Способ и устройство для повышения безопасности ядерных боеприпасов

 

Изобретение относится к области безопасного хранения и эксплуатации ядерного оружия. Предлагаемый способ и устройство для повышения безопасности ядерных боеприпасов заключаются в том, что в качестве заряда бризантного взрывчатого вещества (ВВ) атомного заряда используют жидкое или суспензионное ВВ, которое хранится в дополнительном отсеке, а перед применением боеприпаса по назначению или в ходе его подается в зарядную полость атомного заряда с помощью нагнетающе-дозирующего устройства, обеспечивая его взведение. В качестве бризантного ВВ используют жидкий нитроизобутилтринитратглицерина или суспензия октогена в нем при следующих соотношениях, мас.%: жидкое бризантное ВВ - нитроизобутилтринитратглицерина - 100,0 - 71,94, твердое бризантное ВВ - октоген - 0,0 - 27,06, технологические добавки - 0,0 - 01,00. Дополнительный отсек с жидким или суспензионным бризантным ВВ хранится и перевозится отдельно от ядерного боеприпаса. При установке ядерного боеприпаса на носитель магистраль дополнительного отсека и боеприпаса соединяются муфтой в единый трубопровод. По команде от системы управления ядерным оружием жидкое или суспензионное ВВ подается в зарядную полость атомного заряда через вентильное устройство, обеспечивая взведение последнего. Заряд из радиоактивных веществ размещен в атомном заряде на предусмотренном конструкцией месте, средства инициирования установлены в его корпусе. Время взведения атомного заряда составляет от 2 до 5 мин. Технический результат - исключение вероятности аварийного или несанкционированного срабатывания AЗ при хранении и транспортировании боеприпасов. 2 с.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к технике повышения безопасности хранения и эксплуатации ядерного оружия. Преимущественная область его использования - эксплуатация ядерных боеприпасов, содержащих химические взрывчатые вещества (ВВ), радиоактивные вещества (РВ) и другие вредные компоненты.

Известно техническое решение на устройство атомного и термоядерного зарядов (Защита от оружия массового поражения // Справочник под ред. Мясникова В.В. - М.: Воениздат, 1989).

Атомный заряд (AЗ), имеющий компактную форму, близкую к сферической, выполнен из РВ (например, U₂₃₅, Pu₂₃₉), которые заключены в полости заряда бризантного ВВ, а также средств инициирования, размещенных в корпусе АЗ. Конструкция термоядерного заряда включает АЗ и один или несколько термоядерных каскадов, заключенных вместе внутри отражающей оболочки корпуса. АЗ служит первичным запалом для поджига термоядерных каскадов.

В настоящее время известны способы и устройства для повышения безопасности ядерных боеприпасов, связанные с защитой АЗ, путем использования в их конструкции теплозащитных экранов, защитных силовых оболочек и внешней защиты - специальных контейнеров. В АЗ используются тажже бризантные ВВ с пониженной чувствительностью к удару и термическому нагреву. Это позволяет снизить риск несанкционированного подрыва АЗ при хранении и транспортировании. Недостатком указанных ядерных боеприпасов является то, что при превышении определенных уровней интенсивных аварийных и других воздействий остается достаточно высокая вероятность подрыва заряда ВВ. В результате подрыва ВВ происходит разрушение корпуса боеприпаса и выброс в окружающую среду распыленных РВ, что может привести к развитию радиационной аварии катастрофического масштаба (Михайлов В., Илькаев Р. и др.//Минатом России и обеспечение безопасности ядерного оружия Российской Федерации // Международная жизнь. N 6. 1996 [5].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению из рассмотренных (Авт. свид. СССР N 906229, F 42 D 7/00, F 42 B 3/04. 1978 г. Авт. свид. СССР N 828810, F 42 D 7/00. 1979 г. Пат. России N 2043984, С 06 В 25/10. 1992 г. Пат. России N 2063944, С 06 В 25/10. 1996 г.) следует считать способ повышения безопасности ядерных боеприпасов, заключающийся в выведении ядерного боеприпаса из состояния эксплуатационной готовности путем отсоединения АЗ, содержащего взрывчатые и радиоактивные вещества, от боеприпаса и помещения АЗ в автономный взрывостойкий контейнер для раздельного содержания АЗ от остальной части ядерного боеприпаса вплоть до наступления угрожаемого положения. (Пат. России N 2090830, 6 G 21 J 1/00, G 21 F 5/00. 1996 г.).

К недостаткам прототипа следует отнести следующее. Дополнительные работы, связанные с демонтажем АЗ, его укладкой в контейнер и обратным монтажом в термоядерный заряд, являются особо опасными. При достаточно большом количестве боеприпасов с пониженной эксплуатационной готовностью возникает проблема готовности ядерного оружия в целом. Известные конструкции контейнеров не обеспечивают надежную локализацию внутри своего объема продуктов аварийного подрыва ВВ и не препятствуют выходу распыленных РВ в окружающую среду в случае аварии. Санкционированное уничтожение ядерных боеприпасов внутри контейнера путем подрыва последнего в аварийном режиме представляется неприемлемым, так как возникает проблема их дальнейшего хранения, перевозки и захоронения.

При реализации вышеописанного способа практически не решается задача уменьшения вероятности развития масштабной радиационной аварии, так как основные материалы, способствующие этому, продолжают находиться в плотной сборке. Данный способ может быть использован только для некоторых типов боеприпасов, но на этом случае он не решает проблему, связанную с риском радиационного заражения местности при подрыве АЗ.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа и устройства, обеспечивающих повышение безопасности ядерных боеприпасов при хранении, транспортировании, эксплуатации и санкционированном выводе их из работоспособного состояния [5].

Технический результат: практическое исключение риска радиационной аварии и масштабного заражения окружающей среды, значительное повышение пожаро-, взрывобезопасности ядерных боеприпасов. Способ и устройство дополнительно позволяют решить проблему санкционированного вывода ядерного боеприпаса из работоспособного состояния при угрозе захвата противником без необходимости подрыва АЗ. Практически полностью обеспечивается групповая взрывобезопасность без применения дорогостоящих материалов, конструктивных решений и средств, затрачиваемых на переоборудование объектов внешней защиты (мест хранения, средств транспортирования и т.п.).

В устройстве ядерный боеприпас, включающий АЗ и по крайней мере один термоядерный каскад, выводят из состояния эксплуатационной готовности путем отсоединения ВВ из его состава, согласно изобретению в качестве заряда бризантного ВВ используют жидкое или суспензионное ВВ, которое изначально размещают в дополнительном отсеке, а перед применением по назначению или в ходе его подают в зарядную полость АЗ с помощью нагнетающе- дозирующего устройства по трубопроводу. Дополнительный отсек содержит емкость для ВВ с нагнетающе-дозирующим устройством, силовой привод, вентильное устройство, обратный клапан, магистраль подачи ВВ и магистраль аварийного выброса ВВ. Через вентильное устройство, соединительную муфту и магистраль боеприпаса дополнительный отсек подключен к зарядной полости АЗ, оснащенной предохранительными клапанами. Хранение и перевозка дополнительного отсека с ВВ осуществляются отдельно от боеприпаса. Он может быть установлен на носитель ядерного оружия (ЯО) или монтироваться совместно с боеприпасом. При этом выбор места установи должен обеспечивать минимальную длину трубопроводов для подачи ВВ из дополнительного отсека в зарядную полость АЗ. Полное заполнение жидким или суспензионным бризантным ВВ зарядной полости АЗ обеспечивает его "взведение". Процесс подачи ВВ начинается по команде от системы управления ЯО и может осуществляться как в условиях предстартовой подготовки ЯО, так и в ходе движения его к цели, и зависит от условий боевого применения (времени полета, перегрузок и т.п.).

Способ и устройство предусматривает, что средства инициирования размещены в корпусе АЗ. Зарядная полость свободна от ВВ. Заряд из РВ удерживается на предусмотренном конструкцией АЗ месте.

Применение жидких или суспензионных бризантных ВВ, близких по мощности к штатным твердым ВВ, и пространственное разделение их от РВ позволяет: - практически исключить вероятность аварийного или несанкционированного срабатывания АЗ при хранении и транспортировании боеприпаса; - повысить общую безопасность хранения, транспортирования и эксплуатации ядерных боеприпасов за счет повышения "внутренней безопасности", - исключить особо опасные операции с АЗ, - исключить необходимость наращивания внутренней и внешней защиты; - сохранить высокую готовность ЯО к применению; - исключить возможность несанкционированного срабатывания боеприпаса в случае его захвата противником.

Возможность удаления жидкого или суспензионного ВВ за пределы дополнительного отсека позволяет также повысить пожаро-, взрывобезопасность ядерного боеприпаса в целом.

На фиг.1 показан общий вид устройства, реализующего предлагаемый способ. На фиг.2 - схема нагнетающе-дозирующего устройства для подачи ВВ по предлагаемому способу.

Способ и устройство реализуются следующим образом.

Заряд из РВ (1) находится внутри зарядной полости (2) боеприпаса на установленном конструкцией месте. Средства инициирования установлены в корпусе АЗ (3). Жидкое или суспензионное бризантное ВВ находится в дополнительном отсеке (4) в герметичном контейнере (5) вместе со средствами, обеспечивающими его перекачку. Нагнетающе-дозирующее устройство выполнено с использованием шнекового экструдера (6) и поршневого вытеснителя (7). В качестве силового привода (8) могут быть использованы электропривод или пороховой газогенератор. Работа силового привода (8) и открытие вентильного устройства (9) в штатном режиме начинаются только по команде от системы управления носителя ЯО. Трубопровод, по которому перекачивается ВВ, состоит из магистрали ядерного боеприпаса (10) и магистрали зарядного отсека (11). Магистрали соединяются в трубопровод при монтаже через соединительную муфту (12). Герметичность трубопровода и зарядной полости АЗ, а также надежное взведение АЗ обеспечивается предохранительными клапанами (13). Магистраль аварийного выброса (14) автоматически открывается при пожаре или санкционированном выводе из строя ядерного боеприпаса, при этом одновременно срабатывает силовой привод (8). Вентильное устройство (9) обеспечивает: - открытие трубопровода для подачи ВВ в зарядную полость АЗ (Поз. 1); - открытие магистрали аварийного выброса (Поз.2) при пожаре или при санкционированном выводе из строя.

Нейтральным положением вентильного устройства является положение, при котором ВВ не поступает ни в одну из магистралей (Поз.0).

В качестве жидкого бризантного взрывчатого вещества (ЖБВВ) может быть использован нитроизобутилтринитратглицерина (НИБТНГ), который по энергосодержанию превышает нитроглицерин на 7%, а эксплуатационные характеристики, включая чувствительность к механическим воздействиям, существенно благоприятнее последнего [4].

Суспензионное ВВ может быть изготовлено путем наполнения ЖБВВ гранулами октогена различного фракционного состава, объемная доля которого при этом ограничена только реологическими свойствами суспензии. Наполнение ЖБВВ октогеном позволяет приблизить энергетические характеристики суспензии к штатным твердым бризантным ВВ.

Имеется ряд технических решений, позволяющих создать условия для перекачки жидкого или суспензионного ВВ из дополнительного отсека в зарядную полость АЗ. При этом основным условием является создание безопасного избыточного давления (ΔР) в зоне дополнительного отсека. Скорость перекачки массы ВВ по трубопроводу зависит от реологических свойств ВВ, диаметра, формы трубопровода и ΔР.

Так как для взведения АЗ требуется подача незначительного количества ЖБВВ или суспензионного бризантного ВВ (10-20 кг) и этот процесс рассчитан только на один цикл, то можно добиться времени взведения АЗ в несколько минут. Приемлемым можно считать время взведения от 2 до 5 минут (в зависимости от типа ядерного боеприпаса и условий его применения).

В сотрудничестве с объединением, выпускающим промышленные ВВ, были проведены эксперименты по перекачке жидкостей и суспензий на нейтральной модели устройства. В качестве рабочих тел использовались жидкость и суспензия на ее основе, близкие по реологическим свойствам к ЖБВВ (НИБТНГ) и суспензионному ВВ соответственно. Так, в качестве прототипа жидкого ВВ использовался глицерин, а в качестве суспензии - смесь глицерина и гранулированного октогена (фракция 160•10^-6-315•10^-6 м) со степенью объемного наполнения - 0,20-0,25.

Примеры конкретного выполнения способа и устройства Пример 1. Условия: глицерин, вытеснитель: нагнетающе-дозирующее устройство поршневого типа, длина трубопровода 1.4 м, внутренний диаметр трубопровода 0.01 м, объем жидкости 0.007 м³ (7 л), Т=20^oC. Время заполнения (t) зарядной полости в секундах. ΔP измерялось в МПа. Замерялись необходимые избыточные давления для обеспечения задаваемого времени перекачки жидкости из одного объема в другой. Результаты приведены в табл. 1.

Пример 2. Условия: суспензия, включающая глицерин, наполненный гранулированным октогеном, с степенью объемного наполнения Φ = 0.22 ( 27 мас.%); вытеснитель: нагнетающе-дозирующее устройство шнекового типа (экструдер), длина трубопровода 1.4 м, внутренний диаметр трубопровода 0.01 м, объем суспензии 0.007 м³ (7 л), Т=20^oC. Время заполнения (t) зарядной полости в секундах. ΔP измерялось в МПа. Технологическая добавка - лецитин (0.5 мас. %). Замерялись необходимые избыточные давления для обеспечения задаваемого времени перекачки суспензии из одного объема в другой. Результаты приведены в табл. 2.

Источники информации
1. Защита от оружия массового поражения // Справочник под ред. Мясникова В.В. - М.: Воениздат, 1989.

2. Михайлов В. , Илькаев Р. и др. //Минатом России и обеспечение безопасности ядерного оружия Российской Федерации //Международная жизнь. N 6. 1996.

3. RU Патент N 2090830, 6 G 21 J 1/00, G 21 F 5/00. 1996 г.

4. Орлова Е.Ю. // Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. - Л. : Химия, 1981.

5. Радаев Н.Н. // Принципы задания требований к ядерному оружию по безопасности//Военная мысль. N 2. 1999.

Формула изобретения

1. Способ повышения безопасности ядерных боеприпасов, включающих атомный заряд и, по крайней мере, один термоядерный каскад, заключающийся в выведении ядерного боеприпаса из состояния эксплуатационной готовности путем отсоединения взрывчатого вещества (ВВ) из его состава, отличающийся тем, что в качестве заряда бризантного ВВ используют жидкое или суспензионное ВВ, которое размещают в дополнительном отсеке, а перед применением боеприпаса по назначению или в ходе его подают в зарядную полость атомного заряда с помощью нагнетающе-дозирующего устройства по трубопроводу, при этом в качестве бризантного ВВ используют жидкий нитроизобутилтринитратглицерина или суспензию октогена в нем при следующих соотношениях, мас.%:
Жидкое бризантное ВВ - нитроизобутилтринитратглицерина - 100,0 - 71,94
Твердое бризантное ВВ - октоген - 0,0 - 27,06
Технологические добавки - 0,0 - 01,00
2. Устройство для повышения безопасности ядерных боеприпасов, включающих атомный заряд и, по крайней мере, один термоядерный каскад, отличающееся тем, что в устройство вводится дополнительный отсек, содержащий емкость для ВВ с нагнетающе-дозирующим устройством, силовой привод, вентильное устройство, обратный клапан, магистраль подачи ВВ и магистраль аварийного выброса ВВ, который через соединительную муфту и магистраль боеприпаса подключен к зарядной полости атомного заряда, оснащенной предохранительными клапанами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4