Объем имеет значение: «Вакуумная» бомба

Через шесть с половиной лет «Популярная механика» снова обращается к объемно-детонирующим, термобарическим и прочим «вакуумным» бомбам. За это время нам удалось пообщаться с разработчиками этого удивительного оружия, и полученными знаниями мы хотим поделиться с читателями
Александр Грек
12
101965
  • Спуск мощного объемно-детонирующего боеприпаса напоминает посадку космического корабля «Союз». Отличается только наземная стадия
    Спуск мощного объемно-детонирующего боеприпаса напоминает посадку космического корабля «Союз». Отличается только наземная стадия
  • Занимательная физика
    Занимательная физика
  • Кинограмма действия боеприпаса объемного взрыва На раскадровке четко видны срабатывание первичного детонатора для образования облака и конечный взрыв топливовоздушной смеси
    Кинограмма действия боеприпаса объемного взрыва На раскадровке четко видны срабатывание первичного детонатора для образования облака и конечный взрыв топливовоздушной смеси
  • Точность попадания компенсируется мощностью боеприпаса Сверхмощные ОДАБ напоминают огромные бочки с соответствующей аэродинамикой. К тому же вес и габариты делают их пригодными для бомбометания только с военно-транспортных самолетов, которые не имеют бомбовых прицелов. Более-менее точно в цель может попасть только GBU-43/B, снабженная решетчатыми рулями и системой наведения на основе GPS
    Точность попадания компенсируется мощностью боеприпаса Сверхмощные ОДАБ напоминают огромные бочки с соответствующей аэродинамикой. К тому же вес и габариты делают их пригодными для бомбометания только с военно-транспортных самолетов, которые не имеют бомбовых прицелов. Более-менее точно в цель может попасть только GBU-43/B, снабженная решетчатыми рулями и системой наведения на основе GPS

Мукомольные цеха, предприятия по переработке сахара, столярные мастерские, угольные шахты и самая мощная российская неядерная бомба — что их объединяет? Объемный взрыв. Именно благодаря ему все они могут взлететь на воздух. Впрочем, незачем ходить так далеко — взрыв бытового газа в квартире тоже из этого ряда. Объемный взрыв, пожалуй, один из первых, с которыми познакомилось человечество, и один из последних, которые человечество приручило.

Принцип объемного взрыва совсем не сложен: необходимо создать смесь горючего с атмосферным воздухом и подать в это облако искру. Причем расход горючего будет в несколько раз меньше, чем бризантной взрывчатки для взрыва такой же мощности: объемный взрыв «забирает» кислород из воздуха, а взрывчатка «содержит» его в своих молекулах.

Бытовые бомбы

Как и многие другие виды оружия, объемно-детонирующие боеприпасы своим рождением обязаны сумрачному германскому инженерному гению. В поисках наиболее эффективных способов убийства немецкие оружейники обратили внимание на взрывы угольной пыли в шахтах и попытались смоделировать условия взрыва на открытом воздухе. Угольную пыль распыляли зарядом пороха и потом подрывали. Но очень прочные стены шахт благоприятствовали развитию детонации, а на открытом воздухе она затухала.

После войны разработки достались союзникам, но поначалу не вызвали интереса. Первыми к ним заново обратились американцы, столкнувшись в 1960-х во Вьетнаме с разветвленной сетью тоннелей, в которых скрывались вьетконговцы. А ведь тоннели — это почти те же шахты! Правда, возиться с угольной пылью американцы не стали, а начали использовать самый обычный ацетилен. Этот газ замечателен широкими пределами концентрации, при которых возможна детонация. Ацетилен из обычных промышленных баллонов закачивали в тоннели и потом бросали гранату. Эффект, говорят, был потрясающим.

Мы пойдем другим путем

Американцы снаряжали бомбы объемного взрыва окисью этилена, окисью пропилена, метаном, пропилнитратом и МАРР (смесью метилацетилена, пропадиена и пропана). Уже тогда было установлено, что при срабатывании бомбы, содержащей 10 галлонов (32−33 л) окиси этилена, образовывалось облако топливовоздушной смеси радиусом 7,5−8,5 м и высотой до 3 м. Через 125 мс облако подрывалось несколькими детонаторами. Образующаяся ударная волна имела по фронту избыточное давление 2,1 МПа. Для сравнения: чтобы создать такое давление на расстоянии 8 м от тротилового заряда, требуется около 200−250 кг тротила. На расстоянии 3−4 радиусов (22,5−34 м) давление в ударной волне быстро снижается и составляет уже около 100 кПа. Для разрушения ударной волной самолета требуется давление 70−90 кПа. Следовательно, такая бомба при взрыве способна в радиусе 30−40 м от места взрыва полностью вывести из строя самолет или вертолет на стоянке. Это было написано в специальной литературе, которую читали и в СССР, где тоже начали эксперименты в данной области.

Советские специалисты вначале пытались изобразить немецкий вариант с угольной пылью, но постепенно перешли на металлические порошки: алюминий, магний и их сплавы. В экспериментах с алюминием было обнаружено, что особого фугасного действия он не дает, зато дает замечательное зажигательное.

Отработали и различные окиси (окись этилена и пропилена), но они были токсичны и довольно опасны при хранении ввиду своей летучести: достаточно было небольшого подтравливания окиси, чтобы любая искра подняла арсенал на воздух. В итоге остановились на компромиссном варианте: смеси разных видов горючего (аналогов легких бензинов) и порошка алюминий-магниевого сплава в пропорции 10:1. Однако эксперименты показали, что при шикарных внешних эффектах поражающее действие объемно-детонирующих зарядов оставляло желать лучшего. Первой потерпела фиаско идея атмосферного взрыва для поражения самолетов — эффект оказался ничтожным, разве что «сбоили» турбины, которые тут же перезапускались заново, так как они даже не успевали остановиться. Против бронетехники это вообще не работало, там даже двигатель не глох. Эксперименты показали, что ОДАБ — это специализированные боеприпасы для поражения малостойких к ударной волне целей, прежде всего неукрепленных зданий, и живой силы. И все.

Однако маховик чудо-оружия был раскручен, и ОДАБам приписывались прямо-таки легендарные подвиги. Особо известен случай спуска такими бомбами снежных лавин в Афганистане. Посыпался дождь наград, в том числе самых высоких. В отчетах об операции была упомянута масса лавины (20 000 т) и написано, что взрыв объемно-детонирующего заряда эквивалентен ядерному заряду. Ни много ни мало. Хотя любой горноспасатель спускает точно такие же лавины простыми тротиловыми шашками.

Совсем уж экзотическое применение технологии собирались найти в сравнительно недавнее время, разработав в рамках программ по конверсии объемно-детонирующую систему на основе бензина для сноса хрущевок. Получалось быстро и дешево. Было только одно «но»: сносимые хрущевки располагались не в открытом поле, а в заселенных городах. А плиты при таком взрыве разлетались метров на сто.

«Вакуумные» мифы

Мифотворчество вокруг ОДАБ благодаря некоторым малообразованным журналистам из штабов плавно перекочевало на страницы газет и журналов, а сама бомба получила название «вакуумная». Дескать, при взрыве в облаке выжигается весь кислород и образуется глубокий вакуум, чуть ли не как в космосе, и этот самый вакуум начинает распространяться наружу. То есть вместо фронта повышенного давления, как при обычном взрыве, идет фронт пониженного давления. Был даже придуман термин «обратная взрывная волна». Да что там пресса! В начале 1980-х на военной кафедре моего физфака чуть ли не под подписку о неразглашении какой-то полковник из Генштаба рассказывал о новых видах оружия, применяемых США в Ливане. Не обошлось без «вакуумной» бомбы, которая якобы при попадании в здание превращает его в пыль (газ проникает в мельчайшие щели), а низкое разрежение аккуратно укладывает эту пыль в эпицентр. О! Не эта ли ясная голова собиралась сносить хрущевки таким же способом?!

Если бы эти люди хоть немного учили химию в школе, то догадались бы, что кислород никуда не исчезает — он просто переходит в процессе реакции, например, в углекислый газ с тем же объемом. И если бы он каким-то фантастическим образом просто исчез (а его в атмосфере всего около 20%), то недостаток объема был бы компенсирован другими расширившимися при нагревании газами. И если бы даже из зоны взрыва исчез весь газ и образовался вакуум, то перепад давления в одну атмосферу вряд ли мог бы разрушить даже картонный танк — у любого военного такое предположение просто вызовет смех.

А из школьного курса физики можно было бы узнать, что за любой ударной волной (зоной сжатия) в обязательном порядке следует зона разрежения — по закону сохранения масс. Просто взрыв бризантного взрывчатого вещества (ВВ) можно считать точечным, а объемно-детонирующий заряд в силу большого объема формирует более длительную ударную волну. Именно поэтому воронок он не роет, но деревья валит. А вот бризантного (дробящего) действия вообще практически нет.

Современные боеприпасы объемного взрыва чаще всего представляют собой цилиндр, длина которого в 2−3 раза больше диаметра, наполненный горючим и снабженный зарядом обычного ВВ. Этот заряд, масса которого составляет 1−2% от веса горючего, расположен на оси боезаряда, и подрыв его разрушает корпус и распыляет горючее, образуя топливовоздушную смесь. Смесь должна подрываться после достижения размеров облака, обеспечивающего оптимальное сгорание, а не сразу при начале распыления, потому что вначале кислорода в облаке недостаточно. Когда же облако расширится до нужной степени, его подрывают выбрасываемыми из хвостовой части бомбы четырьмя вторичными зарядами. Задержка их срабатывания составляет 150 мс и выше. Чем больше задержка, тем выше вероятность того, что облако сдует; чем меньше — тем выше риск неполного взрыва смеси из-за недостатка кислорода. Помимо взрывного, могут применяться и другие методы инициирования облака, например химический: в облаке распыляют трифторид брома или хлора, самовоспламеняющиеся при контакте с топливом.

Из кинограмм видно, что взрыв расположенного на оси первичного заряда формирует тороидальное облако из горючего, а значит, максимальный эффект ОДАБ обеспечивает при вертикальном падении на цели — тогда ударная волна «стелется» по земле. Чем больше отклонения от вертикали, тем бóльшая энергия волны уходит на бесполезное «сотрясение» воздуха над целями.

Гигантская фотовспышка

Но вернемся в послевоенные годы, к экспериментам с порошками алюминия и магния. Было обнаружено, что если разрывной заряд не полностью утопить в смеси, а оставить открытым с торцов, то облако практически гарантированно поджигается с самого начала его диспергирования. С точки зрения взрыва это брак, вместо детонации в облаке мы получаем всего лишь пшик — правда, выкокотемпературный. Ударная волна при таком взрывном горении тоже образуется, но значительно более слабая, чем при детонации. Этот процесс получил название «термобарического».

Подобный эффект военные использовали задолго до появления самого термина. Во время Второй мировой войны авиаразведкой с успехом применялись так называемые ФОТАБы — фотографические авиабомбы, начиненные измельченным сплавом алюминия и магния. Фотосмесь детонатором разбрасывается, воспламеняется и сгорает с использованием кислорода воздуха. Да не просто сгорает — стокилограммовый ФОТАБ-100 создает вспышку с силой света более 2,2 млрд кандел длительностью около 0,15 с! Свет настолько яркий, что на четверть часа ослепляет не только вражеских зенитчиков — наш консультант по сверхмощным зарядам посмотрел на сработавший ФОТАБ днем, после чего еще часа три видел зайчиков в глазах. Кстати, упрощается и технология фотографирования — бомбу сбрасывают, затвор фотоаппарата открывают, и через некоторое время весь мир озаряет суперфотовспышка. Качество снимков, говорят, было не хуже, чем в ясную солнечную погоду.

Но вернемся к почти бесполезному термобарическому эффекту. Он так бы и числился вредоносным, если бы не встал вопрос защиты от диверсантов. Была подана идея окружить защищаемые объекты минами на основе термобарических смесей, которые выжгут все живое, но объект не повредят. В начале 1980-х действие термобарических зарядов увидело все военное руководство страны, и практически все роды войск загорелись желанием иметь такое оружие. Для пехоты началась разработка реактивных огнеметов «Шмель» и «Рысь», Главное ракетно-артиллерийское управление сделало заказ на проектирование термобарических боевых частей к реактивным системам залпового огня, ну а войска радиационной, химической и биологической защиты (РХБЗ) решили обзавестись собственной тяжелой огнеметной системой (ТОС) «Буратино».

Мать и отец всех бомб

До недавнего времени самой мощной неядерной бомбой считалась американская Massive Ordnance Air Blast, или более официально — GBU-43/B. Но у MOAB есть другая, неофициальная, расшифровка — Mother Of All Bombs («Мать всех бомб»). Бомба производит огромное впечатление: ее длина 10 м, диаметр 1 м. Столь громоздкий боеприпас предполагается даже сбрасывать не с бомбардировщика, а с транспортного самолета, например с C-130 или C-17. Из 9,5 т массы этой бомбы 8,5 т составляет мощная взрывчатка типа H6 австралийского производства, в состав которой входит алюминиевый порошок (по мощности в 1,3 раза превышающий тротил). Радиус гарантированного поражения — около 150 м, хотя частичные разрушения наблюдаются на расстоянии более 1,5 км от эпицентра. GBU-43/B нельзя назвать высокоточным оружием, но наводится она, как и положено современному оружию, с помощью GPS. Кстати, это первая американская бомба, использующая решетчатые рули, широко применяемые в российских боеприпасах. MOAB задумывалась как преемник знаменитой BLU-82 Daisy Сutter и впервые была испытана в марте 2003 года на полигоне во Флориде. Военное применение подобных боеприпасов, по мнению самих же американцев, довольно ограниченно — ими можно лишь расчищать большие территории от лесных насаждений. Как противопехотное или противотанковое оружие они не слишком эффективны по сравнению, скажем, с кассетными бомбами.

Но пару лет назад устами тогдашнего министра обороны Игоря Иванова был озвучен наш ответ: десятитонный «папа всех бомб», созданный с использованием нанотехнологий. Сами технологии были названы военной тайной, но весь мир упражнялся в остроумии насчет этой вакуумной нанобомбы. Мол, при взрыве распыляются тысячи и тысячи нанопылесосов, которые в зоне поражения и высасывают весь воздух до вакуума. Но где реальная нанотехнология в этой бомбе? Как мы писали выше, в состав смеси современных ОДАБ входит алюминий. А технологии производства алюминиевого порошка для военных применений дают возможность получения порошка с размером частиц до 100 нм. Есть нанометры — значит, есть и нанотехнологии.

Объемное моделирование

В последнее время, с массовым внедрением высокоточных авиабомб, вновь проснулся интерес к объемно-детонирующим зарядам, но на качественно новом уровне. Современные управляемые и корректируемые авиабомбы способны выходить на цель с нужного направления и по заданной траектории. И если горючее распылять интеллектуальной системой, способной менять плотность и конфигурацию топливного облака в заданном направлении, и подрывать его в определенных точках, то мы получим фугасный заряд направленного действия невиданной мощи. Дедушку всех бомб.

Видео к статье: ссылка

Косильщики джунглей

Объемно-детонирующие заряды нашли применение и при строительстве вертодромов. Расчистка джунглей для посадки всего лишь одного вертолета типа «Ирокез» требовала от 10 до 26 часов работы инженерного взвода, в то время как в бою все зачастую решалось в первые 1−2 часа. Применение обычного заряда проблему не решало — деревья-то он валил, но и образовывал огромную воронку. А вот объемно-детонирующая авиабомба (ОДАБ) воронку не образует, а просто разбрасывает деревья в радиусе 20−30 м, создавая почти идеальную посадочную площадку. Впервые бомбы объемного взрыва были использованы во Вьетнаме летом 1969 года именно для расчистки джунглей. Эффект превзошел все ожидания. Постепенно технология оттачивалась, в итоге вылившись в самую знаменитую авиабомбу объемно-детонирующего типа — американскую BLU-82 Daisy Cutter «косильщик маргариток». И ее уже использовали не только для вертолетных площадок, сбрасывая на что ни попадя.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№81, июль 2009).

Комментарии

12 комментариев