По данным зарубежной печати, к настоящему времени американские специалисты выработали основные требования к средствам защиты глаз, определили наиболее перспективные научно-технические направления в данной области, создали значительное количество экспериментальных защитных устройств, провели обширные медицинские исследования, выявившие опасность поражения органов зрения в зависимости от вида и мощности взрыва, прозрачности атмосферы, времени суток и т. д.
По мнению иностранных специалистов, световое излучение ядерного взрыва представляет большую опасность для экипажей самолётов и вертолётов. Радиус действия этого поражающего фактора намного превышает радиус действия ударной волны и проникающей радиации. Световое излучение может вызвать временное ослепление, ожоги век, глазного яблока, глазного дна и открытых участков кожи.
Временное ослепление, представляющее собой функциональную форму расстройства органов зрения, считается наиболее лёгким, но очень опасным поражением, вызываемым световым излучением.
Американские специалисты считают, что человек, временно ослеплённый световым излучением, в лечении не нуждается, так как органы зрения самопроизвольно приходят в норму без остаточных патологических изменений.
Ожоги век и переднего отдела глазного яблока возникают вследствие направленного воздействия видимого и инфракрасного спектров излучении ядерного взрыва. При этом поражение глаз может сопровождаться ожогами лица и других открытых участков кожи. Такое комбинированное поражение выводит личный состав из строя на длительное время и требует лечения.
Ожоги глазного дна (хориоретинальные ожоги) могут возникнуть, когда световое излучение огненного шара ядерного взрыва сфокусируется преломляющими средствами глаза на его дно. Такой ожог, как правило, не приводит к ухудшению зрения. Однако если свет, излучаемый огненным шаром, полностью или частично сфокусируется на жёлтое пятно и диск зрительного нерва, то соответственно может наступить полная, неизлечимая слепота или существенное, непроходящее ослабление зрения. В отличие от других видов поражения глаз появление хориоретинальных ожогов может происходить на значительных удалениях от эпицентра ядерного взрыва, при которых разрешающей способности глаза ещё достаточно, чтобы воспринять огненный шар как светящуюся точку. Эти расстояния зависят от светопоглощающих и светорассеивающих свойств атмосферы. Предельные значения расстояний от эпицентра ядерного взрыва мощностью 20 кт, при которых могут наблюдаться ожоги глазного дна, приводятся в табл. 1.
Таблица 1. Предельные расстояния от эпицентра взрыва мощностью 20 кт, на которых возникают ожоги глазного дна
При термоядерных взрывах большой мощности такие расстояния исчисляются сотнями километров. Например, при взрыве американского термоядерного боеприпаса с тротиловым эквивалентом 1 Mт на высоте 80 км, произведённом ночью над Тихим океаном, хориоретинальные ожоги наблюдались у подопытных кроликов, находящихся более чем в 500 км от эпицентра взрыва.
Ультрафиолетовая часть спектра светового излучения, которая особенно значительна при высотных ядерных взрывах, может вызвать специфическое поражение глаз с симптомами рези, светобоязни и слезотечения, а также острые конъюнктивиты и другие болезненные явления. При низких воздушных взрывах на сравнительно небольших удалениях от их эпицентров указанные симптомы в большинстве случаев оказываются незамеченными на фоне других видов поражении, вызванных действием видимого и инфракрасного спектров излучений. При высотных взрывах ультрафиолетовое излучение может вызвать самостоятельный поражающий эффект. При этом экипажи самолётов и вертолётов, находящихся в воздухе, окажутся в менее выгодных условиях по сравнению с личным составом, расположенным на земле (море), так как они будут лететь над приземным слоем атмосферы, загрязнённым пылью и насыщенным влагой, в котором ультрафиолетовое излучение в значительной степени ослабляется. По данным зарубежной печати, поражения, вызванные действием ультрафиолетового излучения, при правильном лечении проходят в течение нескольких дней.
Рассматривая приведённые выше данные, иностранные специалисты считают, что световое излучение ядерного взрыва может вывести из строя на сравнительно продолжительный срок личный состав любых родов войск, но с различными последствиями. Поражение лётчиков, например, может привести к катастрофам самолётов и вертолётов. По мнению американских специалистов, предельно допустимое время ослепления лётчика современного самолёта, выполняющего вираж, составляет всего 5 с. Это время принято за норматив при обосновании требований к средствам защиты глаз членов экипажей самолётов ВВС США.
При создании первых средств защиты глаз использовались светофильтры постоянной плотности. В результате проведённых исследовании иностранные специалисты пришли к выводу, что эффективная защита возможна при оптической плотности светофильтров, обеспечивающих ослабление светового потока на 3-4 порядка. Однако очками с такими плотными светофильтрами в обычных условиях пользоваться невозможно. Поэтому для обеспечения достаточной видимости хотя бы в дневное время первоначально были созданы табельные полётные очки из прозрачной пластмассы с золотым покрытием, имеющие оптическую плотность 2 (светопропускание 1%), а впоследствии с оптической плотностью 1,3 (светопропускание около 2%). Однако, по мнению американских специалистов, очки со светофильтрами постоянной плотности ненадёжны, так как их защитное действие ограничивается лишь снижением продолжительности временного ослепления (в среднем на 1/3).
Кроме того, эффективность таких очков зависит от времени упреждения их применения по отношению к моменту ядерного взрыва (то есть от интервала времени между их надеванием и взрывом). Это связано с различной скоростью реакции зрачка на свет и темноту. Обычно при смене темноты на яркий свет процесс сокращения зрачка завершается за 3-5 с, расширение же его при смене яркого света на темноту происходит в течение более длительного времени.
Другим табельным средством защиты глаз от светового излучения ядерного взрыва, имеющимся в ВВС США и некоторых других капиталистических странах, является монокулярная экранирующая заслонка (рис. 1). Она представляет собой зачернённый с внутренней стороны металлический выпуклый лепесток с Т-образным кронштейном, горизонтальная часть которого покрыта клейким веществом, позволяющим прикреплять заслонку к надбровной дуге и закрывать ею один глаз. В этом случае, если лётчик попадёт под воздействие светового излучения, то ослеплению подвергнется только один незащищённый глаз. Сняв заслонку с защищённого глаза, он сможет при соответствующей натренированности продолжать выполнение боевой задачи. Монокулярная заслонка относится к числу простейших и наиболее дешёвых средств, которые в отличие от тёмных очков можно применять не только в дневное, но и в ночное время. К явным её недостаткам относится потеря бинокулярного стереоскопического зрении и вероятность получения ожога незащищённого глаза.
Рис. 1. Монокулярная экранирующая заслонка
К простейшим средствам защиты глаз, испытывавшимся в ВВС США, относятся щелевые очки. Их защитное действие основано на значительном ограничении поля зрения, что снижает вероятность ожога глаз и значительно сокращает продолжительность временного ослепления. Однако эти очки заметно увеличивают напряжение человека, сковывают его действия и в конечном счёте оказывают отрицательное влияние на его боеспособность. Американские специалисты признали их полностью непригодными для практического использования лётными экипажами.
Примерно по такому же принципу действуют и защитные экраны, выполненные в виде козырьков, боковых щитков и шторок. Они испытывались в ВВС США на истребителях-бомбардировщиках F-111. Как сообщает иностранная печать, испытания показали, что такие шторки и щитки могут лишь частично защитить глаза членов экипажа и оборудование кабины.
По мнению иностранных специалистов, светофильтры постоянной плотности, монокулярные заслонки и другие средства предварительного экранирования органов зрения не могут надёжно защитить их от поражения световым излучением ядерного взрыва. Выполнив определённые исследования, американские специалисты пришли к выводу, что гарантированную защиту глаз от светового излучения в состоянии обеспечить только защитные устройства принципиально другого типа, получившие название динамических. Они представляют собой очки со специальными светофильтрами — автоматическими затворами, прерывающими световой поток в начальной стадии излучения. В США разработаны основные требования к таким средствам защиты (табл. 2).
Таблица 2. Основные требования и динамическим защитным устройствам
Как сообщает зарубежная печать, в США проводились исследования двух разновидностей динамических защитных устройств: прямого и косвенного действия.
В устройствах прямого действия в качестве рабочего элемента использовались светофильтры, оптическая плотность которых резко увеличивается в результате непосредственного воздействия светового излучения. Например, фотохромные (фототропные) светофильтры обладают способностью под воздействием коротковолновой составляющей светового излучения приобретать голубую окраску, исчезающую в темноте или под воздействием длинноволновой составляющей. Для создания защитных очков в США было синтезировано большое количество фотохромных химических соединений, быстро реагирующих на коротковолновую составляющую светового излучения. Американские специалисты считали, что, располагая такими веществами и вводя их в различных концентрациях в бесцветные стекла или плёнки, можно создать светофильтры, которые при условии почти одновременного перехода всех фотохромных молекул в окрашенную форму достигнут любой заданной оптической плотности в течение нескольких десятков микросекунд. Для этого необходимо было выполнить лишь одно условие: одновременно воздействовать коротковолновым излучением на все молекулы фотохромного вещества, находящегося в массе светофильтра.
Однако было установлено, что это условие естественным путём на практике не реализуется по двум основным причинам. Первая из них заключается в том, что световое излучение ядерного взрыва имеет смешанный, меняющийся во времени спектральный состав, ощутимую долю которого составляет длинноволновый свет, тормозящий переход фотохромных веществ в окрашенную форму. Другая причина обусловлена экранирующим действием поверхностного слоя светофильтра, который, окрашиваясь раньше остальной его массы, препятствует облучению распределённых в глубине светофильтра фотохромных веществ. В связи с этим, как отмечается в зарубежной печати, динамические защитные средства прямого действия в ВВС США не используются.
В защитных устройствах косвенного действия световая энергия, воздействуя на светочувствительный элемент, преобразуется в электрический сигнал, поступающий в дискриминатор импульсов, который задерживает и гасит ложные сигналы, возбуждённые другими источниками света, а пропускает сигналы, возбуждённые начальной фазой светового излучения ядерного взрыва. Этот сигнал усиливается и приводит в действие защитный затвор.
В 1957 году американские специалисты приступили к созданию первых защитных устройств косвенного действия. Это были электромеханические растровые защитные очки, состоящие из неподвижных пластинок с чередующимися вертикальными прозрачными и непрозрачными полосами. Ширина прозрачных полос была несколько меньше, а непрозрачных несколько больше 1,5 мм. Точно такие же полосы имелись на подвижных пластинках, вплотную прилегающих к неподвижным и передвигающихся в горизонтальном направлении.
При открытом затворе непрозрачные и прозрачные полосы подвижных и неподвижных пластин совмещались и к глазам поступало 30- 40% падающего на них света. При срабатывании затвора от воздействия светового излучения подвижные пластины смещались относительно неподвижных на 1,5 мм, и прозрачные полосы обеих пластин взаимно перекрывались непрозрачными полосами. Светопропускание очков в закрытом состоянии составляло 0,01% (оптическая плотность 4), однако скорость срабатывания лежала в пределах 250-560 мкс, то есть была недостаточной для гарантированной защиты глаз.
Учитывая большие трудности создания затворов механического действия с необходимыми скоростными характеристиками и ряд выявившихся существенных эксплуатационных недостатков электромеханических очков (они, в частности, плохо совмещались с полётными шлемами), американские специалисты приступили к разработке защитных затворов на основе других научно-технических решений. По данным зарубежной печати, наиболее удачными оказались электрооптические, инжекционные и фотохромные затворы.
Действие электрооптических затворов основано на принципах, используемых в ряде физических приборов и заключающихся в особых свойствах поляризованного света. Их оптическая система состоит из двух поляризационных светофильтров — поляризатора и анализатора, между которыми расположен промежуточный элемент, обладающий свойством мгновенно поворачивать плоскость линейно-поляризованного света на заданный угол, под воздействием определённых искусственно создаваемых условий. Параметры промежуточного элемента подбираются таким образом, чтобы указанный угол был равен 90°, что обусловливает практически полное гашение светового потока анализатором. Промежуточный элемент проявляет необходимые оптические свойства под воздействием одного из следующих факторов: электрического поля, магнитного поля и механического сжатия, которые могут быть вызваны электрическим импульсом.
Один из таких затворов в качестве промежуточного элемента имеет кювету из оптического стекла, наполненную раствором нитробензола, обладающего большим дипольным моментом. В обычных условиях молекулы нитробензола находятся в хаотическом состоянии и не оказывают влияния на поляризованный свет, в результате чего он почти беспрепятственно проходит через оптическую систему. При подаче электрического напряжения на электроды, между которыми находится кювета, молекулы нитробензола выстраиваются вдоль силовых линий возникшего электрического поля, раствор приобретает свойства двоякопреломляющей среды, поворачивающей плоскость поляризации света, и световой поток прерывается.
После воздействия светового излучения на светочувствительный элемент защитного устройства через 1-2 мкс оптическая плотность затвора достигает величины, равной 6 (светопропускание 0,0001%), но затем плотность начинает быстро уменьшаться, через 100 мкс её значение снижается до 3 (светопропускание 0,1%), а через 1 мс — до 1 (светопропускание 10%), что соответствует почти открытому состоянию данного затвора. Эффективное использование этого затвора возможно только в таких защитных устройствах, которые имеют дополнительный затвор, обладающий сравнительно небольшой скоростью срабатывания, но продолжительным временем защитного действия.
В другом варианте электрооптического затвора в качестве промежуточного элемента используется пластинка из специального стекла, зажатая между двумя горизонтальными вольфрамо-карбидными брусками, концы которых соединены вертикальными столбиками из пьезоэлектрической керамики (рис. 2). При прохождении через столбики электрического тока они сокращаются и сдавливают пластинку. В результате она приобретает свойства двоякопреломляющего светофильтра. В открытом состоянии затвор пропускает 20% падающего света. Время срабатывания такого затвора около 100 мкс, максимальная оптическая плотность 3 (светопропускание 0,1%). Переход затвора в открытое состояние происходит мгновенно, сразу же после снятия напряжения с пьезоэлектрических столбиков.
Рис. 2. Схема электрооптического затвора: 1 — поляризатор; 2 — пьезоэлектрические наборные столбики; 3 — нижний брусок; 4 — верхний брусок; 5 — анализатор; 6 — стеклянная пластинка
Американские специалисты отмечают, что электрооптические затворы можно использовать в основном для совмещения с другими оптическими приборами, а изготовление защитных очков на их основе перспективы не имеет, так как они существенно ограничивают поле зрения.
При создании средств защиты глаз от светового излучения ядерного взрыва американские специалисты уделяют значительное внимание разработке инжекционных затворов. Один из таких затворов выполнен в виде щитка, устанавливаемого вместо очков перед глазами пилота. Он состоит из двух прозрачных изогнутых пластин с герметизированным воздушным промежутком между ними. По периферии воздушного промежутка вмонтированы электродетонаторы, которые срабатывают от электрического импульса и распыляют графитовую коллоидную суспензию, покрывающую внутренние поверхности пластин, увеличивая оптическую плотность щитка до 3 единиц и более, прерывая тем самым прохождение светового потока к глазам лётчика. В открытом состоянии такой щиток пропускал 80-90% падающего света, а в закрытом — 0,1% и менее. Аналогичными характеристиками обладает и другой вариант созданного в США защитного инжекционного щитка, в котором полость заполняется непроницаемой для света жидкостью (нитрил олеиновой кислоты).
Лабораторные и лётные испытания инжекционных защитных устройств, проведённые американскими специалистами, в целом показали положительные результаты. Вместе с тем была отмечена необходимость увеличения скорости их срабатывания и повышения надёжности, а также сокращения времени, на которое лётчик отвлекался от управления самолётом при замене сработавших щитков.
Одновременно с инжекционными щитками разрабатывались фотохромные защитные очки косвенного действия. Один из их опытных вариантов показан на рис. 3. Основу каждой половины очков составляет защитный затвор, состоящий из двух кварцевых клиньев, между которыми диагонально расположена щель шириной 0,25 мм, заполненная толуоловым раствором фотохромного вещества. Снизу и сверху кварцевых клиньев вмонтированы ультрафиолетовые излучатели (ксеноновые лампы-вспышки). Очки оснащены несколькими вспомогательными светофильтрами различного назначения (с постоянной оптической плотностью). Работоспособность затвора составляет 150 циклов «потемнение — восстановление прозрачности», после чего постепенно начинает ощущаться возрастающее явление усталости фотохромного компонента. Электрическая схема устройства включает батарею конденсаторов, которая за 1,5 с заряжается до напряжения 3500 В от бортового источника электропитания. Срабатывание затвора происходит следующим образом: световое излучение воздействует на чувствительный элемент, который подаёт электрический сигнал на пусковое устройство, включающее конденсаторные батареи на разряд через ксеноновые лампы (примерно 190 мкс после начала воздействия светового излучения взрыва). Оптическая плотность этих очков достигает 3-3,3. Восстановление прозрачности сработавшего затвора (после прекращения светового излучения) происходит через 3,2 с. Во время лабораторных и лётных испытаний на самолёте В-52, кроме защитных свойств очков, оценивались их эксплуатационные характеристики, проверялось их влияние на восприятие дальних и ближних предметов, на аккомодацию, конвергенцию, стереоскопичность и цветовую чувствительность органов зрения. Иностранная печать отмечает, что по всем указанным критериям очки показали удовлетворительные результаты.
Рис. 3. Устройство фотохромных очков косвенного действия: 1 — щель, заполненная раствором фотохромного вещества; 2 — кварцевые клинья; 3 — светофильтры; 4 — ультрафиолетовые светофильтры; 5 — ксеноновые лампы вспышки; 6 — отражатели
Как сообщала зарубежная печать, специалисты США и других капиталистических стран при создании средств защиты глаз членов экипажей самолётов и вертолётов военной авиации используют новейшие достижения науки и техники. В частности, исследуются возможности применения для этих целей новых материалов, электронных устройств и т. д. Военные ведомства этих стран, и прежде всего стран — участниц агрессивного блока НАТО, несмотря па переживаемые капиталистическим миром экономические трудности, затрачивают большие суммы на проведение исследований и опытно-конструкторских работ по созданию таких средств.
Приведённые выше краткие сведения касаются лишь основных, наиболее важных направлений работ в области создания средств защиты глаз членов лётных экипажей от светового излучения ядерного взрыва, проводимых по программам ВВС США. Иностранные военные специалисты отмечают, что разработанные защитные устройства относятся к опытным образцам и требуют улучшения. Однако сам характер работ ещё раз убедительно показывает, что агрессивные империалистические силы продолжают вести активную подготовку к развязыванию войны с применением ядерного оружия.