Как был устроен атомный снаряд W33

[fonzeppelin]

Недавно наткнулся на крайне интересные данные, посвященные устройству атомного снаряда W33 — 8-дюймового (203-мм) атомного артиллерийского снаряда, состоявшего на вооружении армии США с 1957 по 1992 год

Атомный снаряд W33 был первым американским атомным боеприпасом, предназначенным для артиллерии обычного калибра. Все предыдущие атомные снаряды — W9 и W19 — подходили только для специально сконструированных тяжелых 280-мм пушек M65, громоздких и немногочисленных. Снаряд W33 же можно было выстрелить из стандартной 8-дюймовой (203-мм) гаубицы M115, которых на вооружении состояли многие сотни.



Подобный боеприпас предоставлял огромные тактические преимущества. Теперь атомный удар на поле боя не требовал доставки специализированной (немногочисленной и громоздкой) атомной пушки. Достаточно было иметь рядом любую батарею, оснащенную гаубицей M115 или ее самоходной версией M110. Немаловажное значение имел и психологический фактор; противник, зная, что буквально любая американская тяжелая гаубица может нанести атомный удар, вынужденно действовал бы осторожнее.

Однако реализовать такую возможность оказалось непросто. Атомная технология середины 1950-ых все еще не позволяла использовать в артиллерийских боеприпасах (разумного диаметра) плутониевую имплозию — наиболее эффективный и дешевый способ сборки сверхкритической массы. Поэтому как и предыдущие атомные снаряды армии США, снаряд W33 использовал «пушечную» схему на обогащенном уране. Внутри снаряда находился короткий ствол, по которому урановая «пуля» выстреливалась в урановую «мишень». Такая система была дорогой и неэффективной... но единственной, которая на тот момент могла сработать для атомной бомбы в габаритах артиллерийского снаряда.
При этом чтобы впихнуть сборку «пушечной» схемы в стандартный 8-дюймовый снаряд — длиной около 94 сантиметров и наибольшим диаметром всего в 20 сантиметров — инженерам пришлось пойти на целый ряд нестандартных решений.

КОРПУС СНАРЯДА:
Корпус снаряда W33 был изготовлен из титана. Это было связано с тем, что внутренняя начинка атомного снаряда — почти половину веса которой составлял уран! — была значительно тяжелее, чем у обычного фугасного снаряда M106. И чтобы баллистические характеристики атомного снаряда не расходились значимо с баллистическими характеристиками обычных фугасов, его наружная оболочка была сделана из более легкого металла.

Снаружи атомный снаряд существенно отличался от обычного; его корпус состоял из трех свинчиваемых вместе частей (головного обтекателя, центральной части и основания), а гнездо для головного взрывателя в носовой части отсутствовало. Напротив, донце снаряда было отвинчиваемым, и имело гнездо для установки донного таймерного взрывателя. Снаряд был окрашен в стандартный оливково-зеленый цвет, и официально обозначался белыми буквами как «PROJECTILE ATOMIC M442».

Интересной деталью маркировки были черные точки — маркеры самоуничтожения - нанесенные на обшивку снаряда в районе расположения критических компонентов. Они обозначали места, куда необходимо закрепить кумулятивный заряд, чтобы гарантированно разрушить снаряд во избежание захвата неприятелем. Действующей инструкцией армии США было, что атомные боеприпасы ни при каких обстоятельствах не должны попасть в руки противника; поэтому если батарее угрожал неминуемый захват, артиллеристы должны были уничтожить все атомные боеприпасы с помощью прилагавшихся к ним кумулятивных зарядов.
ПУШЕЧНАЯ СБОРКА:
Как уже упоминалось выше, W33 был снарядом «пушечной» схемы сборки — то есть внутри снаряда располагался ствол, по которому урановая «пуля» выстреливалась в урановую мишень. Однако необходимость впихивать такую систему в жестко ограниченные габариты стандартного 203-мм снаряда привела к использованию... весьма нестандартных решений.

Ствол пушечной сборки внутри W33 имел кольцевидную форму. Фактически, он представлял собой два цилиндра, вложенные один в другой. Поскольку кольцевидная форма ствола порождает некоторые проблемы с определением того, что внутри чего находится, я далее буду использовать термины «канал ствола» и «внутренняя полость ствола»:
* Канал ствола — это пространство между внутренними и наружными стенками, по которому движется урановая «пуля»;
* Внутренняя полость ствола — это пространство внутри внутренних стенок ствола, завершающееся пороховой каморой;
Такое необычное решение было связано с необходимостью использовать более тяжелую урановую «пулю» без риска становления таковой субкритической. «Пуля» в виде широкого кольца с отверстием большого диаметра была наилучшим решением — но чтобы разогнать такую пулю до необходимой скорости в относительно коротком стволе, необходима была хорошая обтюрация. В противном случае, потери пороховых газов не позволили бы добиться нужной скорости сборки. А добиться хорошей обтюрации для кольцевидной пули можно было только используя кольцевидный ствол.
В основании внутренней полости ствола находилась пороховая камора с перфорированными стенками — открывающимися в канал ствола. Камора заряжалась зарядом бездымного баллистического пороха (точный вес не указан). При подрыве заряда, пороховые газы через отверстия каморы проникали в канал ствола, и толкали урановую «пулю» по нему.
УРАНОВОЕ ТОПЛИВО:
В качестве ядерного топлива, снаряд W33 использовал ораллой — уран высокого обогащения. Плутоний для бомб пушечного типа был неприменим из-за наличия короткоживущего изотопа плутоний-240, примесь которого могла вызвать пре-детонацию и разрушение бомбы до того, как большая часть атомного топлива успеет прореагировать. Общая масса обогащенного урана в снаряде составляла 52 килограмма, разделенных на три компонента:
* Кольцевидную «пулю» весом 6 кг — которая заряжалась в канал ствола у основания снаряда, и подрывом заряда бездымного пороха в каморе выстреливалась по стволу вперед, в сторону «мишени»;
* Цилиндрическую «мишень» весом 14 кг — мишень располагалась в конце ствола у вершины снаряда. Во внутреннюю полость ствола выдавался специальный выступ. Когда «пуля» достигала мишени, она надевалась на этот выступ, тем самым завершая сборку;
* Наружные кольца весом 32 кг — эти кольца были надеты на ствол снаряда снаружи у основания, и после выстрела из орудия, смещались вперед с помощью мощных пружин, пока не оказывались поверх «мишени». Чтобы кольца не сдвинулись вперед преждевременно (что сделало бы сборку субкритической и резко повысило радиоактивное излучение от снаряда) их удерживали на месте специальные стопоры на шпеньках из легкоплавкого сплава. При выстреле корпус снаряда нагревался, тепло плавило шпеньки, и стопоры опускались, освобождая путь для урановых колец;
Как и все сборки пушечного типа, W33 был очевидно неэффективным решением. Снаряд требовал 52 килограммов урана высокого обогащения — практически столько же, сколько и 500-килотонная «суперораллоевая» бомба Mk-18. Но такая неэффективная система была единственным на тот момент доступным решением, позволявшим сделать атомное оружие безопасным для применения вблизи линии фронта.
КОРОТКОЖИВУЩИЕ КОМПОНЕНТЫ:
В головной части снаряда, в специально предусмотренных нишах, устанавливались так называемые «короткоживущие компоненты» — нейтронный инициатор и термоядерный бустер. Эти компоненты назывались «короткоживущими» потому, что в них использовался тритий, радиоактивный изотоп водорода с периодом полураспада всего 12 лет. Поэтому каждые несколько лет эти компоненты приходилось заменять на новые.

* Нейтронный инициатор — предназначался для того, чтобы в момент завершения критической сборки, «воспламенить» цепную реакцию вспышкой нейтронного излучения. В отличие от предыдущих атомных снарядов, нейтронный инициатор W33 использовал ионную пушку (по сути, катодную лучевую трубку, как в телевизоре), разгонявшую ионы дейтерия в среде трития; в результате происходил слабый термоядерный синтез, сопровождавшийся интенсивным выделением нейтронов.
Для активации нейтронного инициатора использовался пьезоэлектрический кристалл, который сжимался с помощью небольших зарядов взрывчатки. Длинный шток вел от нейтронного инициатора внутрь канала ствола; когда урановая «пуля» ударяла о «мишень», она била по штоку, тот вдвигался, инициируя детонацию взрывчатки. Кристалл сжимался, и вырабатываемый электрический импульс запускал ионную пушку;
* Термоядерный бустер — представлял собой колбу со смесью газообразных дейтерия и трития. Узкая трубка, в норме перекрытая клапаном, вела от колбы внутрь урановой «мишени». При выстреле, ускорение снаряда открывало клапан и выдавливало газовую смесь в небольшую полость внутри «мишени».
При переходе урановой сборки в сверхкритическую, интенсивное выделение тепла разогревало дейтериево-тритиевую смесь внутри урановой «мишени», и в ней начиналась термоядерная реакция. Выделяющиеся от Д-Т синтеза высокоэнергетические нейтроны влетали в урановое топливо вокруг, «дожигая» его и тем самым значительно повышая эффективность заряда — и мощность взрыва.
ТРОЙНОЙ ТАЙМЕР:
Подрыв снаряда W33 осуществлялся по времени, с помощью механического таймера. А точнее, целой комбинации из трех (!) механических таймерных взрывателей M543, вставленных один за другим во внутреннюю полость ствола. Такая сложная конструкция использовалась в связи с повышенными требованиями к надежности атомного снаряда; он должен был обязательно сработать, даже если один или два таймера умудрятся выйти из строя.

Установка таймеров выполнялась вручную, с помощью специального ключа. Расчет орудия вычислял (используя стандартные баллистические таблицы) время полета снаряда с точностью до 0,1 секунды — чтобы подрыв произошел на нужной дистанции и заданной высоте. Полученная задержка выставлялась на всех трех таймерах перед тем, как их устанавливали внутрь снаряда.
Таймеры запускались от сотрясения при выстреле из орудия. Во избежание преждевременного срабатывания одного из таймеров имелся центробежный предохранитель, который перегораживал путь от детонатора взрывателя к пороховому заряду. Под действием центробежной силы при вращении снаряда предохранитель постепенно разблокировался, открывая путь вспышке детонатора.
РЕГУЛИРОВКА МОЩНОСТИ:
В отличие от предшествующих моделей атомных снарядов, мощность взрыва W33 можно было регулировать. Имелись четыре установки — на 1, 2, 5 и 10 килотонн. Выбор конкретной мощности осуществлялся при сборке снаряда перед выстрелом.
Во-первых, с каждым снарядом W33 поставлялись два набора наружных урановых колец (низкие и высокие), мощность взрыва определялась тем, какой именно набор был установлен. Во-вторых, мощность взрыва регулировалась тем, установлен ли в снаряд термоядерный бустер (колба с дейтериево-тритиевой смесью), или же инертный заменитель.

Низкие кольца (слева, со стальным компенсатором) и высокие кольца (справа)

Предположительно, для определения мощности использовались следующие комбинации:
* 1 килотонна — низкие кольца, нет Д-Т бустирования;
* 2 килотонны — высокие кольца, нет Д-Т бустирования;
* 5 килотонн — низкие кольца, с Д-Т бустированием;
* 10 килотонн — высокие кольца, с Д-Т бустированием;

Визуализация с помощью Nukemaps, слева-направо: 1 кт, 2 кт, 5 кт, 10 кт. Все взрывы наземные.

Интересно отметить, что когда прототип снаряда TX-33 был испытан на полигоне (подземное испытание «Aardvark» в ходе серии тестов «Nougat» 12 мая 1962 года), мощность взрыва составила 40 килотонн, то есть почти в четыре раза выше чем у серийных боеприпасов. Высказывается предположение, что в ходе теста «Aardvark» прототип снаряда был перегружен дейтериево-тритиевой смесью, и на серийных образцах мощность бустера уменьшили.
ПРОЦЕДУРЫ ХРАНЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ:
Хранение атомного снаряда W33 проходило в частично-разобранном виде. Наружные урановые кольца, а также короткоживущие компоненты хранились отдельно от остального снаряда. Вместо таймеров и порохового заряда, во внутреннюю полость ствола помещалась «заглушка» в виде перфорированной металлической трубы, заполненной десикантом (веществом, поглощающим влагу из воздуха), поддерживающим внутренности снаряда сухими даже во влажном климате. Заглушка удерживалась на месте при помощи диска с механическим кодовым замком, ввинченного в основание снаряда; чтобы извлечь заглушку, требовалось ввести код, известный только старшим офицерам артиллерийской батареи. Предполагалось, что такая мера помешает применить атомный снаряд без соответствующей авторизации.

Особого обслуживания во время хранения W33 не требовал. Основной процедурой обслуживания было обновление слоя смазки (дисульфида молибдена) снаружи ствола и очистка наружных урановых колец от образующегося оксида. Это было необходимо, чтобы урановые кольца свободно скользили по поверхности ствола.
При подготовке к выстрелу, расчет орудия выполнял сборку снаряда исходя из указанной мощности взрыва. Наружные урановые кольца — низкие или высокие — извлекались из ящиков и устанавливались на свои места. Заглушка извлекалась, и на ее место устанавливался тройной таймерный взрыватель (предварительно выставленный на рассчитанную задержку) и камора с пороховым зарядом. После этого к основанию снаряда привинчивали донце, которое запирало камору и сжимало пружины под наружными урановыми кольцами.

Финальной стадией подготовки снаряда к выстрелу была установка короткоживущих компонентов. Головная часть снаряда отвинчивалась, и в соответствующие ниши вставлялись нейтронный инициатор и (если требовалось) термоядерный бустер. После чего головную часть привинчивали обратно к телу снаряда. С этого момента сборка W33 была завершена и снаряд был полностью готов к выстрелу.
В момент выстрела, мощная перегрузка запускала механизмы таймеров и открывала клапан в термоядерном бустере. Вытекающая из колбы Д-Т смесь заполняла канал ствола. Под действием центробежной силы при вращении снаряда, предохранительный механизм взводился через заданное число оборотов, и разблокировал детонаторы взрывателей.

Нагрев обшивки снаряда при выстреле приводил к тому, что соединенные с ней легкоплавкие основания стопоров размягчались, и стопоры под действием центробежной силы убирались в соответствующие ниши. Распрямляющиеся пружины проталкивали наружные урановые кольца мимо стопоров; дальше кольца скользили вперед по мере замедления снаряда трением о воздух, пока не упирались в стопорные болты прямо над урановой «мишенью». С этого момента, снаряд переходил в субкритическое состояние и был полностью готов к подрыву.
Когда таймерный взрыватель достигал нулевой отметки, срабатывал детонатор, воспламеняя пороховой заряд в каморе. Через перфорированные стенки каморы, горячие газы поступали в канал ствола, толкая урановую «пулю» вперед. При этом размещенный впереди «пули» резиновый обтюратор вытеснял заполнявшую ствол Д-Т смесь в полость внутри урановой «мишени».

Когда «пуля» достигала «мишени», сборка становилась сверхкритической. Отверстие пули надевалось на выступ мишени, превращая урановые компоненты снаряда в единый цилиндр с Д-Т смесью внутри. В момент удара «пули» о «мишень», шток нейтронного инициатора вдавливался внутрь, пьезоэлектрический кристалл сжимался, и сработавшая ионная пушка направляла поток ионов дейтерия через капсулу с тритием. Синтез дейтерия и трития в нейтронном инициаторе порождал вспышку нейтронов, «разжигавшую» цепную реакцию в урановой сборке.
По мере хода реакции распада, в процесс взрыва включалась Д-Т смесь из термоядерного бустера. К моменту, когда всего лишь около 1% атомов урана было вовлечено в цепную реакцию, температура и давление внутри урановой сборки возрастали до такой степени, что в заполнявшем сборку дейтериево-тритиевом газе начиналась реакция синтеза. Сама по себе она была слишком слабой, чтобы добавить сколь-нибудь заметной энергии к мощности взрыва. Но порождаемые Д-Т синтезом быстрые нейтроны, пролетая сквозь окружающий уран, многократно ускоряли ход реакций распада, «дожигая» урановое топливо.
РАЗВЕРТЫВАНИЕ:
Атомные снаряды W33 появились на вооружении армии США в 1957 году. По некоторым данным, изначально на вооружение заступила «экстренная» версия — с фиксированной мощностью в 2 килотонны, без термоядерного бустера и с устаревшим полониевым нейтронным инициатором. Это было связано с тем, что программа разработки атомных снарядов считалась «особо важной» в плане сдерживания превосходящих (многократно) наземных сил Варшавского Договора в Европе. Атомная артиллерия США и НАТО была одним из тех немногих факторов, который западные страны могли противопоставить огромным армиям СССР и ОВД, и появление атомных снарядов обычного калибра рассматривалось как критически важный аргумент. Более 2000 единиц W33 было выпущено с 1957 по 1965-ый год.

Самоходные гаубицы M110 во Вьетнаме.

Тактическое значение W33 было практически столь же революционным, как и первых атомных артиллерийских снарядов вообще. Разрушительная энергия, сравнимая с многочасовым артиллерийским барражем из тысяч стволов теперь могла быть реализована одним выстрелом из одной гаубицы — причем стандартной, не специализированной гаубицы. Детонация одного атомного снаряда над неприятельскими позициями (совершенно внезапная, так как противник не имел возможности предугадать применение атомного снаряда из обычной гаубицы) могла уничтожить живую силу, разрушить полевые укрепления и вывести из строя небронированную технику в радиусе более километра. И хотя W33 не был специализированным «нейтронным» боеприпасом, но его нейтронное излучение было достаточно мощным, чтобы вывести из строя экипажи танков 1950-ых (не имевших еще радиационной защиты) на дистанции в сотни метров от эпицентра.
Не менее важным было косвенное воздействие атомных снарядов на противника. Неприятель, знающий о потенциальной возможности атомного удара из любого тяжелого орудия, был вынужден рассредотачивать свои построения, чтобы сделать их менее уязвимыми — но одновременно и менее эффективными. Сам факт существования W33 сковывал действия оппонента, вынуждая его постоянно исходить из риска атомной атаки.

На основе W33 также проектировался 240-мм атомный снаряд W32 для 240-мм тяжелой полевой гаубицы M1, и флотский 203-мм снаряд для орудий тяжелых крейсеров. Первый проект не был реализован из-за того, что армия США решила снять устаревшие 240-мм гаубицы с вооружения, а второй — из-за того, что флот не проявил к нему интереса.
В 1981 году, армия США начала заменять снаряды W33 атомными боеприпасами нового поколения W79 — работавшими на линейной плутониевой имплозии и не требующих такого большого запаса дефицитного урана. Тем не менее, W33 еще долго оставались в резерве; этому способствовала их надежная и долговечная конструкция. Последние образцы W33 были разобраны только в 1992 году, уже после окончания Холодной Войны.

Comments

[lev]

спасибо, интересное устройство

[fonzeppelin]

Пожалуйста, рад, что заинтересовало!