Специалистам / Практика / Практика (статья)

Боевые ранения: терминальная баллистика

Терминальная баллистикаЗначение кинетической энергии

Любое движущееся тело обладает кинетической энергией, будь то брошенный рукой нож или дубинка, винтовочная пуля или осколок разорвавшегося снаряда.

Количество кинетической энергии выражается хорошо известной формулой:

Эта формула позволяет определить общую кинетическую энергию, которой обладает данный объект, но не определяет количество энергии, потраченной при вхождении в тело мишени и прохождении сквозь него. Если масса пули или осколка не изменилась, то количество потраченной энергии определяется из разницы скоростей на входе и выходе:

Если же нет выходного отверстия, то v2 = 0 и вся кинетическая энергия была перенесена на цель, в которую попала пуля. Если же пуля разрушилась на фрагменты, то масса также изменилась и, соответственно, меняется и E_{K EXP}.

Показатель общей кинетической энергии демонстрирует, какой может быть нанесен ущерб. А переданная кинетическая энергия – это та энергия, которая действительно причиняет ущерб. Однако фактическое повреждение тканей зависит от эффективности этой передачи энергии, на которую влияют многие другие переменные, как будет показано дальше.

Классификация оружия по E_K

Есть еще одна классификация оружия, основанная на количестве кинетической энергии, доступной для перенесения:

• Оружие низкой энергии: ножи или ручные метательные снаряды
• Оружие средней энергии: пистолеты
• Оружие высокой энергии: боевые или охотничьи винтовки с дульной скоростью выше 600 м/с или пулями большой массы

Металлические осколки, образующиеся при взрыве, обладают очень высокой начальной скоростью, которая быстро уменьшается с расстоянием. Ранящая способность осколка зависит от его массы и от удаленности жертвы от источника взрыва.

ИССЛЕДОВАНИЯ

Многие специалисты проводили различные эксперименты, чтобы описать воздействие всевозможных снарядов на ткани. В качестве мишеней использовались трупы людей, различные животные (свиньи, собаки, козы) и имитаторы тканей.

Имитаторы тканей – это специально подготовленные блоки из желатина или глицеринового мыла, плотность и/или вязкость которых близки к аналогичным показателям у мышечной ткани. Мыло поддается формовке, и поэтому любые его деформации остаются без изменения, отражая максимальный эффект воздействия. Желатин – это упругий материал, и его деформации пропадают почти сразу же. Поэтому деформации желатина исследуют с помощью высокоскоростных съемочных камер. Если напряжение в блоке желатина превысит предел упругости, то в нем появляются трещины и он разрывается, обнаруживая линии разлома.

По сравнению с трупами людей и лабораторными животными преимущество имитаторов тканей заключается в том, что можно повторять эксперименты, меняя каждый раз по одной переменной. Тем не менее такие лабораторные эксперименты являются лишь приближенным воспроизведением того, что действительно происходит в теле живого человека.

Хирурги, которые имеют опыт работы в зоне боевых действий, много лет сотрудничали с баллистической лабораторией Федерального департамента обороны Швейцарии, где для баллистических экспериментов используют желатин и глицериновое мыло. Полученные результаты нашли подтверждение при сравнении их с клинической практикой хирургов, работающих в различных зонах военных действий по всему миру.

По результатам этих лабораторных исследований были выведены пять категорий, описывающих поведение снарядов: недеформируемые и деформируемые пули, как винтовочные, так и пистолетные, а также осколки.

Недеформируемые винтовочные пули: боевая пуля в сплошной металлической оболочке

Когда стандартная боевая пуля, летящая в устойчивом положении, попадает в мягкое тело, она образует пулевой канал, состоящий из трех хорошо различимых зон: узкого канала, основной временной полости и конечного узкого канала (рисунок 1).

Рисунок 1. Прохождение недеформируемой винтовочной пули в мыле

• Зона 1

Прямой узкий канал диаметром примерно в полтора раза больше калибра пули. Чем больше скорость, тем шире канал. Разные типы пуль образуют каналы разной длины, обычно в пределах от 15 до 25 см.

• Зона 2

Канал переходит в «первичную временную полость». По имеющимся данным, диаметр этой полости в 10–15 раз больше калибра пули.

На рисунке 2 показано движение пули в желатине. Она начинает рыскать и делает поворот на целых 270°, а затем продолжает движение хвостовой частью вперед. Вся боковая поверхность пули входит в соприкосновение со средой, которая резко замедляет ее движение и подвергает ее большим нагрузкам.

Рисунок 2. Разворот пули в желатине или мыле: она поворачивается на 270° вокруг поперечной оси, перпендикулярной к продольной оси (наглядное изображение пули, наложенное на блоки мыла; соотношение размеров пули и траектории ее движения специально искажено для более полной ясности)

Снижение скорости движения пули ведет к высвобождению кинетической энергии, что, в свою очередь, приводит к массированному вытеснению желатина радиально наружу с образованием полости за пулей. Наблюдается некоторое отставание образования этой полости из-за инерции желатиновой массы. В полости образуется почти полный вакуум, который быстро засасывает воздух через входное отверстие и через выходное, если таковое имеется. Через несколько миллисекунд происходит спадение полости, а затем она снова восстанавливается, но уже в меньшем объеме. Колебание полости продолжается до тех пор, пока вся перенесенная энергия не будет израсходована. То есть полость пульсирует! В воде или желатине происходит до 7–8 пульсаций, а в биологических тканях – обычно 3 или 4.

Диаметр этой полости зависит от упругих свойств среды, а также от количества переносимой энергии. Трещины, радиально отходящие от пулевого канала, показывают, что сдвигающая деформация полости превзошла упругость желатина.

• Зона 3

Колебание пули замедляется, и она продолжает движение в положении боком со значительно меньшей скоростью. В некоторых случаях наблюдается образование узкого прямого канала, а иногда пуля, видимо, продолжает колебание, но уже в обратном направлении, занимает положение на боку и в результате такого движения появляется вторая полость. Но эта вторая полость уже не достигает размера первой временной полости. Затем пуля продвигается немного вперед и наконец останавливается, всегда хвостовой частью вперед.

То, что остается в пулевом канале в такой упругой среде, как глицерин, по окончании этого процесса и завершении всех временных эффектов, называют «остаточным каналом».

Примечание:

Указанные три зоны образуют все винтовочные пули в сплошной металлической оболочке. Однако каждый тип пули оставляет свой особый пулевой канал, прежде чем начинается образование полости: узкий канал, оставляемый пулей калибра 7,62 мм автомата АК-47, имеет большую длину (15–20 см), а пуля калибра 5,45 мм автомата АК-74 образует узкий канал длиной менее 5 см.

Колебание, отклонение от направления движения в теле мишени

При достаточно длинном пулевом канале любая винтовочная пуля в сплошной металлической оболочке отклоняется в нем. От того, в какой момент начинается колебание, зависит длина узкого канала и момент образования полости. А на это влияет устойчивость пули – отклонение от направления движения в точке удара о мишень. Чем менее устойчива пуля, то есть чем больше угол поворота продольной оси, тем раньше приходит в соприкосновение со средой мишени боковая поверхность пули, раньше начинается колебание и образуется более короткий узкий канал. Момент начала кувыркания винтовочных пуль в сплошной металлической оболочке зависит и от их конструкции (массы, расположения центра тяжести и т. д.), а также от расстояния, с которого произведен выстрел.

Разрушение винтовочных пуль в сплошной металлической оболочке на отдельные фрагменты

Именно во время образования зоны 2, то есть временной полости, некоторые пули деформируются или даже разрушаются на отдельные фрагменты из-за громадных нагрузок, воздействующих на них. Это происходит в момент, когда площадь соприкосновения пули со средой и размер полости достигают своего максимума и происходит самая интенсивная передача кинетической энергии (рисунок 3 и 4). И если пуля воздействует на среду тела, то здесь среда воздействует на пулю. Разрушение пули на отдельные фрагменты происходит только при ведении огня с близкого расстояния, в пределах от 30 до 100 метров, в зависимости от конструкции пули и ее устойчивости в полете.

Рисунок 3. Положение пули и пространство, которое занимает пулевой канал в моменты образования разных зон. На графике представлено изменение переноса кинетической энергии по ходу движения пули: фрагментация пули происходит при максимуме передачи энергии

Рисунок 4. Фрагментация винтовочной пули в сплошной металлической оболочке во время образования зоны 2, то есть временной полости

Пуля расплющивается с двух сторон, изгибается посередине, и, наконец, оболочка лопается, а свинцовый сердечник ломается, и его осколки выбрасываются наружу (рисунок 5). Образуется «свинцовый дождь», картинка которого часто видна на рентгеновских снимках. Если пуля разламывается, то маленькие ее фрагменты обычно отклоняются вниз. Степень фрагментации зависит от конструкции пули и ее скорости. При скорости столкновения с мишенью ниже 600 м/с винтовочные пули в сплошной металлической оболочке не деформируются и не разрушаются.

Рисунок 5. Оболочка пули лопнула, выбросив наружу находившийся внутри нее свинец

Если пуля разламывается, то основная временная полость получается большего размера, чем полость в случае неповрежденной пули. Фрагментация пули показывает значительно больший перенос энергии и имеет важные клинические последствия.

Деформируемые винтовочные пули: «Дум-Дум»

В 1897 году Индийское артиллерийско-техническое управление Британской армии разработало на патронном заводе в городе Дум-Дум, на северо-востоке от Калькутты, пулю для своих колониальных войск. Сделано это было потому, что считалось, что предыдущая пуля была неэффективной и причиняла лишь незначительные ранения. Новая пуля имела круглую носовую часть, медно-никелевая оболочка которой закрывала почти весь свинцовый сердечник, оставляя непокрытым лишь 1 мм на самой верхушке пули. Пуля была использована в войне 1897–98 годов против афганцев племени Африди, а затем, в 1989 году, против армии Махди в сражении при Омдурмане в Судане. В обоих случаях эффект оказался ужасающим. В 1868 году Санкт-Петербургская декларация объявила, что использование таких пуль «было бы противно законам человеколюбия», а в 1899 году ее применение было запрещено Гаагской конвенцией. Пули, причиняющие чрезмерные повреждения (maux superflus – фр.), были запрещены. В качестве примера в Конвенции упомянуты пули, металлические оболочки которых не полностью закрывают свинцовый сердечник. С тех пор все пули, обладающие теми же свойствами (легко деформироваться путем расширения или сплющивания), были объединены одним именем – пули «Дум-Дум».

Некоторые пули (например, охотничьи) сконструированы так, что они всегда деформируются, например, расплющиванием. К ним относятся пули с полостью в головной части, частично покрытые оболочкой пули, пули с мягкой свинцовой вершинкой и т. д. (см статью «Боевые ранения: баллистика» рисунок 2). Такие пули, обычно называемые пулями «Дум-Дум», международное право запрещает использовать в военных целях.

Конструкция деформируемых пуль такова, что они легко расплющиваются в грибовидную форму, в результате чего увеличивается размер поперечного сечения без потери массы. Стреляные пули весят столько же, сколько и новые. Их применяют главным образом для пистолетов с дульной скоростью меньше 450 м/с, и они доступны для использования внутри страны (спецназом и преступниками). С другой стороны, осколочные пули распадаются на отдельные частицы, теряют массу и создают «стену» из этих частиц, увеличивая, таким образом, свою эффективную площадь или поперечное сечение. Применяют их для охоты.

На рисунке 6 показана частично покрытая оболочкой винтовочная пуля, расплющивающаяся в грибовидную форму сразу же после удара о мягкую среду. Увеличенное поперечное сечение создает более интенсивное взаимодействие пули со средой, пуля быстро теряет скорость и на очень ранней стадии высвобождает кинетическую энергию. Узкий канал почти полностью исчезает, а временная полость появляется сразу же после удара. В первый момент полость имеет почти цилиндрическую форму, а затем сужается в конус.

Рисунок 6. Частично покрытая оболочкой деформируемая пуля в блоках мыла: пуля расплющивается в грибовидную форму сразу же после удара, а затем продолжает двигаться по прямолинейной траектории (наглядное изображение пули, наложенное на блоки мыла)

Принципиальное различие между пулей со сплошной металлической оболочкой и пулей, частично покрытой оболочкой, заключается в разной глубине проникновения, на которой происходит максимальный перенос энергии этими пулями в пулевых каналах. Объем полостей в обоих примерах на рисунке 7 одинаковый, что говорит об одинаковом переносе кинетической энергии.

Рисунок 7. Сравнение баллистических характеристик пули со сплошной металлической оболочкой и пули, частично покрытой оболочкой: у пули, частично покрытой оболочкой, перенос кинетической энергии происходит значительно раньше, чем у пули со сплошной оболочкой

Аналогичный эффект наблюдается при использовании синтетического имитатора кости, заключенного в желатин (рисунок 8).

Рисунок 8. Сравнение действия пули в сплошной металлической оболочке (СМО) и пули, частично покрытой оболочкой (ЧПО): синтетическая кость прикрыта небольшим слоем желатина. Пуля СМО ломает имитатор кости в зоне узкого канала. Пулевые каналы в присутствии имитатора кости и без него практически одинаковые. Пуля ЧПО на той же самой глубине полностью разрушает имитатор кости

Эффект рикошета

Когда пуля в сплошной металлической оболочке, прежде чем попасть в тело мишени, ударяется о препятствие, она теряет устойчивость. После удара о мишень почти нет никакого узкого канала, а пулевой канал напоминает тот, который образуется от деформируемой пули или пули «Дум-Дум» (рисунок 9). Это явление имеет важные клинические последствия.

Рисунок 9. Винтовочная пуля СМО в блоке мыла после рикошета: большой угол встречи после рикошета выводит пулю из равновесия. В результате пуля начинает свободно кувыркаться в самом начале пулевого канала. Обратите внимание, что полость образуется почти сразу же после удара, аналогично тому, что происходит при попадании в мишень пули ЧПО

Примечание: Конструкция оболочки является не единственным фактором, определяющим поведение пули, будь она полностью или частично закрытая. Вполне возможно сконструировать пулю, которая будет разрушаться при высокой скорости, деформироваться при средней и сохранять свою форму при низкой скорости.

Пистолетные пули

Пистолетные пули могут быть значительно тяжелее винтовочных.

Недеформируемая пуля

Пулевой канал, образованный недеформируемой пулей, показывает, что такая пуля мало отклоняется от оси движения и вообще не разворачивается. Пуля продолжает двигаться носовой частью вперед, глубоко проникая в тело мишени (рисунок 10). Временная полость длинная и узкая.

Рисунок 10. Стандартная пуля боевого пистолета, полная металлическая оболочка, не наблюдается никакого колебания (наглядное изображение пули, наложенное на блоки мыла)

Деформируемая пуля

Деформирующаяся пистолетная пуля с мягкой головной частью (используется спецназом), расплющивается на входе в грибовидную форму (рисунок 11). Большая площадь поперечного сечения вызывает резкое снижение скорости и интенсивный перенос кинетической энергии с немедленным образованием большой временной полости.

Рисунок 11. Деформируемая пистолетная пуля в блоке мыла: эффект расплющивания в грибовидную форму (наглядное изображение пули, наложенное на блоки мыла)

ОСКОЛКИ

Осколки, образующиеся при взрыве бомбы, ракеты или гранаты имеют неправильную, то есть не аэродинамическую форму. Из-за сопротивления воздуха их скорость быстро снижается с расстоянием. Траектория их полета неустойчива, они беспорядочно вращаются в любых направлениях. При ударе о мишень в соприкосновение с нею входит максимально большое поперечное сечение осколка и происходит перенос максимума кинетической энергии. Внутри тела мишени не наблюдается ни рыскания, ни вращения осколка.

Наибольший диаметр полость пулевого канала всегда имеет на входе, причем она шире диаметра осколка. Затем полость постепенно сужается в конус (рисунок 12).

Рисунок 12. Поведение осколка в блоке мыла: наибольшую ширину канал имеет на входе, полость конической формы

Глубина проникновения осколка всегда зависит от его кинетической энергии и от соотношения скорости и массы этого осколка. На рисунке 13 показаны конусы, образованные двумя осколками, обладающими одинаковой кинетической энергией: объемы их конусов одинаковы.

Рисунок 13. Два осколка, обладающие одинаковой кинетической энергией. Обратите внимание на разницу в выделении энергии вдоль траектории движения, что отражается в разной конфигурации полостей: a) легкий, быстро летящий осколок; b) тяжелый, медленно летящий осколок

Таким образом, легкий, быстро летящий осколок переносит на мишень большую часть своей энергии сразу же после удара. Тяжелый, медленно летящий осколок проникает дальше вглубь мишени и рассеивает свою энергию вдоль более длинного пулевого канала.