在讨论炸药的时候有个铁粉给W君留言:让W君科普一下央视里面这颗一发摧毁1:1等比航母靶船的是什么炸药。
咱先说个事情,这段流传很广的视频W君看了:
虽然左上角挂着央视的标,但这个视频依然没有置信度,原因在于画面质量太差了,而且发到导弹的片段还有大片遮挡掉原来视频信息的模糊区域,这就隔离开了“发射导弹”和“打航母靶子”的关联性。
尤其是在找了更原始的视频截图的时候发现遮挡的东西还不是一般的多。
所以这个图视频也就真没什么置信度。而且W君一贯的观点,即便是“央视网”的又能怎样呢?
就军事内容来讲,既没有什么专业性也没有太多权威性。举个例子——还是说弹道导弹打航母的事情,起初是环球网在2013年1月22日在其专栏“视野”中讨论反舰导弹的内容,这个图片集实际上就没有太多的依据。
到了几个小时之后就被央视网军事依然以图片集的形式转载:
《环球网》W君就不怎么看,只是通过我们的程序自动监控一下,其实央视网军事频道连监控都不去监控了。这样的转载不做扩展是不是不专业呢?为什么再加个不权威呢?还是这篇报道,里面有张图片不方便放出来,好歹央视网顶着“央”字头,但办事情过于轻率,这个图片集里面放的中国地图,其中藏南地区的标记有误!在咱们“央”字头的站点上堂而皇之的发出来,这就有点对不起自己的招牌了——“权威媒体”干了这样一个有失国格的事情。至今这篇图片集报道还在网上挂着,所以,W君不看央视网的军事内容也就不算什么大问题了吧?
其次弹道导弹可以打航母,但和大家想的未必一样,在很久很久之前的一篇文章里面《原来如此:中美都作弊,弹道导弹这样打航母》其实就给大家讲过了,咱们也就没必要再讲一遍了。
回到粉丝的这个问题“央视里面这颗一发摧毁1:1等比航母靶船的是什么炸药?”答案很简单——什么炸药都有可能做到这个效果。
但能做到这个效果,让火球覆盖“航母”这么大的面积,还真不一定能“摧毁”航母。
来,今天咱们就来讲讲爆炸“火球”。在99.9999%的人的概念里,爆炸就理所应当的应该产生一个火球,而且99.9999%看到过爆炸的人,无论从视频、照片、还是亲身经历的体验中也都察觉到了火球的存在。但是,你看到的只是“火光”,和火球是一毛钱关系都不存在。
其实,火球是这样子的:
这一系列图片中,只有图a是“火球”。爆炸所产生的火球持续时间不会超过千分之一秒,如果不用高速摄影机并且在运气十分好的情况下,往往会错过爆炸火球的拍摄。在下一个千分之一秒内,膨胀起来的实际上是被火球加热的空气,这时候空气还没来得及膨胀形成了一个炽热的光球。
为什么会这样?这件事和声音传播的速度有关。通常,来标记和衡量声音的强度。我们看到图a基本上还是维持着炸药本身的性质,但是到了图b就形成了一个界限分明的完美圆球,到了图c以后这个球就被打破大散了。
实际上在这不到1.5毫秒的过程中,声学起到了极度的作用:既然是个“数”大家恐怕会觉得分贝数会随着声音的变大而无限的扩大,但是在接近地面的大气中(标准大气压)我们不可能听到分贝数超过194的声音。原因是声音是一个压力波,当声音的声压级超过194 dB(即声压等于大气压约 101325 Pa)时,声波的负半周期将会达到真空,这在实际上是不可能的。因此一旦声音的强度(压力波)达到和大气压相等的时候,声波就转换成了超音速激波。
在爆炸的时候这件事也别有意思,爆轰释放的能量加热了爆炸点的空气,让空气的压力瞬间增大,同时爆炸所产生的气体也会急剧增大爆点周围的压力,这个过程是以微秒或者纳米级表进行的。在被加热的这部分的空气所能传导的声速就大幅度提高,甚至可以达到2000米/秒以上。这已经接近于液体的声音传导速度了。只不过,在爆炸核心的位置温度更高,物质已经不是气态而形成了等离子态,你想的没有错,等离子体也可以传导声音(压力波)而且速度极高,通常爆心的等离子体可以达到的声速可以超过9000米/秒。这就形成了一个有意思的界面效应。爆点外的空气吸收压力波的能力已经达到了极限,而等离子体内部还可以游刃有余的传递压力波。
这时候爆炸产生的等离子体的体积大小和周围空气能承受的最大爆轰波的能力就形成了一个短暂的平衡——这东西就是爆炸火球。爆炸火球有一个特性,在维持的时间内内部性质几乎是均匀的。不会出现内部压力或者密度大、外部压力或者密度小的现象。
所以,最终你看到的并不是什么物质爆炸而产生的火球,而是什么等级的能量释放可以制造出一个多大的火球(平衡点)。
这个过程其实远比W君说的还要复杂,不过对于高能材料之外的非专业人士大体知道这些就已经超过99.9999%的一般群众了。
通常,对于工程计算往往采用了经验公式来进行计算。
公式中的k是一个经验数值,对于接近地表的部分(接近于一个标准大气体压),通常取0.42,W则是TNT等效当量。其实就是用纯能量多少焦耳的计算方式。一公斤TNT等效于 4.184兆焦。所以无论什么炸药,只要等效于1公斤TNT爆炸,释放了4.184兆焦的能量就能造成一个半径是0.42米的火球。
那么咱们铁粉问的问题就很好回答了,我们只要反向带入公式就可以知道需要多大的TNT当量可以让火球的半径=航母长度的一半。
一艘福特级航母的长度为333米,咱们就以166.5米计算为航母的一半长度,也就是166.5/0.42后开立方,大概是5千多万公斤的TNT炸药量,可以用爆炸的火球可以把一艘福特级航母完全包裹起来。也就是5万吨TNT当量,这时候想到什么了?就是一枚核弹而已嘛。当然了,咱们这是说爆炸的火球。
要记得等离子体火球内部是完全均一的,这一刻一艘福特级航母在火球中也会完全等离子化——也就是汽化掉了。注意,这只是前面爆炸序列图a的那个小火球的大小。
一枚5万吨核弹爆炸的火球是上面的样子,图片下方地面上的小黑点都是房子,我们可以对比一下。
在火球形成后,由于外界的扰动,这枚火球会出现缺口高速溃散,再往后蕴含在火球中的能量就会释放出来形成大家所熟知的冲击波了。
这些冲击波和热辐射就会继续加热周围的空气,虽然温度要比火球的温度低几个数量级,但根据黑体辐射的概念来说,高达几千度的高温依然是发出肉眼可见的火光。
通常火球所释放出的能量还可以把周围的空气推动起来形成大家看到的一大团火光
当然了,如果是粉丝发来的那张火焰覆盖了一艘航母模型的效果,是用不到这么大爆炸当量的。300公斤的高爆炸药就足够了。
这里面也有公式:
通常,公式和前面是差不多的,但是k值不固定,通常为了计算杀伤概率,例如是对人员杀伤还是对装备杀伤会取一个22-27之间的经验数值。咱们来取一个24的k值基本上可以一下子扫平航母上所有载机以及所有在飞行甲板上暴露的人员。差不多W就是300公斤左右。
当然了,这种计算还会有一个地面激波反射的过程。
其实在计算中你还会发现狠毒马赫数的修正。这个也是和大气的声学是相关的。通常要提高一些爆炸的起爆高速削弱正反射区所带来的爆轰波削弱问题。这也是为什么很多核武器爆炸都会选择在空中起爆的原因。
最后再说说,很多的粉丝总提到的是“什么炸药”的问题。其实现在军用炸药也好民用炸药也罢都是“复方”的。很少有一些武器的战斗部会绝对的100%的用某一种单质炸药。类似于我们常用的战斗部在2000年之前通常会使用8701和8705这两种装药配比。8701属于TNT和RDX混合装药,有点类似于美国的配方B炸药。而8705会突出对软目标的轰击能力,增加的一些成分让爆轰时候所产生的温度提高。
到了2000年以后,咱们的炸药牌号和产品配方又有了进一步改进。JH-2就有点像是美国的PBX系列炸药一样了,这是由兵器集团与航天四院(主要是41所)配合推进的第一代PBX实战化炸药体系,对应的是RDX/HMX主导的复合高能战斗部阶段。就引入了一部分初期的第四代炸药HMX(奥克托金)。
再往后进入2020年代就有一些ZT系列的炸药被装备了,不过这个性能咱们就不能说的太多了。
以往很多军迷都会觉得知道的是一个单质炸药的名称是什么然后就想当然的觉得我们的炸药都得是这种单质炸药。但是……炸药的生产和普通的民众的理解不完全一样。有了配比还得附加特定的生产工艺。咱们以民用炸药为例子:
通常都会根据炸药的特性给出一个不同的分类名称。这里面就有点像药名了。例如“布洛芬”,在各个药厂现在都可以生产,但什么才是真正的“布洛芬”呢?实际上是一种叫做“芬必得”的药物。
这就有了药物的成分名和产品名,同样是布洛芬不仅仅有缓释胶囊,还会有水剂片剂。
这就是它的产品形式。
咱们的炸药是以许可证方式生产的,同时监管工艺。所以:
这些都是硝酸铵炸药,里面也都加了TNT,但是遵从《民用爆炸品许可名录》取得许可证都不会说自己是硝酸铵炸药,而是使用许可证上的名字。不过得加厂牌和商标。由于不同的生产厂在加工工艺上有区别,所以即便是都是一个许可证上的相同名字,其特点也会有那么一些区别。
军用的炸药也是这样的道理,都是内部代号和专项代号,都是经过特殊的工艺为了满足特定需求而设计出来的。所以我如果告诉大家某某弹头里面是JH-2,其实和不告诉你是一样的,反正JH-2绝大多数人是完全不知道什么意思的。
而很多军迷一天到晚嚷嚷的炸药名称其实是——这一栏的东西:
和“双是地球牌”一样,哪有哪来直接卖的,不都得掺点啥吗,嘻嘻