Металл на смену пороху
Уже который век основой подавляющего большинства оружия является порох. До сих пор изобретение древних китайцев не потеряло актуальности и не потеряет ее в ближайшее будущее. Более того, сама концепция метания боеприпаса при помощи взрывного выделения газов специальной смесью останется практически применимой даже тогда, когда человечество станет воевать еще и в космосе. В таком случае огнестрельное оружие, при ряде соответствующих доработок, станет одним из самых грозных доводов космических войск. Если луч лазера можно «отбить» подходящим зеркальным покрытием, то кинетический боеприпас остановит только броня, которая утяжеляет технику, а стало быть, и увеличивает стоимость ее вывода в космос. Только ко времени первых боев в космосе металлургия может успеть сделать новые легкие сорта брони. Не отказываться же по такому случаю от снарядов, поражающих цель за счет кинетической энергии? Да и на Земле еще есть где воевать.Существующие пороховые боеприпасы подошли к пределу своих возможностей. Оружейная химия уже «сварила» почти все возможные сорта пороха с максимальными метательными свойствами. Теплота сгорания самых «сильных» сортов не доходит до 4 МДж/кг. Соответственно, было бы логичным использовать вместо пороха другие вещества, с большими цифрами теплоты сгорания, например, металлы, у которых этот показатель в разы больше. Значит, для достижения того же эффекта можно класть в гильзу меньше действующего вещества. Такая концепция боеприпаса получила название пневмоэлектрический патрон/снаряд. Сейчас мы рассмотрим эту идею подробнее, и станет понятно, почему ее назвали именно так.
Что представляет собой пневмоэлектрический патрон. По виду он отдаленно напоминает обычный пороховой, хотя имеет меньше размеры, особенно длину. Вместо капсюля в нем размещен воспламеняющий элемент (спираль или что-то подобное), а вместо пороха – порошок металла и некоторое количество сжатого газа-окислителя (кислород или даже фтор). Также присутствует некоторый объем другого газа, это может быть вещество из правого края таблицы Менделеева – инертный газ, либо избыточное количество окислителя. Принцип работы патрона прост: электровоспламенитель оружия подает напряжение на воспламеняющий элемент, который поджигает металлический порошок. Он, в свою очередь, сгорает в кислородной атмосфере с высокой скоростью и выделяет большое количество тепла. Поскольку объем газов, образующихся при горении недостаточен для стрельбы, тепло разогревает инертный газ и тот, соответственно, добавляет недостающее давление. Продукты горения вместе с нагретым инертным газом выталкивают пулю из патрона и ствола. «Электро» в названии боеприпаса говорит о способе воспламенения, а «пневмо» - о способе разгона пули. Дело в том, что основной импульс ей придает как раз нагретый и расширившийся «дополнительный» газ.
Пневмоэлектрические патроны в «лабораторных условиях» имеют следующие преимущества перед пороховыми:
- большая удельная мощность заряда. Это позволит как увеличить начальную скорость пули/снаряда, так и уменьшить размер боеприпаса при сохранении характеристик. Соответственно, можно увеличить емкость боекомплекта отдельно взятого бойца.
- отсутствие необходимости расходовать часть энергии газов на работу автоматики. Надо заметить, этот тезис требует применять на оружии аккумуляторы достаточной емкости и мощности. Если их нет, то можно вместо традиционного для пороховых автоматов газового двигателя установить генератор с подходящими характеристиками, который и обеспечит работу, либо сохранить привычную газовую автоматику, приспособленную под новые условия работы.
- упрощение конструкции оружия и уменьшение количества движущихся частей. Полностью избавится от последних не удастся, но компоновка и эксплуатация должна стать легче.
- полный отказ от какого-либо внешнего источника энергии или встроенного аккумулятора. При применении в пневмоэлектрическом оружии соответствующего материала воспламеняющей спирали возможно в качестве генератора использовать пьезоэлектрический элемент, связанный со спусковым крючком. Однако в таком случае придется либо отбирать часть газов для газового двигателя, либо делать механику, сходную с револьверами двойного действия, где при нажатии на спусковой крючок проворачивается барабан, взводится и спускается курок.
Тем не менее, создание практически применимого пневмоэлектрического боеприпаса требует решения целого ряда проблем:
- термические. Большая теплота сгорания металлического заряда патрона требует применения новых материалов с лучшими показателями теплостойкости. Иначе, если ствол оружия и т.д. делать по нынешним технологиям, пистолет или автомат могут оплавиться или даже загореться в руках стрелка. Также металлический ствол при некоторых обстоятельствах тоже может вступить в реакцию с газом-окислителем или его избытком, предназначенным для разгона пули.
- химические и абразивные свойства. В пневмоэлектрическом оружии, как и в пороховом, образуется нагар. Причем нагар от металлического заряда будет обладать большими абразивными свойствами, чем пороховой. Решить эту проблему можно будет в комплексе с предыдущей путем применения специальных покрытий ствола наподобие тефлона. Дополнительно оружие можно оборудовать системой продувки ствола «забортным» воздухом, что частично охладит и очистит ствол. Также металлы можно заменить другими веществами, чьи оксиды имеют меньшую твердость.
- время реакции. Скорость горения большинства металлов при нормальных условиях недостаточна для использования в оружии «как есть». Ускорить реакцию горения предлагается при помощи катализаторов, изменения формы или размера частиц рабочего вещества. Как альтернативный вариант можно рассматривать повышенное давление газа-окислителя или даже применение его в сжиженном виде.
- особенности электрической схемы. Применение в оружии большого количества электрических деталей требует соответствующей герметизации во избежание замыканий и выхода из строя. Для этого электрический воспламенительный узел можно выполнять в виде отдельного блока, имеющего хорошую герметизацию.
Так, например, вся электрическая «начинка» на пневмоэлектрическом оружии с газовым двигателем автоматики (пьезоэлемент, связанный со спусковым крючком, набор конденсаторов и контакты воспламенителя) может быть помещена в единый корпус, дополнительно залитый эпоксидной смолой или другим подобным материалом. Однако ремонт узла придется выполнять полной его заменой.
Несмотря на то, что пневмоэлектрические заряды не представляют собой взрывчатое вещество в классическом понимании, их можно использовать не только для метания боеприпасов. Одно из «альтернативных» применений пневмоэлектрического оружия заключается в повышении эффективности осколочно-фугасных снарядов. В этой связи часто приводят следующий пример: поверхность внутренней полости снаряда выполнена из циркония либо из сплава на его основе, а сама полость заполнена кислородом либо кислородом в смеси с другим газом. В двадцатикилограммовом подобном снаряде при попадании в цель только за счет удара может начаться реакция горения, по причине которой на килограмм кислорода приходится около 2,8 кг среагировавшего циркония. В ходе реакции с таким количеством исходных веществ выделяется около 80 МДж тепловой энергии, что соответствует примерно 20-22 килограммам тротила. Оставшиеся, к примеру, три-четыре килограмма кислорода резко нагреваются и разрывают корпус снаряда, осыпая окружающее пространство осколками и провоцируя возгорание окружающих объектов. Также вместо избыточного количества кислорода можно закачать в снаряд более эффективный окислитель фтор или термостойкие отравляющие вещества.
Однако больший интерес представляет не вещество, применяемое в снаряде, а его количество: в указанном примере снаряд весит 20 кг, а прореагировавшие вещества меньше четырех, что составляет менее 20% от общей массы. Если к ним прибавить те четыре килограмма вещества, которые приводят к разрыву снаряда, то вся химическая его часть составляет только 40%. Таким образом, во-первых, можно увеличивать мощность боеприпаса, сохраняя прежние габариты, а во-вторых, для создания осколков остается достаточное количество металла, сравнимое с существующими снарядами. Но самый интересный в практическом аспекте факт состоит в том, что циркониево-кислородный пневмоэлектрический снаряд по массовым и тепловым показателям аналогичен снаряду, целиком сделанному из тротила.
Что касается надежности снаряда, то вряд ли конструкторы, когда дело дойдет хотя бы до опытных образцов, станут надеяться на тепло, выделяемое при ударе. Гораздо выгоднее будет применить электрический или химический взрыватель, выделяющий необходимую для запуска реакции энергию. Помимо создания артиллерийских снарядов возможно создание ручных гранат, минометных мин, противотанковых мин и авиационных бомб с аналогичным принципом действия.
Однако, несмотря на все преимущества пневмоэлектрического оружия и патент на принцип действия, работы по теме идут крайне медленно и вяло. Вкупе с целым набором проблем, мешающих начать применение пневмоэлектрических боеприпасов, эта медлительность не дает повода для оптимизма. Если все работы будут идти так же, как и сейчас, то до первых опытных образцов дело дойдет году к 2020-му, и то, при удачном стечении обстоятельств и отсутствии внезапно возникших дополнительных трудностей.
Информация