Во время боя пули и осколки снарядов представляют серьезную угрозу для здоровья и жизни солдат. С целью обезопасить личный состав уже в годы Первой мировой предпринимались попытки создать эффективные средства защиты. В годы Великой Отечественной элитные подразделения РККА комплектовались бронекирасами, которые обладали незначительными защитными свойствам. Из-за своего большого веса бронекираса слишком сковывала движения бойца. Вскоре появились первые бронежилеты. В течение прошедших десятилетий это защитное средство интенсивно эволюционировало. Однако, как показала практика, у металлических, кевларовых и комбинированных бронежилетов имеются недостатки, которые следует доработать. Сегодня в России, Соединенных Штатах и Великобритании ученые трудятся по созданию такого вещества? как жидкая броня. Что это такое? Для чего она предназначена? Найти ответы на эти вопросы поможет данная статья.
Немного истории
На смену бронекирасам пришли бронежилеты. Создавались эти защитные средства на основе свинцовых пластин. По сравнению с предыдущими изделиями «броники», как часто их называют военные, обладали лучшими защитными свойствами, но весили 20 кг, что являлось их существенным недостатком. Оружейниками неоднократно предпринимались попытки создать бронежилеты на основе древних наработок. Однако с ламеллярной броней защитные свойства обеспечивались не в полной мере. С появлением кевлара проблему с весом отчасти удалось решить. Кроме того, судя по отзывам, кевларовые бронежилеты очень удобны в эксплуатации. Казалось бы, проблема решена и можно остановится на достигнутом. Однако ученые пошли дальше и в производстве защитных средств решили использовать нанотехнологии. Жидкая броня, как утверждают специалисты, сегодня считается тем веществом, которым в скором будущем планируют заменить свинец и кевлар.
Задачи, поставленные перед военными учеными
Как утверждают специалисты, прочность, даже кевларового броника, прямо пропорциональная массе и имеет свой предел. Боец будет надежно защищен от пули, какой-бы большой пробивной силой она не обладала, если его облачить в тяжелую броню. В производстве обычных бронежилетов используют многослойный кевлар. Также в защитных средствах имеются дополнительные металлические и керамические вкладки. Масса же кевларового броника с 20 кг, как это было в свинцовых, снижена до 11 кг, что тоже существенно ограничивает движения. С боеприпасами, оружием и продуктами питания на бойца в 11-килограммовом бронике оказывается большая нагрузка. Поэтому задача «вес-прочность» является одной из самых актуальных для военных ученых некоторых стран. Изобретение жидкой брони стало прорывом в создании средств индивидуальной защиты.
Знакомство с новым материалом
Жидкая броня является специальным веществом, а именно коллоидным раствором, в котором содержатся твердые наночастицы. Данная концепция, позволяющая заменить бронепластины и защитные ткани жидкостью, для таких стран, как Россия, США и Англия едина. Отличия коснулись только ее реализации.
В чем суть?
Как убеждены военные специалисты, жидкая броня для бронежилетов подходит идеально. В создании новых средств защиты решено использовать особенность коллоидного вещества, которая заключается в способности геля быстро затвердевать.
Таким образом, если в эту жидкость попадет пуля, то образуется импульс, который передаст свою энергию гелю. В результате жидкая броня затвердеет. Подобный эффект наблюдается и в том случае, если энергия образуется не от пули, а от резкого удара. Как быстро произойдет затвердевание, напрямую зависит от того, с какой силой он был нанесен.
О российской разработке
Жидкая броня, как еще неофициально называют новые бронежилеты, в России разрабатывается екатеринбургским Венчурным фондом ВПК с 2006 г. Как утверждают военные специалисты, в ближайшее время новый вид бронежилетов появится на рынке. Жидкая броня представлена защитным гелем, в котором содержатся жидкий наполнитель и твердые наночастицы. При попадании пули в броник те быстро схватятся. В итоге произойдет образование твердого композитного материала. Данная особенность геля возможна только в том случае, если он будет взаимодействовать со специальной тканью. Информация о том, что это за материал и какой обладает структурой, российскими разработчиками пока не разглашается.
О достоинствах защитного геля
Если сравнивать стандартные бронежилеты с жидкой броней, то последняя имеет одно весомое преимущество - при ударе не происходит концентрация энергии в одной точке, а, наоборот, та распределяется на всю поверхность ткани. Как итог, кроме радующих существенно улучшенных защитных характеристик, с новыми бронежилетами исключены синяки и гематомы на теле бойца. Совсем обратный эффект наблюдался с обычными свинцовыми и кевларовыми бронежилетами.
О слабых сторонах защитных средств
Несмотря на наличие неоспоримых достоинств, жидкая броня не лишена некоторых недостатков. Как утверждают специалисты, уже создано несколько образцов, но они проявили себя положительно только с мелкокалиберной пулей. Снайперскую винтовку или автомат новый вид бронежилета не выдержит. Кроме того, учеными было отмечено - если на броник попадет вода, то он лишится своих защитных свойств примерно на 40%. Изначально этот факт для российских разработчиков являлся проблемой. Но затем решили воспользоваться влагозащитной пленкой, в которой и содержится новый бронежилет. Дополнительно для жидкой брони предусмотрен специальный водоотталкивающий состав, изобретенный ранее. Им покрывается средство защиты перед помещением в пленку.
Жидкая изоляция «Броня»
И в заключение - немного о другой броне. Сегодня в магазинах строительных материалов вниманию потребителей представлено немало самых различных утеплителей. Судя по многочисленным отзывам, большой популярностью пользуется жидкая теплоизоляция «Броня».
Данное вещество является суспензией, внешне практически не отличимое от белой акриловой краски. Наносится на поверхности при помощи обычных кисточек или безвоздушными распылителями. В жидком состоянии до полимеризации напоминает краску, но когда высыхает, образует специальное покрытие, которому присущи уникальные теплоизоляционные свойства.
18.02.2013 18:29
В последние десятилетия масштабные конфликты с применением тяжелой техники становятся все более редкими. Во многом это объясняется значительным усилением боевой мощи технических средств. Перестрелки в условиях города и локальные военные операции проводятся с использованием личного огнестрельного оружия, что порождает необходимость разработки средств индивидуальной защиты именно от пуль различного калибра .
Как показывает практика, кевларовые и сходные бронежилеты из твердых материалов имеют свой предел прочности , зачастую прямо пропорциональный весу. Чтобы успешно защитить бойца от огня, ведущегося из новых винтовок, имеющих большую пробивную силу, нужно снарядить его тяжелой броней, серьезно ограничивающей движения. Обычные бронежилеты изготавливаются из многослойного кевлара с дополнительными металлическими и керамическими вкладками, увеличивающими степень защиты. Проблема заключается в том, что такой бронежилет весит, по крайней мере, 10-11 кг, увеличивая нагрузку на солдата, который должен нести еще и оружие, боеприпасы и продукты питания. Именно задачу "вес-прочность" пытаются решить военные ученые в последние годы.
Результатом их трудов в различных странах стала единая концепция, отличающаяся лишь реализацией. Это замена бронепластин и защитных тканей жидкостью или гелем, мгновенно твердеющим при попадании пули . По сути, новая броня - жидкое вещество с растворенным в нем большим количеством твердых наночастиц (раствор коллоидный). При попадании в него пули или при другом резком ударе энергия импульса сообщается гелю, и он затвердевает. При этом скорость отвердевания будет напрямую зависеть от силы полученного удара.
Преимуществами "жидкой брони" является меньший, чем у "стандартной", вес, а также распределение силы удара по всей площади предмета снаряжения. Это достигается именно за счет изначально жидкого состояния геля. Удар, приходящийся на твердую бронепластину, сосредоточен в одной точке и часто наносит бойцу серьезные травмы: от гематом до переломов. Также "жидкая броня" выгодно отличается возможностью замены поврежденного участка непосредственно на поле боя или даже возвращения в исходное состояние при движении образованной ранее решетки. Обычные кевларовые средства защиты малоустойчивы к точечным ударам - например, прокалыванию и разрезанию, а также являются достаточно жесткими при использовании большого количества слоев, чего нельзя сказать о гелевой прослойке.
Разработки таких моделей брони ведутся в основном в США, Великобритании и России . "Бронегель" может как пропитывать обычную ткань, так и заливаться в специальные полости. У российских ученых, например, система защиты строится на геле, составляющем основу "жидкой брони". Он состоит из жидкого наполнителя (полиэтиленгликоль) и твердых наночастиц (кварц), которые при попадании пули мгновенно схватываются и превращаются в твердый композитный материал. Работает этот гель только на специальной ткани. Британская оборонная компания BAE Systems предпочитает "заливать" свою броню (состав называется Shear Thickening Liquid) между двумя слоями обычного кевлара.
На текущем этапе массовое производство таких бронежилетов нерационально . Разработанные прототипы имеют ряд недостатков, которые, впрочем, могут быть устранены со временем. Основными минусами брони является ее низкая останавливающая способность (большинство образцов в ходе испытаний могли остановить лишь пистолетную пулю, хотя и делали это лучше аналогичного по объему и весу кевлара), дороговизна производства и низкое количество циклов использования. Но рациональность применения такого состава для гибких участков бронекостюма (защита конечностей, которая сейчас фактически отсутствует) довольно высока, т. к. кевлар просто не может быть использован в некоторых случаях без превращения бойца в неподвижную куклу.
В завершение отметим, что большинство разработок на данный момент являются экспериментальными и не реализованы в серийном производстве, но считаются перспективными, и в ближайшее десятилетие можно ожидать изменения этой ситуации .
В последние годы ученые разрабатывают все более совершенные бронежилеты, точнее не бронежилеты, а ткань, пропитанную специальным защитным гелем, которую с вида и не отличить от обычной одежды.
Такие виды бронежилетов получили неофициальное название «жидкая броня» и работы по их разработке ведутся параллельно как в России, так и в США.
Защитный гель, составляющий основу «жидкой брони» состоит из жидкого наполнителя и твердых наночастиц, которые при попадании пули, или при любом другом резком ударе мгновенно схватываются и превращаются в твердый композитный материал.
В обычных условиях жидкая броня никак не проявляет себя. Одежда остается гибкой, не стесняя движений. Но при резком воздействии на нее, например, при попадании пули или ударе кинжалом, наночастицы становятся активными и, связываясь друг с другом, создают сверхпрочную пленку. Причем формирование новой структуры происходит мгновенно, менее чем за одну миллисекунду после удара.
Помимо этого в отличие от стандартных бронежилетов сила от удара в «жидкой броне» не сосредотачивается в одном месте, а распределяется по всей поверхности ткани.
С появлением жидкой брони появилась реальная возможность надежно защитить не только торс человека, как в бронежилете, но и другие части его тела.
После снятия внешнего энергетического воздействия затвердевший гель снова переходит в жидкое состояние, ткань опять делается гибкой. А если удар будет нанесен заново, то "умные" нанороботы снова превратят спецодежду в непробиваемый панцирь.
Это позволяет значительно улучшить защитные характеристики брони, а также избежать синяков и гематом, остающихся на теле от попадания в обычный свинцовый, или кевларовый бронежилет. Следует отметить, что данный гель проявляет свои характеристики лишь на специальной ткани, структуру которой разработчики тщательно скрывают.
Правда на данный момент у «жидкой брони» существуют и некоторые недостатки. Так имеющеюся образцы способны защитить лишь от попадания пуль мелкого калибра, а выстрел из автомата, или снайперской винтовки практически гарантировано пробьет «жидкую броню».
Также при попадании на броню воды, она на 40% теряет свои защитные свойства, что добавляет дополнительных проблем разработчикам. Впрочем, решение этой проблемы уже найдено. Ткань можно поместить во влагозащитную пленку, либо покрыть специальным водоотталкивающим составом на основе нанотехнологий, созданным нашими учеными еще лет пять назад
«Жидкая броня» является одной из самых перспективных технологий разработанных российскими специалистами за последние годы. Она не только сможет надежно защитить бойца от пуль и осколков и дать ему возможность свободного передвижения по полю боя без громоздкого бронежилета, но может применяться как для создания новых видов бронированной техники, так и для гражданских целей.
Первые попытки защитить личный состав от пуль и осколков были предприняты ещё во время Первой Мировой войны и продолжились во время Второй Мировой войны. Так, во время ВОВ, многие бойцы элитных подразделений Красной Армии были облачены в бронекирасы, которые, надо заметить, имели довольно слабые защитные свойства, но при этом отличались большой массой, что значительно сковывало движения бойцов.
Далее появились бронежилеты со свинцовыми пластинами, которые хоть и имели лучшие защитные характеристики, но масса в 20 кг всё равно являлась их большим недостатком.
После появления лёгких и довольно удобных кевларовых жилетов, казалось бы, эта проблема окончательно решена, но учёные не остановились на достигнутом результате, и разработали ещё более совершенный бронежилет. Впрочем, это не бронежилет в нашем типичном понимании, а ткань, пропитанная специальным защитным гелем, которую с вида и не отличить от обычной одежды.
Такие виды бронежилетов получили неофициальное название «жидкая броня»
и работы по их разработке ведутся параллельно как в России, так и в США. В России разработку «жидкой брони» уже с 2006 года ведёт екатеринбургский Венчурный фонд ВПК и по их словам в ближайшие годы этот продукт уже выйдет на рынок.
Наиболее незащищенными у солдат являются руки, шейные, коленные и локтевые области, так как эти части тела сгибаются, и защитить их традиционными бронежилетами почти невозможно. Новая «жидкая броня» позволяет защищать любые участки тела и может сгибаться, не теряя при этом своих защитных свойств.
При обычной эксплуатации (в области низких энергий) броня ведёт себя как обычная жидкость, что и позволяет наполнить ею кевларовую оболочку защитной «рубашки» или «жилета». Учёные также отмечают, что кевлар, обычно уязвимый к прокалыванию и разрезанию, в новом «жидком бронежилете» становится контейнером для наночастиц, которые выполняют основную защитную функцию.
Защитный гель, составляющий основу «жидкой брони» состоит из жидкого наполнителя и твёрдых наночастиц , которые при попадании пули, или любом другом резком ударе мгновенно схватываются и превращаются в твёрдый композитный материал. Процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое занимает менее одной миллисекунды, что позволяет использовать гель в качестве защиты от огнестрельного и колющего оружия.
Помимо этого в отличие от стандартных бронежилетов сила от удара пули в «жидкой броне» не сосредотачивается в одном месте, а распределяется по всей поверхности ткани . Это позволяет значительно улучшить защитные характеристики брони, а также избежать синяков и гематом, остающихся на теле от попадания в обычный свинцовый, или кевларовый бронежилет. Следует отметить, что данный гель проявляет свои характеристики лишь на специальной ткани , структуру которой разработчики тщательно скрывают.
Как отмечают авторы данной разработки, с помощью новой технологии можно эффективно защищать не только грудь и спину, но и также руки и ноги бойцов. Обработанная гелем ткань, остающаяся гибкой в нормальных условиях и не стесняющая движений, превратится в твёрдую броню под действием энергии пулевого выстрела или ножевого удара.
Правда на данный момент у «жидкой брони» существуют и некоторые недостатки:
— так, имеющеюся образцы способны защитить лишь от попадания пуль мелкого калибра, а выстрел из автомата, или снайперской винтовки практически гарантировано пробьёт «жидкую броню».
— также при попадании на броню воды, она как минимум на 40 процентов теряет свои защитные свойства, что добавляет дополнительных проблем разработчикам.
Впрочем, решение этой проблемы уже найдено. Ткань можно поместить во влагозащитную плёнку, либо покрыть специальным водоотталкивающим составом на основе нанотехнологий, созданным нашими учёными ещё лет пять назад.
В завершении хочется сказать, что «жидкая броня» является одной из самых перспективных технологий разработанных российскими специалистами за последние годы. Она не только сможет надёжно защитить бойца от пуль и осколков и дать ему возможность свободного передвижения по полю боя без громоздкого бронежилета, но может применяться как для создания новых видов бронированной техники, так и для сугубо гражданских целей.
Основным средством защиты личного состава от пуль и осколков в настоящее время является бронежилет. За прошедшие десятилетия он прошел немалый путь эволюции, однако в итоге наибольшее распространение получили только три версии его конструкции, в некоторой мере взаимосвязанные друг с другом. Так, используются бронежилеты на основе металлических пластин, кевларовые и комбинированные, в которых листы кевлара перемежаются пластинами из соответствующего металла. Регулярно предпринимаются попытки приспособить к защите от пуль древние наработки, такие как, к примеру, ламеллярная броня, однако до сих пор не удалось добиться на этом поприще особых успехов.
Главная проблема современного бронежилета состоит в соотношении «вес – качество защиты». Иными словами, более надежный бронежилет оказывается тяжелым, а такой, который имеет приемлемый вес – имеет слишком низкий класс защиты. Кстати говоря, именно эту проблему должен был решить кевлар. В 70-х годах прошлого века в ходе исследований было установлено, что кевларовая ткань плотного плетения, проложенная в несколько слоев, эффективно рассеивает энергию пули по всей своей поверхности, благодаря чему пуля не может пробить весь кевларовый пакет. В сочетании с пластиной из подходящего металла (например, титан) это свойство кевларовой ткани позволило создать сравнительно легкие бронежилеты, имеющие те же защитные свойства, что и цельнометаллические.
Однако и у кевларо-металлического бронежилета есть свои минусы. В частности, он все равно имеет значительный вес и немалую толщину. В случае с боевой работой солдат это может иметь большое значение: боец вынужден нести на своих плечах дополнительный вес, который можно было бы использовать для того, чтобы взять больше патронов или провианта. Но в данном случае приходится выбирать между полезной нагрузкой и здоровьем, если не жизнью. Так что выбор очевиден. Над решением этой проблемы уже не первый десяток лет бьются ученые всего мира, и уже есть определенные успехи. В 2009 году появилась почти что сенсационная новость. Группа английских ученых под руководством Р. Палмера разработала специальный гель под названием D3O. Его особенность заключается том, что при ударе значительной силы гель становится тверже, при этом сохраняя свою относительно небольшой вес. При отсутствии каких-либо воздействий пакет с гелем оставался мягким и гибким. Гель D3O предлагалось использовать в бронежилетах, специальных модулях для защиты транспорта и даже в качестве мягкой подкладки для солдатских касок. Последний момент выглядит особо интересным. По словам Палмера, каска с такой подкладкой станет пуленепробиваемой. Неужели, он не знает, какую цену платили солдаты Первой Мировой за пуленепробиваемые каски? Тем не менее, английское министерство обороны заинтересовалось гелем и выделило лаборатории Палмера грант в 100 тысяч фунтов. В прошедшие с тех пор три года регулярно появлялись новости о ходе работ, фото- и видеоматериалы с испытаний очередной версии геля, но готовой каски или жилета с D3O пока так и не продемонстрировали.
Немного позже аналогичный гель был продемонстрирован представителям агентства DARPA. Американский аналог D3O был разработан компанией Armor Holdings. Работает он по точно такому же принципу. Оба геля, по сути, представляют собой то, что в физике именуется неньютоновской жидкостью. Главная особенность таких жидкостей заключается в природе их вязкости. В большинстве случаев это жидкостные растворы твердых веществ с относительно крупными молекулами. Благодаря этому свойству неньютоновская жидкость имеет вязкость, напрямую зависящую от градиента скорости. Иными словами, если с ней взаимодействует тело с низкой скоростью, то оно просто утонет. Если же тело ударит в неньютоновскую жидкость с достаточно большой скоростью, то оно будет заторможено или даже отброшено за счет вязкости и упругости раствора. Подобную жидкость можно сделать даже в домашних условиях из простой воды и крахмала. Такие свойства некоторых растворов известны очень давно, но до применения неньютоновских жидкостей в защите от пуль и осколков дошли сравнительно недавно.
Последний на данный момент успешный проект «жидкостной брони» был создан английским отделением компании BAE Systems. Их состав Shear Thickening Liquid (рабочее название bulletproof cream – пулестойкий крем) появился в 2010 году и планируется к использованию не в самостоятельном виде, но в сочетании с кевларовыми листами. Состав своей неньютоновской жидкости для бронежилета BAE Systems по понятным причинам не разглашают, однако, зная физику, можно сделать определенные выводы. Скорее всего, это водный раствор какого-либо вещества (веществ), который имеет наиболее подходящие характеристики вязкости при сильных ударах. В проекте Shear Thickening Liquid дело, наконец, дошло до создания полноценного бронежилета, хотя и опытного. При той же толщине, что у 30-слойного кевларового жилета «жидкостный» имеет втрое меньшее количество слоев синтетической ткани и вдвое меньший вес. Что касается защиты, то «жидкостный бронежилет» с гелем STL имеет почти такие же показатели защиты, как у 30-слойного кевларового. Разница в количестве листов ткани компенсируется специальными полимерными пакетами с неньютоновским гелем. Еще в 2010 году начались испытания готового опытного бронежилета на основе геля. Для этого обстреливались опытные и контрольные образцы. 9-миллиметровые пули патрона 9х19 мм Люгер выстреливались из специальной пневматической пушки с дульной скоростью порядка 300 м/с, что в некоторой мере аналогично большинству типов огнестрельного оружия под этот патрон. Характеристики защиты экспериментального и контрольного бронежилета оказались примерно одинаковыми.
Однако у бронежилета с жидкостной защитой есть ряд минусов. Самый очевидный кроется в текучести геля при нормальных условиях: через пулевое отверстие он может вытечь и уровень защиты жилета значительно снизится. Кроме того, неньютоновская жидкость или гель не может полностью поглотить или рассеять всю энергию пули. Соответственно, значительное улучшение характеристик возможно только при одновременном использовании и кевлара, и жидкостных пакетов, и металлических пластин. Очевидно, что от весовых преимуществ в таком случае может не остаться ни следа, конечно, если сравнивать подобный жилет с только кевларовым. В то же время, небольшое увеличение веса можно считать вполне адекватной платой за улучшение защитных свойств.
К сожалению, пока ни один из экземпляров бронежилета или другой защиты с применением принципов неньютоновской жидкости не вышел из стадии лабораторных испытаний. Все исследовательские организации, занимающиеся этой проблемой, в первую очередь работают над увеличением эффективности защиты жидкостей/гелей и уменьшением их плотности, чтобы снизить общий вес бронежилета или каски. Время от времени появляется непроверенная информация, что тот или иной образец вот-вот отправится в английские или американские подразделения для опытной эксплуатации, но до сих пор не было официальных подтверждений этого. Возможно, силовики зарубежных стран просто опасаются доверять жизни бойцов новой и, честно говоря, пока не выглядящей надежной технологии.
