Мифы и реальность лучевого оружия в россии

Мифы и реальность лучевого оружия в россии

Доклад на 4-й Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы физики», г. Саранск, 16–18 сентября 2003 г.

Этот доклад во многом носит автобиографический характер, и поэтому изложение ведется от первого лица. Здесь дается информация, которую я почерпнул не только из своих теоретических и экспериментальных исследований, но также и из исследований, проводимых во многих научных учреждениях бывшего Советского Союза. О них я узнавал либо от моих заказчиков, либо от друзей, работающих в этих учреждениях. Сегодня, когда завеса секретности с этих исследований давно снята, о них можно говорить. Более того, в периодической научной и научно-популярной литературе опубликованы практически все наиболее важные результаты таких исследований, их цели и перспективы реализации. Так что я никаких секретных сведений не раскрываю. Тем не менее мой доклад, думаю, интересен не только тем, что исходит от одного (не самого важного) из участников таких исследований, но и тем, что в нем рассказывается о моем отношении к этим исследованиям. Уверен, что аналогичные чувства испытывали и другие (более важные) их участники, но они так же, как и я, молчали. Правда, причины молчания, по-видимому, у всех были разные.

Впервые серьезно о лучевом оружии я услышал во второй половине 1960-х, где-то в 1966–1968 г. После защиты докторской диссертации, особенно после ее утверждения ВАК в 1965 году, я стремился получить самостоятельность в науке, возглавить какое-нибудь научное направление. Естественно, я хотел, чтобы это направление было связано с сильноточными релятивистскими электронными пучками и их взаимодействием с плазмой и со средами. В 1966–1967 гг. в лаборатории физики плазмы ФИАН, где я работал, защитили докторские Л. М. Коврижных и И. С. Шпигель, и они также стремились возглавить самостоятельные научные подразделения. Тематика у них была своя: термоядерная на «Стеллараторе» — главное направление научной деятельности лаборатории Физики плазмы в целом, которую возглавлял М. С. Рабинович.

Было в лаборатории и второе научное направление, начатое по инициативе В. И. Векслера, которое тогда возглавлял Г. М. Батанов, так называемый «РАМУС» — радиационный метод ускорения нейтральных сгустков заряженных частиц в волноводе с помощью мощного СВЧ-излучения. Однако оба эти направления финансово не были достаточно обеспечены для полноценной жизни лаборатории. К тому же в 1966 году В. И. Векслер умер, и тематика «РАМУС» вообще повисла в воздухе.

Перед М. С. Рабиновичем стояла большая проблема: как новым докторам и Г. М. Батанову создать сектора и где под них достать деньги. В то время их можно было достать только через военно-промышленный комплекс, предложив разработку какого-либо нового перспективного вида лучевого оружия. Именно лучевого, поскольку как для защиты, так и для нападения требовалось быстрое, безынерционное, почти мгновенное реагирование. Это было постхрущевское время, время разгара холодной войны. Именно тогда и у нас, и в США начали разрабатывать лазерное оружие, нечто вроде «гиперболоида инженера Гарина». Кроме слухов я ничего об этом оружии не знал. Знал только, что одно из направлений лазерного оружия носило глобальный характер и его возглавлял академик Н. Г. Басов. Другое же направление носило менее глобальный характер и скорее было нацелено на создание тактического оружия. Возглавлял его академик А. М. Прохоров. Вот и все, что тогда, в конце 1960-х, я знал о лазерном оружии и, честно говоря, большего знать и не хотел — лазер не был моим внутренним импульсом, и, кроме того, им и так занималось слишком много людей.

Не знал я и того, что у М. С. Рабиновича уже тогда было «за пазухой» весьма и весьма перспективное предложение о создании лучевого оружия, но не лазерного, а на основе мощного СВЧ-излучения. Дело в том, что эксперименты по теме «РАМУС», проводимые в группе И. Р. Геккера, привели к неожиданному результату: не к отражению СВЧ-излучения в волноводе от плотного сгустка плазмы и его ускорению, а к аномальному поглощению СВЧ-излучения плазменным сгустком и ускорению части его электронов до больших энергий. Это открывало новые возможности по созданию лучевого СВЧ-оружия, более перспективного, чем лазерное оружие. Связано это с тем, что длина волны лазерного излучения порядка микрона, поэтому лазерное излучение практически невозможно сфокусировать на относительно малой площади цели, находящейся на большом (больше 100 км) расстоянии. Естественное же угловое расхождение оптического лазерного излучения в атмосфере в результате рассеяния составляет ? ~ 10^-4 (это было установлено в специально созданном для обеспечения выполнения программы создания лазерного оружия Институте оптики атмосферы в СО АН СССР в г. Томске, который возглавлял академик В. Е. Зуев). Отсюда следовало, что пятно лазерного излучения на расстояни 100 км будет иметь диаметр не менее 20 метров, а плотность энергии на площади в 1 см² при полной энергии лазерного источника в 1 МДж (для короткоимпульсного лазера неосуществимая мечта и сегодня) меньше 0,1 Дж/см2. Этого слишком мало: чтобы поразить цель, создав в ней отверстие в 1 см², требуется больше 1 кДж/см².

Хотя приведенные оценки были получены несколько позже, но уже тогда, в конце 1960-х, в общих чертах они были ясны; по крайней мере, невозможность фокусировки лазерного излучения была хорошо понятна. И тем не менее о расходимости лазерного луча в атмосфере были намного более радужные надежды. Мне тогда все это было неизвестно и, более того, недоступно ввиду секретности этих данных. М. С. Рабинович, по-видимому, их знал и потому попросил Н. Г. Басова (тогда заместителя директора ФИАН) обратиться в правительство с предложением издать постановление о создании СВЧ-оружия сантиметрового диапазона длин волн. Ведь СВЧ-излучение можно сфокусировать с помощью фазированной антенной системы на площадь и ?² (где ? = 3 см — длина волны СВЧ-излучения). Если расстояние до цели h = 100 км, то для такой фокусировки радиус антенны должен быть порядка

R ~ ??h ~ 60 м.

Отсюда следует, что если источник СВЧ-излучения обладает энергией 104 Дж, то можно разгерметизировать спутник либо ракету на расстоянии более 100 км.

Н. Г. Басов от идеи М. С. Рабиновича выйти в правительство отказался, ответив, что он может обратиться лишь к тогдашнему заместителю министра радиопромышленности В. И. Маркову, чтобы тот возглавил эту тему и обеспечил финансирование соответствующих работ в лаборатории М. С. Рабиновича. Но только при одном условии: работы эти в лаборатории М. С. Рабиновича должен возглавить А. А. Рухадзе. На это уже не мог пойти М. С. Рабинович, поскольку к работам по теме «РАМУС», в недрах которой и родилась эта идея, я не имел никакого отношения.

Альянс с Н. Г. Басовым не удался, и тогда М. С. Рабинович обратился к А. М. Прохорову. В результате в 1969 году вышло постановление правительства, согласно которому большая кооперация, возглавляемая заместителем министра В. И. Марковым и академиком А. М. Прохоровым, должна была создать источник СВЧ-излучения с длительностью импульса несколько миллисекунд и общей мощностью до 20 МВт путем когерентного сложения излучения от 196 источников с точностью до 10~ю с. Это постановление существенным образом повлияло на жизнь лаборатории физики плазмы, которая финансово стала одной из самых обеспеченных в ФИАН. М. С. Рабинович в конце 1971 года создал сразу четыре сектора: И. С. Шпигелю (сектор «Стелларатор»), Л. М. Коврижных (теоретический сектор; В. П. Силин, который возглавлял этот сектор до него, из лаборатории ушел), Г. М. Батанову (сектор «РАМУС») и мне (сектор плазменной электроники).

Так я получил возможность заниматься выбранной мною темой, в которой у меня был значительный задел, — взаимодействием сильноточных импульсных релятивистских электронных пучков с плазмой и исследованием генерации СВЧ-излучения я занимался давно. Но к закрытой теме я тогда еще не был допущен и к лучевому СВЧ-оружию прямого отношения не имел.

Но уже имел отношение к лазерному оружию. И произошло это следующим образом. Еще в 1966 году я увлек идеей импульсных релятивистских электронных пучков одного из сотрудников Н. Г. Басова — О. В. Богданкевича. Он тогда завершал работы по сооружению лабораторного корпуса в г. Троицке (в филиале ФИАНа), в котором предполагалось развернуть исследования по полупроводниковым лазерам. Мы убеждали Н. Г. Басова изменить тематику лаборатории в Троицке и заняться там совместно с нами физикой релятивистских пучков. Н. Г. Басов, естественно, нам отказал, иначе он не был бы самим собой — фанатиком лазеров. Зная, однако, мое стремление к самостоятельности, предложил и мне заняться проблемой лазерного оружия. Дело в том, что в басовской теме основным активным элементом, генерирующим мощное лазерное излучение, предполагалось использовать газ SF₆J (предложенный И. С. Собельманом) при высоком давлении и в большом объеме. Полоса поглощения этого газа лежит в ультрафиолетовой области, поэтому обычные ксеноновые лампы разработанные И. С. Маршаком[41] и успешно используемые для накачки твердотельных лазеров, не годились. Возникла проблема создания эффективных источников мощного ультрафиолетового излучения для накачки SF₆J, и Н. Г. Басов предложил мне участвовать в работах по созданию таких источников на базе сильноточного самосжатого разряда в плотных газах. Мне показалось это интересным, и я согласился, а также привлек к этим работам кафедру электроники физического факультета МГУ (группу тогда молодого А. Ф. Александрова). В ФИАН в лаборатории квантовой радиофизики эти работы велись в группах В. Б. Розанов и Ф. А. Николаева. Так с начала 1968 года я приобщился к работам по лазерному оружию. Тогда же я разобрался в деталях не только басовской темы, но и прохоровской. Хотя в качестве активного элемента в последней использовалось неодимовое стекло, но и здесь необходимо было создать долгоживущие электроразрядные источники света для накачки такого лазера. Исследования были очень схожи с нашими, и, естественно, своими достижениями мы делились, в том числе и с физиками из филиала ИАЭ им. И. В. Курчатова в г. Троицке (руководил работами Е. П. Велихов). Думаю, что все мы прекрасно понимали бесперспективность создания силового лазерного оружия, особенно дальнего действия (я, по крайней мере, в этом был убежден). Но никто об этом громко не говорил. Даже Ю. Б. Харитон — научный руководитель ядерного центра в Арзамасе-16, сказавший, что ракету можно сбить только антиракетой, — активно проводил исследования по мощным лазерам у себя на объекте.

Мы с А. Ф. Александровым на физфаке, В. Б. Розанов с Ф. А. Николаевым в ФИАН, Ю. С. Протасов с Н. П. Козловым в Бауманском училище честно выполнили свою задачу — создали эффективные источники ультрафиолетового излучения для накачки мощных лазеров и были удостоены Госпремии СССР в 1981 году за цикл работ по «физике излучающей плазмы».

О еще большем блефе 1970-х и 1980-х годов по созданию лучевого оружия я узнал после того, как в 1974 году стал активным участником работ по упомянутому выше СВЧ-оружию. Дело в том, что с 1971 года в созданном для меня секторе плазменной электроники начали проводиться работы по двум направлениям. Работы по релятивистским вакуумным СВЧ-источникам проводились в группе М. Д. Райзера в тесном контакте с электронщиками НИРФИ (г. Горький). Работы же по плазменным релятивистским СВЧ-источникам проводились в группе П. С. Стрелкова. Источник пучка релятивистских электронов «Терек-1» в группе М. Д. Райзера был создан Г. П. Мхеидзе в 1972 году. Именно на этой установке (с параметрами: напряжение 670 кэВ, ток 5 кА и длительность импульса 40 не) М. Д. Райзером, Г. П. Мхеидзе, Л. Э. Цоппом (ФИАН), М. И. Петелиным, Н. Ф. Ковалевым и А. В. Сморгонским (НИРФИ) был впервые в мире реализован релятивистский СВЧ-генератор ЛОВ (названный карсинотроном) с мощностью свыше 300 МВт и кпд 14 %. Это было сенсацией. Американцы, имеющие лучшие, чем у нас, источники пучков, такого добиться не могли, в их релятивистских источниках СВЧ кпд не превышал нескольких процентов. Только через год, побывав у нас и взяв образец нашего ЛОВ, они смогли повторить наш результат.

Но и для нашей программы по СВЧ оружию и для меня лично полученный результат оказался переломным. Дело в том, что проблема сложения мощности от 196 элементов за время 10^–10 с в это время сильно буксовала (она была решена только в 1978 году). Я же высказал мнение, что для решения всей проблемы СВЧ оружия миллисекундный источник СВЧ непригоден. Чтобы пробить броню и создать в ней сантиметровое отверстие, энергоподвод к цели должен происходить за время, меньшее времени теплоотдачи вследствие теплопроводности. Это же время порядка микросекунд. Следовательно, нам нужен был источник СВЧ микросекундной длительности; для получения необходимой энергии 10 кДж/см² его мощность должна быть не менее 10 ГВт. Так появилась идея новой короткоимпульсной СВЧ установки, нового правительственного постановления, которое и вышло в 1976 году. Согласно этому постановлению, основными участниками кооперации были ИСЭ СО АН (Г. А. Месяц — источники релятивистских пучков), ИПФАН (А. В. Гапонов-Грехов — генераторы СВЧ) — эти институты создавались в соответствии с постановлением, и ФИАН (физика СВЧ воздействия). Научными руководителями работ были А. М. Прохоров и А. А. Кузьмин (директор Московского радиотехнического института — МРТИ).

При подготовке постановления я познакомился с проводимыми в лаборатории работами по СВЧ оружию и убедился в полной их несостоятельности. Более того, в обосновании нашей темы фактически отрицалась целесообразность создания длинноимпульсного СВЧ оружия. И действительно, начиная с 1977 года длинноимпульсная установка как бы заморозилась, широкая кооперация, нацеленная на создание на основе этой установки прототипа СВЧ оружия, практически перестала функционировать. А на этой установке (в основном силами сектора Г. М. Батанова в ФИАН и группы А. А. Кузовникова в МГУ) еще в течение нескольких лет проводились работы по исследованию нелинейного взаимодействия мощного СВЧ излучения с плазмой. Работы привели к очень интересным научным результатам, хотя и далеким от военного применения.

В это же время, с начала 1977 года, бурно развивались работы по созданию в МРТИ короткоимпульсной установки и ее моделей в ИСЭ СО АН и ИПФАН. Она еще подавала надежды быть прототипом будущего СВЧ оружия. Ведь по проекту предполагалось, что она должна обеспечить в сантиметровой области длин волн мощность до 1010 Вт при длительности импульса порядка 1–2 мкс, т. е. около 10 кДж в пятне порядка одного квадратного сантиметра, что и требовалось как расчетное значение критерия поражения. Другими словами, установка должна была дать возможность экспериментально подтвердить или опровергнуть расчетный критерий поражения цели мощным СВЧ излучением. Мне было любопытно узнать, была ли идея СВЧ силового оружия таким же блефом, как идея лазерного оружия? Была какая-то надежда, что нет! Думаю, что такая же надежда была и у А. А. Кузьмина (директора МРТИ), ибо он особое внимание уделял нашей теме, хотя в его институте были и более обильно финансируемые темы, например, по созданию пучкового корпускулярного (из электронов, протонов и мезонов) оружия силового действия. Бред какой-то, блеф, в стократ превосходящий блеф лазерного оружия. Это А. А. Кузьмин прекрасно понимал и все надежды возлагал на нашу тему.

Я не буду рассказывать об огромных трудностях, которые пришлось преодолеть при создании установки в МРТИ и модельных установок не только А. А. Кузьмину и В. Д. Селезневу (МРТИ), команде А. В. Гапонова-Грехова из ИПФАН (М. И. Петелину и Н. Ф. Ковалеву), инженерам Г. А. Месяца из ИСЭ СО АН (Б. М. Ковальчуку, С. П. Бугаеву), Г. А. Шнеерсону из ЛПИ и многим другим и, естественно, М. С. Рабиновичу и мне. Скажу только, что подходящая для исследования критерия поражения установка в МРТИ была создана в 1982 году и обошлась стране свыше 90 млн. долларов.

С гордостью мы пригласили Ю. Б. Харитона и показали ему эту уникальнейшую установку. Параметры пучка (уже тогда достигнутые): энергия — 3 МэВ, ток — до 100 кА при длительности импульса 2 мкс (общая энергия 600 кДж); параметры магнитного поля (уже тогда работающего): 90 кГс в объеме до 4 ? 10⁴ см³ при длительности импульса в несколько миллисекунд (общая энергия магнитного поля свыше 1 МДж); уже готовая камера взаимодействия с тремя фокальными плоскостями для определения критерия поражения в близких к натурным условиям, т. е. при давлении 10^–7 Тор в объеме 400 м³. Было чем гордиться! Ю. Б. Харитон, увидев все это, произнес убийственные слова «Я думал, что только мы пускаем деньги на ветер (наверное, имел в виду лазерное оружие — А. Р.), оказывается, вы намного больше делаете это».

Эти слова меня очень смутили, я обалдел. Ведь говорят «Жираф большой — ему видней». Так и оказалось. Более 8 лет мы безуспешно пытались достигнуть запланированных параметров СВЧ излучения. Генератор работал и даже давал нужную мощность 5 ? 10⁹ Вт, но генерация через несколько десятков наносекунд срывалась, несмотря на то, что пучок без существенных искажений продолжал пронизывать электродинамическую систему генератора СВЧ. Очень скоро разобрались в причинах неудачи — взрыв поверхности электродинамической системы ЛОВ, что приводило к отказу ее функционирования. Таким образом, к 1990 году и на силовом СВЧ оружии был поставлен крест.

Однако уже к началу 90-х короткоимпульсные источники мощного СВЧ излучения получили новый стимул. Они оказались очень эффективными при воздействии на элементы телекоммуникационных систем, на порядок эффективнее мощного лазерного излучения. И это понятно, поскольку действие лазерного излучения сводится к тепловому воздействию, то оно пропорционально интенсивности потока, в то время как действие СВЧ излучения проявляется в виде полевого пробоя в элементах и эффект пропорционален электрическому полю в потоке СВЧ волны, вследствие чего это воздействие намного эффективнее. Таким образом, возникло и успешно развивается новое направление лучевого оружия — СВЧ оружие для функционального поражения. К сожалению, с помощью наших ученых оно сильнее развивается уже на Западе, поскольку у нас в 1991 году началась и до сих продолжается «перестройка», инициированная М. Горбачевым и продолженная Б. Ельциным. Правда, и здесь остается пока еще не до конца решенная проблема, которая была сформулирована еще в нашей теме, — проблема передачи короткого (наносекундного) импульса СВЧ на большие расстояния, порядка сотен километров. Не решена она и до сих пор.

В заключение я хочу кратко остановиться на плазменных источниках мощных импульсов СВЧ. Именно такие источники СВЧ, хотя они и уступают по мощности вакуумным (о них речь шла выше — релятивистский ЛОВ-карсинотрон), по моим представлениям, являются наиболее подходящими в качестве СВЧ оружия для функционального поражения. Работы по разработке и созданию релятивистских плазменных генераторов и усилителей СВЧ излучения велись в лаборатории физики плазмы вначале в ФИАН, а с 1976 года в ИОФАН и ведутся по сегодняшний день.

Теоретические работы проводятся М. В. Кузелевым и мною с учениками, а экспериментальные — П. С. Стрелковым, А. Г. Шкваруицом, О. Т. Лозой и их сотрудниками. В создании экспериментальных стендов (в основном ускорителей) большую помощь оказали сотрудники Г. А. Месяца из ИСЭ СО АН, в особенности Б. М. Ковальчук.

Не буду рассказывать обо всех наших успехах и неудачах при разработке релятивистских плазменных СВЧ генераторов и усилителей. Отмечу только, что первый генератор заработал в 1982 году, а первый усилитель — в 1999. Приведу параметры этих приборов на сегодняшний день и отмечу их преимущества перед релятивистскими вакуумными приборами, имея в виду не только СВЧ оружие для функционального поражения, но и другую важную оборонную проблему — проблему обнаружения летательных аппаратов-невидимок, изготовленных по технологии Stealth.

Достигнутая мощность релятивистского плазменного СВЧ генератора на сегодняшний день составляет 500 МВт при длительности импульса 100 нс и кпд 10 % и до 100 МВт при длительности импульса до 500 нс и кпд 10 %. Реализованы и стабильно работают усилители на частотах 12,9 ГГц (2,3 см) и 9,1 ГГц (3,3 см), входные мощности соответственно равны 75 кВт и 40 кВт, а выходные — 20 МВт и 8 МВт, т. е. усиление в обоих случаях превышало 20 дБ.

Приведенные параметры релятивистских плазменных генераторов и усилителей СВЧ почти на порядок меньше достигнутых в вакуумных релятивистских источниках. Однако их уникальность состоит в том, что в одном таком приборе можно реализовать как узкополосную (5 %), так и широкополосную (50 %) генерацию, причем с очень широкой полосой перестройки — от 4 до 28 ГГц, т. е. в 7 раз. Причем перестройка прибора, т. е. переход от одной частоты к другой в указанной области осуществляется за время ~30 мс. Это связано с тем, что частота генерации в плазменном приборе определяется плотностью плазмы, которая может меняться в пределах 10¹²–10¹³ см^–3, причем это изменение происходит за характерное время рекомбинации ~30 мс. Отсюда следует, что уже сегодня реально создание плазменного генератора с таким же временем перестройки и работающего с частотой следования импульсов в 3 кГц. О таких возможностях вакуумных приборов и речи быть не может.

Нетрудно понять, что СВЧ генераторы с указанными параметрами позволяют быстро определить резонансную частоту наиболее сильного воздействия излучения на элементы телекоммуникационных систем и могут служить эффективным лучевым оружием для функционального поражения. Совершенно так же таким прибором можно быстро определить область частот видимости летательных аппаратов и обнаружить их. Жалко только, что в нашей стране это никому не нужно, и очень опасно, что такими источниками СВЧ усиленно интересуются западные страны.

О том, что западные специалисты уделяли и уделяют особое внимание СВЧ оружию функционального поражения свидетельствует приведенный ниже отрывок из книги высокопоставленного работника британских спецслужб Джона Колемана «Комитет 300, Тайны Мирового Правительства», Москва, изд. Витязь, 2000 (перевод с английского):

«Римский клуб», действуя по приказу Комитета 300 об устранении генерала Уль Хака, без угрызений совести пожертвовал жизнями ряда военнослужащих США, находившихся на борту самолета, включая группу «Оборонного разведывательного агентства» (US Defense Intelligence Agency), возглавляемую бригадным генералом Гербером Вассомом. Генерал Уль Хак был предупрежден турецкой секретной службой, чтобы не летал на самолетах, так как стало известно, что планируется взорвать его самолет в воздухе. Учитывая это, Уль Хак взял с собой группу военнослужащих из Соединенных Штатов в качестве «страхового полиса», как он объяснил узкому кругу приближенных советников.

В моей работе 1989 года «Террор в небе» я дал следующее описание происшедшего: «Незадолго до того, как «С-130» Уль Хака взлетел с пакистанской военной базы, рядом с ангаром, в котором стоял С-130, был замечен подозрительный грузовик. С диспетчерской башни дали предупреждение службе охраны, но пока успели что-либо предпринять, самолет уже взлетел, а грузовик уехал. Через несколько минут самолет неожиданно начал делать петлю Нестерова, а затем врезался в землю и взорвался. Объяснений подобного поведения С-130 не было, самолет имел отличную репутацию по безопасности полетов, а совместная пакистано-американская комиссия по расследованию катастрофы не обнаружила ошибок пилота или каких-либо механических или структурных неполадок. Неожиданная петля Нестерова — это, так сказать, признанная «торговая марка» самолета, пораженного импульсом ЭНЧ.

То, что Советский Союз имел возможность производить приборы, генерирующие высокоамплитудные радиочастоты, было известно на Западе по исследованиям советских ученых, работавших в отделении интенсивного релятивистского электронного излучения Института атомной энергии им. Курчатова. Среди этих специалистов были Ю. А. Виноградов и А. А. Рухадзе. Оба ученых работали в Институте физики им. Лебедева, который специализируется на электронных и рентгеновских лазерах.

То, что здесь написано, разумеется, чушь: никакого СВЧ оружия функционального поражения в 1988 году (в год гибели Зия Уль Хака) СССР не обладал. Но сегодня такое возможно, и я не уверен, что на Западе такое оружие не создано. В России, я уверяю, его нет.