Чему гореть и взрываться?
На протяжении шести веков с момента своего зарождения огнестрельное оружие держалось на применении дымного пороха. Им же наполняли гранаты и бомбы, его применяли в вышибных зарядах и т. д.
В России в середине XIX века порох производился на казенных Охтенском, Шосткинском, Казанском заводах. Их производительности уже не хватало для удовлетворения растущих потребностей (говорилось о расходе пороха в ходе обороны Севастополя). И тут приходилось обращаться к заказам за рубежом, например в Германии, или к финским заводчикам (Финляндия пользовалась в Российской империи значительной автономией). Ради увеличения поставок с 1876 года разрешили частное пороходелие.
9-фунтовая батарейная пушка системы 1877 г., Россия. Калибр — 106,7 мм, длина ствола — 19,7 калибра, дальность стрельбы гранатой — до 5330 м, шрапнелью (171 пуля) — до 3200 м
В артиллерии XIX века от дымного пороха получили, можно сказать, максимум возможного. С 1876 года началось изготовление медленно и более равномерно горящего пороха в виде призматических зерен, с 1884 года стали делать бурый крупнозернистый дымный порох вместо черного. Но недостатки дымного пороха преодолеть так и не удалось.
В 1880—1890-е годы наступает новая эра. Во всем мире велись интенсивные работы по созданию бездымного пороха, на смену механической смеси приходили органические химические соединения. Основные надежды возлагали на пироксилин. В 1845 году И.Ф. Шейнбейн в Швейцарии и А.А. Фадеев в России начали изучение возможностей использования пироксилина в военном деле. В 1868 году свой вариант пироксилинового пороха создал в Германии Шульце. Но неустойчивость пироксилина, его способность к самовоспламенению делали такие пороха слишком опасными.
Наконец, в 1886 году во Франции П. Вьель создал стабильный, однородный, медленно горящий пироксилиновый порох, привлекший внимание во всех странах. В 1889 году в Англии Абель и Дьюар получили нитроглицериновый порох.
В том же 1889 году специальная комиссия Главного артиллерийского управления занялась постановкой производства бездымного пороха на Охтенском заводе, и в 1890 году под руководством профессора Н.П. Федорова была выпущена первая партия пороха, который приняли в артиллерии в 1894 году. Большой вклад в создание бездымных порохов внесли великий русский химик Д.И. Менделеев и его ученики — И.М. Чельцов, П.П. Рубцов, С.Н. Вуколов. В 1891 году под руководством Менделеева был создан пироколлоидный порох.
Сила бездымного пироксилинового пороха в три раза выше, чем дымного. Сгорает бездымный порох медленнее и ровнее, соотношение между максимальным и средним давлениями газов в канале ствола куда меньше. Кривая давления пороховых газов в канале ствола более плавная, что позволяло удлинить стволы орудий, повысить начальные скорости снарядов и настильность траектории, а это давало и лучшую меткость стрельбы. Наибольшая дальность стрельбы, достигнутая вообще в тот период, была получена на стрельбах 1892 года в Германии из 24-сантиметровой пушки Круппа с длиной ствола 40 калибров — 20 226 метров. Но для полевых орудий это было недоступно — сочетание калибра и длины ствола здесь ограничивалось требованиями маневренности, особенно с учетом возможностей конной упряжки. Поэтому к концу XIX века для полевых пушек выбираются калибры около 3 дюймов (75—77 миллиметров), оказавшиеся оптимальными на добрые полстолетия. Новые пороха давали значительно меньший нагар и не образовывали облака густого дыма, что позволяло повысить боевую скорострельность не только отдельных орудий, но и батарей.
2,5-дюймовая горная пушка, Россия, 1877 г. Калибр — 63,5 мм, длина ствола — 18,8 калибра, дальность стрельбы гранатой — до 3200 м, шрапнелью (88 пуль) — до 2347 м
Пока в России ставилось производство бездымного пороха, приходилось закупать его во Франции. Российская текстильная промышленность просто не могла снабдить пороходелов необходимым количеством хлопчатобумажных концов, их даже приходилось закупать в Англии. К концу века отечественные заводы вышли на требуемый уровень производства. Основными поставщиками порохов для полевой артиллерии стали Охтенский и Казанский заводы. Правда, сами заявленные потребности были сильно занижены, но это стало понятно много позже.
Что касается разрывных зарядов бомб и гранат, то здесь дымный порох заменили другие продукты органической химии — сильнодействующие бризантные (дробящие) взрывчатые вещества. Еще в 1854 году Н.Н. Зинин предложил использовать нитроглицерин для снаряжения снарядов. Опыты с таким снаряжением провел В.Ф. Петрушевский. В 1869 году испытали стрельбой снаряды, снаряженные динамитом Нобеля. Результат был неудачным, как и испытания в 1886—1887 годах динамита Грейдона. Чувствительность динамита и нитроглицерина к сотрясениям не допускала такого их применения (американский флот из-за этого в 1880-е годы даже экспериментировал с пневматическими динамитными пушками Залинского). В 1890 году на вооружение в России приняли снаряды, снаряженные прессованным пироксилином. В 1889 году штабс-капитан С.В. Панпушко начал опыты снаряжения снарядов мелинитом (он же пикриновая кислота, тринитрофенол) — взрывчатым веществом, полученным французом Э. Тюрпеном. После гибели Панпушко при взрыве по заданию ГАУ опыты возобновил штабс-капитан П.О. Гельфрейх. Снаряды для полевых орудий, снаряженные по его способу, были испытаны Комиссией по применению взрывчатых веществ. В 1895 году мелинитовые фугасные гранаты ввели только для крепостной и осадной артиллерии. Полевая же артиллерия до начала XX века снарядов с сильнодействующими взрывчатыми веществами не получила, чему был ряд причин, включая технологические проблемы.
Стоит заметить, что новые взрывчатые вещества по привычке некоторое время еще именовали порохами — это относилось как к метательным веществам (за которыми так и осталось название «пороха»), так и к бризантным («пикриновый порох», «динамитный порох»), и инициирующим (капсюльные составы именовали «ударным порохом»). Тут самое время перейти к разговору о боеприпасах полевой артиллерии.
Прощайте, ядра
В середине XIX века на вооружении полевой артиллерии имелось несколько типов снарядов. В последний период господства гладкостенной артиллерии сплошные ядра забывались, орудия вели огонь бомбами, гранатами, картечью. Первые представляли собой фугасные снаряды, различавшиеся только весом — снаряды до пуда именовались гранатами, более пуда — бомбами. Картечные выстрелы, начиненные круглыми пулями, служили для борьбы с живой силой накоротке. С развитием артиллерии в XIX веке от картечи постепенно отказывались (позже к ней пришлось вернуться), зато рос интерес к шрапнели. В 1803 году британский полковник Шрапнель дополнил круглыми пулями пороховой заряд пустотелого снаряда и снабдил его запальной трубкой, надеясь устанавливать время подрыва.
В конце 1870-х годов в России начали массово изготавливать диафрагменную шрапнель, разработанную В.Н. Шкларевичем. Если при взрыве шрапнели с центральной каморой пули разлетались в стороны, то диафрагма выталкивала пули вперед, и они разлетались в переделах конуса — получался картечный выстрел, но на расстоянии.
75-мм пушка Mle 1897 г., Франция. Длина ствола — 36 калибров, масса орудия — 1160 кг, дальность стрельбы шрапнелью — до 8500 м
В системе артиллерии 1877 года снаряды удлинили, увеличив массу разрывного заряда в гранатах и количество пуль в шрапнелях. Кроме того, увеличивалась поперечная нагрузка снаряда — отношение массы снаряда к площади наибольшего поперечного сечения, а это уменьшало падение скорости под действием сопротивления воздуха, что способствовало дальнобойности и увеличению настильности траектории. Менялись и части, ведущие снаряд по нарезам. Свинцовую оболочку, которую при увеличившемся давлении пороховых газов в канале ствола просто срывало бы, сменили два ведущих медных пояска. В 1880-е годы установили, что достаточно одного ведущего медного пояска у донной части снаряда и центрирующего утолщения самого корпуса снаряда ближе к головной его части — это сочетание сохранилось до наших дней.