Fra forskningsmiljøene. En artikkel fra NTNU

Stålkontroll mot terror

Stål brukes til bomber. Stål brukes også til beskyttelse mot bomber. Forskning på terror og stål betyr forskjellen på liv og død.
8.3 2013 05:00


 

22. juli 2011 erfarte Norge hvilke enorme skader en enkelt bombe kan gjøre. 

I kjølvannet av terroraksjonen opprettet NTNU et eget professorat til Tore Børvik. Han er spesialist på materialer og konstruksjoner for beskyttelse mot terror og i internasjonale operasjoner.

– Vi kan si at det er kamp mellom de som lager våpen og de som lager beskyttelse. Verste våpen mot beste beskyttelse, sier Børvik.

Beholderen

En bombe kan plasseres i hva som helst, fra plastposer, metallbokser, ryggsekker og tretønner til biler, tog og bygninger.

Bomben vil alltid være farlig. Hvor farlig, avhenger av beholderen – hva bomben er puttet inn i. Det handler om forholdet mellom trykk og materialer. Bomber med samme mengde sprengstoff er altså mer eller mindre farlige.

Ligger sprengstoffet i en handlepose eller en ryggsekk, vil eksplosjonstrykket spre seg i atmosfæren og utgjøre mindre fare.

Går bomben av i en bil, vil store mengder metallbiter og splinter rase avgårde mot omgivelsene. Er den plassert i et tog, går sjokket gjennom toget og vinduer og vegger sprenges og splintres.

Sprengstoff som går av i en metallbeholder, lager voldsomt trykk, sprenger beholderen og sprer små og større splinter fra stålet med dødelig fart og energi.

Men stål og aluminium er velegnet som vern mot bomber. Det er derfor mye av anti-terrorforskningen ved SIMLab (Structural Impact Laboratory) ved NTNU dreier seg om disse materialene.

Stålmennene


Sprengstoff uten stålbeholder har gjort liten skade på den øverste platen. Sprengstoff i stålbeholder: Fragmenter fra beholderen har ødelagt den nederste platen.

Stipendiat Knut Rakvåg forsker på deformering, brudd og fragmentering av stål.

– Med denne forskningen vil vi finne beste type stål til beskyttelse, sier Rakvåg.

Resultatene av Rakvågs stålforskning skal brukes i internasjonale operasjoner, det vil si Forsvarets fredsbevarende og fredsopprettende virksomheter i mange land. Forskningen på stål og konstruksjoner er også høyaktuell i terrorberedskap, når samfunnet skal beskytte seg mot terror.

Forsvarsbygg bygger, drifter og selger eiendom for Forsvaret, og ble høsten 2012 et nasjonalt kompetansesenter for beskyttelse og sikring av statens bygninger.

Forsvarsbygg er sammen med forskerne med på å utforme det nye regjeringskvartalet i Oslo. Dette er antakelig Norges største investering på fastlandet ved siden av flyplassen på Ørlandet, som også ligger under Forsvarsbyggs ansvarsområde.

Stål mot kuler, stål mot bomber

Stål kan lages på mange måter, alt etter hvilket formål det skal tjene. Et eksempel fra forsvarsindustrien: Skal ammunisjonen gå gjennom noe hardt, må den være hard.

Et prosjektil som møter en hard flate som stål, vil enten bøye av eller gå i stykker. Mykt prosjektil bøyer av i møtet med stålflaten. Hardt prosjektil fragmenteres.

Mengde energi er alltid den samme. Energi kan ikke forsvinne og bli borte av seg selv. Den kan bare gå over i nye former eller objekter. Vi kan si at energien og omgivelsene er i konstant energibalanse.

– For effektiv beskyttelse ønsker vi at all energi skal gå inn i prosjektilet, ikke i stålplaten som beskytter. Prosjektilet må derfor være svakest og absorbere energien. Stålplaten må være sterkest. Jo mer energi som går i prosjektilet, jo bedre beskyttelse gir stålplaten, forklarer Tore Børvik.

Stålplaten må altså være veldig sterk, men ikke så stiv at den knuses og fragmenteres. Den skal i høyden deformeres.

Stålet fra stålfabrikken er i utgangspunktet mykt. Derfor herdes stålet med varmebehandling og avkjøling. Hva stålet skal brukes til, avgjør hvor mye det skal herdes.

– Fragmentering skjer når hardt, sprøtt stål blir knust uten at det først blir deformert. Mykt stål endrer form ved eksplosjon, skudd eller støt, men det er sjelden det fragmenteres. Det myke stålet blir deformert, men er ofte fortsatt intakt selv om det får seg en trøkk, sier Knut Rakvåg.

Ei kule varmt – men mest på PC

Forskerne selv driver minst mulig med fysiske sprengninger. Det krever mange sikkerhetstiltak og er kostbart.

Men noen fysiske forsøk må gjøres, og de skjer enten i laboratoriehallen, der det noen ganger går ei kule varmt, bokstavelig talt – eller ute og langt fra folk. Skytevåpen avfyres, bomber sprenges, og materialer krasjer – mens datamaskinene måler og høyhastighetskameraet går.

Resultatene og videoopptakene tar Rakvåg med seg tilbake til pulten og datamaskinen. Videoene viser én million bilder i sekundet, og Rakvåg kan i ro og mak studere prosjektiler som går mange hundre meter i sekunder.

De fysiske forsøkene gjøres for å få bekreftet gyldigheten av resultatene fra datasimuleringer. Det er nemlig ved datamaskinen mesteparten av forskningen foregår. Tester og forsøk simuleres ved hjelp av matematiske modeller og nye numeriske teknikker.

I én simulering kan det være millioner av elementer som blir analysert, og tusener av regneoperasjoner per element. Jo mindre inndeling det er mulig å regne på, jo mer nøyaktig blir resultatene.

Resultater av slike simuleringer viser hva som skjer når et prosjektil møter stålveggen. Dermed kan Rakvåg bestemme hvor egnet stålet er for å gi best mulig beskyttelse.

– I datamaskinen simulerer jeg det som skjer når prosjektilet treffer en stålvegg. Et prosjektil som ikke knuses, men forblir helt, er forholdsvis enkelt å simulere.

– Et prosjektil som fragmenteres, vil stoppe opp takket være fragmenteringen. Men fragmentering er i seg selv vanskelig å simulere korrekt, forklarer han.

Simuleringen kan også vise hvor mye av energien som går med for å fragmentere stålet i en bombe. Det som skjer når bomben går av, er at all energien går fra stålplaten og ut til fragmentene som fyker rundt.

Samfunnets behov for beskyttelse

Må vi virkelig bruke så mye penger og ressurser på å forske på stål og beskyttelse mot terror? Kan vi ikke heller jobbe hardere med forebygging? Fange opp mennesker med onde planer, og passe på at farlige ting ikke skjer?

– Samfunnets behov for å beskytte mennesker og materiell er økende. Hvis samfunnet er interessert i sivil beskyttelse, ha høy beredskap og ønsker å redusere materielle kostnader, må også konsekvensene av mulige og faktiske alvorlige hendelser være så små som mulig, svarer Magnus Langseth.

– Hvis svaret er ja på disse spørsmålene, er det nødvendig å tenke og arbeide med begge deler: Årsaker til at noe skjer, og virkninger av det som kan skje – og skjer. For å vite noe om konsekvenser må vi vite hvordan beskyttelsen fungerer.

– Vi må vite hva som skjer med stål og andre materialer under ekstreme påkjenninger. Da først kan vi lage pålitelige og trygge konstruksjoner som skal beskytte mot terror og andre voldsomme hendelser, sier Langseth.

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg.

Annonse