УКРОЩЕНИЕ ВЗРЫВА

Государственной премией Российской Федерации 2002 года в области науки и техники отмечен цикл работ «Инициирование и распространение волн детонации в открытом пространстве», созданный коллективом ученых из разных городов и научных учреждений. В их числе — новосибирцы, сотрудники Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева, доктора физико-математических наук Анатолий Васильев и Владислав Митрофанов (посмертно).

Юрий Плотников,
«НВС»

…Знойный ветер немилосердно дерет облупленные свирепым солнцем скулы, забивает мельчайшей лессовой пылью глаза и уши. Посреди плаца — не очень старательно приглаженного куска пустыни — неподвижный строй коротко стриженых ребят в камуфляже песчаного цвета. Нашу доблестную отдельную роту спецназа политически просвещает сам начальник разведки армии. Огромного роста офицер в звании полковника, но, как и все, без знаков различия, торжественно потрясает кулачищем со свежим номером «Правды»: «…Присуждение Ленинских премий большой группе советских ученых-оборонщиков есть напоминание всем врагам мира и социализма о том, что есть еще порох в пороховницах, а бронепоезд стоит на запасном пути!»… Ностальгии по тем временам у меня нет, но любовь ко всему взрывчатому осталась. Стряхиваю наваждение давно минувших дней и по невесомому свежевыпавшему снежку поднимаюсь на крыльцо Института гидродинамики. Я иду на встречу со специалистом по взрывам.

На дворе выходной, последний в череде затянувшихся новогодних торжеств, но Васильев с раннего утра на работе. «Понедельник, как у классиков, по-прежнему начинается в субботу?» — интересуюсь по пути в лабораторию. «МЧС разослало категорическую инструкцию, чтобы в праздники ни-ни, — улыбается Анатолий Александрович. — Хорошо, что на сегодняшний день сделали послабление. Большое количество дел и долгие „каникулы“ трудно совмещаются».

— Государственная премия России присуждена за большой цикл работ. Что он собой представляет: как велик, кто авторы?

— На соискание было выдвинуто в совокупности более ста публикаций, принадлежащих восьми авторам из шести научных организаций Москвы, Новосибирска и Владивостока. Чистых теоретиков и экспериментаторов примерно поровну. Большой цикл исследований посвящен теоретическим аспектам явления и построению моделей. Вторая половина — экспериментальные исследования, от мелкомасштабных лабораторных до крупномасштабных полигонных.

К сожалению, из восьми членов авторского коллектива двое своей премии не дождались: Виктор Павлович Коробейников из Москвы и наш Владислав Владимирович Митрофанов. Этим людям обязательно надо отдать дань уважения. Владислав Владимирович являлся соавтором двух открытий в области газовой детонации, официально оформленных еще советскими свидетельствами. Мы работали в соседних лабораториях на одном этаже. В кабинете до сих пор висит его портрет. Так получилось, что сегодня я остался один, — и Васильев грустно разводит руками.

— Анатолий Александрович, я ничего не знаю о детонации в открытом пространстве, но рискну угадать: это боеприпасы объемного взрыва, так называемая «вакуумная бомба»?

— Мы изучали физические основы объемных взрывов. Подобные системы с успехом использовались и в Афганистане, и в других местах… Только «вакуумной бомбой» их окрестили журналисты. На самом деле, в основе лежит следующий физический принцип: некий жидкий объем горючего рассеивается в воздухе, создавая облако детонирующей смеси, состоящее из мельчайших капель. А далее вступают в действие различные способы инициирования, экзотические и менее экзотические.

— В чем же заключается преимущество детонирующих газовых смесей перед обычными взрывчатыми веществами?

— Вопрос надо ставить несколько иначе. Любое взрывчатое вещество (для краткости — ВВ) есть инструмент для совершения определенной работы. При взрыве реализуются огромные мощности энергии на уровне сотен гигаватт, недостижимые для других импульсных устройств. По самой простейшей оценке, один килограмм стандартного ВВ занимает примерно литр объема, но та же масса газовой смеси — уже кубометр. Если говорить на языке такой физической величины, как давление, то вблизи заряда конденсированного ВВ этот параметр выше — идет очень мощная волна, которая так же круто спадает. При взрыве объемного заряда энергетика та же, но происходит перераспределение высокого и быстро спадающего импульса давления на менее крутой, но более длинный. Это важно, когда возникают задачи, требующие длительного воздействия, связанные с подвижкой, перемещением… Вот вам «спецназовский» пример: распахнуть дверь пулей нельзя — пуля пробьет ее и полетит дальше. Пуля — воздействие мощное, но короткое. Но если растянуть его во времени, допустим, ударив сапогом, дверь распахнется. Такова примерная картинка в двух словах.

— Как давно начались работы по этой проблематике? В начале 80-х о первых опытах применения уже можно было почитать в «Зарубежном военном обозрении».

— Первые несанкционированные взрывы отмечены еще в XIX веке, когда начал взрываться метан в шахтах. Вплотную стали заниматься этим явлением с появлением мощных взрывчаток типа нитроглицерина. Очень сильное влияние оказала гонка, связанная с созданием ядерного оружия. История так распорядилась, что два человека, принимавших активное участие в его разработке — Юлий Борисович Харитон и Яков Борисович Зельдович, чьи 100- и 90-летние юбилеи со дня рождения отмечаются научной общественностью в 2004 году — внесли весьма ощутимый вклад и в теорию детонации. Ядерное оружие, конечно, работает на других уровнях энергии, но проблемы инициирования взрыва и его последствия были похожи. Вообще, занятия наукой идут в темпе вечной погони — либо догоняете вы, либо догоняют вас.

— Но это как бы в глобальном масштабе. А если говорить конкретно о боеприпасах объемного взрыва?

— Боеприпасы объемного взрыва появились впервые как способ создания проходов в минных полях. Это была не борьба против живой силы противника, а очень быстрый способ разминирования. Саперы, как известно, ошибаются один раз, катки, что толкают перед танками, тоже выходят из строя. А идея проста: с какого-нибудь носителя разбрызгать над минным полем легкоиспаряющуюся смесь, чем-то по ней ударить — и можно проходить спокойно, потому что все, чем было нашпиговано это место, уже сдетонировало, причем практически мгновенно. И если почитать журналы, выпускаемые военным ведомством, данная идея действительно была реализована на рубеже 70-х годов. А потом выяснилось, что есть и другие возможности. В условиях, где строения — сплошной саман, в котором снаряд вязнет, как в тесте, где все изрыто подземными ходами, встала задача другого применения… У всяких исследований есть плюс и минус: с одной стороны, надо сделать все, чтобы новое средство сработало, с другой — чтобы оно не сработало против тебя. Поэтому приходится думать и за атаку, и за оборону.

Однако, наверное, не стоит делать акцент только на военных приложениях. Все-таки мы занимаемся классической фундаментальной наукой. Понимание основных закономерностей объемного взрыва позволяет управлять им и успешно использовать в различных технологических процессах, совершенно мирных: утилизации отработавших автопокрышек, очистке промышленного оборудования от пылевых отложений…

На всем протяжении разговора не могу оторвать глаз от детали, скромно выглядывающей у моего собеседника из-за спины — серебристой сфероконической головки, до боли напоминающей боевую часть снаряда. Наконец не выдерживаю: «Прошу прощения за неквалифицированный вопрос, но что это за удивительная штуковина? Средство доставки?» Васильев улыбается и делает приглашающий жест рукой. При ближайшем рассмотрении «снаряд» оказывается наконечником трубы, длинной, как улица Ленина в советском райцентре.

— Поскольку мы занимаемся газовыми взрывами в лаборатории, естественно, нам необходимо, чтобы взрывы были «зажаты». Это исследовательские детонационные трубы — обычные металлические трубы, куда мы напускаем соответствующие газы и потом их подрываем. Данная установка в настоящий момент не используется, поэтому и стоит спокойно у стеночки. А в работе — две других.

Мы отправляемся на экскурсию по лаборатории газовой детонации. Гостеприимный хозяин детально показывает, что к чему, давая по ходу дела необходимые пояснения… Вот установка, на которой исследуют условия возбуждения взрывной волны, самое начало подрыва. Соответствующая аппаратура позволяет делать видимыми изменения плотности, происходящие в волнах, от акустических до очень сильных ударных. Две мощных трубы — исходная и приемная. В исходной формируется параллельный пучок световых лучей, просвечивающий волну, в приемной ее поведение фиксируется на кинокамеру со скоростью до 20 млн. кадров в секунду. Система габаритная и возраста довольно почтенного, но позволяет очень хорошо отслеживать динамику процесса.

Другая взрывная камера, напротив, размера совсем небольшого и совершенно плоская. Обычный взрыв распространяется сферически, по всем направлениям. Но регистрировать его в таком виде всегда тяжелее, чем в какой-то плоскости. Специальный канал, который показывает, как взрыв распространяется в одном сечении, смонтирован из двух толстых, миллиметров по 20, прозрачных листов с пустым пространством между ними. Поскольку процесс сопровождается высокими температурами, плазма светится, и свечение этой бегущей волны, подвергаемой всевозможным воздействиям, ученые фиксируют на камеру в непрерывной развертке или по кадрам. Не могу удержаться, чтобы не потрогать краешек листа пальцем. Никогда не думал, что взрыв можно исследовать на установке, сделанной из плексигласа!

— Можно, если откачать газ до очень низких давлений,- рассеивает мои сомнения Васильев. — В лабораторных условиях мы работаем именно с пониженными давлениями. Но если оператор об этом забудет, он может напустить туда столько, что не поздоровится и установке, и самому оператору. Поэтому у нас действует очень жесткая система взрывобезопасности. Если же нужно ставить эксперимент, в силу различных причин неосуществимый в лабораторных условиях, мы используем наш «каземат» или специализированные полигоны других организаций. К примеру, объемные взрывы, о которых мы говорили, в свое время отрабатывались на бийском полигоне НПО «Алтай».

— Сегодня пишут, что методы компьютерного моделирования в принципе заменяют испытания ядерного оружия. Наверное, в вашей области они тоже широко распространены?

— Естественно. Теоретические работы всегда немного отвлечены. Как правило, математики не берутся доводить решение задачи до конкретного числа, нужного на практике, а люди, разрабатывающие конкретные системы, не используют формальные решения большой теории. Поэтому мы создавали не только общие, глобальные уравнения для инициирования взрыва и его последствий, но и полуприближенные методы расчетов. Но на каждом последующем этапе возникают новые пожелания. Одна ситуация, когда мы рассматриваем чисто взрывные параметры: давление, плотность, температуру. А если мы захотим посмотреть, какие химические компоненты там присутствуют, как они меняются в пространстве и времени, сразу к уравнениям газодинамики добавятся уравнения химической кинетики. И тогда придется решать систему примерно из тысячи уравнений, чтобы понять, что происходит с каждым компонентом. Сейчас такие задачи, конечно, поставлены. Но они еще очень далеки от внедрения, потому что требуют совершенно уникальных свойств компьютерной техники. У меня есть знакомые в Японии, которым повезло, потому что фирма, занимающаяся производством многопроцессорных суперкомпьютеров, заинтересовалась тестированием своей продукции на задачах такого уровня сложности. Мы пока подобных возможностей лишены. Но именно из-за того, что эти глобальные системы еще не дошли до каждого исследователя, приближенное моделирование, базирующееся на, быть может, не очень детальном, но качественном и правильном описании физики явления, оказывается очень эффективным методом.

Распрощавшись со своим героем, выхожу на мороз. Дорога от автобусной остановки до института уже истоптана десятками ног. Похоже, я знаю ответ клеветникам России. Страну, где ученые готовы проводить дни и ночи в лабораториях, возмещая недостаток оборудования присутствием интеллекта, рановато вычеркивать из списка великих держав.

На снимках:
д.ф.-м.н. А. Васильев и 
д.ф.-м.н. В. Митрофанов.
Фото В. Новикова и из архива ИГиЛ.

стр. 3