Arma do passe
O tópico do artigo são as armas cinéticas de ultra-alta velocidade. Este tópico surgiu da análise dos trágicos eventos na passagem de Dyatlov em fevereiro de 1959. A morte de nove turistas, pelo somatório dos fatos disponíveis, mesmo na apuração oficial, é qualificada como violenta com o uso de arma desconhecida. Isso foi discutido em artigos diretamente dedicados a esses eventos: "Materiais não classificados - a verdade está em algum lugar próximo" e "Os mortos não mentem".
Uma vez que os danos nos corpos dos mortos correspondiam ao poder da bala do rifle, e a natureza do dano indicava o tamanho muito pequeno de tal bala, concluiu-se que esta bala, a fim de manter sua força letal, deve têm dimensões microscópicas e uma velocidade de cerca de 1000 km / s.
No artigo anterior, "Armas do Passe", foi comprovada a possibilidade de movimento em altíssima velocidade de uma bala pela atmosfera sem destruí-la devido ao atrito com o ar; neste artigo, será feita uma tentativa de reconstrução a própria arma.
Mais uma vez sobre a versão dos acontecimentos na passagem de Dyatlov. Acredito que, em fevereiro de 1959, nosso estado (então URSS) realizou uma operação para apreender uma instalação desconhecida de alta tecnologia. Pelo menos 9 pessoas morreram, provavelmente este objeto desconhecido “não parecia um pouco”, caso contrário o estado não teria feito tantos esforços para esconder sua participação nestes eventos.
Esta é apenas uma versão, posso estar errado. A soma dos fatos não é suficiente para uma interpretação inequívoca daqueles antigos eventos, mas não é importante no contexto do tópico atual.
É importante que se questione a realidade da existência de armas cinéticas de ultra-alta velocidade.
É importante que as balas dessas armas possam se mover com eficácia em ambientes de gás (ar).
O importante é que essa arma possa realmente ser criada com base nas tecnologias à nossa disposição.
Mas vamos falar sobre isso com mais detalhes, podemos dizer que se a "micro-bala" for um produto de tecnologias desconhecidas, então a própria arma também se baseia em princípios físicos desconhecidos por nós. Pode ser, mas as tecnologias que conhecemos são capazes de acelerar uma bala a velocidades da ordem de 1000 km / s. Não estou falando de coisas exóticas, como armas gaussianas, canhões ferroviários, as tecnologias de pólvora mais comuns, apenas em embalagens novas e modernas.
Vamos começar com as tecnologias existentes de armas cinéticas de alta velocidade e só então passar para a fantasia.
Limite de artilharia
Para sistemas de artilharia tradicionais, o teto teórico da velocidade do projétil foi alcançado até o momento - cerca de 2-3 km / s. A velocidade dos produtos de combustão da pólvora está exatamente neste nível, ou seja, eles criam pressão no fundo do projétil, acelerando-o no cano da arma.
Para alcançar este resultado, foi necessário o uso de um projétil de subcalibre (para perder uma parte significativa da energia), tecnologia sem caixa (a caixa cunha em altas pressões na culatra), tiros com taxas de combustão de pó normalizadas e um multi sistema de detonação de ponto (para criar pressão uniforme em todo o movimento do projétil ao longo do cano) …
O limite foi atingido, um novo aumento na velocidade do projétil nesta tecnologia repousa sobre as pressões limitantes suportadas pelo cano, que já estão no limite do possível. Como resultado, temos esse projétil, um instantâneo de um tiro real, no momento de redefinir as guias de calibração:
Preste atenção aos arcos próximos aos forros dos projéteis voadores, essas são as ondas de choque sobre as quais se escreveu no artigo anterior. Em uma onda de choque, as moléculas de gás se movem mais rápido do que a velocidade do som. Cair sob tal onda não parecerá pouco. Mas o núcleo afiado do projétil não pode criar tal onda, a velocidade não é suficiente ….
Mas à disposição da civilização moderna existe outra tecnologia para a criação de armas cinéticas de alta velocidade, literalmente em escala cósmica.
Flechas de deus
Queimando milhares de toneladas de combustível de intensidade energética máxima, a humanidade aprendeu a lançar objetos pesando dezenas de toneladas ao espaço e a velocidades da ordem de 10 km / s. É um pecado não usar como arma esses "projéteis" espaciais de enorme energia cinética. A ideia não é original, desde 2000 os EUA trabalham neste projeto, seu nome original é "as setas de Deus". Supunha-se que os objetos no solo seriam atingidos por flechas de tungstênio com cerca de seis metros de comprimento e pesando cerca de cem quilos. A energia cinética de tal flecha em tais velocidades é de aproximadamente 0,1-0,3 Kilotons de equivalente TNT. É assim que este projeto foi apresentado então, há mais de 10 anos:
Nos últimos anos, o projecto foi para as sombras, ou foi esquecido, ou vice-versa, entrou na fase de trabalho sério de design e, consequentemente, adquiriu o selo “Top Secret”.
O segundo é mais provável, uma perspectiva dolorosamente tentadora, apenas do satélite, como originalmente se supunha que não se usava essa arma de forma eficaz, as leis da balística são inexoráveis. Mirar em um objeto levará a uma diminuição acentuada na velocidade de tal flecha de tungstênio e, portanto, não levará toda a energia até o ponto de destruição, na melhor das hipóteses a velocidade da flecha no ponto de destruição será de 5 a 5. 6 km / s.
Só há uma saída, o direcionamento inicial é feito corrigindo a órbita do próprio satélite, e para isso não usam os satélites usuais, mas sistemas orbitais de manobra, para nós é a "Espiral" que morreu no Bose e sua operadora "Arrow". Para os americanos, o tema não morreu, pelo contrário, neste momento o próximo Shuttle X-37B está no espaço. Isto é o que parece:
Um dos usos óbvios para este veículo não tripulado é um bombardeiro espacial armado com as “flechas de Deus” já descritas.
Então, as armas cinéticas orbitais são o futuro dos conflitos locais, o ideal, aliás. Mas este não é o nosso assunto, vamos voltar aos “nossos carneiros”, tecnologias tradicionais de pó.
Cinemática da aceleração do projétil
O suporte da arma, de acordo com o princípio de sua ação, não mudou desde o momento de sua invenção, é um cilindro (cano), um pistão (projétil) e uma carga (pólvora) colocada entre eles. Neste esquema, a velocidade do projétil no limite é determinada pela velocidade de expansão dos produtos de combustão da carga, este valor é no máximo 3-4 km / se depende da pressão no volume de combustão (entre o projétil e a parte inferior do pistão).
Os sistemas de artilharia modernos se aproximaram do limite teórico da velocidade do projétil neste esquema cinemático, e um novo aumento na velocidade é quase impossível.
Portanto, o esquema precisa ser mudado, mas geralmente é possível acelerar o projétil a uma velocidade maior do que os produtos da combustão da pólvora podem fornecer? À primeira vista, é impossível, impossível empurrar o projétil mais rápido do que a velocidade dos gases que executam essa pressão de alta velocidade.
Mas os marinheiros há muito tempo aprenderam a acelerar seus navios a velocidades maiores do que a velocidade do vento, no nosso caso, esta é uma analogia direta, um meio de gás em movimento transfere sua energia para um objeto físico, aqui está sua última conquista:
Este “milagre” com uma velocidade do vento de 40 km / h devido à vela “oblíqua” é capaz de se mover a uma velocidade de 120 km / h, ou seja, três vezes mais rápido que o ar que move este veleiro. Este, à primeira vista, um resultado paradoxal é alcançado devido ao fato de que a velocidade é uma grandeza vetorial e o movimento em um ângulo com a direção do vento com a ajuda da vela "oblíqua" é possivelmente mais rápido que o próprio vento.
Assim os artilheiros têm alguém a quem emprestar dos novos princípios de dispersão de projéteis, os alfaiates têm um princípio adequado, ou melhor, de seu principal instrumento, a tesoura.
Efeito de lâminas de fechamento
Existe esse conceito, "experimento de pensamento", tudo o que diz respeito a mais pressupõe a presença da imaginação, pelo menos no nível cotidiano … de uma criança de onze anos.
Imagine uma tesoura, eles são divorciados, suas pontas devem estar separadas por um centímetro e as lâminas têm um ponto de fechamento a uma distância de 10 centímetros das pontas.
Começamos a fechá-los "totalmente".
Assim, durante o tempo que as pontas passam um centímetro, o ponto de fechamento se moverá dez centímetros.
Nesse sistema, as velocidades de movimento dos objetos físicos serão máximas na ponta da tesoura. Mas, o mais importante, o ponto de aplicação de forças (o ponto de fechamento das lâminas) se moverá a uma velocidade 10 vezes maior do que a velocidade dos objetos físicos em tal sistema. Já durante o tempo de fechamento (enquanto as pontas da tesoura passam um centímetro), o ponto de fechamento se moverá 10 centímetros.
Agora imagine, na intersecção das lâminas, (no ponto de fechamento) um pequeno objeto físico (por exemplo, uma bola) é colocado, e assim ele se moverá na velocidade do deslocamento do ponto de fechamento, ou seja, dez vezes mais rápido do que pontas de tesoura.
Essa analogia simples permite entender como, a uma dada velocidade de um processo físico, é possível obter um ponto de aplicação de forças que se move muito mais rápido do que o próprio objeto físico.
E, além disso, como esse ponto de aplicação de forças pode acelerar objetos físicos a velocidades muito maiores do que a velocidade de movimento dos objetos físicos envolvidos na aceleração (lâminas em nosso exemplo).
Para simplificar, vamos chamar este mecanismo de aceleração para objetos físicos "Efeito tesoura de fechamento".
Acho que é fácil de entender até mesmo para uma pessoa que não conhece o básico de física, pelo menos minha filha de 11 anos imediatamente, depois que eu expliquei para ela, me deu uma associação óbvia, dizendo: ".. sim, é como atirar uma semente de limão com os dedos … ".
Na verdade, filhos de gênios em sua simplicidade há muito usam esse efeito em suas travessuras, beliscando a semente escorregadia com o polegar e o indicador e “atirando” de um conjunto de reforço improvisado. Então esse método já foi usado por muitos de nós na prática na infância …
Aceleração de balas pelos métodos de "tesoura de fechamento" e "adição vetorial de velocidades"
Alguém pode pensar que o autor é o descobridor de novas tecnologias, para alguém, pelo contrário, pode parecer que é um sonhador. Não há necessidade de emoção até que eu venha com algo novo. Essas tecnologias já são usadas em sistemas de artilharia da vida real com base nos princípios de explosão cumulativa. Apenas as palavras são usadas lá muito complicadas, mas como você sabe: "como você nomeia o navio, então ele vai … voar."
O efeito cumulativo foi descoberto acidentalmente na década de 30 do século passado e imediatamente encontrou aplicação na artilharia. Uma carga modelada para acelerar um jato de gases usa dois dos efeitos mencionados acima ao mesmo tempo - o efeito da adição vetorial de velocidades e o efeito de uma tesoura de fechamento. Em implementações mais avançadas, um núcleo de metal é colocado no jato cumulativo, que é acelerado por este jato até a velocidade do próprio jato, o chamado "núcleo de impacto".
Mas essa tecnologia tem um limite físico, a velocidade de detonação é de 10 km / s (limitante) e o ângulo de abertura do cone cumulativo é de 1:10 (força final física). Como resultado, obtemos a velocidade de saída do gás no nível de 100-200 km / s. Em teoria.
Este é um processo muito ineficiente, a maior parte da energia é desperdiçada. Além disso, há um problema com o direcionamento, que depende da uniformidade da detonação da carga moldada e de sua uniformidade.
No entanto, a tecnologia já saiu dos laboratórios e vem sendo utilizada em armas convencionais desde meados da década de oitenta do século passado, trata-se da conhecida "mina" antitanque TM-83 com uma zona de morte de mais de 50 metros.. E aqui está o último, e além disso, um exemplo doméstico:
Esta é uma "mina" anti-helicóptero, o alcance da carga em forma de "cuspe" é de até 180 metros, o elemento impactante fica assim:
Esta é uma foto do núcleo de choque em vôo, logo após sua saída do jato de gás cumulativo (nuvem negra à direita), o rastro da onda de choque é visível na superfície (cone de Mach).
Vamos chamar tudo por seus nomes próprios, o núcleo de choque é Bala de alta velocidade, apenas disperso não no barril, mas em uma corrente de gases. E a própria carga moldada é Monte de artilharia sem barril, isso é exatamente o que precisamos para a reconstrução das armas do passe.
A velocidade de tal bala é de 3 km / s, está muito longe do limite teórico da tecnologia de 200 km / s. Deixe-me explicar por quê - o limite de velocidade teórico é atingido no decorrer de experimentos científicos em condições de laboratório, aí é o suficiente para obter pelo menos um resultado de registro no decorrer dos experimentos. E em armas reais, o equipamento deve funcionar com cem por cento de garantia.
O método de acelerar um objeto com um jato cumulativo em pequenos ângulos de fechamento do cone explosivo (25-45 graus) não fornece uma mira precisa e muitas vezes o núcleo de impacto simplesmente desliza para fora do foco do jato de gás, deixando o que é chamado de " leite".
Para uso em combate, um recesso cumulativo é feito com um ângulo de fechamento de mais de 100 graus, em tais ângulos de recesso cumulativo, uma velocidade de mais de 5 km / s não pode ser alcançada mesmo em teoria, mas a tecnologia funciona de forma confiável e é aplicável em condições de combate.
É possível agilizar o processo de "fechamento da tesoura", mas neste caso o método de detonação deve ser abandonado para formar o ponto de aplicação de forças no canal explosivo. Para fazer isso, é necessário que a explosão passe ao longo do caminho de aceleração da bala a uma velocidade maior do que o mecanismo de detonação pode fornecer.
Nesse caso, o esquema de detonação deve garantir a detonação simultânea de explosivos ao longo de todo o comprimento do canal de explosivos, sendo que o efeito tesoura deve ser obtido devido ao arranjo cônico das paredes do canal de explosivos, conforme mostrado na figura:
A criação de um esquema para a detonação simultânea de um explosivo no canal de dispersão do projétil é uma tarefa bastante viável para um nível tecnológico moderno.
E além disso, a questão da força física será resolvida imediatamente, o tubo da substância detonadora não terá tempo de ruir durante o vôo da bala, pois a carga mecânica será transmitida mais lentamente do que o processo explosivo irá.
Para uma bala, é o ponto de aplicação de força que é importante, o único problema é o controle sobre a velocidade de movimento do ponto de aplicação de força, de forma que a bala esteja sempre neste ponto, mas mais sobre isso depois, isso já é uma técnica, não uma teoria.
Resta descobrir a escala do processo de overclocking de tal bala, ou seja, em quais parâmetros de dimensão de massa para implementar este mecanismo teórico na prática.
Lei de escala RTT
Vivemos em delírios persistentes; um exemplo desse delírio é o feixe associativo de conceitos: "mais significa mais poderoso". A ciência da artilharia é muito conservadora e obedece completamente a esse princípio até agora, mas nada dura para sempre sob a lua.
Até recentemente, esse paradigma associativo era em muitos aspectos correto e menos caro em termos de implementação prática. Mas agora isso não é mais o caso, avanços tecnológicos são realizados onde os princípios são alterados para o oposto exato.
Vou dar um exemplo da minha profissão, os computadores em 20-30 anos diminuíram de volume em 1000 vezes e seu poder de computação também aumentou em mil vezes.
Eu generalizaria este exemplo para uma escala global, formulando-o na forma de uma lei, por exemplo: “ O aumento na eficiência do processo físico é inversamente proporcional ao volume utilizado para implementar este processo .
Vou chamá-la de lei R_T_T, por direito do descobridor, e se o nome criar raízes?
Eu vou ficar famoso!
É uma piada, claro, mas toda piada tem um grão de verdade, então tentaremos provar aos artilheiros que sua ciência da engenharia também obedece a essa lei.
Vamos contar “nossos aríetes”, conhecendo a pressão dos gases dos produtos da combustão dos explosivos, a massa do “micro-projétil”, sua superfície efetiva pode ser calculada a distância de aceleração, ou seja, o comprimento do cano em em que o “micro-projétil” é acelerado até uma determinada velocidade.
Descobriu-se que tal "micro-bala" pode ser acelerada até 1000 km / s a uma distância de apenas 15 centímetros.
Nossas "tesouras" fecham com velocidade dobrada dos gases dos produtos da explosão - 20 km / s, o que significa que para obter uma velocidade de fechamento de 1000 km / se um medidor de entrada com diâmetro de 1 mm para um canal explosivo 150 mm de comprimento, o medidor de saída deve ser de 1,3 mm..
Resta entender quanto explosivo é necessário para tal aceleração, mas tudo é simples aqui, a física é universal e suas leis são inalteradas, para dispersar uma bala um milhão de vezes mais fácil e mil vezes mais rápido que nosso padrão, uma bala de rifle exigirá exatamente a mesma energia da aceleração de uma bala de rifle convencional.
Conseqüentemente, a energia do explosivo deve permanecer inalterada, mas a natureza do explosivo deve ser diferente, a pólvora não cabe, queima muito devagar, é necessário um explosivo detonante. Em outras palavras, você precisa fazer um tubo de 150 mm de comprimento com 5 gramas de explosivo, como o RDX. e um diâmetro de entrada de 1 mm. e o fim de semana é 1,3 mm..
Para a força e concentração da explosão dentro do canal de passagem do "micro-projétil" é necessário colocar esta estrutura em um cilindro de metal forte. E conseguir produzir detonações explosivas simultâneas e uniformes em toda a distância do voo "micro-bala".
Para resumir, princípios físicos para acelerar uma bala a velocidades de 1000 km / s estão disponíveis mesmo com base em tecnologias de pólvora; além disso, esses princípios são usados em sistemas de armas reais.
Apenas não corra para o laboratório e tente implementar tal sistema de aceleração explosiva, há um problema significativo, a velocidade inicial da "micro-bala" em tal canal explosivo deve ser maior do que a velocidade de fechamento das frentes explosivas, caso contrário, o efeito de "fechar a tesoura" não funcionará.
Em outras palavras, para injetar um "micro-projétil" no canal explosivo, ele deve primeiro ser acelerado a uma velocidade de aproximadamente 10 km / s, o que não é nada fácil.
Portanto, deixaremos os detalhes técnicos da implementação de tal sistema de tiro hipotético para a próxima parte deste artigo, para continuar….
