Eksplozivne materije za neosetljiva ubojna sredstva Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Dr Radun Jeremić,

pukovnik, dipl. inž.

Vojna akademija — Odsek logistike, Beograd

mr Luka Grbović,

pukovnik, dipl. inž. Tehnicka uprava GS VSCG, Beograd

EKSPLOZIVNE MATERIJE ZA NEOSETLJIVA UBOJNA SREDSTVA

UDC: 662.1/.4

Rezime:

U skladu sa sve stro'im zahtevima za ocuvanje zivotne sredine i vecom bezbednošću, tendencije u razvoju savremenih ubojnih sredstava (UbS), poredpovecanja pouzdanosti i efi-kasnosti, usmerene su i na povecanje sigurnosti pri njihovoj proizvodnji, skladistenju, mani-pulaciji i upotrebi. Na taj naan dobijena je nova kategorija UbS, tzv. neosetljiva UbS, kod kojih je verovatnoca ne'eljenog aktiviranja pod dejstvom spoljnih impulsa svedena na minimum. Sustina resavanja ovog problema je primena eksplozivnih materija koje su mnogo ma-nje osetljive na spoljne uticaje u odnosu na standardne. Osnovni zahtev koji se pri tome po-stavlja je da takticko-tehnicke karakteristike ostanu na nivou ili budu bolje u odnosu na po-stojeca UbS. U radu je ukratko objasnjen koncept razvoja neosetljivih UbS i dat pregled naj-znacajnijih rezultata istra'ivanja u oblasti eksplozivnih materija koje zadovoljavaju zahteve za primenu u neosetljivim UbS.

Kljucne reci: neosetljiva UbS, neosetljivi baruti, neosetljivi eksplozivi, neosetljiva raketna goriva.

EXPLOSIVE SUBSTANCES FOR INSENSITIVE MUNITIONS

Summary:

According to severe environment protection and safety requirements, tendencies in development of modern munitions, besides of increasing reliability and efficiency, are directed to decreasing of danger during their processing, storing, handling and operating. In that manner the new category of munitions has been obtained, named insensitive munitions, with a minimum probability of unplanned activating. The best method for solving this problem is using of explosive substances that are more insensitive according to standard ones. The main requirement is the tactical and technical characteristics stay at the level or to be better according to the existing munitions. In this paper the developing concept of insensitive munitions is shortly explained and presented a review of most important research results of explosive materials that fulfill requirements for applying in insensitive munitions.

Key words: insensitive munitions, insensitive explosives, insensitive rocket propellants, insensitive gun propellants.

Uvod

Neosetljiva ubojna sredstva (ili UbS malog rizika, neranjiva UbS), defmišu se kao sredstva koja pouzdano ostvaruju svoje projektovane performanse, ali kod kojih je verovatnoća aktiviranja pod dej-

stvom razlicitih neplaniranih spoljnih impulsa svedena na minimum [1]. To je je-dan od zahteva koji dobija sve veći zna-caj pri projektovanju i proizvodnji savremenih UbS. U svetu, a i kod nas, dešava-li su se mnogi akcidenti sa katastrofalnim posledicama koji su posledica prevelike

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.

157

osetljivosti UbS na udar i toplotu. Do njih može dolaziti u transportu, manipu-laciji, rutinskim operacijama, usled tero-ristickih napada, a narocito u uslovima izvođenja borbenih dejstava kada su UbS (na nosacima i spremnicima municije u avionima, brodovima, tenkovima, oruđi-ma vatrene podrske, itd.) izložena dej-stvu neprijateljeve vatre.

Neosetljiva UbS ne smeju detonirati cak ni pri prostrelu zrna ili parcadi pro-jektila, kao ni pod dejstvom toplotnog impulsa, pri cemu mogu sagorevati, ali bez prelaska u detonaciju. Na taj nacin povećava se pirotehnicka bezbednost i omogućuje istovremeno pakovanje, ma-nipulacija, skladistenje i transportovanje većeg broja UbS u odgovarajućim kon-tejnerima, sto ima i pozitivan ekonomski efekat.

Ovom problemu u svetu se u po-slednje vreme poklanja velika pažnja. Tako je u okviru NATO formiran infor-macioni centar za neosetljiva UbS - NI-MIC (NATO Insensitive Munitions Information Center) sa sedistem u Briselu [2] ciji je osnovni zadatak unapređenje tehnologije neosetljivih UbS.

Pri razvoju novih UbS i kod nas se kao jedan od osnovnih zahteva postavlja pitanje licne bezbednosti korisnika, sto je u poslednje vreme posebno izraženo kod tromblonske municije i municije za potcevni bacac granata. Međutim, pristup u resavanju ovog problema jos uvek nije sistemski.

Aktivnosti Ujedinjenih nacija na klasifikaciji „neosetljivih brizantnih eks-ploziva“ u pogledu transportnih sigurno-snih zahteva pokazali su potrebu za izra-dom protokola za testove opasnosti koji će zadovoljiti veliki broj razlicitih sigur-

nosnih zahteva. U tom smislu Ministar-stvo odbrane SAD izdalo je jedinstven tehnicki bilten u kojem je data procedura za klasifikaciju eksplozivnih materija i UbS u pogledu opasnosti [3].

U tabeli 1 prikazani su testovi i krite-rijumi koje UbS moraju da zadovolje da bi bila kvalifikovana kao neosetljiva [4, 5].

Tabela 1

Testovi za neosetljiva UBS

Vrsta testa Uslovi ispitivanja Kriterijum za prijem

Brzi „cookoff4 prema standardu gorivo: tecno ili drvo bez intenzivnije reakcije od tipa V (sagorevanje)

Udar zrna 1 do 3 tipa zrna 12,7 mm 850±60 m/s, 80±40 ms interval dejstva bez intenzivnije reakcije od tipa V (sagorevanje)

Prenos detonacije prema standardu bez reakcije tipa I (detonacija) od bilo kog donora

Spori „cookoff4 brzina grejanja 3,3 oC/h bez intenzivnije reakcije od tipa V (sagorevanje)

Udar fragmenata 12,7 mm cel. kocka (2530±90 m/s) bez intenzivnije reakcije od tipa V (sagorevanje)

Kumulativni mlaz 50 mm specijalni donor prema standardu bez reakcije tipa I (detonacija)

Reakcije UbS pri sprovođenju testova za neosetljivost rangirane su na slede-ći nacin:

tip V - sagorevanje,

tip IV - deflagracija ili propulzija,

tip III - eksplozija,

tip II - delimicna detonacija,

tip I - detonacija.

Treba istaći da se, bez obzira na zado-voljenje kriterijuma navedenih testova, mo-gućnost neželjenog aktiviranja neosetljivih UbS ne može u potpunosti eliminisati.

Za ispitivanje ponasanja UbS zahva-ćenih požarom primenjuje se metoda brzog grejanja (Fast Cookoff) [4]. Na osnovu ovakvih rezultata istraživanja može se vrsi-ti optimizacija konstrukcije bojnih glava i raketnih motora, tako da u uslovima požara ne može doći do njihove detonacije.

158

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.

Na slici 1 prikazan je opšti pristup razvoju neosetljivih UbS [6].

Sl. 1 — Opsti teknicki pristup razvoju neosetljivih UbS

Problem osvajanja neosetljivih UbS rešava se primenom manje osetljivih eks-plozivnih materija, prilagođavanjem kon-struktivnih karakteristika i dodatnom za-štitom.

Eksplozivne materije (eksplozivi, baruti i raketna goriva) osetljive su na to-plotu i mehanicke uticaje (udar zrna stre-ljacke municije, parcadi projektila, potre-sa i sl.), usled cega može doći do njiho-vog neželjenog aktiviranja, što može imati katastrofalne posledice.

Eksplozivne materije, kao osnovne komponente UbS, diktiraju i njihovu ose-tljivost na spoljne uticaje. Kako od pri-menjenih eksplozivnih materija zavise i performanse UbS, tehnologija, toksic-nost, cena, itd., izbor eksplozivnih materija za konkretno UbS je složen proces.

Izbor eksplozivnih materija za

neosetljiva UbS

Generalni princip pri osvajanju neo-setljivih UbS je primena eksplozivnih materija koje su manje osetljive na spolj-

ne uticaje u odnosu na standardne, a da pri tome performanse UbS budu iste ili bolje u poređenju sa onima koje su labo-risane standardnim eksplozivnim materi-jama. U poslednje vreme intenzivno se radi na osvajanju manje osetljivih eks-ploziva i eksplozivnih sastava, cvrstih ra-ketnih goriva, kao i klasicnih baruta.

Cvrsta raketna goriva

Sigurnost raketnih motora, i njihovo pouzdano funkcionisanje, u najvećoj me-ri zavisi od primenjenog raketnog goriva, ali je pri tome bitna i propisna integracija svih komponenti raketnog motora (po-gonsko punjenje, komora, lajner, inhibitor, termicki izolator i dr.). Kriticna kom-ponenta je pogonsko punjenje, jer ono može reagovati nepredvidivo pod dej-stvom spoljnih uticaja, a i u toku funkci-onisanja raketnog motora (pojava eksplo-zije, odnosno detonacije).

Raketno gorivo kod raketnih projektila može ciniti i do 80% eksplozivnog materijala u raketi. Sva goriva imaju od-ređen nivo osetljivosti. Tendencije u razvoju raketnih goriva uvek su bile na po-boljšanju energetskih karakteristika što je imalo za posledicu i povećanje njihove osetljivosti.

Prema dostupnim podacima [1] mo-že se zakljuciti da standardno metalizira-no gorivo na bazi hidroksi-terminiranog polibutadiena i amonijumperhlorata (AP/HTPB) reaguje na mnoge impulse pri testiranju sa neprihvatljivim intenzite-tom reakcija. Pored toga, kod nekih sa-stava, na osnovu ,,cookoff‘ testova, za-kljuceno je da proces sagorevanja može preći u detonaciju. Takođe, kod goriva na bazi poliuretana i amonijumperhlora-

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.

159

ta sa bakarhromitom, kao katalizatorom brzine sagorevanja, uocena je detonacija pri sporom „cookoff“ testu, cak i kada gorivo nije bilo zatvoreno.

Koncept razvoja neosetljivih UbS nalaže neophodnost redukovanja osetlji-vosti i nepredvidivih reakcija raketnih goriva bez umanjenja energetskih svoj-stava, sto je vrlo složen problem. Posti-zanje potrebne energije i gustine goriva, uz zadovoljenje zahteva neosetljivih UbS, poseban je problem kod bezdimnih i nemetaliziranih goriva. Pored toga, pri osvajanju raketnih goriva za konkretni raketni motor prisutna su razna konstruk-ciona ogranicenja, sto dodatno usložava problem.

Može se smatrati da za raketni motor nema opasnosti od detonacije ako je zado-voljen bar jedan od sledećih uslova:

- gorivo ne može detonirati u moto-ru ako je precnik pogonskog punjenja manji od kriticnog;

- mogući spoljni uticaji na pogon-sko punjenje ne mogu da dostignu neop-hodan minimalni pritisak za inicijaciju detonacije;

- rastojanje od povrsine iniciranja do tacke u kojoj dolazi do potpunog razvoja detonacije veće je od dužine pogonskog punjenja.

Uprkos cinjenici da je raketno gorivo samo jedan aspekt raketnog sistema, postoje specificne karakteristike koje se moraju identifikovati, a koje doprinose smanjenju osetljivosti UbS.

Prema karakteristikama raketnih go-riva mogu se izdvojiti tri generalna pri-stupa smanjenju njihove osetljivosti [2]:

1. Promena cvrstoće, odnosno žila-vosti goriva. Goriva sa dobrim deforma-

cionim osobinama (posebno na niskim temperaturama), koja dobro apsorbuju energiju i deformaciju sa minimalnim ostećenjima, mogu dobro podnositi i po-trese i udare.

2. Upravljanje raspodelom energije:

- smanjenje udela cvrste komponen-te. Uopste, smanjenje ukupne cvrste faze (za ekvivalentan energetski nivo) pobolj-sava mehanicke karakteristike i smanjuje detonabilnost goriva. To se može postići: povećanjem gustine kristalnog oksidatora (razvoj novih oksidansa); primenom energetskog veziva koje omogućuje od-govarajuće smanjenje cvrste faze bez smanjenja ukupne energije; primenom aditiva visokih gustina radi održavanja ili povećanja zapreminskog impulsa uz smanjenje udela cvrste faze;

- kontrolisanje velicine i raspodele cestica - primena raspodele cestica koja je optimalna za kvasenje vezivom i za ja-cinu veza izmedu cestica. Na primer, fi-no mlevenje nitramina smanjuje osetlji-vost na udar;

- primena manje osetljivih cvrstih komponenti (tj. smanjenje udela nitramina, smanjenje ili zamena balistickih modi-fikatora, smanjenje udela amonijumper-hlorata). To može ukljuciti i razvoj novih komponenti, upotrebu novih kombinacija postojećih komponenti raketnih goriva, kao sto su energetski plastifikatori.

3. Razvoj goriva koja se mogu gasiti - goriva koja tinjaju ili se gase na atmos-ferskom pritisku.

Kao rezultat primene ovog pristupa osvojeno je nekoliko novih raketnih goriva smanjene osetljivosti koja zadovolja-vaju zahteve neosetljivih UbS. Medutim, podaci o istraživanjima i sastavima cvr-

160

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.

stih raketnih goriva, proizvedenih prema zahtevima neosetljivih UbS, vrlo su re-striktivni, pa }e biti izneti samo neki osnovni podaci o gorivima na kojima je ra|eno u poslednje vreme, a koja su za-dovoljila propisane testove [7].

Hidroxi-terminirani polietar (HTPE) - vrsta raketnog goriva sa smanjenom kolicinom dima u produktima sagorevanja, na bazi hidroksi-terminiranog polietera (HTPE) kao veziva, testirana je na vise vrsta raketnih motora razlicitih dimenzija i konfiguracija u poslednjih desetak godina. Ova goriva razvijena su kao manje osetljive zamene za HTPB/AP goriva koje se primenjuje u mnogim raketnim motori-ma taktickih sistema.

Osnovni pristup je smanjenje udela cvrste faze sto je postignuto primenom energetskog plastifikatora koji je kompa-tibilan sa HTPE polimerom. To omogu-}uje HTPE gorivu da ima isti ili ve}i spe-cificni impuls u odnosu na odgovaraju}e HTPB gorivo (slika 2).

Sl. 2 — Prednost HTPE goriva: redukovan udeo cvrste faze za isti nivo energije [7]

Osetljivost se dodatno smanjuje zamenom dela amonijumperhlorata sa sekundarnim oksidansom.

Performanse HTPE goriva su na ni-vou ili iznad HTPB goriva u pogledu specificnog impulsa (Isp), brzine gore-nja, mehanickih karakteristika, „pot laj-fa“. U tabeli 2 dati su rezultati ispitivanja prema zahtevima neosetljivih UbS u po-relenju sa rezultatima ispitivanja HTPB goriva [7].

Tabela 2

Poredenje rezultata ispitivanja osetljivosti HTPB i HTPE goriva

Vrsta testa Rezultati testa (Analogni RM od 10 inca)

HTPB HTPE

Spori „cookoff4 eksplozija sagorevanje

Brzi „cookoff4 sagorevanje sagorevanje

Udar zrna deflagracija sagorevanje

Udar fragmenata eksplozija gasenje

Umre'ena dvobazna goriva (XLDB) — vrsta raketnih goriva male osetljivosti na bazi umreženih dvobaznih goriva po-znata kao „nitramiti“. Ovi sastavi bazira-ni su na energetskom vezivu (hidroksiter-minirani poliestar ili polietar plastifiko-van pomo}u nitroglicerina), punjeno ni-traminima (HMX ili RDX). Varijanta sa minimalnom kolicinom dima ne sadrži AMP. Radi dodatnog smanjenja osetljivosti na udar razvijeni su sastavi sa smanjenom kolicinom nitramina koji sadrže manje osetljive energetske plastifikatore (trimetiletantrinitrat - TMETN i butantri-oltrinitrat - BTTN umesto nitroglicerina). Iako su ovi sastavi slabo osetljivi na toplotne i mehanicke uticaje, zbog znat-nog sadržaja nitramina relativno lako pri-hvataju detonaciju.

Goriva na bazi HTCE — aluminizi-rani sastavi sa smanjenom kolicinom dima na bazi blok-koplolimera politetrahi-drofurana i polikaprolaktona, kao jeftini-ja alternativa za HTPE goriva.

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2005.

161

Jedna verzija sadrži 10% amonijum-nitrata kao sekundarnog oksidatora, a od-ređena kolicina HTCE zamenjena je poli-etrom. Ovo gorivo sadrži izvanredne pro-izvodne i mehanicke karakteristike sa istim nivoom energetskih karakteristika.

Goriva na bazi polietilenglikola (PEG) - slabo aluminizirana goriva (5% Al) sa 65% nitramina, visokoenergetska, malodimna goriva, na bazi polietilenglikola kao veziva, plastifikovana sa mesavi-nom nitratnih estara. Ovaj sastav zadovo-ljava testove za neosetljiva UbS (tabela 3) [7]. Isti sastav može se primeniti i kao neo-setljivo eksplozivno punjenje ukazujući na trend energetskih materijala prema karak-teristikama između goriva i eksploziva.

Pored ovih, razvijeno je jos nekoli-ko vrsta raketnih goriva smanjene osetlji-vosti, kao sto su:

- bezdimna raketna goriva na bazi hidroksilamonijumnitrata (HAN) kao za-mene za amonijumperhlorat [1];

- goriva na bazi nitratnog estra-poli-etra (NEPE);

- goriva na bazi energetskog veziva, kao sto je poliglicidilnitrat (GAP), ener-getskim plastifikatorima i amonijumni-tratom kao oksidansom [7], itd.

Tabela 3

Rezultati ispitivanja goriva na bazi PEG

Vrsta testa Rezultati testa

debela celicna komora tanka celicna komora

Spori „cookoff^4 - Tip V

Brzi „cookoff^4 Tip V Tip V

Udar zrna Tip V Tip V

Udar fragmenata - Tip V

Prenos detonacije nema detonacije nema detonacije

Iako je napravljen veliki pomak u razvoju neosetljivih raketnih goriva, u mnogim slucajevima resenja nisu zado-voljavajuća tako da se sprovode intenziv-

na istraživanja komponenti koje bi mogle ući u sastav ovih goriva. Biće navedene samo neke od njih [8].

Oksidatori — u poslednje vreme naj-vise se radi na istraživanju sledećih oksi-datora za raketna goriva: amonijumdini-trat (ADN), heksanitroformat (HNF) i CL-20. Ovi oksidatori mogu se primeniti i za goriva smanjene osetljivosti, a za razli-ku od amonijumperhlorata ne sadrže hlor, pa su pogodni i sa ekoloskog aspekta.

Amonijumdinitrat (ADN), NH4N-(NO2)2, ima tendenciju da zameni amonijumperhlorat kao oksidator. Ima visok vi-sak kiseonika, veliku brzinu gorenja i mo-že se primeniti za goriva sa velikim speci-ficnim impulsom. Pored toga, njegova proizvodnja je relativno jeftina. Sa aspek-ta sigurnosti manje je osetljiv na udar od RDX, HMX i CL-20, a nije osetljiv na trenje i staticki elektricitet. Nedostatak mu je sto je osetljiv na svetlost i sto je vrlo hi-groskopan. Ovaj problem resava se inkor-poriranjem u polimerno vezivo. ADN ima i neke probleme nekompatibilnosti. Kom-patibilan je sa HTPB, ali reaguje sa izoci-janatima koji se koriste kao umreživaci polimernih veziva, ukljucujući i HTPB. Reakcija se može ograniciti korisćenjem manje reaktivnih izicijanata i prekidom reakcije umrežavanja. Ima nižu tacku to-pljenja od HNF i CL-20.

Heksanitroformat (HNF), N2O5-C(NO2)3, visokoenergetski je oksidator i potencijalna zamena za amonijumperhlorat. Ima veliki visak kiseonika i veću gu-stinu od ADN, i dobre balisticke osobine. Zamenom amonijumperhlorata sa HNF dobija se povećanje performansi za 3 do 4%. Međutim, postoji nekoliko problema koje treba resiti. Mora se poboljsati ter-micka stabilnost iznad 60°C. Takođe, do-

162

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.

sta je osetljiv, mada mu se osetljivost smanjuje sa dodatkom veziva. Ima ten-denciju stvaranja iglicastih kristala koji su nepoželjni pri proizvodnji goriva. Vr-lo je reaktivan, nekompatibilan sa izoci-janatima, sto izaziva probleme prilikom umrežavanja. Uprkos toga sacinjen je i testiran sastav HNF/Al/HTPB.

CL-20 je vrlo interesantan sa aspek-ta specificnog impulsa. Ima niži bilans kiseonika od prethodna dva oksidansa, ali i veću gustinu i toplotu formiranja. Vrlo je osetljiv (kao pentrit), ali mu se osetljivost znatno smanjuje kada se in-korporira u sastav raketnih goriva.

Sastavi raketnih goriva sa CL-20 pokazali su se izuzetno bezbednim za upotrebu i manipulaciju.

Poredenje relativnih performansi tri oksidansa AMP prikazano je na slici 3. Sva tri oksidansa imaju bolje karakteri-stike od amonijumperhlorata. U pogledu osetljivosti ADN ima najbolje osobine. Sastavi koji sadrže velike kolicine CL-20 slicni su brizantnim eksplozivima, pa ne mogu da ispune zahteve za neosetljivu municiju. U primeni HNF ima mnogo problema, ali se nastavlja istraživanje za njihovo resavanje.

=3

Cl,

2

'2

>o

500

0

:450

j.

1 400

I

<

I

1350

3

= 300

b

J250

60

О HTPB/AP Д AP О ADN □ HNF -• CL-20

■ 1 1 L

65

70

75

80 85 90

Udeo čvrste faze, %

Sl. 3 — Performanse novih oksidanasa

Energetska polimerna veziva i pla-stifikatori — razvijaju se da bi se zadovo-ljili zahtevi savremenih raketnih goriva. Oni su posebno interesantni, jer omogu-ćuju smanjenje masenog udela cvrste faze u gorivu. U tabeli 4 dat je pregled ne-kih veziva koja su razvijena za primenu u raketnim gorivima, barutima i eksplozi-vima.

Tabela 4

Pregled nekih novih energetskih veziva

Komponenta Gustina (g/cm3) AHf (kJ/mol) Tg (oC)

PoliAMMO1 1,17 46 -40

PoliBAMO2 1,30 440

GAP3 1,29 138 -45

PoliNIMMO4 1,31 -335 -30 do -35

PoliGlin5 1,47 -285 -35

1 poliazidomethylmethyloxetane, 2 poli(bis-azidomethylo-xetane), 3 poliglicidilazid, 4 poli(3-nitrometil-3-metilokse-tan), 5 poliglicidilnitrat.

Ovi polimeri se mogu upotrebiti za dobijanje umrežene polimerne matrice (poliuretani) pomoću izocijanata. Medu-tim, mogu se upotrebiti i za dobijanje blok-kopolimera koji nisu umreženi i mogu se topiti (termoplasticni elastome-ri). Oni su interesantni za primenu u ra-ketnim gorivima jer omogućuju njihovu ponovnu preradu nakon isteka životnog veka.

Neki primeri novih razvijenih sasta-va cvrstih raketnih goriva prikazani su u tabeli 5.

Osvojen je i odreden broj energetskih plastifikatora od kojih su neki uklju-ceni u sastave raketnih goriva iz tabele 5. Pravilan izbor plastifikatora zavisi od mnogih faktora, kao sto su: efekat plasti-fikacije, sto manja sklonost ka migraciji, dobra kompatibilnost, jednostavna proiz-vodnja i mali rizici.

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2005.

163

Tabela 5

Pregled osnovnih karakteristika novih sastava reketnih goriva

Osnovni sastav Specificni impuls (teorijski) (s) p • Isp, (sgcm-3) Brzina gorenja (pri 7 MPa) (mm/s)

HTPB/AP/Al 265 464 9,0

GAP/AP/Al 492 9,9

GAP/AN/Al 262 463

GAP/AN/CL-20/Al 264 475

GAP/CL-20/Al 273 521

GAP/ADN/Al 274 491

GAP/HNF/Al 273 492

PoliNIMMO/AP/Al 9,5

PGA/TMETN/ BTTN/RDX 284 405

GAP/TMETN/ BTTN/RDX 242 411 14,6

GAP/TMETN/ BTTN/CL-20 252 452 20

HTPB malodimno 247 421

Butantrioltrinitrat (BTTN) vrlo je osetljiv na udar i zato se primenjuje u kombinaciji sa trimetiletantrinitratom (TMETN) da bi mu se smanjila osetlji-vost. Diglicidiltionaftalen (DGTN) raz-matra se kao mogu}a zamena za BTTN, jer raketnom gorivu daje bolje mehani~-ke karakteristike i pove}ava sigurnost pri upotrebi i manipulaciji.

Razvoj ~vrstih raketnih goriva dikti-ran je zahtevima za pobolj{anjem perfor-mansi. Me|utim, postoji nekoliko drugih konstrukcionih zahteva koji se moraju uzi-mati u obzir pri razvoju novih sastava, od kojih je jedan vezan za neosetljiva UbS.

Osvojene komponente i sastavi ra-ketnih goriva pokazuju da je mogu}e smanjiti osetljivost raketnih goriva za po-trebe neosetljivih UbS bez naru{avanja ostalih zahteva.

Neosetljivi brizantni eksplozivi

Tendencija razvoja neosetljivih UbS nametnula je potrebu osvajanja novih eksploziva i eksplozivnih sastava koji

imaju manju osetljivost na spoljne uticaje u odnosu na standardne sastave. Navodi-mo samo neke od njih.

Triamino-trinitrobenzen (TATB) jedno je od najzna~ajnijih dostignu}a he-mi~ara laboratorija za nuklearno naoru-žanje u drugoj polovini 20. veka.

nh2

To je visokobrizantni eksploziv male osetljivosti na udar, trenje i toplotu [9]. Njegova otpornost na toplotni i mehani~-ki impuls ve}a je od svih poznatih mate-rija sli~nog sadržaja energije. Zbog ovih karakteristika primenjuje se u nuklear-nim bojnim glavama. Zadovoljava sve kriterijume za primenu u neosetljivim UbS, ali problem predstavlja vrlo visoka cena proizvodnje. Njegova brzina deto-nacije iznosi 7760 m/s (p = 1,88 g/cm3), a temperatura topljenja 325°C.

Dinitroimidazol (DNI) (2, 4-dinitro-imidazol) relativno je novi aromatski he-terocikli~ni eksploziv izuzetno male ose-tljivosti [10]. Njegova kristalna gustina iznosi oko 1,8 g/cm3, a temperatura topljenja oko 270°C.

NO2

164

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2005.

Nema podataka o njegovoj brzini de-tonacije, ali je sigurno da su mu eksplo-zivne karakteristike izme|u TNT-a i HMX-a. Me|utim, mnogo je manje ose-tljiv na toplotne i mehani~ke uticaje i mo-že se relativno jeftino proizvoditi, sto ga ~ini vrlo atraktivnim za masovnu primenu u UbS, posebno za neosetljiva UbS.

CL-20, HNIW (2, 4, 6, 8, 10, 12-hek-sanitro-2, 4, 6, 8, 10, 12-heksaazoizovurci-tan) jedan je od najnovijih i do sada naj-snažnijih sintetizovanih eksploziva [11]. Topi se na 240°C i ima brzinu detonacije oko 10 000 m/s (p = 2 g/cm3). Melutim, vrlo je osetljiv, pa se mora flegmatizovati razli~itim polimerima ili energetskim vezi-vima, kao sto je fluoronitroformal.

O2N-N

n-no2

O2N-N7---\N-NO2

o2n-n/------4N-NO2

TNAZ (1, 1, 3 Trinitroazetidin) ima sli~ne eksplozivne karakteristike kao HMX ali manju osetljivost. Stabi-lan je i iznad temperature topljenja (101°C), ali vrlo lako isparava. Ovaj problem ublažava se razli~itim dodaci-ma ili stvaranjem smesa sa drugim eksplozivima, sto ga ~ini pogodnim za smanjenje osetljivosti visokobrizant-nih eksploziva bez većeg umanjenja eksplozivnih karakteristika. Smesa CL-20 i TNAZ-a u odnosu 70:30 ima brzinu detonacije 8700 m/s i malu osetljivost. Za sada je većoj primeni TNAZ-a najveća prepreka njegova vi-soka cena proizvodnje (mnogo veća u odnosu na HMX) [12].

NO2

Eksplozivi sa polimernim vezivom (PBX). Razvijen je veliki broj eksplozivnih sastava koji se sastoje od jednog ili dva visokobrizantna eksploziva, polimer-nog veziva i, eventualno, drugih dodata-ka, poznatih kao PBX eksplozivi (Plastic Bonded Explosives) [13]. Imaju odli~na eksplozivna i mehani~ka svojstva i izu-zetno su hemijski stabilni. Siroko se pri-menjuju za izradu razli~itih eksplozivnih punjenja UbS, detonatorskih poja~nika, za seizmi~ka ispitivanja, itd. Melutim, za potrebe neosetljivih UbS razvijani su posebni sastavi PBX eksploziva.

Explozivi sa polimernim vezivom na bazi TATB-a, poznati kao LX-17 i PBX-9502, kvalifikovani su kao jedini „neosetljivi“ brizantni eksplozivi koji za-dovoljavaju stroge zahteve za primenu u nuklearnom oružju [12]. Oni imaju sle-deći sastav:

- LX-17: 92,5% TATB / 7,5% Kel-F 800,

- PBX-9502: 95% TATB / 5% Kel-F 800.

Kel-F 800 je oznaka za polimerno vezivo na bazi kopolimera hlortrifluoroe-tilena i vinolidinfluorida.

Brzina detonacije sastava LX-17 iznosi 7630 m/s (p=1,91 g/cm3), a PBX-9502 je 7710 m/s (p=1,90 g/cm3) [13].

MNX-194 je livljiv eksploziv na bazi RDX-a i voska kao veziva, kojim se, umesto TNT-a, laborisu neki artiljerijski

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2005.

165

projektili (155 mm u SAD). Razvijena je i aluminizirana verzija MNX-194 koja treba da zameni sastave na bazi TNT u nekim vrstama aviobombi [14].

Eksplozivi tipa PAX predstavljaju posebnu grupu livljivih eksploziva sa energetskim vezivom, relativno su jefti-ni, male osetljivosti na udar i toplotu. Za-dovoljili su sva ispitivanja za primenu u nuklearnim UbS. Ovi sastavi bazirani su na 2,4-dinitroanizolu (DNAN) kao ener-getskom vezivu, RDX-u ili HMX-u i amonijumperhloratu [14]. Do sada su proizvedeni slede}i sastavi:

- PAX-21 - zamena za kompoziciju B: RDX, DNAN, AP i male kolicine pla-stifikatora MNA (2-metil-5-acetil neura-minska kiselina);

- PAX-24 - zamena za TNT: DNAN, AP and MNA;

- PAX-25 - zamena za kompoziciju B: RDX, DNAN, AP and MNA (razliciti odnosi RDX, DNAN i AP), ima bolje performanse od PAX-21;

- PAX-26 - zamena za tritonal: DNAN, Al, AP, MNA;

- PAX-28 - za odredene bojne gla-ve: RDX, DNAN, Al, AP, MNA. Faktor ekvivalencije radne sposobnosti izmedu kompozicije B i PAX-28 je 1,62;

- PAX-40 - zamena za oktol: HMX, DNAN, MNA;

PAX-41 - zamena za heksotol: RDX, DNAN, MNA.

PBXN-109 je eksplozivna smesa sa-stava RDX/Al/HTPB-64/20/16, cija je brzina detonacije 7480 m/s (p = 1,70 g/cm3). Primenjuje se za laboraciju boj-nih glava razlicitih UbS namenjenih za probijanje tvrdih ciljeva [14].

PBXIH-135 je termobaricni eksplo-ziv na bazi livenih umreženih eksploziva

tipa PBX i precizno defmisane smese aluminijumskog praha koji sagoreva u vrelim gasovitim produktima tek nakon odredenog vremena posle detonacije uz oslobadanje velike kolicine toplote i pro-duženje faze visokog pritiska koji deluje na okolinu. Ima bolje eksplozivne karak-teristike i manju osetljivost u odnosu na PBXN-109 [14].

Baruti

Pri razvoju savremenih baruta akce-nat se daje na sto većoj specificnoj ener-giji (sili), nižoj temperaturi sagorevanja,

oo 1500

C3

g

M 1250

c3

'сл

- Ш HTPB

■ 4tpe

- A Jednobazni " □ Dvobazni

- A Trobazni

- о NC/RDX +

1000

°o

♦

♦

A

*

♦

«*♦

о

□

752°000

_1__I_I_I__I_I_I_I__I_I_I_L.

2500 3000 3500

Temperatura plamena, K

Sl. 4 — Uporedne karakteristike standardnih i novih baruta za neosetljiva UbS [15]

166

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 2/2005.

većoj stabilnosti i manjoj osetljivosti na spoljne uticaje. Ovo je dovelo do razvoja nove vrste baruta pri ~emu su primenjena znanja i iskustva iz razvoja raketnih gori-va. Tako su dobijeni baruti na bazi HTPB, termoplasti~nih (TPE) ili energet-skih termoplasti~nih polimera (ETPE), ~iji sastav nije objavljen, ali se pretposta-vlja da se kao energetska komponenta primenjuje RDX [15]. Tako|e, navodi se da su nove vrste baruta zadovoljile veći-nu testova za potrebe neosetljivih UbS. Na slici 4 prikazane su neke uporedne karakteristike ovih baruta u pore|enju sa standardnim sastavima [15]. Može se uo~iti da ovi baruti imaju ~ak i bolje energetske karakteristike u odnosu na standardne, dok im je zakonitost brzine sagorevanja sli~na.

Zaključak

U razvoju savremenih UbS jedan od osnovnih zahteva je smanjenje ra-njivosti, odnosno smanjenje osetljivosti na spoljne impulse (toplotne i me-hani~ke), ~ime se smanjuje mogućnost neželjenog aktiviranja. Problem se re-sava, pre svega, primenom novih, ma-nje osetljivih eksplozivnih materija, prilagolavanjem konstrukcije, pakova-nja, skladistenja i sl. Da bi se odrele-na eksplozivna materija mogla prime-niti za neosetljiva UbS ona mora zado-voljiti stroge zahteve u pogledu osetljivosti. Modifikacijom postojećih eksplozivnih materija i sintezom no-

vih, dobijeni su eksplozivi, baruti i ra-ketna goriva smanjene osetljivosti u skladu sa zahtevima za proizvodnju neosetljivih UbS. U svetu se u tom pravcu nastavljaju dalja intenzivna is-traživanja.

Literatura:

[1] Victor, C. A.: Insensitive Munitions Technology for Tactical Rocket Motors, http://members.aol.com/victec/AIAAIM.pdf.

[2] Lettre du Lettre du Newsletter, 4th Quarter 2002, http://-www.nato.int/related/nimic/welcome.html

[3] Department of Defense, Department of Defense — Explosives Hazard Classification Procedures, TB 700-2, NAVSEAINST 8020.8B, TO 11A-1-47, DLAR 8220.1, 1998.

[4] Military Standard, Hazard Assessment Tests for Non-Nuclear Ordnance, MIL-STD-2105C 1994.

[5] Advisory Group for Aerospace Research and Development, Hazard Studies for Solid Propellant Rocket Motors, AGARDograph No. 316, AGARD, Neuilly sur Seine, France, 1990.

[6] DoD Acquisition Manager’s Handbook for Insensitive Munitions, http://akss.dau.mil/guidebookalphabeticLinks.do

[7] Lettre du Lettre du Newsletter, 1st Quarter 2003, http://www.nato.int/related/nimic/welcome.html

[8] Lettre du Lettre du Newsletter, 2nd Quarter 2003, http://www.nato.int/related/nimic/welcome.html

[9] Delistraty, J.; Brandt, H.: Detonation Properties of 1,3,5-triamino 2,4,6-trinitrobenzene When Impacted by Hypervelocity Projectiles, Propellants, Explosives, and Pyrotechnics 7, 1982.

[10] Minier, L.; Behrens, R.; Bulusu, S.: Solid-phase Thermal Decomposition of 2,4-dinitroimidazole (2,4-DNI), Simposium: DECOMPOSITION, COMBUSTION, AND DETONATION CHEMISTRY OF ENERGETIC MATERIALS, Boston, 1995.

[11] Bazaki, H.; Kawabe, S.; Miya, H.; Kodama, T.: Synthesis and Sensitivity of Hexanitrohexaaza-isowurtzitane (HNIW), Propellants, Explosives, Pyrotechnics, Vol. 23,

6, (333-336), 1999.

[12] Insensitive High Explosives, http://www.globalsecurity.o-rg/military/systems/ munitions/im.htm

[13] Dobratz, B. M.: LLNL Explosives Handbook, Lawrence Livermore National Laboratory, 1981.

[14] Insensitive High Explosives [IHE], http://www.globalse-curity.org/military/systems/munitions/explosives-im.htm

[15] Karthaus, W.; Hordijk, A. C.; Driel, C. A.; Schoolderman, C.: Development, production and characterisation of LOVA gun propellants, 1th International Simposium of Energetic Materials and their Application (ISEM), Tokyo, Japan, 2002.

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.

167

Sl. 1 — Opsti teknicki pristup razvoju neosetljivih UbS

Sl. 2 — Prednost HTPE goriva: redukovan udeo cvrste faze za isti nivo energije [7]

70 74 78 82 86 90 94

Udeo čvrste faze, %

Sl. 3 — Performanse novih oksidanasa

168

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.

Sila baruta, J/g

1500

- Ш HTPB " ♦ TPE

- Д Jednobazni

1250

■ □ Dvobazni

- A Trobazni

- о NC/RDX

♦

1000

♦

♦

Д

*

♦ о

□

NO2

75°000

___I_I_I_I_I_I__I_I__I_I_I_L.

2500 3000 3500

Temperatura plamena, K

Slika 4. Uporedne karakteristike standardnih i novih baruta za neosetljiva UbS

[15]

O2N 4/NO2

O,N-l4 2 \У xn-no2 s/ 2 <5

o2n-nt~ —vn-no2 N 1

o2n-n/— —(n-no2 NO2

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 2/2005.

169