Энергия в наступлении и обороне

Проф. Г. ПОКРОВСКИЙ, Репродукции с картин автора

Помещая статью проф. Г. И. Покровского, редакция просит читателей прислать свои отзывы: не трудно ли написана статья; нужно ли в дальнейшем помещать статьи на подобные теоретические темы. Вместе с отзывом просим обязательно указать уровень своего образования и профессию.

Когда первобытный человек, скрываясь в чаще кустарника, натягивал тетиву своего лука и направлял отравленную стрелу на врага, он в сущности имел в руках зародыши всех средств поражения, которыми обладает современная военная техника.

Что представляет собой с теоретической точки зрения тетива лука? Натягивая ее, мы совершаем работу и накапливаем энергию в согнутом луке. Таким образом мы имеем здесь пример постепенного накопления энергии, которая в момент спуска тетивы отдается стреле за очень малый промежуток времени.

Подобно этому мы, изготовляя еще в мирное время запасы взрывчатых веществ, накопляем в них энергию. Только вместо энергии упругих сил, накопленной в первобытном луке, мы имеем теперь энергию внутримолекулярных связей взрывчатого вещества.

Когда первобытный воин отпускал тетиву, то накопленная энергия передавалась стреле и транспортировалась ею туда, где нужно было нанести поражение. Вся форма стрелы и ее оперение должны были обеспечить возможно большую точность линии полета и попадание в нужное место. Для этого центр тяжести стрелы перенесен возможно дальше вперед, и острие сделано из тяжелого металла. А части, которые испытывают наибольшее сопротивление воздуха, отнесены назад. С этой целью устроено хвостовое оперение. Такое устройство стрелы заставляло ее всегда располагаться своей продольной осью по линии полета.

Помимо этого, острие стрелы должно было обеспечить максимальную концентрацию энергии удара в поражаемом месте. Концентрация энергии тем больше, чем меньше площадь, через которую эта энергия передается. Поэтому стрела снабжалась остро отточенным наконечником, который производил в первый момент удара колоссальное давление, доходящее до нескольких десятков тысяч килограммов на квадратный сантиметр. Такие давления вызывали, конечно, сильные разрушения. И все это производила энергия, постепенно и незаметно накопленная в тетиве лука.

Но не только количеством сконцентрированной энергии ограничивалось дело. Стрела отравлена. Это значит, что на стреле сосредоточена еще и химическая энергия. Но яд, проникая в кровь, отравляет организм не потому, что в нем сконцентрировано очень много энергии, а потому, что его действие носит совершенно особый характер.

Итак, основная задача, которую решает боевая техника, состоит в том, чтобы, во-первых, заранее сконцентрировать возможно большую энергию для нападения на противника. Затем необходимо эту энергию возможно точнее направить в наиболее уязвимое место противника.

Но этого мало, нужно также достичь в своих действиях максимальной быстроты и неожиданности. Здесь часто играют большую роль укрытие от противника и маскировка. Вспомним хотя бы примеры из последней итало-абиссинской войны, когда значительные силы абиссинцев, скрываясь днем в горах от самой совершенной авиаразведки, нападали ночью неожиданно и с большим успехом на итальянцев.

Но неожиданность нападения осуществляется лучше всего, когда применяются многообразные, многочисленные, а главное неожиданные средства поражения врага. Всем известен результат неожиданного применения отравляющих газов германцами на английском участке фронта. Хорошо вооруженные англичане были бессильны что-либо сделать против нового в то время средства поражения.

Этот же принцип можно подметить и в нашем примере с отравленной стрелой. Действительно, стрела сама по себе без яда не представляется особенно опасным средством поражения. С другой стороны, и яд сам по себе тоже мало полезен в боевой обстановке. И только соответствующая комбинация этих двух средств поражения дает значительный эффект.

Все перечисленные задачи, поставленные еще в седую старину, решались и решаются сейчас весьма разнообразно. Однако основное направление во всех случаях остается до известной степени неизменным. Это позволяет, даже при современном стремительном прогрессе военной техники, систематически ориентироваться в потоке новых открытий и усовершенствований и предвидеть ряд неожиданностей, которые нам готовит будущая война.

*

Остановимся прежде всего на концентрации энергии. Что нового можно ожидать в этой области?

Концентрировать энергию можно по-разному. Так например, в античную эпоху и средние века единственным практическим применимым источником энергии для боевых целей была мускульная сила человека, приложенная к весьма простому режущему, колющему и ударяющему оружию. Наиболее распространенным оружием в то время был меч. Меч накоплял энергию в кинетической форме во время размаха и отдавал эту энергию при ударе. При этом сила удара увеличивалась во столько раз, во сколько путь меча при размахе был больше его пути при самом ударе. Если, например, при размахе путь меча равен одному метру, а глубина его проникания при ударе составляет 10 сантиметров, то согласно закону сохранения энергии сила удара будет в 10 раз превосходить силу, затраченную на размах. В зависимости от размеров и веса меча можно было получать удары, сила которых превосходила 1000 килограммов.

В то время основные усилия были направлены на то, чтобы сконцентрировать в каком-то месте максимальное число хорошо вооруженных и тренированных бойцов. Наиболее интересным примером этого является осадная башня, или, как ее называли древние, «гелеполь». Осадная башня подкатывалась к стене осаждаемой крепости. С нее перебрасывался на стену мост, по которому устремлялся поток бойцов. Такие башни достигали по высоте десятиэтажного дома, а вес их —  без малого тысячи тонн. Таким образом осадные башни превосходили своей массой самые тяжелые танки. Перемещались они мускульной силой множества людей при помощи системы блоков и воротов.

Вы видите древнюю осадную башню. Она подвозилась при помощи системы блоков и воротов к стенам осажденного города. С башни перекидывался на стену мост, по которому устремлялся поток воинов. Башня сделана из дерева. Поэтому осажденные пытаются поджечь ее, обстреливая башню зажигательными снарядами. Группа воинов у подножья башни занята тушением огня.

Однако, как ни сложна была эта вспомогательная техника, она ни в какой мере не влияла на самые средства поражения, которые в течение тысячелетий менялись довольно мало. Действительно, устройство холодного оружия — мечей, кинжалов, копий — почти не изменялось со времен древнейшего Египта (4 тыс. лет до нашей эры) до позднего средневековья (примерно 1400 г. нашей эры). Только с введением огнестрельного оружия, впервые, как известно, изобретенного китайцами, мы можем наблюдать развитие и совершенствование разных видов энергии поражения. Изобретение огнестрельного оружия ввело новый способ концентрации энергии в виде химической энергии, накапливаемой в порохе. Эта химическая энергия переходит во время выстрела сразу в энергию тепловую и затем тотчас же — в механическую энергию.

*

Посмотрим теперь, к чему же привело развитие различных видов энергии в качестве средства поражения? Прежде всего остановимся на энергии механической. Чтобы сконцентрировать механическую энергию в каком-либо теле, удобнее всего придать этому телу большую скорость. Приобретаемая при этом телом кинетическая энергия, пропорциональна квадрату скорости.

Таким образом задача сводится к получению возможно более быстрого движения. Большая скорость может быть получена при помощи огнестрельного оружия. Нужно только устроить достаточно длинные стволы из материала, способного сопротивляться высоким температурам и громадным давлениям. Чем длиннее ствол, тем больше действуют пороховые газы на снаряд и тем большую скорость они ему сообщают. Именно этот путь избрали в 1918 г. германцы при устройстве своей знаменитой «Большой Берты» — сверхдальнобойного орудия для обстрела Парижа с расстояния свыше 100 километров.

Теоретически говоря, скорость снаряда можно довести до скорости молекул при температуре, образующейся во время взрыва газов. Такая скорость равна приблизительно 3 тыс. метров в секунду. Практически же можно достичь скорости в 1 тыс. и более метров в секунду.

Гораздо большие скорости можно получить, поражая врага снарядами, летящими по методу ракеты. Если масса взрывчатого или горючего вещества велика по сравнению с массой ракеты, то можно достичь громадных скоростей. Впрочем, пока скорости, достигнутые ракетами, еще не превзошли скорости артиллерийских снарядов. Необходимость загружать горючим движущееся тело весьма затрудняет практическое решение вопроса о ракетных снарядах.

Теоретические подсчеты обещают нам очень большую скорость при выбрасывании железного снаряда мощным электромагнитным полем. Для этого ствол орудия следует поместить внутри электромагнита. При мгновенном включении тока снаряд получит соответствующий импульс.

Здесь изображен боковой вид электромагнитной пушки, приспособленной для железнодорожного транспорта. Пушка состоит из ствола, вокруг которого расположены восемь секций обмотки мощного электромагнита (1). При выстреле из такой пушки получается, как и обычно, отдача. Для уничтожения отдачи и для обратного наката ствола служит механизм (2), состоящий из системы тарельчатых пружин и гидравлического тормоза. Так как в данном случае масса ствола с обмотками электромагнитов и их креплением больше, чем у обычных орудий, то сила отдачи получается меньше. Поэтому электромагнитная пушка может быть весьма легко приспособлена для кругового обстрела без опасения, что платформа опрокинется. Для большей устойчивости служат домкраты (5) на откидных кронштейнах. Они упираются в грунт по обеим сторонам полотна. Ток к электромагнитам подводится по кабелю (3). Подъемный кран (4) служит для подачи снарядов или для установки специального конвейера, подающего снаряды автоматически. На специальной площадке установлен пульт управления всей системой (6).

Однако практическое осуществление электромагнитных пушек затруднено отсутствием или же чрезмерной громоздкостью необходимых источников тока, а также и невозможностью накоплять в малых объемах достаточные запасы электроэнергии. Но недавно появились так называемые импульс-генераторы системы профессора Капицы. Эти генераторы могут давать в течение малых долей секунды мощности тока, превосходящие мощность всей Волховской гидростанции. Именно такие токи и нужны для электромагнитных пушек.

Можно весьма просто подсчитать мощность, которая необходима для действия электромагнитной пушки. Пусть вес снаряда равен 100 килограммам, а скорость, которую необходимо сообщить этому снаряду, — 1 000 метров в секунду.

Энергия движущегося тела, как известно, равна половине произведения массы этого тела на квадрат его скорости. Следовательно, энергия нашего снаряда будет равна:

\(\frac{100\;\times\;1000^2}{9,8\;\times\;2}=5\;100\;000\) килограммометров.

Средняя скорость снаряда в канале электромагнитной пушки будет меньше 1000 метров в секунду и больше нуля. Она будет равна:

\(\frac{0+1000}2=500\) метров в секунду.

Пусть длина канала пушки равна 10 метрам. Узнаем, сколько времени движется снаряд в канале. Для этого надо разделить путь (длину канала) на скорость движения снаряда:

\(\frac{10}{500}=\frac1{50}\) секунды.

Теперь мы можем высчитать, какую мощность надо для этого затратить. Мощность равна энергии, затраченной в единицу времени, т. е.

\(5\;100\;000\div\frac1{50}=255\;000\;000\) килограммометров в секунду = 2 500 000 киловатт.

Эта мощность настолько велика, что превосходит даже мощность днепровской ГЭС. Однако она проявляется в течение всего \(\frac1{50}\) части секунды и поэтому вовсе не требует для своего осуществления целой громадной электростанции.

*

Второй наиболее распространенный вид энергии — это энергия тепловая. Но вряд ли тепловую энергию можно применять непосредственно в качестве боевого средства. Какие бы то ни было специальные методы концентрации тепловой энергии едва ли могут сыграть здесь особую роль и именно потому, что теплота возникает весьма легко за счет других форм энергии. Значительно проще можно сконцентрировать энергию в какой-либо другой форме, например химической. Тогда при взрыве автоматически получится соответствующее количество теплоты.

Химическая энергия — это основа действия всех взрывчатых веществ. Конечно, в дальнейшем сила взрывчатых веществ будет повышаться. Но все же здесь нельзя ожидать чего-либо принципиально нового, так как степень концентрации энергии по теоретическим соображениям можно увеличить не более чем в несколько раз.

Особое значение может иметь, однако, концентрация химической энергии в ее наиболее активных формах — в виде отравляющих веществ и бактерий остроинфекционных заболеваний. Поэтому можно ожидать, что в будущей войне бактериологическое оружие даст о себе знать, если только изменившиеся социальные условия не положат конец применению всех средств истребления и химического в особенности.

За последнее десятилетие возникли новые способы концентрации электроэнергии в малых объемах. Так например, можно охладить металлическое кольцо до очень низкой температуры в жидком гелии, и результате этого электрическое сопротивление в металле кольца станет практически равным нулю. Поэтому можно вызвать в этом кольце путем электромагнитной индукции ток совершенно исключительной силы. Этот ток будет циркулировать в кольце до тех шор, пока температура металла не поднимется выше некоторого определенного предела. Если же это произойдет, то в металле возникнет сразу очень большое сопротивление, начнет выделяться огромное количество теплоты и последует взрыв. Энергия этого взрыва может быть колоссальной. Она может намного превосходить все возможные в данном веществе запасы энергии химической и тем более тепловой или механической.

Таким образом можно строить особые электромагнитные снаряды, которые будут охлаждаться до выстрела и «заряжаться» электротоком. При ударе такого снаряда образующееся от трения нагревание вызовет сильнейший взрыв.

Возможно, что будут применены и другие способы концентрации электроэнергии.

В последнее время очень много говорят о возможном применении на войне лучистой энергии, о различных «лучах смерти».

Мы еще не знаем способа постепенного накопления лучистой энергии. Энергия этого вида существует обычно только пока несется от источника к приемнику. Можно говорить лишь о концентрации этой энергии в пространстве.

Древняя легенда рассказывает, что еще будто бы знаменитый греческий ученый Архимед прибег к такому оружию при защите от римских войск своего родного города Сиракуз в Сицилии. Согласно легенде Архимед сконструировал громадное зеркало, с помощью которого он собирал лучи солнца и направлял их на суда римского флота. Пучок горячих лучей солнечного света будто бы вызывал пожар на кораблях. Эта легенда очень интересна я поучительна, так как показывает, как напряженно работала мысль человека в отдаленные от нас времена в области новых проблем военной техники.

Эта картина нарисована на тему древней легенды, рассказывающей будто бы греческий ученый Архимед сконструировал огромное зеркало, с помощью которого он сжег флот римлян, осаждавших его родной город — Сиракузы.

В XVIII веке французскому физику Бюффону удавалось зажигать отдаленные предметы большим, составленным из отдельных частей зеркалом.

Недавно в Германии физик Ноордунг вновь выдвинул идею о собирании солнечных лучей в качестве средства поражения. Он предлагал поднимать гигантские зеркала, сделанные из легких и тонких металлических пленок, в стратосферу. По его мнению из стратосферы легче было бы поражать различные отдаленные объекты, невидимые непосредственно с поверхности земли. Поднимать зеркала в стратосферу Ноордунг предлагал с помощью ракетных летательных аппаратов.

Несмотря на все это, боевое применение зеркал мало вероятно хотя бы уже потому, что зажигание происходит медленно и осуществимо только на расстояниях не более нескольких десятков метров.

Кроме солнечных лучей, можно, конечно, концентрировать и иные виды лучистой энергии. В последние два десятка лет можно отметить сотни сообщений о действительных и мнимых изобретениях и открытиях в этой области. В настоящее время можно с достоверностью утверждать только то, что всякого рода лучи могут служить пока или для связи, или для иных форм сигнализации и телемеханики. Специально поражающее действие всех известных видов лучистой энергии сравнительно невелико при сопоставлении с другими видами энергии.

Сейчас много говорят о так называемой ядерной, или внутриатомной, энергии. Любой атом, как известно, представляет собою электронную оболочку, в центре которой имеется ядро атома. Несмотря на то, что ядро имеет очень малые размеры (примерно в 100 тыс. раз меньше всего атома), в нем сконцентрирована, по видимому, колоссальная энергия. По крайней мере, так показывает теоретический расчет.

Это наиболее концентрированная форма энергии. Однако, несмотря на громадные успехи последних лет в изучении атомного ядра, не известно ни одного случая, когда удалось бы извлечь эту энергию в практически достаточных количествах. Поэтому говорить о том или ином боевом применении этой энергии нет еще никаких оснований.

*

Мы ознакомились вкратце с теми возможностями, которые раскрываются перед нами в области концентрации различных видов энергии. Но мы знаем, что есть еще не менее важная задача —  это направить сконцентрированную энергию в то или иное поражаемое место. Этого можно прежде всего добиться путем прицеливания, устанавливая прибор, выбрасывающий тело с концентрированной энергией, в необходимом положении. Способ этот старый и, несмотря на колоссальный прогресс средств управления огнем, довольно мало эффективный. Действительно, во время морских сражений между германскими и британскими флотами в войну 1914—1918 гг. только несколько снарядов из каждых ста выпущенных достигли цели.

Надо думать, что возрастание подвижности целей и более усовершенствованная маскировка приведут к еще меньшему числу попаданий в будущих сражениях.

В связи с этим приобретает огромное значение возможность управлять снарядом во время его движения.

По сообщениям печати, в Японии нашли простейшее «решение» этой задачи. Человека помещают в морскую или воздушную торпеду. Он управляет торпедой, ведет ее на врага, пока не попадет в цель. И погибает вместе с противником.

Подобный прием, безусловно, является варварским, ибо человек обречен на гибель при взрыве торпеды. Между тем современная техника дает более тонкие способы решить такую задачу.

Управление на расстоянии судном или самолетом является практически уже решенной задачей. Оно может быть осуществлено или с помощью радио, или же с помощью звуковых и ультразвуковых волн. А ночью для этого можно использовать световые или инфракрасные лучи.

Особенно интересны здесь ультразвуковые волны в воздухе. В случае ультразвука колебания совершаются так быстро, что человеческое ухо ничего не слышит. Однако именно ультразвук и дает возможность передавать значительную энергию по заданному направлению. Если, например, на авиаторпеде устроить микрофон, воспринимающий ультразвук, и соединить его с автоматическим прибором управления, то можно путем сигналов, не слышных человеку, направлять авиаторпеду в желаемую сторону.

Здесь изображен боковой вид фантастического крейсера, приспособленного к перевозке и пуску авиаторпед, которые управляются при помощи ультракоротких радиоволн. На схеме показаны: (1) —  катапульт для старта авиаторпед; (2) — спаренные зенитные орудия; (3) — башни, каждая с двумя орудиями калибра 20,3 см; (4) — параболические зеркала для направленной радиопередачи, являющейся средством управления авиаторпедами; (5) — радиотелефонные антенны; (6) — прожектора; (7) — стрела для подъема неиспользованных авиаторпед, севших на воду; (8) —группа авиаторпед, хранящихся на верхней палубе.

Не исключена возможность, что артиллерия средних и крупных калибров и даже бомбардировочная авиация будут заменены в будущем авиаторпедами, управляемыми издалека. Вероятно, в ряде случаев у таких авиаторпед будут ракетные двигатели. Двигатели эти имеют очень небольшой вес. По виду авиаторпеды, вероятно, будут напоминать самолеты малых размеров. При движении они будут оставлять огненный след.

Возможно предположить, что на некоторых авиаторпедах будут установлены телевизорные передатчики. Это даст возможность направлять авиаторпеды на удаленные невидимые объекты и весьма точно осуществлять прицеливание.

Разумеется, что против этих авиаторпед нужно будет изобрести какое-то оборонительное оружие. Возможно, что в качестве такого оружия будут применены какие-нибудь скорострельные автоматы, т. е. группы мелкокалиберных пушек, действующих по принципу пулемета. Автоматы эти будут управляться издали при помощи электрического тока.

Помимо этого, можно говорить также и о расстройстве связи между телемеханической торпедой и управляющей ею станцией путем посылки в пространство соответствующих контрсигналов. Здесь, видимо, разыграется напряженнейшая борьба между средствами управления телемеханической торпедой и средствами, мешающими этому управлению.

Это — крейсер будущего, пускающий авиаторпеду. Она взлетает с помощью специально приспособленного катапульта. Ракетный двигатель авиаторпеды оставляет длинный огненный след, окруженный облаками дыма.

*

Мы говорили уже о том, что непосредственно поражающее действие лучистой энергии сравнительно невелико. Но лучистая энергия дает возможность осуществить точное прицеливание.

Всякого рода лучи, т. е. направленные потоки энергии, обладают свойством непрерывности. Поэтому, меняя свое направление, луч как бы режет пространство и поражает все предметы, лежащие в плоскости его перемещения. Это в значительной степени увеличивает вероятность попадания.

Допустим, что максимальное число выстрелов автоматического оружия равно 10 в секунду. Допустим затем, что скорость пуль в момент поражения равна 500 метров в секунду. Таким, образом одна пуля следует за другой на расстоянии, равном:

\(\frac{500}{10}=50\) метрам.

Считая приближенно длину пули, равной 2,5 сантиметра, мы получим, что длина эта в \(\frac{5000}{2,5}=2000\) раз меньше расстояния между пулями. Это значит, что вероятность поражения пулей из пулемета в 2 тыс. раз меньше вероятности поражения непрерывным лучом.

Как видно из приведенного расчета, один такой аппарат может заменить 2 тыс. пулеметов.

Итак, мы надеемся, что этот краткий разбор возможностей концентрации и направления разнообразных видов энергии позволит нашим читателям более трезво и сознательно относиться ко всяким сообщениям об изобретенных в том или ином государстве каких-то совершенно неведомых до сих пор средствах наступления и обороны.

Здесь изображен возможный эпизод будущей войны. Ракетные авиаторпеды преследуют четырехмоторный бомбовоз. Они должны настигнуть его и взорвать. Торпеды имеют телевизионные передатчики. Благодаря этому находящийся вдали радиотехник, управляющий на расстоянии авиаторпедой, видит все, что он видел бы, находясь на самой торпеде. Бомбовоз отстреливается, пытаясь пулеметным огнем взорвать авиаторпеды или испортить их механизмы и таким путем спастись от преследования. Внизу виден город, зажженный авиабомбардировкой.