Граната для дульнозарядной нарезной пушки с ведущими выступами
Во Франции Трель де Больё предложил поворотный затвор с прерывчатой винтовой поверхностью, которой соответствовали упоры в казенной части ствола. Так появился тип поршневого затвора, принятый сначала для морских, а затем и для других типов орудий.
При боевом заряде пороха в сгорающем картузе обтюрация (и обеспечение безопасности артиллеристов) была серьезнейшей проблемой. С крупповским клиновым затвором распространился обтюратор Бродуэлла в виде плотно пригнанных кольца в каморе ствола и плитки в затворе. Другой вариант кольца разработал Пиорковский («германское» кольцо). Французский поршневой затвор нес обтюратор Банга (Банжа) в виде пластической кольцевой прокладки, сжимаемой под давлением пороховых газов между стальными поверхностями и перекрывающей казенник. Такие обтюраторы сохранили свое значение и позже для крупнокалиберных орудий картузного заряжания.
Но в полевой артиллерии кардинальным решением проблемы стала металлическая гильза, прижимаемая давлением пороховых газов к стенкам зарядной каморы ствола. Когда с помощью металлической гильзы объединили снаряд, боевой пороховой заряд и капсюль, инициирующий боевой заряд, получили унитарный выстрел (патрон), ставший основой повышения скорострельности полевых пушек.
В российских пределах
В России в 1860 году еще успели принять на вооружение последнюю систему гладкоствольной артиллерии. Но уже в ходе Крымской войны начали делать винтовые нарезы в стволах 12-фунтовых медных пушек — временная мера, которая не могла дать заметного успеха. Тем не менее такой способ получения нарезных орудий понравился. В 1863 году на вооружение приняли дульнозарядную 4-фунтовую пушку, выполненную «по французской системе» — только медь заменили более прочной бронзой. Чугунную гранату цилиндро-стрельчатой формы с цинковыми выступами для нее разработал Н.В. Маиевский. Создали также картечную гранату и картечный выстрел. В небольшом количестве изготовили железные лафеты Безака. (Переход к таким лафетам, позволявшим повысить мощность орудий, начался в 1860-е годы в полевой артиллерии разных армий; деревянными оставляли только колеса.)
Устройство лафета обр. 1895 г. систем Энгельгардта для полевой легкой пушки
Казалось бы, русская армия «подтянула» свою артиллерию. Однако австро-датскопрусская война 1864 года и австро-прусская 1866 года показали, насколько артиллерия европейских государств (и прежде всего германская) опередила русскую.
Под руководством Н.В. Маиевского и А.В. Гадолина разработали 9- и 4-фунтовые (калибры соответственно 107 и 87 миллиметров) казнозарядные нарезные бронзовые полевые орудия с клиновым затвором системы Крейнера (позже его сменили на затвор Круппа), которые вошли в новую систему артиллерии, известную как «система 1867 года». Чугунные снаряды получили свинцовую оболочку. В 1868 году приняли железные лафеты А.А. Фишера. В.Ф. Петрушевский разработал новый трубчатый прицел. Удлиненные снаряды цилиндрооживальной формы были «сильнее» сферических снарядов гладкостенной артиллерии, но соответственно и тяжелее. Однако лучшая обтюрация пороховых газов, правильный полет и лучшая форма снарядов позволяли увеличить дальность стрельбы.
У нарезных орудий дальность стрельбы была почти втрое больше, чем у гладкостенных, а показатели меткости стрельбы нарезных орудий на дальности около километра были в пять раз лучше. Артиллеристы могли теперь поражать не только протяженные по фронту и в глубину, но и небольшие цели. С другой стороны, и саму артиллерию можно было эшелонировать в глубину. Но это требовало лучшего маневра огнем, а значит — еще большего увеличения дальности стрельбы (опыт франко-прусской войны). А увеличение дальности — это значительное увеличение давления пороховых газов в канале ствола, чего бронза не допускала. В России А.С. Лавров проделал большую работу по повышению прочности бронзовых орудий, полученную по его способу артиллерийскую бронзу за рубежом даже назвали сталебронзой. Но существенное увеличение дальности стрельбы и достижение при этом высокой живучести орудий мог дать только переход на литую сталь.
Стальная революция
«Век девятнадцатый — железный», — писал Александр Блок. И в самом деле, промышленная и технологическая революция XIX века прошла под знаменем быстрого развития металлургии железа, сталь и чугун превращались в основной материал во всех отраслях техники. И ни одна из них так не зависела от металлургии, как артиллерия. Опыты над стальными орудиями делались еще в конце XVIII — начале XIX века, но промышленность не была готова к производству железно-стальной артиллерии. Требовались новые технологии получения стали и обработки стальных заготовок. Это существенно подстегнуло развитие металлургической промышленности. На первые места вышли германские, британские и французские предприятия.
В 1847 году А. Крупп представил изготовленное на его заводе 3-фунтовое орудие из литой тигельной стали. В 1855 году Г. Бессемер запатентовал конверторный способ получения стали (кстати, металлургией Бессемер занялся именно в поисках материалов для новых орудий). В 1864 году появляется регенеративная печь П. Мартена. Высококачественная сталь из лабораторий выходит в массовое производство, в первую очередь — оружия.
В России наиболее удачный способ заводского производства литой тигельной стали предложил инженер П.М. Обухов. Его сталь, полученная в 1851 году на Юговском заводе, обладала такими важными качествами, как упругость и вязкость. В 1860 году на Златоустовском заводе он изготовил 12-фунтовую стальную пушку, которая выдержала на испытаниях 4000 выстрелов. В 1863 году Обухов совместно с Н.И. Путиловым основывают в Санкт-Петербурге сталелитейный завод. В 1868 году Путилов закладывает и собственный завод (в 1890-е годы здесь будут развернуты артиллерийские мастерские и создана «артиллерийско-техническая контора»). А пока с трудом налаживалось свое производство, военное ведомство вынуждено было обратиться к заказам на заводах Круппа. С 1861 по 1881 год на русских заводах для русской армии было изготовлено 2652 орудия различных систем, а на заводах Круппа — 2232. Не зря А. Крупп писал в 1864 году генералу Э.И. Тотлебену, что его фабрика «пользуется трудом семи тысяч рабочих, большинство из которых работает на Россию».
Как можно дальше
В русско-турецкую войну 1877—1878 годов русская армия вступила с системой 1867 года. Турецкая артиллерия имела в целом худшую подготовку, но лучшую материальную часть, включая стальные дальнобойные пушки. Кроме того, широкое использование в этой вой не укреплений поставило вопрос о полевом орудии, которое вело бы навесной огонь (по более крутой, нежели у полевых пушек, траектории) снарядом сильного фугасного действия.
Стальные стволы и затворы для новой системы русской артиллерии разработали у Круппа. В России свой вклад в работу внесли Маиевский, Гадолин и Энгельгардт. На вооружение русской армии поступает «система 1877 года», включившая в том числе 9-фунтовую батарейную пушку, 4-фунтовые легкую и горную пушки. У новых пушек были стволы с прогрессивной нарезкой (крутизна нарезов увеличивалась от казенной к дульной части ствола) и новые выстрелы. Сталь позволила увеличивать дальность стрельбы, увеличивая давление в канале ствола и длину ствола. Скажем, у полевых пушек системы 1838 года длина ствола составляла 16,5—17 калибров, системы 1877 года — 19,6—24 калибра. Начальная скорость снаряда 4-фунтовой (87-мм) пушки 1877 года увеличилась на 40% по сравнению с пушкой 1867 года (с 305 до 445 метров в секунду), дальность стрельбы — почти вдвое (с 3414 до 6470 метров). Систему 1877 года назвали «дальнобойной» — в 1870—1880-е годы «дальнобойная» артиллерия вводилась повсеместно. При этом снаряды также стали длиннее и «мощнее».
Нарезная, и уж тем более дальнобойная артиллерия потребовала заново решать баллистические задачи. Широкую известность приобрели труды по баллистике французского артиллериста Валье и итальянского Сиаччи. В России большую роль играли работы основателя русской научной школы баллистики профессора Михайловской артиллерийской академии Н.В. Маиевского (Михайловская академия стала одним из научных центров России) и его последователей П.М. Альбицкого, В.А. Пашкевича, Н.А. Забудского. Особую роль во внедрении математических методов в артиллерийскую науку сыграл академик П.Л. Чебышев.