Огромные размеры и вес присущи не только крупнокалиберным артиллерийским системам, не менее громоздки были пушки вроде бы умеренных калибров, но рассчитанные на поражение целей с большого расстояния. По аналогии со сверхтяжелыми эти пушки назвали сверхдальнобойными.
Каким же образом получить большую дальность стрельбы? На первый взгляд ответ лежит на поверхности — увеличить начальную скорость снаряда, а для этого удлинить ствол и усилить заряд. Еще в XVI веке изготавливались пушки 50 и более калибров длиной. Во Франции их называли кулевринами, в России — пищалями. Зайдите в Военно-исторический музей артиллерии, инженерных войск и войск связи Санкт-Петербурга и посмотрите на пищаль «Три аспида» длиной 4 м, а калибром всего 1,7 дюйма (43 мм). Однако ожидаемого прироста дальности не получилось, и виной всему оказалось сопротивление воздуха. Дело в том, что это сопротивление резко возрастает при увеличении скорости движения. Если выстрелить из орудия, бросающего снаряд с небольшой скоростью, то сила сопротивления будет ничтожна и почти не повлияет На его полет, но положение резко изменится, если скорость снаряда велика.
Перед его головной частью образуется уплотнение, а позади — зона разрежения. Сгущение воздуха впереди тормозит снаряд, а разреженная зона засасывает назад и еще больше усиливает торможение; да и стенки снаряда испытывают трение о частицы воздуха. Сила торможения особенно возрастает, когда скорость снаряда приближается к скорости звука (340 м/с), т. е. сопротивление воздуха растет не пропорционально скорости снаряда, а гораздо быстрее — приблизительно пропорционально квадрату скорости. Для снаряда с заостренной головной частью это соотношение менее болезненно — он рассекает воздух легче, причем, чем больше скорость, тем острее надо делать нос.
Снаряд сверхдальнобойной пушки.
Но секрет дальнобойности не только в оптимальной форме снаряда. Сопротивление воздуха оказывает меньшее влияние на тяжелый снаряд, чем на легкий, если их размеры, скорость и форма одинаковы. Значит, выгодно так увеличить вес снаряда, чтобы не росло его поперечное сечение (калибр). Для этого снаряд надо сделать длиннее. На первый взгляд для нарезной артиллерии задача элементарная, но возникает еще одна проблема: под действием силы тяжести даже вращающийся снаряд стремится к опрокидыванию тем сильнее, чем у него больше длина. Поэтому, чтобы обеспечить приемлемую устойчивость, надо вращать длинный снаряд в 2–3 раза быстрее, чем стандартный. Для этого и нарезы орудия надо делать в 2–3 раза круче, но тогда не выдержит медный ведущий поясок. Единственный выход — сделать снаряд с готовыми выступами, или, иначе, «нарезной снаряд», но сделать его трудно и дорого.
Как видите, много вопросов ставит наша атмосфера не только перед экологами. Кое с чем удалось справиться, но при любых ухищрениях сопротивление воздуха способно сильно сократить дальность полета любого снаряда. Однако плотность атмосферы различна на разных высотах: на большой высоте, в стратосфере, воздух сильно разрежен и сопротивление его ничтожно. Во время Первой мировой войны, при испытании дальнобойных пушек, случайно установили, что дальность стрельбы резко возрастает в случае, если траектория поднимается выше 20 км. Этот принцип и был взят за основу при разработке концепции сверхдальнобойных пушек. Снаряд должен быстро пробить нижний плотный слой воздуха и вырваться на простор стратосферы, входя в нее под углом в 45 градусов, т. е. углом наибольшей дальности полета в безвоздушном пространстве. К этому моменту снаряд должен сохранить скорость около 1000 м/с, что позволило бы ему пролететь в стратосфере около 100 км, после чего он должен был спуститься на землю. Дело осталось за «малым»: создать орудие, способное послать снаряд весом около 100 кг со скоростью более 1500 м/с.
Расчет показал, что такой пушке понадобится ствол длиной не менее 34 м. Отлить такую махину оказалось невозможным даже на заводах Круппа, фирме которого и поручили в 1916 году изготовить суперпушку.
Немецкая сверхдальнобойная пушка «Колоссаль».
Пришлось делать его составным. За основу было взято 380-мм морское орудие, во внутрь ствола которого вставили второй ствол калибром 210 мм. За пятиметровой зарядной каморой шла внутренняя нарезная труба. К ней крепилась шестиметровая гладкостенная дульная часть. От казенника ствол прикрывался специальным кожухом. Получилось очень длинное, но относительно тонкое сооружение весом 138 т, которое прогибалось под собственной тяжестью. Поэтому пришлось установить в средине ствола стойки, связанные стальными тягами с дульной и казенной частями орудия.