В) Составы маскирующего и помехового действия

1) Целевые продукты

Максимальное рассеяние излучения и ослабление, обусловленное главным образом рассеянием, может быть обеспечено при значениях параметра дифракции , равных 1-4 (в зависимости от величины показателя преломления). Соответственно для противодействия изделиям, работающим в видимом диапазоне спектра, требуются аэрозоли с радиусом частиц примерно от 0,06 до 0,30 мкм, в ближней ИК области от 0,10 до 0,60 мкм, средней ИК области от 0,30 до 2,20 мкм и дальней ИК-области от 1,30 до 5,60 мкм.

Термоконденсационный способ получения аэрозолей обеспечивает увеличение размеров аэрозолеобразующих частиц повышением давления паров аэрозолеобразующего вещества в зоне аэрозолеобразования, что приводит к увеличению скорости его осаждения на ядрах конденсации. Давление паров аэрозолеобразователя можно повысить изменением рецептуры состава и конструкции дымовыходного узла изделия, например, введением в него камеры предварительной конденсации. Образование большого количества первичных частиц способствует увеличению их размера благодаря коагуляции. Тем не менее, размеры частиц конденсационных аэрозолей, получаемых при горении термовозгоночных составов (возгонка готового аэрозолеобразователя), обычно много меньше 0,1 мкм. Благодаря рассеянию термовозгоночные составы могут быть достаточно эффективными только в видимом диапазоне спектра.

Некоторого увеличения размеров частиц достигают использованием в процессе аэрозолеобразования кислорода воздуха (составы с избыточным содержанием металлического горючего). Для обеспечения маскирующей способности аэрозоль оксида должен иметь размер частиц более 0,1 мкм (рисунок 17а). Довольно существенное увеличение размеров обеспечивается конденсацией на гигроскопических частицах атмосферной влаги. Поскольку гигроскопичные вещества не могут являться компонентами ни при унитарном, ни при раздельном заряжании, такие аэрозолеобразователи (в первую очередь кислоты и соли) могут быть получены только в результате реакции, т.е. при горении термохимических составов. Окончательный размер аэрозольной частицы предопределен ее начальным размером. Начальная частица аэрозоля может присоединить к себе уже строго определенное количество атмосферной влаги, определяемое равновесной концентрацией дымовой частицы при относительной влажности окружающего воздуха во время постановки аэрозольной завесы.

Наибольший массовый выход и размер частиц аэрозоля получаются при горении фосфора и фосфорсодержащих составов (РР₂О₅ НРО₃, Н₄Р₂О₇, Н₃РО₄разбавленные НРО₃, Н₄Р₂О₇, Н₃РО₄); меньшие значения этих характеристик достигаются при горении составов, генерирующих хлориды металлов (Ме+ClMe_xCl_yразбавленные растворы Me_xCl_y, Ме_xCL_ynH₂O, Ме_x(OH)_mCl_y-m, HCl). Такие термохимические составы генерируют аэрозоли, рассеивающие излучение в видимом и ближнем ИК диапазоне спектра. Например, из рисунка 17б следует, что высокое расчетное значение IIMС одновременно на длине волны максимальной чувствительности глаза (0,55 мкм) и в области полос поглощения достигается при радиусе частиц фосфорного аэрозоля, приблизительно равном 0,5 мкм. ПМС водных растворов хлоридов металлов в длинноволновой области спектра (7 – 11 мкм} практически равна нулю. МС термохимических составов в видимой области спектра выше требуемой. Все термохимические составы могут обеспечить аэрозольную дефокусировку лазеров, генерирующих излучение видимого и ближнего ИК диапазона.

а	б
Рисунок 17. Зависимость ПМС аэрозоля оксида магния (а) и 40% ортофосфорной кислоты (б) от длины волны излучения при различных радиусах частиц

Для обеспечения широкого спектрального диапазона маскирующего действия аэрозольной завесы требуется постоянство объемного показателя поглощения при переходе из видимого в ИК диапазон излучения. Расчет функции

,

полностью определяющей спектральный ход и величину объемного коэффициента ослабления при С_V = const, показал (рисунок 18), что для модели широкозонной аэрозольной завесы с n =1,33 и  = 0 оптимальным размером частиц аэрозолей является r  5-7 мкм.

Рисунок 18 – Зависимость от длины волны излучения при различных радиусах частиц с n = 1,33

Большие значения n обеспечат большие значения в максимуме и большую зону максимума по , однако большие n характерны для веществ с большой массой атомных ядер и, соответственно с большой плотностью, частицы из которых будут иметь низкую седиментационную устойчивость. Низкую седиментационную устойчивость будут иметь и большие частицы. Скорость седиментации больших частиц может быть снижена, если они будут иметь форму, обеспечивающую большое гидродинамическое сопротивление (парусящие частицы), или пустоты. Высокие значения k_o в широком диапазоне длин волн получены при экспериментальных исследованиях аэрозолей:

• из сферических полых полимерных частиц, образующихся при пневмораспылением полимерной пены;

• из парусящих частиц хлорида аммония, образующихся при взаимодействии аммиака и хлорида водорода в электрическом поле;

• из полученных механическим распылением сферических частиц водного раствора гидросиликата натрия после увеличения их размеров и превращения в полые под воздействием на аэрозоль мощного лазерного излучения.

При малом рассеянии аэрозольное противодействие может быть обеспечено поглощением излучения. Так увеличение k_o фосфорных аэрозолей в области   3,  6,5 и, особенно,   10 мкм объясняется большим значением  водных растворов фосфорных кислот (близко  воды). Для создания широкозонных завес предпочтительнее вещества, хорошо поглощающие излучение во всем диапазоне от  = 0,4 до  = 14 мкм (рисунок 19).

1, 2, 3, 4 — r = 0,5 мкм; 1', 2',3', 4' — r =1,5 мкм; 1, 1' – m = 2-3i; 2,2' – m = 2-5i; 3,3' – m = 2-2i; 4,4' – m = 2-1i Рисунок 19 – Зависимость от длины волны излучения при различных радиусах частиц и значениях m

Расчетная модель сажевого аэрозоля, учитывающая спектральный ход m показывает, что достаточно эффективны размеры частиц более 1,5 мкм (рисунок 20). Промышленную сажу сложно диспергировать при горении пиротехнических составов, поэтому ее целесообразно получать разложением органического компонента состава. Подавляющая часть частиц сажи, образующейся при горении термохимических пиротехнических составов, как и частиц любого термоконденсационного аэрозоля, имеет размеры, меньшие на 1-2 порядка. Меньшая часть сажевых частиц представляет собой быстро оседающие крупные цепочки или хлопья, образовавшиеся вследствие эффекта поляризации вещества и большого коэффициента диффузии частиц. Изделия, основанные на диспергировании углеродных волокон взрывом, могут создать аэрозольные облака с временем жизни порядка нескольких десятков секунд, эффективно ослабляющие излучение в дальнем диапазоне ИК спектра. Однако их можно применять только при фронтальном ветре. Фланговый ветер быстро снесет облако диспергированного вещества с линии оператор-цель, в результате чего аэрозольное противодействие не будет обеспечено.

а	б
Рисунок 20 – Зависимость и ПМС сажи от длины волны излучения при различных радиусах частиц

Более устойчивые завесы позволяет получить использование интеркалированного графита. Частицы такого графита вспучиваются при нагреве, в том числе в волне горения пиротехнического состава, и образуют пористые пластинчатые легкие частицы (рисунок 21), обладающие высокой поглощающей способностью по отношению к электромагнитному излучению.

Рисунок 21 – Электронный микроснимок аэрозольной частицы вспученного графита (масштаб 1:200 мкм)

Аэрозольные завесы для противодействия телевизионной ГСН, состоящие из зон с резкой границей между ними, создают, используя комбинацию пиротехнических изделий, образующих зоны черного и белого цвета. Поскольку к таким завесам не предъявляется требование эффективности в ИК диапазоне, для получения черного аэрозоля могут применяться термохимические сажеобразующие составы, для получения белого аэрозоля – термовозгоночные составы, включающие готовый легковозгоняющийся аэрозолеобразователь белого цвета, или термохимические составы, при горении которых белый аэрозоль образуется в результате реакции. Термохимический аэрозоль белого цвета может быть получен из оксидов, солей, кислот, при этом гигроскопичные вещества будут обеспечивать большую оптическую плотность аэрозоля. Время действия этих изделий и, следовательно, скорости горения составов должны быть одинаковыми, что ограничивает выбор составов. Для защиты от СИЯВ целесообразно использовать аэрозоли не рассеивающие, а поглощающие видимое излучение. Размер частиц сажевого аэрозоля может быть меньше 0,5 мкм (рисунок 21), что обеспечивают пиротехнические термохимические составы, но для защиты большой территории требуется очень большой расход аэрозольных изделий.

Для противодействия средствам наведения, работающим только в видимом диапазоне, могут быть использованы цветные аэрозольные завесы. Необходимо обеспечить снижение контраста цвета аэрозоля и фона (например, желтый аэрозоль в пустыне) до величины, меньшей цветового порога чувствительности глаза, или различия в спектре излучения, отраженного от аэрозоля и фона, до величины, меньшей порога чувствительности соответствующего прибора. Маскирующая завеса, имеющая цвет фона может иметь гораздо меньшие размеры, чем отличающаяся по цвету.

Аэрозоль окрашенного вещества можно получить диспергационным (рассеяние порошка взрывом) и термоконденсационным (термовозгоночным или термохимическим) методами. Неорганические окрашенные вещества, как правило, имеют высокую температуру испарения, поэтому в аэрозольном состоянии их удобнее получать термохимическим методом. Они всегда содержат атомы тяжелых металлов, имеют высокую плотность, и частицы из них быстро оседают. Органические окрашенные вещества также можно получить в процессе горения состава, например окислением неокрашенных (белый антраценжелтый антрахинон). Более простым является испарение готовых органических красителей, но из-за их высокой стоимости постановка площадных завес считается нецелесообразной. Экономию красителя могла бы обеспечить конденсация красителя слоем необходимой величины на ядрах из более дешевого вещества.

При использовании составов, МС которых возрастает с одновременным повышением их теплотворной способности, увеличения длины непросматриваемой части завесы (или снижения ММ) можно и не достичь. Причина этого заключается в том, что, если не принять конструктивных мер, температура аэрозоля, выходящего из изделия, будет высокой. В результате этого, аэрозольная завеса, как теплый пузырь, под действием архимедовой силы начнет «всплывать». Масса аэрозоля на линии визирования резко уменьшится, и вследствие снижения С_m может возрасти массовый расход. Такая завеса сохраняет свои свойства при противодействии воздушным средствам обнаружения.

Свечение завесы в ИК диапазоне можно получить за счет:

• ИК излучения факела горящего пиротехнического состава. В этом случае яркость завесы формируется как рассеянием на аэрозольных частицах фотонов, испускаемых факелом, таки их поглощением с последующим переизлучением;

• тепла, выделяющегося при горении пиротехнического состава и переносимого воздушным потоком по направлению ветра. Вследствие мгновенного выравнивания температуры аэрозольных частиц с окружающим воздухом (это время для пиротехнических аэрозолей составляет 10^-4 с) температура частиц практически совпадает с температурой воздуха в завесе. Даже в случае незначительного нагрева воздуха в завесе аэрозольное образование будет светиться в ИК диапазоне;

• тепла, выделяющегося в процессе химических экзотермических реакций, происходящих в самой аэрозольной частице;

• нагрева частиц солнечным излучением с последующим переизлучением в ИК области спектра. Это не может быть использовано в условиях облачности и в ночное время.

Тепловыделение в частицах обеспечивает участие в аэрозолеобразовании влаги воздуха – гидратация оксидов неметаллов, гидратация и гидролиз хлоридов металлов, растворение кислот и некоторых солей в воде.