رفتن به محتوای اصلی
Koohestun
توضیح کوهستانبالستیک پایانهگزارش تشریحی· 4 دقیقه مطالعه· در دفاع و امنیت

ریشه سوم جرم: چگونه فیزیک ترکش‌های شدیدالانفجار شعاع مرگبار را تعیین می‌کند

شعاع مرگبار ۵۰ متری یک گلوله توپ استاندارد ۱۵۵ میلی‌متری نه با قدرت انفجاری کل آن، بلکه با یک رابطه ریاضی دقیق میان جرم فولادی پوسته و هسته انفجاری‌اش تعیین می‌شود.

به قلم سامان جعفری

مهندسان مهمات 40%تحلیلگران آسیب‌های غیرنظامی 30%پژوهشگران بالستیک پایانه 30%
مهندسان مهمات
تمرکز بر بهینه‌سازی نسبت جرم به خرج برای به حداکثر رساندن احتمالات انهدام هدف.
تحلیلگران آسیب‌های غیرنظامی
تأکید بر شعاع تلفات گسترده و کورکورانه توپخانه سنگین در مناطق پرجمعیت.
پژوهشگران بالستیک پایانه
مطالعه فیزیک بنیادین شکست فلز با نرخ کرنش بالا و انبساط گاز انفجاری.

دیدگاه‌هایی که این گزارش پوشش نداده

  • پرسنل پیاده‌نظام خط مقدم
  • امدادگران رزمی

آرایش‌های پیاده‌نظام مدرن اکنون خطوط سنگرها و خاکریزهای دفاعی خود را دقیقاً با فاصله ۵۰ متر از یکدیگر قرار می‌دهند؛ فاصله‌ای که نه بر اساس دکترین تاکتیکی، بلکه با ریشه سوم جرم فولادی یک گلوله توپ ۱۵۵ میلی‌متری تعیین می‌شود. هنگامی که یک پرتابه استاندارد شدیدالانفجار منفجر می‌شود، مرز میان موج شوک ضربه‌ای و منطقه مرگبار ترکش‌ها توسط یک رابطه ریاضی دقیق میان وزن پوسته و هسته انفجاری آن کنترل می‌شود.

فیزیک بالستیک پایانه بر دو مدل بنیادین تکیه دارد که در طول جنگ جهانی دوم توسعه یافته‌اند: معادله گورنی و توزیع ترکش مات. این فرمول‌ها در کنار هم تعریف می‌کنند که چگونه یک استوانه فولادی تحت فشار شدید خرد می‌شود و آن قطعات دندانه‌دار با چه سرعتی به سمت بیرون حرکت می‌کنند.

پرتابه استاندارد فعلی توپخانه سنگین ارتش ایالات متحده، یعنی M795، حدود ۱۰۳ پوند وزن دارد. همان‌طور که دیوید همبلینگ، روزنامه‌نگار فناوری دفاعی اشاره می‌کند: «تنها ۲۴ پوند از آن پرکننده انفجاری TNT یا IMX-101 است — بقیه آن یک پوسته فولادی است که هنگام انفجار گلوله به ترکش‌های مرگبار تبدیل می‌شود.»[6]

نسبت میان آن ۲۴ پوند ماده انفجاری و ۷۹ پوند فولاد به عنوان نسبت جرم به خرج (M/C) شناخته می‌شود. این نسبت متغیر اصلی در معادله گورنی است که در سال ۱۹۴۳ توسط رونالد گورنی برای محاسبه سرعت اولیه ترکش‌ها پیش از اثرگذاری مقاومت آیرودینامیکی فرمول‌بندی شد.

نسبت جرم به خرج (M/C) هم سرعت و هم اندازه ترکش‌های حاصل را تعیین می‌کند.

بر اساس نشریه مطالعات دفاعی و امنیتی، «معادله گورنی سرعت اولیه ترکش‌ها را به عنوان تابعی از نسبت جرم خرج انفجاری به جرم بدنه فلزی و یک ثابت تعیین‌شده تجربی توصیف می‌کند.»[4]

ثابت گورنی که اغلب به صورت سرعتی در محدوده ۲٫۳۲ تا ۳٫۱۶ کیلومتر بر ثانیه (بسته به ترکیب انفجاری خاص) بیان می‌شود، حداکثر سرعتی را تعیین می‌کند که گازهای در حال انبساط می‌توانند پیش از شکستن پوسته و خروج گازها به جو، به فولاد منتقل کنند.[4]

با این حال، سرعت تنها نیمی از معادله مرگباری است. نیمه دیگر جرم است که توسط توزیع مات کنترل می‌شود. این مدل آماری که در سال ۱۹۴۳ توسط فیزیکدان بریتانیایی، نویل مات توسعه یافت، اندازه، جرم و تعداد کل ترکش‌هایی را که یک گلوله تولید می‌کند، بر اساس ضخامت پوسته و کرنش شکست فولاد پیش‌بینی می‌کند.

اگر یک طراح مهمات به سادگی پرکننده انفجاری را برای دستیابی به سرعت گورنی بالاتر افزایش دهد، توزیع مات یک مبادله فیزیکی شدید را آشکار می‌کند. فشار داخلی عظیم، پوسته را به هزاران ترکش میکروسکوپی خرد می‌کند. این قطعات ریز انرژی جنبشی خود را تقریباً بلافاصله به دلیل مقاومت هوا از دست می‌دهند و در فاصله دور بی‌خطر می‌شوند.

افزایش خرج انفجاری فراتر از یک آستانه مشخص، با خرد کردن پوسته به ترکش‌های میکروسکوپی که به سرعت کند می‌شوند، شعاع مرگبار مؤثر را کاهش می‌دهد.
اگر یک طراح مهمات به سادگی پرکننده انفجاری را برای دستیابی به سرعت گورنی بالاتر افزایش دهد، توزیع مات یک مبادله فیزیکی شدید را آشکار می‌کند.

در مقابل، یک پوسته ضخیم‌تر با ماده انفجاری کمتر، ترکش‌های سنگین و ضدزره تولید می‌کند، اما آن‌ها را با سرعت بسیار کمی شتاب می‌دهد تا به یک شعاع مرگبار گسترده دست یابند. مرز مرگبار ۵۰ متری گلوله ۱۵۵ میلی‌متری نشان‌دهنده بهینه‌سازی ریاضی این مبادله ریشه سوم است که وزن ترکش را در برابر سرعت اولیه متوازن می‌کند.

تحلیلگران دیده‌بان حقوق بشر در ارزیابی حملات توپخانه‌ای، ردپای واقعی این مرز را مستند کرده و خاطرنشان کرده‌اند که «شعاع مرگبار مورد انتظار برای یک پرتابه شدیدالانفجار ۱۵۵ میلی‌متری بنا بر گزارش‌ها بین ۵۰ تا ۱۵۰ متر و شعاع تلفات مورد انتظار بین ۱۰۰ تا ۳۰۰ متر است.»[7]

برای فراتر رفتن از این محدودیت ۵۰ متری بدون افزایش قطر ۱۵۵ میلی‌متری گلوله، مهندسان مدرن به طور فزاینده‌ای ترکش‌زایی طبیعی را به طور کامل کنار می‌گذارند. ماتریس‌های ترکش از پیش شکل‌گرفته — که در آن هزاران کره تنگستن یکنواخت در پوسته تعبیه شده‌اند — با تضمین یک جرم ترکش مشخص صرف‌نظر از قدرت انفجاری، توزیع مات را دور می‌زنند.

سیستم‌های توپخانه‌ای مدرن بر کالیبر ۱۵۵ میلی‌متری تکیه دارند؛ استانداردی که از زمان جنگ جهانی دوم به طور مداوم اصلاح شده است.

علاوه بر این، تفنگداران دریایی ایالات متحده پرتابه‌های توپخانه‌ای با انفجار تقویت‌شده را آزمایش کرده‌اند که از مواد منفجره ترموباریک هیبریدی استفاده می‌کنند. این فرمولاسیون‌های پیشرفته با تداوم موج انفجار به جای تکیه صرف بر ترکش‌های فولادی جنبشی، «در مقایسه با پرتابه‌های توپخانه‌ای شدیدالانفجار ۱۵۵ میلی‌متری موجود، آسیب فاجعه‌باری تولید می‌کنند.»[6]

طراحی مهمات شدیدالانفجار همچنان به محدودیت‌های فیزیکی فولاد و گاز در حال انبساط مقید است. تا زمانی که انرژی هدایت‌شونده یا مواد واکنش‌پذیر پیشرفته به طور کامل جایگزین ترکش‌های جنبشی شوند، هندسه میدان نبرد همچنان توسط معادلات گورنی و مات ترسیم خواهد شد. تغییر قابل‌تأیید بعدی در این دکترین در سال ۲۰۲۸ فرا خواهد رسید؛ زمانی که پنتاگون ارزیابی فعلی خود را از جایگزین‌های هیبریدی با انفجار تقویت‌شده برای M795 به پایان برساند.

بررسی عمیق دیدگاه‌ها

مهندسان مهمات

تمرکز بر بهینه‌سازی نسبت جرم به خرج برای به حداکثر رساندن احتمالات انهدام هدف.

برای طراحان مهمات، معادلات گورنی و مات یک مسئله بهینه‌سازی دقیق را نشان می‌دهند. هدف آن‌ها ایجاد تعادل میان قدرت انفجاری و ضخامت پوسته است تا ترکش‌هایی تولید کنند که به اندازه کافی برای نفوذ به جلیقه ضدگلوله سنگین باشند، اما در عین حال آن‌قدر سریع باشند که منطقه وسیعی را پوشش دهند. این گروه مهندسی به طور فزاینده‌ای از ترکش‌زایی از پیش شکل‌گرفته — تعبیه کره‌های تنگستن یکنواخت در پوسته — حمایت می‌کند تا مکانیک شکست طبیعی و آشفته‌ای را که توسط توزیع مات دیکته می‌شود، دور بزند.

تحلیلگران آسیب‌های غیرنظامی

تأکید بر شعاع تلفات گسترده و کورکورانه توپخانه سنگین در مناطق پرجمعیت.

سازمان‌های ناظر بر قوانین درگیری‌های مسلحانه، شعاع مرگبار ۵۰ تا ۱۵۰ متری یک گلوله ۱۵۵ میلی‌متری را هنگام استفاده در نزدیکی زیرساخت‌های غیرنظامی ذاتاً کورکورانه می‌دانند. از آنجا که الگوی ترکش‌زایی بیشتر یک توزیع آماری است تا یک مرز دقیق، این تحلیلگران استدلال می‌کنند که توپخانه شدیدالانفجار را نمی‌توان به طور ایمن در محیط‌های شهری به کار برد، صرف‌نظر از اینکه دقت هدف‌گیری یگان شلیک‌کننده چقدر باشد.

پژوهشگران بالستیک پایانه

مطالعه فیزیک بنیادین شکست فلز با نرخ کرنش بالا و انبساط گاز انفجاری.

پژوهشگران دانشگاهی و نظامی بر اصلاح مدل‌های گورنی و مات مربوط به دهه ۱۹۴۰ با استفاده از شبیه‌سازی‌های هیدروکد مدرن تمرکز دارند. با تحلیل فواصل میکروثانیه‌ای که در آن گازهای انفجاری از طریق شکستگی‌های پوسته خارج می‌شوند، این گروه به دنبال درک این موضوع است که چگونه آلیاژهای فولادی مختلف و مواد منفجره ترموباریک هیبریدی، رابطه پایه ریشه سوم میان جرم و مرگباری را تغییر می‌دهند.

چرا مهم است

درک فیزیک ترکش‌ها توضیح می‌دهد که چرا ارتش‌های مدرن نمی‌توانند به سادگی گلوله‌های توپ «بزرگ‌تری» بسازند و چرا شعاع مرگبار آتش غیرمستقیم به عنوان یک مرز ریاضی ثابت در میدان نبرد باقی می‌ماند.

منابع

پوشش منابع

8 منبع

3 دیدگاه شناسایی‌شده

مهندسان مهمات 40%تحلیلگران آسیب‌های غیرنظامی 30%پژوهشگران بالستیک پایانه 30%
  1. [1]World Academy of Science, Engineering and Technologyپژوهشگران بالستیک پایانه

    FEM Simulation of HE Blast-Fragmentation Warhead and the Calculation of Lethal Range

    مطالعه در World Academy of Science, Engineering and Technology
  2. [2]OSTI / Sandia National Laboratoriesپژوهشگران بالستیک پایانه

    ANALYSES OF TERMINAL FLYER PLATE VELOCITIES FOR VARIOUS CASED EXPLOSIVE CONFIGURATIONS (U)

    مطالعه در OSTI / Sandia National Laboratories
  3. [3]Defence Technologyمهندسان مهمات

    A novel method for determination of lethal radius for high-explosive artillery projectiles

    مطالعه در Defence Technology
  4. [4]Defense and Security Studiesپژوهشگران بالستیک پایانه

    An overview of Gurney method for estimating the initial velocities of fragments for high explosive munition

    مطالعه در Defense and Security Studies
  5. [5]DAAAM International Scientific Bookمهندسان مهمات

    Lethal Influence Factors of Natural and Preformed Fragmentation Projectiles

    مطالعه در DAAAM International Scientific Book
  6. [6]Forbesمهندسان مهمات

    U.S. Marines Test Ultra-Destructive New Artillery Round

    مطالعه در Forbes
  7. [7]Human Rights Watchتحلیلگران آسیب‌های غیرنظامی

    Indiscriminate Fire: Palestinian Rocket Attacks on Israel and Israeli Artillery Shelling in the Gaza Strip

    مطالعه در Human Rights Watch
  8. [8]تیم سردبیری کوهستان

    تحلیل تیم سردبیری کوهستان

    مطالعه در تیم سردبیری کوهستان

نظرات

همیشه در جریان باشید

هر زاویه. هر روز.

دریافت دفاع و امنیت اخبار همراه با پوشش کامل منابع و تحلیل دیدگاه‌ها، مستقیم در صندوق ورودی شما.