Противоминная обувь «Пауки»(Spider Boot): эффективная система защиты ног от взрыва противопехотной мины

Вопрос защиты саперов от срабатывания противопехотных мин за счет использования специальной защитной саперной обуви уже достаточно долго изучается конструкторами разных стран мира. На сегодняшний день свои конструкции саперной обуви производятся в нескольких странах, в частности в Канаде, Израиле, Франции. С началом масштабной войны производство саперной обуви началось и в Украине. Вместе с тем, вопрос использования саперной обуви продолжает вызывать дискуссии среди военных саперов. С целью более детального ознакомления профессионального общества предлагаем перевод статьи из журнала «Journal of Conventional Weapons Destruction» за июнь 2000 года, посвященной исследованию эффективности использования саперной обуви Spider Boot.

Противоминная обувь «Пауки»(Spider Boot): эффективная система защиты ног от взрыва противопехотной мины

Шарифул Ислам, Арис Макрис и Денис Бержерон, Med-Eng Systems Inc.

Введение

По состоянию на 2000 год, количество противопехотных мин, установленных по всему миру, оценивалось примерно в 70 миллионов, такие масштабы минирования замедляют экономическое восстановление стран, пострадавших от войны, и приводят к многочисленным случаям невыборочных взрывных травм среди гражданского населения в течение еще длительного времени после окончания военного конфликта. Вопросами разминирования занимаются несколько военных и невоенных организаций, которые либо осуществляют разминирование во время миротворческих операций, либо проводят гуманитарное разминирование.

Довольно часто саперы, выполняющие задачи по разминированию, получают средства индивидуальной защиты (СИЗ), которые не обеспечивают должной защиты от угроз, возникающих во время разминирования. Статистика травматизма подтверждает, что многие саперы, как военные, так и гражданские, становятся жертвами случайных взрывов мин, что приводит к серьезным физическим травмам, потере конечностей и даже к смерти. Когда стопа пострадавшего находится непосредственно на поверхности взрывающейся мины, сила взрыва превышает предельное значение прочности большинства материалов, используемых в защитной саперной обуви. Кроме того, во время взрыва образуется мощная вертикальная ударная волна, действующая на стопу и голень непосредственно над местом взрыва. Если у сапера нет должной защиты ног, существует высокая вероятность ампутации конечности в результате полученной травмы. В случае взрыва больших противопехотных мин происходит разрушение костей голени и суставов. Также происходит разрыв мягких тканей, вследствие чего осколки от поврежденной обуви, корпуса мины или окружающей грязи попадают в голень. Такие поражения часто приводят к увеличению уровня травмы и необходимости ампутации конечности выше по ноге.

В этой статье представлена новая система защиты ног под названием Spider Boot, разработка которой была основана на физических принципах взрывных процессов. Spider Boot обеспечивает безопасное или дистанционное расстояние от взрывающейся мины за счет размещения стопы и голени как можно дальше от взрыва. Его конструктивные особенности обеспечивают значительное уменьшение воздействия взрывного усилия, возникающего во время детонации, на ногу сапера. Эффективность саперной обуви Spider Boot, как это следует из измерений результирующего ускорения и изгиба, проведенных на механической модели человеческой ноги, превышает показатели традиционных конструкций саперной обуви.

Системы защиты стоп для саперов

Современные операции по разминированию подвергают саперов риску случайной детонации мин под стопой. Обувь сапера играет важную роль в защите стопы и значительно влияет на уровень травматизма. Идеальная саперная обувь должна уменьшать все факторы взрыва (избыточное давление, ускорение, образование осколков и тепловое воздействие) до такого уровня, чтобы травмы стопы и голени были сведены к минимуму. Для достижения этой цели было разработано несколько различных конструкций саперной обуви. Традиционный подход заключается в добавлении специальных материалов к подошве обычного ботинка для отклонения и поглощения части энергии взрыва. Другой подход заключается в том, чтобы разместить стопу на высокой платформе, чтобы увеличить расстояние от взрыва. Саперная обувь Spider Boot сочетает оба эти подхода в одной конструкции.

Обычная саперная обувь

Традиционная саперная обувь доступна в свободной продаже. Это обычные армейские ботинки, конструкция которых усовершенствована путем добавления материалов для ослабления передачи основного удара через подошву и для отклонения части ударной волны, возникающей при расширении горячих газов от взрыва мины, от подошвы. В некоторых случаях ослабление ударной волны достигается за счет использования алюминиевых сот, помещенных в V-образный стальной контейнер, чтобы создать разницу сопротивления между соседними материалами. Также с этой целью используются и пористые смолонаполненные материалы. В подобных конструкциях часть энергии взрыва поглощается за счет деформации материала. Подошва также может быть утолщена, тем самым увеличивая противодействие взрыву. По крайней мере один производитель также выпускает сверхвысокие подошвы, которые включают в себя материалы, смягчающие удар и увеличивающие расстояние от взрыва.

На практике противоминная обувь на основе обычных ботинок может обеспечить эффективную защиту от мин, содержащих до 30-50 граммов взрывчатого вещества. Основным недостатком этого типа обуви является то, что она приводит к прямому контакту подошвы с участком грунта, на котором находится взрывчатка. Этот контакт увеличивает передачу ударной волны в подошву. При использовании обычной обуви, нога сапера также располагается непосредственно над миной в области взрыва, где расширяющийся поток может передать значительную кинетическую энергию относительно большой массе амортизатора удара - энергию, которая затем будет поглощена стопой и голенью. Относительно близкое расположение стопы к взрыву также очень усложняет выбор подходящих материалов. Экстремальные давления в этой области превышают пределы выносливости большинства пластмасс. В результате, эти материалы часто выходят из строя в таком режиме давления еще до того, как они успеют выполнить свою работу.

Противоминная обувь «Пауки» (Spider Boots)

Одной из важных характеристик взрывной волны является то, что избыточное давление взрывной волны резко уменьшается с расстоянием от источника, и именно этот принцип лежит в основе концепции безопасности, или безопасного расстояния при конструировании противоминной обуви. Этот принцип заложен в конструкцию Spider Boot вместе с другими фундаментальными инженерными принципами, которые приведены ниже:

• Поддержание максимально допустимого расстояния между взрывным зарядом и стопой, которое обеспечивается конструкцией отражающей подошвы, расположенной на высоких ножках и опорах.
• Максимизация рассеивания взрыва за счет того, что мина детонирует на расстоянии от стопы и взрывное усилие в значительной мере идет через передние и задние опоры саперной обуви;
• Отражение взрывной волны и осколков с помощью устойчивой к взрыву и осколкам защитной оболочки, расположенной ниже полной длины стопы.
• Поглощение большей части остаточной энергии за счет выбора специальных материалов на подошве обуви.
• Возможность проводить обычные операции по разминированию на разнообразной местности.

Ботинок Spider Boot состоит из системы крепления на платформе, установленной над отражающей платформой. Она крепится на двух передних и двух задних выступающих ножках, каждая из которых завершается резиновыми опорами. Сапер носит ботинок Spider Boot вместе с обычной обувью. Отражающая платформа, ножки и опоры обеспечивают необходимое расстояние от взрыва за счет поднятия платформы на номинальную высоту 144 мм над землей. Эта конфигурация разработана для максимальной защиты, оставаясь при этом достаточно удобной для ношения. Степень защиты зависит от содержания взрывчатых веществ и относительного расположения мины.

Испытания эффективности систем защиты ног с механической моделью

Первоначальный выбор материалов и геометрии ботинка Spider Boot базировался на масштабных взрывных испытаниях. После того как эффективность конструкции была подтверждена, началось более детальное исследование под эгидой Канадской Программы Оборонных Промышленных Исследований (DIRP). Испытания проводились в Исследовательском центре оборонных исследований в Саффилде (DRES) с усовершенствованной механической моделью ноги, предназначенной для обеспечения измерений параметров, указывающих на потенциальную возможность ранения ноги и относительной защиты, обеспечиваемой различными системами защиты ног. Эксплуатационные параметры, такие как ускорение голеностопного сустава, сила изгиба у голеностопного сустава и колена, сила сжатия и изгиба в средней части голени измерялись в ходе испытаний.

Деформации изгиба у лодыжки и колена, а также деформации на сжатие и скручивание в средней части голеностопной кости модели ноги, измерялись в ходе испытаний. Взрывные испытания систем защиты стопы проводились в реалистичных условиях с использованием фактических и суррогатных фугасных мин. Суррогатные мины состояли из пластиковых цилиндров, содержащих от 25 г до 200 г взрывчатого вещества С4. Использовались и настоящие противопехотные мины, включая PMA1, PMA2, PMA3 и PPMiNa1. Заряд взрывчатки был размещен под одну из опор ботинка "Spider Boot" и под пятку обычной боевой обуви. Взрывной заряд размещался в песке на глубине 3 см от поверхности, обеспечивая избыточное давление. Опоры противоминной обуви «пауки» и пятку обычной боевой обуви размещали на расстоянии 2 см над взрывчаткой.

Результаты и обсуждение
Результаты этого исследования представлены в виде значений результирующего ускорения в голеностопном суставе и деформации изгиба в передней/задней плоскости через продольную ось голени. Ботинки Spider Boot показывают, что ускорение и деформация изгиба, которые испытывает ботинок, нелинейно увеличиваются с увеличением массы взрывчатого вещества. Для удобства построения графиков эквивалентные массы заряда C4 были рассчитаны с использованием коэффициента 1,37 (C4:тротил) для мин PMA и PPMiNa1.

На рисунке 3 показано влияние массы заряда на результирующее ускорение, которого испытывает механическая модель ноги с различными типами систем защиты ног. Среднее результирующее ускорение варьировалось от 150g (1500 м/с2) для 25 грамм взрывчатки C4 до 2,860g (28600 м/с2) для 200 г C4, размещенного под переднюю правую опору и от 145g до 6270g для аналогичных зарядов под заднюю правую опору обуви Spider Boot. С другой стороны, результирующее ускорение варьировалось от 4180g для мины PMA3 AP (мощностью 34 г взрывчатого вещества) под каблуком ботинка с высоким берцем до 10 300g для 25-граммовой мины C4 под каблуком взрывного ботинка без перезагрузки. На графике видно, что результирующее ускорение при детонации под правой задней опорой ботинка Spider Boot выше, чем под передней правой опорой для того же размера заряда, что подчеркивает, что цель, находящаяся ближе к месту детонации, испытывает большую взрывную нагрузку.

Результаты испытаний также показывают, что ношение обуви Spider Boot по сравнению с обычными армейскими ботинками уменьшает ускорение, вызванное взрывом, более чем на 90 процентов для заряда взрывчатого вещества C4 весом 25 г и более чем на 80 процентов для мины PMA-3. Эти цифры относятся к взрывозащитному ботинку, основанному на стандартной концепции армейского ботинка с усиленной подошвой. На рисунке 4 показана деформация изгиба в передней/задней части ботинка у нижней части механической модели ноги. Средняя деформация при изгибе варьировалась от 370 me для 25 г C4 до 1,585 me для 200 г C4 под задней правой опорой обуви и от 855 до 3440 me для аналогичных нагрузок под передней правой опорой ботинка Spider Boot. Для сравнения, обычный взрывозащитный ботинок предлагает гораздо меньшую защиту, поскольку средняя деформация изгиба варьировалась от 1330 me для 25-граммового заряда C4, размещенного под пяткой, до 3,595 me для заряда C4 весом 25 г, размещенного под подошвой саперного ботинка. Результаты испытаний также указывают на то, что, в отличие от результирующего ускорения, механическая модель ноги испытывает большую деформацию изгиба при детонации под передней опорой, чем при аналогичной детонации под задней противоминной обуви «Пауки». Эта ситуация возникла потому что момент силы, связанный с взрывной силой под передней опорой до лодыжки, больше, чем под задней опорой и вызывает больший изгиб ноги при одинаковом заряде взрывчатого вещества.

Представленные физические повреждения систем защиты ног для различных угроз заряда показаны на Рис. 5-9 с пояснениями. Эти физические повреждения указывают на уровень травм, которые могут быть нанесены стопам и голеням саперов, носящих либо противоминную обувь "Пауки" в сочетании с берцами, либо саперные ботинки с дополнительной накладкой или без неё. Противоминная обувь "Пауки" спроектирована таким образом, что она конструктивно предусматривает «жертвенные элементы» - некоторые части ботинка разрушаются для того, чтобы защитить ногу, как в "зоне смятия" современных автомобилей. В отдельных тестах в 1999 году эффективность противоминной обуви Spider Boot оценивали в DRES с гибкой механической моделью ноги (FSL), которую разработала Австралийская организация оборонной науки и технологий (DSTO). Дальнейший анализ данных, полученных во время этих испытаний, продолжается.

Испытания пользователями

Ботинки Spider Boot были испытаны в различных местностях и в разных рабочих условиях, чтобы получить качественную оценку эффективности для различных видов деятельности по разминированию. Отзывы пользователей были ценными для совершенствования окончательного дизайна и выявления любых ограничений в использовании оборудования.
В августе 1999 года компания Med-Eng Systems провела внутренние испытания Spider Boot, в которых испытуемые носили комплекты для гуманитарного разминирования. Испытания включали в себя различные виды деятельности по обнаружению мин в пересеченной местности, на холмах, травянистых полях, в лесу, на щебеночной дорожке, песчаном грунте, а также во время транспортировки раненых с минного поля. Общая эффективность противоминной обуви Spider Boot во время этих испытаний была признана очень удовлетворительной, обувь не имела никаких существенных нареканий со стороны пользователей.

Med-Eng Systems также организовала и провела полевые испытания с конечными пользователями, которые фактически будут задействованы в операциях по разминированию. В разных странах были установлены контакты с гуманитарными и военными саперами, которые потенциально могли бы принимать участие в операциях по разминированию. На сегодняшний день испытания пользователей Spider Boot были проведены в Камбодже, Канаде, Коста-Рике, Франции и Никарагуа.
Военные саперы были чрезвычайно восприимчивы к концепции Spider Boot. Первоначальное восприятие варьировалось от восторженного интереса до откровенного скептицизма. После минимальной практики они быстро привыкли к использованию Spider Boot, а затем выполняли различные работы по разминированию в военной форме и Spider Boot. Эта деятельность включала в себя обнаружение мин, работу саперным щупом, перемещение через высокую траву, преодоление препятствий (например, стволов деревьев) и перенос раненых с минного поля. Саперы высоко оценили общий принцип конструкции ботинков Spider Boot, признав, что это более безопасная система защиты ног, чем обычные саперные ботинки, и выразили интерес к включению её в своих операциях по гуманитарному разминированию.

Заключение

Тестирование противоминной обуви Spider Boot показало, что она значительно уменьшает передачу удара и усилия на стопу и голени в широком диапазоне минных угроз. Детонация 200 г C4 или взрыв, вызванный большими противопехотными минами (PMA1 и PMN), как ожидается, все же может травмировать стопу внутри ботинка, даже если используется противоминная обувь "Пауки". Однако, степень травмы и её лечение будут значительно меньшими по сравнению с обычной противоминной обувью или стандартным противовзрывным ботинком, где при повреждении стопы и голени, скорее всего, потребуется ампутация и длительная реабилитация. Хотя обувь Spider Boot спроектирована таким образом, что при подрыве на минах она будет уничтожена, но выборочно под одной из четырех опор, обувь сапера, как ожидается, сохранится в целом, что улучшит медицинский результат для травмированной ноги. В целом, результаты испытаний на сегодняшний день подтвердили подход и инженерные принципы, заложенные в ботинках Spider Boot, обеспечивающие улучшенную защиту стопы от фугасных противопехотных мин.

Комментарий команды SAPER.IN.UA

Напоминаем, что приведенный выше перевод касается противоминной обуви канадской компании Med-Eng Systems. Поэтому, несмотря на концептуальное и конструктивное сходство украинской обуви, результаты испытаний нельзя переносить на эту модель.
Также хотим подчеркнуть, что данная противоминная обувь не предназначена для использования во время боевых действий, поскольку передвижение в противоминной обуви достаточно затруднено, и делает невозможным быстрое лежание и перемещение лёжа. Также есть вопросы к эффективности её использования в условиях влажной земли или грязи. И, конечно, нужно понимать, что в случае подрыва мощного взрывного заряда, противоминная обувь не может обеспечить избежание серъезных травм.

Вместе с тем, считаем, что применение саперной обуви по типу "Пауки" значительно снижает риск получения сереъезных травм при срабатывании наиболее массовых противопехотных мин ПФМ-1  "Лепесток" и ПМН-1.

Мы предлагаем поставки противоминной обуви "Пауки" без торговой наценки, поэтому, если вы заинтересованы в их приобретении - обращайтесь. Традиционно, предлагаем к сотрудничеству благотворительные фонды и волонтерские организации, занимающихся оснащением саперным инструментом и оборудованием для разминировани наших военных.