ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКОГО НЕЛЕТАЛЬНОГО ОРУЖИЯ
ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКОГО НЕЛЕТАЛЬНОГО ОРУЖИЯ
В.Б. Митько (СПб филиал Секции геополитики и безопасности РАЕН)
В XXI веке резко повышается геополитическая роль прибрежных регионов в мировой политике. Возникает необходимость разработки соответствующей методологии и подготовки специалистов для организации, создания и эффективной эксплуатации гидрофизических систем, обеспечивающих решение экологических, ресурсных, оборонных задач, включающих борьбу с морским терроризмом.
Объекты и ситуации в подводной среде представляют существенный интерес для достижения целей силовым (террористическим) путем. Особенности морского терроризма и характеристика объектов, подверженных террористическим актам, свидетельствуют о необходимости постановки и решения проблем создания гидрофизических систем борьбы с подводкам терроризмом, включающих подсистему гидрофизического мониторинга, акустических средств обнаружения малозаметных объектов на мелководье, достижение в гидрофизических средствах биологических эффектов влияния на человека.
Поскольку реальные дальности обнаружения подводных пловцов в силу указанных выше факторов, составляют сотни метров, включая используемые средства подводного передвижения геометрической формы близкой к цилиндрической в водной среде или на дне, основным принципом построения системы мониторинга является многопозиционный с совместной обработкой информации.
Биологические эффекты влияния на человека акустических полей проявляются ответной реакцией целостного организма, в которой участвует преимущественно нервная, сердечно-сосудистая и дыхательная системы организма. Фон постоянно существующих в природной среде акустических колебаний составляет на низких частотах 30-45 дБ. Сам же организм человека является источником собственного (эндогенного) низкочастотного акустического поля. Основными источниками низкочастотного поля являются сердце, органы внешнего дыхания, пищеварительный тракт, суставы опорно-двигательного аппарата. Частотный диапазон генерируемых указанными источниками низкочастотных акустических колебаний лежит в широких пределах от 12,5 Гц до 60 Гц в низкочастотной части для сердечных клапанов и желудочков до 1400...2800 Гц (верхняя граница) для тонов сердца и везикулярного дыхания. Существование упругих волн обнаружено и на клеточном уровне. Так при распространении потенциала действия по седалищному нерву обнаружены колебательные смещения нейролеммы с амплитудой до 30 нм и частотой 4 Гц. Существуют теоретические расчеты о параметрах периодических колебаний на уровне клеточных и молекулярных упругих взаимодействий в диапазоне от 0,2 до 30 Гц, правомерность которых нуждается в экспериментальной проверке.
Очевидно, что реакции организма биообъекта на низкочастотные акустические поля существенным образом зависит от собственных полей, формируемых им, а также от частотно-энергетических параметров тела, как механической системы. Такая трактовка зависимости частотно-временных характеристик результатов взаимодействия от состояния нервной системы видимо поясняет и зависимомть резонансных частот тела (или организма?) в целом - стоя (5... 12 Гц), сидя (4...6 Гц), лежа (3...4 Гц).
Это позволяет сделать вывод о возможности управления состоянием (поведением) человека путем воздействия на организм низкочастотным акустическим полем с соответствующими параметрами. Можно предположить о наиболее эффективном взаимодействии именно на информационном (интеллектуальном) уровне, а не механическом, где наибольший достигнутый эффект будет характеризоваться деструктивными изменениями соответствующих физиологических тканей.
Психофизиологические исследования выявили нарастание зрительной сенсомоторной реакции, увеличение ошибок операторской деятельности, пространственную дезориентацию. У 86% операторов эти отклонения в сочетании с ощущениями апатии и вялости наблюдались уже при уровнях звукового давления 110 дБ. Объективные показатели изменений функций жизненно важных систем организма при действии НЧ колебаний различной интенсивности обнаруживали также изменения метаболической активности клеток различных органов. У испытуемых развивался комплекс симптомов, характеризующих стресс-синдром. Значительные морфологические и функциональные изменения при кратковременном действии низкочастотных акустических полей высокой интенсивности свидетельствовали о возможности их непосредственного влияния на различные органы и ткани.
Под влиянием НЧ акустических колебаний с уровнем 90...120 дБ происходит рассогласование сердечного ритма с увеличением дисперсии R-R интервалов. С нарастанием интенсивности воздействия увеличиваются изменения биоэлектрической активности сердца.. При увеличении продолжительности воздействия увеличивается степень повреждения клеток, что свидетельствует о кумулятивном действии фактора. Перечисленные морфологические сдвиги наблюдаются на различных частотах НЧ диапазона и нарастают с увеличением уровня воздействия и его продолжительности. НЧ колебания с плотностью потока энергии свыше 1 мВт/кв. м вызывают значимые изменения внешнего дыхания, которые возникают уже в следующем за воздействием дыхательном цикле. В отличие от изменений сердечного ритма реакции внешнего дыхания на НЧ акустические стимулы имеют противоположную направленность - происходит урежение дыхания. Степень выраженности морфологических изменений легких оказывается пропорциональной интенсивности акустического воздействия. При уровнях более 130 дБ наблюдается разрыв стенок альвеол и выраженные повреждения клеток эндотелия, что приводит к кровоизлияниям. При действии НЧ колебаний со значительным уровнем давления в легких остается значительный объем воздуха, который не может эвакуироваться по воздухоносным путям и сильно деформирует легочную ткань. Из-за малой прочночти паренхимы легких создаются условия для разрыва альвеол и кровоизлияний, которые выражены существенно при уровнях 185 дБ и ударной травме.
Под действием НЧ колебаний с уровнем свыше 110 дБ наблюдается диффузное возбуждение коры головного мозга. Разлитой характер возбуждения центров вегетативной нервной системы, происходящего при НЧ акустических воздействиях, считается причиной многочисленных и разнообразных реакций центральной нервной системы, а также сердечно-сосудистой и дыхательной систем. В связи с частотной избирательностью реакций целостного организма к фактору усиления биоэлектрической активности мозга особый интерес вызывает экспериментальное изучение возможности синхронизации НЧ акустических колебаний с основными ритмами биоэлектрической активности головного мозга. При наличии такого эффекта для человека наиболее опасной становилась бы частота 7 Гц, совпадающая с альфа-ритмом биоэлектрической активности головного мозга, однако достаточно обоснованных подтверждений такой гипотезы пока не существует.
Перечисленные результаты позволяют полагать, что биологический эффект НЧ акустических колебаний проявляется реакцией целостного организма, в которой участвует преимущественно нервная, сердечно-сосудистая и дыхательная системы организма. В принципе, на НЧ акустическое колебание может реагировать любая клетка организма, однако чем ниже интенсивность этого раздражителя, тем большую роль в формировании реакций на него играют высокочувствительные сенсорные системы. Такие системы, являясь своеобразными усилителями, формируют кооперативные процессы, обеспечивающие реакции с энергетическим выходом существенно более высоким, чем исходный раздражитель.
Сенсорное восприятие осуществляется механорецепторными системами организма, например, органом слуха. При увеличении, например, интенсивности облучения до 140 дБ наряду с восприятием звука появляется ощущение осязания. Проблема разграничения информационных и биологических эффектов НЧ акустических колебаний является сложной и неоднозначной. Можно полагать, что первые формируются полями малой интенсивности и приводят к вожбуждениям, а вторые - к эффектам повреждения и разрушения. При этом верхней границей эффекта возбуждения можно полагать величину плотности потока энергии 1 Вт/кв.м (при уровне порога чувствительности около 0,2 мВт/кв.м. Нижней границей энергетического воздействия можно считать уровень звукового давления 120 дБ на частоте 20 Гц и более. Разрушение биологических тканей под действием НЧ акустического поля может происходить при уровнях 10 Вт/кв.м. Эти величины являются исходными для построения систем формирования акустических полей в водной среде с заданными параметрами.
Проблема формирования в водной среде НЧ акустических полей большой интенсивности является достаточно сложной. Она связана прежде всего с необходимостью иметь излучающий элемент с размерами, соизмеримыми с рабочей длиной волны в среде распространения. Для частот порядка 10...100 Гц в морской воде эти размеры должны для линейной антенны составлять 75...7.5 метров, что технически трудно осуществимо. Другим путем, широко применяемым в гидроакустике, является формирование поля в воде несколькими источниками, сфокусированными в заданную точку пространства, что позволяет помимо формирования высокого уровня колебаний в фокусе, достигающего кавитационного предела прочности среды, перемещать точку фокусировки, например, на выбранный биообъект. При этом уровень излучения каждого излучателя может не достигать кавитационного предела.
Повысить эффективность излучателя можно также за счет увеличения амплитуды смещения излучающей поверхности преобразователя, которая может быть достигнута, например, в НЧ акустическом излучателе с элементами с памятью формы (мартенситными элементами). В конструкциях излучателей с использованием мартенситных силовых элементов, которые выполняются из сплава на основе никелида титана (нитинол), имеющего температуру превращения при термоциклировании около -54 градуса Цельсия. После соответствующего "обучения" такие сплавы способны принимать два устойчивых геометрических состояния при охлаждении силового элемента и при его нагреве, предусмотренных вспомагательными системами излучателя.