Espoletas e Detonadores (dispositivos de iniciação) *183

Para que uma “cabeça de guerra” cumpra o papel para o que foi concebida, é necessário que seja detonada no momento adequado, pois qualquer outra situação diferente desta, poderá resultar na perda da ogiva sem que produza seus efeitos no alvo, ocasionando perigo mortal aos seus usuários e danos materiais indesejados aos equipamentos e instalações próximos. Um dispositivo de iniciação (espoletas e detonadores) é um subsistema que ativa o mecanismo de uma ogiva quando desejado, para produzir seus efeitos no alvo escolhido, e também mantém esta ogiva em condições seguras durante todas as fases anteriores da cadeia logística e operacional.

A espoleta é essencialmente um mecanismo de estado binário. No contexto do hardware do sistema de armas, uma espoleta e sua respetiva ogiva são uma coisa só, pois espera-se que permaneçam juntas e inertes até que seu alvo seja encontrado e depois funcionem conforme o esperado em uma fração de milissegundo. Os sistemas de orientação podem se recuperar de avarias transitórias; os radares de rastreamento de alvos podem experimentar vários alarmes falsos sem comprometer significativamente sua utilidade; e as estruturas de mísseis podem deformar-se e se recuperar, mas a ativação da ogiva é irreversível. A qualidade exigida para um dispositivo de iniciação é especificada por dois valores: confiabilidade de 0,95 a 0,99 para espoletas de mísseis complexos e até 0,999 para espoletas de contato de bombas e projéteis em geral.

Um sistema de iniciação de armas possui 5 funções básicas que podem ser executadas, sejam elas: Manter a arma segura, armá-la,  reconhecer ou detectar o alvo, iniciar a detonação da ogiva e determinar a direção da detonação (apenas espoletas especiais).

Dispositivos de Trava e Segurança

Sistemas de armas tem um periculosidade intrínseca, e devem ter agregados ao seu projeto garantias de que não serão ativados e/ou detonados até atinjam seus alvos. Essa garantia é fornecida pelos dispositivos de trava e segurança presentes nos mecanismos de iniciação. Os dispositivos de trava e segurança são um componente que isolam o iniciador (mecanismo que ativará a sequência de detonação) da carga de iniciação (explosivo primário) da ogiva, durante todas as fases da cadeia logística e operacional da arma, até que a arma seja lançada intencionalmente e tenha se distanciado o suficiente de seu vetor de lançamento para que este não seja afetado. Então, nesse ponto da trajetória quando não mais oferece perigo a quem o está lançando, este mesmo dispositivo de trava e segurança remove a barreira entre o mecanismo de iniciação e o trem explosivo, permitindo que a ogiva possa ser detonada.

Alguns dispositivos de trava e segurança funcionam medindo o tempo decorrido desde o lançamento, outros determinam a distância percorrida a partir do ponto de lançamento, registrando a aceleração experimentada pela arma. Alguns dispositivos detectam a velocidade do ar ou a rotação do projétil (força centrífuga), enquanto outros podem receber estímulos característicos da trajetória da arma, como pressão e aceleração do jato de escape do motor. Para maximizar a confiabilidade de uma espoleta, o dispositivo de trava e segurança deve ser capaz de diferenciar as forças que registra como sendo exclusivas da arma quando lançada, e não possam ser intencional ou acidentalmente duplicadas durante operações de manuseio no solo ou de pré-lançamento.

A maioria dos mísseis incorpora dispositivos de trava e segurança utilizando acelerômetros, que mede a aceleração projétil quando lançado. Um impulso de lançamento induz ao projétil uma pequena aceleração de até 10 g, enquanto que uma arma em queda pode sofrer facilmente forças de choque de até 500 g. Portanto, um recurso deve ser usado para evitar que a espoleta se arme prematuramente quando a arma é lançada. Essa característica faz com que os sistemas de detecção de aceleração entrem em condição de retardo por um período determinado, evitando que a espoleta se arme de imediato. 

Neste dispositivo, os iniciadores e as cargas a serem iniciadas partem propositalmente desalinhados, e tem seu alinhamento paulatinamente induzido pelos acelerômetros, à distância considerada segura. Neste momento outro mecanismo retrai a trava de segurança eletricamente por meio de um solenoide, comprimindo uma mola capaz de reverter o destravamento caso algo dê errado. Mecanismos do tipo cruz de malta podem seu usados para forçar o alinhamento, devido a sua confiabilidade. A cadeia explosiva se forma quando iniciador, detonador e carga principal se alinham perfeitamente e um outro dispositivo trava o alinhamento na posição armado, tornando irreversível a detonação. Se o motor apresentar defeito, no entanto, de modo que a aceleração seja insuficiente e o alvo não possa ser atingido, uma mola retornará a trava de alinhamento, que será desfeito, e a trava de lançamento será inserida novamente no mecanismo, retornando-o a posição de segurança. Isso garante que a ogiva não seja detonada, em um lançamento mal sucedido devido a falha do motor. 

O integrador de aceleração de movimento linear, que embora seja por projeto muito robusto, tem a desvantagem funcional de que, durante a aceleração lateral do míssil que pode exceder 30 g, sofra uma força de atrito intensa entre o mecanismo de iniciação e o corpo da arma. Isso retarda seu movimento e pode aumentar a distância de armação. Em um projeto mais eficiente, o movimento linear é convertido em movimento rotativo, com um disco de metal montado excentricamente em um eixo transversal que gira à medida que o míssil acelera, alinhando o trem explosivo.

Para obter a confiabilidade de segurança desejada neste exemplo, existem vários componentes redundantes. Se algum dos componentes falhar, por exemplo, se uma trava de lançamento se romper e a arma for derrubada, outra ainda impediria o armamento da detonação inadvertida. Esse tipo de redundância é encontrado em todos os dispositivos trava e segurança. Estes dispositivos são feitos de componentes de altíssima qualidade e projetados para ter uma probabilidade de falha de segurança não superior a 1%.

Outro dispositivo adicional de trava e segurança necessário serve para neutralizar a ogiva se o vetor não atingir, por qualquer motivo, seu alvo. Um exemplo seria um projétil antiaéreo ou um SAM que poderia cair em território amigo se um alvo aéreo não fosse atingido. Para impedir essa possibilidade, um dispositivo de trava e segurança tipo temporizador neutralizaria a ogiva depois de um determinado tempo do disparo. Isso permitiria a continuidade da trajetória até que o tempo decorrido esperado entre o lançamento e a interceptação ao alvo seja excedido, momento em que o dispositivo destruirá a ogiva.

A configuração do temporizador seria baseada em um tempo maior que a interceptação normal, mas seria detonada enquanto a arma ainda estivesse no ar com segurança. Esse detalhe de projeto, para aumentar a confiabilidade da segurança é encontrado na maioria dos projéteis antiaéreos.

Embora a espoleta com seu dispositivo de trava e segurança seja o principal componente de segurança da arma, deve-se perceber que a ogiva não é insensível a influências além da iniciação da espoleta. Os altos explosivos químicos usados nas cabeças de guerra convencionais, bem como os nucleares podem ser detonados se forem submetidos ao calor e energia suficientes de fontes externas. Detonações ou incêndios acidentais ou de combate podem fornecer a energia necessária, e sobre estes não é possível tomar medidas preventivas.

Detecção e reconhecimento de alvos

A detecção e o reconhecimento do alvo devem ocorrer quando ele estiver da esfera de dano da ogiva ou de modo que o espoleta de proximidade possa prever quando essa condição ocorrerá. Esta função pode ser realizada por vários tipos de sensores mecânicos ou elétricos. O dispositivo específico usado classifica o tipo de sistema de difusão. Depois que o alvo for "detectado", este dispositivo emite um sinal de “fogo” ao detonador. Existem quatro categorias básicas desses dispositivos:

Dispositivo de Contato - Este dispositivo sensor inicia o dispositivo de detonação ao travar contato com o alvo. Os mecanismos típicos destes sensores podem incluir o deslocamento de uma massa inercial, a tensão de um cristal piezoelétrico, o curto-circuito de uma linha de transmissão coaxial, a interrupção de um circuito elétrico ou a combinação destes. As espoletas de impacto são desse tipo. Também podem ser incorporados um mecanismo de retardo que fornece um pequeno atraso na detonação após o contato, para permitir, por exemplo, a penetração da arma no alvo a fim de maximizar o dano.

Dispositivo de Ambiente - Embora não seja capaz de detectar a presença física do alvo, ele pode detectar o ambiente único em que o alvo pode ser encontrado, como o ambiente subaquático. Esse tipo de detecção normalmente seria encontrado em bombas de profundidade ou cargas de profundidade e seria acionado pela pressão hidrostática.

Dispositivos Temporizadores - Após um tempo decorrido predeterminado, um dispositivo contador de tempo enviará um sinal de “fogo” ao detonador. A "detecção" do alvo é predeterminada pelo usuário, quando após algum tempo decorrido predefinido, baseado em cálculos de quando se espera que o alvo esteja dentro da esfera de dano da ogiva. Projéteis de armas usam esse tipo de espoleta. Granadas de artilharia, por exemplo, podem ter espoletas de tempo variável que podem ser configuradas para disparar no ar, ou de segundos a horas após atingir o solo.

Dispositivos de Proximidade - Estes dispositivos não requerem contato com o alvo, pois detectam sua presença à alguma distância. Eles enviam um sinal de “fogo” ao detonador quando o alvo está dentro da esfera de danos da ogiva. 

Iniciação da ogiva

Uma ogiva geralmente contém um alto explosivo poderoso, mas relativamente insensível, que só pode ser iniciado pelo calor e energia de um explosivo primário. O explosivo primário é um componente do subsistema de espoleta e normalmente é carregado no detonador. Se o detonador for projetado corretamente, ele poderá ser ativado apenas por um sinal de fogo exclusivo, recebido do dispositivo de detecção de alvo. Um detonador pode ser projetado para ativar quando recebe energia elétrica (alta tensão) ou energia mecânica (choque)..

Classificação do Sistema de Espoletas

Várias convenções de classificação do sistema de espoletas são empregadas atualmente. Como os projetos de espoleta variam amplamente de acordo com as características e missão de cada arma, uma convenção de classificação os agrupa por aplicação:

1. Espoletas de projéteis de armas de fogo
1. para munição rotativa
2. para munição não rotativa
2. Foguetes
3. Espoletas de Bombas
4. Espoletas de Minas
5. Espoletas de Mísseis
1. ar-ar
2. ar-superfície
3. superfície-ar
4. superfície-superfície
6. Espoletas de Torpedos

Também se utiliza um segundo sistema de classificação que reflete a maneira de operação do espoleta:

1. Espoletas de Proximidade (VT)
1. ativas
2. semi-ativas
3. passivas
2. Espoletas de Tempo
3. Espoletas de Impacto
4. Espoletas de Retardo
5. Espoletas Remotamente Comandadas

Espoletas de Proximidade (VT)

De longe, a espoleta mais complexa é a de proximidade. Este conceito teve origem na Inglaterra no início da Segunda Guerra Mundial. Os analistas, ponderando sobre como aumentar a eficácia de sua artilharia antiaérea, calcularam que um sensor de proximidade no projétil poderia tornar um bombardeiro efetivamente 10 vezes maior que seu tamanho físico, detonando o projétil próximo ao alvo e não depois de um tempo programado de voo. Assim, aqueles projéteis que atingissem entrassem na esfera de danos em que o alvo pudesse ser atingido, seriam dez vezes mais efetivos em danificar ou destruir o alvo em comparação com projéteis dotados de espoleta de tempo. Hoje, a incidência de ataques diretos por mísseis guiados é maior do que para projéteis não guiados, mas os princípios originais ainda se mantêm verdadeiros.

Os espoletas de proximidade cumprem seu objetivo através do "sensor de influência", ativando a ogiva sem contato físico entre a o iniciador e o alvo. Estas espoletas são acionadas por alguma característica do alvo, em vez do contato físico com ele. A iniciação pode ser causada por um sinal de rádio refletido, um campo magnético induzido, uma variação de pressão, um impulso acústico ou um sinal infravermelho. Um espoleta de proximidade é classificada pelo seu modo de operação, dos quais existem três: ativo, semi-ativo e passivo. 

Espoletas de Proximidade Eletromagnéticas

É concebível que todas as partes do espectro eletromagnético possam ser usadas para a detecção de alvos. Praticamente, no entanto, considerações de propagação, atenuação e outros parâmetros afetados pela radiação determinam a aplicabilidade. As partes do espectro com maior utilidade são as frequências de rádio e microondas (HF, UHF, SHF, EHF) e o infravermelho (IR). Uma espoleta eletromagnética, operando particularmente na região de rádio e microondas, pode ser construída para operar como um conjunto de radares em miniatura. Ela deve transmitir os pulsos eletromagnéticos, receber seu eco de retorno e identifica-los. O sinal recebido apropriado inicia o detonador. Um dispositivo de proximidade eletromagnética ativo básico possui os seguintes componentes:

1. Um transceptor composto por componentes eletrônicos de estado sólido, capazes de fornecer a energia necessária para a transmissão e suficientemente sensível para detectar o fraco retorno do sinal.
2. Um circuito de amplificação para ampliar o sinal de retorno, para que ele ative o iniciador e sensibilize o detonador. Os circuitos do receptor e do amplificador são projetados para selecionar apenas o sinal correto.
3. Uma fonte de alimentação para gerar e fornecer energia elétrica para a espoleta.

Ogivas antisuperfície

Algumas armas usadas contra alvos de superfície, unidades de bomba de fragmentação (CBU) e armas termobáricas (FAE), empregam espoletas de proximidade para detonar sua carga a uma altura predeterminada. Armas antipessoal com ogivas unitárias são mais eficazes quando detonadas acima da área-alvo do que ao contato. As espoletas de proximidade para essas aplicações podem funcionar com rádio-altímetros ou sensores eletro-ópticos, ou mesmo com sensores de alcance de inclinação que medem a distância da superfície no ponto projetado de impacto da arma.

Um meio de seleção de sinal faz uso do princípio do radar, no qual o tempo decorrido entre um pulso transmitido e seu retorno, é uma função da distância entre o alvo e a ogiva, que também está dotada de um portão de alcance máximo, que torna a espoleta insensível a retornos que estão mais distantes. Um circuito complementar passará o sinal para iniciar a ogiva quando o tempo decorrido se reduzir a um valor predeterminado. O uso do princípio doppler permite a seleção, no qual a frequência do sinal recebido varia em função da velocidade relativa entre a ogiva e o alvo. Isso permite a classificação de alvos de acordo com suas velocidades, o que é útil na seleção de um alvo específico dentro de um grupo de sinais de retorno de uma variedade de fontes. 

A frequência doppler também pode ser usada para determinar quando detonar a ogiva. Se o encontro for frontal, o doppler mostraria um incremento relativamente alto do sinal de retorno, em comparação com os níveis predeterminados estabelecidos no circuito de espoletas, e a detonação da ogiva precisaria ser imediata para garantir que atingisse o alvo e não passasse por ele. Se o rastreamento for pela retaguarda, como em uma situação de perseguição, o retorno do doppler seria relativamente baixo e, portanto, um retardo na detonação pode ser desejado para garantir um acerto.

Mísseis antiaéreos

Nas aplicações contra alvos aéreos, a principal função da espoleta de proximidade é compensar os erros terminais na trajetória da arma, causados pela fugacidade dos alvos, detonando a ogiva em um ponto calculado para infligir um nível máximo de dano. Por causa das relações cinemáticas entre a arma e o alvo, o ponto preferido de detonação não é, em geral, o ponto de abordagem mais nítido da arma para o alvo. Em vez disso, o engenheiro de sistema busca um projeto de espoleta que a inicie de maneira adaptativa a ogiva dentro de uma janela de máxima eficácia para cada trajetória que a ogiva provavelmente experimentará em uso operacional futuro. O intervalo de explosão letal é definido como o intervalo intermediário ao longo da trajetória em que a ogiva pode ser iniciada para atingir o alvo em sua área mais vulnerável. É claro que esse ponto ideal nunca é atingido na prática, e a intenção deve ser adaptada à praticidade. 

Como compromisso, o engenheiro adota um design prático, acessível e que maximize o número de detonações letais em uma amostra representativa de todos os encontros postulados. O ponto real de detonação em um determinado encontro é o resultado de parâmetros de projeto de espoleta, velocidade do vetor da arma, localização do mecanismo de telemetria da arma, lógica de controle da explosão e uma grande variedade de outros fatores de influência, como contramedidas ativas ou passivas e efeitos ambientais. Como exemplo, temos as ogivas de mísseis táticos que não são tão poderosas  a ponto de devastar o alvo se detonadas em qualquer lugar nas proximidades. Além disso, muitas ogivas não podem ser muito grandes ou pesadas sem comprometer seriamente a velocidade, altitude, alcance e manobrabilidade dos mísseis. Portanto, os fragmentos liberados pela ogiva devem ser entregues nas áreas do alvo mais vulneráveis a danos: a cabine, os estágios do compressor do motor e o sistema de controle de voo. Isso requer espoletas sofisticadas, com controle preciso do momento de detonação.

Além disso, para maximizar seu alcance letal, a ogiva é projetada de modo que os fragmentos sejam confinados a uma zona estreita. Assim, uma densidade letal de fragmentos é mantida em faixas muito maiores do que se os fragmentos fossem dispersos isotropicamente. O espoleta de proximidade deve resolver esse problema de convergência, agrupando em um padrão de fragmentos estreitos e às regiões mais vulneráveis limitadas do alvo. Por exemplo um míssil se aproximando do alvo por trás e passando acima ou abaixo do dele, portando sem um impacto direto, deve procurar detonar quando a ogiva estiver o mais próxima de áreas ou regiões mais vulneráveis, que devem ser atingidas para garantir um o abate. Ao se aproximar, a espoleta de proximidade detecta a primeira extremidade do alvo que penetra em seu padrão sensorial, iniciando uma série de eventos que resultarão na detonação da ogiva no ponto mais apropriado. O retardo de tempo que permite que o míssil atravesse deste ponto inicial ao ponto ideal varia em função da velocidade relativa de enquadramento e variáveis das características do alvo. Quando a ogiva for detonada no ponto supostamente ideal determinado pelo mecanismo da espoleta, a soma vetorial da velocidade do míssil, da velocidade de expansão da ogiva e da velocidade do alvo fará com que a componente de fragmentos o atinja na região escolhida.

É evidente que a situação do encontro terminal envolve a interação de muitos parâmetros que dependem das características do alvo, características do míssil e relacionamentos posicionais no momento do lançamento. O grau de variabilidade e incerteza nesses parâmetros é aumentado pela capacidade de manobra e contramedidas do alvo. Como a maioria dos mísseis é capaz de ataques de todos os quadrantes (all aspect), e a velocidade do alvo pode variar em uma ampla faixa de valores, a velocidade de enquadramento usada na equação de atraso de tempo pode variar em 10 vezes , por exemplo de 180 a 1.800 m/s.

O espectro de alvos destinados ao míssil abrangerá alvos que podem ser pequenos, médios ou grandes em tamanho físico, mas suas capacidades de velocidade variam a tal ponto que um atraso de tempo selecionado pode ser bem-sucedido para um alvo e falho para outro. Além disso, é possível que alvos muito longos em encontros de alto ângulo de cruzamento apresentem apenas um metro quadrado ou menos de área vulnerável à ogiva. Assim, as dimensões brutas do alvo não são muito úteis como medidas de onde a ogiva deve ser melhor detonada.

Sendo dispositivos sensores por natureza, os espoletas estão sujeitos a um amplo espectro de influências perturbadoras no ambiente tático do mundo real. Um dos principais pré-requisitos para um bom projeto de espoleta é, portanto, conceber um sistema de sensor que discrimine o retorno real do alvo de todas as influências indesejáveis possíveis, sejam elas sob a forma de contramedidas eletrônicas ou ópticas, níveis intensos de radiação eletromagnética característicos dos ambientes operacionais, fenômenos atmosféricos e confusão de sinais de radar, como ocorre em voos com mísseis a baixa altitude.

Espoletas de Proximidade Magnetostáticas

Sensores magnéticos, como detectores de anomalias magnética (MAD), medem mudanças no campo magnético da Terra ou a presença de uma fonte de fluxo magnético. No caso de sistemas de espoletas, um sensor magnético é projetado para reconhecer uma anomalia e, finalmente, fazer com que o a o iniciador ative a carga principal. Esse dispositivo de detecção de alvo pode ser projetado para fechar um circuito de iniciação após uma perturbação do campo magnético da Terra por um dos componentes magnéticos de um veículo ou embarcação. O alvo não precisa necessariamente estar em movimento, embora possa ser empregado um dispositivo de trava e segurança que exija uma certa taxa de movimento do alvo. Minas que empregam esse princípio são comumente usadas. Outro tipo de mecanismo empregado em minas é um circuito indutor. Este dispositivo emprega o princípio de que um campo magnético induz um fluxo de corrente elétrica em um condutor conforme o campo magnético muda em relação ao condutor. A pequena tensão induzida na célula sensora é amplificada e, em seguida, acionam o energizador do circuito de disparo, que por sua vez inicia o detonador. A extrema simplicidade deste dispositivo o torna altamente confiável e difícil de combater.

A espoleta de ativação magnetostática também é usada para alvos submersos. Qualquer alteração na magnitude do campo magnético ativa a espoleta. Uma espoleta de ativação magnética oferece a possibilidade de danificar um alvo sem te-lo atingido diretamente. Isso é importante, pois o potencial de dano é maior quando a explosão da ogiva ocorre vários metros abaixo do casco, e não perto da superfície da água. Os métodos mais avançados de iniciação de espoleta operados pelo campo magnético de um navio empregam um sistema de detecção eletromagnético. Esse sistema opera no que pode ser chamado de "princípio gerador". Essencialmente, um gerador elétrico consiste em uma bobina de fio girada em um campo magnético para produzir uma tensão. Da mesma forma, uma pequena tensão é desenvolvida através de uma bobina de fio (a bobina de busca) quando entra em contato com um campo magnético em movimento. No entanto, um problema complexo pode ocorrer, devido ao fato de que o movimento do próprio interceptador (torpedo) através da água cria sua própria mudança no gradiente do campo e pode iniciar a espoleta mais cedo do que o pretendido. Isso levou ao desenvolvimento do gradiômetro, um dispositivo acoplado ao torpedo, que possui duas bobinas de busca com aproximadamente 30 cm de distância e conectadas em séries opostas. À medida que o torpedo agora equilibrado magneticamente se move no campo magnético da Terra, tensões iguais e opostas são induzidas nas bobinas, e nenhuma tensão líquida resulta. Nas proximidades de um casco de aço, a situação é diferente. Uma das duas bobinas está um pouco mais próxima do navio que a outra, e, portanto, uma voltagem ligeiramente diferente será induzida nela. Essa diferença é pequena, mas, quando amplificada adequadamente, faz com que o dispositivo detonador inicie a ogiva.

Espoletas de Proximidade Acústicas

Distúrbios acústicos, como ruídos de hélices e máquinas ou vibrações no casco, sempre acompanham a passagem de um navio pela água. A intensidade ou força da onda sonora gerada depende de vários fatores, como tamanho, forma e tipo do navio; número de hélices; tipo de maquinaria, etc. Portanto, o sinal acústico de um navio é variável, e espoletas acústicas devem ser projetadas para impedir que um sinal intenso acione a espoleta a distâncias muito além do raio explosivo efetivo da carga útil. Este sistema emprega um hidrofone para detectar a presença de um alvo. Um hidrofone típico funciona da mesma forma que o ouvido humano. Um diafragma (correspondente a um tímpano) se desprende pelo impacto das ondas sonoras subaquáticas. Essas vibrações são transmitidas através de um meio de óleo para um cristal piezelétrico, que converte a energia mecânica na energia elétrica necessária para iniciar o mecanismo de disparo. A seletividade do mecanismo de disparo é tão crítica que apenas os pulsos das características necessárias são enviados ao detonador. Ela é necessária devido aos sons variados que são recebidos. Para distinguir entre esses muitos sons, os mecanismos de disparo acústicos devem possuir um tipo de recepção muito seletivo. Por exemplo, um grande cargueiro pode ter um hélice grande girando lentamente, enquanto que um destroyer pode ter dois hélices girando muito mais rápido. Um mecanismo de disparo acústico pode distinguir entre o cargueiro e o destroyer e disparar no alvo selecionado. Quando o mecanismo de disparo detecta um som com as características necessárias (incluindo intensidade e taxa de mudança de intensidade), inicia o circuito e dispara o detonador.

Mecanismos de espoleta acústicos são usados em torpedos e em minas. Existem dois modos de operação de torpedos acústicos, os tipos ativo e passivo. O tipo passivo possui um dispositivo de retorno que guia o torpedo na direção do ruído alvo mais forte. O tipo ativo emprega um conjunto de sonares que emite uma série de sons que são refletidos de volta para um receptor. O princípio é semelhante ao do radar. À medida que o torpedo se aproxima do alvo, é necessário menos tempo para que um sinal chegue ao alvo e retorne. A uma distância crítica predeterminada, inicia-se o circuito de disparo.

Espoletas de Proximidade Sísmicas

Um tipo similar aos sensores de influência acústica usado em alguns tipos de minas é o mecanismo de iniciação sísmico. Este sensor é essencialmente uma espoleta acústica, mas recebe seu estímulo em uma largura de banda mais baixa através da vibração da armadura da ogiva. Esses sensores podem ser extremamente sensíveis e se prestam à aplicações em terra ou na água. Eles oferecem vantagens sobre os espoletas acústicas puras, pois podem ser configurados em uma ampla variedade situações e incorporar contramedidas. A maioria das novas minas usará uma espoleta sísmica com outras espoletas de influência como um meio de garantir a ativação da ogiva em um alvo válido, reduzindo a eficácia dos esforços de varredura.

Espoletas hidrostáticas (pressão)

A movimentação de correntes nos oceanos e as suas ondas superficiais produzem variações de pressão de magnitude considerável. As embarcações em movimento deslocam a água a uma taxa constante. Esse fluxo contínuo de água é mensurável a distâncias consideráveis da embarcação como variações de pressão que normalmente existem na água. Vários mecanismos de medição de pressão podem ser usados em espoletas para detectar essas variações. O diferencial de pressão se torna mais pronunciado quando o navio está se movendo em águas confinadas, mas ainda é considerável em mar aberto, mesmo a uma profundidade acentuada. Essa variação de pressão, chamada de "assinatura de pressão" de uma embarcação, é uma função da sua velocidade e deslocamento, e da profundidade no ponto. Portanto, para evitar o disparo prematuro devido à ação das ondas, os mecanismos de disparo por pressão são projetados de modo a não serem afetados por flutuações rápidas. Os sensores de pressão são comumente associados a minas de fundo e são extremamente difíceis de combater por meio de técnicas normais de contramedidas de minas de influência. Os mecanismos de disparo de pressão raramente são usados sozinhos, mas geralmente são combinados com outros dispositivos de disparo de influência.

Iniciação por ação combinada

Os sistemas que envolvem uma combinação de influências estão disponíveis na maioria dos dispositivos de iniciação de minas. As combinações de sistemas magnéticos, de pressão e acústicos/sísmicos são usadas para compensar as desvantagens de um sistema com as vantagens de outro. A eficácia das contra-medidas da minas pode ser bastante reduzida com o uso da difusão combinada. A teoria do campo minado envolve uma análise detalhada e complexa, que está além do escopo deste texto. Todo o campo minado deve ser considerado uma arma em um cenário de lançamento e varredura, e vários alvos são programados contra ele para determinar a eficácia geral. Por uma questão de simplicidade, nossa discussão será restrita a uma única mina contra um único alvo. Os sensores de influência descritos anteriormente podem ser considerados individualmente ou em combinação. Independentemente da influência específica, existe um nível limite que ativará a mina com base na configuração de sensibilidade da arma. Obviamente, isso ocorrerá a alguma distância do alvo - a distância sendo maior quanto mais sensível for o cenário da mina. 

Deveria ser óbvio que uma mina poderia ser configurada com tanta sensibilidade que poderia ser detonada por uma influência do alvo, de modo que a explosão ocorresse fora de alcance. O alcance no qual uma mina danifica um alvo é chamado de "esfera de dano". Do ponto de vista do planejamento do campo minado, é importante otimizar a configuração da mina para que a arma não detone até que o alvo esteja dentro da sua esfera de danos. Obviamente, o som da distância de atuação deve ser menor ou igual à esfera de danos da mina. O problema se torna muito mais complexo no planejamento real. 

Cada classe-alvo tem sua própria assinatura associada, bem como uma resistência relativa contra danos, e o encontro entre navio e mina é grandemente influenciado por fatores como rumo e velocidade do navio, estado ambiental e orientação da mina e do navio. É impossível determinar todos esses fatores com exatidão; portanto, são feitas aproximações em diferentes níveis de precisão. As probabilidades de atuação das minas e as probabilidades de danos são calculadas com base em vários tipos de alvo e minas, profundidades, velocidades, sensibilidades das minas, etc., e são publicadas como informações classificadas para uso na metodologia de planejamento de campos minados.

Confiabilidade

A confiabilidade das funções básicas de detecção de alvo, engatilhamento e iniciação da ogiva é obviamente antagônica à função de segurança de uma espoleta. Um iniciador que detonará de maneira confiável a ogiva no momento do impacto, conceitualmente apresentará uma falta de confiabilidade quanto a segurança se ela também detonar quando cair durante o manuseio.

Para projetar uma espoleta para ser confiável, um projetista pode comprometer a confiabilidade do processo de armar ou detonar quando desejado. Um mecanismo de espoleta projetado para não detonar por manuseio grosseiro, também pode ser tão insensível que a espoleta de contato não funcionará no impacto com o alvo. Um dispositivo de trava e segurança de pressão projetado para detectar uma velocidade do ar muito alta, pode não armar a tempo quando implantado contra alvos de curto alcance. Existem vários métodos disponíveis utilizados pelo projetista para aumentar a confiabilidade de armar e iniciar a detonação, mas também aumentar garantir a segurança, sem comprometer a cada uma dessas funções paradoxais.

Confiabilidade funcional

Embora o design da espoleta deva enfatizar a segurança, o objetivo principal da ogiva é detonar no momento apropriado. Portanto, a sequência de trava e segurança e os dispositivos de detecção de alvo devem ter uma alta probabilidade de funcionar corretamente quando receberem seu comando intencional de engatilhamento. Como em qualquer dispositivo fabricado pelo homem, os componentes da espoleta devem se basear em um design que vise a simplicidade, deixando de lado construções excessivamente complexas. Antes que os critérios de confiabilidade possam ser garantidos, todos os novos dispositivos de trava e segurança devem ser extensivamente testados. Armas sofisticadas tem dispositivos de trava e segurança que se armam com uma confiabilidade tão alta que menos de uma em cada mil repetições acabam por falhar funcionalmente. Observe que uma falha funcional não é a mesma coisa que uma falha de segurança.

A confiabilidade funcional de todo o sistema de espoleta pode ser aumentada com a colocação de mais de um tipo de sensor de alvo em paralelo e mais de um detonador no dispositivo de trava e segurança. A maioria dos sistemas de espoleta de mísseis possui um ou mais sensores de contato de reserva, além do sensor de proximidade. Assim, a probabilidade de funcionamento da ogiva é aumentada. Isso leva a outro princípio básico no design da espoleta, que diz que um aumento redundante do número de componentes similares colocados em paralelo no caminho de disparo aumentará a confiabilidade do armamento e do disparo.

Confiabilidade de segurança

Como apontado anteriormente na discussão sobre segurança, a confiabilidade da segurança depende da operação sequencial bem-sucedida de componentes redundantes. A falha de qualquer componente da série resulta na falha geral de alcançar um status "armado". Assim, um princípio fundamental semelhante no design de espoletas pode ser declarado como um aumento redundante no número e tipos de dispositivos colocado em série no caminho de iniciação aumenta a segurança e a confiabilidade de uma espoleta.

Segurança e falha

Uma falha de segurança é diferente de uma falha funcional. Uma falha de segurança ocorre quando os componentes, por algum motivo, deixam de manter a espoleta em uma condição segura quando desejado, e ocorre um armamento prematuro. Assim, é dito que ocorreu uma falha de segurança se a arma se tornar armada, a não ser que através de sua sequência normal de detonação. A partir dessa definição, pode-se observar que, se uma falha de segurança ocorrer, os componentes da série de um dispositivo de segurança e engatilhamento devem funcionar simultaneamente de maneira que a arma esteja armada. Como a probabilidade de um componente de um dispositivo de trava e segurança ter uma falha de segurança é normalmente muito pequena, a probabilidade de três ou quatro componentes terem uma falha de segurança simultaneamente é muito menor. Assim, novamente, a redundância em série leva à confiabilidade do dispositivo.

A espoleta é o subsistema funcional do sistema de munições que aciona a ogiva nas proximidades do alvo e mantém a arma em condições seguras durante todas as fases anteriores de manuseio e lançamento. Todos os sistemas de espoleta executam quatro funções básicas: segurança, engatilhamento, reconhecimento ou detecção do alvo e iniciação da ogiva. Todas as espoletas contêm algum tipo de dispositivo de detecção de alvo, com todos os mísseis tendo um dispositivo de detecção de proximidade eletromagnética. Estes dispositivos de detecção são classificados de acordo com seu modo de operação: ativo, semi-ativo ou passivo. Todas as espoletas contêm dispositivos de trava e segurança que mantêm a arma segura através de uma série de componentes redundantes até que a arma esteja distante o suficiente do ponto de lançamento. Nesse ponto, o dispositivo de trava e segurança remove as barreiras do trem explosivo, armando a arma.

Ogivas Militares (Warheads) *182

O termo "ogiva" deriva da forma geométrica formada pela união de 2 arcos, que normalmente é adotada no desenho do penetrador aerodinâmico de munições de todos os tipos, sejam de armas leves, canhões, mísseis e outros projéteis, autopropulsados ou não. Esta ogiva deve transportar o componente do projétil destinado a causar o efeito no alvo ou não, em alguns casos alojando sistemas de orientação, espoletas e detonadores, além dos atuadores explosivos e/ou cinéticos. O termo mais adequado para se designar este componente (o que causa os efeitos) é "cabeça de guerra" ou "warhead", porém muitas publicações tratam este componente pela designação derivada do jargão da geometria. 

Ogivas militares (warheads) são a componente de qualquer tipo de munição que causam os efeitos no alvo, de acordo com a finalidade a que foi projetada. Podem ser o projétil de um cartucho de arma leve, uma carga de alto-explosivo (HE), ou a ogiva termonuclear de um ICBM, e são a razão de ser das munições militares. Elas cumprem seus papéis montadas em diferentes níveis de sofisticação tecnológica e complexidade, obedecendo concepções variadas, cada qual cumprindo com sua finalidade específica.

A função básica de qualquer ogiva é aplicar um efeito destrutivo em um alvo inimigo. Estes alvos podem ser bases militares, fábricas, pontes, navios, instalações de todos os tipos, cidades, veículos blindados, sítios de mísseis, posições de artilharia, fortificações, concentrações de tropas ou cada soldado individualmente. Uma vez que cada tipo de alvo apresenta uma demanda destrutiva diferente, são necessárias uma variedade de ogivas, cada qual causando o efeito mais adequado ao seu alvo, dentro dos limites de custo e disponibilidade logística, para que atinja máxima eficácia.

Cada "cabeça de guerra" é projetada de acordo com as especificações de performance que se espera dela, e contém os atuadores cinéticos e/ou químicos adequados e seus dispositivos de iniciação. Não trataremos aqui dos dispositivos de orientação responsáveis por levar os projéteis até seus alvos, e sim dos atuadores militares, razão de ser de qualquer tipo de munição. Os efeitos desejados são, normalmente, de natureza química (explosiva) ou cinéticos (impacto), porém outros como iluminativos ou fumígenos também podem constituir os efeitos atuadores finais de uma ogiva militar.

Uma "cabeça de guerra" é geralmente composta de uma espoleta e um detonador que constituem o dispositivo de iniciação, e a carga principal. A espoleta pode ser iniciada por efeito acústico, fotoelétrico, térmico, químico, elétrico, de pressão ou cinético, e pode conter implementações como atuadores eletro-eletrônicos e dispositivos de retardo, entre outros. A espoleta produz uma onda de detonação quando iniciada, porém em muitos casos ela é muito fraca para iniciar uma ação de alta intensidade capaz de detonar a carga principal (explosivo secundário), e um detonador (dispositivo que amplifica a ação de iniciação inicial) deve ser colocado entre os dois. A ação do detonador resulta em uma onda de choque com força suficiente para iniciar uma detonação efetiva da carga explosiva principal.

Explosivos são compostos químicos caracteristicamente instáveis, ou a mistura destes, geralmente combinados com compostos inertes para obter variações em suas propriedades deixando-os mais estáveis. Uma explosão é caracterizada por uma onda de choque viajando em velocidade supersônica. O processo de detonação, embora muito rápido, ocorre durante um período de tempo finito. Uma onda de detonação pode resultar em pressões de até 385 kBar, dependendo do tipo de explosivo. Níveis tão altos são facilmente capazes de romper as ligações químicas relativamente instáveis de compostos explosivos. Portanto, à medida que a onda de detonação passa pelo explosivo não reagido, as ligações atômicas dentro das moléculas explosivas são quebradas. Existe então um rápido processo de recombinação química em diferentes compostos, que resultam em uma liberação de energia térmica. Essa liberação causa rápida expansão dos gases, o que reforça a onda de detonação e fornece a energia que, em última instância, produz o efeito destrutivo ou militar de uma " cabeça de guerra".

O dano efetivo que o componente explosivo de uma  "cabeça de guerra" causa é caracterizado por 3 parâmetros principais: O volume da esfera de dano causado pelo explosão, que é na prática a distância em todas as direções que a explosão alcança com efeitos destrutivos; a atenuação causada pelo distanciamento do ponto de origem (marco zero), que podemos exemplificar como a mesma energia inicial dividida pela área da esfera formada em cada momento da explosão, esfera esta maior a cada milissegundo e consequentemente menos destrutivo o impacto explosivo; e por fim a forma de propagação que pode ser em todos os sentidos ou em um sentido em particular.

Ogivas de Alto-Explosivo (HE)

Ogivas de alto explosivo (HE - High Explosive) são concebidas por aplicar seu efeito pelo sopro de uma explosão. Quando um HE detona, ele é convertido quase que instantaneamente em gases que se expandem a pressões e temperaturas muito altas, quebrando seu invólucro. A massa de ar que envolve este invólucro é comprimida em uma onda de choque da ordem de várias centenas de Kbares e temperaturas da ordem de 5.000 ºC. Uma onda de compressão é gerada até um pico em tempo ínfimo (micro fração de segundo), seguida de um declínio mais lento em centésimos de segundo até a pressão ambiente, continuando a diminuir à pressões negativas, retornando após ao normal, causando uma sucção. Esta variação positivo/negativa cria um pulso que faz alvos de grande volume explodirem efetivamente pela pressão interna, e não pela pressão da explosão em si. A taxa de atenuação é proporcional à taxa de expansão do volume de gases por trás da onda de choque, com o pico de pressão e o impulso positivo diminuindo com a distância da explosão, a uma razão do cubo da distância do marco zero de forma inversamente proporcional.

Explosivos detonados acima do solo

Um aspecto da sobre-pressão que ocorre nas explosões atmosféricas é o fenômeno das reflexões de Mach, chamado de "Efeito Mach". Quando um explosivo é detonado a alguma distância acima do solo, a onda refletida alcança e se combina com a onda de choque original, chamada de onda incidente, para formar uma terceira onda que tem uma frente quase vertical no nível do solo. Essa terceira onda é chamada de "Mach Wave" ou "Mach Stem", e o ponto onde as três ondas se cruzam é chamado de "Ponto Triplo". O “Mach Stem” cresce em altura à medida que se espalha lateralmente, e à medida que cresce, o ponto triplo se eleva, descrevendo uma curva no ar. No “Mach Stem”, a onda incidente é reforçada pela onda refletida, e tanto o pico de pressão quanto o impulso estão em um máximo consideravelmente maior do que a pressão de pico e o impulso da onda de choque original na mesma distância do ponto de explosão.

Usando o fenômeno das reflexões Mach, é possível aumentar consideravelmente o raio de eficácia de uma bomba. Ao detonar uma ogiva na altura apropriada acima do solo, o raio máximo no qual uma dada pressão ou impulso é exercido pode ser aumentado, em alguns casos em quase 50%, sobre aquele para a mesma bomba detonada no nível do solo. A área de eficácia, ou volume de dano, pode assim ser aumentada em até 100%. Atualmente, apenas uma ogiva de explosão pura convencional está em uso, o Fuel Air Explosive (FAE). É claro, todas as ogivas nucleares são ogivas explosivas, e na maioria dos alvos seriam detonadas em altitude para fazer uso do efeito “Mach Stem”.

Ogivas de Fragmentação

Consiste de um invólucro, geralmente de metal pré-fragmentado, recheado por uma carga explosiva, que pode conter ou não em seu interior balins de metal, que se estilhaça obedecendo suas ranhuras internas, em todas as direções, produzindo um grande número de pequenos projéteis (estilhaços) arremessados a alta velocidade. É a forma mais comum usada em granadas de fragmentação como as granadas de mão e de artilharia. Aproximadamente 30% da energia liberada pela detonação de um elemento explosivo é usada para fragmentar o caso e transmitir energia cinética aos seus fragmentos gerados, dependendo é claro da robustez do invólucro. O saldo de energia disponível é usado para criar uma frente de choque e efeitos inerentes à explosão. Os fragmentos são propelidos a alta velocidade e, após uma curta distância, ultrapassam e atravessam a onda de choque. A taxa na qual a velocidade da frente de choque que acompanha a explosão diminui geralmente é muito maior do que a diminuição na velocidade dos fragmentos, o que ocorre devido ao atrito com o ar. Portanto, o avanço da frente de choque fica atrás dos fragmentos. O raio de dano efetivo do fragmento, embora dependente do alvo, excede, portanto, o raio de dano efetivo da explosão. 

A principal vantagem de uma carga útil de fragmentação é que ela pode ser efetiva a uma distância maior que só do explosivo puro, porque sua atenuação é menor. Durante o voo pelo ar, a velocidade de cada fragmento decai devido à resistência do ar ou arrasto. A densidade dos fragmentos em uma determinada direção varia inversamente com o quadrado da distância do ponto zero da explosão, assim como a probabilidade de acerto em um alvo qualquer. O dano produzido por um fragmento depende da massa do fragmento, portanto, é necessário conhecer a distribuição aproximada de massa para os fragmentos para causar danos. A distribuição de massa de fragmentos é determinada por meio de uma detonação estática na qual os fragmentos são capturados em poços de areia. Em cargas úteis de fragmentação natural, onde não é feita nenhuma tentativa de controlar o tamanho e o número do fragmento, a fragmentação pode variar aleatoriamente de partículas finas semelhantes a poeira até peças grandes. 

Ogivas modernas usam carcaças marcadas e fragmentos pré-cortados para garantir um grande volume de danos. A largura do feixe de fragmentos de uma ogiva deste tipo é definida como o ângulo coberto por uma densidade útil de fragmentos. É função da forma da ogiva e da colocação do (s) detonador (es) na carga explosiva. As mais recentes concepções de ogivas de fragmentação são projetadas para emitir um feixe estreito de fragmentos de alta velocidade. Esse tipo de ogiva, chamado de ogiva ABF, possui um padrão de fragmentação que se propaga na forma de um anel com tremendo potencial destrutivo. Outro tipo de ogiva de fragmentação é a ogiva SAW. Esta ogiva "inteligente" é projetada para dirigir seus fragmentos para o alvo, isto é conseguido pelo sistema de direção que diz a ogiva onde o alvo está localizado e faz com que ele detone de modo a maximizar a densidade de energia neste.

Ogivas de Carga Moldada (carga oca)

A descoberta do que é referido como efeito de carga moldada, efeito de carga oca, ou efeito de Munroe, remonta à década de 1880. Uma ogiva de carga moldada consiste basicamente de um cone oco de material metálico, geralmente cobre ou alumínio, com seu lado convexo adjacente a uma carga explosiva. Quando esta ogiva atinge um alvo, a espoleta detona a carga pela retaguarda, produzindo uma onda de choque que avança e se aproxima do coletor de metal no seu vértice. O colapso do cone resulta na formação e ejeção de um jato fundido contínuo de alta velocidade do material de revestimento, com velocidades da ponta do jato é de 8.500 m/s, enquanto a extremidade traseira do jato tem uma velocidade da ordem de 1.500 m/s. Isso produz um gradiente de velocidade que tende a esticar ou alongar o jato, que então é seguido por uma cauda que consiste em cerca de 80% da massa do revestimento. A cauda tem uma velocidade da ordem de 600 m/s. Quando o jato atinge o alvo de placa blindada ou aço macio, pressões na faixa de centenas de kbares são produzidas no ponto de contato. Essa pressão produz tensões muito acima da capacidade de absorção do material, e ele derrete e dá lugar ao jato. Este fenômeno é chamado de penetração hidrodinâmica. A diferença de diâmetro entre o jato e o furo que ele produz depende das características do material alvo. Um furo de maior diâmetro será feito em material mais macio do que em uma placa de blindagem, porque a densidade e dureza da placa de blindagem é maior. 

A profundidade de penetração em uma placa muito espessa de aço macio também será maior do que em uma armadura homogênea. Em geral, a profundidade da penetração depende de cinco fatores: comprimento do jato, densidade e dureza do material do alvo, densidade e precisão do jato. Quanto mais longo o jato, maior a profundidade de penetração. Portanto, quanto maior a distância do afastamento (distância do alvo à base do cone), melhor. Isto é verdade até o ponto em que o jato se rompe (em 6 a 8 diâmetros de cone a partir da base do cone). O rompimento é um resultado do gradiente de velocidade do jato, que se estende até que se rompa. A precisão do jato refere-se ao alinhamento do fluxo. Se o jato for formado com alguma oscilação ou movimento ondulado, a profundidade de penetração será reduzida. Esta é uma função da qualidade do revestimento e da precisão inicial do local de detonação. A eficácia das ogivas de carga moldada é reduzida quando elas são rotacionadas, com a degradação começando em 10 rps. Assim, os projéteis estabilizados por rotação geralmente não podem usar ogivas de carga moldada, e a eficácia deste tipo de ogiva independe da velocidade da ogiva. De fato, a velocidade da ogiva deve ser levada em consideração para assegurar que a detonação da carga útil ocorra no instante da distância ideal de afastamento, para o jato poder penetrar efetivamente no alvo. Os danos incorridos são função da eficiência do jato e do tipo de material da armadura alvo destacada da face traseira. As armaduras tipo gaiola são eficientes contra este tipo de ogiva, por forçar a detonação a uma distância longe demais da armadura principal.

Ogivas de Explosão Submersa

Uma ogiva para explosão subaquática apresenta alguns fenômenos interessantes associados a um meio mais denso que o ar. Uma explosão subaquática cria uma cavidade preenchida com gás de alta pressão, que empurra a água para fora radialmente contra a pressão hidrostática externa oposta. No instante da explosão, uma certa quantidade de gás é instantaneamente gerada a alta pressão e temperatura, criando uma bolha. Além disso, o calor faz com que uma certa quantidade de água se vaporize, aumentando o volume da bolha. Esta ação começa imediatamente a forçar a água em contato com a frente de explosão radialmente. A energia potencial inicialmente produzida pela bolha de gás é assim gradualmente comunicada à água na forma de energia cinética. A inércia da água faz com que a bolha ultrapasse o ponto em que sua pressão interna é igual à pressão externa da água. A bolha então se torna rarefeita e seu movimento radial é colocado em repouso. A pressão externa agora comprime a bolha rarefeita. Mais uma vez, a configuração de equilíbrio é ultrapassada, e como por hipótese não houve perda de energia, a bolha repousa na mesma pressão e volume que no momento da explosão (na prática, é claro, a energia é perdido pela radiação acústica e de calor).

A bolha de gás comprimido então se expande novamente e o ciclo é repetido. O resultado é uma bolha pulsante de gás subindo lentamente para a superfície, com cada expansão da bolha criando uma onda de choque. Aproximadamente 90% da energia da bolha é dissipada após a primeira expansão e contração. Este fenômeno explica como uma explosão subaquática parece ser seguida por outras explosões. O intervalo de tempo da energia devolvida à bolha (o período das pulsações) varia com a intensidade da explosão inicial. A rápida expansão da bolha de gás formada por uma explosão submersa resulta em uma onda de choque sendo enviada através da água em todas as direções. A onda de choque é semelhante na forma geral àquela no ar, embora se diferencie em detalhes. Assim como no ar, há um aumento acentuado da sobrepressão na frente de choque. No entanto, na água, o pico de sobrepressão não cai tão rapidamente com a distância como no ar. Portanto, os valores de pico na água são muito mais altos do que aqueles que estão à mesma distância de uma explosão igual no ar. A velocidade do som na água é quase uma milha por segundo, cerca de quatro a cinco vezes maior que no ar. Conseqüentemente, a duração da onda de choque desenvolvida é menor do que no ar.

A proximidade dos limites superior e inferior, entre os quais a onda de choque é forçada a se deslocar (superfície da água e fundo do oceano), causa a ocorrência de padrões complexos de ondas de choque como resultado de reflexão e rarefação. Além disso, além da onda de choque inicial que resulta da expansão inicial da bolha de gás, as ondas de choque subsequentes são produzidas por pulsação de bolhas. A onda de choque pulsante é de menor magnitude e maior duração que a onda de choque inicial.

Outro fenômeno interessante de uma explosão subaquática é o corte da superfície. Na superfície, a onda de choque que se move pela água encontra um meio-ar muito menos denso. Como resultado, uma onda refletida é enviada de volta para a água, mas esta é uma onda de rarefação ou sucção. Em um ponto abaixo da superfície, a combinação da onda de sucção refletida com a onda incidente direta produz uma diminuição acentuada na pressão de choque da água. Este é o corte de superfície.

Após um curto intervalo, que é o tempo necessário para a onda de choque viajar da explosão até o local determinado, a sobrepressão aumenta repentinamente devido à chegada da frente de choque. Então, por um período de tempo, a pressão diminui constantemente, como no ar. Logo em seguida, a chegada da onda de sucção refletida da superfície faz com que a pressão caia acentuadamente, mesmo abaixo da pressão normal (hidrostática) da água. Esta fase de pressão negativa é de curta duração e pode resultar em diminuição da extensão do dano sofrido pelo alvo. O intervalo de tempo entre a chegada da onda de choque direto em um determinado local (ou alvo) na água e aquele do ponto de corte, sinalizando a chegada da onda refletida, depende da profundidade da rajada, da profundidade do alvo e a distância do ponto de arrebentamento ao alvo. Geralmente, pode-se dizer que uma bomba profunda deve ser detonada no alvo ou abaixo dele e que um alvo é menos vulnerável perto da superfície.

Ogivas de Haste Contínua

São ogivas destinadas a provocar danos em aeronaves, não são usadas por serem pouco eficientes. Os primeiros experimentos de ogivas com hastes curtas, retas e desconectadas mostraram que tais hastes poderiam cortar as hélices, os cilindros do motor e as asas e, em geral, infligir danos severos a um avião de combate. No entanto, as ogivas de barras eram ineficazes contra aviões maiores porque a natureza da maioria das estruturas de aviões de bombardeio permite uma série de atalhos em seu revestimento sem que ocorram danos letais. Descobriu-se, no entanto, que longos cortes contínuos causariam danos consideráveis ??a um bombardeiro; portanto, a ogiva de haste contínua foi desenvolvida.

Após a detonação, a carga útil de haste contínua se expande rapidamente em um padrão de anel. A intenção é fazer com que as hastes conectadas, durante sua expansão, atinjam o alvo e produzam dano por uma ação de corte. Cada haste é conectada de ponta a ponta alternadamente e disposta em um feixe radial ao redor da carga principal. O propulsor é projetado de tal forma que, após a detonação, a força explosiva será distribuída uniformemente ao longo do comprimento do feixe de barras contínuas. Isso é importante para garantir que cada haste mantenha sua configuração e, consequentemente, resulte em integridade uniforme do círculo em expansão. A densidade de metal de uma ogiva de fragmentação normal atenua inversamente com o quadrado da distância, no entanto, por ser não-isotrópica, a densidade do metal de uma carga útil de haste contínua atenua-se inversamente à distância do ponto de detonação.

Para garantir que as hastes permaneçam conectadas durante a detonação, a velocidade máxima da haste inicial é limitada à faixa de 1.050 a 1.150 metros por segundo. As velocidades iniciais dos fragmentos das ogivas de fragmentação estão na faixa de 1.800 a 2.100 metros por segundo. Assim, em comparação, ogivas de barras contínuas não podem produzir tanto potencial de energia destrutiva quanto ogivas de fragmentação, e não foram continuadas.

Ogivas Térmicas

O objetivo das ogivas térmicas é iniciar incêndios. Cargas térmicas podem empregar energia química para acender incêndios com subsequentes conflagrações incontroláveis, ou energia nuclear para produzir destruição térmica direta, bem como incêndios subsequentes. Cargas térmicas do tipo químico podem ser chamadas de bombas incendiárias. Muitos alvos são mais efetivamente atacados pelo fogo do que pela explosão ou fragmentação. Ogivas térmicas, principalmente na forma de bombas aéreas como o Napalm, foram desenvolvidas para uso contra alvos de terra combustíveis onde grandes e numerosos incêndios causarão sérios danos, como depósitos de combustíveis, por exemplo. O termite é um tipo de ogiva térmica que produz intenso calor, acima dos 3500 ºC sem reação explosiva e é ideal para inutilizar equipamento, como o tubo de canhões e obuseiros. O calor é produzido pela reação química entre alumínio e um óxido, que pode até derreter o tungstênio.

Ogivas Termobáricas

Uma ogiva termobárica é um tipo explosivo que se vale do oxigênio do ar para gerar um onda de explosão muito quente e intensa, com maior duração que um explosivo convencional. Ao passo que um explosivo convencional como a pólvora é composto por 25% de oxigênio de 75% de oxidante, uma arma deste tipo é quase 100% combustível, e portanto inadequadas ao uso subaquático ou em altitude, porem sendo bem mais energética que outra arma convencional do mesmo peso. São especialmente eficazes quando detonadas em locais confinados como túneis e bunkers, pois consomem todo o oxigênio do recinto provocando pressões negativas. São o mais potente explosivo não-nuclear, podem ser montadas em armas de mão, e seu exemplo mais conhecido é a bomba ar-combustível FAE.

Ogivas Biológicas e Químicas

Uma ogiva biológica usa microorganismos (tifo, peste bubônica, cólera) para realizar seus propósitos de causar doença ou morte, e é de extrema importância estratégica, pois é capaz de destruir a vida sem danificar edifícios ou materiais. O envenenamento dos suprimentos de água é provavelmente a maneira mais eficiente de se atingir pessoal inimigo. O potencial de guerra do inimigo, como armas de fogo, local de lançamento de mísseis, etc., fica assim intacto e à disposição do atacante. O agente biológico pode ser escolhido de modo a causar apenas incapacidade temporária em vez de morte ao pessoal inimigo, tornando assim relativamente simples capturar uma instalação inimiga. Uma pequena carga explosiva colocada em uma carga biológica é útil na dispersão de agentes biológicos. São consideradas ilegais sob a égide das leis internacionais da guerra.

Uma carga útil de ogivas químicas é projetada para expulsar substâncias venenosas (gás mostarda, gás cloro) e, assim, produzir baixas de pessoal. Ogivas binárias são armazenadas com duas subseções inertes. Quando devidamente fundidos, eles se combinam para formar uma carga letal. Ambas são consideradas armas de destruição em massa e portanto ilegais, sendo uma alternativa barata às armas nucleares de difícil acesso.

Ogivas Nucleares e de Radiação

Ogivas nucleares são armas que produzem calor, sopro e radiação letal com extrema potência a partir de pequenas quantidades de matéria, através da desintegração atômica de materiais como o plutônio e o urânio. Podem destruir grandes áreas como uma cidade inteira, e são usadas para a neutralização de alvos de grandes dimensões, como por exemplo impedir o avanço de um exército ou uma frota. Uma bomba termonuclear com 1,1 toneladas tem o poder explosivo equivalente a 1,2 milhão de toneladas de TNT. São armas de destruição em massa e rigidamente controladas no cenário internacional. As ogivas de radiação são ogivas nucleares potencializadas para a emissão de radiação. Todas as ogivas nucleares produzem radiação, no entanto, uma arma de radiação aprimorada pode ser projetada para maximizar esse efeito.

Ogivas Pirotécnicas

As pirotecnias são tipicamente empregadas para sinalização, iluminação ou marcação de alvos. Na forma mais simples, são dispositivos portáteis. Alguns exemplos de cargas úteis de ogivas mais elaboradas são os seguintes:

(a) Ogivas iluminativas - Essas ogivas geralmente contêm substâncias de composto de magnésio como carga útil, que é expelida por uma pequena carga. Durante sua descida apoiada em um pequeno paraquedas, o clarão é aceso. A ogiva iluminativa é, portanto, de grande utilidade durante os ataques noturnos para apontar as fortificações inimigas. Projéteis de iluminação são usados ??com grande eficácia no bombardeio em terra. Também são usadas como foguetes de sinalização e de flares, podendo ajudar no ataque dos alvos terrestres e submarinos. Como esses flares são difíceis de apagar se acidentalmente forem acesos, é necessária extrema cautela no seu manuseio.

(b) Ogivas fumígenas - Essas ogivas são usadas principalmente para rastrear movimentos de tropas e desempenham um papel vital nas escaramuças no campo de batalha. Uma carga de pólvora negra inflama e expele os canisters que podem ser projetados para emitir fumaça branca, amarela, vermelha, verde ou violeta.

(c) Marcadores - O fósforo branco é comumente empregado como carga útil para marcar a posição do inimigo. Pode ser muito perigoso, especialmente em altas concentrações. O material pode se auto-inflamar no ar, sua queima não pode ser extinta pela água e pode reaparecer com a exposição subseqüente ao ar. O contato corporal pode produzir queimaduras graves. O sulfato de cobre impede a sua re-ignição.

Ogivas Anti-Pessoal

Essas ogivas são projetadas para incapacitar pessoal ou para danificar material. A munição tipo canister é um exemplo deste tipo de ogiva. A carga útil deste projétil consiste em pequenos dardos disparados em quantidade por um mesmo disparo de canhão de carro de combate. Após o disparo, os dardos, ou flechas, são pulverizados a partir do ponto de detonação. É extremamente eficaz contra pessoal na folhagem aberta ou densa. Munição de fragmentação dotada de balins são outro exemplo.

Ogivas Chaff

O Chaff pode ser empregado para iludir eletronicamente armas inimigas ou cegar o radar inimigo. A carga útil normalmente consiste em fios de fibra de vidro revestidos de metal cortados em comprimentos determinados pelo comprimento de onda da energia de radiofrequência a ser neutralizada. Pode ser distribuído em uma variedade de ogivas, incluindo projéteis e foguetes.

Unidades de Bombas de Fragmentação (CBUs - Cluster Bomb Units)

As CBUs ou “bombas de cacho” são bombas aéreas contendo centenas de pequenas bombas para uso contra uma variedade de alvos, como pessoal, veículos blindados ou navios. Uma vez no ar, os canisters se abrem, espalhando as pequenas bombas em um padrão amplo. A vantagem desse tipo de ogiva é que ele oferece uma ampla área de cobertura, o que permite uma margem de erro maior na entrega. Seu ponto negativo é que por se desdobrar em várias pequenas minibombas, algumas podem não explodir, minando a área involuntariamente.

Ogivas de Minas Aquáticas (navais)

Ogivas de minas usam os princípios de explosão subaquática descritos anteriormente para infligir dano no navio ou submarino alvo. A energia de dano transmitida é igualmente dividida entre a onda de choque inicial e a bolha de gás em expansão. Se o alvo estiver sobre a bolha de gás, terá apoio desigual e será partido em dois. À medida que a profundidade da detonação aumenta, particularmente acima de 180 pés, o efeito da bolha de gás que causa dano é grandemente diminuído; Portanto, as minas de fundo raramente são usadas em águas com mais de 180 a 200 pés. As minas normalmente usam os explosivos de maior potencial. Também existem as minas ativas como a Captor, que na verdade, lançam um torpedo inteligente de forma passiva e ativa.

Ogivas de Torpedos

Ogivas de torpedo devem ser capazes de danificar tanto navios quanto submarinos. A detonação sob a quilha a meia nau pode causar danos graves causados ??por bolhas de gás e, se a profundidade for inferior a 300 pés, a onda de choque refletida pode aumentar substancialmente os efeitos. Torpedos que realmente impactam o casco de um navio ou submarino têm que superar a estrutura de casco. Submarinos em mergulho profundo com cascos especialmente grossos requerem ogivas altamente especializadas. Ogivas de carga moldada são previstas como a solução para este problema.

Ogivas Anti-Carro

Devido aos extensos avanços inovadores nas blindagens, ogivas de carga moldadas (HEAT) cresceram em diâmetro e outros tipos de ogivas foram desenvolvidos.

(a) As ogivas de energia cinética empregam um penetrador de metal (APFSDS) muito pesado e duro (carbeto de tungstênio ou urânio empobrecido), viajando a uma velocidade extremamente alta (1400 a 1900 m/s). O penetrador é estabilizado por empenagem e usa um sabot descartável para aumentar seu tamanho para se adequar ao diâmetro do cano da arma quando disparado. A placa de blindagem é assim derrotada por: (1) falha de fluxo dúctil ou de plástico, ou (2) por cisalhamento ou entupimento, tal como um "abridor de latas". A forma da ponta do penetrador nesta arma (ou qualquer outra arma) é o fator determinante.

(b) Uma cabeça de material de alto-explosivo plástico (HESH) usa um enchimento que se deforma no impacto para efetivamente colocar uma carga de explosivo plástico contra o lado da armadura. O tempo do detonador base é crítico para o efeito máximo. A armadura não é, na verdade, penetrada, mas estresse intenso é causado no lado oposto da armadura. Esta ogiva é eficaz contra armaduras mais leves do que as ogivas perfurantes de energia cinética (APFSDS) e de carga moldada (HEAT).