Водородная против атомной. Что нужно знать о ядерном оружии
Северная Корея угрожает США испытаниями сверхмощной водородной бомбы в Тихом океане. Япония, которая может пострадать из-за испытаний, назвала планы КНДР абсолютно неприемлемыми. Президенты Дональд Трамп и Ким Чен Ын ругаются в интервью и говорят об открытом военном конфликте. Для тех, кто не разбирается в ядерном оружии, но хочет быть в теме, «Футурист» составил путеводитель.
Как работает ядерное оружие?
Как и в обычной динамитной шашке, в ядерной бомбе используется энергия. Только высвобождается она не в ходе примитивной химической реакции, а в сложных ядерных процессах. Существует два основных способа выделения ядерной энергии из атома. В ядерном делении ядро атома распадается на два меньших фрагмента с нейтроном.
Ядерный синтез – процесс, с помощью которого Солнце вырабатывает энергию – включает объединение двух меньших атомов с образованием более крупного. В любом процессе, делении или слиянии выделяются большие количества тепловой энергии и излучения. В зависимости от того, используется деление ядер или их синтез, бомбы делятся на ядерные (атомные) и термоядерные.
ЭТА ЯДЕРНАЯ БОМБА НАХОДИЛАСЬ В ДЕРЕВЕНСКОМ КОЛОДЦЕ 10000 ЛЕТ В МАЙНКРАФТ | Компот Minecraft
А можно поподробнее про ядерное деление?
Взрыв атомной бомбы над Хиросимой (1945 г)
Как вы помните, атом состоит из трех типов субатомных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Центр атома, называемый ядром, состоит из протонов и нейтронов. Протоны положительно заряжены, электроны – отрицательно, а нейтроны вообще не имеют заряда. Отношение протон-электрон всегда один к одному, поэтому атом в целом имеет нейтральный заряд.
Например, атом углерода имеет шесть протонов и шесть электронов. Частицы удерживаются вместе фундаментальной силой – сильным ядерным взаимодействием.
Свойства атома могут значительно меняться в зависимости от того, сколько различных частиц в нем содержится. Если изменить количество протонов, у вас будет уже другой химический элемент. Если же изменить количество нейтронов, вы получите изотоп того же элемента, что у вас в руках. Например, углерод имеет три изотопа: 1) углерод-12 (шесть протонов + шесть нейтронов), стабильную и часто встречающуюся форму элемента, 2) углерод-13 (шесть протонов + семь нейтронов), который является стабильным, но редким и 3) углерод-14 (шесть протонов + восемь нейтронов), который является редким и неустойчивым (или радиоактивным).
Большинство атомных ядер стабильны, но некоторые из них неустойчивы (радиоактивны). Эти ядра спонтанно излучают частицы, которые ученые называют радиацией. Этот процесс называется радиоактивным распадом. Существует три типа распада:
Альфа-распад: ядро выбрасывает альфа-частицу – два протона и два нейтрона, связанных вместе. Бета-распад: нейтрон превращается в протон, электрон и антинейтрино. Выброшенный электрон является бета-частицей.
Спонтанное деление: ядро распадается на несколько частей и выбрасывает нейтроны, а также излучает импульс электромагнитной энергии – гамма-луч. Именно последний тип распада используется в ядерной бомбе. Свободные нейтроны, выброшенные в результате деления, начинают цепную реакцию, которая высвобождает колоссальное количество энергии.
War Thunder — ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ #Shorts
Из чего делают ядерные бомбы?
Обычно при разделении изотопов остается много обедненного урана, не способного вступить в цепную реакцию – но есть способ заставить его это сделать. Дело в том, что плутоний-239 в природе не встречается. Зато его можно получить, бомбардируя нейтронами 238 U.
Как измеряется их мощность?
Мощность ядерного и термоядерного заряда измеряется в тротиловом эквиваленте — количестве тринитротолуола, которое нужно взорвать для получения аналогичного результата. Она измеряется в килотоннах (кт) и мегатоннах (Мт). Мощность сверхмалых ядерных боеприпасов составляет менее 1 кт, в то время как сверхмощные бомбы дают более 1 Мт.
Мощность советской «Царь-бомбы» составляла по разным данным от 57 до 58,6 мегатонн в тротиловом эквиваленте, мощность термоядерной бомбы, которую в начале сентября испытала КНДР, составила около 100 килотонн.
Кто создал ядерное оружие?
Американский физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс
В 1930-х годах итальянский физик Энрико Ферми продемонстрировал, что элементы, подвергшиеся бомбардировке нейтронами, могут быть преобразованы в новые элементы. Результатом этой работы стало обнаружение медленных нейтронов, а также открытие новых элементов, не представленных на периодической таблице. Вскоре после открытия Ферми немецкие ученые Отто Ган и Фриц Штрассман бомбардировали уран нейтронами, в результате чего образовался радиоактивный изотоп бария. Они пришли к выводу, что низкоскоростные нейтроны заставляют ядро урана разрываться на две более мелкие части.
Эта работа взбудоражила умы всего мира. В Принстонском университете Нильс Бор работал с Джоном Уилером для разработки гипотетической модели процесса деления. Они предположили, что уран-235 подвергается делению. Примерно в то же время другие ученые обнаружили, что процесс деления привел к образованию еще большего количества нейтронов.
Это побудило Бора и Уилера задать важный вопрос: могли ли свободные нейтроны, созданные в результате деления, начать цепную реакцию, которая высвободила бы огромное количество энергии? Если это так, то можно создать оружие невообразимой силы. Их предположения подтвердил французский физик Фредерик Жолио-Кюри. Его заключение стало толчком для разработок по созданию ядерного оружия.
Над созданием атомного оружия трудились физики Германии, Англии, США, Японии. Перед началом Второй мировой войны Альберт Эйнштейн написал президенту США Франклину Рузвельту о том, что нацистская Германия планирует очистить уран-235 и создать атомную бомбу.
Сейчас выяснилось, что Германия была далека от проведения цепной реакции: они работали над «грязной», сильно радиоактивной бомбой. Как бы то ни было, правительство США бросило все силы на создание атомной бомбы в кратчайшие сроки. Был запущен «Манхэттенский проект», которым руководили американский физик Роберт Оппенгеймер и генерал Лесли Гровс.
В нем участвовали крупные ученые, эмигрировавшие из Европы. К лету 1945 года было создано атомное оружие, основанное на двух видах делящегося материала — урана-235 и плутония-239. Одну бомбу, плутониевую «Штучку», взорвали на испытаниях, а еще две, уранового «Малыша» и плутониевого «Толстяка» сбросили на японские города Хиросиму и Нагасаки.
Как работает термоядерная бомба и кто ее изобрел?
Термоядерная бомба основана на реакции ядерного синтеза. В отличие от ядерного деления, которое может проходить как самопроизвольно, так и вынужденно, ядерный синтез невозможен без подвода внешней энергии. Атомные ядра заряжены положительно — поэтому они отталкиваются друг от друга. Эта ситуация называется кулоновским барьером.
Чтобы преодолеть отталкивание, необходимо разогнать эти частицы до сумасшедших скоростей. Это можно осуществить при очень высокой температуре — порядка нескольких миллионов кельвинов (отсюда и название). Термоядерные реакции бывают трех видов: самоподдерживающиеся (проходят в недрах звезд), управляемые и неуправляемые или взрывные – они используются в водородных бомбах.
Статья по теме
Идею бомбы с термоядерным синтезом, инициируемым атомным зарядом, предложил Энрико Ферми своему коллеге Эдварду Теллеру еще в 1941 году, в самом начале Манхэттенского проекта. Однако тогда эта идея оказалась не востребована. Разработки Теллера усовершенствовал Станислав Улам, сделав идею термоядерной бомбы осуществимой на практике.
В 1952 году на атолле Эниветок в ходе операции Ivy Mike испытали первое термоядерное взрывное устройство. Однако это был лабораторный образец, непригодный в боевых действиях. Год спустя Советский Союз взорвал первую в мире термоядерную бомбу, собранную по конструкции физиков Андрея Сахарова и Юлия Харитона.
Устройство напоминало слоёный пирог, поэтому грозное оружие прозвали «Слойкой». В ходе дальнейших разработок на свет появилась самая мощная бомба на Земле, «Царь-бомба» или «Кузькина мать». В октябре 1961 года ее испытали на архипелаге Новая Земля.
Из чего делают термоядерные бомбы?
Если вы думали, что водородные и термоядерные бомбы — это разные вещи, вы ошибались. Эти слова синонимичны. Именно водород (а точнее, его изотопы — дейтерий и тритий) требуется для проведения термоядерной реакции. Однако есть сложность: чтобы взорвать водородную бомбу, необходимо сначала в ходе обычного ядерного взрыва получить высокую температуру — лишь тогда атомные ядра начнут реагировать. Поэтому в случае с термоядерной бомбой большую роль играет конструкция.
Широко известны две схемы. Первая — сахаровская «слойка». В центре располагался ядерный детонатор, который был окружен слоями дейтерида лития в смеси с тритием, которые перемежались со слоями обогащенного урана. Такая конструкция позволяла достичь мощности в пределах 1 Мт.
Вторая — американская схема Теллера — Улама, где ядерная бомба и изотопы водорода располагались раздельно. Выглядело это так: снизу — емкость со смесью жидких дейтерия и трития, по центру которой располагалась «свеча зажигания» — плутониевый стержень, а сверху — обычный ядерный заряд, и все это в оболочке из тяжелого металла (например, обедненного урана).
Быстрые нейтроны, образовавшиеся при взрыве, вызывают в урановой оболочке реакции деления атомов и добавляют энергию в общую энергию взрыва. Надстраивание дополнительных слоев дейтерида лития урана-238 позволяет создавать снаряды неограниченной мощности. В 1953 году советский физик Виктор Давиденко случайно повторил идею Теллера — Улама, и на ее основе Сахаров придумал многоступенчатую схему, которая позволила создавать оружие небывалых мощностей. Именно по такой схеме работала «Кузькина мать».
Какие еще бомбы бывают?
Еще бывают нейтронные, но это вообще страшно. По сути, нейтронная бомба — это маломощная термоядерная бомба, 80% энергии взрыва которой составляет радиация (нейтронное излучение). Это выглядит как обычный ядерный заряд малой мощности, к которому добавлен блок с изотопом бериллия — источником нейтронов. При взрыве ядерного заряда запускается термоядерная реакция.
Этот вид оружия разрабатывал американский физик Сэмюэль Коэн. Считалось, что нейтронное оружие уничтожает все живое даже в укрытиях, однако дальность поражения такого оружия невелика, так как атмосфера рассеивает потоки быстрых нейтронов, и ударная волна на больших расстояниях оказывается сильнее.
А как же кобальтовая бомба?
Нет, сынок, это фантастика. Официально кобальтовых бомб нет ни у одной страны. Теоретически это термоядерная бомба с оболочкой из кобальта, которая обеспечивает сильное радиоактивное заражение местности даже при сравнительно слабом ядерном взрыве. 510 тонн кобальта способны заразить всю поверхность Земли и уничтожить все живое на планете. Физик Лео Силард, описавший эту гипотетическую конструкцию в 1950 году, назвал ее «Машиной судного дня».
Что круче: ядерная бомба или термоядерная?
Натурный макет «Царь-бомбы»
Водородная бомба является гораздо более продвинутой и технологичной, чем атомная. Ее мощность взрыва намного превосходит атомную и ограничена только количеством имеющихся в наличии компонентов. При термоядерной реакции на каждый нуклон (так называются составляющие ядра, протоны и нейтроны) выделяется намного больше энергии, чем при ядерной реакции. К примеру, при делении ядра урана на один нуклон приходится 0,9 МэВ (мегаэлектронвольт), а при синтезе ядра гелия из ядер водорода выделяется энергия, равная 6 МэВ.
Как бомбы доставляют до цели?
Статья по теме
Поначалу их сбрасывали с самолетов, однако средства противовоздушной обороны постоянно совершенствовались, и доставлять ядерное оружие таким образом оказалось неразумным. С ростом производства ракетной техники все права на доставку ядерного оружия перешли к баллистическим и крылатым ракетам различного базирования. Поэтому под бомбой теперь подразумевается не бомба, а боеголовка.
Есть мнение, что северокорейская водородная бомба слишком большая, чтобы ее можно было установить на ракете — поэтому, если КНДР решит воплотить угрозу в жизнь, ее повезут на корабле к месту взрыва.
Каковы последствия ядерной войны?
Хиросима и Нагасаки — это лишь малая часть возможного апокалипсиса. Например, известна гипотеза «ядерной зимы», которую выдвигали американский астрофизик Карл Саган и советский геофизик Георгий Голицын. Предполагается, что при взрыве нескольких ядерных боезарядов (не в пустыне или воде, а в населенных пунктах) возникнет множество пожаров, и в атмосферу выплеснется большое количество дыма и сажи, что приведет к глобальному похолоданию. Гипотезу критикуют, сравнивая эффект с вулканической активностью, которая оказывает незначительный эффект на климат. Кроме того, некоторые ученые отмечают, что скорее наступит глобальное потепление,чем похолодание — впрочем, обе стороны надеются, что мы этого никогда не узнаем.
Разрешено ли использовать ядерное оружие?
После гонки вооружений в XX веке страны одумались и решили ограничить использование ядерного оружия. ООН были приняты договоры о нераспространении ядерного оружия и запрещении ядерных испытаний (последний не был подписан молодыми ядерными державами Индией, Пакистаном, и КНДР). В июле 2017 года был принят новый договор о запрещении ядерного оружия.
«Каждое государство-участник обязуется никогда и ни при каких обстоятельствах не разрабатывать, не испытывать, не производить, не изготавливать, не приобретать иным образом, не иметь во владении и не накапливать ядерное оружие или другие ядерные взрывные устройства,» — гласит первая статья договора.
Однако документ не вступит в силу до тех пор, пока его не ратифицируют 50 государств.
Источник: futurist.ru
Атомная бомба: ударная волна и разрушение
Сегодня исполняется 100 лет со дня рождения Андрея Сахарова, отца советского термоядерного оружия, одного из ведущих создателей самой мощной бомбы в истории человечества АН602. Благодаря труду этого ученого и многих других физиков, математиков и инженеров, СССР достиг ядерного паритета в Холодной Войне, и тем самым сделал бессмысленным её переход в горячую стадию.
В предыдущем материале мы рассказали о том, как создавался волюметрический эффект грибовидного облака
Проблема окружающего мира
Атомный взрыв — это нечто совершенно выдающееся, то, что должно потрясти маленький игровой мир до основания и затронуть все элементы окружения. Мир должен разделиться на «до» и «после» — так, как оно происходило в реальной жизни.
Световая вспышка озаряет все пространство в радиусе десятков километров, будучи видимой сквозь облака и туман. По мере прохождения ударной волны облака из-за локального нагрева испаряются, а затем конденсируются заново. Во влажную погоду возможна конденсация облаков и куполов из воздуха, как это происходило во время испытаний Crossroads «Able» или РДС-3 .
Прохождение ударной волны по земной поверхности сопровождается поднятием облаков пыли. Ударная волна взрыва распространяется на дистанции в несколько километров, воздействуя на деревья, здания и другие объекты, разрушая их. Число объектов, одновременно затронутых ударной волной, измеряется тысячами.
Реализация этих воздействий хотя бы на визуальном уровне является сложной задачей со множеством аспектов, и по части внешнего вида, и по части производительности. Серьезной проблемой и отличием эффекта от остальных является его огромный размер: любая микродеталь по факту является и макродеталью тоже. Поэтому изменение алгоритма и его настройка для улучшения какого-то одного аспекта (например, воздействие волны в городской застройке) может привести к снижению качества в других ситуациях. А усложнение алгоритма за счет разных веток для разных ситуаций серьезно снижает производительность шейдеров.
Ударная волна
Реализация пыли и дыма, поднятого взрывом, как полноценного волюметрика, будет слишком затратной в производительности — детали такого волюметрика будут иметь характерные размеры в десятки метров, при этом сам эффект будет иметь в поперечнике более десяти километров. Поэтому было принято решение реализовать ударную волну и пылевые облака в виде декали, накладываемой на все остальные объекты сцены. Для типовых изометрических ракурсов подобный подход внешне практически ничем не отличается от полноценного волюметрического прохода.
Но, когда камера опускается на уровень земли, неоднородность становится хорошо заметной. Вполне возможно, что в будущем будет добавлен еще один проход, как раз для этих случаев.
Для того, чтобы поднятая с земли пыль лучше соответствовала ландшафту, в качестве диффузного цвета для нее используется самый грубый лод виртуальной текстуры земли, интерполированный в сторону серо-коричневого «пыльного» цвета. В большинстве случаев такой цвет получается адекватным.
Облака и конденсационные купола
Для отображения воздействия атомного взрыва на небо был написан вариант шейдера облаков, в котором функция плотности подвергается возмущению ударной волной. В некотором радиусе от эпицентра облака испаряются. Также, в этом шейдере было реализовано освещение облаков мощной световой вспышкой взрыва. Разумеется, подобная модификация шейдера заметно увеличила время его выполнения (в среднем в полтора раза), особенно для погоды с малым числом облаков (ведь проходящая ударная волна создает новые облака в пустом пространстве).
Создание конденсационных куполов вокруг взрыва потребовало написание нового волюметрика, так как эти купола располагаются ниже слоя облаков и обладают более тонкой детализацией. Эта детализация, как и в случае оригинального атомного взрыва, обеспечена трехкратным применением перлиновского шума в полярных координатах.
Для того, чтобы окружающий грибовидное облако конденсационный купол корректно отображался, купол был разделен на две части, одна из которых рисуется до волюметрика взрыва, а вторая после.
Само появление конденсационных куполов и их конфигурация случайны. Но вероятность их появления и длительность сильно зависит от влажности воздуха (являющейся одним из параметров погоды) и концентрации облаков на локации, поэтому во влажную и туманную погоду они будут появляться почти всегда.
Разрушение
Одним из самых трудносимулируемых эффектов атомного взрыва является разрушение объектов, попавших под ударную волну. Для ударной волны атомного взрыва характерны не только колоссальные размеры, но и высокий скоростной напор, швыряющий обломки в сторону от эпицентра.
Для игры со свободной камерой, вроде War Thunder, требуется показать разрушение всех объектов. Нельзя выбрать какой-то один ракурс или одну группу объектов, разрушение требуется всему на всех локациях. Ситуация усложняется тем, что большой процент ассетов вообще не имеет анимаций разрушения или разрушенного состояния. А даже если эти анимации имеются, то они реализованы на клиент-серверной архитектуре и выполняются на CPU, и одновременная анимация тысяч объектов мгновенно выберет весь ресурс производительности.
С другой стороны, атомный взрыв в текущей реализации является актом завершения игровой сессии, поэтому синхронизация данных с CPU или с сервером не нужна, и разрушение может быть реализовано как чисто визуальный эффект. И огромный объем вычислений траекторий и анимаций можно переложить на видеокарту.
Если при создании самого грибовидного облака можно было пользоваться большим числом кадров атомных испытаний, то референсов разрушения намного меньше. Тем не менее, во многих испытаниях проводилось измерение воздействия ударной волны на сооружения, и некоторые кадры этих испытаний находятся в публичном доступе.
На текущий момент нет технической возможности реализовать поражающий эффект светового излучения в виде воспламенения и дымления поверхностей — реализовано только освещение и обугливание. Поэтому на этом этапе разработки было принято решение увеличить поражающую мощь ударной волны для зрелищности эффекта. При фактической мощности взрыва 40 килотонн ударная волна соответствует взрыву в 100 кт.
Необходимость весьма специфической анимации разрушения абсолютно для всех объектов сцены, включая неразрушимые, потребовала специфического решения. Анимация разрушения выполняется с помощью геометрического шейдера, разбивающего ассеты на отдельные полигоны, которые далее летят по индивидуальным траекториям.
Траектория каждого обломка рассчитывается, исходя из силы ударной волны на заданном расстоянии. В зависимости от высоты поражаемого объекта и силы волны рассчитывается «линия среза». Чем выше объект и чем слабее волна, тем выше располагается «линия среза». Для плотной городской застройки это имитирует гашение ударной волны у земли при сохранении поражающей силы на высоте. Но в общем случае это предположение о прочности неверно и требует серьезной доработки.
Заранее запеченная карта высот местности вокруг взрыва используется для остановки падающих обломков, но сама траектория движения – это равноускоренное движение материальной точки, и никакой реальной физики столкновения обломков и земной поверхности нет. Во время движения каждый треугольник вращается в двух координатных плоскостях до момента остановки.
Крупные полигоны генерируют до трех полигонов-обломков, с тем же размером, но далее в пиксельном шейдере в шахматном порядке происходит их отсечение. Это хорошо скрывает полигональную топологию разрушения для относительно небольших треугольников. На крупных треугольниках «шахматы» просматриваются явно.
Цена разрушения
Геометрические шейдеры в игровой индустрии практически не используются, так как запись вершинных данных и генерация новой геометрии занимают слишком много времени. Некоторые платформы (например, Mac) вообще не поддерживают геометрические шейдеры, предлагая вместо этого использовать компут.
К сожалению, это недоверие к геометрическим шейдерам полностью оправдано.
На 1060 GTX разрушение города с типового изометрического ракурса занимает 10 мс на кадр. Для наиболее детализированных локаций со множеством высокополигональных зданий разрушение занимает уже порядка 20 мс, что вкупе с рендером остального кадра снижает FPS до 30. Учитывая зрелищность процесса разрушения и тот факт, что он происходит в момент прекращения игрового процесса, такая частота кадров видится нормальной (к тому же, сам шейдерный процесс разрушения исключает фризы, поэтому FPS будет стабильным). Но видеокарта 1060 ввиду этого является предельной, поэтому анимация разрушения с обломками отображается только на пресетах «максимум» и «кино». Для всех остальных пресетов генерируются только остовы зданий и других объектов, что на порядок дешевле, так как остовы не требуют геометрического прохода.
Альтернативой геометрическим шейдерам в этом является использование компут шейдеров для генерации вершинных буферов. Но, учитывая объем генерируемой геометрии, потребуется существенное выделение памяти, а также серьезная переделка конвейера рендера объектов — при этом не факт, что при таком подходе будет достигнуто ускорение по сравнению с геометрическим шейдером.
Итоги
Полученный визуальный эффект может быть воспроизведен с любого ракурса для любой локации, погоды и времени суток, и для этого не требуется никакой настройки со стороны художников. Любая новая локация или новый ассет будут легко переварены алгоритмом, переиграны и уничтожены. И любой игрок с достаточно мощной видеокартой сможет сам записать подобный ролик:
Тем не менее, эффект проигрывает по зрелищности и деталям эффектам, которые целиком сконструированы и отрисованы для одной сцены. Универсальный алгоритм никогда не даст того, что дает индивидуальная настройка и корректировка.
Суммарно эффект использует примерно 1 мб видеопамяти, та как практически все его элементы генерируются в реальном времени. Это особенно важно в условиях дефицита видеопамяти на ряде платформ.
Также, абсолютно все элементы атомного взрыва и разрушения могут быть легко улучшены и отмасштабированы для большего реализма и зрелищности ценой падения производительности, что формирует хороший задел на будущие улучшения. Световой поражающий фактор и огромные пожары ждут своего момента.
Как я перестал бояться и полюбил бомбу
Наверное, это самая крутая и сложная задача по графике, над которой я когда-либо работал.
За время разработки эффекта было проведено примерно 10000 атомных испытаний, в самых разных частях мира, включая несуществующие города и территории. Даже сказочный летающий архипелаг из TailSpin не избежал тяжкой поступи атомной эры.
Ну а настроение в ходе разработки было примерно таким:
Источник: habr.com
Как работает ядерная боеголовка
Вся громада межконтинентальной баллистической ракеты, десятки метров и тонн сверхпрочных сплавов, высокотехнологичного топлива и совершенной электроники нужны лишь для одного — доставить к месту назначения боеголовку: конус высотой метр-полтора и толщиной у основания с туловище человека.
Боеголовка и ее начинка
Взглянем на некую типовую боеголовку (в реальности между боеголовками могут существовать конструктивные различия). Это конус из легких прочных сплавов. Внутри есть переборки, шпангоуты, силовой каркас — почти всё как в самолете. Силовой каркас покрыт прочной металлической обшивкой. На обшивку нанесен толстый слой теплозащитного покрытия.
Это похоже на древнюю корзину эпохи неолита, щедро обмазанную глиной и обожженную в первых экспериментах человека с теплом и керамикой. Схожесть легко объяснима: и корзине, и боеголовке предстоит сопротивляться наружному жару.
Внутри конуса, закрепленные на своих «сиденьях», находятся два основных «пассажира», ради которых все и затеяно: термоядерный заряд и блок управления зарядом, или блок автоматики. Они поразительно компактны. Блок автоматики — размером с пятилитровую банку маринованных огурцов, а заряд — с обычное огородное ведро.
Тяжелый и увесистый, союз банки и ведра взорвется килотонн на триста пятьдесят — четыреста. Два пассажира соединены между собой связью, как сиамские близнецы, и через эту связь постоянно чем-то обмениваются. Диалог их ведется все время, даже когда ракета стоит на боевом дежурстве, даже когда этих близнецов только везут с предприятия-производителя.
Есть и третий пассажир — блок измерения движения боеголовки или вообще управления ее полетом. В последнем случае в боеголовку встроены рабочие органы управления, позволяющие изменять траекторию. Например, исполнительные пневмосистемы или пороховые системы. А еще бортовая электросеть с источниками питания, линии связи со ступенью, в виде защищенных проводов и разъемов, защита от электромагнитного импульса и система термостатирования — поддержания нужной температуры заряда.
На дальней станции сойду
Технология, по которой боевые блоки отделяются от ракеты и ложатся на собственные курсы — отдельная большая тема, о которой можно писать книги.
Для начала объясним, что такое «просто боевой блок». Это устройство, в котором физически находится термоядерный заряд на борту межконтинентальной баллистической ракеты. В ракете есть так называемая головная часть, в которой могут находиться один, два и более боевых блоков. Если их несколько, головная часть называется разделяющейся головной частью (РГЧ).
Внутри РГЧ находится очень сложный агрегат (его еще называют платформой разведения), который после вывода ракетой-носителем за пределы атмосферы начинает выполнять целый ряд запрограммированных действий по индивидуальному наведению и отделению находящихся на нем боевых блоков; в пространстве выстраиваются боевые порядки из блоков и ложных целей, которые изначально тоже находятся на платформе. Таким образом, каждый блок выводится на траекторию, обеспечивающую попадание в заданную цель на поверхности Земли.
Боевые блоки бывают разные. Те, что движутся по баллистическим траекториям после отделения от платформы, называются неуправляемыми. Управляемые же боевые блоки после отделения начинают «жить своей жизнью». Они снабжены двигателями ориентации для осуществления маневров в космическом пространстве, аэродинамическими рулевыми поверхностями для управления полетом в атмосфере, у них на борту установлена инерциальная система управления, несколько вычислительных устройств, радиолокатор со своим собственным вычислителем… Ну и, разумеется, боевой заряд.
Практически управляемый боевой блок сочетает в себе свойства беспилотного космического корабля и гиперзвукового беспилотного самолета. Все действия как в космосе, так и во время полета в атмосфере, этот аппарат обязан выполнять автономно.
После отделения от платформы разведения боевой блок относительно долго летит на очень большой высоте — в космосе. В это время система управления блока осуществляет целую серию переориентаций, чтобы создать условия для точного определения собственных параметров движения, облегчения преодоления зоны возможных ядерных взрывов противоракет…
Перед вхождением в верхние слои атмосферы бортовой компьютер вычисляет необходимую ориентацию боевого блока и выполняет ее. Примерно в тот же период проходят сеансы определения фактического местоположения при помощи радиолокатора, для чего тоже нужно сделать ряд маневров. Затем антенна локатора отстреливается, и для боевого блока начинается атмосферный участок движения.
Внизу перед боеголовкой раскинулся огромный, контрастно блестящий с грозных больших высот, затянутый голубой кислородной дымкой, подернутый аэрозольными взвесями, необозримый и безбрежный пятый океан. Медленно и еле заметно поворачиваясь от остаточных воздействий разделения, боеголовка по пологой траектории продолжает спуск.
Но вот навстречу ей тихонько потянул очень необычный ветерок. Чуть тронул ее — и стал заметен, обтянул корпус тонкой, уходящей назад волной бледного бело-голубого свечения. Волна эта умопомрачительно высокотемпературная, но она пока не жжет боеголовку, так как слишком уж бесплотна. Ветерок, обдувающий боеголовку, — электропроводящий.
Скорость конуса настолько высока, что он в буквальном смысле дробит своим ударом молекулы воздуха на электрически заряженные осколки, происходит ударная ионизация воздуха. Этот плазменный ветерок называется гиперзвуковым потоком больших чисел Маха, и его скорость в двадцать раз превосходит скорость звука.
Из-за большой разреженности ветерок в первые секунды почти незаметен. Нарастая и уплотняясь с углублением в атмосферу, он сперва больше греет, чем давит на боеголовку. Но постепенно начинает с силой обжимать ее конус. Поток разворачивает боеголовку носиком вперед. Разворачивает не сразу — конус слегка раскачивается туда-сюда, постепенно замедляя свои колебания, и наконец стабилизируется.
Уплотняясь по мере снижения, поток все сильнее давит на боеголовку, замедляя ее полет. С замедлением плавно снижается температура. От огромных значений начала входа, бело-голубого свечения десятка тысяч кельвинов, до желто-белого сияния пяти-шести тысяч градусов. Это температура поверхностных слоев Солнца.
Сияние становится ослепительным, потому что плотность воздуха быстро растет, а с ней и тепловой поток в стенки боеголовки. Теплозащитное покрытие обугливается и начинает гореть.
Оно горит вовсе не от трения об воздух, как часто неверно говорят. Из-за огромной гиперзвуковой скорости движения (сейчас в пятнадцать раз быстрее звука) от вершины корпуса расходится в воздухе другой конус — ударно-волновой, как бы заключая в себе боеголовку.
Набегающий воздух, попадая внутрь ударно-волнового конуса, мгновенно уплотняется во много раз и плотно прижимается к поверхности боеголовки. От скачкообразного, мгновенного и многократного сжатия его температура сразу подскакивает до нескольких тысяч градусов. Причина этого — сумасшедшая быстрота происходящего, запредельная динамичность процесса. Газодинамическое сжатие потока, а не трение — вот что сейчас прогревает боеголовке бока.
Хуже всего приходится носовой части. Там образуется наибольшее уплотнение встречного потока. Зона этого уплотнения слегка отходит вперед, как бы отсоединяясь от корпуса. И держится впереди, принимая форму толстой линзы или подушки. Такое образование называется «отсоединенная головная ударная волна».
Она в несколько раз толще остальной поверхности ударно-волнового конуса вокруг боеголовки. Лобовое сжатие набегающего потока здесь самое сильное. Поэтому в отсоединенной головной ударной волне самая высокая температура и самая большая плотность тепла.
Это маленькое солнце обжигает носовую часть боеголовки лучистым путем — высвечивая, излучая из себя тепло прямо в нос корпуса и вызывая сильное обгорание носовой части. Поэтому там самый толстый слой теплозащиты. Именно головная ударная волна освещает темной ночью местность на многие километры вокруг летящей в атмосфере боеголовки.
Связанные одной целью
Термоядерный заряд и блок управления непрерывно общаются друг с другом. «Диалог» этот начинается сразу после установки боеголовки на ракету, а завершается он в момент ядерного взрыва. Все это время система управления готовит заряд к срабатыванию, как тренер — боксера к ответственному поединку. И в нужный момент отдает последнюю и самую главную команду.
При постановке ракеты на боевое дежурство ее заряд оснащают до полной комплектации: устанавливают импульсный нейтронный активатор, детонаторы и другое оборудование. Но к взрыву он еще не готов. Десятилетиями держать в шахте или на мобильной пусковой установке ядерную ракету, готовую рвануть в любой момент, попросту опасно.
Поэтому во время полета система управления переводит заряд в состояние готовности к взрыву. Происходит это постепенно, сложными последовательными алгоритмами, базирующимися на двух основных условиях: надежность движения к цели и контроль над процессом. Стоит одному из этих факторов отклониться от расчетных значений и подготовка будет прекращена. Электроника переводит заряд во все более высокую степень готовности, чтобы в расчетной точке дать команду на срабатывание.
И когда в полностью готовый заряд придет из блока управления боевая команда на подрыв, взрыв произойдет немедленно, мгновенно. Боеголовка, летящая со скоростью снайперской пули, пройдет лишь пару сотых долей миллиметра, не успев сместиться в пространстве даже на толщину человеческого волоса, когда в ее заряде начнется, разовьется, полностью пройдет и уже завершится термоядерная реакция, выделив всю штатную мощность.
Сильно изменившись и снаружи, и внутри, боеголовка прошла в тропосферу — последний десяток километров высоты. Она сильно затормозилась. Гиперзвуковой полет выродился до сверхзвука в три-четыре единицы Маха. Светит боеголовка уже тускло, угасает и подходит к точке цели.
Взрыв на поверхности Земли планируется редко — только для углубленных в землю объектов вроде ракетных шахт. Большинство целей лежит на поверхности. И для их наибольшего поражения подрыв производят на некоторой высоте, зависящей от мощности заряда. Для тактических двадцати килотонн это 400−600 м. Для стратегической мегатонны оптимальная высота взрыва — 1200 м. Почему?
От взрыва по местности проходят две волны. Ближе к эпицентру взрывная волна обрушится раньше. Упадет и отразится, отскочив в стороны, где и сольется с только что дошедшей сюда сверху, из точки взрыва, свежей волной. Две волны — падающая из центра взрыва и отраженная от поверхности — складываются, образуя в приземном слое наиболее мощную ударную волну, главный фактор поражения.
При испытательных же пусках боеголовка обычно беспрепятственно достигает земли. На ее борту находится полцентнера взрывчатки, подрываемой при падении. Зачем? Во-первых, боеголовка — секретный объект и должна надежно уничтожаться после использования. Во-вторых, это необходимо для измерительных систем полигона — для оперативного обнаружения точки падения и измерения отклонений.
Многометровая дымящаяся воронка завершает картину. Но перед этим, за пару километров до удара, с испытательной боеголовки отстреливается наружу бронекассета запоминающего устройства с записью всего, что регистрировалось на борту во время полета. Эта бронефлешка подстрахует от потери бортовой информации. Ее найдут позже, когда прилетит вертолет со спецгруппой поиска. И зафиксируют результаты фантастического полета.
Источник: www.drive2.ru
Как убивает ядерный взрыв: можно ли выжить?
Ядерная война еще недавно казалась чем-то невозможным. Теперь же Россия и НАТО открыто обмениваются атомными угрозами. Президент Владимир Путин 21 сентября пригрозил применением ядерного оружия для защиты российского суверенитета, чем вызвал панику в Европе. Поэтому лучше быть готовым к самому страшному варианту развития событий.
Несмотря на смертоносность ядерного оружия, спастись можно даже в непосредственной близости от взрыва. Так, японец Эйзо Номура в Хиросиме выжил в 170 метрах от эпицентра ядерного удара. Он умер только 37 лет спустя после бомбардировки — в возрасте 84 лет.
Чем опасен ядерный взрыв
Ядерный взрыв распространенной мощностью 450 килотонн теоретически способен уничтожить 1,2 миллиона человек. У ядерного оружия есть пять основных видов поражения:
- Ударная волна
- Вспышка видимого и инфракрасного излучения
- Проникающая радиация
- Радиоактивное заражение местности
- Электромагнитный импульс
Многое зависит от типа подрыва. При наземном ядерном взрыве около 50% энергии идет на образование ударной волны и воронки в земле, 30–50 % — в световое излучение, до 5 % — на проникающую радиацию и электромагнитное излучение, до 15 % — в радиоактивное заражение местности.
При воздушном взрыве энергия распределяется иначе: ударная волна — до 10%, световое излучение — 5-8%, а порядка 85% энергии уходит в проникающую радиацию в виде нейтронного и гамма-излучения.
Симуляция ядерного удара Trident II D5 (мощность 455 килотонн) по центру Новосибирска
Воздушный подрыв атомного заряда применяется для уничтожения скопления войск и техники, городов и объектов наземной инфраструктуры. Наземный подрыв используется для разрушения объектов большой прочности — например, военных или правительственных бункеров и убежищ.
Как убивает атомная бомба
Основной поражающий фактор при ядерном взрыве — ударная волна. Она преодолеет расстояние в 2 километра от эпицентра примерно за пять секунд, а дистанцию в 3 километра — за восемь секунд.
Проникающая радиация представляет собой поток гамма-лучей и нейтронов, распространяющийся из светящейся области взрыва со скоростью света. Максимальную опасность этот поток представляет в первые пять-шесть секунд.
Радиус поражения проникающей радиации при взрывах в атмосфере меньше, чем радиусы поражения от светового излучения и ударной волны, поскольку она сильно поглощается атмосферой. Обычно это значение составляет 2-3 километра от места взрыва.
Радиоактивное заражение местности — результат выпадения из поднятого в воздух облака радиоактивных веществ. Оно начинается через некоторое время после взрыва, плотность заражения сильно зависит от скорости и направления ветра.
Световое излучение — самый дальнобойный поражающий фактор. Температура светящейся области достигает 5700-7700 градусов Цельсия. Импульс может продолжаться несколько десятков секунд и вызывать тяжелые ожоги, слепоту, воспламенение одежды или предметов на расстоянии до десяти километров в зависимости от мощности заряда.
Электромагнитный импульс в результате ядерного взрыва не оказывает никакого влияния на человека, однако выводит из строя электрическую и электронную аппаратуру, нарушает радиосвязь.
Что делать при взрыве
Житель крупного города с высокой степенью вероятности столкнется с воздушным ядерным ударом. Обычно высота подрыва заряда в этом случае составляет порядка 2 километров. Атака начнется с высотной вспышки — в небе беззвучно загорится нестерпимо яркий шар.
Увидев его на улице, нельзя мешкать — следует немедленно закрыть глаза и быстро лечь на землю лицом вниз и головой по направлению к взрыву. Согласно опубликованным рекомендациям Всемирной организацией здравоохранения, руки нужно спрятать под туловище.
Если вспышка на значительном удалении, можно попробовать успеть найти укрытие — на это есть в среднем три-четыре секунды. Лучший вариант — канава, каменная ограда, кювет, большая яма, насыпь на расстоянии не далее двух-трех метров. Из-за вероятности обрушения не стоит искать защиту за стенами зданий.
В момент взрыва человек может ехать в машине — тогда следует немедленно затормозить и лечь на сидение ниже линии ветрового стекла лицом вниз. Если окна авто открыты — постараться сразу же закрыть их из лежачего положения.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ Ядерные силы стран мира. ИНФОГРАФИКА
В квартире или офисе достаточно выскочить в коридор и лечь на пол, если помещение большое или вспышка слишком близко — укрыться под ближайшим столом.
Стоит помнить, что ударная волна разрушит все оконные стекла, осколки которых могут убить или тяжело ранить человека.
Что дальше
В защищенном положении необходимо оставаться неподвижным до тех пор, пока не пройдут две ударные волны — прямая и обратная. После этого можно открыть глаза и встать. Следующая задача — прикрыть нос и рот тканью. Затем следует немедленно и быстро покинуть потенциальную зону радиационного заражения.
Если это невозможно, нужно найти подвал или любое подземное помещение и укрыться минимум на сутки, а при наличии воды и пищи — на несколько дней. Здесь можно ожидать помощь в эвакуации. За неделю радиоактивное загрязнение местности ослабеет примерно в десять раз.
Источник: info.sibnet.ru
Чем ядерный взрыв отличается от термоядерного?
«Росатом» рассекретил видеокадры самого мощного ядерного взрыва в истории. Речь идёт об испытаниях советской «Царь-бомбы» мощностью 58 мегатонн.
Разработанная в СССР под руководством академика Курчатова ядерная бомба АН602 весила 27 тонн, была 8 метров в длину и 2 метра в диаметре. Конструктивно она была рассчитана на мощность 100 мегатонн, но, как впоследствии шутил генсек Никита Хрущёв, заряд уменьшили, «чтобы не побить все стёкла в Москве».
Взрыв был произведён 30 октября 1961 года на архипелаге Новая Земля в Северном Ледовитом океане. Ударная волна трижды обогнула земной шар. Огненный купол было видно на расстоянии до тысячи километров. Грибовидное облако поднялось на высоту 68 километров, а в диаметре разрослось до 90 километров.
Взорванная «Царь-бомба» (другие неофициальные названия — «Иван» и «Кузькина мать») была термоядерной, или водородной. Как и атомная бомба, это ядерное оружие. Оба его типа высвобождают огромное количество энергии из небольшого количества вещества, но у них разный принцип действия. В чём же отличие?
В ядерной (атомной) бомбе используется лавинообразная реакция распада ядер тяжёлых обогащённых элементов: урана-235 или плутония-239. Реакция носит цепной характер. За короткий промежуток времени в ограниченном объёме возникает большое количество осколков деления (электронов, нейтронов) с очень высокой энергией.
Они превращают в сгусток высокотемпературной плазмы весь расщепляющийся материал и любое вещество рядом с ним. Сгусток мгновенно расширяется, и происходит взрыв, вызывающий мощную ударную волну. Кроме того, бомба высвобождает фрагменты ядерного распада, из которых состоят радиоактивные осадки.
В термоядерном взрывном устройстве иной принцип действия: там лёгкие ядра атомов объединяются, чтобы создать более тяжёлый элемент. Например, происходит слияние изотопов водорода дейтерия и трития. В результате сверхбыстрой реакции синтеза внутриядерная энергия превращается в тепловую. Как и в случае с ядерной бомбой, в ограниченном объёме возникает сгусток высокотемпературной плазмы, расширение которого приобретает характер взрыва.
При этом подрыв основного боевого заряда в водородной бомбе осуществляется встроенным маломощным ядерным устройством. Проще говоря, термоядерная бомба приводится в действие маленькой ядерной: та играет роль детонатора, чтобы запустить реакцию синтеза.
Если сравнивать мощность двух типов ядерного оружия, то термоядерная (водородная) бомба даёт намного большую выходную энергию, чем ядерная (атомная). Кроме того, нет теоретических ограничений на создание термоядерного взрывного устройства любой мощности. С другой стороны, эта бомба более сложна в изготовлении.
Бытует мнение, что при взрыве термоядерной бомбы ниже радиоактивное заражение окружающей местности. На самом деле поражающие факторы у двух типов оружия одинаковые. Действительно, реакция термоядерного синтеза сама по себе не способствует выпадению радиоактивных осадков. Но она, повторим, инициируется ядерным взрывным устройством, которое является «грязным». Поэтому водородная бомба генерирует не меньше осадков, чем обычная ядерная.
Теоретически рассматривалась возможность создания «чистого» термоядерного оружия, в котором для начала реакции синтеза не применялся бы ядерный детонатор. Но на практике эту идею никто реализовать не пытался.
Источник: aif.ru