Методика расчёта: как симулятор считает последствия ядерного взрыва

Всё, что симулятор рисует на карте, рассчитано по открытым, рассекреченным моделям поражающих факторов ядерного оружия. На этой странице — откуда берутся числа и на каких допущениях они держатся.

Основные источники

Главный справочник — The Effects of Nuclear Weapons Сэмюэла Глесстона и Филипа Долана (3-е издание, 1977): стандартный, в прошлом официальный свод данных правительства США о действии ядерного оружия, давно рассекреченный и свободно доступный. Дополнительные зависимости взяты из работ Ройса Флетчера по масштабированию, доклада Управления по оценке технологий Конгресса США The Effects of Nuclear War (1979) и открыто задокументированных формул, которые популяризовал проект NUKEMAP Алекса Веллерстайна.

Избыточное давление ударной волны

Разрушения от ударной волны выражаются в psi (фунтах на квадратный дюйм) избыточного давления. Расстояния растут пропорционально кубическому корню из мощности (закон Хопкинсона — Кранца): бомба в 8 раз мощнее отодвигает каждое кольцо давления всего в 2 раза дальше. Кольца по умолчанию соответствуют общепринятым порогам: 20 psi — разрушаются даже железобетонные здания, гибель людей близка к 100%; 5 psi — обрушивается большинство жилых домов; 1 psi — лопаются оконные стёкла, что само по себе калечит. Для воздушного взрыва модель умеет подбирать высоту подрыва так, чтобы радиус выбранного давления был максимальным.

Тепловое излучение

Тепловые кольца показывают наклонную дальность, на которой световой импульс приносит достаточно энергии (в кал/см²), чтобы с заданной вероятностью вызвать ожоги первой, второй или третьей степени либо воспламенить сухое дерево. Нужная энергия с ростом мощности увеличивается медленно, потому что крупный взрыв излучает свой импульс дольше. Модель предполагает достаточно прозрачную атмосферу; дымка, облачность и тени сильно меняют реальную картину.

Проникающая радиация

Радиационные кольца показывают расстояние, на котором первичный поток нейтронов и гамма-квантов создаёт заданную мгновенную дозу (в бэр). Доза 500–600 бэр без интенсивного лечения обычно смертельна. У мощных зарядов смертельные радиусы ударной волны и теплового излучения уходят далеко за радиус проникающей радиации, поэтому этот фактор важнее всего для небольших бомб хиросимского класса.

Радиоактивные осадки

След осадков моделируется для наземного взрыва (воздушный взрыв, огненный шар которого не касается земли, почти не даёт локальных осадков). На входе — мощность, доля деления, скорость и направление ветра; на выходе — контуры мощности дозы в радах в час, приведённые к одному часу после взрыва («H+1»), по упрощённому подходу в духе SIMFIC, описанному в открытой литературе. Реальные осадки ложатся куда беспорядочнее: они зависят от ветра на каждой высоте, от дождя и от рельефа.

Рельеф и застройка

Каждое кольцо на карте рассчитано для ровной открытой местности — так же построены и классические справочные модели. Настоящий ландшафт меняет картину. Тепловая вспышка распространяется по прямой, поэтому всё, что укрыто за гребнем или за капитальным зданием, защищено от ожогов, а открытые склоны, обращённые к огненному шару, получают больше. Ударная волна обтекает препятствия, но холмы всё же ослабляют её на обратной стороне, а долины и длинные прямые улицы могут её направлять. Хрестоматийный пример — Нагасаки: бомба взорвалась над долиной Ураками, окружающие холмы удержали значительную часть разрушений, и центр города за ними пострадал гораздо меньше, чем предсказали бы одни кольца. Плотные кварталы высотной застройки добавляют собственное экранирование и обломки. Считайте кольца оценкой масштаба для идеализированного плоского города, а не картой разрушений по улицам.

Чтобы показать часть этого, карта после каждого взрыва рисует тени рельефа. По открытым данным о высотах симулятор выпускает из огненного шара 720 лучей — с реальной высоты подрыва и с учётом кривизны Земли — и заштриховывает синим все места внутри радиуса ожогов, откуда огненный шар не виден: нет прямой видимости — нет ожогов от вспышки. Здания не учитываются: глобальной базы высот застройки не существует. Участки, спрятанные глубоко за крупными хребтами (линия визирования проходит более чем на 150 м ниже поверхности), внутри радиуса ударной волны заштрихованы красным как качественная подсказка, что волна там, вероятно, слабее; сами кольца остаются круглыми, потому что расчёт того, как ударная волна огибает реальный рельеф, потребовал бы полноценного физического моделирования. На равнине — как в большей части Киева или Хиросимы — тени почти исчезают, и так и должно быть.

Оценка жертв

После каждого взрыва симулятор оценивает, сколько людей погибнет и будет ранено. Он считает жителей каждого квадратного километра внутри колец поражения по сетке населения GHS-POP 2025 (30 угловых секунд, около 1 км; Объединённый исследовательский центр Европейской комиссии, Global Human Settlement Layer, CC BY 4.0) и применяет доли потерь по избыточному давлению из исследования Управления по оценке технологий Конгресса США The Effects of Nuclear War (1979): выше 12 psi погибает около 98%; от 5 до 12 psi — 50% погибших и 40% раненых; от 2 до 5 psi — 5% погибших и 45% раненых; от 1 до 2 psi — около 25% раненых. Для небольших зарядов, у которых проникающая радиация выходит за зону тяжёлых разрушений, не меньше половины людей внутри кольца 500 бэр считаются погибшими.

Это грубый порядок величины, а не прогноз. Сетка населения показывает, где люди живут, поэтому дневной удар по деловому центру затронет куда больше народу; убежища, огненные штормы, радиоактивные осадки и коллапс медицины не моделируются.

Когда включены тени рельефа, оценка корректируется километр за километром. Те, кому не виден огненный шар, избавлены от ожогов вспышкой, поэтому их доля потерь уменьшается на часть, приходящуюся на ожоги, — примерно четверть погибших и треть раненых, в соответствии с оценками по Хиросиме и Нагасаки; те, кто глубоко за крупными хребтами, засчитываются на одну зону ударной волны дальше. В легенде тогда показаны оба числа. На практике для высоких воздушных взрывов поправка невелика, а для низких взрывов над холмистыми городами заметнее, потому что большинство людей живёт в долинах, которые всё равно обращены к огненному шару.

Известные ограничения

• Модели откалиброваны для мощностей примерно от 1 килотонны до 20 мегатонн; значения вне этого диапазона экстраполируются и менее надёжны. Жёсткий потолок — 100 мегатонн.
• Цифры потерь и разрушений предполагают однородные условия: без экранирования рельефом, без погоды, со средней застройкой.
• Результаты — оценки для обучения, а не для планирования гражданской обороны. Что делает каждый поражающий фактор, читайте на странице о последствиях ядерного взрыва, а числа для любого города и мощности можно получить, запустив симулятор.