Varför Rysslands "vapen från helvetet" producerar synliga stötvågor

Senaste videor av ryska raketattacker i Ukraina visar dramatiska synliga stötvågor som härrörde från explosionerna. Dessa videor identifieras som varningar av TOS-1A flera raketgevär skjuta termobariska skott, beskriven som en "verkligen ett vapen från helvetet.” Raketerna är kända för sin explosiva kraft, och de ovanliga synliga stötvågorna är ett inslag i deras unika design – och kan hjälpa utredare som undersöker brott mot internationell humanitär rätt att hitta var vapnen används.

TOS-1A levererar tyngre eldkraft över en kortare räckvidd än andra ryska multipelraketer, och avfyrar en salva på 24 raketer, som var och en väger 217 kilo till en räckvidd på åtta kilometer. De termobariska stridsspetsarna skiljer sig från normala höga sprängämnen eftersom sprängningen kommer från en snabbt expanderande eldklot snarare än en enda punkt som vanligt högexplosiv. Ryssland klassificerar vapnet som en "tung eldkastare" snarare än artilleri: det är mindre effektivt mot infanteri i det fria eftersom det inte producerar splitter, utan är uppfostrat för att engagera fästningar och befästningar på nära håll. Det är urskillningslöst destruktivt, vilket leder Marc Garlasco, av Nederländerna-baserad grupp PAXPAX
som försöker skydda civila för att kalla vapnet "ett krigsbrott på spår."

Varje explosion, även leksaksballong som poppar, producerar en chockvåg. Detta liknar en ljudvåg men färdas med överljudshastighet. När stötvågen breder ut sig saktar den ner och förfaller snart till en ljudvåg. Precis som ljudvågor är stötvågor oftast lika osynliga, men enl Prof. A Michael Birk från Queens's University, Kanada, kan vi kanske se dem via bildandet av en effekt som kallas ett kondensmoln.

Prof Birk har lett forskning kring Kokande vätskeexpanderande ångexplosioner eller BLEVEs (uttalas 'blevvies') som uppstår när ett kärl som innehåller en trycksatt flytande gas misslyckas katastrofalt och det expanderande gasmolnet detonerar, och som producerar en tvåfasexplosion.

”Du har en stor volym vid högtrycksgas som plötsligt expanderar ut i miljön. Denna expansion pressar på den omgivande luften och detta startar en chockvåg (en halvklot eller sfär) som rinner ut i överljudshastighet, säger professor Birk till Forbes. "Expansionen gör att trycket sjunker i den initiala volymen och det överskrider faktiskt och trycket faller under omgivningstrycket."

Under denna fas under omgivande eller negativt tryck, om luften är fuktig, orsakar det reducerade trycket att fukt kondenseras ur luften, vilket omedelbart skapar ett moln av dimma. Kondensmolnet kan bara vara en bråkdel av en sekund innan trycket återställs och det avdunstar igen, precis tillräckligt länge för att det ska synas. Det vi ser på dessa videor är övergående kondensmoln precis bakom chockvågen.

Kondensmoln ses ibland vid stora konventionella explosioner. Till exempel, vid hamnsprängningen i Beirut 2020, när över femhundra ton ammoniumnitrat detonerade, visar video kortfattat en jätte, snabbt expanderande vitt skal bakom stötvågen.

Effekten är mest uppenbar i film från tidiga kärnstridsspetsprov, som t.ex Bakar test under Operation Crossroads 1946, där en 25 kilotons atombomb detonerades under vattnet under en flottilj med 68 målfartyg. Ett vitt moln, känt som en Wilson Cloud i kärnvapenforskning, skymde scenen i två sekunder efter de första chockvågorna innan den spreds för att visa vattenpelaren och vraket som kastades högt upp i luften.

TOS-1-raketerna är packade med termobariskt sprängämne, en blandning av flytande isopropylnitrat och pulveriserat magnesium. Magnesiumpulvret brinner vid kontakt med luft och producerar ett expanderande eldklot som liknar en BLEVE och producerar samma kraftfulla stötvåg och efterföljande negativt tryckfas. Det är därför termobarik ibland är vilseledande kallade vakuumbomber.

Medan termobariska sprängningar inte nödvändigtvis producerar större tryck än andra sprängämnen, varar stötvågen längre och är mycket effektivare vid fälla byggnader. Till skillnad från andra explosioner, en termobarisk sprängvåg "flyter" runt hörnen och kan döda personal inne i skyttegravar eller bunkrar som är skyddade från splitter. Därav användandet av termobarics i stället för en eldkastare för att attackera befästa positioner.

Denna typ av vapen är särskilt farlig för civila, och termobariker kritiseras flitigt för deras urskillningslösa förstörelse, särskilt i stadsområden. I augusti beräknade ett team av medicinska och fysikforskare från Saint Louis University, Missouri att utöver de omedelbara dödsfallen skulle en salva av TOS-1-raketer i ett stadsområde sannolikt orsakar mer än 300 fall av traumatisk hjärnskada, vissa med långvariga effekter.

"TOS-1 bryter mot principen om åtskillnad enligt internationell rätt” Garlasco berättade för Forbes. ”Kravet på ett vapen för att skilja mellan ett militärt föremål och ett civilt föremål. I den verkliga världen betyder det att om du träffar en stridsvagn eller kommandopost i en stad är det omöjligt att inte också omsluta civila hem i sådana strejker.”

Garlasco utbildar krigsbrottsutredare för Ukraina och säger att videor kan hjälpa dem att identifiera platser där brott har begåtts.

"Videor av användning av TOS-1 är av stort värde för krigsbrottsutredare eftersom de hjälper oss att bekräfta vapenanvändning i befolkade områden utöver eventuella rättsmedicinska bevis som samlats in på platsen", säger Garlasco.

Ryssland har använt termobarics, klusterbomber och antipersonella minor fritt i denna konflikt, uppenbarligen övertygade om att ingen någonsin kommer att ställas till svars för brott mot internationell lag. Det kan visa sig vara ytterligare en allvarlig missräkning. Explosionsvideorna på sociala medier kan hjälpa till att säkerställa att rättvisa skipas, hur lång tid det än tar.