Боеприпасы объемного взрыва

К боеприпасам второго поколения относятся бомбы BLU-95 (калибра 500 фунтов) и BLU-96 (2000), предназначенные для применения со скоростных самолетов. Они снаряжаются окисью пропилена (соответственно 136 и 635 кг). Один из вариантов BLU-96 создан для использования в качестве боевой части в управляемых авиационных бомбах GBU-15. Разработанная авиационная бомба объемного взрыва калибра 1000 фунтов имеет заряд, содержащий 500 кг метана. Как сообщалось в иностранной прессе, избыточное давление во фронте ударной волны, создаваемой ею, составляет 0,9 кг/см2 на удалении 130 м и 0,42 кг/см2 на удалении 190 м. При этом отмечается, что при избыточном давлении 0,8 кг/см2 наносятся серьезные повреждения надводному кораблю, а давление 0,42 кг/см2 уже достаточно для вывода из строя оптических приборов и радиосвязных антенн, применяемых на танках.

Одним из перспективных углеводородных топлив для боеприпасов второго поколения считается жидкий гептан. Химическая активность этого соединения увеличивается при введении в него дополнительно до 20 проц. пропилнитрата или бутилнитрата, что дает повышение его детонационных характеристик. Во время проведения экспериментов средняя скорость прохождения ударной волны при детонации гептано-воздушного облака диаметром 7 м (с добавлением 20 проц. пропилнитрата) достигала примерно 1600 м/с. По сравнению с окисью пропилена в таком объеме расходуется на 27 проц. больше атмосферного кислорода, что увеличивает зону детонации, а следовательно, и боевую эффективность боеприпаса. Отмечается также, что, если уменьшать диаметр капель гептана в топливно-воздушном облаке, детонационный процесс значительно усиливается.

К боеприпасам объемного взрыва второго поколения американские специалисты относят и наземную систему разминирования SLU-FAE. Она представляет собой 30-ствольную реактивную систему залпового огня, смонтированную на гусеничном транспортере М548, которая ведет стрельбу 346-мм неуправляемыми ракетами с зарядами объемного взрыва на дальность 300-1000 м. Каждая ракета имеет вес 87 кг, боевая часть снаряжается окисью пропилена (38 кг).

Боевое применение боеприпасов первого поколения в Юго-Восточной Азии показало, что это оружие противоречит принятым международным нормам ведения вооруженной борьбы. В частности, было установлено, что создаваемая при взрыве боеприпасов объемного взрыва ударная волна вызывает такие поражения, как воздушная эмболия кровеносных сосудов (закупорка пузырьками воздуха), контузия головного мозга, внутренние кровотечения ввиду разрыва паренхиматозных органов (печени, селезенки), пневмоторакс (проникновение воздуха в плевральную полость и в результате этого выключение легкого из акта дыхания), ателектазы легкого (выключение из функции дыхания отдельных участков легочной ткани вследствие потери их эластичности), выход из орбит глазных яблок, разрыв барабанных перепонок и т.п. Все это, а также неэффективность известных мер защиты послужили основой для того, чтобы в ООН боеприпасы объемного взрыва были квалифицированы как «негуманные средства ведения войны, вызывающие чрезмерные страдания людей». В результате в 1976 году в Женеве на заседании Чрезвычайного комитета по обычному оружию был принят документ, в котором боеприпасы объемного взрыва по квалификационным признакам признаны как вид оружия, требующий международного запрещения.

В итоге развернувшейся в тот период в ООН кампании за запрещение военного применения боеприпасов объемного взрыва американская администрация была вынуждена ввести в феврале 1977 года запрет на продажу этого оружия другим странам, хотя незадолго до этого США обещали поставить его Израилю. В это же время Израиль принял решение о разработке собственных боеприпасов объемного взрыва.

Работы по созданию новых видов высокоэффективного оружия в США продолжились, в том числе и боеприпасов объемного взрыва третьего поколения. Принципиальным их отличием является единый процесс образования топливно-воздушного облака и его детонации, то есть применение только одного вышибного заряда и исключение необходимости в инициирующих детонаторах. Подобный единый процесс сулит весьма большие выгоды, поскольку он существенно снижает влияние внешних, в том числе метеорологических, факторов.

Для детонации топливно-воздушного облака в боеприпасах объемного взрыва третьего поколения используются такие механизмы воздействия, как ударная волна, химическая реакция, фотохимическое и тепловое воспламенение. Отмечается, что ударная волна, создаваемая при взрыве 2 кг обычного ВВ, способна вызвать детонацию в топливно-воздушных смесях из метана и пропана с воздухом, имеющих процентное соотношение концентраций 70:30 и 60:40.

При химическом инициировании, считающемся одним из наиболее перспективных, используется окислитель, впрыскиваемый в основное топливо после его распыления, который либо самостоятельно, либо с участием катализаторов обеспечивает воспламенение газовой смеси. Функция катализаторов заключается в том, что благодаря вступлению в химическую реакцию с топливом или кислородом образуются промежуточные продукты горения (свободные радикалы), необходимые для возникновения детонационного процесса. Экспериментально детонация была получена в ацетилене, пропане и бутане при использовании фтора (в качестве катализатора) и чистого или атмосферного кислорода (окислителя).

Энергетический выход детонационного процесса при химическом механизме инициирования зависит от последовательного рассеивания топлива и окислителя, количества высвобождающейся энергии при реакции с окислителем, а также горения топлива. Для достижения максимального энергетического выхода изучаются два возможных способа. Один из них заключается в подборе точного времени задержки впрыскивания окислителя, которое обеспечивает возникновение химической реакции после рассеивания топлива в облако с нужной концентрацией и высвобождение энергии в пределах облака, что создает когерентные импульсы давления, планомерно усиливающие ударную волну до уровня развития детонационного процесса. При втором способе, исключающем необходимость в подобной временной задержке, используется окислитель в виде высокоактивных полигалогенов в сочетании с распыляющим вышибным зарядом. Это обеспечивает фактически одновременность процессов распыления топлива и воспламенения, протекающих с такой высокой скоростью, что при образовании облака и его горении возникает быстроперемещающийся фронт высвобождения больших количеств энергии, дающий в итоге ударную волну.

Один из экспериментальных боеприпасов объемного взрыва, где реализуется первый способ, представлял собой контейнер с порошковым наполнителем (например, алюминий) или жидким углеводородным топливом весом 5 кг. В нем находится стальной баллон с окислителем весом 400 г, заворачиваемый в листовое ВВ. При подрыве ВВ происходит распыление топлива, а спустя некоторое время - окислителя. Считается, что для нормальной организации детонационного процесса время задержки распыления последнего должно составлять 40-50 мс, причем эксперименты показали возможность регулирования скорости детонации путем изменения скорости распыления окислителя.

В основе механизма организации детонационного процесса по второму способу лежит образование направленных струй распыляемого топлива (дизельное топливо или гептан) и окислителя благодаря звездообразной форме вышибного заряда и возникновению кумулятивного эффекта в выемках между «зубцами» заряда, в которых размещается окислитель, помещенный в контейнеры из нержавеющей стали. Жидкие углеводороды и полигалогены являются абсолютно несмешивающимися соединениями, однако, будучи более тяжелыми, полигалогены перемешиваются в распыленном виде с распыленными углеводородами, поскольку существует нестабильность на границе «жидкость - жидкость». Дробление обеих жидкостей на мельчайшие капли происходит в результате воздействия давления от взрыва вышибного заряда величиной в несколько сотен тысяч килограммов на 1 см2. При этом струи топливно-окислительной смеси увлекают за собой массы воздуха, находящегося между ними, причем в большем количестве, чем требуется для горения топлива, которое происходит скоротечно в виде взрыва.

Экспериментально установлено, что при использовании окислителя CIF3 инициирование происходит через 10-15 мкс, а BrF3 - через несколько сотен микросекунд, так что в последнем случае получается больше времени на перемешивание топливно-окислительной смеси с воздухом, а следовательно, в детонационный процесс вовлекается большее количество кислорода. При цилиндрической форме боеприпаса объемного взрыва топливно-окислительные струи создают кольцевое облако, в котором ударная волна образуется как в радиальном, так и в осевом направлении, причем скорость осевой ударной волны достигает М = 4-5. В этом случае скачок температуры и давления в ее фронте будет значительно ускорять горение, что дает наращивание скорости ударной волны и развитие детонации более высокого порядка.

В основе фотохимического способа воспламенения находится принцип повышения концентрации свободных радикалов, образующихся в результате распада (фотодиссоциации) соединений под воздействием ультрафиолетовых лучей. Согласно зарубежным публикациям, энергия ультрафиолетовых импульсов, необходимая, например, для воспламенения пропано-воздушных смесей с концентрацией пропана примерно 4 проц. при давлении в облаке 0,675 кг/см2, составляет порядка 4 Дж. При этом воспламенение смеси вызывают ультрафиолетовые лучи с длиной волны 145-165 нм, а ускорение горения - с длиной 163-200 нм.

По тепловому механизму инициирования работают, в частности, лазеры на рубиновом кристалле (в импульсном режиме или режиме с переключением добротности). Экспериментально установлено, что в топливно-воздушном облаке с пропилнитратом и гептаном капли топлива распыляются без горения, но с образованием взрывной волны при облучении в режиме переключения добротности, а детонационный процесс получается при облучении лазерными импульсами (с периодом повторения 100 мкс) капелек топлива в смеси с кислородом. Топливо в смеси с обычным воздухом дает при этих условиях лишь простое горение.

В иностранной прессе отмечается, что, помимо США и Израиля, весьма активные работы по созданию боеприпасов объемного взрыва проводились также во Франции, Канаде, Великобритании, Японии и ряде других стран.