Протимінне взуття «Павуки»(Spider Boot): ефективна система захисту ніг від вибуху протипіхотної міни

Питання захисту саперів від спрацювання протипіхотних мін за рахунок використання спеціального захисного саперного взуття вже досить вивчається конструкторами різних країн світу. На сьогодні, свої конструкції саперного взуття виготовляються в декількаї країнах, зокрема в Канаді, Ізраїлі, Франції. З початком широкомасштабної війни виробництво саперного взуття розпочалось і в Україні. Разом з тим, питання використання саперного взуття продовжує викликати дискусії серед військових саперів. З метою, більш детального ознайомлення професійного суспільства пропонуємо переклад статті з журналу «Journal of Conventional Weapons Dextruction” за червень 2000 року, що присвячена дослідженню ефективності використання саперного взуття Spider Boot. 

Протимінне взуття «Павуки»(Spider Boot): ефективна система захисту ніг від вибуху протипіхотної міни

Шаріфул Іслам, Аріс Макріс та Деніс Бержерон, Med-Eng Systems Inc.

Вступ

Станом на 2000 рік, кількість протипіхотних мін встановлених по всьому світу оцінювалась в кількість близькою до 70 мільйонів, такі масштаби мінування сповільнюють економічне відновлення країн, що постраждали від війни, та призводять до чисельних випадків невибіркових вибухових травм серед цивільного населення ще тривалий час після закінчення військового конфлікту. Питаннями розмінування займаються декілька військових і невійськових організацій, що або здійснюють розмінування під час миротворчих операцій, або проводять гуманітарне розмінування.

Досить часто сапери, які виконують завдання з розмінування, отримують засоби індивідуального захисту (ЗІЗ), які не забезпечують належного захисту від загроз, що виникають під час розмінування. Статистика травматизму підтверджує, що багато саперів, як військових, так і цивільних, стають жертвами випадкових вибухів мін, що призводить до серйозних фізичних травм, втрати кінцівок і навіть до смерті. Коли стопа постраждалого знаходиться безпосередньо на поверхні міни, що вибухає, сила вибуху перевищує граничну межу міцності більшості матеріалів, що використовуються у захисному саперному взутті. Крім того, під час вибуху утворюється потужна вертикальна ударна хвиля, що діє на стопу та гомілку безпосередньо над місцем вибуху. Якщо сапер не має належного захисту ніг, існує висока ймовірність ампутації кінцівки, в результаті отриманої травми. У разі вибуху великих протипіхотних мін, відбувається руйнування кісток гомілки та суглобів. Також відбувається розрив м'яких тканин, внаслідок чого уламки від пошкодженого взуття, корпусу міни або навколишнього бруду потрапляють в гомілку. Такі ураження часто призводить до збільшення рівня травми і необхідності ампутації кінцівки далі по нозі.

У цій статті представлено нову систему захисту ніг під назвою Spider Boot, розробка якої була основана на фізичних принципах вибухових процесів. Spider Boot забезпечує безпечну або дистанційну відстань від міни, що вибухає, за рахунок розміщення ступні та гомілки якомога далі від вибуху. Його конструктивні особливості забезпечують значне зменшення впливу вибухового зусилля, що виникає під час детонації, на ногу сапера. Ефективність саперного взуття Spider Boot , як це випливає з вимірювань результуючого прискорення та вигину, що проводились на механічній  моделі людської ноги, перевищують показники традиційних конструкцій саперного взуття.

Системи захисту стоп для саперів

Сучасні операції з розмінування наражають саперів на ймовірність випадкової детонації мін під стопою. Взуття сапера відіграє важливу роль у захисті стопи і, значно впливає, на рівень травматизму. Ідеальне саперне взуття повинно зменшувати всі фактори вибуху (надлишковий тиск, прискорення, утворення скалків та тепловий вплив) до такого рівня, щоб травми стопи і гомілки були зведені до мінімуму.  Для досягнення цієї мети було розроблено декілька різних конструкцій саперного взуття. Традиційний підхід полягає в додаванні спеціальних матеріалів до підошви звичайного черевика для відхилення та поглинання частини енергії вибуху. Інший підхід полягає в тому, щоб розмістити стопу на високій платформі, щоб збільшити відстань від вибуху. Саперне взуття Spider Boot поєднує обидва ці підходи в одній конструкції.

Звичайне саперне взуття

Традиційне саперне взуття є у вільному продажу. Воно являє собою звичайні армійські черевики, конструкція яких вдосконалена шляхом додавання матеріалів для послаблення передачі головного удару через підошву і для відхилення частини ударної хвилі, що утворюється при розширенні гарячих газів від вибуху міни, від підошви. У деяких випадках ослаблення ударної хвилі досягається за рахунок використання алюмінієвих сот, поміщених у V-подібний сталевий контейнер, щоб створити різницю опору між сусідніми матеріалами. Також з цією метою використовуються і пористі смолонаповнені матеріали. В подібних конструкціях частина енергії вибуху поглинається за рахунок деформації  матеріалу. Підошва також може бути потовщена, тим самим збільшуючи протидію вибуху. Щонайменше один виробник також випускає надвисокі підошви які включають в себе матеріали, що пом'якшують удар і збільшують відстань від вибуху.

На практиці протимінне взуття на основі звичайних черевиків може забезпечити ефективний захист від мін, що містять до 30-50 г бризантної вибухівки. Основним недоліком цього типу взуття є те, що воно призводить до прямого контакту підошви з ділянкою ґрунту, на якій знаходиться вибухівка. Цей контакт збільшує передачу ударної хвилі в підошву. При використанні звичайного взуття , нога сапера також розміщується безпосередньо над міною в області вибуху, де потік, що розширюється, може передати значну кінетичну енергію відносно великій масі амортизатора удару - енергію, яка потім  буде поглинута стопою та гомілкою. Відносно близьке розташування стопи до вибуху також дуже ускладнює вибір відповідних матеріалів. Екстремальні тиски в цій області перевищують межі витривалості більшості пластмас. Як наслідок, ці матеріали часто виходять з ладу в такому режимі тиску ще до того, як вони встигнуть виконати свою роботу.

Протимінне взуття «Павуки»(Spider Boots)

Однією з важливих характеристик вибухової хвилі є те, що надлишковий тиск вибухової хвилі різко зменшується з відстанню від джерела, і саме ций принцип лежить в основі концепції безпеки, або безпечної відстані при конструюванні протимінного взуття. Цей принцип закладений в конструкцію Spider Boot разом з іншими фундаментальними інженерними принципами, які наведені нижче:

• Підтримання  максимально допустимої відстані між вибуховим зарядом та стопою, що забезпечується конструкцією відбиваючої підошви, що розміщується на високих ніжках та опорах.
• Максимізація розсіювання вибуху, за рахунок  того, що, міна детонує на відстані від стопи і вибухове зусилля в значній мірі йде через передні та задні опори саперного взуття;
• Відбиття вибухової хвилі та скалок за допомогою стійкої до вибуху та осколків захисної оболонки, що розташована нижче повної довжини ступні.
• Поглинання більшої частину залишкової енергії за рахунок вибору спеціальних матеріалів на підошві взуття.
• Можливість проводити звичайні операції з розмінування на різноманітній місцевості.

Черевик Spider Boot складається з системи кріплення на платформі, встановленій над відбивною платформою. Вона кріпиться на двох передніх і двох задніх виступаючих ніжках, кожна з яких закінчується гумовими опорами. Сапер носить черевик Spider Boot разом зі звичайним взуттям. Відбивна платформа, ніжки та опори забезпечують необхідну дистанцію від вибуху, за рахунок підняття платформи на номінальну висоту 144 мм над землею. Ця конфігурація розроблена для максимального захисту, залишаючись при цьому достатньо зручною для носіння. Ступінь захисту залежить від вмісту вибухових речовин та відносного розташування міни.

Випробування ефективності систем захисту ніг з механічною моделлю

Ранній вибір матеріалів та геометрії черевика Spider Boot базувався на масштабних вибухових випробуваннях. Після того, як ефективність конструкції була підтверджена, було розпочато більш детальне дослідження під егідою Канадської Програми Оборонних Промислових Досліджень (DIRP). Випробування проводилися в Дослідницькому центрі оборонних досліджень в Саффілді (DRES) з удосконаленою механічною моделлю ноги (рис. 2), призначеною для забезпечення вимірювань параметрів, що вказують на потенційну можливість поранення ноги та відносного захисту, що забезпечується різними системами захисту ніг. Експлуатаційні параметри, такі як прискорення гомілковостопного суглобу, сила згинання біля гомілковостопного суглобу та коліна, сила стиску та згинання в середній частині гомілки вимірювались під час випробувань.

Деформації згинання біля щиколотки і коліна, а також деформації на стиск і скручування в середній частині гомілкової кістки сурогатної ноги, були виміряні. Вибухові випробування систем захисту стопи проводилися в реалістичних умовах з використанням фактичних та сурогатних фугасних мін. Сурогатні міни складалися з пластикових циліндрів, що містили від 25 г до 200 г вибухової речовини С4. Використовувалися і справжні протипіхотні міни включаючи PMA1, PMA2, PMA3 і PPMiNa1. Заряд вибухівки був розміщений під одну з опор черевика "Spider Boot" та під п'ятку звичайного бойового взуття. Вибуховий заряд розміщувався в піску на глибині 3 см від поверхні, забезпечуючи надлишкове навантаження. Опори протимінного взуття «павуки» та п'ятку звичайного бойового черевика розміщували на відстані 2 см над вибухівкою.

Результати та обговорення

Результати цього дослідження представлені у вигляді значень результуючого прискорення в гомілковостопному суглобі та деформації вигину в передній/задній площині через поздовжню вісь гомілки. Черевики Spider Boot свідчать про те, що прискорення і деформація згинання, яких зазнає черевик нелінійно зростає зі збільшенням маси вибухової речовини. Для зручності побудови графіків еквівалентні маси заряду C4 були розраховані з використанням коефіцієнта 1,37 (C4:тротил) для мін PMA і PPMiNa1.

На рисунку 3 показано вплив маси заряду на результуюче прискорення, якого зазнає механічна модель ноги з різними типами систем захисту ніг. Середнє результуюче прискорення варіювалося від 150g (1500 м/с2) для 25 гр вибухівки C4 до 2,860g (28600 м/с2) для 200 гр C4, розміщеного під передню праву опор і від 145g до 6270g для аналогічних зарядів під задню праву опору взуття Spider Boot. З іншого боку, результуюче прискорення варіювалося від 4180g для міни PMA3 AP (потужністю 34 г вибухової речовини) під каблуком черевика з високим берцем до 10 300g для 25-грамованої міни C4 під каблуком вибухового черевика без перезавантаження. На графіку видно, що результуюче прискорення при детонації під правою задньою опорою черевика Spider Boot вище, ніж під передньою правою опорою для того ж розміру заряду, що підкреслює, що ціль, яка знаходиться ближче до місця детонації, зазнає більшого вибухового навантаження.
 
Результати випробувань також показують, що носіння взуття Spider Boot у порівнянні зі звичайним бойовими черевиками зменшує прискорення, викликане вибухом, більш ніж на 90 відсотків для заряду вибухової речовини C4 вагою 25 г і більш ніж на 80 відсотків для міни PMA-3. Ці цифри відносяться до вибухозахисного черевика, що базується на стандартній концепції військового черевика з посиленою підошвою.
На рисунку 4 показано деформацію вигину в передній/задній частині черевика біля нижньої частини механічної моделі ноги. Середня деформація при згинанні варіювалася від 370 me для 25 гр C4 до 1,585 me для 200 гр C4 під задньою правою опорою взуття і від 855 до 3440 me для аналогічних навантажень під передньою правою опорою черевика Spider Boot.  Для порівняння,звичайний вибухозахисний черевик пропонує набагато менший захист, оскільки середня деформація згинання варіювалася від 1330 me  для 25-грамового заряду C4, розміщеного під п'ятою до 3,595 me для заряду C4 вагою 25 г розміщеного під устілкою вибухового черевика. Результати випробувань  також вказують на те, що, на відміну від результуючого прискорення, механічна модель ноги зазнає більшу деформацію згинання при детонації під передньою опорою, ніж при аналогічній детонації під задньою протимінного взуття «Павуки». Ця ситуація виникла тому що момент сили, пов'язаний з вибуховою силою під передньою опорою до щиколотки, є більшим ніж під задньою опорою і спричиняє більше згинання ноги при однаковому заряді вибухової речовини.   
Представлені фізичні ушкодження систем захисту ніг для різних загроз заряду показані на Рис. 59 з поясненнями. Ці фізичні пошкодження вказують на рівень травм які можуть бути завдані стопам і гомілкам саперів, які носять або протимінне взуття "Павуки" у поєднанні з берцами, або саперні черевики з додатковою накладкою чи без неї. Протимінне взуття "Павуки" спроектовано таким чином, що воно конструктивно передбачає «жертовні елементи» - деякі частини черевика руйнуються  для того, щоб захистити ногу, як в "зоні зминання" сучасних автомобілів. В окремих тестах у 1999 році ефективність протимінного взуття Spider Boot оцінювали в DRES з гнучкою механічною моделлю ноги (FSL), яку розробила Австралійська організація оборонної науки і технологій (DSTO). Подальший аналіз даних, отриманих під час цих випробувань триває.



Випробування користувачами

Черевик Spider Boot були випробувані на різних місцевостях і в різних робочих умовах, щоб отримати якісну оцінку ефективності для різних видів діяльності з розмінування. Відгуки користувачів були цінними для вдосконалення остаточного дизайну і виявлення будь-яких обмежень у використанні обладнання.
У серпні 1999 року компанія Med-Eng Systems провела внутрішні випробування Spider Boot, в яких випробовувані носили комплекти для гуманітарного розмінування. Випробування включали в себе різні види діяльності з виявлення мін у пересіченій місцевості, на пагорбах, трав'янистих полях, у лісі, на щебеневій доріжці, піщаному ґрунті, а також під час транспортування поранених з мінного поля. Загальна ефективність протимінного взуття Spider Boot під час цих випробувань була визнана дуже задовільною, взуття не мало жодних суттєвих нарікань з боку користувачів.


Med-Eng Systems також організувала і провела польові випробування з кінцевими користувачами, які фактично будуть задіяні в операціях з розмінування. У різних країнах були встановлені контакти з гуманітарними та військовими саперами, які потенційно могли б брати участь в операціях з розмінування. На сьогоднішній день користувацькі випробування Spider Boot були проведені в Камбоджі, Канаді, Коста-Ріці, Франції і Нікарагуа.
Військові сапери були надзвичайно сприйнятливі до концепції Spider Boot. Початкове сприйняття варіювалося від захопленої цікавості до відвертого скептицизму. Після мінімальної практики вони швидко звикли до використання Spider Boot, а потім виконували різні роботи з розмінування у військовій формі та Spider Boot. Ця діяльність включала в себе виявлення мін, роботу саперним щупом, пересування через високу траву, подолання перешкод (наприклад, стовбурів дерев) і перенесення поранених з мінного поля. Сапери високо оцінили загальний принцип конструкції черевиків Spider Boot, визнавши, що це безпечніша системою захисту ніг, ніж звичайні саперні черевики, і виявили зацікавленість у включенні її у своїх операціях з гуманітарного розмінування.
  
Висновок

Тестування протимінного взуття Spider Boot показало, що воно значно зменшує передачу удару і зусилля на стопу і гомілки в широкому діапазоні мінних загроз. Детонація 200 г C4 або вибух, спричинений великими протипіхотними мінами (PMA1 і PMN), як очікується, все ж таки може травмувати стопу всередині черевика, навіть якщо використовується протимінне взуття "Павуки". Однак, ступінь травми та її лікування будуть значно меншими у порівнянні зі звичайним протимінним взуттям або стандартним противибуховим черевиком, де при пошкодженні стопи і гомілки, швидше за все, буде потреба у ампутації та тривалої реабілітації. Хоча взуття  Spider Boot спроектовано таким чином, що при підриві на мінах воно буде знищено, але вибірково під однією з чотирьох опор, взуття сапера, як очікується, збережеться в цілому, що покращить медичний результат для травмованої ноги. Загалом, результати випробувань на сьогоднішній день підтвердили підхід та інженерні принципи, закладені в черевиках Spider Boot, що забезпечують покращений захист стопи  від фугасних протипіхотних мін.

Коментар команди SAPER.IN.UA

Нагадуємо, що наведений вище переклад стосується до саперного взуття канадської компанії Med-Eng Systems. Тому, не зважаючи на концептуальну та конструктивну подібність українського взуття, результати випробувань не можна переносити на цю модель.
Також, хочемо наголосити, що дане саперне взуття не призначене для використання під час бойових дій, оскільки пересування в саперному взутті є досить ускладненим, та унеможливлює швидке залягання та переміщення лежачи. Також є питання до ефективності його використання в умовах вогкої землі, або багнюки.

І, звичайно, потрібно розуміти, що у випадку підриву потужного вибухового заряду, протимінне взуття не може забезпечити уникнення серйозних травм.

Разом з тим, вважаємо, що застосування саперного взуття типу "Павуки" значно знижує ризик отримання серйозних травм при спрацьовуванні найбільш масових протипіхотних мін ПФМ-1 "Лепесток" і ПМН-1.

Ми пропонуємо постачання протимінного взуття "Павуки" без торгової націнки, тому, якщо ви зацікавлені у їх придбанні - звертайтеся. Традиційно, пропонуємо до співпраці благодійні фонди та волонтерські організації, які займаються оснащенням саперним інструментом і обладнанням для розмінування наших військових.