"Техника-молодежи" 1943 №12, с.13-15





Г. И. ПОКРОВСКИЙ,
генерал-майор инженерно-технической службы

Для чего нужны рекордно высокие скорости? На этот вопрос отвечает генерал-майор Г. И. Покровский в ниже публикуемых трех статьях, объединенных под общим заголовком «Борьба за скорость».

В каждой из этих статей речь идет о различных проблемах, но все они связаны одной общей идеей. Эта идея объясняет читателям, что развитие военной и гражданской техники тесно связано с ростом скоростей, которые могут быть получены тем или иным способом. В боевой технике высокие скорости порядка 1500 метров в секунду дают значительные эффекты. Такие скорости, конечно, далеки от достигнутых сейчас рекордов, но все же весьма интересны как с военно-тактической, так и с общенаучной точки зрения.

Рекордные скорости могут быть полезны не только в военном деле, но и в гражданской технике, особенна в горном и строительном деле.

Статьи Г. И. Покровского представляют интерес также и потому, что они касаются последних работ советских ученых, успешно проведенных, несмотря на трудности военного времени»


История техники показывает, что в течение тысячелетий люди, создавая свои орудия, стремились получать при помощи их все большие и большие скорости. Первобытные лук и праща были простейшими приспособлениями, позволяющими заметно повысить скорость бросаемых ими стрел и камней по сравнению с простым броском рукой.

Дальнейшее развитие военной техники связано с непрерывным ростом скоростей, Применявшиеся древними греками и римлянами 2 000 лет назад баллисты и катапульты могли сообщить бросаемым ими телам скорости около 100 метров в секунду. Это было заметным шагом вперед по сравнению с тем, что давали примитивные лук или праща.

Изобретение пороха и создание огнестрельного оружия дало предпосылки для получения еще более высоких скоростей. Правда, в течение ряда веков оставались неизвестными способы расчета огнестрельного оружия, и все зависело от опыта и искусства мастеров-оружейников. Им уже в XVI и XVII веках удалось получить начальные скорости ядер до 300 метров в секунду.

Одновременно с усовершенствованием артиллерии происходило развитие ракетных реактивных снарядов. Повидимому, первые ракеты применялись в начале нашей эры китайцами, у которых их заимствовали индусы. В Европе известно применение боевых ракет в XIV—XV веках, в частности в Чехии войсками знаменитого полководца Яна Гуса,

В XVIII веке индийские войска применяли ракеты против британских войск. Это привлекло внимание английских инженеров, и в начале XIX века ими были разработаны отличные образцы боевых ракет — реактивных снарядов, достигавших скоростей до 500 метров в секунду, В частности такие ракеты применялись англичанами и французами под Севастополем в 1854—1855 годах.

В XIX столетии артиллерия сделала огромный шаг вперед, и к концу этого века начальные скорости пуль и снарядов приблизились к 1000 метров в секунду.

В вашем веке борьба за скорость продолжалась. Дальнобойная пушка, известная под названием «Длинная Берта», применявшаяся немцами в 1918 году для обстрела Парижа с дистанции около 100 километров, сообщала снаряду начальную скорость до 1 700 метров в секунду.

Оказалось, однако, что столь большие скорости мало выгодны, так как достигаются они в условиях, при которых ствол пушки весьма быстро изнашивается.

Поэтому в течение периода с 1918 по 1943 год не было известно о дальнейшем повышении скоростей в огнестрельном оружии. Конструкторы придерживались в противотанковых пушках и ружьях верхнего предела, равного 1 300—1 500 метров в секунду.

Необходимо особо отметить, что действие бронебойных снарядов, особенно таких, которые имеют внутри твердый сердечник малого диаметра и называются поэтому подкалиберными, весьма значительно и при скоростях около 1600 метров в секунду, Эти снаряды способны пробивать весьма толстую броню и широко используются на полях сражений для борьбы с танками. В результате этого достигнутые скорости порядка 1 500 метров в секунду являются пока достаточными для решения практических боевых задач,

Таким образом, движение в сторону все более и более высоких скоростей в этот период остановилось. Это вызвано было тем, что огнестрельное оружие имеет некоторые принципиальные границы для возможных скоростей пуль и снарядов. Эти границы лежат между 2 000 и 3000 метрами в секунду, а практически снижаются до 1 500—2 000 метра в секунду.

Правда, применяя очень легкие пули и очень большие заряды, Лангвейлер в 1938 году получил в лабораторных условиях начальные скорости до 2 700 метров в секунду. Однако этот рекорд невозможно было по техническим причинам использовать в боевом оружии.

Что касается ракетных (реактивных) снарядов, то они могут теоретически достигать существенно больших скоростей. Это, в частности, было доказано известным русским ученым К. Э. Циолковским.

Однако практически реактивные снаряды никогда не достигали даже тех рекордов, какие получены были в последние годы в огнестрельном оружии. Достигнутые eще более ста лет назад скорости реактивных снарядов порядка 300—500 метров в секунду по существу не превзойдены и сейчас.

Таким образом, реактивные снаряды сейчас еще очень далеки от своего теоретического идеала.

Все изложенное выше касается движения снарядов, пуль или иных тел, которым сообщается та или иная скорость давления пороховых газов.

Делались неоднократно попытки сообщить соответствующему телу высокую скорость и иными способами.

Известны, например, предложения использовать для такой цели центробежные силы. Однако конкретные конструкции в этой области оказались весьма несовершенными и не могли дать начальных скоростей более одной-двух сотен метров в секунду.

Большие надежды возникли в связи с предложением электромагнитной пушки. Однако практическое ее осуществлен оказалось очень трудным и не дало пока результатов, в частности потому, что не удалось преодолеть вредного действия исключительно высоких электродвижущих сил, возникающих при размыкании цепи мощных электромагнитов такой пушки.

Таким образом, оказывается, что именно огнестрельное оружие до последнего времени обеспечивало рекорды скоростей движения твердых тел — пуль и снарядов.

Единственной областью техники, где были достигнуты еще большие скорости движения больших масс вещества, являет взрывное дело. У заряда современного бризантного взрывчатого вещества взрыв которого начинается в его центре, взрывные газы разлетаются во все стороны с начальными скоростями около 3000 метров в секунду. Если же взрыв начинается с одного конца более или менее длинного заряда, то в направлении его противоположного конца скорость разлета взрывных газов заметно возрастает и при особо благоприятных обстоятельствах может достигнуть 7000—8000 метров в секунду.

Это и является рекордом скоростей, достигнутых и изученных к началу Отечественной войны. Конечно, мы не учли случаев движения ионов и электронов, которым можно сообщить во много раз большую скорость. Во это движение не больших масс вещества, а мельчайших частиц, которое мы сейчас не рассматриваем.


Рост достигнутых скоростей в процессе развития техники.

Каковы же перспективы дальнейшего повышения скоростей? И вообще, нужно ли сейчас искать сверхвысокие скорости?

Ответим сначала на второй вопрос. Нет никакого сомнения, что дальнейшее повышение скоростей необходимо как в военной, так и в гражданской технике. Действительно, общеизвестно, что увеличение скорости пуль и снарядов повышает меткость стрельбы и увеличивает бронебойную способность этих пуль и снарядов. Чем больше начальная скорость, тем более кучно ложатся пули и снаряды, тем меньше то упреждение, которое необходимо при стрельбе по движущимся целям, а, значит, тем меньше и ошибка от неточности в определении скорости и направления движения поражаемого объекта. Толщина пробиваемых преград — брони, железобетона, земли, дерева — в общем пропорциональна скорости пуль и снарядов.

Наконец нужно иметь в виду следующее. Если пуля, не содержавшая заряда взрывчатого вещества, движется весьма быстро, то при ее ударе о достаточно прочную преграду выделяется большое количество тепла, и пуля, точнее, ее осколки и осколки преграды так разогреваются, что приобретают зажигательную способность даже без разрывного или зажигательного заряда.

Таким образом, при очень больших скоростях снарядов можно в ряде случаев отказаться от «начинки» разрывными веществами. Несомненно это представляет значительный практический интерес.

Схема распределения скоростей взрывных газов при взрыве кумулятивного заряда. Числа возле стрелок указывают скорости в метрах в сек.
В гражданской технике получение весьма высоких скоростей также не бесполезно. Чтобы не задерживаться сейчас на ряде специальных вопросов, которые заслуживают отдельного рассмотрения, остановимся здесь только на одном примере. Из популярной литературы широко известны многочисленные попытки выйти за пределы притяжения земли в космическое пространство. В этом направлении предлагались проекты специальных снарядов, в которых можно было бы помещать приборы и даже людей. Эти снаряды могли бы выбрасываться в космическое пространство и даже достигать других планет. Однако все такие проекты пока оставались лишь мечтами, так как дли выхода в космическое пространство необходимо сообщить телу скорость, превосходящую 11 000 метров в секунду.

А между тем получить такую скорость возможно.

В дни Отечественной войны советский народ напрягает все свои силы, чтобы разгромить и изгнать ненавистных немецко-фашистских захватчиков. Однако одновременно с решением насущных оборонных задач в научных лабораториях и кабинетах не прекращается работа и над общенаучными проблемами. Эта работа и привела к получению и измерению скоростей, превосходящих космический предел в 11 000 метров в секунду.

Основой для получения таких высоких скоростей является так называемая кумуляция. Хотя это явление было открыто американским химиком Мунроэ давно (в 1888 году), но оставалось до последнего времени мало изученным.
Фотоснимки кумулятивной струи, сделанные Ф. А. Королевым

Состоит это явление в основном в следующем:

Пусть у нас имеется заряд в виде цилиндра. С одной стороны заряда, на его оси, расположен детонатор, вызывающий в необходимый момент взрыв заряда. На торце заряда, противоположном детонатору, имеется углубление в форме полушара.

При взрыве вещество заряда обращается в газы, которые с огромной скоростью устремляются в различные стороны. Часть взрывных газов устремятся внутрь углубления. При этом струи газов взаимно сталкиваются, а это столкновение их приводят к громадному повышению давления.

В результате часть газов выбрасывается из углубления с заметно повышенной скоростью.

Повышение скорости может доходить в простейших случаях до двух раз.

Выше было указано, что взрывные газы разлетаются со скоростями, доходящими до 7000—8000 метров в секунду. Если считать, что скорость кумуляции увеличивается в два раза, мы получим скорость в 14 000 — 16 000 метров в секунду.

Скорости такого порядка удалось в последнее время не только получить, но и замерить с довольно большей точностью, благодаря трудам инженера капитана Л. Л. Дашкевича, доцента Ф. А. Королева, кандидата технических наук И. С. Федорова, а также ряда других лиц, работавших под руководством автора этой статьи.

Однако кумуляция является только основой при разработке рассматриваемого вопроса. Применяя особые приемы для сжатия струи газов, получившейся при кумуляции, можно добитая дальнейшего повышения скоростей. Такими приемами удалось достигнуть скоростей порядка 20 000 —25 000 метров в секунду, и есть основание предполагать существование небольшой головной части струи газов, идущей еще быстрее, возможно со скоростями в 30 000— 40 000 метров в секунду. Это не только в несколько раз превосходит космический предел скоростей, но даже превосходит скорость движения Земли по ее орбите вокруг солнца и скорость движения всей солнечной системы в космическом пространстве.

Мощность кумулятивной струи взрывных газов чрезвычайно велика. Через каждый квадратный сантиметр поперечного сечения струя проходят поток энергии, превышающий 100 000 000 киловатт. Это больше, чем мощность всех энергетических установок крупнейших промышленных районов.

При оценке возможных действий кумулятивной струи не следует, однако, чрезмерно увлекаться приведенной величиной мощности. Дело в том, что кумулятивная струя действует весьма кратковременно, и это соответственно ограничивает производимую ею работу.

Как при всяком новом неожиданном открытии, полученные результаты вызвали ряд вопросов и возражений. Особенное сомнение вызывало то, что кумуляция способна дать такое большое нарастание скоростей взрывных газов.
Простейшая водяная модель кумуляции. Если пробирка с водой падает вертикально на стол, то вода из пробирки подскакивает тонкой струйкой на высоту, примерно в десть раз превосходящею высоту падения пробирки.

Эти сомнения можно рассеять различными путями. В частности, каждому читателю доступен такой простой эксперимент, при котором получается интересная модель кумуляции.

Возьмите простую химическую пробирку и заполните ее водой примеряю на ¾ высоты. Стенки пробирки обязательно должны быть чистыми. Тогда поверхность воды в пробирке образует сферическую вогнутость — так называемый мениск. Этот мениск имеет форму углубления и может рассматриваться как своеобразная модель кумуляционного углубления

Таким образом, вода в пробирке соответствует «взрывчатому веществу». Чтобы воспроизвести «взрыв», необходимо взять пробирку в вертикальном положении и, сохраняя это положение, дать ей свободно упасть с высоты 3—5 сантиметров на массивный деревянный стол. При ударе пробирки о поверхность стола в воде возникает волна сжатия, которая пойдет вверх по столбу воды и, достигнув мениска, оторвет некоторую часть воды вверх. При этом произойдет своеобразная кумуляция, и из пробирки вылетят вверх тонкая струйка воды, поднимающаяся на высоту в 30-50 сантиметров, то есть примерно в 10 раз выше, чем высота падения пробирки.

Чтобы убедиться в том, что именно вогнутый мениск имеет здесь значение, можно внутренние стенки пробирки смазать маслом или еще лучше покрыть тонким слоем парафина или воска. Тогда вода не будет смачивать стенок и вместо вогнутого мениска получится выпуклый; при этом не произойдет вовсе никакого подскока или он будет весьма невелик.

Вообще известно, что даже при падении идеально упругого тела на идеально упругую жидкость все тело подскакивает на высоту, равную высоте падения. При описанном же опыте высота подскока воды гораздо больше высоты падения, пробирки.

Это означает, что энергия как-то перераспределяется в воде и концентрируется в небольшом объеме, причем скорость движения возрастает в несколько раз.

Именно это и требовалось доказать.

Опыт с пробиркой показывает также, что явление кумуляции не обязательно связано с взрывом. Это общее явление природы, имеющее место в весьма разнообразных случаях. Дальнейшее изучение всех этих случаев, несомненно, принесет пользу как теории, так и практике, в частности и делу обороны Советского Союза и восстановлению народного хозяйства в районах, освобожденных от фашистских захватчиков