ЗАРОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА БЕЗДЫМНЫХ ПОРОХОВ

Наряду с работами по совершенствованию и испытанию дымных порохов, несмотря на успешное применение дымных призматических порохов, продолжались изыскания по их замене более сильными бездымными порохами на базе изобретенного ранее пироксилина.

Изобретение бездымных порохов — пироксилинового смесевого пороха Вьелсм во Франции (1884 г.), нитроглицеринового — Нобелем и Абелем в Англии (1888 и 1889 гг.) и пироколлоидного — Д.И. Менделеевым в России (1890 г.) явилось началом крупнейшего этапа в развитии огнестрельного оружия и соответствующих наук: баллистики, технологии и др. Изобретению порохов предшествовали открытия, многочисленные исследования в разных странах и попытки применения в качестве метательного вещества нитратов целлюлозы.

В 1832 г. итальянский химик Браконо путем обработки крахмала концентрированной азотной кислотой получил вещество, способное к очень быстрому горению с выделением большого количества теплоты и газов. Это вещество Браконо назвал ксилоидином. В 1838 г. французский химик Пелузе получил аналогичное по свойствам вещество нитрованием бумаги, льняной и хлопчатобумажной ткани. Пелузе впервые высказал мнение, что вещество с отмеченными свойствами может найти «полезное применение». В 1846 г. в Германии появилась первая публикация — научная статья химика Отто, описавшего метод получения пироксилина. Практическое получение пироксилина было осуществлено базельским химиком Шенбейном впервые в 1845 г. и почти одновременно Бетгером. С этого времени начинаются опыты с пироксилином в других европейских государствах. Основной задачей, которую ставили перед собой химики того времени, было применение пироксилина для стрельбы из оружия. Однако неуправляемость горения пироксилина долго препятствовала этому. Так, специальная комиссия во Франции в составе Побе-ра, Моргена, Пелузе и Колеба после трех лет работы (1849—1852 гг.) высказалась против пироксилина как заменителя дымного пороха. По мнению комиссии, пироксилин непригоден как метательное вещество по следующим причинам: стрельба пироксилином давала слишком неоднообразные результаты и приводила к быстрому выходу из строя оружия, которое выдерживало не более 500 выстрелов против 25 000—30 000 при стрельбе зарядами из дымного пороха; начальная скорость пули увеличивалась значительно меньше ожидаемого.

В Англии и Пруссии по этим вопросам также были получены отрицательные результаты. Сдвиг произошел благодаря работам австрийского химика Ленка. Главный недостаток пироксилина как метательного ВВ (неуправляемость горения) Ленк в значительной степени устранил пропиткой пироксилина растворимым (органическим) стеклом. В 1862 г. было изготовлено достаточное количество хлопчатобумажного пороха Ленка для его тщательного официального испытания. Результаты стрельб были достаточно благоприятными. Однако ряд взрывов на пороховых заводах Австрии «без видимой причины» заставил прекратить опыты с порохом Ленка и снова обратиться к дымному пороху. Было очевидно, что ни стрельбу из орудий крупных калибров, ни стрельбу на большие расстояния, ни скорострельность невозможно было осуществить при употреблении дымного пороха в качестве метательного ВВ. Поэтому, несмотря на отказ от пироксилинового пороха Ленка, результаты его работ и других химиков по приданию пироксилину свойств пороха не были забыты и послужили основой для дальнейших исследований с пироксилином.

Независимо от Ленка работы по исследованию пироксилина настойчиво проводились и в других странах. В Англии благодаря работам ряда химиков — Хедау, Реутенбахера и, особенно, Абеля пироксилин в конечном счете оказался веществом, получившим распространение в пороходелии. Абель, установив, что причиной взрывов при производстве пироксилина является его химическая нестойкость, практически решил задачу получения достаточно стойкого пироксилина путем измельчения его в роллах и дополнительной промывки. Однако ни ему, ни другим до него не удалось значительно замедлить скорость сгорания пироксилина в оружии. Первым обратил внимание на возможность желатинировать, т.е. превращать рыхлый ватообразный пироксилин в желатиноподобный уплотненный и пластообразный (пластифицированный), Гаргинг в Германии. Для этого он, использовов уксусный эфир, отметил появление у пироксилина новых физических свойств без изменения его химического состава, возможность желатинированного пироксилина для стрельбы из оружия, но этим и ограничился. Однако способ снижения скорости сгорания пироксилина путем его уплотнения через желатинизацию (пластификацию) был найден. Ленк, Отто и Абель применяли уплотнение пироксилинов плетением, прессованием, пропитыванием. В 1865 г. Шульц предложил свой порох с повышенной плотностью из деревянных кубиков, подвергшихся нитрованию, тщательной промывке и пропитыванию после сушки раствором бариевой или калиевой селитры. В результате такой обработки в «пороховых» кубиках фиксировалось от 15 до 20% бариевой или 6—25% калиевой селитры. В дальнейшем порох из кубиков нитродревесины стали желатинировать с поверхности растворителем и фактически перешли к малодымным порохам, имевшим до 1884 г. значительное распространение. В качестве охотничьего порох Шульца употреблялся вплоть до 30-х гг. XX в.

В 1871 г. венский химик Фолькман первым применил спиртоэфирный растворитель для желатинизации пироксилинового кубического пороха Шульца. Благодаря поверхностной пластификации была снижена скорость горения пороха и повышена его сопротивляемость действию влаги. В 1881 г. немецкий пороходел Дуттенгофер начал применять более глубокую желатинизацию пироксилина растворителем. Нитрованная древесная целлюлоза превращалась при обработке уксусно-этиловым эфиром в мягкую массу, которая затем подсушивалась, пропускалась через вальцы и зернилась, подобно дымному пороху. Такой порох ни по форме, ни по структуре не мог обеспечить закономерного горения при стрельбе. Получить закономерно горящий порох из пироксилина впервые удалось французскому ученому-химику Вьелю в 1884 г. На основе ряда теоретических и лабораторных исследований Вьель спроектировал и изготовил из пластифицированного спиртоэфирным растворителем пироксилина путем формования при прессовании из полученной пороховой массы пороховые элементы ленточной и пластинчатой формы. На основе детальных лабораторных исследований скорости горения полученного пороха Вьель рассчитал размеры ленточного пороха для 65-мм пушки, изготовил порох и получил при полигонных испытаниях практические результаты, оказавшиеся в полном соответствии с расчетными данными. Такое совпадение теоретических предпосылок с практическими результатами послужило основанием Парижской академии наук для присуждения Вьелю Высшей премии Леконта, обосновывая это обстоятельство тем, что

...автор этого ни в чем не обязан случаю. Его глубокие познания в науке о взрывчатых веществах и показания лабораторных приборов привели его прямо к намеченной им цели. С первого же баллистического опыта результаты оказались согласными с предложениями автора...

Полученный Вьелем бездымный порох оказался по силе превосходящим в 2—3 раза силу дымного пороха и обеспечивал значительно большую скорость снаряда при меньших давлениях в канале ствола орудия.

Путь развития порохов на основе пироксилина был к тому времени достаточно освещен в литературе, и поэтому многие государства начали усиленно заниматься изысканием возможных способов получения бездымных порохов. В России, Австрии, Англии и других государствах работа велась в области изготовления порохов на базе пироксилина. В Германии, Италии усилия были направлены на разработку пироксилиновых, а в дальнейшем — нитроглицериновых порохов.

В нашей стране долгое время основным видом бездымных поро-хов были пироксилиновые пороха, в то время как в Англии, Швеции, Италии и Германии в значительных количествах (до 50% общей мощности) производились баллиститныс пороха, представляющие собой уплотненную нитроцеллюлозу, пластифицированную нитроглицерином. Баллиститные пороха имели большое преимущество перед пироксилиновыми порохами благодаря коротким технологическим циклам, возможности производства пороховых элементов, особенно одноканальных трубок точных размеров и большой толщины свода, и созданию порохов различной мощности.

Изготовление этих порохов в России было начато в конце Первой мировой войны под Петербургом на Шлиссельбургском заводе.

В 1926 г. А.А. Бакаев по предложению С.А. Броунса начал работы по созданию отечественных баллиститных порохов в научно-исследовательской лаборатории Охтинского порохового завода, где руководителем лаборатории был Н.А. Голубицкий.

В 1934 г. началось производство баллиститных порохов на базе Штеровского завода (Украина), который до революции выпускал взрывчатые вещества в основном для угольной и рудной промышленности и имел производство нитроглицерина. Ранее был пущен цех по производству баллиститных порохов на Шлиссельбургском заводе им. Н.А. Морозова, где также имелось производство нитроглицерина. В 1936—1937 гг. завод приступил к валовому изготовлению трубчатых порохов, в первую очередь для морской артиллерии.

В результате работ, проведенных под руководством А.С. Бакаева и Б.П. Фомина, был разработан состав пороха с индексом «Н», включавший нитроглицерин, коллоксилин, динитротолуол, центра-лит и вазелин. Этот состав был в период войны по лицензии передан в Англию и США для изготовления ракетных порохов для «Катюш».

В середине 30-х гг. XX в. неожиданно возникла проблема живучести артиллерийских стволов при использовании зарядов из пороха «Н». Выявилось, что при использовании зарядов из пороха «Н» живучесть стволов примерно в 3 раза меньше, чем при использовании пироксилиновых порохов. Это вызвало сомнение в возможности использования созданных мощностей по производству баллиститных порохов.

В 1938 г. по предложению Б.П. Жукова и при его активном участии были созданы «холодные» составы, в которые вводился пластификатор — дибутилфталат. Эти составы имели хорошую технологичность, получили индекс «НФ» и также были приняты на вооружение.

Б.П. Жуковым и П.Ф. Похилом было исследовано горение поро-хов. Установлено, что стадиями, определяющими скорость и основные закономерности горения, являются химические реакции, протекающие в жидко-вязком слое конденсированной фазы на поверхности горящего пороха.

Сегодняшний уровень развития производства и применения по-рохов и РТТ подразумевает их использование в различных областях артиллерийской, ракетной, космической и другой техники, а также в народном хозяйстве. Во второй половине XX в. Россия шагнула от легендарной ракетной установки периода Великой Отечественной войны М-13 («Катюша») с дальностью полета 10 км до современных МБР «Тополь» и «Тополь-М» с мобильным стартом, дальностью полета более 10 000 км, со сверхмощной ядерной головной частью и высокоточным поражением цели.

Как отмечал академик Б.П. Жуков, современные разработки РТТ и порохов базируются на таких мощных взрывчатых веществах (MBB), как АД НА (аммониевая соль динитразовой кислоты), CL-20 (гексанитрогексаизовюрцитат), TNAZ(тринитроазетидин) и др., которые в XXI в. составят базу исходных компонентов для новых видов РТТ и порохов.

Новые MBB в сочетании с существующими энергоносителями составляют также основную базу для артиллерийских порохов, промышленных ВВ, плазменных порохов и других видов энергетических конденсированных систем (ЭКС).

Применение последних в актуальных областях жизнедеятельности человеческого общества объясняется их уникальными свойствами. По мнению Б.П. Жукова, к ним относятся следующие:

• • высокая концентрация энергии в единице объема: в оптимизированной системе водород—кислород—бериллий удельный пустотный импульс реактивной силы равен 5446 и 1177 кгс- с/л, т.е. при переходе к объемному он снижатся в 4,5 раза; в реальных РТТ составов ПХА—алюминий—связующее удельный объемный импульс в 1,87 раза превышает массовый;
• • технология производства ЭКС непрерывна, механизирована, автоматизирована, снабжена дистанционным контролем и управлением;
• • ЭКС характеризуются высокой надежностью и длительными сроками хранения;
• • разработаны способы увеличения и уменьшения скорости горения РТТ, изменения ее зависимости от давления и температуры, оптимизации физико-химических характеристик РТТ и т.д. Энергетические конденсированные системы фундаментально

влияют на оборонный и экономический потенциал России, ее могущество, безопасность и жизненный уровень людей.