Аэрозольный способ применения боевых биологических средств

Аэрозольный способ применения БС рассматривается в зарубежной ли­тературе как основной и наиболее перспективный, позволяющий внезапно и скрытно заражать на больших пространствах воздух, местность, технику и личный состав. К преимуществам этого способа зарубежные военные специ­алисты относят следующие:

- возможность широко использовать в боевых целях почти все виды имеющихся биологических средств, в том числе и те, которые в естест­венных условиях через воздух не передаются (желтая лихорадка, сыпной тиф);

- способность вызывать в короткие сроки массовые поражения людей;

- сложность диагностики и лечения комбинированных форм поражения.

Об эффективности применения БО аэрозольным способом в стратеги­ческих целях можно судить по данным, проверенным и отработанным в рам­ках тематики НИР, проведенной в НИИ МО КНР (сведения опубликованы экспертами ВОЗ):

1. При атаке 1 бомбардировщика Б-52 на город с населением 1 млн. человек и применении рецептуры на основе возбудителя чумы будет пора­жено 50-100 тыс. человек, из которых 60-70% умрут в течение 10 суток. Вся жизнь города на период проведения мероприятий по ликвидации пос­ледствий будет полностью парализована, запасов антибиотиков для устра­нения катастрофы такого масштаба в большинстве стран мира нет.

2. При атаке 1 бомбардировщика 5-52 на город с население 1 млн. человек и применении рецептуры на основе вируса геморрагической лихо­радки О. ньюнг-ньюнг погибнет 5-10 тыс. человек при общем числе постра­давших до 80-50 тыс. человек. Мероприятий по лечению таких пораженных и экстренной профилактике данного заболевания не существует.

Перевод биологической рецептуры в аэрозоль может быть осуществлен двумя основными способами: энергией взрыва взрывчатого вещества биоло­гического боеприпаса и с помощью распылительных устройств. Конструк­тивно биологический боеприпас имеет резервуар, содержащий биологичес­кую рецептуру, и устройство, обеспечивающее перевод в аэрозольное сос­тояние этой рецептуры. В авиационных бомбах генерирование аэрозоля производится либо под воздействием взрыва, либо в ходе взаимодействия химических реагентов. Однако в результате действия тепла и ударной волны, выделяющихся в момент взрыва, наблюдается значительная, до 95%, гибель биологических средств. Чтобы уменьшить степень воздействия на БС факторов взрыва в биологическом боеприпасе, используют наименьшее количество взрывчатого вещества, а оболочку выполняют из тонких и мягких металлов. По этой причине биологический боеприпас дол­жен отличаться от обычных особенностью конструкции и малым калибром. В настоящее время преимущественно разрабатываются авиационные бомбы ма­лого калибра. Такими бомбами снаряжаются авиационные кассеты одноразо­вого или многоразового применения.

В распылительных устройствах перевод биологической рецептуры в аэрозоль осуществляется либо под воздействием сжатого инертного газа (в механических генераторах аэрозолей), либо набегающим воздушным по­током (в выливных авиационных приборах). При этом методе диспергирования выживаемость биологических средств будет в несколько раз выше и появляется возможность более точно контролировать размеры образующих­ся частиц. Генераторы аэрозолей могут устанавливаться на самолетах, некоторых видах крылатых ракет и аэростатах. Некоторые типы генерато­ров могут сбрасываться как авиационные бомбы или скрытно размещаться в районе цели. Распылительные устройства устанавливается на пилотируемых и беспилотных летательных аппаратах, позволяют создавать на определен­ных высотах облако зараженной атмосферы, которое, постепенно оседая, способно заражать значительные по площади территории. Так, в зарубеж­ной литературе был опубликован следующий факт - распыление с помощью механического генератора аэрозоля 190 литров биологической рецептуры оказалось достаточно для создания заражающей концентрации БС на площа­ди более 50 км². После срабатывания биологических боеприпасов (рас­пылительных устройств) образуется облако биологического аэрозоля.

Биологическими аэрозолями называют аэродисперсные системы, дисперсная фаза которых состоит из капелек или твердых частиц, несущих жизнеспособные микроорганизмы и токсины, а дисперсной средой является воздух. Биологические аэрозоли могут образовываться как в естественных условиях, так и искусственным путем. В зависимости от размеров частиц все аэрозоли делят на грубодисперсные (с радиусом 1 мкм) и высокодис­персные (радиус которых менее 1 мкм). Кроме того, аэрозоли считаются монодисперсными, если содержат частицы только одинаковых размеров, и полидисперсными - с частицами, диаметры которых распределены в некото­ром диапазоне. Аспирационные частицы аэрозоля могу либо осесть в дыха­тельных путях, либо быть выведенными при вдохе обратно в атмосферу.

Теоретические и экспериментальные исследования показали, что за­держка частиц аэрозоля в органах дыхания происходит под действием сле­дующих факторов. Во-первых, импакции, обусловленные наличием у частиц сил инерции, которые возникают при перемене воздухом направления дви­жения, в результате чего частица теряет способность следовать с возду­хом и, двигаясь по прежней траектории, сталкивается с преградой и оседает на ней. Во-вторых, оседания под действием силы тяжести. В-третьих, броуновского движения, которое является основной причиной оседания частиц аэрозоля в альвеолах, где низкая скорость воздушного потока. Сказанное позволяет сделать вывод о том, что величина частиц аэрозоля представляет собой тот главный фактор, который определяет за­держку частиц в организме и глубину их проникновения в дыхательные пу­ти. С этой точки зрения аэрозоль подразделяют на частички размерами более 50 мкм, от 50 до 25 мкм, от 25 до 10 мкм и менее 10 мкм, в част­ности выделяется отдельная группа, размеры частиц в которой составляют 1-3 мкм. Аэрозоль, размеры частиц которого более 50 мкм, практически полностью задерживается в верхних отделах дыхательных путей. Частицы размерами от 50 до 10 мкм проникают в более глубокие отделы дыхатель­ных путей - бронхи, а менее 10 мкм способны свободно проникать в брон­хиолы и альвеолы.

Поражающее действие биологического аэрозоля определяется его фи­зическими и биологическими свойствами. Поведение аэрозоля в воздухе как система подчиняется законам физики. Все аэрозольные системы в той или иной степени не устойчивы. Их устойчивость зависит, прежде всего, от условий, характеризующих их физическое состояние: степени дисперснос­ти, частичной, весовой концентрации дисперсной фазы, формы, плотности и структуры, температуры и т.д. Под действием таких факторов, как осаждение, рассеивание, агрегация частиц, конденсация влаги, вымывание атмосферными осадками происходит уменьшение общего количества аэро­зольных частиц в воздухе, т.е. наступает физический распад аэрозоля и снижается его поражающая эффективность. Осаждение аэрозольных частиц происходит в результате воздействия гравитационных сил. Скорость осе­дания частиц зависит от ряда факторов, основным из которых является размер частиц (таблица 2).

В определенной степени концентрации аэрозольных частиц в воздухе снижается в связи с турбулентным перемешиванием слоев воздуха. При этом возрастает вероятность их столкновения друг с другом. Понижение температуры воздуха ведет к конденсации влаги на поверхности частичек, увеличению размеров и скоростью их оседанию.

К факторам вызывающим физический распад аэрозоля, относят и вымы­вание частичек атмосферными осадками. Устойчивость аэрозоля определя­ется также физическим состоянием дисперсной фазы. Капельная фаза более стабильна, чем пылевая.

Одним из основных элементов, влияющих на эволюцию аэрозольного облака, является вертикальная устойчивость приземного слоя воздуха. Она определяется метеорологическими факторами, и в первую очередь тем­пературным градиентом, т.е. разницей температуры воздуха на определен­ных высотах. Выделяют три степени устойчивости приземного слоя воздуха (таблица 3).

Как видно из данных таблицы 3, при инверсии отсутствуют восходя­щие токи воздуха, поэтому аэрозольное облако будет рассеиваться крайне медленно. Наоборот, при конвекции восходящие потоки воздуха обусловят быстрое рассеивание аэрозольного облака. Относительно благоприятный для сохранения аэрозоля является и изотермия, при которой аэрозольное облако рассеивается медленно. Микрометеорологические условия, и в частности состояния инверсии, зависят и от рельефа местности. Так, состояние инверсии является обычным явлением зимой в глубоких долинах, окруженных горами, и чаще наблюдается по северным склонам. Рельеф и характер подстилающей поверхности также влияют на эволюцию аэрозольно­го облака. Пересеченная и гористая местности, лесные массивы и городс­кие застройки способствуют увеличению рассеивания облака; водные по­верхности, влажный растительный покров снижает концентрацию БС в нем. В американских документах в связи с этим введены специальные коэффици­енты, показывающие способность местности оказывать влияние на поражаю­щий эффект аэрозоля.

Эволюция аэрозольного облака зависит от направления и скорости ветра. С увеличением скорости возрастает интенсивность рассеивания аэ­розоля, а, следовательно, снижается концентрация биологических средств в воздухе. Оптимальной скоростью ветра, обеспечивающей слабое рассеивание и наиболее глубокое распространение облака, является 1-5 м/с. Биологический аэрозоль - это не только физическая система, но и систе­ма с определенными биологическими свойствами, т.к. аэрозольные частич­ки, являясь физическими объектами, одновременно являются и биологичес­кими агентами, поражающая способность которых зависит от действия мно­гочисленных факторов внешней среды. К основным факторам, обусловливаю­щим биологический распад аэрозоля, относятся: солнечная радиация, тем­пература и относительная влажность воздуха, "возраст" биологического аэрозоля.

Известно, что для сохранения своей жизнедеятельности многим нахо­дящимся в частичках аэрозоля микроорганизмам необходима определенная величина относительной влажности воздуха. Низкие (до 30%) и высокие (95% более) уровни относительной влажности воздуха существенно сокра­щают жизнеспособность микробов в аэрозоле. 8 аэрозольных частицах соз­данных лиофилизированных рецептур микроорганизмы сохраняют жизнеспо­собность в более широких пределах относительной влажности, чем создан­ные из жидких. Наилучшая выживаемость микроорганизмов в аэрозоле на­блюдается при средних величинах относительной влажности.

Большое влияние на выживаемость оказывает и такой показатель, как температура воздуха. Как известно, гибель клеток находится в логариф­мической зависимости от повышения температуры. Для большинства вегета­тивных форм микробов в интервале температур от +10⁰С до +49⁰С на каж­дые +10⁰С повышения температуры приходится троекратное увеличение ги­бели клеток. В жаркую погоду даже при средних показателях влажности возможно только незначительное выживание микробов. При умеренных тем­пературах воздуха наиболее благоприятными для выживания микробов усло­вия создаются при высоких показателях относительной влажности. При низких температурах воздуха микробы сохраняют устойчивость в более ши­роком диапазоне показателей влажности. Все это послужило основанием для зарубежных специалистов считать температуру ниже +10⁰С наиболее благоприятной для применения биологического аэрозоля.

Существенное влияние на жизнеспособность биологического аэрозоля оказывает ультрафиолетовый спектр солнечной радиации. Установлено, что при высоких (свыше 80%) показателях относительной влажности стерили­зующее действие солнечной радиации заметно ослабляется. По-видимому, это связано со способностью воды задерживать распространение в воздухе ультрафиолетовых лучей.

На поражающую способность биологического аэрозоля влияет и время существования ("старение") микробов в аэрозоле. Опытами на волонтерах за рубежом показана зависимость поражающей эффективности возбудителя туляремии от "возраста" аэрозоля.

В зависимости от влияния различных рассмотренных факторов на аэ­розоль как аэродисперсную систему можно отранжировать условия, обеспе­чивающие различную вероятную эффективность применения биологического аэрозоля (таблица 4).

С целью повышения устойчивости системы биологического аэрозоля к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды и более длительного сохранения поражающей способности, зарубежные военные специалисты предлагает при его создании использовать метод микроинкапсуляции, ко­торый с помощью инертного синтетического полимера обволакивает и защи­щает каждую аэрозольную частичку при ее образовании.

В настоящее время немаловажное значение за рубежом придается вто­ричному аэрозолю, который образуется после оседания частичек первично­го биологического аэрозоля в результате пылеобразования, взрывной вол­ны или передвижения личного состава (техники) по зараженной местнос­ти. При этом происходит вторичный подъем в воздухе преимущественно мелкодисперсной части осевших частиц.

Период сохранения опасности заражения в результате контакта с различными объектами и вдыхании вторичного аэрозоля определяется нес­колькими факторами, в частности, плотностью заражения, размерами осев­ших частиц рецептуры, временем года, метеорологическими условиями, рельефом местности и характером подстилающей поверхности. Так, продол­жительность поражающего действия вторичного аэрозоля в зонах заражения может составлять для чумы 3-9 часов, туляремии - 1-5 часов, геморраги­ческих лихорадок - 4-16 часов, сибирской язвы - 30-90 часов.