Особенности физических процессов в вакууме. Что не так в головах писателей и читателей. Часть 1.

Давным давно на одном малоизвестном форуме несколько пользователей от скуки решили посмотреть как в космосе будут вести себя известные им по работе процессы.

Открыли справочники. 

Нуивот(с)

Ударная волна и световое излучение - основные поражающие факторы В АТМОСФЕРЕ.  Если в космосе их почти нет, это не значит, что Ядерный Взрыв безвреден, это значит, что основными поражающими факторами станут нейтроны и рентгеновское излучение (которые при достижении объекта быстренько отдадут свою энергию ударной волне, и без всякого там расссеяния на молекулах воздуха).

Ослабевание нейтронов и рентгена пропорционально квадрату расстояния от эпицентра.  На земле нейтроны и рентген малоопасны именно потому, что эффективно поглощаются атмосферой по экспоненте (пропорционально кубу расстояния от центра взрыва).

Чтобы не быть голословным, рассмотрим мегатонный (4ПДж) водородный (двуступенчатое устройство с коэффициентом термоядерности 0.9) взрыв.

В километре от эпицентра в боевом ордере идут малые катера класса "Вайверн" (100т с полной загрузкой, десять метров в длину) и сверхкрейсер класса "Вайверн-2" (10000т, 30 метров в длину).

Что имеем? Имеем весьма романтичные 300 МегаДж/м^2 в течении нескольких десятков миллисекунд.

Первым - в течении первых сотен микросекунд - придёт рентген с энергией несколько десятков кэВ, где-то треть от общей энергии (и гамма деления от триггера, но её жалкий процент мы проигнорируем). Это около 80МДж на квадратный метр. Углерод-углеродные композиты (продвинутый и дорогой импорт с астероидов) поглотят такой рентген полностью при толщине в десятки сантиметров. Пробег рентгена в титане (дешёвый и наиболее распространённый на лунных верфях материал после алюминия) невелик. Можно считать, что весь рентген будет полностью поглощён в первых нескольких миллиметрах. Для углерода плотность поглощённой энергии невелика, так что обойдётся лишь перестройкой химической структуры от прямого действия рентгена и механическими повреждениями от неравномерного нагрева. Плотность энергии, поглощённой титаном (тем более - алюминием и сталью) достаточна для полного испарения. Образовавшаяся ударная волна будет обладать высоким бризантным и фугасным действием.

Комментарий про бризантность. Скорость выделения энергии в веществе заметно влияет на эффекты в нём при этом.

Наглядный пример - положим на стамилиметровую плиту (как у "Тигра") гомогенной брони трехкилограммовую пороховую шашку и подорвем. Горение пороха медленное, энергия только нагреет плиту.

А теперь приложим два килограмма пластита - высокобризантного вызрывчатого вещества. Энергии выделиится почти столько же, но взрывная волна превысит предел прочности стальной брони и плита треснет. На этом основано действие британских (HESH — High Explosive Squash Head)

Для катера класса "Вайверн" это будет иметь катастрофические последствия: его рубка имеет наружный корпус из титана толщиной 3 мм, который будет полностью превращён в горячий пар за эти микросекунды, и немало энергии останется на фугасное действие. Удар с эквивалентом около 4-7 кг тротила на квадратный метр сомнёт и распотрошит корабль, остаточные доли процентов рассеяного рентгена (десятки-сотни кДж/кв.м., сотни килорад) полностью стерилизуют содержимое ещё до подхода остальной энергии взрыва. Ошмётки внутренних несущих конструций, "теневая" часть обшивки и ядерный реактор, в эту миллисекунду с ускорением пару тысяч "же" приобретают импульс в направлении от взрыва и случайный момент импульса от неравномерного разбрасывания своих потрохов. На этом рассмотрение судьбы мелкого катера, попавшего под мегатонный удар, можно завершить - там просто не осталось ничего кроме горячего лома. Флотилии катеров более не существует.

Суперкрейсер, прикрытый слоистой ячеистой броней с вакуумными ячейками для рассеивания ударной волны, сталью и углеродными композитами вынесет удар много лучше. Рентген испарит редкую сталь и титан обшивки, удар повредит наружные несущие конструкции из композитов, ослабленные нагревом. Из-за неравномерности воздействия ударной волны в ослабленных композитных конструкциях возникнут деформации. Грубо говоря, всё потрескается. Ударная волна, рассеявшая бОльшую часть энергии в вакуумных ячейках, нанесёт лишь незначительные повреждения прочному внутреннему корпусу. Радиационный удар будет незначителен для бОльшей части экипажа.

А потом приходят они

Чуть меньше половины энергии взрыва - нейтроны от реакции "дейтерий-тритий", 14.3МэВ. 120МДж/м2 - лишь с небольшим запозданием от начала рентгеновского импульса, но зато гораздо более плотно. Радикальное отличие от рентгена в том, что нейтроны очень эффективно рассеиваются на лёгких ядрах. Там, где рентген зря тратил энергию на прогрев объёма, нейтроны эффективно испарят верхний слой и сгенерируют ударную волну. Типичные длины термализации в графите - порядка сантиметров, это значит, что первые пара сантиметров углерода примут на себя весь удар. Плотности энергии более чем достаточно, чтобы расплавить, испарить и нагреть углеродный пар до существенных температур. Термализуясь, нейтроны будут реагировать с ядрами, давая много хорошего, мощного гамма-излучения релаксации (и, конечно, радиоактивных продуктов).

Обломки катеров нейтроны сделаются немножко более горячими и активными. А вот сверхкрейсеру придётся туго: его уже нагретые углеродные композиты попадут под удар неоднородного нейтронного поля. Энергии принято (более 200 МДж/м^2) уже достаточно чтобы испарить освещённый борт и сформировать мощную ударную волну из радиоактивной плазмы. Все эти процессы происходят за время в несколько миллисекунд, так что взрыв будет иметь прекрасное дробящее действие. И приличный эквивалент: в среднем 12-15 кг тротил-эквивалента на квадратный метр. При площади сверхкрейсера порядка сотен кв.м. общий удар будет под пару-тройку тонн тротила, что даже такой могучей конструкции в 10000 т - очень ощутимо. Что важно: эти килограммы создадут очень неравномерную нагрузку, ударные волны будут налагаться друг на друга, неоднородная структура типа корабля - обречена. Ну, это всё равно, что по квадрату 30х30м впендрюрить батареей "Градов" - танки в этом квадрате или там танкетки, всему кирдык.

Рассмотрение действия ещё трети энергии, которая будет подлетать оставшийся десяток миллисекунд (плазма ЯВУ, нейтроны мЕньших энергий и пр.) считаю излишним.

Желающие рассмотреть радиус поражения для своих космических  "Яматов"  просто подставляйте площадь борта и уменьшайте массу тротилового эквивалента на квадрат расстояния от точки взрыва.

А что же экипаж? 

Какой экипаж?

 Нейтроны, они имеют коэффициент 10 при расчете радиационного поражения экипажа.

Жесткие дозы, однако. 1 Зиверт, ЕМНИП это 1 Дж на килограмм, а 7 Зиверт разово - 100% смерть.

Одна мегатонна  ТЭ это не только ценный мех но и 4 612 000 000 000 000 (4,612Е+15)Дж. Площадь проекции человеческого тела - примерно 1 М^2(обычно оружейники считают 1,08) Человек весит 70 кг, нужна доза в 490Дж/м2 или интенсивность потока на 9412244897959 м^2

Или R = sqrt(s/4pi) = sqrt(9412244897959/12,57)=~865км

При том, что нейтроны пройдут незащищенного человека насквозь и радиус поражения несколько уменьшится, а небольшая преграда, ну там пару миллиметров титана, даст вторичную рентген и гамму от поглощения нейтронов и человеку поплохеет с более дальнего расстояния.

И вот мечтатели за однобортные мундиры скажут "вывсёвретииии". Но вот у нас есть абсолютно фантастическая игра Modern Warfare 2 Миссия Второе солнце

На АТ нельзя вставлять гифки, так что смотрите по ссылке с 2.40.

https://www.youtube.com/watch?v=hutDrOxr23M

Подрыв ядерного боеприпаса. Все как надо. 

Неяркий шар  - потому что воздуха на высоте МКС мало. 

Огромный блин  отражения на уровне плотной атмосферы и МКС рассыпается.

Вот могут же когда хотят...