Подводный взрыв (также известный как UNDEX ) — это химический или ядерный взрыв, который происходит под поверхностью водоема. Хотя подводные бомбы полезны в борьбе с кораблями и подводными лодками, они не так эффективны против береговых объектов.
Подводные взрывы отличаются от взрывов в воздухе из-за свойств воды :
Эффект подводного взрыва зависит от нескольких факторов, включая расстояние от места взрыва, энергию взрыва, глубину взрыва и глубину воды. [2]
Подводные взрывы классифицируются по глубине взрыва. Мелководные подводные взрывы — это те, где кратер, образовавшийся на поверхности воды, велик по сравнению с глубиной взрыва. Глубокие подводные взрывы — это те, где кратер мал по сравнению с глубиной взрыва [2] или отсутствует.
Общий эффект подводного взрыва зависит от глубины, размера и природы заряда взрывчатого вещества, а также наличия, состава и расстояния отражающих поверхностей, таких как морское дно, поверхность, термоклины и т. д. Это явление широко использовалось в конструкции противокорабельных боеголовок, поскольку подводный взрыв (особенно под корпусом) может нанести больший ущерб, чем надводный взрыв того же размера взрывчатого вещества. Первоначальный ущерб цели будет нанесен первой ударной волной ; этот ущерб будет усилен последующим физическим движением воды и повторными вторичными ударными волнами или пузырьковым импульсом. Кроме того, детонация заряда вдали от цели может привести к повреждению большей площади корпуса. [3]
Подводные ядерные испытания вблизи поверхности могут привести к рассеиванию радиоактивной воды и пара на большой площади, что может иметь серьезные последствия для морской жизни, близлежащих инфраструктур и людей. [4] [5] Детонация ядерного оружия под водой была запрещена Договором о частичном запрещении ядерных испытаний 1963 года , а также Договором о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний 1996 года.
Ядерное испытание Бейкера на атолле Бикини в июле 1946 года было неглубоким подводным взрывом, частью операции «Перекресток» . Боеголовка мощностью 20 килотонн была взорвана в лагуне глубиной около 200 футов (61 м). Первым эффектом стало освещение моря подводным огненным шаром. Быстро расширяющийся газовый пузырь создал ударную волну , которая вызвала расширяющееся кольцо явно темной воды на поверхности, называемое пятном , за которым последовало расширяющееся кольцо явно белой воды, называемое трещиной . На поверхности воды образовался холм из воды и брызг, называемый куполом брызг , который становился все более столбчатым по мере подъема. Когда поднимающийся газовый пузырь прорывался на поверхность, он также создавал ударную волну в воздухе. Водяной пар в воздухе конденсировался в результате вееров расширения Прандтля-Майера, уменьшая давление воздуха, плотность и температуру ниже точки росы; создавая сферическое облако, которое отмечало место ударной волны. Вода, заполняющая полость, образованную пузырем, вызвала полый столб воды, называемый дымоходом или шлейфом , который поднялся на 6000 футов (1800 м) в воздух и прорвался через верхнюю часть облака. Серия волн на поверхности океана двинулась наружу от центра. Первая волна была около 94 футов (29 м) в высоту на расстоянии 1000 футов (300 м) от центра. За ней последовали другие волны, и на большем расстоянии некоторые из них были выше первой волны. Например, на расстоянии 22 000 футов (6700 м) от центра девятая волна была самой высокой на высоте 6 футов (1,8 м). Гравитация заставила колонну упасть на поверхность и заставила облако тумана быстро двигаться наружу от основания колонны, называемое базисной волной . Окончательный размер базисной волны был 3,5 мили (5,6 км) в диаметре и 1800 футов (550 м) в высоту. Базисная волна поднялась от поверхности и слилась с другими продуктами взрыва, образовав облака, которые вызвали умеренные или сильные осадки в течение почти часа. [6]
Примером глубоководного взрыва является испытание Wahoo, которое было проведено в 1958 году в рамках операции Hardtack I. 9-километровая бомба Mk-7 была взорвана на глубине 500 футов (150 м) в глубокой воде. Было мало свидетельств огненного шара. Купол распыления поднялся на высоту 900 футов (270 м). Газ из пузыря прорвался через купол распыления, образовав струи, которые выстрелили во всех направлениях и достигли высоты до 1700 футов (520 м). Базисная волна при максимальном размере составила 2,5 мили (4,0 км) в диаметре и 1000 футов (300 м) в высоту. [6]
Высота поверхностных волн, создаваемых глубокими подводными взрывами, больше, потому что больше энергии передается воде. Во время Холодной войны считалось, что подводные взрывы действуют по тем же принципам, что и цунами, потенциально резко увеличиваясь в высоте по мере продвижения по мелководью и затапливая сушу за береговой линией. [7] Более поздние исследования и анализы показали, что волны на воде, создаваемые взрывами, отличаются от волн, создаваемых цунами и оползнями. Меоте и др. в своем обзоре 1996 года «Водные волны, создаваемые подводным взрывом» приходят к выводу , что поверхностные волны даже от очень большого подводного взрыва в открытом море будут расходовать большую часть своей энергии на континентальном шельфе, что приведет к прибрежному затоплению не хуже, чем от сильного шторма. [2]
Испытание «Операция Вигвам» в 1955 году проводилось на глубине 2000 футов (610 м), что стало самым глубоким взрывом среди всех ядерных устройств.
Если подводный ядерный взрыв не прорвется на поверхность воды, пока он еще остается горячим газовым пузырем, он не оставит никаких следов на поверхности, кроме горячей радиоактивной воды, поднимающейся снизу. Это всегда происходит со взрывами на глубине более 2000 футов (610 м). [6]
Примерно через секунду после такого взрыва пузырь горячего газа лопается, потому что:
Поскольку вода нелегко сжимается, перемещение такого ее количества с пути так быстро поглощает огромное количество энергии — вся эта энергия исходит от давления внутри расширяющегося пузыря. Давление воды снаружи пузыря вскоре заставляет его схлопнуться обратно в маленькую сферу и отскочить, снова расширяясь. Это повторяется несколько раз, но каждый отскок содержит только около 40% энергии предыдущего цикла.
При максимальном диаметре первого колебания очень большая ядерная бомба, взорвавшаяся на большой глубине, создает пузырь шириной около полумили (800 м) примерно за одну секунду, а затем сжимается, что также занимает около секунды. Взрывные пузыри от глубоких ядерных взрывов имеют немного более длинные колебания, чем неглубокие. Они прекращают колебаться и становятся просто горячей водой примерно за шесть секунд. Это происходит быстрее при ядерных взрывах, чем пузыри от обычных взрывчатых веществ.
Давление воды при глубоком взрыве не позволяет пузырькам выжить и всплыть на поверхность.
Резкая потеря энергии в 60% между циклами колебаний частично вызвана экстремальной силой ядерного взрыва, толкающей стенку пузырька наружу сверхзвуково (быстрее скорости звука в соленой воде). Это вызывает неустойчивость Рэлея-Тейлора . То есть гладкая водная стенка, касающаяся поверхности взрыва, становится турбулентной и фрактальной, с пальцами и ветвями холодной океанской воды, простирающимися в пузырь. Эта холодная вода охлаждает горячий газ внутри и заставляет его конденсироваться. Пузырь становится менее сферическим и больше похож на Крабовидную туманность — отклонение которой от гладкой поверхности также вызвано неустойчивостью Рэлея-Тейлора, поскольку выброшенный звездный материал проталкивается через межзвездную среду.
Как и следовало ожидать, крупные, поверхностные взрывы распространяются быстрее, чем глубокие, мелкие.
Несмотря на то, что вода в расширяющейся стенке пузыря находится в прямом контакте с огненным шаром ядерного взрыва, она не кипит; давление внутри пузыря (намного) превышает давление паров воды. Вода, соприкасающаяся с взрывом, может кипеть только во время сжатия пузыря. Это кипение похоже на испарение, охлаждающее стенку пузыря, и является еще одной причиной того, что колеблющийся взрывной пузырек теряет большую часть энергии, которой он обладал в предыдущем цикле.
Во время этих колебаний горячего газа пузырь непрерывно поднимается по той же причине, что и грибовидное облако : оно менее плотное. Это приводит к тому, что взрывной пузырь никогда не становится идеально сферическим. Вместо этого дно пузыря более плоское, и во время сжатия оно даже имеет тенденцию «тянуться» к центру взрыва.
В последнем цикле расширения дно пузыря касается верха до того, как стороны полностью схлопнутся, и пузырь становится тором в последнюю секунду своей жизни. Примерно через шесть секунд после детонации все, что остается от большого, глубокого ядерного взрыва, — это столб горячей воды, поднимающийся и остывающий в почти замерзающем океане.
Относительно немного подводных ядерных испытаний было проведено до того, как они были запрещены Договором о частичном запрещении испытаний . Это:
Примечание: часто считается, что французы проводили масштабные подводные испытания во Французской Западной Полинезии на атоллах Моруроа и Фангатауфа . Это неверно; бомбы были помещены в шахты, пробуренные в подстилающих кораллах и вулканических породах, и они не преднамеренно выбрасывали радиоактивные осадки.
Существует несколько методов обнаружения ядерных взрывов. Гидроакустика является основным средством определения того, произошел ли ядерный взрыв под водой. Гидрофоны используются для отслеживания изменения давления воды при распространении звуковых волн по мировому океану. [9] Звук распространяется в воде температурой 20 °C со скоростью приблизительно 1482 метра в секунду, по сравнению со скоростью звука в воздухе 332 м/с. [10] [11] В мировом океане звук распространяется наиболее эффективно на глубине приблизительно 1000 метров. Звуковые волны, которые распространяются на этой глубине, распространяются с минимальной скоростью и задерживаются в слое, известном как Звуковой канал фиксации и определения дальности ( SOFAR ). [9] Звуки можно обнаружить в SOFAR с больших расстояний, что позволяет ограничить количество станций мониторинга, необходимых для обнаружения океанической активности. Гидроакустика была первоначально разработана в начале 20-го века как средство обнаружения таких объектов, как айсберги и отмели, для предотвращения аварий на море. [9]
Три гидроакустические станции были построены до принятия Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний . Две гидрофонные станции были построены в северной части Тихого океана и в Средней части Атлантического океана, а станция T-phase [ необходимо разъяснение ] была построена у западного побережья Канады. Когда был принят ДВЗЯИ, было построено еще 8 гидроакустических станций для создания всеобъемлющей сети, способной идентифицировать подводные ядерные взрывы в любой точке мира. [12] Эти 11 гидроакустических станций, в дополнение к 326 станциям мониторинга и лабораториям, составляют Международную систему мониторинга (МСМ), которая контролируется Подготовительной комиссией Организации по Договору о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ОДВЗЯИ). [13]
В настоящее время в сети IMS используются два различных типа гидроакустических станций: 6 гидрофонных станций мониторинга и 5 станций T-фазы. Эти 11 станций в основном расположены в южном полушарии, которое в основном представляет собой океан. [14] Гидрофонные станции мониторинга состоят из массива из трех гидрофонов, подвешенных на кабелях, привязанных к дну океана. Они расположены на глубине, расположенной в пределах SOFAR, для эффективного сбора показаний. [12] Каждый гидрофон записывает 250 выборок в секунду, в то время как кабель-привязь подает питание и передает информацию на берег. [12] Эта информация преобразуется в пригодную для использования форму и передается по защищенной спутниковой связи на другие объекты для анализа. Станции мониторинга T-фазы регистрируют сейсмические сигналы, генерируемые звуковыми волнами, которые связаны с дном океана или береговой линией. [15] Станции T-фазы обычно располагаются на островах с крутыми склонами для сбора максимально чистых сейсмических показаний. [14] Как и гидрофонные станции, эта информация отправляется на берег и передается по спутниковой связи для дальнейшего анализа. [15] Гидрофонные станции имеют преимущество сбора показаний непосредственно с SOFAR, но, как правило, более дороги в реализации, чем станции T-phase. [15] Гидроакустические станции отслеживают частоты от 1 до 100 Гц, чтобы определить, произошла ли подводная детонация. Если потенциальная детонация была идентифицирована одной или несколькими станциями, собранные сигналы будут содержать высокую полосу пропускания с частотным спектром, указывающим на подводную полость в источнике. [15]
_on_11_May_1962.jpg/1280px-Nuclear_depth_charge_explodes_near_USS_Agerholm_(DD-826)_on_11_May_1962.jpg)
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )