علوم پایه

تسلیحات هواسوز و مواد ترموباریک

تسلیحات هواسوز و مواد ترموباریک

نگارنده: مسعود رضایی

مقدمه
این نوشتار به معرفی و شناخت تسلیحات هواسوز (FAE) و تسلیحات ترموباریک همچنین فرمولاسیون مواد ترموباریک TBE (یا TBX) و EBX ها پرداخته شده. همچنین حقایق ناگفته در مورد بمب FOAB و مقایسه جزئی با MOAB بیان گردیده که برای اولین بار توسط جنگاوران انتشار میگردد و کپی کردن آن بدون ذکر نام جنگاوران صحیح نمیباشد
پ.ن: برای دیدن ویدئوها کمی صبر پیشه فرمائید تا اول لود گردد بعد دکمه پلی را زده

همانگونه که در مقاله اشنایی با مواد منفجره ذکر شد؛ برای تشکیل هرگونه انفجار بایستی اکسید کننده برای انجام واکنش مهیا باشد. از انجا که مواد منفجره متعارف درون فرمول شیمیایی خود هم دارای ماده سوختی و هم اکسید کننده را یکجا دارا میباشند (حتی بالانس اکسیژن مثبت است یعنی 1 و نیم برابر اکسیژن لازم اکسیژن دارند) دیگر نیازی به اکسیژن خارجی و محیط ندارند.
یکی از تفاوتهای تسلیحات ترموباریک اولیه (سوختهای هواسوز) بر خلاف مواد منفجره متعارف؛ عدم اکسیدکننده درون ترکیب خود میباشد.از این رو میبایست از اکسیژن محیط و اتمسفر برای تکمیل مثلث انفجار خود استفاده کند. این موجب میشود که بدلیل حذف ماده اکسید کننده در بمب ؛ ماده سوختی بیشتری جایگزین و انرژی انفجاری بیشتر حاصل گردد (البته روی کاغذ). این درحالیست که تنها 21 درصد هوای اطراف را اکسیژن تشکیل میدهد انهم بصورت ترکیب و نه خالص و باقی ان نیتروژن و گازهای متفرقه میباشد این یعنی کاهش قدرت خروجی انفجار
تفاوت دیگر پنج ضلعی انفجار مواد هواسوز و برخی ترموباریک نسبت به مواد منفجره متعارف یعنی دو شرط بیشتر(درصد وزنی اکسیژن و فضای محدود و بسته)

بطور کلی این مواد (هواسوزها) بدلیل پایین بودن سرعت انفجارشان همانند باروت یا بنزین اگر در محفظه بسته شعله ور نگردند؛ خاصیت انفجاری بالای صد در صدی نخواهند داشت. از اینرو در تمامی منابع ذکر شده مواد ترموباریک در انهدام تونل ها یا پناهگاههای سربسته تاثیر بیشتری دارند

انواع تسلیحات ترموباریک:
1- موادی که شالوده آن و عمده حجم ماده سوختی آنرا سوخت های اشتعالی هیدروکربن دار تشکیل میدهد مانند اتیلن اکسید و اکسید پروپیلن… که به سوخت های هواسوز انفجاری (FAE) معروفند
این دست مواد دارای مکانیزم انفجار دو مرحله ای (دو فیوزه) میباشند

2- موادی که پایه اصلی آن ترکیبات فلزی شامل پودرهای اکسایش- کاهش شونده با انرژی بالا مانند بور و الومینیوم و منیزیم و… تشکیل میدهد. (مخلوط های ترموباریک اصطلاحا TBX)
مکانیزم انفجار بمبهای دارای تی بی ایکس ها تک فیوزه و بی هوازی- هوازی میباشد


FAE
FUEL AIR EXPLOSIVE یا سوخت های انفجاری هواسوز قدم ابتدایی برای توسعه و ساخت مواد ترموباریک امروزی بحساب می آیند. عمدتا به مایعات هیدرورکربنی مانند اکسید اتیلن (ماده اصلی بمب ODAB-500 و FOAB) و یا پروپیلن اکسید (BLU-96/B) اطلاق میگردد.این مواد که بنزین معمولی و دیکر اکتان ها از هم خانواده انها میباشند ؛ دارای انرژی بسیار بالا نسبت به مواد منفجره هستند حتی تا 6 برابر بیشتر ولیکن سرعت سوختن انها یکچهارم مواد منفجره متعارف میباشد.

بمب CBU-7 حاوی 33 لیتر اتیلن اکساید

از انجا که انرژی خروجی سوختن آنها چند برابر ماده منفجره میباشد (تولید موج انفجار بیشتر و طولانی تر) و سرعت انفجار ان یک چهارم مواد منفجره (قدرت موج انفجاری کمتر یا بسامد بلندتر) این دست تسلیحات در فضاهای بسته رفتار قدرتمند تر از خود بروز میدهند تا فضای ازاد مانند بنزین در پیستون خودرو (طبق پنج ضلعی احتراق سیالات)

مکانیزم FAE
بمبهای FAE دارای یک ظرف بزرگ که درون انها سوخت (پروپیلن اکسید یا اکسید اتیلن) قرار دارد و در مرکز بمب یه خرج میله ای که شامل ماده منفجره قوی (مانند TNT) وجود دارد.
پس از نزدیک شدن بمب به ارتفاع مورد نظر؛ فیوز مجاورتی اولیه بمب که به انتهای میله انفجاری مرکزی متصل است عمل کرده و خرج اصلی منفجر میشود (وزن خرج بایستی فقط 1 درصد وزن کل سوخت باشد)
پس از انفجار خرج مرکزی، سوخت مورد نظر(اتیلن اکساید یا پروپیلن اکساید) با ترکیدن پوسته نازک اصلی بدنه بمب؛ به سرعت به اطراف پراکنده میگردد که به شکل یک ابر درمیاید
سوخت میبایست به 4000 برابر حجم اولیه خود منبسط گردد تا اکسیژن کاملا در اختیار سوخت قرار گیرد و لابلای ان مخلوط شود
پس از رسیدن به حجم مورد نظر و تشکیل ابر لازمه؛ فیوز دوم عمل نموده و با یک انفجار کوچک ، باعث انفجار کل ابر سوختی میگردد.

مراحل سه گانه انفجار یک FAE به ترتیب در تصویراول فیوز اولیه (خرج اولیه) منفجر شده و در تصویر دوم سوخت به اطراف پراکنده و در اخر دو فیوز ثانویه منفجر میگردد
ساختار یک بمب هواسوز FAE دو فیوز ثانویه به دو طرف بدنه چسبیده و 150 میلی ثانیه بعد از انفجار اولیه درون ابر سوخت شناور شده و عمل میکنند
ساختار درون FOAB که درون ظرف بزرگ اولی و حاوی اتیلن اکساید و الومینیوم (combustible fuel) خرج تی ان تی (قرمز رنگ) قرار گرفته

این فاصله زمانی بین دو فیوز برای بمبهای جنگی با وزن 500 کیلو به پایین 150 میلی ثانیه میباشد. ولی هر چقدر وزن مواد سوختی بیشتر گردد این زمان به دلیل ترکیب شدن با اکسیژن بیشتر؛ بالاتر میرود مانند فواب که 1.5 تا 2 ثانیه طول میکشد (بستگی به ماده مصرفی مورد نظر هم دارد)
شاید این سوال پیش اید که چرا در انفجار خرج اولیه کل سوخت منفجر یا مشتعل نگردید ولی با انفجار دوم احتراق رخ داد؟
هر ماده سوختنی در مبحث سیالات و پنج ضلعی مطالب فوق ، یک ضلع ” نسبت وزنی حجمی اکسیژن به ماده اشتعالی “وجود دارد.
برای نمونه؛ عدد اکسیژن مورد لازم برای انفجار گاز شهری نزدیک 10% است. یعنی اگر فردی درون یک اتاق بسته محبوس و در اتاق پر از گاز انفجاری شهری مملو باشد ولی اکسیژن 4% نسبت به اندازه حجم کل گاز درون اتاق وجود داشته باشد؛ با جرقه و شعله و…. هیچ انفجاری رخ نخواهد داد تا زمانی که درصد اکسیژن به 10% برسد انگاه با کوچکترین جرقه اتاق منفجر خواهد شد.

مزایای FAE

این بمب ها بر اثر سوختن شدید و مصرف کردن تمام اکسیژن دایره پخش و اطراف، طبق قوانین فیزیکی سیالات، یک خلاء(از بین رفتن فشار اکسیژن) در منطقه انفجار به یکباره تولید شده که پس از موج انفجار رفتی (بلست ویو اولیه) تمام اکسیژن محیط بسمت منطقه خلا حمله ور میشود تا جای خالی انرا پرکند (فشار هوا) که یک موج برگشتی را ایجاد مینماید.
این فشار خلا (بازگشت اکسیژن به منطقه خالی از هوا) موجب بیرون کشیدن شدید هوا از ریه میگرد که اگر فاصله نسبتا دور باشد؛ خفگی رخ میدهد و اگر نزدیک باشد حتی تا پاره شدن ریه ها منجر میشود(قبلش استخوان ها شکسته شده)
امواج رفتی و برگشتی موجب از هم گسیختن اتصالات نه چندان مستحکم میگردد.
همچنین این تسلیحات دو فیوزه بدلیل داشتن مرحله اولیه پخش سوخت ؛ شعاع دو برابری تخریب نسبت به مواد منفجره معمولی را دارند بدین صورتکه نصف شعاع اثر را فقط خود سوخت در لحظه پخش طی مینماید.

معایب FAE

1- ایمنی کمتر بدلیل پایین بودن دمای جوش (10 درجه) که اگر از پوسته مناسب استفاده نگردد موجب ترک خوردن آن (بدلیل تبخیر در دمای محیط و حجیم شدن) و نشت از بمب و انفجار خود بخودی میشود.
همچنین بدلیل دمای جوش پایین پس از فیوز اول و پخش هرچه زمان بین دو فیوز بیشتر گردد(مخصوصا اتیلن اکسید) مقداری از آن بصورت گاز با مواد اتمسفر ترکیب شده و ماهیت خودرا از دست میدهد که موجب کاهش قدرت کلی بمب میگردد.
2- سمی بودن مواد بمب
3- سرعت سوخت و انفجار این مواد کم و در حدود 1800 میباشد. پایداری امواج؛ بواسطه بالا بودن انرژی نهفته در ان و دیرسوزی بیشتر است ولی همین مساله موجب کاهش قدرت امواج خردکننده میباشد. قدرت خردگنندگی رابطه معکوس با کوتاه بودن امواج و تخلیه انرژی در کمترین مدت زمان دارد: هر چقدر مدت زمان تخلیه انرژی کمتر؛ قدرت خردکنندگی بالاتر
همین امر موجب بی اثر بودن این بمبها در برابر استحکامات قوی مانند ساختمانهای دولتی و حکومتی میباشد.

جدول زیر فشار اولیه و شروع انفجار را نشان میدهد

این موضوع برای تسلیحاتی که نیاز به بلست قدرتمند اولیه داشته باشند (مانند خرج های گود و یا بمب های استحکام شکن) نقطه ضعف بزرگ بشمار می آید
4- در این تسلیحات احتراق ناقص با کوچکترین خطای محاسباتی و رعایت نکردن تناسب مواد؛ بی کیفیت بودن سوختها و بایندر افزودنی که موجب ویسکوزیته ناهمگن سوخت شده و چسبندگی ذرات سوخت پدید میگردد. در این حالت حتی اگر فیوزها سر زمان تعیین شده درست عمل کنند بازهم احتمال اینکه قسمتی از سوخت درگیر نشود وجود دارد.
در احتراق ناقص سوختهای هیدرکربنی ، قسمتی از ابر زودتر دچار شعله ور شدن و انفجار میشود حال آنکه موج انفجار نقطه شعله ور؛ ذرات سوخت اطراف خود را از دو طرف فشرده کرده و اجازه نمیدهد که سوختها از هم باز شوند و همین فشردگی سوخت مانع اختلاط اکسیژن با ذرات می گردد تا به 10% نرسد(تصاویر زیر) و همین امر موجب منفجر نشدن قسمتی از سوخت میشود.

مراحل احتراق ناقص بدلیل چسبندگی و ویسکوزیته قسمتی از سوخت… جهت فلشها نواحی چسبنده و محترق نشده را نشان میدهد. در فیلم زیر آنرا مشاهده مینمایید.

ویدیوی احتراق ناقص سوخت چسبنده

همچنین در مطالب فوق هم ذکر گردید حتی اگر همه سوخت هم درگیر شود بازهم بازده صد در صدی نداشته زیرا 21% هوا اکسیژن بصورت ترکیبی است. طبق محاسبات و ازمایش های فراوان بر روی این بمبها مشخص گردیده دست کم 30% کاهش خروجی دارد

امروزه ساخت بمبهای سنگین وزن جنگی از سوخت های هیدروکربن دار بدلیل ناکارامدی بر روی سازه های قوی و مسلح و سمی بودن این مواد کمتر استفاده گردیده. اما در ارتشهایی که منابع مالی ضعیف تری دارند مانند روسیه همچنان بمبهای سنگین خود را با این مواد پر میکنند. در ادامه به سری بمبهای ساخته شده FAE را مشاهده مینمایید:

ODAB – 500
کشور سازنده: اتحاد جماهیر شوروی (روسیه فعلی)
وزن ماده سوختی: 193 کیلوگرم
نوع ماده سوختی: اتیلن اکساید
وزن کل بمب: 525 کیلوگرم
موارد مورد استفاده: تجاوز روسیه به افغانستان – چچن – سوریه

همانطور که گفته شد این بمب دارای دو فیوز با فواصل زمانی 150 میلی ثانیه هستند که پوسته نازک این بمب براحتی با خرج اولیه پاره و مواد در اطراف پراکنده و ابری از سوخت تولید و فیوز دوم کار را تمام میکند

فرود اودب بر روی ساختمان

FOAB
کشور سازنده: روسیه
نوع ماده سوختی: اتیلن اکساید با مخلوط پودر الومینیوم
وزن ماده سوختی: 7100 کیلوگرم

FOAB مخفف Father Of All Bomb یا همان پدر همه بمبها میباشد. بطور کلی فلسفه ساخت این بمب پاسخ لجبازانه و عقب نماندن از تست بمب GBU-43/B یا همان MOAB (مخفف Massive Ordnance Air Blast که به اشتباه آنرا Mother of All Bombs یا مادر همه بمبها میشناسند) توسط آمریکا (2003) بود و هدف نظامی-علمی خاصی پشت آن نبوده به همین دلیل هیچ بهبود تکنولوژی خاصی نسبت به بمبهای هواسوز دیگر ندارد و در حقیقت یک اوداب 500 است که بجای 193 کیلو اکسید اتیلن 7100 کیلو اکسید اتیلن درون پوسته بمب پر شده و تنها تغییر ان اضافه کردن پودر الومینیوم بود که البته احتراق الومینیوم با سیستم پخش دوگانه FAE ها تاثیر چندانی ندارد و بیشتر اثرات ترمایتی بروز میدهد تا خاصیت انفجاری و احتراقی. برای بروز خاصیت انفجاری میبایست سازوکار TBX ها وجود داشته باشد
*شرایط لازم احتراق الومینیوم رسیدن به دمای احتراق (1900 درجه) و فشار سنگین (بیش از 350 Bar) لازم در مدت زمان کوتاه میکروثانیه در یک محفظه بسته یا پوسته سخت بمب است که فقط از عهده مواد پرانرژی TBX ها برمی اید نه سوخت های هیدروکربن دار. همچنین با سیستم پخش دو فیوزه الومینیوم ها با موج انفجار بصورت گدازه به اطراف فرار میکنند*
اما مساله اصلی اینست که سازندگان این بمب آنرا بمبی کارامد مانند GBU-43 معرفی نموده و ادعای 4 برابری قدرت برای آن دارند. به ادعای روسها (که هیچ مرجع رسمی هم تایید نکرده) قدرت این بمب 4 برابر MOAB یعنی معادل 44 تن TNT عنوان شده.
همانطور که در جدول زیر مشاهده میکنید و در مطالب بالا هم چندین بار عنوان شد، سوختهای هیدروکربن دار از انرژی سوختنی نهفته بالایی برخوردارند. اکسید اتیلن درون Foab دارای 6 برابر بیشتر از تی ان تی انرژی دارد ولی این بدان معنا نیست که 1 لیتر اتیلن اکساید اگر منفجر شود قدرت تخریب معادل 6 کیلو TNT را داشته باشد.

نوع سوخت

میزان انرژی در واحد جرم

میزان انرژی در واحد حجم

سرعت انفجار

پروپیلن اکساید

7.9

6.6

1800

اتیلن اکساید

6.9

6

1200

TNT

1.1

1.6

6900

درحقیقت سرعت سوزش اتیلن اکساید کم و نزدیک 1200 میباشد و  فقط روی کاغذ انرژی نهفته آن 4 برابر MOAB است. انرژی که 30 درصد ان بدلیل خالص نبودن اکسیژن محیط و 21 درصدی بودن ان ازاد نخواهد شد و انرژی ازاد شده هم قدرت خردکنندگی H-6  ماده درون مواب را نخواهد داشت و هیچگاه نمیتواند امواجی با طول موج کوتاه و قوی ایجاد نماید(البته همین امواج برای کشتن انسان و تخریب سازه های سبک کافیست)
حقیقت از 44 تن معادلی که روسها مدعی شده اند، این است که اگر 7 تن اکسید اتیلن در FOAB را آتش بزنیم در مدت زمانی که به آرامی میسوزد و انرژی که آزاد میگردد دقیقا معادل انرژی ازاد شده از سوزش (آهسته) 44 تن TNT است که بصورت ذره ذره و آرام میباشد
مساله اصلی اینجاست که قدرت تخریب (خردکنندگی) با میزان سرعت انرژی ازاد شده رابطه معکوس دارد. یعنی هرچقدر انرژی ازاد شده در مدت زمان کمتر ازاد گردد؛ به همان میزان قدرت تخریب بیشتر و امواج طول کوتاه تولید مینماید.
یک مثال ساده برای تفهیم مطلب؛ تفاوت فشار آوردن معمولی با کف دست به یک درب در مدت زمان 24 ساعت و زدن یک مشت به همان درب میباشد. با وجود بیشتر بودن انرژی که در 24 ساعت مداوم به درب وارد ساختید آن درب هیچ مشکلی پیدا نکرد ولی با یک دهم آن انرژی وارده توسط یک ضربه مشت درب میشکند.  وارد ساختن انرژی کمتر ولی درمدت زمان کوتاهتر اثر تخریب را بالاتر میبرد.
به تصاویر تست انفجار این بمب و تاثیر آن بر روی دو ساختمان که در شعاع اثر آن قرار داشته دقت نمایید:

تصویر دو ساختمان نزدیک بهم در تست بمب FOAB که سازه معمولی و مسلح هم نیستند. پس از انفجار ساختمان اولی تقریبا تخریب شده ولی ساختمان پشتی هیچ خسارتی ندیده و موج انفجار توسط ساختمان اولی به کل دفع گردیده

در کل مقایسه MOAB با FOAB از پایه اشتباه بوده زیرا MOAB یک سلاح استحکام شکن بر روی سطح (نقش نفوذگر مانند MOP ندارد) میباشد و FOAB یک سلاح هواسوز معمولی که قدرت استحکام شکن ندارد

BLU – 96
کشور سازنده: ایالات متحده امریکا
وزن ماده سوختی: بین 400 تا 550 کیلوگرم
نوع ماده سوختی: اکسید پروپیلن
وزن کل بمب: 900 کیلوگرم

این بمب پس از رسیدن به ارتفاع مورد نظر فیوز اولیه منفجر شده و نزدیک به 7 بلوک انفجاری منفجر و سوختها را بصورت ابری با شعاع 30 الی 50 متر پخش مینمایند. فیوز دوم با تاخیر در مدت زمان کوتاه موجبات انفجار کل ابر را پدید می اورد.
این بمب نسبت به نمونه های دیگر FAE ها احتراق کاملتری دارد

احتراق کامل و باکیفیت پرپیلن اکساید BLU-96

یکی از دلایل این احتراق نسبتا خوب، استفاده از پروپیلن اکساید است. دمای جوش پروپیلن اکساید 35 درجه میباشد درحالی که دمای جوش اتیلن اکساید 10 درجه بوده یعنی در هوای نسبتا سرد هم بصورت بخار میباشد. این دمای جوش بالاتر فرصت بیشتری نسبت به وزن بی ال یو 96 داده تا ابر آن با اکسیژن مخلوط شود و کمتر با دیگر گازهای اتمسفر ترکیب میگردد ولی اتیلن اکساید بدلیل تبخیر سریع و ترکیب با مواد اتمسفر نباید زیاد فاصله بین دو فیوز تاخیر بیوفتد و همین امر موجب کمتر مخلوط شدن با اکسیژن میشود.
البته نوع باکیفیت تولیدی امریکا و مواد افزودنی هایی که در آن بکاربرده شده دلیل دیگر این تکمیل احتراق میباشد. تست بر روی ساختمان معمولی با مقداری سازه چوبی انجام شد و حتی این بمب کامل هم قدرت خردکنندگی بتن آرماتوریزه را ندارد.

استفاده صلح آمیز از FAE
FAE ها میتوانند در نقش پاکسازی میادین مین و یا تله های انفجاری نقشی بسیار موثر ایفا کنند. از انجا که روش مورد استفاده امریکاییها بسیار پرهزینه بوده (M58 Mine Clearing Line Charge) بگونه ای که در این روش نواری از بسته های سی 4 (شکل سوسیس) با وزن کلی 800 کیلوگرم برای هربار پرتاب شده و پس از افتادن در محل مشکوک ، منفجر گردیده و هر تله و مین را منفجر میسازد.

خرج نواری c4 برای پاکسازی اراضی مشکوک

از اینرو برای اسرائیل که یکی از تهدیدشونده ها بوسیله بمبهای کنار جاده ای؛ تله های انفجاری و میادین مینها میباشد بصرفه نمیباشد تا برای هر مورد مشکوک حتی زمینهای کشاورزی خود از این روش پرهزینه استفاده کند. از این رو اسرائیل (شرکت رافائل) دست به توسعه راکت پرتابگر به نام کارپت (carpet) زده و بجای راکت معمولی؛ بمبهای FAE که هزینه نزدیک به یکدهم روش امریکاییها را در بردارد، میتوانند با تعداد بالا و هزینه کم اراضی بسیاری را پاکسازی مینمایند

راکت پیشرفته Carpet ساخت اسرائیل برای پاکسازی اراضی مشکوک به مین و بمب کنار جاده ای

مشخصات پرتابه کارپت
پرتاب و انفجار کارپت

هر کدام از راکتها دارای یک مخزن از پر از سوخت و در انتهای آن پیشرانه راکت وجود دارد. پس از پرتاب و رسیدن به قوس رو به پایین؛ چتری از انتهای ان باز شده و راکت به ارامی بسمت هدف روانه و در یک متری زمین فیوز اولی منفجر و مواد سوخت به اطراف پراکنده و فیوز دوم سه دهم ثانیه بعد انفجار را حاصل میسازد.
با موج انفجار حاصل از انفجار حداقل تا شعاع 15 متری بخوبی پاکسازی میکند.

TBX
پس از سالها استفاده از مواد منفجره متعارف و سوخت های هواسوز بصورت جدا از هم؛ نیاز به ماده جدیدی احساس شد که خاصیت هردو را در خود داشته باشد. یعنی هم دارای خاصیت بلست و بار اولیه قدرتمند و استحکام شکن مانند مواد منفجره داشته باشد و هم تولید امواج بلند گوی اتش بزرگتر و شعاع طولانی تر بهمراه مصرف اکسیژن محیط و ایجاد خلا نسبی ایجاد نماید.
نام این خانواده جدید TBX یا TBE مخفف Thermobaric Explosive میباشد.
TBXبه مواد پرانرژی و پیروتکنیک گفته میشود که در عین منفجره بودن؛ رفتار قدرتمند ترموباریک(گوی اتش بزرگتر) از خود نشان میدهند.
مکانیزم احتراق این مواد متفاوت از FAE بصورت پخش شونده دومرحله ای (دوفیوزه) نبوده و خاصیت ترموباریک همراه با انفجار ماده اصلی ایجاد میگردد که پس سوزش فلزات باعث ایجاد گوی اتش بزرگ تر و پرحرارت تر ایجاد مینماید.

پس سوزش الومینیوم و ایجاد گوی آتش سوزان ماده H-6 انفجار بمب GBU43

شاخص ترین این فلزات برای استفاده در مسائل ترموباریک و پیروتکنیک میتوان به بور؛ الومینیوم؛ منیزیم و زیرکونیوم اشاره نمود
عنصر بور به دلیل تمایل کمتر به اکسید شوندگی، مورد استفاده نمیباشد

منیزیم
انرزی خروجی آن از آلومینیوم کمتر است ولیکن بدلیل دمای احتراق پایین آن و اکسیدشوندگی کامل برای اعمال ترموباریکی بسیار مناسب میباشد. همچنین منیزیم میتواند با ترکیب شدن در مواد دیر احتراق مانند الومینیوم ایجاد یک الیاژ احتراقی دمای الومینیوم را به نصف کاهش داده؛ از اینرو یک پای ثابت مواد ترموباریک میتواند باشد.

زیرکونیم
زیرکونیم عنصری بسیار مفید برای مسائل ترموباریک میباشد زیرا احتراق ان بسیار ساده و سهل الوصول تر از الومینیوم بوده و دیگر اینکه انرژی خروجی آن کمی کمتر از الومینیوم میباشد. شرکت Talley Defense Systems اگثر مواد ترموباریکی خود را با زیرکونیم الیاژ و مخلوط میکند.

الومینیوم
فلزی ارزان قیمت ، دارای گرمای تولیدی بالا و ماندگاری مناسب. منتها این عنصر بصورت طبیعی در طبیعت انادایزه شده و یک لایه اکسیدی بقطر 1 میکرون روی ان قرار دارد. این لایه نسبت ب باقی اکسید عناصر مقاوم تر در برابر خوردگی پوسیدگی و غیره میباشد و به همین سبب مانع قوی در برابر ایجاد احتراق میباشد و به همین علت دمای احتراق آلومینیوم  1900 درجه سانتیگراد میباشد. از این رو الومینیوم با وجود انرژی بالای خود دچار مکانیسم دیرانفجاری است. این مشکل با ایجاد فشار و دمای بالا در میکروثانیه بوسیله مواد منفجره قدرتمند مانند PBX های حاوی RDX و HMX و بندرت ماده قدرتمند CL20 (بدلیل حساسیت بالایش) و استفاده از Binder بعنوان چسب که ذرات فلز را درکنار مواد منفجره و اکسید کننده(آمونیوم پرکلرات) نگه دارد قابل حل میباشد.

مواد ترموباریک امولسیون و دوغابی (Slurry Thermobaric)

ترکیبات:
مایعات انفجاری پرانرژی: نیترومتان (NM) – ایزوپروپیل نیترات (IPN)
ذرات فلز:
منیزیم – زیرکونیم و آلومینیوم آلیاژ شده (ترکیب شده 90 درصد الومینیوم با 10 درصد منیزیم برای کاهش دمای احتراق الومینیوم)
نیتروسلولوز(NC): درصورتی که هدف ژلاتینی کردن مخلوط باشد اضافه میگردد

این مواد که مواد دوغابی یا امولسیون معروفند؛ عموما دارای دو جزء اصلی مایع انفجاری پرقدرت و سوزان مانند ایزوپروپیل نیترات و جزء دیگر شامل پودر فلزات فعال مانند منیزیم و زیرکونیم میباشد. از الومینیوم به تنهایی در این موارد کمتر استفاده میشود مگر بعنوان الیاژ و ترکیب با منیزیم و زیرکونیم(تا دمای شروع احتراق کاهش پیدا کند)
اولین بمبی که رسما با این مواد دوغابی ساخته شد بمب بی ال یو 82 (BLU-82) معروف به Daisy Cutter میباشد توسط ایالات متحده و در ویتنام از آن استفاده گردید. این بمب سنگین وزن نزدیک به 7 تن وزن داشت که 5700 کیلوگرم ماده منفجره دوغابی (امولسیون) ترموباریک شامل 72 درصد نیترات امونیوم و 22 درصد الومینیوم بعلاوه 6 درصد روغن معدنی (پارافین) یا پلی استیرن میباشد.

بمب 6800 کیلوگرمی BLU-82 دارای 5700 کیلوگرم آمونال ترموباریک

کارامدترین ماده امولسیونی ترموباریک “ریزال” میباشد. RISAL از تمامی عناصر و فلزات با نسبتهای مناسب ساخته شده و از قدرت خوبی برخوردار میباشد.
از معروفترین ترکیب مورد استفاده روسها میتوان به ماده Schmel با تلفظ صحیح اشمل نام برد. ماده ای با ترکیب منیزیم و ایزوپروپیل نیترات. این ماده در راکت راکت توس 1 (TOS-1) و دوش پرتاب RPO-A Shmel مورد استفاده قرار گرفته

درون راکت TOS-1 که داخل آن با 75 پوند ماده schmel پرشده (2) و در وسط آن میله خرج (3) قابل مشاهده میباشد
راکت ترموباریک RPO که درون آن با 2.1 کیلوگرم ماده دوغابی schmel پر شده

جدول زیر کارامدترین ترموباریکهای دوغابی را شرح میدهد

نوع ماده

ترکیبات

درصد وزنی ترکیبات

توضیحات

 

 


RISAL

isopropyl nitrate

RDX

Aluminum Powder

Magnesium Powder

Zirconium Powder

Nitrocellulose

50

28

15

4

1

2

این ماده بهترین و باکیفیت ترین ترموباریک نیمه جامد و ژله ای میباشد. از تمام عناصر لازم با بهترین توزین انتخاب شده و درصدبندی های مناسب این امکان را میدهد تا با ایجاد ضربه دوم اثار تخریبی مهلکی علی الخصوص در فضاهای بسته داشته باشد

 
TB-Amonal

Ammonium nitrate

Aluminum Powder

پلی استیرن

72

22

6

در بمب بی ال یو-82 ملقب به دیزی کاتر نزدیک به 5700 کیلوگرم بکار رفت

 


SCHMEL

isopropyl nitrate

Magnesium Powder

60

40

یک ترکیب ساده روسها
مورد استفاده در راکت ترموباریک توس-1

مورد استفاده در راکت دوش پرتاب
Pro-A shmel
به وزن 2.1 کیلوگرم

مواد ترموباریک جامد
ترکیبات:
PBX: ترکیبات انفجاری با یکی از مواد HMX یا RDX (کلاس 1 و 5) و بندرت CL-20 همراه روغن های معدنی مانند اسید استئاریک
ذرات فلز:
پودر آلومینیوم با اندازه حداکثر 125 میکرون و حداقل 40 میکرون
پایدارکننده ها (چسب های فرم دهنده):
عمدتا R45 با نام شیمیایی Hydroxyl-terminated polybutadiene یک مایع غلیظ بهمراه درصد کمی نرم کننده ایزودسیل پلارگونات (IDP) یا ماده DOA با نام شیمیایی Dioctyladipate. این ترکیب پایدارکننده در اکثر موشکهای سوخت جامد امروزی میباشد
اکسیدایزر: آمونیوم پرکلرات (AP)

پ.ن: RDX کلاس 1 پودر RDX معمولی با اندازه 125-250 میکرون و کلاس 5، RDX با اندازه 4 میکرون که با دی اکتیل فتالات پوشش داده شده است که به نام DOP-RDX شناخته میشود

تصویری از گرانول PBX ترموباریک. یک ترموباریک کارامد جامد بایستی بدین صورت ذرات RDX وAP و الومینیوم توسط پایدار کننده درهم مخلوط و مستحکم نگه داشته گردند

 

دو مدل فرمولاسیون برای اختلاط مواد. مدل A کارامدتر است. viton نوعی تفلون است که بعنوان Binder یا نگهدارنده استفاده میشود



این گروه از مواد را میتوان کاملترین؛ پرقدرترین و پرکاربرد ترین و البته گرانقیمت ترین مواد پرانرژی در بین دیگر مواد انفجاری دانست. این مواد را با نام مواد منفجره غیرحساس (Insensitive) هم میشناسند

تفاوت گوی اتشین و قدرت انفجاری یه مورد تست شده. تی بی ایکس 2 به احتمال بسیار از خانواده PAX میباشد

این مواد دارای چگالی و سختی بالایی میباشند. زیرا جزء مایع انفجاری (IPN) مانند ترکیبات ترموباریک امولیسیون حذف و همچنین درصد بالاتری فلز درانها بکار رفته و از ترکیبات تثبیت کننده قدرتمند در انها بکاربرده شده.

شایان ذکر است که همه PBX های الومینیوم دار صرفا ترموباریک نیستند. زیرا برای ترموباریک بودن یک بی ایکس مستلزم داشتن حداقل بیش از 20 درصد الومینیوم در ترکیب بهمراه  پایدارکننده مناسب در ترکیب می باشد.
برای نمونه ماده PBXN-114 که تصویر آن در کانال جنگاوران هم قرار داده شده بود، یک ماده منفجره قوی از نوع HE مورد استفاده در بیشتر پرتابه های جدید میباشد که بدلیل داشتن فقط 10 درصد الومینیوم رفتارقدرتمند ترموباریک از خود نشان نمیدهد

جدول زیر سه ماده TBX مورد تست قراگرفته که با دستکاری و کم و زیاد کردن ترکیبات درن آنها مشاهده نمایید در خروجی انرژی و فشار چه تاثیری خواهد داشت

HMX

AP

AL

Mg

R45

کامپوزیت مورد تست

 


مواد به در صد وزنی

سرعت انفجار
(متر بر ثانیه)

فشار انفجار در فاصله 5 متری
(بار)

TBX-1

50

0

30

0

20

7000

225

TBX-2

45

10

27

3

15

5800

239

TBX-3

45

10

21

9

15

7100

258

در جدول بالا دو نکته قابل توجه وجود دارد. همانطور که میبینید تی بی ایکس 3 از تی بی ایکس 2 سرعت انفجاری هزارتایی بیشتر دارد این امر فقط بدلیل کاهش 7 درصدی الومینیوم (2) و افزایش 7 درصدی به منیزیم در 3 میباشد.
نکته دوم اینکه با وجود سرعت کمتر 2 نسبت به 1 ؛ فشار (بار) بیشتری دارد. دلیل ان ترموباریک تر بودن 2 و 3 نسبت به 1 است که مجموع فشار رفت و برگشت (دینامیک و استاتیک) بیشتر میباشد. شماره 1 اکسیدایزر تاثیرگذار AP ندارد و فاقد منیزیم هم میباشد و فقط الومینیوم دارد  به همین دلیل نسبت به 2 و 3 کمتر ترموباریکتر میباشد

مکانیزم: بالا رفتن دمای ذرات فلز به مرز احتراق قبل از رسیدن به اکسیژن محیط مساله اصلی میباشد که برای آلومینومی با دمای احتراق نزدیک 1900 درجه؛ قبل از رسیدن به این دما ذرات فلز ذوب شده از این رو با روشهای ویژه در حین ساخت این مواد، لایه اکسیدی روی ذرات الومینیوم را از بین میبرند و انرا با موادی مانند DOA پوشش دهی مینمایند که مشکل را حل نموده و دمای احتراق را به نصف کاهش میدهند.
پس از انفجار RDX یا HMX در مدت زمانی که پوسته بمب را بترکاند همین مکث میکروثانیه ای فشار بالا بین ماده منفجره و پوسته بمب، دما و فشار ذرات الومینیوم را به احتراق رسانده و و با موج انفجار به اکسیژن محیط حرکت مینمایید و در انتها پس سوزش حاصل میگردد که نتیجه ان گوی انفجار بزرگتر و انرژی خروجی بیبشتر میباشد.
جدول زیر کاربردی ترین مواد ترموباریک جامد را معرفی مینماید

نوع TBX

ترکیبات

درصد وزنی ترکیبات

سلاحی که در آن استفاده شده

 

 

 

 

 

AFX-757

RDX
Type B/Class 1
Type B/Class 5

5

20

در بمب سنگرشکن بی ال یو-122 نزدیک به 354 کیلوگرم از این ماده بکار رفته تا با موج دوم هرچیز داخل پناهگاه را از بین ببرد
در سرجنگی موشک کروز
AGM-158 JASSM
(WDU-42/B)
نزدیک به 453 کیلوگرم از این ماده بکار رفته
در سرجنگی بمبهای سری کم قطر
GBU-39
سرجنگیآن از نوع DIME به وزن کلی 93 کیلوگرم میباشد که 17 کیلوگرم AFX در مرکز و اطراف آن پودر فلز سنگین تنگستن بعنوان ترکش شونده

Aluminum Powder

33

Hydroxyl-terminated polybutadiene
(R45)

 

4.44

(DioctylAdipate(DOA

6.65

Ammonium Perchlorate

30

Isophorone Diisocyanate
(IPDI)

0.45

(Triphenylbismuth(TPB

0.05

لسیتین مایع

0.4

قیمت این ماده برای سازندگان حدود هر پاوند 50 دلار و نوع باکیفیت آن توسط انگلستان و امریکا تولید میگردد
 

 

 

 

PBXN-109

RDX

64

در بمب BLU-110 که درحقیقت همان پوسته بمب مارک 83 میباشد، نزدیک به 200 کیلوگرم از این ماده جایگزین تریتونال پرمیگردد و کاربری سنگرشکن پیدامینماید.
در موشک ضد کشتی”پنگوئن” یا AGM-119
بین 70 تا 80 کیلوگرم

Aluminum Powder

20

R45

7.35

DOA

7.35

ترکیبات افزودنی دیگر جهت راندمان بالا

1.30

توضیحات: در این ترکیب از امونیوم پرکلرات استفاده نشده ولی به همان میزان به RDX ترکیب افزوده گردیده که تا حدودی میتواند نبودش را پرکند ولیکن از امواج ثانویه کمتری برخوردار میگردد. سرعت انفجار آن حدود 7100 متر بر ثانیه میباشد
 

 

PAX-29

CL-20

77

 

بدلیل قیمت بسیار بالا و حساسیت بالای آن در هیچ تسلیحاتی از آن استفاده نشده است

Aluminum Powder

15

BDNPA-F

4.8

Cellulose Acetate Butyrate (CAB)

3.2

BDNPA پلیمریست ترکیبی جهت پایدار کنندگی و غیرحساس کردن. PAX-29 از معدود موادیست که از CL20 استفاده شده و قوی ترین ترکیب ترموباریک جامد میباشد (1.5 برابر قدرتمندتر) ولی قیمت آن بیش از 10 برابر دیگر مواد ترموباریک میباشد بگونه ای که هر پوند آن نزدیک 600 دلار میباشد
 

 

PBXIH-135

HMX

45

در بمب ترموباریک نفوذگر
BLU-118/B Thermobaric
نزدیک به 560 پوند از این ماده

Aluminum Powder

35

R45

20

 

 

 

H-6

RDX+NC

44

 

مهمترین آن بمب غول پیکر GBU-43 میباشد

همچنین در برخی مینهای ضد تانک

TNT

29.5

Aluminum Powder

21

calcium chloride

0.5

Paraffin+ lecithin

4.8

ترموباریک های لایه ای

این مدل تسلیحات ترموباریک برخلاف ترموباریک های امولسیون و جامد از سیستمی شبیه به FAE بهره میبرد با این تفاوت که بجای سوخت های هیدروکربن ، پودر آلومینیوم مخلوط با هالوژن ها را به اطراف پراکنده مینماید. البته دو فیوزه نمیباشد.
هنوز آمار قابل استنادی بر وجود کارامدی و یا میزان ترموباریکی این سیستم در دسترس نیست و به احتمال بسیار هیچگاه به اندازه TBX های جامد نمیتواند ترموباریک عمل نماید. با وجود اینکه برای کمک به پس سوزش الومینیوم افزودنی هالوژن دار فلوئوریدات ها اضافه گردیده ولی به همان اندازه دمای احتراق و دیراحتراقی آن را بالا میبرد و بنظر نمیرسد سیستم کارامدی در مباحث ترموباریکی باشد.
نمونه معروف آن کلاهک MAC یا Metal Augmented Charge در نسخه ترموباریک موشک هلفایر میباشد. درون کلاهک هلفایر (نسخه ترموباریک) در وسط خرج انفجاری از ماده PBXN-112 استفاده شده و به دور این خرج (بین خرج و پوسته) پودر آلومینیوم هالوژنه به قطر 2.5 سانتیمتر احاطه گردیده.
سیستم انفجار بدین صورت است که پس از انفجار خرج مرکزی؛ فشار بین خرج و شکافتن پوسته این وسط دمای الومینیوم را به مرز احتراق برده و پس از پخش شدن در محیط بکمک افزودنی هالوژن دار با اکسیژن محیط امیخته و با همان دمای خود منفجر میگرد

مدلهای مختلف هلفایر و دومی از پایین مدل کلاهک mac

در انتها دو ویدئو برای مقایسه انفجار مواد منفجره معمولی و ترموباریک که به وضوح تفاوت قدرت و گوی انفجار بیشتر ماده ترموباریک مشهود میباشد (ویدئوی اول ماده منفجره معمولی و ویدئوی دوم ترموباریک)

.

.

ویدئوی کوتاه زیر کارخانه ساخت SCHMEL دوغابی و RPO را به تصویر میکشد

منابع کمکی:

https://en.wikipedia.org/wiki/Thermobaric_weapon
www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/agm-114n.htm

نوشته های مشابه

بستن