Химия и Химики № 3 2015. Ударное ядро

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Журналисты любят оценивать энергию взрыва в тротиловом эквиваленте. Например, в газете пишут, что сила взрыва соответствовала килограмму тротила. Или тонне тротила: "Вы представляете: взорвалась целая тонна тротила"!

Такой подход не совсем корректен. В частности, энергия, которая выделяется при сгорании на воздухе килограмма угля или бензина, больше, чем энергия, которая высвобождается при взрыве килограмма тротила.

Разумеется, уголь может гореть минуты, часы и дни, иногда - месяцы, а скорость распространения волны детонации составляет несколько километров в секунду. Например, скорость детонации тротила около 7 км/сек - другими словами, тротил выделяет энергию взрыва практически мгновенно. В этом и разница между мирным горение брикета угля и разрушительным взрывом тротиловой шашки. Но и энергию взрыва можно направить равномерно во все стороны, а можно сконцентрировать ее в одном направлении. Во втором случае разрушения будут гораздо больше - именно по такому принципу работает кумулятивный заряд.

Кумулятивный заряд имеет продолговатую форму. Вдоль оси делают специальную (кумулятивную) выемку - в том направлении, куда необходимо направить энергию взрыва (кумулятивную струю). Выемка не сквозная. Стенки выемки делают из меди, латуни, реже - стали (толщина стенок - ориентировочно 1-3 мм: желательно, чтобы стенки были прочными). Допускается выемка без облицовки, но тогда эффект будет гораздо слабее. С противоположной выемке стороны вставляют детонатор.

Когда детонатор срабатывает, волна детонации распространяется вдоль оси заряда, пока не достигнет кумулятивной выемки. На стенках кумулятивной выемки взрывная волна схлопывается внутрь (по кругу), в результате образуется направленная струя, давление возрастает до огромной величины - порядка 10¹⁰ Па или 10⁵ атм).

Чтобы плавить металл (сталь), температуры кумулятивной струи недостаточно, но, благодаря очень высокому давлению, превышается предел текучести металла. В результате твердый металл ведет себя подобно жидкости. Такая струя может пробить толстую броню или бетон. Удельная прочность брони большого значения не имеет.

Для достижения максимального эффекта кумулятивный заряд должен быть расположен на оптимальном расстоянии от плиты, которую нужно пробить. Если заряд будет слишком близко - кумулятивная струя не успеет сформироваться, если заряд установить слишком далеко - кумулятивная струя частично или полностью рассеется.

Чтобы расположить кумулятивный заряд на нужном расстоянии от цели, его часто устанавливают на ножки (или аналогичные опоры).

Кумулятивная струя делится на две зоны. Часть струи образует гиперзвуковой поток, который двигается со скоростью несколько километров в секунду (до 10 км/с), вторая часть формирует массивную "каплю", которая движется медленнее, зато имеет бОльшую массу. Если кумулятивная воронка имеет острый угол, это создает благоприятные условия для формирования высокоскоростной струи, если воронка имеет тупой угол (более 100 градусов) или имеет полукруглую форму и толстые металлические стенки - это благоприятствует формированию "ударной капли". Такой заряд обычно называют "ударное ядро".

Особенность ударного ядра в том, что оно способно пробивать бронированные цели на расстоянии в десятки метров ( - т.е. порядка тысячи диаметров заряда, в то время как, для "обычного" кумулятивного заряда бронебойность сохраняется на расстоянии в десятки диаметров заряда).

Разумеется, такое изобретение с самого начала используется в военном деле: ракеты, бомбы, мины. Например, противотанковая бортовая мина ТМ-83.

Более того, кумулятивный эффект изобрели немецкие ученые, которые работали именно на армию. Произошло это перед самой Второй мировой войной. Благодаря этому немецкая армия получила значительное преимущество. Знание кумулятивного эффекта дало немцам новые противотанковые средства (способные уничтожать танки Красной армии с массивной броней) и средства для уничтожения массивных бункеров и других укреплений. Страны антигитлеровской коалиции разработали аналогично оружие с опозданием. Например, первый советский кумулятивный противотанковый снаряд был "передран" с немецкого.

Первое боевое применение кумулятивных зарядов. Специально обученная группа немецких саперов установила заряды, которые пробили массивные бетонные бункеры в бельгийском форте Эбен-Эмаэль. Этот форт был ключевым звеном в обороне бельгийских войск. Его быстрое падение катастрофически повлияло на положение союзников в начале войны

Ниже показан эксперимент с ударным ядром.

Пластическое взрывчатое вещество запрессовал в обрезанный баллончик от бутана (для горелки). Обратите внимание, что для баллончика с правильным дном (см. фото) эффективное расстояние от заряда до мишени 7-8 см. Иначе будет "пшик".

В качестве взрывчатого вещества использовался тетранитропентаэритрит (он же - ТЭН, PETN), пластифицированный с помощью т.н. "мышиного клея" на основе полибутилена. Соотношение ТЭН/полибутилен (мышиный клей) = 9/1. Клей растворял в ксилоле, затем замешивал туда ТЭН. Полученную массу сутки сушил на полиэтиленовом пакете.

Технические детали. Если брать ТЭН, высаженный из ацетона, то после высыхания получается комок, который к рукам не липнет, и его можно разминать (не сильно, а то растрескиваться будет). Если брать ТЭН-сырец, нейтрализованный содой, то после высыхания получается порошок, который сильно комкуется и довольно хорошо прессуется. Но комок из него уже не слепишь, так как кристаллы по такому способу гораздо мельче получаются. Детонатор - 2 грамма ТЭНа и сверху ГМТД (сколько точно - не знаю).

Результат взрыва показан на видео и фотографиях. Толщина стальной пластины - 20 мм.

Смотреть Видео (21 Мб, .avi )

А это совсем другой эксперимент. Действие ударного ядра на стенки склада (склад напоминает двухметровый "гофрированный шланг" из железа). Расстояние от заряда до стенок склада - более 10 метров. Кумулятивная выемка заряда была сделана из латуни толщиной 3 мм. Заряд - пластит. Масса заряда неизвестна (забыл), но можно предположить, что около 1 кг.

Ударное ядро пробило склад насквозь. (Первые 2 фото - ближняя стенка, третье - дальняя).