Боеприпасы объемного взрыва

Боеприпасы объемного взрыва (иногда они называются объемно-детонирующими), сравнимы с маломощными ядерными боеприпасами по поражающему воздействию ударной волны. Рассматривая принцип действия боеприпасов объемного взрыва, западные специалисты проводят определенную аналогию со случайными взрывами, происходящими порой на предприятиях химической промышленности, в элеваторах, зернохранилищах, подземных шахтах, на складах химических легковоспламеняющихся и летучих веществ, а также при перевозке таких веществ различными видами транспорта. В обоих случаях взрыв имеет одинаковый механизм - образование аэрозольной смеси летучих газообразных, жидких или твердых (порошковые взвеси) веществ с достаточно высокой калорийностью, которые воспламеняются случайно или с помощью детонаторов (в боеприпасах объемного взрыва). При этом в определенных условиях, зависящих в первую очередь от концентрации веществ в воздухе (в частности, углеводородных топлив), а также от ряда физико-химических свойств и сложных газодинамических процессов перемешивания и горения, в подобном топливно-воздушном облаке может возникнуть детонационный процесс в виде взрыва, вызывающего значительные разрушения.

Основным поражающим фактором боеприпасов объемного взрыва является избыточное давление во фронте ударной волны, которое при возникновении детонации в топливно-воздушном облаке достигает в его центре около 30 кг/см2, а в зоне детонации за несколько десятков микросекунд развивается температура 2500-3000° С. По своим параметрам (длительность затухания внутри и вне облака) избыточное давление боеприпаса объемного взрыва превосходит давление во фронте ударной волны, создаваемой обычным ВВ. За пределами облака ударная волна с затянутыми областями сжатия и разряжения распространяется со скоростью 1500-3000 м/с и на удалении 100 м избыточное давление во фронте ударной волны может составлять 1 кг/см2.

Поскольку топливно-воздушная смесь способна проникать в негерметичные объемы и формироваться по профилю рельефа местности, то при создании условий детонации от поражающего воздействия боеприпасов объемного взрыва не защищают ни складки местности, ни полевые оборонительные сооружения. Кроме того, попадая в замкнутые объемы через вентиляционные входы фортификационных сооружений или открытые окна зданий, топливно-воздушные смеси оказываются в более благоприятных условиях для развития детонационного процесса и производят разрушения несущих конструкций этих сооружений и вывод их из строя.

Подобные свойства боеприпасов объемного взрыва позволяют рассматривать это оружие в качестве средства поражения неукрытой и слабозащищенной живой силы, боевой техники на открытой местности, фортификационных и оборонительных сооружений, проделывания проходов в минных заграждениях, расчистки и подготовки временных площадок для десантирования и посадки вертолетов, разрушения зданий и подавления опорных пунктов при ведении уличных боев в городе, борьбы с противокорабельными ракетами и надводными кораблями, уничтожения растительности и посевов сельскохозяйственных культур и т. д.

Первые штатные боеприпасы объемного взрыва были созданы в США в 1969-1971 годах и применялись в войне в Вьетнаме. В качестве боевого заряда в этих боеприпасах использовались жидкие углеводородные топлива, находившиеся при нормальном или повышенном давлении, в том числе окись этилена или пропилена, метан, гропилнитрат, смесь МАРР и другие.

Смесь МАРР имеет в своем составе насыщенные и ненасыщенные углеводороды. Один из типовых ее вариантов включает 18 проц. пропана, 7,4 проц. пропилена, 10 проц. нормального бутана, 26,1 проц. пропадиена и 37 проц. метилацетилена, а также менее 1 проц. этана, циклопропана и ненасыщенных бутанов. Эта смесь изготовляется американской фирмой «Доу кемикл», стяжавшей себе незавидную славу поставками Пентагону так называемой «оранжевой смеси», котороя широко применялась во Вьетнаме и ввиду наличия в ней высокотоксичного диоксина оказалась фактически длительно действующим химическим оружием, запрещенным соответствующими международными конвенциями как варварское средство вооруженной борьбы.

Типичным образцом первых боеприпасов объемного взрыва (в западной прессе их относят к боеприпасам первого поколения) является авиационная бомбовая кассета CBU-55 калибра 500 фунтов, поступившая на вооружение авиации морской пехоты, а также армейской и тактической авиации США в 1969-1971 годах. Эта кассета применялась с легких дозвуковых самолетов типов A-37 и OV-10 и вертолетов UH-1 при высоте полета около 600 м и скорости 120 км/ч. Кассета (в ней три бомбы BLU-73) имеет следующие характеристики: общий вес 235 кг, заряда (жидкая окись этилена) в каждой бомбе - 32,6 кг, одной бомбы - 45 кг, диаметр зоны поражения одной бомбой 100 м, длина кассеты 2285 мм, диаметр корпуса - 356 мм, размах хвостового стабилизатора 712 мм, база подвески 356 мм.

Вдоль борта корпуса кассеты от очка головного взрывателя до донной крышки проложен детонирующий шнур, который при подрыве обеспечивает раскрытие кассеты в воздухе. Затем каждая из трех бомб (представляет собой контейнер с окисью этилена) снижается на индивидуальном тормозном парашюте, обеспечивающем уменьшение скорости снижения у земной поверхности до 33 м/с. При падении бомбы на грунт срабатывает ударный взрыватель, подрывающий вышибной заряд, который расположен вдоль продольной оси контейнера. В результате этого происходит распыление окиси этилена и образование топливно-воздушного облака диаметром 15-17 м и высотой 2,5-3 м.

Подрыв топливно-воздушного облака производится детонаторами спустя 125 мс на высоте примерно 1 м. При образовании облака с достаточной концентрацией (1-3x10 г/см3) и дисперсностью капель окиси этилена около 1 мм инициирование детонаторов обусловливает возникновение горения с образованием ударной волны, распространяющейся со сверхзвуковой скоростью. Согласно приводимым в зарубежной печати данным, при нормальной организации детонационного процесса избыточное давление во фронте ударной волны (на удалении 15 м от центра топливно-воздушного облака) достигает почти 29 кг/см2, что позволяет полностью уничтожать даже густую растительность на площади диаметром 30 м.

В 1971 году была создана модификация этой кассеты, получившая обозначение CBU-72. Ее можно применять со скоростных самолетов типов A-4, A-7 и F-4. Кассета оснащается дополнительным тормозным парашютом, замедляющим снижение до скорости, при которой возможно раскрытие и дальнейшее самостоятельное падение бомб BLU-73.

Наряду с этими кассетами, основным заказчиком которых являлись ВМС США, в тот же период разрабатывались боегрипасы объемного взрыва и для других видов вооруженных сил. Так, для ВВС в рамках программы «Пейв Пэт» были созданы малокалиберные бомбы объемного взрыва BLU-72 и BLU-76, снаряжаемые в кассеты и предназначенные для использования соответственно с дозвуковых и сверхзвуковых самолетов. Боевым зарядом в них является окись этилена (33,5 кг), время задержки подрыва после распыления и образования топливно-воздушного облака может составлять около 4 с. Для авиации морской пехоты создана система MADFAE (до 12 бомб объемного взрыва, подвешиваемых на вертолеты СН-46, СН-53 и UH-1), предназначенная для проделывания проходов в минных заграждениях. Каждая бомба снаряжается 62 кг окиси этилена или прошлена. Сброс бомб может производиться одновременно, одиночно или поочередно. Максимальная длина прохода в минном заграждении составляет около 300 м.

Опыт боевого применения и результаты многочисленных испытаний позволили оценить эффективность боеприпасов объемного взрыва первого поколения и выявить их недостатки. В частности, одним из наиболее серьезных недостатков американские специалисты считают существенную зависимость эффективности боеприпасов от соблюдения методики бомбометания и метеорологических условий, которые непосредственно влияют на образование топливно-воздушного облака. В случае неоптимальной концентрации топлива, зависящей от ряда факторов, в том числе метеорологических (давление, влажность и температура окружающего воздуха, наличие ветра и т. п.), или от несвоевременного подрыва, в облаке вместо детонации может развиться процесс простого горения.

В бомбах BLU-73 был выявлен такой конструктивный недостаток, как ограничение боевого применения в условиях отрицательных температур. В частности, было установлено, что при температурах ниже -7°С возникает объемное сжатие окиси этилена, что обусловливает образование пустот внутри контейнера и оголение вышибного заряда. В результате может образоваться топливно-воздушное облако с неоптимальной концентрацией, что вызовет снижение боевой эффективности.

Учитывая накопленный опыт боевого применения и результаты испытаний боеприпасов объемного взрыва, в США в первой половине 70-х годов был развернут широкий фронт работ по теоретическим исследованиям проблемы детонации топливно-воздушных смесей, а также по практическим разработкам указанных боеприпасов второго поколения. Эти работы велись по двум основным направлениям: создание теоретических основ процесса оптимального образования топливно-воздушного облака и механизма его подрыва с уменьшением зависимости от метеорологических факторов и обеспечением максимальной боевой эффективности; поиски новых, более энергоемких топлив и создание мощных боеприпасов, способных развивать Убыточное давление во фронте ударной волны до 100 кг/см2.

В 1975 году была составлена специальная машинная модель DICE-FAE, которая позволяет моделировать в ЭВМ такие процессы, как образование топливно-воздушной смеси, динамика дробления капель жидкого топлива в воздухе под действием аэродинамических сил и детонация топливно-воздушного облака. Данная модель использовалась, например, для исследования и моделирования указанных процессе в бомбе BLU-73, причем результаты практически совпали с параметрами, измеренными при экспериментальном подрыве аналогичного боеприпаса объемного взрыва с зарядом, содержащим окись этилена.

Так, выявилось, что после срабатывания вышибного заряда окись этилена распыляется в облако высотой 3 м и радиусом 6 м, при этом завихрения, образующиеся в воздухе при взрыве вышибного заряда, обеспечивают такое дробление капель окиси этилена: спустя 10 мс все капли диаметром менее 10 мм распадаются на капли диаметром 0-2 мм и к моменту истечения 30 мс, когда производится подрыв топливно-воздушного облака детонатором (вес ВВ в нем должен быть не менее 350 г), до 90 проц. окиси этилена в облаке существует в виде капель диаметром 0-2 мм. В этот момент в облаке возникает детонационная волна, воздействие которой обусловливает испарение капель окиси этилена и их горение до полного израсходования топлива или кислорода воздуха. Процесс испарения мелких капель происходит на отрезке времени между 60-й и 63-й мс, процесс детонации завершается к 67-й, а полное выгорание топлива в воздухе - к 77-й. В целом из 32,6 кг окиси этилена в процессе детонации используется 27 кг (83 проц.). 1,35 кг (4 проц.) выпадает на грунт, 0,25 кг (1 проц.) остается в виде капель диаметром более 10 мм и 4 кг (12 проц.) - в виде несгоревших паров. Максимальное давление на поверхность земли при подрыве облака составляет 14 кг/см2 на удалении 3 м.

Считается, что машинная модель DICE-FAE позволяет не только обходиться без натурных испытаний, но и определять весовое соотношение топлива и вышибного заряда, распределение топлива по размерам капель в топливно-воздушном облаке, высоту и скорость падения боеприпаса в момент подрыва вышибного заряда, характеристики топлива, влияющие на дробление и испарение капель, место и время подрыва детонаторов и их параметры.