تقنيات القنبلة الكهرومغناطيسية
1- المولدات الضاغطة للمجال عن طريق ضخ المتفجرات
Explosively Pumped Flux Compression Generators
تعتبر هذه التقنية من أكثر التقنيات نضوجا وصلاحية للتطبيق العملي في تصميم القنابل الكهرومغناطيسية وقد تم استخدامها وتطبيقها بواسطة العالم "فوللر" في نهاية الخمسينات في القرن العشرين ويستطيع هذا النوع من التقنيات إنتاج طاقة كهربية تقدر بعشرات الملايين من " الجول" خلال زمن يتراوح بين عشرات ومئات الميكروثانية في حزمة مدمجة إلى حد ما . وقد ينتج عن ذلك أن تصل القيمة القصوى للقدرة إلى مستوى "تيراوات" Terawatt أو عشرات التيراوات (التيراوات = 10^12 وات) ويمكن استخدام هذه التقنية مباشرة لإنتاج القنبلة أو استخدام نبضة واحدة منها لتغذية صمام ميكروويف وتتراوح شدة التيار الناتج عن هذه التقنية بين 10 - 100 ضعف التيار الناتج عن البرق أو الصاعقة (تيار البرق أو الصاعقة يتراوح بين 10^4 - 10^6 أمبير)
وتتركز الفكرة الأساسية في هذه التقنية في استخدام متفجرات تقوم بضغط المجال المغناطيسي ونقل طاقة كبيرة من المتفجر إلى المجال المغناطيسي .ويتم إنشاء المجال المغناطيسي البدائي في هذا النوع من التقنيات قبل بداية تشغيل المتفجرات بواسطة تيار البدء الذى يمكن الحصول عليه من مصدر خارجي مثل مجموعة مكثفات جهد عال تسمى "مجموعة ماركس" أو مولد مغنطة ديناميكية هيدروليكية صغير .. أو أي جهاز قادر على إنتاج نبضة تيار في حدود عشرات الآلاف أو ملايين الأمبيران .. وقد تم نشر العديد من الأشكال لمثل هذا النوع .. وكان أكثرها شيوعا هو ذلك النوع الحلزونى Helical، وفيه توجد حافظة متحركة Armature من النحاس مملوءة بمتفجر ذي طاقة عالية .عادة ما تحاط بملف كهربي نحاسي كبير المقطع (الجزء الساكن Stator).
ونظرا لتولد قوى مغناطيسية هائلة أثناء التشغيل يمكنها تفتيت الجهاز قبل اكتمال وظيفته .. فغالبا ما يتم عمل غلاف للجهاز من مادة غير مغناطيسية مثل الأسمنت أو الفيبرجلاس أو مواد الإيبوكس اللاصقة أو أية مادة أخرى لها خواص ميكانيكية وكهربية مناسبة ..
ويبدأ الجهاز عمله بإشعال المتفجرات عندما يصل تيار البدء إلى أعلى قيمة له والذي عادة ما يتم بواسطة مولد موجات مستوية . ومن ثم .. ينتشر التفجير عبر المتفجرات الموجودة في الحافظة التى تتحول إلى شكل مخروطي له زاوية قوس من 12 -14
وبينما تتمدد الحافظة إلى القطر الكامل للجزء الثابت .. فإنها تكون قد تسببت في دائرة قصر Short Circuit بين أطراف ملف هذا الجزء وفصلت تيار البدء عن مصدره.. وبذلك يكون قد تم حبس التيار داخل الجهاز
ويؤدى انتشار دائرة القصر من مؤخرة ملف الجزء الثابت حتى بدايته إلى ضغط المجال المغناطيسي المتولد من هذا الملف وخفض قيمة الحث الذاتي Self inductance لملف الجزء الثابت .
والنتيجة .. نبضة كهربية منحدرة Ramp Current Pulse تصل قيمتها القصوى قبل التدمير الكامل للجهاز.
ويتراوح زمن منحدر النبضة الكهربية .. بين بضعة عشرات إلى بضعة مئات من الميكروثانية .. في حين تتراوح قيمة التيار القصوى حول بضع عشرات من الميجا أمبير .. وقيمة الطاقة القصوى حول عشرات من الميجاجول .
أما عن معامل التكبير للتيار (النسبة بين التيار الناتج وتيار البدأ).. فإن قيمته تتغير طبقا للتصميم ..وقد وصلت أعلى قيمة لها إلى 60
وربما تكون هذه القيمة غير ممكنة عند استخدام القنبلة لتكون محمولة جوا بواسطة طائرات أو صواريخ حيث تكون الأولوية للحجم والوزن - وفيها يكون مصدر تيار البدء صغيرا قدر الإمكان . ويمكن التحكم في شكل النبضة الكهربية بواسطة دوائر تكيل النبضات أو المحولات أو مفاتيح التيار العالي المتفجرة.
2- مولدات المغنطة الديناميكية الهيدروليكية ذات الدفع من المتفجرات أو الوقود النفاث:
لا يزال تصميم مولدات المغنطة الديناميكية الهيدروليكية ذات الدفع من المتفجرات أو الوقود النفاث.
Explosive and Propellant Driven MHD Generators(MHD)
فى مرحلة بدائية للغاية .. ولم يتم تطويره بدرجة كافية كما حدث ذلك فى مولدات ضغط المجال (FCG) .. وذلك بسبب بعض النقاط الفنية مثل حجم ووزن مولدات المجال المغناطيسي اللازمة لتشغيل مولدات المغنطة الديناميكية الهيدروليكية "MHD"
وتنحصر الفكرة الأساسية في تصميم وعمل هذه المولدات .. في أنه عند تحرك موصل معدني في مجال مغناطيسي .. تتولد قوة دافعة كهربية وبالتالي تيار في اتجاه عمودي على اتجاه الحركة وعلى اتجاه المجال المغناطيسي - قانون " فاراداى" - وفى هذا النوع .. سيكون الموصل المعدني هو البلازما - الحالة الرابعة للمادة - الناتجة عن اللهب المتأين للمتفجرات أو غاز الوقود النفاث .. والتي تنتشر عبر تيار المجال المغناطيسي الذى سيتم تجميعه بواسطة أقطاب كهربية تلامس نفاث البلازما Plasma jet
وقد جرى العرف في تقنية هذه المولدات على تحسين الخواص الكهربية للبلازما عن طريق نثر أو بذر بعض الإضافات أو العناصر إلى المتفجرات أو الوقود النفاث - عادة ما يكون عنصر "السيزيوم"- وتسمى هذه العملية ببذر السيزيوم Cesium Seeding
مصادر "الميكروويف" ذات القدرة العالية :
على الرغم من فاعلية تقنية المولدات الضاغطة للمجال في توليد نبضات كهربية عالية القدرة.. فإن هذا النوع من التقنيات - بطبيعة تكوينه- لا يستطيع أن ينتج هذه النبضات بترددات أكبر من "واحد" ميجا سيكل/ث وهذه الترددات المنخفضة - مهما كانت شدتها - لا تتيح مهاجمة الأهداف التى تتطلب ترددات أعلى من ذلك أو التأثير عليها بفاعلية .. وهى المشاكل التى تغلبت عليها تقنيات مصادر الميكروويف ذات القدرة العالية High Power Microwave (HPM) من خلال :
أ- مولد ذبذبات نسبى للموجات السنتيمترية Relativistic Klystron
ب- "الماجنترون" Magnetron وهو صمام مفرغ من الهواء يتم فيه التحكم في تدفق الإلكترونات عن طريق المجال المغناطيسي.
ج- جهاز توليد الموجات البطيئة Slow Wave Device
د- صمام ثلاثي الانعكاس Reflex Triodes
ه- مذبذب المهبط التخيلي Virtual Cathode Oscillator (Vircator).
[QUOTE] سيتم شرح بعض هذه التقنيات بالتفصيل في موضوع قادم بإذن الله [QUOTE/]
ومن وجهة نظر مصممي القنبلة أو الرأس الحربية .. فإن هذا النوع الأخير "Vircator" يعتبر أفضل هذه الأنواع .. وهو مع بساطة تصميمه الميكانيكي وصغر حجمه رغم ما يكتنف طبيعة عمله وتكوينه من تعقيد نسبى عن الأنواع الأخرى .. فهو قادر على إنتاج نبضة واحدة عالية الشدة وحزمة عريضة من ترددات الميكروويف.
وتقوم الفكرة الأساسية لعمل هذا الجهاز "Vircator" على اكتساب شعاع إلكتروني ذي تيار عال لعجلة تسارعية في الحركة من خلال شبكة مصدر Mesh Anode أو (رقاقة معدنية) . وعند عبور عدد كبير من الإلكترونات لهذا المصعد .. تتكون خلفه فقاعة شحنات (الشحنات التى لم تتمكن من العبور خلال الشبكة المصعدية). وتحت ظروف خاصة تتذبذب فقاعة الشحنات بتردد متناه القصر "ميكروويف" فإذا ما تم وضع هذه الفقاعة من الشحنات فى فجوة رنين "Resonant Cavity" والتي تم توليفها بعناية - فإننا سنحصل على قيمة عالية للغاية من الطاقة وعندئذ .. فإن التقنيات التقليدية لهندسة "الميكروويف" سوف تتيح لنا استخراج طاقة "الميكروويف" من هذه القيمة من خلال فجوة الرنين.. ونظرا لأن تردد الذبذبة يعتمد كليا على مدلولات وقيم الشعاع الإلكترونى .. فإنه يمكن يمكن توليف هذا الجهاز "Vircator" على تردد بحيث يساعد فجوة الرنين فى تقوية الشكل المناسب للموجة . ويمكن لهذا الجهاز إنتاج قدرة تتراوح بين 170 ك وات حتى 40 جيجا وات على ترددات تغطى معظم حزمة الترددات السنتيمترية والديسيمترية.
وهناك نوعان من هذه الأجهزة :
- النوع المحوري Axial Varicator - ( الشكل المرفق)
ويعمل عن طريق موجات مغناطيسية مستعرضة .. ويعتبر الأبسط من حيث التصميم وله أفضل خرج .. ويبنى في موجه موجات اسطواني Cylendrical Wave Guide .. ويتم استخراج الطاقة الناتجة منه من خلال مرحلة انتقالية لموجه الموجات إلى هيكل بوقى مخروطي يعمل كهوائي.
- النوع المستعرض Transverse Varicator
ويعمل هذا النوع عن طريق حقن تيار المهبط من أحد جوانب فجوة الرنين.. ويقوم بعمل التذبذات عن طريق موجات كهربية مستعرضة (TE).
التأثير المدمر للرؤوس الحربية الكهرومغناطيسية:
على الرغم من سهولة حسابات شدة المجال الكهرومغناطيسي الناتج عن قنبلة معينة على قطر محدد من الأهداف العسكرية .. فإن تحديد احتمالات التأثير المدمر لنوع معين من الأهداف يعتبر من الأمور الصعبة .. لأسباب عديدة .. منها :
- الاختلاف الكبير لمدى مقاومة الأهداف للتدمير من قبل الموجات الكهرومغناطيسية .. حيث أن بعض المعدات - لاسيما العسكرية منها - تكون معزولة كهرومغناطيسيا.
- تعتبر كفاءة التوصيل Coupling Efficiency من أهم عوامل تحديد التأثير المدمر للقنبلة الكهرومغناطيسية .. وتعتبر مقياسا لكمية الطاقة التى تنتقل من المجال الكهرومغناطيسي الذى يتم نقلها للجهاز.
أشكال الوصلات Coupling Modes :
عند تقدير حجم القدرة الكهربية التى تصل إلى الأهداف عند إطلاق القنبلة الكهرومغناطيسية .. يمكن تمييز شكلين فقط من أشكال الوصلات .. وهما :
- وصلة الباب الأمامي:
وتحدث عندما تصل القدرة الكهربية التى تطلقها القنبلة الكهرومغناطيسية إلى هوائي الرادار أو هوائي أجهزة الاتصالات اللاسلكية .وحيث أن هوائي أي جهاز لاسلكي يكون مزودا بدوائر كهربية تمكنه من استقبال أو إرسال أي قدرة كهربية .. فهو بالتالي يمثل مسارا ذا كفاءة عالية لسريان الطاقة أو القدرة الكهربية الناتجة عن أي سلاح كهرومغناطيسي وبالتالي يتسبب في تدمير الجهاز .
- وصلة الباب الخلفى:
وتحدث هذه الوصلة نتيجة للمجال المغناطيسي الهائل الناتج عن السلاح الكهرومغناطيسي خلال زمن قصير للغاية .. الذى يتسبب في إنتاج تيار عابر أو مؤقت Transient Current عادة ما يسمى Spike (أي شرارة أو ننوء) عندما تنتجه أسلحة الترددات القصيرة .. أو يتسبب فى توليد موجات كهربية ثابتة Electrical Standing Waves عندما تنتجه أسلحة ميكروويف ذات قدرة عالية.
ويحدث ذلك التأثير على الكابلات أو الأسلاك أو الوصلات الكهربية التى تصل أجزاء الجهاز يبعضها البعض أو الأسلاك التى تصل الجهاز بالمصدر الكهربي أو بشبكة الهواتف.
ويمكن لهذه التيارات المؤقتة أو العابرة أن تحطم مصدر القوى الكهربية أو الأسطح البينية لشبكات الاتصالات ..
وبذلك يمكن الدخول لقلب الجهاز وتدمير مكوناته الإلكترونية.
ومما يميز الأسلحة الكهرومغناطيسية ذات الترددات المنخفضة .. أنها تقترن جيدا مع البنية الأساسية لشبكة الأسلاك النمطية مثل معظم خطوط الهاتف والقوى الكهربية لتغذية الشوارع والمباني.