Энергия и цивилизация - читать онлайн книгу. Автор: Вацлав Смил cтр.№ 113

Чтобы определить основу первого вида сравнения, полезно вспомнить (как показано в главе 4), что кинетическая энергия двух наиболее широко распространенных видов ручного оружия доиндустриальной эры, стрел и мечей, составляла всего лишь порядка 10¹ Дж (большей часть между 15 и 75 Дж) и что стрела, выпущенная из тяжелого лука, могла поразить цель с 100 Дж кинетической энергии. Выпущенная же из мушкета или ружья пуля имела кинетическую энергию порядка 10³ Дж (от 10 до 100 раз больше), а снаряды современных пушек (включая те, что монтируются на танках) – порядка 10⁶ Дж. Расчеты для полудюжины видов вооружения приведены в примечании 6.12: оценки для пушечных снарядов учитывают только кинетическую энергию самого снаряда, здесь исключено взрывчатое вещество, которое они могут нести, а могут и нет.

Ракеты, приводимые в движение твердым или жидким топливом, причиняют большую часть вреда нацеленным подрывом боеголовок, а не собственной кинетической энергией, но когда первые (неуправляемые) германские «Фау-1» не взрывались, то кинетическая энергия от их падения составляла 15–18 МДж. И наиболее известный недавний пример использования объекта с высокой кинетической энергией для причинения огромного вреда – нацеливание большого «Боинга» (модели 767 и 757) в здание Международного торгового центра исламистскими угонщиками 11 сентября 2001 года. Башни были на самом деле спроектированы так, чтобы пережить столкновение с самолетом, но только с медленным (80 м/с) «Боингом-707», который имел шансы потеряться при заходе на аэропорты «Ньюарк», «Ла Гвардия» или «Джон Франклин Кеннеди». «Боинг-767-200» лишь на 15 % тяжелее, чем «Боинг-707», но самолет ударил здание на скорости не менее 200 м/с, и поэтому его кинетическая энергия оказалась в шесть раз больше (около 2,5 ГДж, грубо, против 400 МДж).

И даже в этом случае здания не рухнули бы, если бы самолеты действовали как пули, вонзающиеся в дерево: они не могут продавить массивную структуру, они проникают в нее, разрушив сначала внешние опоры. Исследователи (Karim and Fatt 2005) показали, что 46 % начальной кинетической энергии самолета ушло на преодоление внешних колонн и что они не были бы разрушены, имей они минимальную толщину в 20 мм. Падение башен было, таким образом, вызвано возгоранием топлива (более 50 тонн керосина, или 2 ТДж) и воспламенением горючих материалов внутри зданий, что привело к термальному ослаблению конструкционной стали, неравномерному нагреванию длинных балок межэтажных перекрытий и, в свою очередь, к масштабному обрушению и очень быстрому падению, всего за 10 секунд (Eagar and Musso 2001).

Мощность современного оружия начала расти с изобретением более сильных взрывчатых веществ, чем порох: они тоже были самоокисляющимися, но большая скорость детонации позволяла создавать ударную волну. Этот новый класс химических соединений изготавливали азотированием таких органических соединений как целлюлоза, глицерин, фенол и толуол (Urbanski 1967). Асканио Собреро синтезировал нитроглицерин в 1846 году, Эдуард Шульце представил нитроцеллюлозу в 1865-м, но практическое использование нитроглицерина стало возможным только благодаря двум изобретениям Альфреда Нобеля: смешивание соединения с диатомовой землей (инертной, пористой субстанцией), чтобы создать динамит, и введение практичного детонатора, воспламенителя Нобеля (Fant 2014).

В зависимости от состава скорость детонации пороха могла быть лишь несколько сотен метров в секунду, в то время как у динамита она достигает 6800 м/с. Тринитротолуол (TNT) был синтезирован Юлиусом Вильбрандом в 1863 году и использовался в качестве взрывчатого вещества (скорость детонации 6700 м/с) к концу XIX века, самое мощное ВВ доядерной эпохи, циклонит (циклотримети-лентринитрамин или RDX, Royal Demolition explosive, скорость детонации 8800 м/с) был впервые изготовлен Гансом Геннингом в 1899-м. Эти взрывчатые вещества тогда использовались в пушечных снарядах, минах, торпедах и бомбах, а в последние десятилетия их привязывают к собственным телам террористы-смертники. Но многие террористические атаки проводятся с помощью легковых или грузовых автомобилей и простой смеси обычных удобрений (нитрат аммония) и жидкого топлива: ANFO содержит 94 % NH₄N0₃ (в качестве окислительного агента), и 6 % жидкого топлива, и оба эти компонента легко достать. Разрушительный эффект в этом случае достигается скорее массой использованного ВВ, а не экстраординарной скоростью детонации (примечание 6.14).

Комбинация лучших взрывчатых веществ и высококачественной стали увеличила дальнобойность полевых и морских пушек с менее чем 2 км в 1860-х до более 30 км к 1900 году. Комбинация дальнобойных пушек, тяжелой брони и паровых турбин для передвижения по морю сделала возможной постройку новых тяжелых боевых кораблей: HMS Dreadnought, спущенный на воду в 1906 году, стал их прототипом (Blyth, Lambert and Ruger 2011). Корабль приводился в движение паровыми турбинами (появившимися в ВМФ Великобритании в 1898 году), точно так же как и крупнейшие пассажирские суда той эпохи, «Мавритания», «Лузитания», «Олимпик» и «Титаник», и точно так же как современные атомные авианосцы класса «Нимиц» (Smil 2005). Другие заметные разрушительные нововведения, появившиеся перед Первой мировой войной, включают пулеметы, подводные лодки и первые прототипы военных самолетов. Ужасные окопные сражения Первой мировой осуществлялись при массовом использовании тяжелой артиллерии, пулеметов и минометов. Но ни ядовитые газы (впервые применены в 1915 году), ни первое массовое использование самолетов и танков (в 1916-м, но по-настоящему массовое только в 1918-м) не помогали тогда лобовой атакой преодолеть глубоко эшелонированное сопротивление (Bishop 2014).

Промежуток между войнами был отмечен быстрым развитием танков, истребителей и бомбардировщиков. Цельнометаллические корпуса заменили ранние конструкции из дерева, парусины и проволоки, а первые настоящие авианосцы появились в 1922 году (Polmar 2006). Все это оружие использовалось во время Второй мировой войны. Первые немецкие успехи были большей частью основаны на быстром разрыве линии обороны с помощью танков, а японцы получили преимущество благодаря атаке на Перл-Харбор 7 декабря 1941 года, которая была возможной только при наличии истребителей дальнего действия («Мицубиси А6М2 Зеро», дальность 1867 км), и бомбардировщиков (Aichi ЗА2, дальность 1407 км, Nakajima B5N2, дальность 1093 км), запускаемых с авианосцев (Hoyt 2000, National Geographic Society 2001; Smith 2015).

Те же самые классы оружия оказались самыми важными в победе над странами Оси. Сначала это была комбинация лучших истребителей («Супермарин Спит-файр» и «Хоукер Харрикейн») и радаров во время битвы за Британию в августе и сентябре 1940 года (Collier 1962; Hough and Richards 2007). Затем США начали активно использовать морскую авиацию (начиная с поворотной битвы за Мидуэй в 1942 году), а СССР обозначил свое превосходство в области танков (модель Т-42). Послевоенная гонка вооружений на самом деле началась уже во время войны, с разработкой реактивных двигателей, которые приводили в движение баллистические ракеты (германские «Фау-2» были впервые использованы в 1944 году), и со взрывом первой ядерной бомбы: испытание «Тринити», Нью-Мексико, 11 июля 1945-го; первое боевое применение: Хиросима 6 августа 1945-го, и Нагасаки четырьмя днями позже. Общая энергия, высвобожденная этими атомными бомбами, была на порядки выше, чем могло обеспечить любое другое оружие, но на порядки ниже, чем в разработанных позже водородных бомбах.