Текст книги "100 великих изобретений"

Твердое ракетное топливо содержит примерно 60–70 % перхлората аммония (окислитель), 15–20 % полимерного связующего (горючее), 10–20 % порошкообразного алюминия и различные присадки. Твердое топливо характеризуется рядом преимуществ по сравнению с баллиститным порохом: более высокая удельная тяга, меньшая зависимость скорости горения от давления и температуры, большой диапазон регулирования скорости горения при помощи различных присадок. Благодаря его высоким эластичным свойствам можно изготовлять заряды, жестко скрепленные со стенкой двигателя, что повышает коэффициент наполнения топливом двигательной установки.

Современный дымный порох изготовляется в виде зерен неправильной формы. Роль окислителя выполняет калиевая селитра, а основного горючего – древесный уголь. Сера является цементирующим веществом, понижающим гигроскопичность пороха, облегчающим его воспламенение.

Существуют следующие виды дымного пороха: шнуровой (для огнепроводных шнуров), ружейный (для воспламенителей к зарядам из нитроцеллюлозных порохов и смесевых твердых топлив, а также для вышибных зарядов в зажигательных и осветительных снарядах), крупнозернистый (для воспламенителей), медленногорящий (для усилителей и замедлителей в трубках и взрывателях), минный (для взрывных работ), охотничий.

Древняя пиротехническая смесь и в наше время не утратила своего значения. Сейчас ведутся разработки новых рецептур и создание более эффективных видов пороха.

Спички

Легендарный Прометей подарил людям огонь, и у человека возникла проблема – как сохранить пламя и как быстро добыть его в случае необходимости. Как эти задачи решались в древние времена, мы уже знаем: сначала огонь добывали с помощью двух деревянных палочек, потом появились трут и огниво. Затем люди начали обмазывать щепки серой и использовали их для растопки печей. Однако чтобы зажечь такие щепки, все равно требовался огонь или хотя бы тлеющий трут, но процесс разжигания огня они все-таки облегчали. Первые упоминания о таких щепках относятся к X в. и связаны с Китаем. Такие примитивные спички загорались от малейшей искры, с их помощью было настолько удобно зажигать свечи и масляные лампы, что китайский поэт называл их «светоносными слугами».

Спички считаются относительно поздним изобретением человечества: они пришли на смену всем прочим предметам для добычи огня всего несколько веков назад – когда уже работали ткацкие станки, ходили поезда и пароходы.

Историю спичек надо начинать с открытия фосфора алхимиком Хеннигом Брандтом в 1669 г. В 1680 г. физик Роберт Бойль покрыл полоску бумаги фосфором и, случайно чиркнув по ней деревянной спичкой с серной головкой, получил огонь, но не придал этому ни малейшего значения. Из-за этого изобретение «самовоспламеняющихся палочек» произошло на век позже – в 1805 г., когда французский химик Жан Шансель предложил первую версию спички с головкой из смеси серы, хлорида калия и сахара. В комплект входила бутылочка с серной кислотой, куда надо было окунать спичку, чтобы она загорелась.

В 1826 г. британский аптекарь Джон Уокер изобрел первые спички, зажигаемые с помощью трения. Спичечная головка состояла из серы, хлората калия и сульфида сурьмы. Спичка зажигалась после чирканья по наждачной бумаге. Правда, спички Уокера горели так сильно, что горящая смесь могла отсоединиться от палочки, упасть и вызвать пожар, поэтому их продажу запретили во Франции и Германии.

В 1830-м французский химик Шарль Заурия придумал, что сульфид сурьмы следует заменить белым фосфором. Такие спички горели отлично, зажигались одним движением головки по любой шершавой поверхности, но… запах оказался чудовищным и настолько токсичным, что «фосфорный некроз» быстро стал профессиональной болезнью работников спичечных фабрик. В одной упаковке спичек в то время содержалась смертельная доза белого фосфора. Мало того, самоубийцы, желая свести счеты с жизнью, стали глотать ядовитые спичечные головки.

Замену токсичному и огнеопасному белому фосфору искали долго. Интересная идея пришла шведскому химику Густаву Эрику Пашу в 1844 г. Ученый подумал, что если спичка загорается при механическом контакте серы и фосфора, вовсе не обязательно размещать фосфор в спичечной головке ― его можно нанести на шершавую поверхность и чиркать по ней спичкой. Это решение удачно совпало с открытием красного фосфора (который, в отличие от белого, не воспламеняется на воздухе и гораздо менее токсичен) и легло в основу первых по-настоящему безопасных спичек.

В 1845 г. два шведа – братья Йохан и Карл Лундстремы – основали компанию, которая наладила массовое производство безопасных спичек, а название «шведские спички» с тех пор стало именем нарицательным.

Динамит

Достаточно долго люди знали только одно взрывчатое вещество – черный порох, о котором уже упоминалось в этой книге, как и о веществах, которые пришли ему на смену. Во второй половине XIX в. ученые сделали несколько важных открытий, благодаря которым были изобретены новые взрывчатые вещества, разрушительная сила которых в сотни и тысячи раз превосходила силу пороха.

В 1838 г. Теофиль-Жюль Пелуз провел первые опыты по нитрации органических веществ. В результате его исследований оказалось, что многие углеродистые вещества при обработке смесью концентрированной азотной и серной кислоты превращаются в мощную взрывчатку.

Изучению этого явления посвятили исследования и другие химики середины XIX в. Например, в 1846 г. при нитрировании хлопка был получен пироксилин. В 1847 г., нитрировав глицерин, Асканио Собреро открыл нитроглицерин – взрывчатое вещество колоссальной разрушительной силы. Поначалу этот «желтый дьявол» (как позже называли это вещество русские революционеры) никого не заинтересовал. Поэтому Собреро на время прекратил опыты с глицерином и вернулся к исследованиям только через 13 лет, когда и опубликовал точное описание способа нитрации глицерина.

Новое вещество постепенно стали применять в горном деле. Первоначально его вливали в скважину, закупоривали ее глиной и взрывали, воспламеняя погружаемым в него патроном. Лучший эффект достигался при воспламенении капсюля с гремучей ртутью.

Распространению нитроглицерина способствовал тот простой факт, что конечные продукты взрыва были совершенно безвредными. Но вскоре выяснилось, что у нитроглицерина есть и колоссальный недостаток: изготовление, хранение и перевозка жидкой взрывчатки были чреваты многочисленными опасностями.

Первой и самой трудной операцией являлось непосредственно получение нитроглицерина – маслянистой жидкости желтоватого цвета, без запаха, но чрезвычайно ядовитой. Отравление могло произойти и при вдыхании паров, и при попадании капель вещества на кожу. При нагревании свыше 180 °C жидкость взрывалась с чудовищной разрушительной силой.

Чистый нитроглицерин довольно трудно воспламенить от открытого огня: зажженная спичка в нем просто гаснет. Но вещество оказалось невероятно чувствительным к ударам и сотрясениям (детонации) – во много раз чувствительнее, чем черный порох. При ударе, даже незначительном, происходил мощный взрыв.

Порой без воздействия извне нитроглицерин разлагался на органические кислоты, быстро темнел, и тогда достаточно было самого ничтожного сотрясения бутыли, чтобы прогремел чудовищный взрыв. После многочисленных несчастных случаев применение нитроглицерина было запрещено почти повсеместно. Те же, кто уже наладил выпуск этой взрывчатки, вынуждены были либо найти такое состояние, при котором нитроглицерин станет менее чувствительным к детонации, либо свернуть производство.

Швед Альфред Нобель одним из первых заинтересовался нитроглицерином и основал завод по его производству. В 1864 г. фабрика взлетела на воздух вместе с рабочими. Погибло пять человек, в том числе Эмиль, брат Альфреда. Нобелю после этой аварии грозили немалые убытки – нелегко было убедить людей вкладывать деньги в столь опасное предприятие.

Несколько лет Нобель изучал свойства нитроглицерина и после этого смог наладить достаточно безопасное производство. Однако проблема транспортировки взрывчатого вещества не была решена. После многочисленных экспериментов Нобель установил, что нитроглицерин при растворении в спирте становится менее чувствителен к детонации. Однако и этот способ не давал полной гарантии, что нитроглицерин не взорвется. Поиски продолжались: бумага, кирпичная пыль, цемент, мел, даже опилки – смешивание нитроглицерина с этими материалами не давало нужных результатов. И тут помог неожиданный случай.

Бутыли с нитроглицерином при перевозке обычно помещали в кизельгур для смягчения тряски. Кизельгур – это горная порода, похожая на рыхлый известняк, который добывали на дне водоемов в Ганновере. Эта порода состояла из кремневых оболочек водорослей, поэтому в ней было множество полостей и канальцев. Другие названия кизельгура – «горная мука» или «инфузорная земля». Этот материал и стал ответом на все вопросы Альфреда.

При перевозке одна бутыль с нитроглицерином случайно разбилась, и ее содержимое вылилось в кизельгур. Однако никакого взрыва не последовало – и Нобелю пришла в голову мысль провести несколько опытов с кизельгуром, пропитанным нитроглицерином.

Оказалось, что взрывные свойства нитроглицерина, впитавшегося в пористый грунт, нисколько не уменьшились, но чувствительность к детонации в несколько раз снизилась. Он не взрывался ни от трения, ни от слабого удара, ни от горения. Однако при воспламенении небольшого количества гремучей ртути в металлическом капсюле происходил взрыв той же силы, какую давал чистый нитроглицерин такого же объема.

Таким образом, Нобель открыл новое вещество, которое назвал динамитом, а в 1867 г. получил патент на его изобретение.

Приготовленный нитроглицерин смешивали с кизельгуром, перед этим тщательно промытым и измельченным. Полученный динамит протирали через решето и набивали в пергаментные патроны.

Взрывная сила динамита была такой же огромной, как и у нитроглицерина. Но качественно изготовленный динамит взрывался только от очень сильного удара. Если его поджигали, то он постепенно сгорал синеватым пламенем без всякого взрыва. Взрыв происходил только при зажигании большой массы динамита – более 25 кг.

Подрыв динамита, как и нитроглицерина, производился с помощью детонации. Для этой цели Нобель в том же 1867 г. изобрел капсюльный детонатор из гремучей ртути.

Динамит сразу нашел широчайшее применение при строительстве шоссе, туннелей, каналов, железных дорог и других объектов, что во многом предопределило стремительный рост состояния его изобретателя. Первую фабрику по производству динамита Нобель основал во Франции, затем наладил его производство в Германии и Англии. За тридцать лет торговля динамитом принесла Нобелю огромное богатство.

Изобретенная ученым взрывчатка помогла завершить работу над 15-километровым Готардским тоннелем в Альпах и Коринфским каналом в Греции. Динамит использовали при строительстве многих мостов и туннелей. Но вскоре у основателя бизнес-империи начали появляться конкуренты, и это заставило Нобеля задуматься о модернизации взрывчатки.

Если верить легенде, Альфреду снова помог случай. Во время проведения опытов он порезал палец стеклом разбившейся колбы. Рану обработал коллодием – густым клейким раствором, который при высыхании образует тонкую пленку. Нобель предположил, что это вещество отлично соединится с молекулами нитроглицерина в ране. И оказался прав. На следующий день он соорудил новую взрывчатку – «гремучий студень», позже названный самым совершенным динамитом.

Артиллерийское орудие

История артиллерии началась задолго до изобретения пороха. Снаряд как основное средство поражения противника прошел долгий путь развития от обычного камня до сложного устройства с заранее рассчитанной разрушительной силой и огромной мощью. Совершенствование снарядов и других боеприпасов происходило непрерывно и продолжается в наше время.

Первыми снарядами, которые человек применил для охоты и самозащиты, являлись камни, кости и палки.

Для поражения противника, находящего на большом расстоянии, человек изобрел метательное оружие – пращу. Праща – это веревочная или ременная петля, прикрепленная к палке, в которую вкладывали обычный камень. Дальность броска камня при помощи пращи достигала 200 шагов, и в случае удачного попадания противник получал сильный удар. Первыми снарядами были гладкие камни овальной или круглой формы, со временем их начали изготавливать из обожженной глины, свинца, бронзы, железа.

Первые метательные машины были изобретены примерно три тысячи лет назад. Их можно назвать предшественниками артиллерийских орудий. Метательные машины заряжались снарядами – большими камнями. Первыми подобные машины применили ассирийцы, позже они появились в персидской и финикийской армиях.

Настоящей революцией в развитии боеприпасов стало изобретение пороха. Пороховые бомбы поначалу метали обычными метательными машинами, в этих снарядах был даже предусмотрен запал. Такие бомбы, кроме разрушительной силы, оказывали на противника еще и психологическое воздействие.

Историки предполагают, что в XII в. китайцы изготовили первый фугас. Корпус новой бомбы был железным, и при взрыве пороха, находящегося внутри, противника поражало огромное количество осколков.

Артиллерийское орудие – это на самом деле та же метательная машина. Орудие задает снаряду желаемое направление, заложенный боевой заряд сообщает основному снаряду необходимую скорость, что обеспечивает заданную дальность.

Старинную пушку для стрельбы заряжали пороховой смесью, которая служила и боевым зарядом, и ядром.

Постепенно армии вооружались пушками и пищалями. Для пищалей и пушек использовались каменные снаряды, а позже ― свинцовые и железные ядра.

В гладкоствольной артиллерии было принято считать, что сферическая форма пушечного снаряда позволяет достигать максимальной дальности и точности стрельбы. Ядра поражали цели только силой своего удара с учетом прямого попадания. Это было необходимым условием при разрушении оборонительных сооружений.

В 1470 г. начали отливать пушечные ядра из чугуна, что позволило значительно облегчить конструкцию орудия, удлинить его ствол и уменьшить калибр. Со временем их вытеснили ядра, изготовленные из других материалов. Они оставались на вооружении без значительных изменений до середины XIX в.

До конца XV в. для того, чтобы выполнить выстрел из орудия, необходимо было отмерить правильное количество пороха, медным совком ввести его в канал ствола, затем закрыть пыжом и утрамбовать его. Только после этого вкладывали снаряд, досылали прибойником, затем засыпали порох в затравочное отверстие и воспламеняли при помощи фитиля – происходил выстрел.

В середине XV в. были изобретены гаубицы, для которых были специально созданы разрывные снаряды. У гаубицы был короткий ствол (на длину руки), чтобы заряжающий мог спокойно закладывать снаряд в орудие.

Разрывные снаряды в зависимости от веса делились на гранаты и бомбы. Например, снаряд весом больше одного пуда считался бомбой, а меньше – гранатой. Бомбы и гранаты предназначались для стрельбы по целям, расположенным на открытом пространстве, и по оборонительным сооружениям. В результате разрыва такого снаряда образовывалось более двадцати осколков. Особенный эффект достигался при ведении стрельбы по орудиям противника.

Но у разрывных снарядов были и недостатки. Практически каждый пятый снаряд не разрывался из-за несовершенства зажигательных трубок.

Гранаты и бомбы продолжали находиться на вооружении многих армий более трех столетий.

В XVI в. получил широкое распространение артиллерийский снаряд с картечью. Первоначально картечь изготавливалась из специально рубленного свинца. Позже для улучшения аэродинамических свойств куски свинца стали обкатывать. Через некоторое время для изготовления картечи начали использовать круглые ружейные пули калибром 13–23 мм.

Для повышения эффективности взрывной силы снарядов в XVII в. была изготовлена граната с трубкой, которая предназначалась для артиллерийской стрельбы из крупнокалиберных мортир на расстояние до 350–450 м по подразделениям противника, расположенным на открытой местности. В период Первой мировой войны картечь, используемая в гранатах, была использована как образец при создании шрапнели для стрельбы по самолетам. В дальнейшем на основе картечи были созданы кассетные боеприпасы.

В XVIII в. на вооружение был принят зажигательный снаряд, который отличался от обычной бомбы тем, что снаряжался специальным зажигательным веществом и имел 3–5 отверстий.

Наступившая новая эра в развитии артиллерии ознаменовалась тем, что появились новые орудия и к ним были необходимы совершенно другие артиллерийские снаряды. В 1872–1877 гг. Владимир Барановский, офицер-артиллерист русской армии, создал первое скорострельное орудие – пушку калибром 2,5 дюйма с противооткатным устройством. Для ускоренного заряжания Барановский предложил заряжать орудие унитарным патроном, который был изготовлен из гильзы и снаряда, соединенных в одно целое. Унитарные патроны в сочетании с быстродействующим поршневым затвором упростили и значительно ускорили заряжание орудия.

Основным артиллерийским снарядом в годы Первой мировой войны была фугасная граната, наполненная взрывчатыми веществами – мелинитом и тротилом. Для подрыва снарядов использовались ударно-дистанционные трубки и ударные трубки. Первые месяцы войны показали, что легкая пушка, составляющая основу артиллерийского вооружения государств, принимавших участие в войне, бессильна против хорошо укрытых целей и даже временных сооружений легкого типа.

Во время Первой мировой войны применялись химические, фугасные, шрапнельные, зажигательные, осветительные боеприпасы и снаряды связи. Ученые изобрели даже такие снаряды связи, которые использовались для прослушивания разговоров в лагере противника или для доставки на большие расстояния срочных и необходимых сообщений.

В 1913 г. для гаубичных зарядов были изобретены новые металлические гильзы. С принятием на вооружение снарядов с металлической гильзой стало возможным использование в качестве заряда химических отравляющих веществ. Впервые 27 октября 1914 г. Германия применила артиллерийские химические снаряды, снаряженные шрапнелью, перемешанной с раздражающим порошком.

Вначале снаряды изготавливались из чугуна, затем бронебойные снаряды начали делать из специальной пудлинговой стали. При испытательных стрельбах в 1897 г. новый бронебойный снаряд с наконечником, выпущенный из 152-миллиметровой пушки, пробил выставленную в качестве мишени броневую плиту толщиной 254 мм.

Для решения поставленных боевых задач артиллерия должна вести точный и, главное, мощный огонь по целям – открытым, укрытым, подвижным и неподвижным, незащищенным и защищенным броней и бетоном. Поэтому для достижения максимального эффекта поражения разных целей необходимо задействовать и различные по своему поражающему действию снаряды. Мины и снаряды, имеющие калибр менее 76 мм, относятся к малому калибру, с калибром от 76 до 152 мм относятся к среднему калибру, а с калибром более 152 мм – к крупному.

Артиллерийские мины и снаряды применяются для поражения разных целей, а также для задымления, освещения местности и выполнения других боевых задач. Они подразделяются на снаряды основного, вспомогательного и специального назначения.

Снаряды основного назначения используются для подавления, разрушения и уничтожения различных целей. К основным относятся осколочные, фугасные, осколочно-фугасные, бронебойные калиберные и бронебойные подкалиберные, шрапнельные, кумулятивные и зажигательные снаряды.

Осколочные снаряды предназначены для уничтожения живой силы противника, небронированной и легкобронированной боевой техники из орудий среднего и малого калибра. Основное действие осколочного снаряда – это поражение живой силы и техники противника осколками, образующимися в результате взрыва.

Фугасные снаряды используются для разрушения легких или временных сооружений из орудий крупного калибра. Основное действие такого снаряда заключается в разрушении, которое происходит из-за ударной волны, возникшей в результате взрыва.

Осколочно-фугасные снаряды применяются для поражения техники и живой силы противника, расположенных в полевых сооружениях или на открытой местности, из орудий среднего калибра.

Бронебойные калиберные снаряды могут поражать бронетехнику противника из орудий малого и среднего калибра. Эти снаряды приводят к проломам, проколам, выбиваниям из брони пробки, срывам и сдвигам броневых листов, заклиниванию башен и люков и др. Поражающее действие производится также осколками снаряда и брони.

Бронебойные подкалиберные снаряды подходят для уничтожения бронетехники противника из орудий малого и среднего калибра. Действие бронебойных подкалиберных снарядов сопровождается разрушением брони, а при выходе из пробитой брони, при резком снятии создавшегося напряжения, сердечник распадается на сотни осколков.

Шрапнельные снаряды используются для уничтожения живой силы и боевой техники противника, расположенных на открытой местности, пулями и осколками.

Кумулятивные снаряды применяются для уничтожения бронетехники особой направленной кумулятивной струей. В результате действия этого снаряда пробивается броня, и происходит поражающее действие за броней. Пробитие брони достигается направленным действием энергии взрыва разрывного заряда.

Зажигательные снаряды выбирают с целью создания очагов пожаров. Во время войны широко применялись зажигательно-бронебойно-трассирующие снаряды.

Современная артиллерия имеет на вооружении снаряды, способные пробивать бетонные стены толщиной до 2 м с расстояния более 10 тыс. м. Учитывая важность артиллерии в решении боевых задач, многие страны мира проводят разработки не только новых систем орудий, но и боеприпасов, стремясь сделать их как можно более мощными.