Человеческий глаз не способен заметить ни полета пули, ни снаряда. Однако недавно появились радары, способные к обнаружению малоразмерных целей на больших расстояниях. Задача сделать снаряд невидимым для радиолокаторов стала актуальной в связи с созданием боевых лазеров, способных к ликвидации целей на лету, а также возможностью быстрого определения координат места старта цели по ее траектории.
Фото: Дмитрий Лекай, Коммерсантъ
Фото: Дмитрий Лекай, Коммерсантъ
В России с 2010-х годов ведутся разработки снарядов, невидимых для радаров. Одним из первоначальных решений была конструкция снаряда-невидимки, где корпус выполнен из керамики, на которую определенным образом намотаны растянутые стеклянные или базальтовые волокна с полимерным связующим (патент РФ №2625056 от 2017 года). Однако эта конструкция оказалась сложна, трудоемка, что неприемлемо для серийных изделий. Кроме того, из-за низкой плотности корпуса резко снижается поражающая способность осколков, а радиолокационная заметность снаряда уменьшается не в полной мере. Трудно избавиться от металлических деталей в конструкции снаряда (взрыватель, поражающие элементы, хвостовое оперение и др.), но даже при их отсутствии объекты из радиопрозрачных материалов обнаруживаемы радиолокаторами за счет отражения электромагнитных волн на границе раздела сред с различными значениями комплексной диэлектрической проницаемости (воздуха и керамики).
Перспективной оказалась конструкция снаряда-невидимки, корпус которого выполнен из высокопрочного полимерного материала с наполнителем из неэлектропроводных прочных волокон типа стекловолокна, дайнемы, спектры, зайлона. Такая конструкция снаряда более технологична, менее трудоемка, но обладает теми же недостатками, что и приведенная выше.
В этом году Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский федеральный ядерный центр—Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» получило патент РФ на изобретение инновационного снаряда. Технический результат достигается тем, что в снаряде-невидимке корпус изготовлен из радиопоглощающего высокопрочного полимерного материала, наполненного углеродным волокном. Все детали снаряда сверху покрыты слоем полимерного радиопоглощающего материала с меньшим значением диэлектрической проницаемости, чем у материала корпуса. В корпусе размещен стакан со взрывчатым веществом, изготовленный из композиционного радиопоглощающего полимерного материала с большей диэлектрической проницаемостью, чем у материала корпуса, и с плотностью 5–7 г/куб. см, на поверхности которого сформированы пирамидальные выступы, а зазоры между стаканом и корпусом заполнены диэлектриком. В качестве радиопоглощающего материала использован слой полимерного лака, содержащего углеродные нанотрубки в количестве от 0,5 до 2 массовых процентов по сухому остатку лака.
Изобретение реализуется следующим образом.
Все детали снаряда выполнены из радиопоглощающих материалов (РПМ). Диапазон частот электромагнитного излучения средств радиолокационного обнаружения чаще всего составляет от 5 до 20 ГГц, поэтому резонансные РПМ интерференционного типа поглощения использовать нецелесообразно. Наибольший спектр возможностей по выбору связующих, наполнителей и свойств композитов принадлежит РПМ с диэлектрическим типом поглощения (за счет омических потерь). Такие РПМ широкополосны, технологичны в приготовлении и переработке. Варьированием концентрации проводящих наполнителей можно получить РПМ с различными значениями диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь, что позволяет легко реализовывать градиентную послойную структуру РПМ в изделии. Учитывая, что в конструкционном РПМ с электропроводящим наполнителем поглощение энергии исключительно связано с потерями электрического типа, для достижения заданных значений коэффициента поглощения электромагнитной волны необходимо увеличивать концентрацию наполнителя. Однако при достижении критической концентрации наполнителя, собственная сквозная проводимость композиционного материала скачкообразно возрастает (точка перколяции), что приводит к увеличению отражения падающей электромагнитной волны от внешней границы материала. Это явление обусловлено несоответствием волновых сопротивлений сред свободного пространства и материала, что приводит к снижению эффективности работы РПМ.
Согласование волновых сопротивлений сред свободного пространства и материала может быть обеспечено использованием многослойного РПМ градиентного типа. Внешний слой таких материалов должен обладать наименьшим значением диэлектрической проницаемости, а у последующих слоев ее значение должно увеличиваться вглубь материала.
Примером реализации перечисленных особенностей РПМ может служить конструкция снаряда, корпус которого изготовлен из высокопрочного полимерного материала, наполненного углеродным волокном. В качестве такого материала могут использоваться полиамид марки ПА-Л-УВ20 или поликарбонат марки ПК-Л-УВ20 по ТУ 2226-017-38259290-2015 или другие пластмассы с пределом прочности при сжатии не менее 100 МПа и величиной удельного объемного электрического сопротивления от 1 до 1 млн кОм•см. Такие материалы обладают достаточной прочностью, характеризуются приемлемыми радиопоглощающими свойствами. Величина диэлектрической проницаемости этих материалов составляет от 10 до 100 и для уменьшения отражения электромагнитного излучения от поверхности корпуса целесообразно нанести на его поверхность слой РПМ с меньшей величиной диэлектрической проницаемости и величиной удельного объемного электрического сопротивления от 0,1 до 10 ГОм•см.
Оптимальным в данном случае будет слой толщиной от 50 до 500 мкм любого полимерного лака, содержащего от 0,5 до 2 массовых процентов (по сухому остатку) углеродных нанотрубок (например марки «Таунит-М» по ТУ 2166-001-77074291-2012). Такая конструкция корпуса будет обладать наименьшей величиной отражения электромагнитного излучения и минимальной себестоимостью.
Изготовление снаряда предлагаемой конструкции производится с помощью пресс-форм, характеризуется малой величиной продолжительности технологического цикла и трудоемкости, требует минимум доработок с использованием ручного труда. Для обеспечения высокой механической прочности снаряда зазор между стаканом и корпусом рекомендуется заполнять радиопрозрачным полимерным компаундом (например, КП-50).
Благодаря применению в качестве материала стакана полимерного радиопоглощающего материала, обладающего плотностью более 5 г/куб. см (близкой к плотности железа), получена высокая поражающая способность осколков при взрыве, близкая к поражающей способности на основе железа.