Бинарные системы химического оружия

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Термин «бинарный» означает «состоящий из двух частей». Под этим термином, как правило, понимают не новые, неизвестные до сих пор ОВ, а новые конструкции боеприпасов для уже известных ОВ. В данном случае имеется в виду снаряжение химического боеприпаса не готовым ОВ (такие боеприпасы называются «унитарными»), а двумя контейнерами, каждый из которых заполнен нетоксичным или малотоксичным компонентом снаряжения. Тем не менее принципиально возможно применение в бинарных боеприпасах сильнодействующих ядов новых структурных типов.

Компонент снаряжения представляет собой индивидуальное соединение или химическую смесь, подобранную таким образом, чтобы при смешении содержимого обоих контейнеров в боеприпасе в короткое время образовалось высокотоксичное техническое отравляющее вещество. Контейнеры с компонентами снаряжения обычно изготовляют из легко разрушающегося полимерного материала. Смешение компонентов и реакция между ними происходят после боевого применения боеприпаса (выстрела снаряда, сбрасывания авиационной бомбы или кассеты, пуска ракеты, приведения в действие выливного авиационного прибора), разрушения разделяющих их перегородок и искусственного перемешивания с помощью специальных устройств. Таким образом, бинарному боеприпасу придается дополнительная функция химического реактора, в котором осуществляется заключительная стадия получения ОВ. Технически это реализуется наличием в боеприпасе устройств для изоляции компонентов при их хранении (пусть даже временном), разрушения изоляции между ними и перемешивания компонентов снаряжения.

Идея создания бинарных средств переноса ОВ не является новой. Она изучалась в США еще перед началом и в годы второй мировой войны. В то время специалисты ВВС разрабатывали бинарную авиационную химическую бомбу для применения SA (мышьяковистого водорода), который, будучи высоколетучим, при применении в унитарной химической бомбе быстро рассеивается в атмосфере. Носовая камера бомбы снаряжалась арсенидом магния, а хвостовая — серной кислотой. Специальное поршневое устройство обеспечивало смешение компонентов во время полета бомбы, при этом к моменту разрыва образовывалось отравляющее вещество.

Начало активной разработки бинарных химических боеприпасов для сухопутных войск армии США относится к середине 50-х годов, В 60-е годы в центре этих работ находилась бомба «Биг-ай» в снаряжении бинарным ОВ VX-2. В 1968 г. была начата разработка бинарных кассетных бомб в снаряжении GB-2. В течение 1969— 1975 гг. велись разработки бинарных артиллерийских снарядов 155-мм калибра (ХМ687) с GB-2 и 203,2-мм снарядов (ХМ736) с VX-2 с целью их последующего серийного производства. Решение о крупномасштабном производстве бинарных боеприпасов было принято в США в 1980 г.

ТРЕБОВАНИЯ К РЕАКЦИЯМ В БИНАРНЫХ БОЕПРИПАСАХ

Известно немало химических реакций с участием двух и более реагирующих компонентов, результатом которых является образование фосфорорганических или любых других высокотоксичных веществ. Необходимо лишь, чтобы эти реакции характеризовались высокой скоростью и избирательностью, ибо в идеальном случае они должны, начавшись после выстрела снаряда из орудия (отрыва бомбы или кассеты от самолета, пуска ракеты), завершиться к моменту раскрытия боеприпаса у цели. В некоторых случаях, когда в результате реакции образуется стойкое ОВ. Взаимодействие реагентов «в капле» может происходить и в течение некоторого времени после раскрытия боеприпаса. Однако в любом случае время реакции исчисляется секундами и не превышает нескольких минут.

Реакции должны происходить в гомогенной среде, в отсутствие растворителя, по возможности без каталитических добавок и в адиабатических условиях. Более предпочтительны двухкомпонентные системы реагентов, взаимодействие которых не зависит от процессов диффузии. Если же нельзя обойтись без третьего компонента реакции (например, катализатора, акцептора, промотора, инициатора), то он должен хорошо смешиваться с одним из двух компонентов, не реагировать с ним и не выделять гетерофазы в результате комплексообразования или иных физических или химических процессов.

Результатом реакции в идеальном варианте должно быть только целевое отравляющее вещество, отсюда предпочтительными в бинарных боеприпасах являются реакции присоединения или изомеризации. В реакциях замещения, наиболее распространенных в органической химии, вещества, образующиеся одновременно с целевым продуктом, должны обладать возможно меньшей молекулярной массой. Желательно также, чтобы они сами обладали высокой токсичностью или являлись пропеллентами ОВ.

Большую сложность представляет и выбор компонентов снаряжения бинарных боеприпасов. Прежде всего,  они должны обладать низкой токсичностью и при хранении не взаимодействовать с влагой и составными частями воздуха, не выделять газообразных продуктов разложения и не разрушать материал контейнера. Лучше, если компоненты представляют собой низкозамерзающие жидкости, хорошо смешивающиеся между собой после разрушения разделяющих их перегородок. Компоненты снаряжения должны быть доступными для производства на обычных химических заводах, недорогими и находить применение в мирных целях.

Уже этот перечень требований значительно сужает круг промежуточных продуктов синтеза ОВ в бинарных боеприпасах и ограничивает набор пригодных для этой цели способов получения отравляющих веществ.

В бинарных боеприпасах применяют компоненты синтеза GB, VX, а также веществ «с промежуточной летучестью», которые по тактическим характеристикам и токсичности занимают среднее положение между GB и VX. Не исключено, что к числу таких веществ относятся GD или другие высокотоксичные эфиры алкил-фторфосфоновых кислот. Безусловно, нельзя исключать и возможность разработки химических боеприпасов бинарного снаряжения компонентами других ОВ.

КОМПОНЕНТЫ СНАРЯЖЕНИЯ GB-2 и GD-2

Одним из компонентов снаряжения GB-2 является дифторангидрид метилфосфоновой кислоты (DF), другим — смесь изопропилового спирта (IP) с акцептором фтористого водорода (KZ), представляющим собой амин или одну из кислот Льюиса, например растворимый в спиртах галогенид бора.

Дифторангидрид  метилфосфоновой кислоты находит ограниченное применение в промышленности, главным образом в производстве некоторых пестицидов. Это бесцветная, прозрачная жидкость, не имеющая запаха, с плотностью при температуре 20°С 1,367 г/см3. Соединение смешивается с инертными органическими растворителями, температура кипения 99°С, максимальная концентрация пара при температуре 20°С 153,6 мг/л. Температура начала кристаллизации  минус 37°С. Дифторангидрид метилфосфоновой кислоты относительно токсичен для теплокровных животных.

Изопропиловый спирт применяемся в промышленности в качестве промежуточного продукта синтеза ацетона дегидрированием или неполным окислением.

Изопропиловый спирт — бесцветная, прозрачная жидкость со специфическим, характерным запахом, плотность 0,7851 г/см3 при температуре 20° С. Он в любых соотношениях смешивается с водой и органическими растворителями, образуя с водой азеотропную смесь (12,6% воды) с температурой кипения 80,3° С. Температура кипения изопропанола 82,4° С, температура плавления минус 89,5° С. Изопропанол обладает слабым раздражающим действием на слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей. Смертельное отравление человека, сопровождающееся отеком легких, наступает при приеме внутрь не менее 0,4 л спирта.

В случае синтеза в бинарных боеприпасах вещества GD вместо изопропанола в контейнер с веществом KZ помещают пинаколиновый спирт.

В промышленности он находит применение в качестве промежуточного продукта синтеза средств борьбы с грызунами — вредителями сельскохозяйственных культур, некоторых парфюмерных и фармацевтических веществ.

Пинаколиновый спирт представляет собой бесцветную, прозрачную жидкость со слабым камфарным запахом, плотность 0,8187 при температуре 20° С. Растворимость спирта в воде около 0,2% при температуре 20°С, в органических растворителях — хорошая. С водой образует азеотропную смесь (31,4% воды), кипящую при температуре 90,7° С. Температура кипения пинаколинового спирта 121° С, максимальная концентрация пара 47 мг/л при температуре 20° С, температура плавления 4—5,5° С. Физиологическая активность и химические свойства мало отличаются от активности и свойств изопропанола.

КОМПОНЕНТЫ СНАРЯЖЕНИЯ VX-2

В качестве промежуточных продуктов синтеза VX в артиллерийских снарядах, химических авиационных бомбах, кассетах и выливных авиационных приборах применяют О-(р-диизопрэпиламипоэтил)-О-этилметилфосфонит (QL) и вещество NM, в роли которого выступает порошкообразная сера или диметилполисульфид с содержанием 4—6 атомов серы. В процессе экзотермической реакции образуется О-этил-О-(р-диизопропиламиноэтил)-метилтионфосфонат, который за счет выделяющегося тепла изомеризуется в VX.

Вещество QL является промежуточным продуктом синтеза VX и других физиологически активных соединений — производных метилфосфоновой и метилтиофосфоновой кислот. Это бесцветная, прозрачная жидкость, постепенно приобретающая при хранении желто-коричневую окраску. Обладает специфическим рыбным запахом. Плотность QL 0,85 г/см3 при температуре 25° С. Соединение плохо растворяется в воде и смешивается с органическими растворителями. Температура кипения 235° С. Ориентировочная токсодоза для человека при кожной резорбции LD50 180 мг/кг.

ОЦЕНКА БИНАРНЫХ СИСТЕМ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ

В последние годы в США заметно усилилась пропаганда идеи создания бинарных боеприпасов, в которой подчеркивается возможность иметь совершенное химическое оружие с одновременным исключением опасности случайных поражений при производстве веществ, снаряжении боеприпасов, транспортировании и хранении последних. Одновременно акцентируется внимание на том, что финансовые затраты на все перечисленные операции снижаются, поскольку могут быть сокращены необходимые для их осуществления технические требования безопасности.

Зарубежные специалисты полагают, что переход на бинарное оружие позволит в случае необходимости быстрее развернуть массовое производство ОВ по сравнению с унитарными. Это объясняется тем, что синтез унитарных ОВ и снаряжение ими боеприпасов осуществляются только на специально оборудованных и укомплектованных квалифицированным персоналом заводах, в то время как для производства нетоксичных компонентов бинарного снаряжения можно быстро приспособить обычные химические заводы, выпускающие продукцию мирного назначения.

С переходом на бинарные боеприпасы резко возрастает общее число ядов, которые потенциально могут быть использованы в качестве отравляющих веществ. Одним из основных требований к ОВ наряду с их высокой токсичностью является устойчивость при хранении. Мало того, что могут быть значительно увеличены сроки хранения компонентов снаряжения, являющихся промежуточными продуктами получения фосфорорганических или других известных ОВ, но в бинарных боеприпасах могут синтезироваться и такие яды, которые прежде считались непригодными на роль отравляющих веществ из-за низкой химической устойчивости и плохой хранимости.

Бинарные боеприпасы позволяют варьировать отравляющими веществами в зависимости от задач, решаемых с помощью химического оружия. Достаточно, например, в бинарном снаряде с компонентами снаряжения GB-2 заменить контейнер с изопропанолом на контейнер с пинаколиновым спиртом, чтобы при выстреле боеприпаса образовалось вещество GD. Подобным же образом возможна замена контейнера с QL в боеприпасах — реакторах VX на контейнеры с другими амино-спиртами. При этом образуются гомологи VX с различной летучестью и кожной проницаемостью.

Важным достоинством бинарных боеприпасов является упрощение задач по их уничтожению. Насколько трудоемки и сложны данные задачи применительно к унитарным ОВ, можно судить по планируемым финансовым затратам на эти цели. Считают, что на уничтожение хранящихся в США запасов отравляющих веществ потребуется около 4 млрд долларов.

С военной точки зрения бинарные системы химического оружия практически лишены преимуществ по сравнению с унитарным химическим оружием. Бинарные боеприпасы характеризуются меньшей боевой эффективностью, меньшей точностью предсказания результатов применения, ограниченным числом выполняемых с их помощью боевых задач и в определенной мере большей легкостью защиты от их воздействия.

Снижение боевой эффективности бинарных химических боеприпасов по сравнению с унитарными обусловлено прежде всего меньшим количеством ОВ в районе цели и, следовательно, увеличенным расходом боеприпасов для выполнения одних и тех же задач. Причин здесь несколько. Во-первых, технические устройства для изоляции компонентов снаряжения друг от друга, последующего соединения и перемешивания компонентов имеют некоторую массу и занимают определенную часть внутреннего пространства боеприпаса за счет ОВ.

Во-вторых, выход отравляющего вещества за время доставки боеприпаса к цели составляет всего 70—80%, т. е. «полезная масса» бинарного боеприпаса ниже, чем унитарного. Отсюда будут меньшими поражаемая площадь или зараженный объем воздуха. В целом по боевой эффективности бинарные химические боеприпасы на 30—35% уступают унитарным при одинаковом расходе.

Низок и осколочный эффект бинарных артиллерийских снарядов, поскольку заряд взрывчатого вещества в них меньше, чем у осколочных артиллерийских боеприпасов, и укорочен по длине. Боевой эффект 155-мм гаубичного снаряда с GB-2 по живой силе в противогазах, по некоторым оценкам зарубежных специалистов, наполовину меньше боевого эффекта осколочных боеприпасов того же калибра.

Серьезно сказывается на боевой эффективности бинарного химического оружия ограничение систем применения этого оружия. Полностью непригодны для боевого использования, например, наземные фугасы, а также артиллерия и минометы с небольшой дальностью стрельбы.

Определенную сложность представляет снабжение войск компонентами снаряжения бинарных боеприпасов, поскольку их необходимо транспортировать на двух независимых транспортных средствах.

Более низкая точность предсказания результатов применения бинарного химического оружия обусловлена, с одной стороны, сложностью конструкции боеприпасов, влияющей на их надежность, с другой стороны, возможностью сгорания некоторых легковоспламеняющихся соединений, например спиртов.

Сокращение числа боевых задач, решаемых с помощью бинарных систем, по сравнению с унитарным химическим оружием объясняется тем, что для образования ОВ из малотоксичных компонентов снаряжения требуется некоторое время. Это время различно для разных химических реакций и составляет в существующих бинарных боеприпасах 10—20 с. Следовательно, бинарные боеприпасы невозможно применять по близким целям или сбрасывать с низко летящих самолетов. При применении бинарных боеприпасов с компонентами синтеза нестойких ОВ требуется более точно учитывать время непосредственного воздействия отравляющих веществ на живую силу противника, ибо нестойкие ОВ вскоре после раскрытия боевой оболочки превращаются в малотоксичные соединения или рассеиваются в атмосфере.

Относительная легкость защиты от воздействия ОВ, примененных с использованием бинарных боеприпасов, объясняется несколькими причинами. В ряде случаев боевая концентрация пара ОВ может создаваться за счет образования ОВ из нетоксичных компонентов «в капле» в течение некоторого времени после разрыва. Этого времени может оказаться достаточно для надевания живой силой, подвергшейся химическому нападению, противогазов и, возможно, даже для оставления зоны заражения. В результате теряется такой важный фактор применения химического оружия, как внезапность.

Кроме того, некоторые компоненты снаряжения бинарных боеприпасов или побочные продукты образования ОВ обладают специфическим запахом, раздражающим действием на глаза, верхние дыхательные пути или дымят на воздухе. Таковы, например, галоидангидриды кислот, галоиды, галоидоводородные кислоты, некоторые спирты, меркаптаны. Это также позволяет своевременно принять меры защиты. В ряде случаев использованию средств защиты может способствовать срабатывание приборов химической разведки от воздействия непрореагировавших компонентов снаряжения и продуктов их побочных реакций.

Таким образом, бинарные системы химического оружия, несмотря на достоинства, по мнению зарубежных военных специалистов, нуждаются в дальнейшем совершенствовании.

Источники:

Александров В. Н., Емельянов В. И. «Отравляющие вещества» М. Воениздат 1990