Mis ei tapa, teeb tugevaks: Mis toimub maapinnas raketitabamuse hetkel?

Kui rakett või meteoor maapinda tabab, on tekitatud purustused sellel selgelt nähtavad. Mis aga toimub samal ajal sügavamal pinnases? Üks küsimus, millele kaitsetehnikatööstus vastust otsib, on, kas kõvemad ja kiiremad pinnastläbistavad raketid avaldavad tegelikult suuremat mõju. Varasemad katsed panna pinnastläbistavaid rakette lihtsalt kõvemini ja kiiremini välja tulistades sügavamale tungima pole nimelt andnud häid tulemusi.

Duke’i ülikooli füüsikud töötasid hiljuti välja uudse viisi probleemi analüüsimiseks ja järeldasid, et muld ja liiv muutuvad seda tugevamaks, mida kõvemini miski nendega kokku põrkab, mis teeb sügavale tungimise nii meteooridele kui ka rakettidele keerulisemaks. 

USA-s Põhja-Carolinas tegutseva Duke’i ülikooli töörühm matkis laboratooriumis kiireid tabamusi tehismulla ja liiva pihta ning salvestas neid üliaegluubis. Selgus, et mida kiiremini projektiilid tabamuse hetkel liiguvad, seda tugevamat vastumõju need kogevad ja seda kiiremini ka peatuvad.

Uurimust rahastas USA kaitseministeeriumi juures tegutsev kaitseohtude vähendamise agentuur DTRA. Töö üheks võimalikuks tulemuseks on senisest tõhusamate pinnastläbistavate (ingl ground-penetrating) rakettide väljatöötamine sügavale maetud sihtmärkide, nt vaenlaste punkrite või allmaa-relvaladude hävitamiseks. 

Matkimiskatsete raames viskasid uurijad ümardatud otsaga metallprojektiili kahe meetri kõrguse lae alt 25 kilomeetrise tunnikiirusega helmestega täidetud mahutisse. Kokkupõrke käigus läks projektiili kineetiline energia üle helmestele ja hajus sedamööda, kuidas helmed üksteisega pinna all põrkusid ja kokkupõrke jõu endasse neelasid.

Kokkupõrkepunktist edasi liikuva energia seiramiseks rakendasid Duke’i ülikooli teadlased läbipaistvast plastmassist helmeid, mis kokkupressimisel hakkavad valgust teistmoodi murdma. Polariseerivate filtrite abil esile tõstetud, tugevama surve alla jäänud piirkonnad joonistuvad välja haruliste valgusviirgude, nn jõuahelatena (ingl force chains). Kokkupõrked tekitasid impulsse, mis tulvasid läbi helmeste kiirusega 108 kuni 1080 kilomeetrit tunnis.

Iga kokkupõrge võeti üles ülikiir-videokaameraga, mis filmis kuni 40 000 kaadrit sekundis. Aegluubis taasesitamisel oli näha, kuidas jõuahelate hargnevate võrgustike kuju eri kokkupõrkekiiruste puhul helmemahutites oluliselt varieerus.

Madalate kiiruste juures võtab suurema osa löögist enda peale väike hulk helmeid, märkis uurimuse kaasautor, Duke’i ülikooli füüsikaprofessor Robert Behringer. Suurematel kiirustel levivad ka jõuahelad kaugemale, mistõttu kokkupõrke energia hajub kokkupõrkepunktist eemale palju kiiremini kui varasemad mudelid prognoosisid. Nimelt tekivad suurte kiiruste juures kokkusurumisel helmeste vahele uued kokkupuutepunktid, mis materjali tugevamaks teevad.