Энергия и цивилизация

Кульминация этого процесса наступила, когда были созданы огромные ядерные арсеналы и установлены межконтинентальные баллистические ракеты, способные поразить любую цель на Земле. Увеличение разрушительной силы хорошо иллюстрирует контраст между типичным оружием середины XIX века и середины двадцатого века и их предшественниками полувеком ранее. Во время Гражданской войны в США (1861–1865) первоочередное значение имели два типа оружия, пехотные мушкеты и двенадцатифутовые пушки (оба дульнозарядные и гладкоствольные), и они показались бы знакомыми ветеранам Наполеоновских войн (Mitchell 1931). По контрасту, среди оружия, доминировавшего во время Второй мировой – танки, истребители и бомбардировщики, авианосцы, подводные лодки, по-видимости – только последние существовали, и то на ранних экспериментальных стадиях, в 1890-х годах. Интересный способ показать энергетическое измерение подобного контраста состоит в том, чтобы сравнить реальную кинетическую и взрывную мощность широко распространенных видов оружия.

Чтобы определить основу первого вида сравнения, полезно вспомнить (как показано в главе 4), что кинетическая энергия двух наиболее широко распространенных видов ручного оружия доиндустриальной эры, стрел и мечей, составляла всего лишь порядка 10¹ Дж (большей часть между 15 и 75 Дж) и что стрела, выпущенная из тяжелого лука, могла поразить цель с 100 Дж кинетической энергии. Выпущенная же из мушкета или ружья пуля имела кинетическую энергию порядка 10³

Дж (от 10 до 100 раз больше), а снаряды современных пушек (включая те, что монтируются на танках) – порядка 10⁶ Дж. Расчеты для полудюжины видов вооружения приведены в примечании 6.12: оценки для пушечных снарядов учитывают только кинетическую энергию самого снаряда, здесь исключено взрывчатое вещество, которое они могут нести, а могут и нет.

Ракеты, приводимые в движение твердым или жидким топливом, причиняют большую часть вреда нацеленным подрывом боеголовок, а не собственной кинетической энергией, но когда первые (неуправляемые) германские «Фау-1» не взрывались, то кинетическая энергия от их падения составляла 15–18 МДж. И наиболее известный недавний пример использования объекта с высокой кинетической энергией для причинения огромного вреда – нацеливание большого «Боинга» (модели 767 и 757) в здание Международного торгового центра исламистскими угонщиками 11 сентября 2001 года. Башни были на самом деле спроектированы так, чтобы пережить столкновение с самолетом, но только с медленным (80 м/с) «Боингом-707», который имел шансы потеряться при заходе на аэропорты «Ньюарк», «Ла Гвардия» или «Джон Франклин Кеннеди». «Боинг-767-200» лишь на 15 % тяжелее, чем «Боинг-707», но самолет ударил здание на скорости не менее 200 м/с, и поэтому его кинетическая энергия оказалась в шесть раз больше (около 2,5 ГДж, грубо, против 400 МДж).

Примечание 6.13. Кинетическая энергия метательного оружия на взрывчатых веществах

И даже в этом случае здания не рухнули бы, если бы самолеты действовали как пули, вонзающиеся в дерево: они не могут продавить массивную структуру, они проникают в нее, разрушив сначала внешние опоры. Исследователи (Karim and Fatt 2005) показали, что 46 % начальной кинетической энергии самолета ушло на преодоление внешних колонн и что они не были бы разрушены, имей они минимальную толщину в 20 мм. Падение башен было, таким образом, вызвано возгоранием топлива (более 50 тонн керосина, или 2 ТДж) и воспламенением горючих материалов внутри зданий, что привело к термальному ослаблению конструкционной стали, неравномерному нагреванию длинных балок межэтажных перекрытий и, в свою очередь, к масштабному обрушению и очень быстрому падению, всего за 10 секунд (Eagar and Musso 2001).

Мощность современного оружия начала расти с изобретением более сильных взрывчатых веществ, чем порох: они тоже были самоокисляющимися, но большая скорость детонации позволяла создавать ударную волну. Этот новый класс химических соединений изготавливали азотированием таких органических соединений как целлюлоза, глицерин, фенол и толуол (Urbanski 1967). Асканио Собреро синтезировал нитроглицерин в 1846 году, Эдуард Шульце представил нитроцеллюлозу в 1865-м, но практическое использование нитроглицерина стало возможным только благодаря двум изобретениям Альфреда Нобеля: смешивание соединения с диатомовой землей (инертной, пористой субстанцией), чтобы создать динамит, и введение практичного детонатора, воспламенителя Нобеля (Fant 2014).