ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ БАРЬЕРНОЕ ОРУЖИЕ ПВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГРАЖДАНСКИХ И ВОЕННЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ ВЫСОКОТОЧНОГО ОРУЖИЯ Российский патент 2008 года по МПК F41H11/04 

Изобретение относится к средствам обороны, конкретно к устройствам воздушного, морского и наземного заграждений.

Известны устройства воздушного заграждения (RU 93054929, Кл. F41H 11/04, 1994; RU 2189557, Кл. F 41 H 11/02; RU 2189558, Кл. F 41 H 11/02; RU 2000130070, Кл. F 41 H 11/02, 2002), основанные на использовании аэростатных средств заграждения, противовоздушных мин с доплеровскими взрывателями и вертикальной преграды в форме "стены" из взлетающих и падающих камней для защиты ЦКП, РЛС, ЗРК, АЭС, УС и других гражданских и военных объектов от "москитных" (интервал между целями - единицы - десятки секунд) налетов низколетящих робототехнических средств нападения противника (ВТО, БПЛА, КР) с обычными (неядерными) боеголовками.

Недостатком известных устройств является необходимость отчуждения вокруг обороняемого объекта больших территорий и недостаточная вероятность перехвата целей.

Известно устройство космического заграждения (RU 2166174, Кл. F 42 B 12/56, 2001), основанное на создании у обороняемого космического аппарата абразивного щита - облака из абразивных частиц со стороны подлета атакующей ракеты боевого космического аппарата.

Недостатком данного устройства является недостаточная вероятность поражения маневрирующей атакующей боеголовки, засорение космоса абразивными частицами, большой расход абразивного материала, трудность доставки в космос большого количества расходного материала и проблемы последующей очистки космоса от абразивных частиц.

Известны устройства морского заграждения (Советская военная энциклопедия. Военное издательство МО СССР. Т.3, с.361-362), основанные на использовании сетей и мин для защиты кораблей и подводных лодок от торпед и мин.

Недостатком этих устройств является невозможность их использования для борьбы с робототехническими средствами нападения противника (ВТО, БПЛА, КР), авиабомбами, ракетами и снарядами с обычными (неядерными) боеголовками.

Известны устройства наземного заграждения (RU 98109140, RU 2192607, F 41 H 5/04, 2002), основанные на использовании активной брони ячеистой конструкции, устанавливаемой непосредственно на объекте обороны и включающей чередующиеся слои металла, взрывчатого вещества или окислителя для подрыва атакующих ракет и снарядов на внешней стороне брони.

Недостатком этих устройств является большие веса и недостаточная надежность защиты обороняемого объекта.

Известно электрическое заграждение (Советская военная энциклопедия. Военное издательство МО СССР. Т.3, с.361), содержащее два ряда токопроводящих заграждений, электрически изолированные между собой и соединенных с разноименными полюсами источника высоковольтного напряжения. При этом каждое заграждение выполнено в виде металлической сетки или системы проводников, подвешенных на изоляторах вертикальных опор вокруг обороняемого объекта, а в качестве источника высоковольтного напряжения использована сетевая высоковольтная линия переменного напряжения 6 кВ.

Недостатком известного электрического заграждения (наземного барьерного оружия) является пригодность его использования для поражения только живой силы противника.

Задачей изобретения является создание электрического барьерного оружия ПВО для защиты гражданских и военных объектов (административные здания, узлы правительственной связи, ЦКП и КП, позиции РВСН, ЗРК, РЛС, корабли ВМФ, энергетические центры, трансформаторные подстанции РАО ЕЭС, станции Газпрома, стратегические мосты) от воздушных средств нападения (ВТО, БПЛА, КР и др.) с обычными (неядерными) боеголовками. При этом техническим результатом предложенного вида оружия является расширение его боевых возможностей по видам отражаемых средств нападения, а также повышение надежности поражения последних.

Указанный технический результат достигается тем, что электрическое барьерное оружие для защиты гражданских и военных объектов от средств террора и военной агрессии, содержащее двухрядное электрическое заграждение, каждый ряд которого соединен с разноименными полюсами высоковольтного источника электрической энергии, согласно изобретению источник электрической энергии выполнен в виде накопителя электрической энергии.

При этом в качестве накопителя электрической энергии оно содержит емкостной или индуктивный накопитель с энергией не менее 1 МДж и постоянной времени разряда не более 10^-5 с, а также - с возможностью подзарядки от электрической сети или от автономного источника электрической энергии, мощностью не менее 300 кВт. Емкостной накопитель энергии содержит последовательно соединенные высоковольтный трансформатор, выпрямитель, емкостной умножитель напряжения, блок высоковольтных конденсаторов и коммутатор. Двухрядное электрическое заграждение выполнено из металла, токопроводящей жидкости или ионизированного газа.

Использование в электрическом барьерном оружии в качестве источника электрической энергии накопителя энергии позволяет расширить боевые возможности, а именно использовать эффект практически мгновенного разряда накопителя энергии для борьбы с высокоскоростными летательными аппаратами. При этом исключается также необходимость использования для противоздушной обороны объектов дорогостоящих ракет и зенитных орудий с взрывоопасными боевыми частями. Учитывая, что стоимость зенитных ракет для перехвата ВТО приблизилась к миллиону долларов, использование для ПВО предлагаемого оружия, основанного на использовании дешевой электрической энергии дает дополнительно существенный экономический эффект.

Выполнение накопителей с энергией не менее 1 МДж (в тротиловом эквиваленте не менее 0.3 кг взрывчатого вещества) и выделение этой энергии на средстве нападения, например боеголовке, за время не более 10^-5 с (мощность энергии не менее 10¹¹ Вт) приводит к разрушению конструкции корпуса боеголовки и инициированию ее боевого заряда при замыкании последним электрического заграждения. Это, в свою очередь, позволяет расширить боевые возможности предлагаемого оружия и подрывать ГЧ, ВТО, БПЛА всех типов со скоростями до 6 км/с. Выполнение накопителя с возможностью подзарядки от электрической сети или от автономного источника электрической энергии, мощностью не менее 300 кВт, обеспечивает возможность подготовки накопителя энергии к отражению очередной боеголовки через 3.3 с. Это соответствует минимальному периоду следования целей при воздушных налетах робототехнических средств нападения "москитного" типа (ж. "Вооружение. Политика. Конверсия". №1, 2004, с.34-38). Выполнение электрического заграждения из токопроводящей жидкости или ионизированного газа дополнительно позволяет повысить надежность обороны за счет уменьшения вероятности вывода из строя воздушного заграждения при взрыве боевой части. Это связано с отсутствием разрушаемой физической преграды на пути движения цели. В целом указанные технические преимущества позволяют расширить боевые возможности предлагаемого вида оружия, увеличить надежность поражения целей и, тем самым, достичь заявленного технического результата.

Изобретательский уровень заявленного изобретения объясняется тем, что создан неизвестный ранее вид заградительного (барьерного) оружия ПВО, наблюдается скачкообразный, более чем на порядок прирост боевых возможностей предлагаемого изобретения по борьбе со сверхскоростными летательными аппаратами по сравнению с известными средствами ПВО. При этом сохраняется возможность борьбы и с малоскоростными наземными средствами нападения, например с автомобильным транспортом, начиненном взрывчаткой. В данном случае обеспечивается возможность защиты точечных объектов не только в военное время, но и в мирное - от террористов и диверсантов, оснащенных современными средствами нападения.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого вида оружия, на фиг.2, 3, 4 - возможные варианты конструктивного исполнения отдельного ряда электрического заграждения, соответственно из металла, токопроводящей жидкости и ионизированного газа.

Электрическое барьерное оружие ПВО для защиты гражданских и военных объектов от высокоточного оружия содержит двухрядное электрическое заграждение, каждый ряд которого соединен с разноименными полюсами источника 2 электрической энергии. Источник 2 электрической энергии выполнен в виде емкостного накопителя энергии, содержащего последовательно соединенные высоковольтный трансформатор 3, выпрямитель 4, емкостной умножитель 5 напряжения, блок 6 высоковольтных конденсаторов и коммутатор 7. Источник 2 выполнен с выходной энергией и постоянной времени разряда τ≤10^-5 с, где С, U - емкость и выходное напряжение блока 6, путем соответствующего подбора параметров элементов 3÷7 и резистивных элементов разрядной цепи. Источник 2 может быть выполнен также по известной схеме индуктивного накопителя с параметрами, аналогичными емкостному накопителю. Выполнение накопителей с энергией не менее 1 МДж (в тротиловом эквиваленте не менее 0,3 кг взрывчатого вещества) и выделения этой энергии в результате замыкания электрической цепи боеголовкой за время не более 10^-5 с выбраны из условия создания мощности в импульсе не менее 10¹¹ Вт для надежного разрушения боеголовки и инициирования ее боевой части. Источник 2 выполнен с возможностью подзарядки от электрической сети или от автономного источника электрической энергии, например дизельного генератора, мощностью не менее 300 кВт, для обеспечения возможности накопления энергии для перехвата воздушных целей с периодом следования не менее 3,3 с. Потенциальные разнополярные выходы коммутатора 7 соединены с вертикальными изолированными друг от друга рядами двухрядного электрического заграждения 1. Каждый ряд двухрядного электрического заграждения 1 выполнен из металла, токопроводящей жидкости или ионизированного газа. Заграждение 1 из металла может быть выполнено в виде сеток 8 (фиг.2), подвешенных на изоляторах к высоковольтным опорам. Заграждение 1 из токопроводящей жидкости (фиг.3) может быть выполнено в виде подвешенной на изолированных опорах горизонтальной трубы 9 с отверстиями в нижней части и продольного корыта 10, установленного под трубой 9. В качестве токопроводящей жидкости может быть использована, например, соляная кислота. При этом труба 9 и корыто 10 соединены между собой через насос 11 и трубопровод 12. Заграждение из ионизированного газа выполнено в виде удлиненной кварцевой лампы 13 с открытой продольной диафрагмой 14 в верхней ее части.

Электрическое барьерное оружие работает следующим образом. В угрожаемый период на высоковольтный трансформатор 3 накопителя энергии 2 подается переменное напряжение, например 6 кВ и мощностью 300 кВт. С выходной обмотки трансформатора 3 высоковольтное напряжение подается на выпрямитель 4. Далее в умножителе 5 напряжение умножается и подается в блок 7 для зарядки его высоковольтных конденсаторов. В течение 3,3 с напряжение на выходе блока 7 достигает максимального значения (сотни кВ) и в блоке 7 накапливается энергия не менее 1 МДж (в тротиловом эквиваленте не менее 0,3 кг взрывчатого вещества). По данным внешнего целеуказания на вход разрядника 8 подается управляющий сигнал и разнополярное напряжение блока 7 конденсаторов прикладывается к рядам электрического заграждения 1. При прохождении боеголовки 15 между рядами электрического заграждения 1 происходит замыкание конденсаторов блока 7 через обшивку боеголовки 15. При этом на боеголовке 15 выделяется накопленная энергия за время, не превышающее 10^-5 с, при токе разряда 0,1-0,5 МА. Образующийся при этом тепловой импульс и ударная волна, возникающая в результате сублимации (мгновенного испарения металла с поверхности боеголовки), приводят к разрушению боеголовки 15 и инициированию ее боевого заряда из взрывчатого вещества. В случае использования в качестве электрического заграждения 1 металлической сетки 8 отдельные ее ячейки могут быть повреждены взрывом боеголовки. Поэтому при достаточном повреждении сетка 8 подлежит замене в период между налетами воздушных целей. В случае использования жидкостного заграждения при подлете целей включают насос 11 и токопроводящая жидкость из корыта 10 и трубопровода 12 выдавливается струями 16, образуя заряженную завесу из токопроводящей жидкости между трубой 9 и корытом 10. Поражение боеголовки 15 при этом аналогично вышеприведенному примеру. При использовании заграждения (фиг.4) из ионизированного газа в угрожаемый период включают кварцевые лампы 13, диафрагмы 14 которых формируют в вертикальной плоскости два параллельных плоских луча. Ультрафиолетовое излучение кварцевых ламп 13 взаимодействует с атомами и молекулами воздушной среды. При этом в лучах образуются носители тока (электроны, положительные и отрицательные ионы). Полученные ионизированные образования создают двухрядное электрическое заграждение, обеспечивающее поражение проходящих через него средств нападения аналогично вышеприведенным примерам электрических заграждений.

Данное изобретение не ограничивается вышеприведенным примером его осуществления. В рамках данного изобретения возможно и другое исполнение элементов предложенного вида оружия ПВО. Так высоковольтный трансформатор 3, выпрямитель 4, емкостной умножитель 5 напряжения емкостного накопителя 2 энергии могут быть выполнены в виде отдельного зарядного устройства. При достаточном входном напряжении умножитель напряжения 5 может быть исключен из схемы зарядного устройства. Для уменьшения весогабаритных параметров зарядное устройство может быть дополнительно снабжено преобразователем частоты с 50 Гц до 400 Гц, установленным на входе высоковольтного трансформатора. При этом трансформатор 3 может быть выполнен на облегченных ферритовых магнитопроводах.

Изобретение разработано на уровне технического предложения и математического моделирования физических процессов, возникающих при разряде высоковольтных источников энергии (Яворский Б.М. и др. Справочник по физике. М.: Наука, 1965; Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. Ю.Г.Барыбина и др. М.: Энергоатомиздат, 1990).

Изобретение относится к средствам противовоздушной обороны. Техническим результатом является повышение надежности защиты обороняемого объекта. Электрическое барьерное оружие ПВО содержит двухрядное электрическое заграждение, каждый ряд которого соединен с разноименными полюсами накопителя электрической энергии. При этом двухрядное электрическое заграждение может быть выполнено из металла, токопроводящей жидкости или ионизированного газа. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрическое барьерное оружие ПВО для защиты гражданских и военных объектов от высокоточного оружия, выполненного из электропроводного материала, включающее двухрядное электрическое заграждение, каждый ряд которого соединен с разноименными полюсами источника электрической энергии, выполненного в виде накопителя электрической энергии, при этом накопитель выполнен с возможностью накапливания не менее 1 МДж энергии и постоянной времени разряда не более 10^-5 с, а также с возможностью подзарядки от электрической сети или от автономного источника электрической энергии, мощностью не менее 300 кВт.2. Электрическое барьерное оружие по п.1, отличающееся тем, что двухрядное электрическое заграждение выполнено из металла, токопроводящей жидкости или ионизированного газа.