Специалистам / Практика / Практика (статья)

Военно-полевая хирургия: Взрывчатые вещества

Явления взрываПрименение взрывных устройств в современных вооруженных конфликтах, ставших основным видом оружия, обусловлено, прежде всего, дистанцией поражения (у современного вооружения расстояние возможного поражения цели постоянно увеличивается) и эффективным механизмом поражения (осколки взрывных устройств).

Взрыв бомбы в воздухе протекает в три стадии: ударной волны повышенного давления, разрежения и взрывной волны.

Вначале был ближний бой, оружием которого были кулаки, палки, камни, ножи, мечи и копья. Затем появилось оружие, действующее на расстоянии с использованием внешней энергии (руки человека): камень на коротком ремне, метательное копье и лук со стрелой. Изобретение и распространение пороха привело к революции в военном деле, появилось оружие, действующее на большем расстоянии: взрывные устройства и нарезное оружие.

В некоторых отношениях эволюция военного дела в значительной мере основывалась на технологическом прогрессе, породившем широкий спектр боевых ситуаций, в громадной степени увеличивших количество людских потерь и типов причиненных ранений.

Прогресс технологии современных высокобризантных взрывчатых веществ, и особенно систем их доставки, представляет собой один из важнейших факторов, позволяющих комбатантам более свободно преодолевать «естественное сопротивление» убийству людей. Все это привело к возникновению огромного разнообразия сценариев ведения боевых действий, начиная от массированной артиллерийской и воздушной бомбардировки городских территорий и кончая широким использованием мин, этого «идеального» дистанционного оружия неизбирательного действия, которое даже не требует от исполнителя спускать курок.

По сути дела, результатом такой эволюции за последние 100 лет была замена пуль как преобладающего механизма поражения на осколки или шрапнель, которые сегодня причиняют до 80 % ранений в войнах между традиционными армиями. Партизанские войны все еще дают более высокий процент огнестрельных ранений (см статью «Этиология и локализация боевых ранений»).

Осколки появляются в результате действия различных взрывных устройств и систем: авиационных бомб, артиллерийских или минометных снарядов, реактивных и ручных гранат, мин и самодельных взрывных устройств.

В статье «Военно-полевая хирургия: баллистика ранений» рассмотрена баллистика ранений осколками. Однако, в дополнение к генерации осколков, взрывные устройства характеризуются первичным фактором взрыва, который вызывает повреждения специфического характера. Повреждения взрывной волной рассмотрены отдельно.

УСТРОЙСТВО БОЕПРИПАСОВ

Взрывчатые вещества бывают высокобризантными и метательными взрывчатыми веществами. Все они вызывают различные картины повреждения. К метательным взрывчатым веществам относится порох, небольшие бомбы, как, например, трубчатые взрывные устройства и «коктейль Молотова» (на основе нефтяного сырья). Высокобризантные взрывчатые вещества делятся на самодельные, изготовленные из имеющихся в продаже простых веществ, например, из удобрений и дизельного топлива, и на ВВ промышленного производства. Последние могут предназначаться для гражданских целей (например, для разработки полезных ископаемых открытым способом, для строительства дамб и других крупных гражданских сооружений) или предназначаться для военного применения. К ВВ военного применения относятся тринитротолуол, динамит, пентаэритриттетранитрат  и пластичные взрывчатые вещества (пластичное ВВ, C-4, семтекс). В боеприпасах обычно используют смесь специализированных высокобризантных взрывчатых веществ.

Все боеприпасы имеют огневую цепь: последовательность компонентов, предназначенных для того, чтобы взрывной заряд сработал требуемым образом в требуемый момент времени. В револьвере или винтовке это цепь с низкоэнергетическим взрывчатым веществом — боезарядом, находящимся в гильзе патрона. Поджигают боезаряд ударом по капсюлю, который инициирует вспышку. При горении боезаряда в закрытом пространстве образуются газы высокого давления, которые с большой скоростью проталкивают пулю сквозь дуло.

В бомбе или во взрывном устройстве взрывная цепь из бризантного взрывчатого вещества состоит из следующих трех основных последовательных компонентов: капсюля, или детонатора, промежуточного инициирующего заряда и основного боевого заряда, производящего желаемый эффект и являющегося решающим фактором поражающего действия. Оболочка бомбы удерживает компоненты устройства вместе. Оболочка может быть специально спроектирована таким образом, чтобы при взрыве она распадалась на разлетающиеся осколки (готовые осколочные поражающие элементы современных средств поражения весом по 100—500 мг и размером 2—3 мм в поперечнике), которые увеличивают вероятность попадания в человека и обладают большей убойной силой по сравнению с обычными осколками случайных размеров. Или же оболочка разламывается на осколки случайных размеров.

ВЗРЫВ БОМБЫ В ВОЗДУХЕ

Детонация взрывчатого вещества является экзотермическим химическим процессом, который превращает боевой заряд в газы высокого давления, и происходит это в исключительно короткий промежуток времени, измеряемый микросекундами (при низкоэнергетическом сгорании, например, при сгорании пороха, которое происходит в гильзе патрона, этот процесс протекает с относительно небольшой скоростью порядка 200—400 м/с; при высокоэнергетическом сгорании, происходящем в боеприпасах, это превращение протекает со скоростями вплоть до 9000 м/с и даже выше).

Экзотермическая химическая реакция превращает энергию химических связей в тепло, а при эндотермической реакции, наоборот, происходит поглощение тепла.

При взрыве бомбы в воздухе часть энергии образовавшихся газов разрывает оболочку и передает разлетающимся осколкам высокую кинетическую энергию. Начальная скорость осколков может достигать 2000 м/с. Другая часть энергии газов превращается в тепло в виде огненного шара, а также в звук, свет и дым. И наконец, оставшаяся часть энергии заставляет газы быстро расширяться, сжимая окружающий воздух с образованием взрывной, или ударной, волны — то есть колебания величины давления, — которая распространяется сферически во все стороны от точки ее возникновения. Эта ударная волна, распространяющаяся со скоростью, превышающей скорость звука, состоит из трех компонентов (рисунок 1).

Рисунок 1. Кривая Фридлендера: соотношение давления — время во взрывной волне в открытом воздухе при отсутствии преград на пути ее движения. Площадь под кривой представляет собой суммарный импульс на единицу площади. Ударная волна положительного давления: колебание пикового избыточного давления, которое движется через окружающую среду — воздух, воду или землю. Ударную волну избыточного давления создают только высокобризантные взрывчатые вещества. Фаза отрицательного давления, или разрежения: волну разрежения также создают только высокобризантные взрывчатые вещества. Взрывная волна: фаза динамического избыточного давления, сопровождаемая движением больших масс разогретого воздуха и продуктов сгорания. Такую волну создают и высоко- и низкоэнергетические взрывчатые вещества.

Взрывная волна повышенного давления

Взрывная волна повышенного давления представляет собой пик высокого давления и плотности, перемещающийся со сверхзвуковой скоростью, которая вначале достигает 3000—9000 м/с, а затем очень быстро гасится с расстоянием. Ее продолжительность очень мала — порядка миллисекунд, — но сила ее нарастает очень быстро и достигает максимума давления почти мгновенно. Этот пик высокого давления, достигающий сотен бар (в физике правильным термином является ньютон на м², и эта единица называется «паскаль»; в баллистике и метеорологии используют термин «бар»: 1 бар равен 100 килопаскалей и примерно соответствует атмосферному давлению на уровне моря; в ненаучном языке, в данном конкретном случае, это является эквивалентом сотен кг/см²), также быстро снижается по мере того, как волна уходит все дальше от источника взрыва (обратно пропорционально кубу расстояния). Его передний край в воздухе называется фронтом взрывной волны, который виден благодаря тому, как он отражает свет. Избыточное давление во фронте взрывной волны производит дробящий эффект, называемый также бризантным действием. Характер повреждения тканей зависит от величины и продолжительности пика избыточного давления — от ударного импульса.

Волна отрицательного давления, или разрежения

Вслед за прохождением компонента положительного давления идет минимум отрицательного давления, относительный вакуум, втягивающий в себя воздух и различные обломки. Перепад давления здесь значительно меньше, чем в фазе положительного давления, но продолжительность этой фазы может быть в 3-10 раз дольше, а в своем начале она обладает большей разрушительной энергией, чем положительный пик.

Взрывная волна

Быстро расширяющиеся газы, генерируемые взрывом, вытесняют равный им объем воздуха и совместно с ним образуют взрывную волну. Движение больших масс воздуха создает «динамическое избыточное давление», которое движется непосредственно за взрывной волной, но со значительно меньшей скоростью. Тем не менее его скорость может достигать нескольких сотен км/ч (примерно 100 м/с). Его амплитуда ниже амплитуды взрывной волны, но его продолжительность значительно дольше, и оно распространяется значительно дальше. Это динамическое избыточное давление опрокидывает или разбрасывает любые объекты, разрушенные бризантным действием взрывной волны.

ВЛИЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ ОБСТАНОВКИ

Характер распространения взрывной волны очень усложняется при наличии препятствий, или когда волна идет вдоль улиц, коридоров или сквозь трубы и туннели. Взрывная волна, подобно звуковым волнам, обходит встречающееся ей препятствие со всех сторон и воздействует на человека, укрывающегося за ним. В то же время непосредственно за препятствием может возникнуть турбулентность взрывной волны с формированием относительно безопасных зон, поэтому бывает так, что люди, находившиеся близко к месту взрыва, выживают, отделавшись сравнительно легкими травмами или вовсе не пострадав, а те, кто находились дальше, получают серьезные повреждения или погибают. СИБЗ (средства индивидуальной бронезащиты, например, бронежилет) предохраняет тело от проникновения осколков, но не спасает от избыточного давления взрывной волны.

Ударяясь о стену перпендикулярно к ее поверхности, взрывная волны давит на нее значительно сильнее, чем при ударе под углом. Кроме этого, перпендикулярно ударяющаяся волна сжимается и отражается стеной назад, в результате чего происходит усиление волн и создается зона более интенсивного давления. Поэтому при взрыве в закрытом пространстве (в здании, в транспорте и т. д.) происходят дополнительные отражения волны давления от стен; усиленное избыточное давление в этом случае значительно выше, а продолжительность импульса больше (рисунок 2). Все это существенно увеличивает смертность среди людей, находящихся внутри, и тяжесть их ранения. Кроме этого, взрыв в закрытом помещении увеличивает вероятность разрушения здания.

Рисунок 2. Соотношения давление-время при взрыве в закрытом пространстве

Взрывные волны от подземного и подводного взрывов распространяются с большей скоростью и на большие расстояния, поскольку скорость звука в более плотных средах выше. Радиус зоны смертельного поражения от подводного взрыва примерно в три раза больше радиуса при взрыве в воздухе, а причиняемые повреждения на том же самом расстоянии — более тяжелые.

ВИДЫ ВЗРЫВНЫХ УСТРОЙСТВ

Современные технологии позволяют создавать для различных военных потребностей целый ряд видов основных боеприпасов. В данной статье рассмотрен короткий и неполный список таких боеприпасов.

Взрывные устройства повышенной мощности

В термобарической бомбе или в бомбе с топливно-воздушной взрывной смесью вначале происходит слабая детонация, которая распыляет взрывчатый материал в виде тонкого аэрозоля, смешивающегося с кислородом воздуха, затем смесь поджигают для производства второго взрыва. Рассеянный взрывчатый аэрозоль образует значительно больший объем распространения взрывной волны. В результате этого первоначальное избыточное давление существует более длительное время и распространяется на большее расстояние, чем при обычном взрыве. Кроме этого, расходование атмосферного кислорода в процессе взрыва приводит к смертям от удушья. В пределах радиуса действия первичного фактора взрыва мало кому удается уцелеть.

Заряды направленного действия

В оружии этого типа взрывное устройство сконструировано таким образом, чтобы усилить избыточное давление и бризантное действие, направив их по сжатой траектории. В результате этого взрывная волна распространяется не по сфере, а по конусу, начинающемуся с точки взрыва. Избыточное давление взрыва производит разрушительное действие внутри конуса, а вне его — поражение очень мало. Один из типов противотанковых мин (ПТМ) снабжен зарядом направленного действия.

Снарядоформирующий заряд является специальным типом заряда направленного действия. В нем имеется диск, который изменяет свою форму под воздействием детонации, превращаясь в аэродинамически эффективную металлическую пулю, способную пробивать броню. Такие поражающие элементы используют в противотанковых мина промышленного изготовления и все чаще устанавливают в виде самодельных придорожных мин, направленных против танков и бронетранспортеров. Пробив броню, они причиняют тяжелейшие ранения людям, в которых они попадают, при сравнительно небольшом поражении ударной волной лиц, находящихся рядом.

Самодельные взрывные устройства (СВУ)

Само название говорит о том, что это бомбы кустарного производства. В качестве взрывчатого материала могут служить армейские боеприпасы (минометные или артиллерийские снаряды и мины) или имеющиеся в продаже вещества. СВУ используются повстанческими группами, негосударственными вооруженными силами и фракциями. Встречается громадное разнообразие больших и малых и в той или иной степени эффективных СВУ: бомбы из отрезков труб, автомобильные бомбы, придорожные мины, мины-ловушки и т. д.

Плотные инертные металлические взрывчатые вещества (ПИМВВ)

В таком устройстве мелкие частицы инертного тяжелого металла (например, вольфрама) смешаны с взрывчатым веществом, то есть осколки уже находятся во взрывчатке и не являются частями оболочки. Оболочка же делается из материала малого осколочного действия. При взрыве относительно малой мощности образуется ливень микроосколков усиленного бризантного действия. Эти микроосколки высоколетальны на близком расстоянии, но их убойная сила быстро уменьшается с расстоянием, а отсутствие осколков оболочки снижает возможность поражения других людей, находящихся поблизости. У выживших, как правило, наблюдаются травматические ампутации или тяжелые раны мягких тканей, а также оставшаяся в организме пыль тяжелых металлов, которая может представлять токсикологическую угрозу.

Данные относительно токсичности вольфрама весьма неполны и противоречивы, и касаются они в основном хронического воздействия. Острая интоксикация встречается редко, но проявляться она может тошнотой, внезапными судорогами, коматозным состоянием и энцефалопатией, а также острым тубулярным некрозом. Возможна канцерогенность. Лечение поддерживающее и симптоматическое.

Мины и неразорвавшиеся боеприпасы

Мина представляет собой особое взрывное устройство, получившее юридическое определение по методу его активации. Мины промышленного и кустарного производства активируют их жертвы. Противотанковая или противотранспортная мина «означает боеприпас… предназначенный для взрыва от присутствия, близости или контакта… транспортного средства» (Конвенция о запрещении или ограничении применения конкретных видов обычного оружия, которые могут считаться наносящими чрезмерные повреждения или имеющими неизбирательное действие, Протокол II о запрещении или ограничении применения мин, мин-ловушек и других устройств. Женева, 10 октября 1980 года с поправками, внесенными 3 мая 1996 года). Противопехотная мина определяется как «боеприпас… предназначенный для взрыва от присутствия, близости или контакта человека».

Противопехотные мины были запрещены международной конвенцией, которая изменила военные доктрины многих стран (Конвенция о запрещении применения, накопления запасов, производства и передачи противопехотных мин и об их уничтожении, 18 сентября 1997 года. По состоянию на 31.12.2012 было 160 государств-участников этой конвенции). Тем не менее противопехотные мины до сих пор используют в некоторых конфликтах, хотя значительно реже и в существенно меньших объемах, чем это было раньше.

Другие неразорвавшиеся боеприпасы и брошенные боеприпасы взрывного действия также засоряют поля сражений спустя долгое время после прекращения боевых действий. Все это называют взрывоопасными пережитками войны (Протокол по взрывоопасным пережиткам войны [Протокол V к Конвенции 1980 года], 28 ноября 2003 года). Кассетный боеприпас «предназначен для… высвобождения разрывных суббоеприпасов, каждый из которых весит менее 20 килограммов» (Конвенция по кассетным боеприпасам, 30 мая 2008 года запрещает применение кассетных боеприпасов. По состоянию на 31.12.2012 года было 77 государств-участников этой конвенции). Во многих случаях эти суббоеприпасы не взрываются как положено и образуют неразорвавшиеся боеприпасы. То же самое можно сказать и о минах-ловушках (согласно Конвенции о конкретных видах обычного оружия [[Протокол II] «мина-ловушка» определяется как «любое устройство или материал, который предназначен, сконструирован или приспособлен для того, чтобы убивать или наносить повреждения, и который срабатывает неожиданно, когда человек прикасается или приближается к кажущемуся безвредным предмету или совершает действие, кажущееся безопасным»).

Ни наблюдатели, ни системы сбора информации не могут обычно провести различие между разными типами мин и неразорвавшимися боеприпасам, а между тем все это оружие продолжает представлять опасность для гражданского населения и специалистов по разминированию спустя долгое время после прекращения военных действий. Механизм травм и клинически важные последствия одинаковы для раненных бомбами, минами или неразорвавшимися боеприпасами.