Энергия и цивилизация - читать онлайн книгу. Автор: Вацлав Смил cтр.№ 114

Первая современная полевая пушка, французская Canon 75 mm modele 1897, стреляла снарядами, внутри которых находилось около 700 г пироксилиновой кислоты, чья энергия взрыва достигала 2,6 МДж (Benoit 1996). Возможно, самым известным орудием Второй мировой войны была немецкая зенитная пушка FlaK 18 (Flugzeugabwehrcanone), вариант которой также использовался в конструкции танка «Тигр» (Hogg 1997); она стреляла шрапнелью с энергией взрыва 4 МДж. Но самым мощным взрывчатым оружием Второй мировой были огромные авиабомбы, которые сбрасывались на города. Наиболее мощные несли «Летающие крепости» («Боинг В-17»), и они имели энергию взрыва 3,8 ГДж. Наибольший ущерб был причинен сбрасыванием зажигательных бомб на Токио 9-10 марта 1945 года (примечание 6.15, рис. 6.21).

Бомба, упавшая на Хиросиму, высвободила 63 ТДж энергии, около половины в виде вспышки и 35 % в виде теплового излучения (Malikl985). Эти два фактора вызвали большое количество мгновенных смертей, в то время как радиоактивное излучение привело как к мгновенным, так и к отсроченным смертям. Бомба взорвалась в 8:15 7 августа 1945 года на высоте 580 м; температура в точке взрыва достигла нескольких миллионов градусов, и это по сравнению с 5000 °C для обычных взрывчатых веществ. Огненный шар приобрел максимальный размер 250 метров за секунду, высочайшая скорость взрыва в эпицентре была 440 м/с, а максимальное давление – 3,5 кг/см² (Committee for the Compilation of Materials 1991).

Бомба в Нагасаки высвободила около 92 ТДж.

Но все это оружие выглядит слабым рядом с самой мощной термоядерной бомбой, испытанной СССР над Новой Землей 30 октября 1961 года: Царь-бомба высвободила 209 ПДж энергии (Khalturin et al. 2005). Менее чем через пятнадцать месяцев Никита Хрущев сообщил, что советские ученые создали бомбы еще в два раза мощнее.

Рисунок 6.21 .Последствия бомбардировки Токио в марте 1945 года (Corbis)

Сравнение мощности взрыва обычно проводят не в джоулях, а в единицах тротилового эквивалента (1 тонна ТЭ = 4,184 ГДж): бомба Хиросимы содержала всего 15 кт ТЭ, Царь-бомба – 50 Мт ТЭ. Типичные боеголовки межконтинентальных ракет имеют мощность от 100 кт до 1 Мт, но одна ракета подводного базирования (американский «Посейдон» или русский СС-11) может нести до 10 таких устройств. Чтобы подчеркнуть значительность объемов высвобождаемой энергии, я не использую научную запись (экспоненты), приводя ошеломляющие данные максимальной разрушительной силы взрывчатого оружия (примечание 6.16).

Две ядерных сверхдержавы в конечном итоге накопили арсенал из 5000 стратегических ядерных боеголовок (и более чем 15 000 ядерных боеголовок других типов на ракетах меньшей дальности), совокупная деструктивная энергия которых составила около 30 ЭДж. Понятно, что это было совершенно иррациональным преувеличением. Физик Виктор Вайскопф писал (Weisskopf 1983, 25): «Ядерное оружие – это не оружие войны. Единственная цель, ради которой оно может создаваться – удержать от его использования другую сторону, и для этой цели его не требуется слишком много». Очевидно, что ядерный паритет послужил сдерживающим средством и предотвратил атомную войну, в которой не было бы победителя.

Но создание ядерных бомб тяжелым ярмом легло на национальные бюджеты, поскольку оно требует колоссальных инвестиций и очень крупных затрат энергии, большей частью для отделения изотопов урана (Kesaris 1977; WNA 2015а). Для газовой диффузии необходимо около 9 ГДж/SWU (на отдельную рабочую установку), но современным газовым центрифугам достаточно только 180 МДж/SWU, и 227 SWU нужно, чтобы произвести килограмм оружейного урана, то есть совокупный расход составляет 41 ГДж/кг. Триада средств доставки ядерного оружия – дальние бомбардировщики, межконтинентальные баллистические ракеты и ядерные подводные лодки – также содержит первичные движители (реактивные и ракетные двигатели) и структуры, производство которых и поддержание в рабочем состоянии обходится с точки зрения энергии очень дорого.

Производство обычного оружия тоже требует энергоемких материалов, и его распространение возможно лишь благодаря вторичному ископаемому топливу (бензин, керосин, дизель), электричество же используется, чтобы питать машины, которые перевозят оружие, чтобы экипировать и кормить солдат, которые оперируют им. В то время как обычную сталь можно изготовить из железной руды и чугуна, затратив всего лишь 20 МДж/кг, особые стали, которые применяют в оружейной промышленности, требуют 40–50 МДж/кг, а использование обедненного урана (для бронебойных снарядов и усиленной брони) еще более энергоемко. Алюминий и титан (и их сплавы), главные материалы в современном самолетостроении, воплощают соответственно между 170 и 250 МДж/кг (алюминий) и 450 МДж/кг (титан), а более легкие и прочные композитные волокна обычно требуют между 100 и 150 МДж/кг.

Столь мощные современные военные машины очевидно спроектированы для повышения эффективности боевых действий, а не для минимизации потребления энергии, и они отличаются исключительной энергоемкостью. Например, американский боевой танк «М1/А1 Абрамс» весом в 60 тонн приводится в движение газовой турбиной AGT-1500 Honeyhell мощностью 1,1 МВт и потребляет (в зависимости от задачи, почвы и погоды) 400–800 л/км (Army Technology 2015). Для сравнения, большой «Мерседес S600» требует около 15 л/100 км, а «Хонда Цивик» всего 8 л/100 км. Полет на сверхзвуковой скорости таких высокоманевренных военных самолетов как F-16 Fighting Falcon фирмы «Локхид» и F/A-18 Hornet компании «Мак-Доннел-Дуглас» требует такого объема авиатоплива, что их длительные миссии возможны только при дозаправке в воздухе от самолетов-заправщиков, таких как КС-10, КС-135 и «Боинг-767».