2.3.2 Разработка нитроглицериновых баллиститных порохов для ствольной артиллерии
Независимо от работ, проводимых в РНИИ по созданию реактивного оружия, в Советском Союзе под руководством А.С. Бакаева, начиная с 1924 г., проводилась разработка отечественных нитроглицериновых порохов для ствольной артиллерии.
Баллиститные пороха состоят из уплотненной нитроцеллюлозы, пластифицированной нитроглицерином (или другим высокоэнергетическим растворителем) без удаления растворителя-пластификатора. Впервые баллиститные пороха были разработаны, как известно, в Швеции А. Нобелем и применялись для изготовления метательных артиллерийских зарядов в Швеции, Италии и Германии. В 1928 г. А.С. Бакаевым была впервые предложена конкретная рецептура отечественного нитроглицеринового пороха, который мог быть использован наравне со штатными пироксилиновыми порохами для изготовления артиллерийских метательных зарядов. Этот порох, получивший название НГ, имел следующий массовый состав: коллоксилин – 56,5 %; нитроглицерин – 26,5 %; динитротолуол – 9 %; динитроанизол – 5 %; централит – 2 %.
С 1928 г. работы по нитроглицериновым порохам получили большой размах, особенно после создания под руководством А.С. Бакаева бригады, в которую вошли молодые талантливые сотрудники Б.П. Фомин, И.Г. Лопук и др. В конце 1928 г. на заводе им. Морозова при активном участии его технического директора А.Д. Артющенко была создана опытная установка для рецептурно-технологической обработки пороха.
В первую очередь изготовлялся трубчатый порох к 76-миллиметровой полковой пушке образца 1902 г. Так как при изготовлении пороха встретились большие технологические трудности (высокое давление прессования, большое количество вспышек на вальцах из-за недостаточной пластичности пороховой массы), то были проведены дополнительные исследования по уточнению состава пороха для улучшения его технологических свойств. Проблема была решена введением в состав пороха в качестве технологической добавки 1 % вазелина (НГВ). Именно этот порох явился основой всех последующих модификаций нитроглицериновых баллиститных порохов. Был разработан и технологический процесс получения этих порохов, который состоял из следующих основных операций: подготовки компонентов пороха, приготовления («варки») пороховой массы, отжима излишней влаги, вальцевания пороховой массы, рулонирования, формования пороховых трубок на гидравлических прессах, их резки на нужную длину, разбраковки шашек, перемешивания и упаковывания.
Положительные результаты работ по созданию отечественных рецептур нитроглицериновых баллиститных порохов и технологии их изготовления создали предпосылки для проектирования и строительства опытного цеха. Опытный цех на заводе им. Морозова вошел в строй уже в 1931 г. Первой номенклатурой пороха, освоенной заводом в пусковой период, был баллиститный трубчатый порох с наружным диаметром трубки 3,2 мм, диаметром каната 1,2 мм, длиной 245 мм. Порох предназначался для 76-миллиметровой зенитной пушки образца 1931 г.
Следует особо отметить значительные трудности, возникшие при изготовлении баллиститного пороха на этапе его освоения. В частности, было установлено, что причиной высокой аварийности при вальцевании на горизонтальных вальцах было травление поверхности валков в результате обработки их соляной кислотой, проводившееся с целью повышения захватывающей способности валков. При этом образовывались глубокие раковины – центры вспышек. Травление было категорически запрещено и заменено натиранием валков наждачным камнем. На всех фазах производства были внедрены технологические регламенты и обеспечено их строгое соблюдение, повышена производственная дисциплина, организовано обучение персонала.
В результате проведенной работы производство нитроглицериновых баллиститных порохов на заводе стабилизировалось, аварийность на всех фазах резко уменьшилась, снизился технологический брак, повысилась производительность труда.
Замена в авиационных реактивных снарядах РС-82 и PC-132 пироксилинотротилового пороха на нитроглицериновый баллиститный порох. Испытания авиационных реактивных снарядов РС-82 и PC-132 в 1933 г. из-за невозможности поставок в необходимых количествах ракетных зарядов из пироксилинотротилового пороха практически прекратились. И, как уже не раз было в истории науки и техники, решение проблемы оказалось лежащим на стыке разных научно-технических направлений, развитие которых до определенного момента протекало независимо друг от друга.
Технология изготовления ПТП (глухое прессование) позволяла получать только шашки ограниченной длины и, главное, исключала возможность массового изготовления их в промышленных условиях вследствие малой своей производительности и повышенной опасности. Для дальнейшего продвижения текущих работ и успешного решения общей задачи настоятельно требовалось заменить в реактивных снарядах (PC) порох ПТП. Было рекомендовано применить для PC порох Н, разработанный к тому времени для артиллерийских систем. Вскоре и было начато опытное изготовление для PC трубчатого нитроглицеринового пороха диаметром 24 и 40 мм.
В начале производства возникали определенные трудности. В отдельных случаях при стендовых испытаниях изготовленных зарядов резко увеличивалось давление газов в ракетной камере. Установили, что причиной этих непредусмотренных повышений давления было увеличение площади поверхности горения вследствие наличия в порохе закапсулированного воздуха, так называемых воздушных включений. На борьбу с ними ушло много времени. Но, в конце концов, технология была доведена до необходимого уровня, и заряды из баллиститного пороха Н в ракетных камерах авиационных снарядов РС-82 и PC-132 стали гореть закономерно. В итоге завод им. Морозова изготовил заряды в количествах, достаточных для проведения широких стендовых и стрельбовых проверок.
В результате удалось выяснить, что критическое сечение сопла, подобранное при нормальной температуре для шашек ПТП, было непригодно при низких температурах для шашек из пороха Н. Было принято решение немедленно подобрать и всесторонне проверить новый размер критического сечения сопла для шашек из пороха Н, способный обеспечить их нормальное горение при любой практически возможной температуре. Результаты испытаний как по кучности стрельбы, так и по эффективности действия снарядов у цели, превзошли все ожидания.
Начиная с 1935 г., изготовление ракетных зарядов к авиационным снарядам РС-82 и PC-132 в связи с ростом потребности в них было переведено на южноукраинский завод. Освоение производства пороха Н и изготовление зарядов из него производилось так же, как и на заводе им. Морозова, под авторским контролем А.С. Бакаева, Б.П. Фомина, В.С. Дернового. Проведенные на южноукраинском заводе многочисленные стендовые испытания ракетных двигателей с зарядами из нитроглицериновых баллиститных порохов при самых разнообразных условиях снаряжения ракетных двигателей и при различных температурах заряда дали богатый исходный материал для разработки методов расчета заряда, подбора диаметра критического сечения сопел и т.д., а также для серьезных теоретических обобщений.
В начале 1937 г. полигонные испытания авиационных снарядов РС-82 с зарядами из баллиститного пороха Н, изготовленными пороховым заводом, были повторены в большом объеме с использованием самолетов различных типов. После успешного проведения испытаний на семи самолетах-истребителях в декабре 1937 г. 82-миллиметровые реактивные снаряды были приняты на вооружение ВВС СССР. В июле 1938 г. после успешных войсковых испытаний были приняты на вооружение бомбардировочной и штурмовой авиации реактивные снаряды PC-132.
Ракетные заряды из нитроглицериновых баллиститных порохов к реактивным снарядам сухопутных войск. Наиболее массовым реактивным снарядом, применявшимся сухопутными войсками Советской Армии в период Великой Отечественной войны, был 132-милли-метровый снаряд M-13. Тактико-техническое задание на его разработку Главное артиллерийское управление выдало РНИИ в июне 1938 г. Для быстрейшего выполнения задания был максимально использован опыт создания авиационного снаряда PC-132. К декабрю 1938 г. была уже изготовлена опытная партия 132-миллиметровых реактивных снарядов, конструкция и баллистические характеристики которых мало отличались от характеристик ранее разработанного авиационного снаряда PC-132. С декабря 1938 г. по февраль 1939 г. проходили полигонные испытания изготовленных снарядов.
Коллективы РНИИ и Московского порохового НИИ провели доработку как снаряда в целом, так и его ракетного заряда, прежде всего, с целью устранения крупнейшего недостатка снаряда – малой дальности. Оказалось возможным устранить этот недостаток простейшим способом: увеличить длину пороховых шашек, а, следовательно, и массу заряда примерно в два раза без изменения других геометрических размеров пороховых шашек. Дальность снаряда M-13 возросла до 8,5 км (вместо 6 км у PC-132) при одновременном увеличении массы боевой части.
Значительная работа была проведена с целью увеличения кучности снаряда. Для этого, во-первых, улучшили конструкцию опорной диафрагмы, что уменьшило и стабилизировало выброс несгоревших частиц пороха, и, во-вторых, увеличили жесткость стабилизаторов снаряда заменой литых дюралевых стабилизаторов штампованными стальными с продольными гофрами. Общий вид ракетного заряда для М-13, определившийся в результате описанных выше работ, представлен на рисунке 2.1. Заряд состоял из семи цилиндрических одноканальных шашек с наружным диаметром 40 мм и диаметром канала 3 мм. Длина заряда составляла 550 мм. Заряд изготовлялся первоначально из пороха Н, а затем из порохов НДК, НМ-2, НМ-4Ш. Масса заряда была установлена равной (7050±35) г, а для порохов НМ-2 и НМ-4Ш – (7130±35) г.
Воспламенение заряда обеспечивалось одним воспламенителем из пороха типа ДРП массой 50 г, находящимся в донной части ракетной камеры. Зажжение воспламенителя осуществлялось с помощью двух пиросвечей, в которые вставлялись пиропатроны ПП-5. Заряд с воспламенителем размещался в ракетной камере.
До Великой Отечественной войны для сухопутных войск был также создан реактивный снаряд М-8 калибром 82 мм. Этот снаряд, разработанный на базе авиационного снаряда РС-82, был принят на вооружение в августе 1941 г. Ракетный заряд к реактивному снаряду М-8 вначале изготовлялся из пороха Н, состоял из семи цилиндрических шашек с наружным диаметром 24 мм и диаметром канала 6 мм. Длина заряда 230 мм (рисунок 2.1а). Масса заряда составляла (1040±10) г.
С целью увеличения дальности полета снаряда М-8 Особое бюро среднеуральского завода провело в 1942 г. опытно-конструкторскую работу, использовав ракетные камеры с увеличенной до 290 мм длиной. Сотрудники Особого бюро спроектировали ряд вариантов зарядов, в том числе телескопический, одношашечный семиканальный и др. После проведения стендовых и стрельбовых испытаний всех вариантов был принят для М-8 заряд из пороха НМ-2, состоявший из пяти шашек с наружным диаметром 26,6 мм, диаметром канала 6 мм, длиной 287 мм (рисунок 2.1б) и массой заряда (1180±10) г. Этот заряд обеспечил повышение дальности полета снаряда М-8 до 5,5 км.
Воспламенение заряда осуществлялось двумя воспламенителями их пороха типа ДТП массой по 11 г, помещенными в донной и хвостовой частях ракетной камеры. Зажжение воспламенителей обеспечивалось пиропатронами ПП-5. Заряд с воспламенителями размещался в ракетной камере (рисунок 2.2в).
В ходе Великой Отечественной войны перед реактивной артиллерией возникали все новые боевые задачи: увеличение дальности стрельбы и мощности боевой части ракеты, повышение кучности. Главной предпосылкой, определившей успех решения в самое кратчайшее время этих весьма сложных задач, был правильный выбор генерального направления разработок, а именно, проведение их на основе унификации наиболее ответственного и трудоемкого элемента снаряда – ракетного заряда.
В качестве основного был использован разработанный для снаряда M-13 ракетный заряд, который без каких-либо изменений состава пороха, а также массовых и геометрических характеристик заряда был применен для создания еще четырех реактивных снарядов. Так, в июне 1942 г. были сданы на вооружение армии снаряды с массой боевых частей примерно в 1,5 и 2,5 раза больше, чем у снаряда M-13. Они получили соответственно наименования М-20 и М-30. Естественно, что дальность стрельбы этими снарядами уменьшилась и составила 5 км для М-20 и 2,8 км – для М-30.
В апреле 1944 г. армии был передан снаряд, кучность которого была почти в два раза лучше, чем кучность снаряда M-15. Улучшение было достигнуто без ужесточения требований к ракетному заряду и без какого-либо его изменения, только за счет введения в конструкцию двигателя 12 косорасположенных периферийных отверстий, обеспечивавших проворот снаряда на траектории и тем самым резко уменьшавших отрицательное влияние на кучность эксцентриситета снаряда. Этот снаряд стал называться М-13УК (улучшенной кучности). В октябре 1944 г. на базе ракетного заряда для М-13 был сдан на вооружение снаряд, у которого дальность стрельбы составила около 11,8 км, т.е. почти в 1,5 раза больше, чем у снаряда М-13. Увеличение дальности было достигнуто за счет применения двух двигателей M-13, работавших одновременно. Снаряд получил название М-13ДД (дальнего действия).
Превосходство в годы Великой Отечественной войны советского реактивного вооружения над германским объясняется двумя главными факторами:
– использованием порохов баллиститного типа, наилучшим образом пригодных для создания ракетных зарядов;
– разработкой и внедрением высокопроизводительной непрерывной технологии изготовления зарядов, что обеспечило возможность их массовых поставок в армию.
Важнейшими предпосылками, обусловившими возможность создания реактивной артиллерии, явились разработка в Советском Союзе под руководством А.С. Бакаева в конце 20-х – начале 30-х годов отечественных рецептур нитроглицериновых баллиститных порохов для ствольной артиллерии и технологического процесса их изготовления, а также строительство южноукраинского завода, способного производить эти пороха в массовых количествах.
Возникновение в 1933 г. идеи о возможности использования нитроглицериновых баллиститных порохов для изготовления ракетных зарядов имело первостепенное значение для успешного решения задачи создания советских реактивных снарядов. Реализация этой идеи не только вывела из тупика разработку реактивных снарядов, начатую РНИИ на пироксилинотротиловом порохе, оказавшемся крайне нетехнологичным, но и позволила в кратчайшее время завершить отработку авиационных снарядов РС-82 и PC-132 и принять их на вооружение ВВС СССР уже в 1937–1938 гг. – намного раньше, чем это было сделано за рубежом.
Правильность найденного технического решения была подтверждена и в дальнейшем при разработке из нитроглицериновых баллиститных порохов зарядов для реактивных снарядов M-13, М-8, M-31 и др., предназначенных для сухопутных войск Советской Армии и созданных в очень короткое время. Эти заряды, отличаясь крайней простотой конструкции, в то же время удовлетворяли всем требованиям, которые предъявлялись к боеприпасам, и прежде всего требованиям высокой технологичности изделий в производстве и высокой надежности их работы при боевом применении.
Наиболее совершенным для того времени зарядом был заряд для M-13, и его расчетные характеристики (плотность заряжания, показатель интенсивности, коэффициент массового совершенства) могут рассматриваться как исходные для оценки научно-технического прогресса в области ракетостроения на твердом топливе.
Крайне важное значение для быстрейшего создания реактивных снарядов различного назначения имел реализованный в годы Великой Отечественной войны принцип унификации ракетных зарядов, благодаря которому на базе одной конструкции ракетного заряда была создана в самое короткое время целая гамма реактивных снарядов (M-13, М-20, М-30, М-13ДЦ, М-13УК). Этот принцип не потерял своего значения и в настоящее время.