Хорошо слышимая смерть

Звуковые волны и их использование в военных целях издавна привлекали внимание специалистов. Еще в период перед Второй мировой войной в ряде стран, в том числе и в Советском Союзе, разрабатывались звукометрические системы засечки местоположения артиллерийских батарей противника по звуку их выстрелов с последующим нанесением по ним ударов. Такие звукометрические системы имели, по существу, пассивный, оборонительный характер.

Что ЭТО такое

Уже в 1960-1970 гг. стал проявляться интерес к использованию источников звука для создания наступательного оружия, способного наносить людям поражение различной степени тяжести или ограничивать их дееспособность. В ту пору работы над ним широко не афишировались, в значительной степени носили закрытый характер, и, судя по более поздним публикациям, особых достижений в научно-технической сфере тогда достигнуто не было.

Оказалось, что подобные устройства были слишком дорогими, довольно сложными и, главное, не обладали необходимой направленностью действия. Ситуация, связанная с акустическим оружием, существенно изменилась после окончания холодной войны, когда широким фронтом были развернуты в ряде стран (особенно в США, Великобритании, Японии) исследования по созданию "несмертельного оружия" (НСО). Различные модификации этого оружия стали рассматриваться как весьма действенное средство для нейтрализации значительных масс людей, особенно в тех случаях, когда необходимо избежать нанесения им смертельного поражения или тяжелых увечий.

При этом обращает на себя внимание, что во многих опубликованных до сего времени открытых материалах отсутствует серьезный научно-технический анализ многочисленных аспектов нового оружия. Более того, во многих публикациях, особенно принадлежащих перу журналистов, зачастую содержатся сенсационные сведения о боевых возможностях акустического оружия. Отчасти это объясняется тем, что, по оценкам специалистов, возможные последствия его применения против человека находятся в весьма широком диапазоне, простирающемся от возникновения дискомфорта, временной потери слуха вплоть до смертельного исхода.

На этом фоне особенно впечатляющим является научно-технический анализ физических процессов, лежащих в основе устройства и поражающего действия акустического оружия, а также состояния работ в этой области, проводимых в ряде стран, выполненный одним из видных ученых, сотрудником РУР-университета в Бохуме (Германия) доктором Юргеном Альтманном. Результаты его исследований были опубликованы в американском научном журнале "Science and Clobal Security" (2002, vol. 9).

Автору этих строк довелось в 1990 г. работать в составе Международной группы по разработке системы верификации обычных вооружений в Европе, научным руководителем которой был Альтманн. В своем исследовании Юрген Альтманн, указывая на весьма сложный, многоаспектный характер рассматриваемой проблемы, многообразие физических зависимостей различных параметров, лежащих в основе устройства источников звука, основное внимание сосредоточил на следующих основных направлениях: возможные источники излучений большой мощности; воздействие звука большой амплитуды на организм человека; распространение сильного звука в воздухе, возможные методы и средства защиты от него.

Уже сделано

При рассмотрении проблем создания и поражающего действия акустического оружия следует учитывать, что в общем случае охватывается три диапазона частоты: инфразвуковой - область частот ниже 20 Герц (Гц), хотя могут быть услышаны и звуки с более низкими частотами, особенно в тех случаях, когда звуковое давление достаточно велико; слышимый - от 20 Гц до 20 КГц. При этом установлено, что пороги слышимости, боли и негативное воздействие на организм человека уменьшаются с увеличением частоты звука от нескольких Гц до 250 Гц. Для частот свыше 20 КГц обычно используют термин "ультразвук". Такая градация определяется особенностями воздействия звука на организм человека и прежде всего на его слуховой аппарат.

В последние годы в США проводится широкий комплекс работ в области НСО в Центре исследований, разработки и обслуживания вооружений Армии (ARDEC) в арсенале Пакатинни (штат Нью-Джерси). Ряд проектов по созданию устройств, формирующих недифрагирующие акустические "пули", излучаемые антеннами большого диаметра, были выполнены Ассоциацией научного исследования и применения (SARA) в Хантинтон-Бич (штат Калифорния).

По замыслу создателей нового оружия, оно должно расширить возможный диапазон использования военной силы не только на поле боя, но и в ряде ситуаций, которые могут возникнуть в ходе проведения полицейских и миротворческих операций. Ведутся исследования по созданию инфразвуковых систем на основе использования больших громкоговорителей и весьма мощных усилителей (еще пока не созданных), требующих разработки эффективных мер охлаждения и новых материалов. Совместные работы SARA и ARDEC направлены на создание акустического оружия большой мощности и низкой частоты для защиты американских учреждений за границей.

Появились сведения о разработке высокочастотной недифрагирующей, непроникающей "пули", создающей плазму перед объектом. В Великобритании были разработаны излучатели инфразвука, оказывающие воздействие на слуховой аппарат человека и вызывающие резонанс внутренних органов, нарушающие работу сердца, вплоть до смертельного исхода. Это оружие применялось Англией в ходе борьбы с беспорядками в Северной Ирландии. Там также с подобными целями прошли испытания источники инфразвука на основе нелинейного наложения двух ультразвуковых пучков.

Для применения акустического оружия против войск непосредственно на поле боя были испытаны источники регулируемой низкой частоты, вызывающие "размывание" зрения, спазмы внутренних органов, вплоть до летального исхода. Были также сконструированы акустические излучатели большой мощности и низкой частоты, предназначенные для контроля над толпой, создания звуковых "барьеров" на периметрах объектов, запрета доступа посторонних на них с целью обеспечения надежной защиты американских учреждений (типа посольств) за границей.

Для поражения личного состава войск противника, находящегося в бункерах и на боевых машинах испытывались акустические "пули" очень низких частот, образующиеся при наложении ультразвуковых колебаний, излучаемых большими антеннами. По утверждению американских специалистов в области НСО Дж. и С. Моррис, в России также были получены довольно впечатляющие результаты по созданию подобного оружия. Они, в частности, заявили, что им демонстрировали действующее устройство, формирующее инфразвуковой импульс частотой 10 Гц, "размером с бейсбольный мяч", мощность которого была якобы достаточна для нанесения человеку тяжелого поражения, вплоть до летального исхода, на расстояниях в сотни метров. В ходе экспериментов также была исследована "разностная зона" от пересечения двух не слышимых поодиночке ультразвуковых пучков.

Рассматривая возможные источники сильных звуковых излучений, эксперты указывают на использование громкоговорителей, соединенных с усилителями на основе генераторов или мощных батарей. При этом для получения высоких значений звукового давления на открытом воздухе потребуется довольно большое число громкоговорителей, а типичные электрические мощности, подводимые к каждому из них, измеряются сотнями ватт, из которых всего лишь несколько процентов преобразуются в акустическую мощность вследствие несогласованности импедансов мембраны и воздушного пространства (импеданс - комплексное сопротивление, которое вводится при рассмотрении колебаний акустических систем). В том случае, если потребуется получение сильного шума, то он может быть создан при использовании для этой цели сирены или свистка.

Принцип действия сирены состоит в том, что в этом устройстве происходит модуляция воздушного потока путем поочередного открытия и закрытия отверстий. В качестве примера подобной сирены приводят систему мобильного акустического источника (СМАИ), сконструированного в Национальном центре физической акустики университета Миссисипи для Управления по окружающей среде поля боя исследовательской лаборатории Армии США. На нем был установлен рупор экспоненциальной формы длиной 17 м и диаметром 2,3 м, который может выдавать до 20 Квт акустической мощности.

Главная задача СМАИ состоит в проведении испытаний по прохождению звука в атмосфере на большие расстояния. В ходе дальнейших работ возможно ожидать создания мощных источников звука низкой частоты путем использования эффективных резонаторов, рупоров направленного действия и высоких значений источников энергии. Предварительные оценки таких устройств позволяют предполагать, что линейные размеры подобного излучателя с учетом дополнительного оборудования будут порядка одного метра и более, а массовые габариты - измеряться сотнями кг. Это означает, что все подобные источники звука будут либо стационарными, либо станут базироваться на вертолетах, бронированных машинах или на грузовом автотранспорте.

В связи с этим ведется разработка несмертельного акустического оружия для установки на вертолете с регулируемой частотой в пределах от 100 Гц до 10 КГц с радиусом действия до 2 км. В последующем планируется увеличить дальность до 10 км. На таком вертолете будет устанавливаться сирена, работающая от двигателя внутреннего сгорания с инфразвуковой мощностью во много киловатт, а также акустическое пучковое оружие, работающее на основе термоакустического резонатора с частотой от 20 до 340 Гц, предназначенное прежде всего для предотвращения несанкционированного доступа посторонних лиц на склады оружия массового поражения.

Для получения ультразвука высокой мощности возможно использование крупных вибрирующих дисков из пьезоэлектриков. В одном из подобных устройств был использован такой диск с дискретным изменением толщины, с помощью которого были получены уровни звука свыше 160 дециБелл (дБ) (при болевом пороге человеческого уха 137 дБ). Сильные низкочастотные колебания могут быть получены также аэродинамическими средствами путем турбулентного взаимодействия потока воздуха с резонаторами, что используется в свистках. Так, в одной из подобных конструкций поток воздуха из кольцевого отверстия попадает на острую круговую кромку, внутри которой находится цилиндрический резонатор. С помощью такого свистка возможно получение частоты в диапазоне от инфразвука до ультразвука, значение которой определяется размерами резонатора.

Специалисты указывают на возможность получения ударного импульса от взрыва. Установлено, что при взрыве заряда мощностью в 1 кг тротила возникает боль в ушах на расстоянии до 200 м, а смертельный исход наступает в пределах нескольких метров, что в общем соответствует традиционному обычному оружию. Возможно появление нового типа взрывного оружия, основанного на создании ударной волны направленного действия при распределении выделенной энергии по "линейному" закону (обратно пропорционально расстоянию), в отличие от сферического.

Более того, не следует исключать вероятность использования акустического воздействия на живую силу путем создания "цепочки" взрывов небольшой мощности, частота которых будет соответствовать инфразвуку. В этом случае величина акустической мощности может достигать мегаватт, а уровень звука вблизи источника - порядка 180 дБ. Для сравнения укажем, что максимальный уровень звука при выстреле из винтовки составляет около 159 дБ, а из пушки - 188 дБ.

При этом следует заметить, что Юрген Альтманн нередко довольно скептически относится к заявлениям некоторых специалистов; это особенно относится к рекламируемому ими действию на большие расстояния излучателей в инфразвуковой и слышимой области. Это, в частности, затрагивает и некоторые разработки SARA, которые становились достоянием гласности иногда без предварительного проведения объективной научно-технической экспертизы.

Возможное поражающее действие акустического оружия

Рассматривая воздействие акустического оружия на организм человека, следует заметить, что оно весьма многообразно и охватывает широкий диапазон возможных последствий. В отчете SARA за 1996 г. даются некоторые обобщенные результаты проведенных исследований в этой сфере.

Так, указывается, что инфразвук на уровне 110-130 дБ оказывает негативное воздействие на органы желудочно-кишечного тракта, вызывает боль и тошноту, при этом высокие уровни беспокойства и расстройства достигаются при минутных экспозициях уже на уровнях от 90 до 120 дБ на низких чстотах (от 5 до 200 Гц), а сильные физические травмы и повреждения тканей имеют место на уровне 140-150 дБ. Мгновенные травмы, типа травм от воздействия ударных волн, происходят при звуковом давлении около 170 дБ. На низких частотах возбуждаемые резонансы внутренних органов могут вызвать кровотечение и спазмы, а в диапазоне средних частот (0,5-2,5 кГц) резонансы в воздушных полостях тела вызовут нервное возбуждение, травмы тканей и перегрев внутренних органов.

На высоких и ультразвуковых частотах (от 5 до 30 кГц) может быть создан их перегрев вплоть до смертельно высоких температур, ожоги тканей и их обезвоживание. На более высоких частотах или при коротких импульсах в результате кавитации могут образоваться пузырьки и микроразрывы тканей. При этом автор исследования оговаривается, что по его мнению, некоторые подобные утверждения об эффективности воздействия акустического оружия вызывают серьезные сомнения, в особенности это относится к инфразвуковой и слышимой области.

По его мнению, в отличие от ряда статей в оборонной прессе, инфразвук высокой мощности не оказывает столь высокого, как утверждается, воздействия на людей; болевой порог выше, чем в звуковом диапазоне, и пока еще нет надежных фактов относительно утверждаемого воздействия на внутренние органы и вестибулярный аппарат.

Подобные сомнения подтверждаются результатами подробного исследования всех видов несмертельного оружия, выполненного весьма авторитетной германской фирмой Даймлер-Бенц Аэроспейс (ДАСА) в Мюнхене по заказу Министерства обороны Германии, в котором "раздел по акустическому оружию также содержит ошибки". Это привело к тому, что германскому институту Фраунгофера по химической технологии было выдано задание на разработку прототипа акустического оружия и исследование эффективности сдерживания.

В то же время признается, что ударные волны взрывного характера, хотя их весьма условно можно отнести к акустическим, могут вызывать довольно разнообразные последствия. При их умеренно высокой силе (примерно до 140 дБ) появляется временная потеря слуха, которая может перейти в постоянную при более высоких значениях давления. Уровень звука свыше 185 дБ вызывает разрыв барабанных перепонок. При более сильных ударных волнах (около 200 дБ) начинается разрыв легких, а при уровне около 210 дБ наступает смертельный исход. При этом необходимо подчеркнуть, что поражающее воздействие акустического оружия в ощутимых масштабах было применено Англией в ходе борьбы с массовыми беспорядками в Северной Ирландии. В остальных случаях речь идет о проведении теоретических и лабораторных исследований, в ряде случаев на животных, на основании которых делались выводы о поражающем действии акустического оружия и давались рекомендации по защите от него.

Защита от звука большой интенсивности

В своем исследовании автор указывает, что как и для других видов несмертельного оружия, у акустического оружия существуют проблемы дозировки и восприимчивости, которые индивидуальны. Подвергнутые воздействию звука одной и той же интенсивности, одни люди могут лишиться слуха, в то время как другие претерпят лишь временный сдвиг порога слышимости. Практически все специалисты сходятся в том, что вследствие довольно высокой уязвимости слухового аппарата необходимо прежде всего обеспечивать его защиту.

Для защиты барабанной перепонки уха могут быть использованы резиновые наушники или простейшие "затычки", перекрывающие вход в звуковой канал, способные уменьшить силу звука на 15-45 дБ при частотах порядка 500 Гц и выше. При этом оказывается, что при более низких частотах (ниже 250 Гц) наушники менее эффективны. Для предохранения от воздействия импульсного звука на уровне 160 дБ и выше целесообразным является сочетание наушников и звукопоглощающего шлема, которое будет довольно эффективным в диапазоне 0,8-7 кГц, обеспечивая снижение давления звука на 30-50 дБ. Более сильное ослабление звука наружной защитой не обеспечивается.

Гораздо более сложной задачей является защита всего тела человека. Это возможно обеспечить путем создания герметизированных камер или оболочек, которые должны обладать достаточной жесткостью, чтобы они не вибрировали и не передавали колебания внутрь. Для создания защиты могут использоваться пористые и звукопоглощающие материалы. Однако при этом необходимо учитывать, что на низких частотах механизм поглощения теряет свою эффективность в том случае, когда толщина защитного слоя становится тоньше четверти длины звуковой волны (для 250 Гц это 0,34 м).

Полностью загерметизированный бронированный транспорт обеспечивает эффективную защиту от звуковых излучений низкой частоты. Обычный дорожный транспорт, не имеющий надежной изоляции, может пропускать внутрь низкочастотные колебания. При проникновении низкочастотного звука через щели и окна здания может возникнуть высокое внутреннее давление в результате комнатного резонанса. Это может возникнуть при использования источника звука с переменной частотой. Явление резонанса может быть использовано при осаде здания, в котором находятся террористы. В том случае, если используются высокие частоты, то металлические покрытия, стены и окна могут обеспечивать значительное ослабление звука.

В заключение следует подчеркнуть, что в отношении поражающего действия акустического оружия имеется еще немало "белых" пятен, научно-технический анализ которых еще ждет своих исследователей.