Подводный взрыв (также известный как UNDEX ) — это химический или ядерный взрыв, который происходит под поверхностью водоема. Хотя подводные бомбы полезны в противокорабельной и подводной войне, они не столь эффективны против береговых объектов.
Подводные взрывы отличаются от воздушных взрывов свойствами воды :
Последствия подводного взрыва зависят от нескольких факторов, в том числе от расстояния до места взрыва, энергии взрыва, глубины взрыва и глубины воды. [2]
Подводные взрывы классифицируются по глубине взрыва. Мелкие подводные взрывы — это такие, при которых образовавшийся на поверхности воды кратер имеет большие размеры по сравнению с глубиной взрыва. Глубоководные подводные взрывы – это такие, при которых кратер мал по сравнению с глубиной взрыва [2] или вообще отсутствует.
Общий эффект подводного взрыва зависит от глубины, размера и характера 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 противокорабельных боеголовках. конструкция, поскольку подводный взрыв (особенно под корпусом) может нанести больший ущерб, чем надводный взрыв того же размера. Первоначальный урон цели будет нанесен первой ударной волной ; этот ущерб будет усилен последующим физическим движением воды и повторяющимися вторичными ударными волнами или пульсацией пузырьков. Кроме того, детонация заряда вдали от цели может привести к повреждению большей площади корпуса. [3]
Подводные ядерные испытания вблизи поверхности могут рассеять радиоактивную воду и пар на большой площади, что приведет к серьезным последствиям для морской жизни, близлежащих инфраструктур и людей. [4] [5] Взрыв ядерного оружия под водой был запрещен Договором о частичном запрещении ядерных испытаний 1963 года , а также запрещен Договором о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний 1996 года.
Ядерное испытание Бейкера на атолле Бикини в июле 1946 года представляло собой неглубокий подводный взрыв в рамках операции «Перекресток» . Боеголовка мощностью 20 килотонн была взорвана в лагуне глубиной примерно 200 футов (61 м). Первым эффектом стало освещение моря от подводного огненного шара. Быстро расширяющийся газовый пузырь создал ударную волну , которая вызвала на поверхности расширяющееся кольцо явно темной воды, 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 по мере подъема становился все более столбчатым. Когда поднимающийся газовый пузырь вырвался на поверхность, он также создал ударную волну в воздухе. Водяной пар в воздухе конденсировался в результате того, что расширительные вентиляторы Прандтля-Мейера снижали давление, плотность и температуру воздуха ниже точки росы; создавая сферическое облако, обозначающее место ударной волны. Вода, заполнившая полость, образованную пузырем, заставила полый столб воды, называемый дымоходом или шлейфом , подняться в воздух на высоту 6000 футов (1800 м) и прорваться через верхнюю часть облака. Серия поверхностных волн океана двинулась наружу от центра. Первая волна имела высоту около 94 футов (29 м) на высоте 1000 футов (300 м) от центра. Последовали и другие волны, и на более дальних расстояниях некоторые из них были выше первой волны. Например, на высоте 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, что называется волной у основания . Конечный размер базовой волны составлял 3,5 мили (5,6 км) в диаметре и высоту 1800 футов (550 м). Базовая волна поднялась над поверхностью и слилась с другими продуктами взрыва, образовав облака, вызвавшие умеренный или сильный дождь в течение почти часа. [6]
Примером глубокого подводного взрыва является испытание Wahoo, проводившееся в 1958 году в рамках операции Hardtack I. 9-узловая ракета Mk-7 взорвалась на глубине 500 футов (150 м) в глубокой воде. Свидетельств присутствия огненного шара было мало. Купол брызг поднялся на высоту 900 футов (270 м). Газ из пузыря прорвался через купол распыления, образовав струи, которые разлетелись во всех направлениях и достигли высоты до 1700 футов (520 м). Базовый всплеск максимального размера составлял 2,5 мили (4,0 км) в диаметре и высоту 1000 футов (300 м). [6]
Высота поверхностных волн, генерируемых глубоководными взрывами, больше, поскольку в воду передается больше энергии. 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 затопляя землю за береговой линией. [7] Более поздние исследования и анализ показали, что водные волны, вызванные взрывами, отличаются от волн, вызванных цунами и оползнями. Меоте и др. В своем обзоре « Водные волны, генерируемые подводным взрывом » 1996 года пришли к выводу , что поверхностные волны даже от очень большого подводного взрыва на море потратят большую часть своей энергии на континентальном шельфе, что приведет к затоплению прибрежных районов не хуже, чем от сильного шторма. [2]
Испытание операции «Вигвам» в 1955 году произошло на глубине 2000 футов (610 м) и стало самым глубоким взрывом среди всех ядерных устройств.
Если подводный ядерный взрыв не пробьет поверхность воды, пока он еще остается горячим пузырем газа, он не оставит на поверхности никаких следов, кроме горячей радиоактивной воды, поднимающейся снизу. Это всегда происходит при взрывах на глубине более 2000 футов (610 м). [6]
Примерно через секунду после такого взрыва пузырь горячего газа схлопывается, потому что:
Поскольку вода не поддается легкому сжатию, перемещение такого большого ее количества в сторону так быстро поглощает огромное количество энергии — вся эта энергия возникает из-за давления внутри расширяющегося пузыря. Давление воды снаружи пузыря вскоре заставляет его снова схлопнуться в небольшую сферу, а затем снова расшириться. Это повторяется несколько раз, но каждый отскок содержит лишь около 40% энергии предыдущего цикла.
При максимальном диаметре первого колебания очень большая ядерная бомба, взорванная на очень глубокой воде, 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 несколько более длительные колебания, чем мелкие. Они перестают колебаться и примерно за шесть секунд превращаются в горячую воду. Это происходит раньше при ядерных взрывах, чем при пузырьках обычных взрывчатых веществ.
Давление воды при глубоком взрыве не позволяет пузырькам выжить и всплыть на поверхность.
Резкая потеря энергии между циклами колебаний (60%) отчасти вызвана чрезвычайной силой ядерного взрыва, выталкивающей стенку пузыря наружу сверхзвуковой скоростью (быстрее, чем скорость звука в соленой воде). Это вызывает нестабильность Рэлея-Тейлора . То есть гладкая водная стена, касающаяся поверхности взрыва, становится турбулентной и фрактальной, при этом пальцы и ветви холодной океанской воды проникают в пузырь. Эта холодная вода охлаждает горячий газ внутри и вызывает его конденсацию. Пузырь становится менее сферическим и больше похож на Крабовидную туманность , отклонение которой от гладкой поверхности также связано с нестабильностью Рэлея-Тейлора, когда выброшенный звездный материал проталкивается через межзвездную среду.
Как и следовало ожидать, большие, неглубокие взрывы расширяются быстрее, чем глубокие и маленькие.
Несмотря на прямой контакт с огненным шаром ядерного взрыва, вода в расширяющейся стенке пузыря не кипит; давление внутри пузыря превышает (намного) давление пара воды. Вода, касающаяся взрыва, может закипеть только во время сжатия пузыря. Это кипение похоже на испарение, охлаждая стенки пузыря, и является еще одной причиной того, что колеблющийся взрывной пузырь теряет большую часть энергии, которую он имел в предыдущем цикле.
Во время этих колебаний горячего газа пузырек постоянно поднимается по той же причине, что и грибовидное облако : он менее плотный. Из-за этого взрывной пузырь никогда не бывает идеально сферическим. Вместо этого дно пузыря более плоское, и во время сжатия оно даже имеет тенденцию «тянуться вверх» к центру взрыва.
В последнем цикле расширения нижняя часть пузыря касается верха до того, как его стороны полностью рухнут, и пузырь становится тором в последнюю секунду своего существования. Примерно через шесть секунд после взрыва все, что осталось от большого и глубокого ядерного взрыва, — это столб горячей воды, поднимающийся и охлаждающийся в почти замерзшем океане.
До того, как они были запрещены Договором о частичном запрещении ядерных испытаний, было проведено относительно немного подводных ядерных испытаний . Они есть:
Примечание: часто полагают, что французы проводили обширные подводные испытания во Французской Западной Полинезии на атоллах Моруроа и Фангатауфа . Это неверно; Бомбы были помещены в шахты, пробуренные в нижележащих кораллах и вулканических породах, и из них не произошла преднамеренная утечка осадков.
Существует несколько методов обнаружения ядерных взрывов. Гидроакустика является основным средством определения того, произошел ли ядерный взрыв под водой. Гидрофоны используются для мониторинга изменения давления воды по мере распространения звуковых волн через мировой океан. [9] Звук распространяется через воду с температурой 20 °C со скоростью примерно 1482 метра в секунду по сравнению со скоростью звука в воздухе 332 м/с. [10] [11] В мировом океане звук наиболее эффективно распространяется на глубине примерно 1000 метров. Звуковые волны, которые распространяются на этой глубине, движутся с минимальной скоростью и задерживаются в слое, известном как канал фиксации и измерения звука ( SOFAR ). [9] Звуки могут быть обнаружены с помощью ГНФАР с больших расстояний, что позволяет использовать ограниченное количество станций мониторинга, необходимых для обнаружения океанической активности. Гидроакустика была первоначально разработана в начале 20 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 Средней части Атлантического океана, а станция Т-фазы [ нужны разъяснения ] была построена у западного побережья Канады. Когда был принят ДВЗЯИ, были построены еще 8 гидроакустических станций для создания комплексной сети, способной идентифицировать подводные ядерные взрывы в любой точке мира. [12] Эти 11 гидроакустических станций, помимо 326 станций мониторинга и лабораторий, составляют Международную систему мониторинга (МСМ), мониторинг которой осуществляет Подготовительная комиссия Организации Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ОДВЗЯИ). [13]
В настоящее время в сети МСМ используются гидроакустические станции двух разных типов; 6 гидрофонных станций мониторинга и 5 станций Т-фазы. Эти 11 станций в основном расположены в южном полушарии, которое в основном покрыто океаном. [14] Гидрофонные станции мониторинга состоят из группы из трех гидрофонов, подвешенных на кабелях, привязанных к дну океана. Они расположены на глубине внутри ГНФАР для эффективного сбора показаний. [12] Каждый гидрофон записывает 250 проб в секунду, а привязной кабель подает электроэнергию и передает информацию на берег. [12] Эта информация преобразуется в удобную форму и передается по защищенной спутниковой связи на другие объекты для анализа. Станции мониторинга Т-фазы регистрируют сейсмические сигналы, генерируемые звуковыми волнами, которые коснулись дна океана или береговой линии. [15] Станции Т-фазы обычно располагаются на островах с крутыми склонами, чтобы собирать максимально чистые сейсмические данные. [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 ГНФАР, но их внедрение обычно дороже, чем Т-фазных станций. [15] Гидроакустические станции отслеживают частоты от 1 до 100 Герц, чтобы определить, произошла ли подводная детонация. Если потенциальная детонация была обнаружена одной или несколькими станциями, собранные сигналы будут содержать широкую полосу частот с частотным спектром, указывающим на наличие подводной полости у источника. [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 )