы изготавливают из безкислородной меди покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые брусочки, в качестве источника питания - батарею высоковольтных конденсаторов, а самому снаряду перед вхождением на рельсы стараются придать как можно большую начальную скорость, используя для этого пневматические или огнестрельные пушки. Помимо ускорителей масс к электромагнитному оружия относятся источники мощного электромагнитного излучения, такие как лазеры и магнетроны. Лазер Состоит из рабочего тела, в котором при выстреле создается инверсная населенность квантовых уровней электронами, резонатора для увеличения пробега фотонов внутри рабочего тела и генератора, который эту самую инверсную населённость будет создавать. В принципе, инверсную населённость можно создать в любом веществе и в наше время проще сказать, из чего НЕ делают лазеры. Лазеры могут классифицироваться по рабочему телу: рубиновые, аргоновые, гелий-неоновые, твердотельные, спиртовые. По режиму работы: импульсные, непрерывные, псевдонепрерывные, могут классифицироваться по количеству используемых квантовых уровней: 3х уровневый, 4х уровневый, 5и уровневые. Так же лазеры классифицируют по частоте генерируемого излучения - микроволновые, инфракрасные, зеленые, ультрафиолетовые, рентгеновские. КПД лазера обычно не превышает 0,5%, однако сейчас ситуация изменилась - полупроводниковые лазеры имеют КПД свыше 30% и в наши дни могут обладать мощностью выходного излучения аж до 100Вт. Кроме того, существуют газодинамические лазеры, менее всего похожие на другие типы лазеров. Их отличие в том, что они способны производить непрерывный луч огромной мощности, что позволяет использовать их для военных целей. В сущности, газодинамический лазер представляет собой реактивный двигатель, перпендикулярно газовому потоку в котором стоит резонатор. Раскаленный газ, выходящий из сопла, находится в состоянии инверсной населённости. Стоит добавить к нему резонатор - и многомеговаттный поток фотонов полетит в пространство. Электромагнитная бомба Электромагнитная бомба, также называемая «электронная бомба» - генератор радиоволн высокой мощности, приводящих к уничтожению электронного оборудования командных пунктов, систем связи и компьютерной техники. Создаваемая электрическая наводка по мощности воздействия на электронику оказывается сравнимой с ударом молнии. Относится к классу «оружие нелетального действия». По принципу разрушения техники разделяются на низкочастотные, использующие для доставки разрушающего напряжения наводку в линиях электропередач, и высокочастотные, вызывающие наводку непосредственно в элементах электронных устройств и обладающие высокой проникающей способностью - достаточно мелких щелей для вентиляции для проникновения волн внутрь оборудования. Впервые эффект электромагнитной бомбы был зафиксирован в 50-е годы XX века, когда проходили испытания американской водородной бомбы. Взрыв был произведён в атмосфере над Тихим океаном. Результатом было нарушение электроснабжения на Гаваях из-за воздействия электромагнитного импульса высотного ядерного взрыва. Изучение показало, что взрыв имел непредвиденные последствия. Лучи достигли Гавайских островов, расположенных в сотнях километров от места испытания, и радиопередачи были нарушены до самой Австралии. Взрыв бомбы, помимо мгновенных физических результатов, воздействовал на электромагнитные поля на огромном расстоянии. Однако в дальнейшем взрыв ядерной бомбы как источник электромагнитной волны был признан неэффективным из-за малой точности, а также множества побочных эффектов и неприемлемости в политическом плане. В качестве одного из вариантов генератора была предложена конструкция в форме цилиндра, в котором создаётся стоячая волна; в момент активации стенки цилиндра быстро сжимаются направленным взрывом и разрушаются на торцах, в результате чего создаются волна очень малой длины. Поскольку энергия излучения обратно пропорциональна длине волны, в результате уменьшения объёма цилиндра мощность излучения резко возрастает. Доставка этого устройства может быть произведена любым известным способом - от авиации до артиллерии. Применяются как и более мощные боеприпасы с использованием в боевой части ударно-волновых излучателей, так и менее мощные с использованием пьезоэлектрических генераторов частоты. Сверхрадиочастотное оружие Радиочастотное - оружие, действие которого основано на использовании электромагнитных излучений сверхвысокой частоты (0,3-30 ГГц) или очень низкой частоты (менее 100 Гц). Объектами поражения этого оружия является живая сила. При этом имеется в виду способность электромагнитных излучений в диапазоне сверхвысоких и очень низких частот вызывать повреждения жизненно важных органов человека (мозга, сердца, сосудов). Оно способно воздействовать на психику, нарушая при этом восприятие окружающей действительности, вызывая слуховые галлюцинации и др. Когда впервые это оружие было испробовано, наблюдалось много изменений в поведении организмов (в данном случае подопытных крыс). Например, крысы «шарахались» от стен, «защищались» от чего-то. Некоторые подверглись дезориентации, некоторые погибли (разрыв мозга или сердечной мышцы). В журнале «Наука и жизнь» описывались подобные опыты с «электромагнитным стимулированием мозга», результат их был таков: у крыс нарушалась работа памяти и пропадали условные рефлексы. Так же существует теория, согласно которой с помощью электромагнитного излучения можно влиять на психику человека, не разрушая организм, а вызывая определенные эмоции либо склонять к каким-либо действиям. Тактика применения электромагнитного оружияЭлектромагнитное оружие может применяться как в стационарном, так и мобильном вариантах. При стационарном варианте легче выполнить массогабаритные и энергетические требования к аппаратуре и упростить ее обслуживание. Но в этом случае необходимо обеспечивать высокую направленность электромагнитного излучения в сторону цели во избежание поражения собственных радиоэлектронных устройств, что возможно только благодаря применению остронаправленных антенных систем. При реализации СВЧ-излучения использование остронаправленных антенн не составляет проблемы, чего нельзя сказать относительно низкочастотного ЭМО, для которого мобильный вариант имеет ряд преимуществ. Прежде всего, легче решается проблема защиты собственных радиоэлектронных средств от воздействия ЭМО, поскольку боевое средство можно доставить непосредственно к месту расположения объекта воздействия и только там привести его в действие. И кроме того, отпадает необходимость в применении направленных антенных систем, а в ряде случаев вообще можно обойтись без антенн, ограничившись непосредственной электромагнитной связью между генератором ЭМО и электронными устройствами противника. При реализации мобильного варианта ЭМО необходимо предусмотреть сбор соответствующей информации о целях, подлежащих электромагнитному воздействию, в связи с чем важная роль отводится средствам радиотехнической разведки. Поскольку подавляющее большинство интересующих целей излучают радиоволны, обладающие определенными характеристиками, средства разведки способны не только их идентифицировать, но и устанавливать их местоположение с достаточной точностью. Средствами доставки ЭМО в мобильном варианте могут служить самолеты, вертолеты, беспилотные летательные аппараты, различные ракеты, корабли, планирующие бомбы. Эффективное средство доставки ЭМО к цели представляет планирующая бомба, которую можно запускать с самолета (вертолета) с расстояния, превышающего дальность действия системы ПВО противника, что минимизирует риск поражения самолета этой системой и риск повреждения собственных бортовых радиоэлектронных средств при взрыве бомбы. При этом автопилот планирующей бомбы можно запрограммировать таким образом, что профиль полета бомбы к цели и высота ее подрыва будут оптимальны. При использовании бомбы в качестве носителя ЭМО доля массы, приходящаяся на боеголовку, доходит до 85%. Подрыв бомбы может быть осуществлен с помощью радиолокационного высотомера, барометрического устройства или глобальной спутниковой навигационной системы. Доставка ЭМО к цели возможна также с помощью специальных снарядов. Электромагнитный боеприпас среднего калибра (100-120 мм) при срабатывании формирует импульс излучения длительностью в несколько микросекунд со средней мощностью в десятки мегаватт и пиковой - в сотни раз больше. Излучение - изотропное, способное на расстоянии 6-10 м подорвать детонатор, а на расстоянии до 50 м - вывести из строя систему опознавания “свой-чужой”, блокировать пуск зенитной управляемой ракеты из переносного зенитно-ракетного комплекса, временно или окончательно вывести из строя неконтактные противотанковые магнитные мины. При размещении ЭМО на крылатой ракете момент его срабатывания определяется датчиком навигационной системы, на противокорабельной ракете - радиолокационной головкой наведения, а на ракете “воздух-воздух” - непосредственно системой взрывателя. Эффективность ЭМО была подтверждена в военной операции “Буря в пустыне”, где применялись преимущественно самолеты и ракеты и где основой военной стратегии было воздействие на электронные устройства сбора и обработки информации, целеуказания и элементы связи с целью парализации и дезинформации системы ПВО. Защита от электромагнитного оружия Наиболее эффективная защита от ЭМО - это, конечно, предотвращение его доставки путем физического уничтожения носителей, как и при защите от ядерного оружия. Однако это не всегда достижимо, поэтому следует прибегать также к мерам электромагнитной защиты самой радиоэлектронной аппаратуры. К таким мерам, очевидно, следует прежде всего отнести полную экранировку самой аппаратуры, а также помещений, в которых она размещается. Известно, что если помещение уподобить клетке Фарадея, предотвращающей проникновение внешнего электромагнитного поля, то защита аппаратуры от ЭМО будет полностью обеспечена. Однако в реальности такая экранировка невозможна, поскольку аппаратуре необходимы подводка электропитания извне и каналы связи для приема и передачи информации. Сами каналы связи также должны иметь защиту от проникновения по ним к аппаратуре электромагнитных воздействий. Установка фильтров в данном случае не спасает, поскольку они работают только в определенной полосе частот и соответствующим образом настраиваются, и фильтры, предназначенные для защиты от низкочастотного ЭМО, не будут защищать от воздействия высокочастотного и наоборот. Хорошую защиту от электромагнитных наводок по каналам связи могут обеспечить используемые вместо них волоконно-оптические линии, однако для цепей питания этого сделать невозможно. Проблему защиты от ЭМО усугубляет еще и то, что развитие современных информационных систем идет по пути их дезинтеграции. Вместо больших центров по приему и обработке информации в каждом учреждении предпочитают иметь свои компьютерные сети, использующие телефонные линии. Это повышает уязвимость радиоэлектронной аппаратуры по отношению к ЭМО, в результате чего применение ЭМО в военных конфликтах становится еще более целесообразным и реальным. При рассмотрении способов защиты от ЭМО следует также учитывать необходимость устранения любых паразитных излучений защищаемой аппаратуры, поскольку они не только демаскируют аппаратуру, но и способствуют прицельному наведению ЭМО. Существует достаточно оснований полагать, что в будущем все значимые боевые операции будут начинаться с массированного применения ЭМО, способного нанести серьезный ущерб военно-промышленному потенциалу страны и облегчить проведение последующих военных операций. Учитывая эффективность и перспективность использования ЭМО в военных операциях, а также преимущества тех, кто владеет этим видом оружия, разработку ЭМО держат в строжайшей тайне под грифом более высоким, чем “Совершенно секретно”, и все проблемы обсуждают только на закрытых заседаниях. Примером может служить секретная научно-техническая конференция, проведенная в июне 1995 г. в предместье Вашингтона только для американцев, на которой обсуждались эффекты от воздействия ЭМО не только на радиоэлектронное оборудование, но также на животных и человека [8]. Отсутствие данных о результатах использования ЭМО в Югославии объясняется и режимом секретности, и желанием сохранить столь эффективное оружие для более серьезных боевых операций. Сегодня технологией ЭМО в полной мере владеют только США и Россия, однако нельзя не учитывать возможности овладения этой технологией и другими странами, в том числе странами третьего мира. Заключение Об электромагнитном оружии в последнее время ходит множество слухов, мифов и легенд - от бомб, которые «выключают свет» в городах, до чемоданчиков, которые якобы способны вывести из строя любую сложную электронику в радиусе чуть ли не нескольких километров. Хотя весьма малая часть этих слухов имеет хоть какое-нибудь отношение к действительности, электромагнитное оружие действительно существует и даже рассматривается как весьма перспективное направление развития вооружений в современном мире, где войны уже ведутся с помощью сложного, высокотехнологичного и высокоточного оружия. Список литературыГ.Я. Мякишев "Учебник по физике 9-11 класс. Профильный уровень" 2007 г. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0_%D0%93%D0%B0%D1%83%D1%81%D1%81%D0%B0 |