действия излучения на цель имеет вид импульсного удара. Величина импульса может быть оценена исходя из условия испарения и разлета поверхностного слоя облучаемого объекта

m0

J = ∫ 2(με0e−μm −Q)dm ,

o

где ε0 – падающий поток энергии лазерного излучения; μ – коэффициент поглощения лазерного излучения в оболочке цели; Q – теплота испарения оболочки материала цели; m0 – максимальная массовая глубина прогрева, при которой тепловыделение ε(m0) превосходит Q.

В наших условиях

J = 2 2	1		εoμ−Q − Qarctg	με			≈ 2 2	ε	o .
					o −1
	μ			Q				μ

Масса испаряемого материала составляет

m0 = μ1 ln μQε0 .

Для типичных видов материалов оболочек целей из алюминия или магния (или их сплавов) величина импульса, полученного оболочкой, может быть оценена для первого в J ≈ (5,1–5,7) 104 г см/сек на см2 и для второго в J = (0,8–0,9) 104 г см/сек на см2 из рассматриваемых выше примеров. Характерные массы материала оболочек, испаряемых лазерным излучением, составляют для рассматриваемых примеров (1,1–1,45) 10–2 г/см2 и (0,55–0,75) 10–2 г/см2 соответственно, а средние скорости разлетающихся паров составляют (46–40) км/сек и (14,5–12) км/сек соответственно. Вопросы возможной прочности корпусов ступеней БР и их элементов выходят за пределы рассматриваемого материала. Для грубых оценок, если принять, что скорость разрушения составляет ≥ 0,01 скорости звука, то при линейной массе оболочки 1 г/см2 и скорости звука 5 км/сек получим, что величина разрушающего импульса составляет 0,5 104 г см/сек на см2.

2.7. Физические установки и облучательные опыты для исследования воздействия ПФЯВ

Физические облучательные опыты являлись наиболее сложным, потенциально опасным видом испытаний, отличающимся большим разнообразием по целям экспериментов, составу техники, физическим измерениям, системам обеспечения безопасности. В этих экспериментах, как правило, участвовали представители различных министерств и ведомств, количество испытателей доходило до 1000 человек. Отсюда возникали сложности и проблемы в обеспечении разнообразных условий нагружения различных видов техники, особые требования к обеспечению безопасности опыта на всех стадиях его подготовки и проведения. Велико многообразие происходящих при этом физических процессов и возникающих проблем, охватывающих временной диапазон от 10–9 секунд и до 105 лет.

Достаточно сказать, что разработчики военной техники должны извлечь свои объекты с расстояния сотен метров после взрыва ядерного заряда килотонного класса и доставить их радиационно «чистыми» в свои конструкторские бюро и институты для дальнейших исследований.

Именно в физических облучательных опытах была наиболее остро осознана необходимость выработки новых подходов к обеспечению безопасности испытаний, выработаны новые критерии, разработаны и внедрены новые технические решения, которые стали использоваться в практике проведения подземных ядерных испытаний.

Особо отметим, что технология проведения подземных ядерных испытаний обеспечила полную радиационную безопасность населения в прилегающих к полигонам районах: во всех подземных испытаниях СССР средняя годовая доза отдельных групп из населения (группа Б) составляла не более нескольких процентов от установленных в СССР санитарных норм и правил.

Сравнение характеристик разработанных российских физических установок с аналогичными установками США показывает близость функционального и конструктивного оформления многих

156	Укрощениеядра

элементов, однако количественные характеристики, важные для целей опыта, как мы могли убедиться на Невадском полигоне, существенно превосходят американские, при более чем на порядок меньшей их стоимости.

Принципиально отметить, что достижения последних лет, которые определяют современный облик технологии ядерных испытаний, связаны с новым поколением ученых и специалистов, пришедших в ядерные центры в начале семидесятых годов.

Вконце 50-х – начале 60-х годов в США и СССР проводились уникальные многоплановые эксперименты по изучению действия ядерного взрыва в космосе. В 1961 году Ю.А. Романов первым обратил внимание на то, что исследование поражающего воздействия космического взрыва на военную технику можно более информативно изучать в специальных подземных ядерных испытаниях.

ВСССР все подземные облучательные опыты были проведены в штольнях. В рамках программы в интересах отработки оружия облучательные опыты составляли около 10% от числа подземных испытаний.

Первые опыты проводились в редакции, когда испытываемые объекты не извлекались после воздействия, и поэтому физическая установка (система защитных сооружений) должна была гарантировать отсутствие посторонних воздействий (в первую очередь, высокоскоростных газовых струй) на объекты исследований лишь в течение времени измерений их реакции на воздействие.

Наиболее технически сложный эксперимент в этом классе был проведен ВНИИЭФ в начале

70-х годов. Целью испытаний была проверка работы ядерного заряда после облучения (Б.Д. Бондаренко, Р.И. Илькаев, В.Н. Михайлов).

Сложность эксперимента состояла в том, что для того, чтобы проявились все эффекты воздействия на заряд, необходимо было гарантированно обеспечить его сохранность в течение 5 секунд на достаточно близких расстояниях, когда на него могло действовать не только давление продуктов взрыва, распространяющихся по трубе КВИ, но и мощное сейсмическое воздействие (характерные перегрузки в массиве около тысячи g). Была разработана специальная система защитных сооружений и так называемый железобетонный «плавающий» бокс диаметром около трех метров, который снизил сейсмические нагрузки на заряд и обеспечил измерения характеристик облученного заряда.

В1972 году были проведены первые специализированные подземные эксперименты ВНИИЭФ и ВНИИТФ с извлечением объектов после облучения. В опыте ВНИИЭФ впервые в практике подземных испытаний объекты исследований размещались на дневной поверхности. Физическая установка ВНИИТФ была построена на основании других принципов работы защитных сооружений.

Физические установки первого поколения обеспечивали характерные размеры облучаемых объектов, находящихся на неизвлекаемых позициях, в один метр.

Физические установки второго поколения развивались в направлении увеличения площадей облучения, увеличения потоков излучений, увеличения безопасности испытаний, повышения экономических характеристик и т.д.

В80-е годы во ВНИИЭФ были разработаны физические установки, работающие в экстремальных условиях. Для проверки правильности заложенных технических решений при создании стойкой элементной базы необходимо было создать технологию испытаний в подземных облучательных опытах, которая бы позволяла проводить опыты ежегодно и при этом обеспечивать полную экологическую безопасность – ведь объекты испытаний передавались предприятиям, не предназначенным для работы с приборами, которые загрязнены радиоактивными веществами.

Как правило, при проведении крупномасштабных физических опытов председателем Государственной комиссии назначался либо кто-то из руководителей МСМ, либо из руководителей 12 ГУ МО.

В опыте 1977 года председателем Государственной комиссии был генерал-майор А.В. Малунов, а научным руководителем Ю.А. Трутнев. На опыт приехали также Л.Д. Рябев, в то время директор ВНИИЭФ, и А.А. Бриш, в то время главный конструктор НИИ автоматики. Надо сказать, что они оба с самого начала поддержали разработку этой технологии и принимали самое непосредственное участие в разработке отдельных элементов.

Фактически в этих опытах были проверены и защищены новые технические решения, положенные в основу стойкой радиоэлектронной элементной базы, новых приборов и устройств, устойчивых к воздействию поражающих факторов ядерного взрыва.

Физические установки третьего поколения развивались в направлении унификации для широкого класса мощностей зарядов, увеличения площадей облучения, повышения надежности и безопасности на качественно новом уровне.

Современная физическая установка (ФУ) состоит из:

•заряда-облучателя;

•канала вывода излучений (КВИ);

•системы защитных сооружений;

•формирователей необходимых полей нагружения на облучательных позициях;

•облучательных позиций с объектами исследования;

•измерительных систем контроля работы физической установки;

•измерительных систем контроля реакции объектов исследования на воздействие ядерного взрыва;

•технических систем реагирования в случае возникновения аварийных ситуаций;

•системы управления элементами физической установки.

Использовались различные типы телескопических каналов вывода излучений (воздушные, вакуумные, гелиевые). Характерный размер вакуумных КВИ в местах установки объектов были около трех метров, гелиевых КВИ – около пяти метров.

Гелиевые каналы по своим характеристикам, занимая промежуточное положение между вакуумными и воздушными каналами, позволили существенно упростить и удешевить технологию испытаний, однако потребовали значительно больших технологических и организационных усилий.

Нетривиальными были работы по получению пониженного атмосферного давления в обычных штольнях. В течение 24 часов в объеме штольни 10000 кубических метров поддерживалось давление 100–300 мм ртутного столба и обеспечивалось нормальное функционирование элементов физической установки.

Впоследние годы перед мораторием применялась новая технология вакуумных КВИ многоразового использования, основанная на концепции гибкого конструирования.

Система защитных сооружений состоит из нескольких систем предохранения и может обеспечить извлечение объектов с близких расстояний.

Одним из главных показателей системы защитных сооружений является уровень перехвата радиоактивных продуктов взрыва и исключение паразитного действия на объекты исследований.

Для демонтажа объектов и последующей работы с ними на предприятиях различных министерств (специально не оборудованных для работы с радиоактивными веществами), а также для исключения переоблучения испытателей выше допустимых норм необходимо, чтобы защитные со-

оружения обеспечивали коэффициент ослабления тугоплавких радиоактивных продуктов взрыва (Zг-95, Се-144, Ри-239 и т.д.) не менее 109, радиоактивных благородных газов – не менее 108.

В80-е годы в связи с размещением объектов облучения и измерительных фургонов на большой площади вне штольни было обращено внимание на вопросы уменьшения выхода радиоактивных благородных газов из массива; тщательно выбиралось расположение концевого бокса, газовость грунта в зоне плавления должна быть менее 0,1%, проводилось сейсмозондирование, были сформулированы требования к геофизическим и геологическим параметрам массива, были также ужесточены требования на выбор метеоусловий для опыта и т.д.

Опыты с выводом излучений из штольни не только позволили значительно сократить затраты

ивремя на подготовку испытаний, но и перейти к полномасштабному облучению крупногабаритных объектов военной техники.

Впоследних опытах для измерения характеристик физической установки и реакции объектов

исследований использовалось несколько тысяч высокочастотных кабелей, задействовались десятки фургонов. Временной диапазон измеряемых величин – от 10–9 сек до 105 сек.

Многие элементы технологии проведения облучательных опытов в последние годы стали использоваться при проведении «обычных» ядерных испытаний.

158	Укрощениеядра

Появление в США в 1983 году программы стратегической оборонной инициативы (СОИ) еще более обострило проблемы научно-технической политики в области ядерных вооружений.

Военно-стратегическая концепция США в начале 80-х годов стала носить все более выраженный наступательный характер. Вводились в строй новые ракеты Trident II и Pershing II; увеличивался объем производства крылатых ракет ALCM и Tomahawk; закончилась разработка ракеты MX. Равновесие сил явно нарушалось, необходимо было принять адекватные меры.

Научно-технический прогресс привел к созданию высокоточных средств первого удара. Десять лет назад трудно было представить, что угол расходимости доставки современных ББ составит 10–5 (отклонение 100 м на дальности 10000 км). Такое стало возможным, в первую очередь, благодаря сложнейшей системе функционирующей автоматики ракет на активном участке траектории (стадии разведения ББ) и прогрессу в технологиях материалов, ракетного топлива и т.д.

Советский Союз оказался перед труднейшим выбором: создать собственную СОИ было невозможно из-за финансовых трудностей, которые испытывала оборонная промышленность; пойти на риск и объявить о возможности нанесения нами первого упреждающего удара в случае соответствующих подозрений в возможном нанесении его противником было невозможно вследствие абсолютной неприемлемости этого шага и для народа, и для советского руководства. В этих условиях оборонной промышленности и военным было предложено найти «ассиметричный ответ», то есть предложить такого рода научные и инженерные решения, которые были бы, по существу, нейтрализовали СОИ, но исключали бы всякую возможность первого упреждающего удара. Одновременно считалось совершенно необходимым, чтобы финансовые затраты на предложенные решения были бы на один-два порядка меньше, чем затраты США на программу СОИ, а лучше вообще не выходили бы из заранее запланированных границ оборонного бюджета.

Ответ на этот вопрос был – необходимо сделать ракеты, в первую очередь их наиболее уязвимые элементы – систему управления с БЦВМ, такими, чтобы они выдерживали весь набор поражающих факторов ядерного взрыва, не ослабленного влиянием многокилометровой атмосферы, так как удар будет нанесен в открытом космосе. В этот набор входили: электромагнитный импульс, проникающее рентгеновское излучение и обусловленный им вторичный электромагнитный импульс, возникающий внутри металлического корпуса ракеты, сверхмощные рентгеновское и нейтронное излучения, и, наконец, огромная суммарная доза рентгеновского излучения. Практически это означало, что необходимо повысить стойкость ракет к ПФЯВ на несколько порядков, что для ракетной электроники и БЦВМ представлялось задачей полуфантастической.

В1982 году вышло постановление ВПК о создании элементов электроники, стойких к ПФЯВ,

–от сверхбольших интегральных микросхем (СБИС) до конденсаторов и транзисторов. К работе было привлечено более 600 различных организаций – НИИ, КБ, лаборатории вузов. Разработка научных основ создания стойких к ПФЯВ изделий электронной техники проводилась в тесном взаимодействии с рядом ведущих организаций Министерства среднего машиностроения СССР, в первую очередь с ВНИИЭФ, ВНИИТФ и НИИИА. Эти организации уже имели определенный опыт, поскольку ядерный заряд, разрабатываемый ими, обладает достаточно сложной электроникой, и эта аппаратура традиционно была защищена от ПФЯВ.

В1985 году на совещании в ВПК было констатировано, что изделия электронной техники, стойкие к действию ПФЯВ, созданы в СССР.

Врезультате проведения организациями Минатома, Минобороны, оборонных отраслей промышленности, институтами РАН масштабной работы, была поставлена и в короткий срок решена задача защиты ракетных комплексов от действия ведущих поражающих факторов ЯВ, и разработаны методы и способы значительного (на порядок) повышения стойкости РКТ.

В70–80 годы СССР и США поставили на вооружение ракетные комплексы, стойкие к действию поражающих факторов ядерного взрыва.

Вэти годы были созданы системы ядерного оружия с характеристиками, обеспечивавшими сдерживание, созданы новые технологии, в том числе технологии ядерных испытаний, разработаны

ивнедрены новые моделирующие установки, которые позволили нашей стране выйти на передовые позиции в мире.