Порох, выстрел, взрыв

Инж. З. ПЕРЛЯ

Уже в течение последних 600 лет каждое военное столкновение возвещается грохотом артиллерийской канонады, ружейными залпами, а в последние десятилетия — пулеметной трескотней. Гигантские снаряды весом в сотни и даже тысячи килограммов режут воздух, пролетая десятки километров. Мощный взрыв такого снаряда потрясает окрестности, вырывая в земле огромные ямы-воронки.

Во время военных переходов через непроходимые горные вершины раздаются мощные взрывы: скалистые препятствия взлетают на воздух, освобождая путь. И, наконец, мирным промышленно-техническим работам также приходит на помощь взрыв: проходка подземных и горных тоннелей, вскрытие пластов рудных ископаемых богатств или залежей — все это в наше время больше и чаще производится с помощью взрыва.

Но дело ведь не в самом взрыве, а в той энергии, которую он порождает. Выстрел пушки, ружья, пулемета требует определенного количества метательной энергии, толкающей снаряд. Взрыв какой-нибудь горной породы требует создания энергии искусственного подземного толчка, разрушающего вокруг все препятствия. Источником энергии взрыва является взрывчатое вещество. В наше время существует очень много видов очень сложных по своему составу взрывчатых веществ. Некоторые из них отличаются огромной силой развиваемой при взрыве энергии. Но историческим прототипом всех взрывчатых веществ является черный порох, открытый будто бы в XIV веке, но элементы которого появились еще за 2500 лет до наших дней.

Наиболее распространенная версия о появлении пороха гласит, что его изобрел немецкий монах Бертольд Шварц, который жил в XIV столетии и занимался алхимией.

Легенда и иллюстрирующая ее гравюра изображают Бертольда Шварца в его лаборатории, занятого нагреванием в ступе случайно понадобившейся ему смеси селитры с древесным углем и серой. Внезапно раздался взрыв. Крышку ступки подбросило в потолок. Это явление и навело якобы Бертольда Шварца на мысль об использовании взрывчатой смеси из селитры, древесного угля и серы для метания снарядов-ядер и стрел.

Так гласит легенда. Фактически же Бертольд Шварц не изобрел пороха. Это точно установлено, так же как и то обстоятельство, что во всей истории человечества нет такого имени, которому можно было бы всецело приписать это изобретение.

Древние культурные народы Азии, а позднее и Северной Африки были знакомы с горючими и взрывчатыми веществами уже в очень отдаленные времена. Открытиям в этой области и попыткам практически их использовать способствовал высокий культурный уровень древних китайцев, индусов, арабов, а также и то обстоятельство, что основная составная часть пороха — селитра — самопроизвольно выделяется из почвы в Китае и Индии. В старинных исторических материалах имеются сведения о том, что пушки, стрелявшие с помощью силы взрывчатого вещества, были известны уже в 618 году до нашей эры, то есть за 2000 лет до существования Бертольда Шварца и начала распространения порохострельной артиллерии по всей Европе. В некоторых древних китайских рукописях описываются метательные орудия, состоящие из бамбуковых труб, выбрасывающих зажигательные ядра. Источником метательной энергии таких орудии могло служить только какое-либо взрывчатое вещество, создающее давление образующихся газов на снаряд.

Воин с зажигательной трубой.

Из сочинений некоторых древнегреческих писателей видно, что индусы располагали огнестрельным оружием еще во времена нашествия Александра Македонского, то есть за 330 лет до нашей эры. В состав взрывчатого вещества, использованного в этом оружии, входила селитра.

Ближайшие культурные соседи индусов, древние арабы, вскоре восприняли от них секрет огнестрельного оружия и научились его применять. Арабское наименование селитры в переводе означает «китайская соль» и «китайский снег», — это подчеркивает ее китайское происхождение. В произведениях некоторых древнейших арабских авторов упоминается «китайский огонь».

Зажигательное оружие арабов.

Зажигательные стрелы арабов.

Так прошли столетия. Тайна изготовления взрывчатых составов, совершая свой медленный путь по культурному древнему Востоку, из Китая (618 лет до нашей эры) спустилась на юг, перешла в Индию (IV век до нашей эры) и оттуда в Аравию. Здесь этот дугообразный путь, по которому шло распространение древней культуры с востока на запад, был временно пересечен «греческим огнем», заменившим собой взрывчатые метательные вещества.

Арабы, поднявшие заимствованные ими китайскую и индусскую культуры на высокую ступень развития, первые задумались над решением задачи, каким образом практически использовать известные им составы для военных целей.

Не имея возможности построить такие машины, в которых могли бы быть рационально использованы свойства селитры, арабы начали изготовлять новые, более медленно сгоравшие смеси.

Сведения о зажигательных снарядах, примененных арабами во время вторжения в Северную Африку в VII веке нашей эры, подтверждают этот вывод. Одновременно арабы сохранили у себя рецепт изготовления взрывчатых смесей. Византийские греки, воюя с арабами главным образам на море, познакомились с действием этих снарядов и горючих смесей. Защищаясь, они научились изготовлять свои собственные зажигательные составы, действие которых прославилось на всю Европу, а самые смеси получили название «греческого огня».

Первое применение этого оружия связывается со следующим историческим фактом.

В 673 году арабский флот осадил Константинополь — столицу Византии. Грекам приходилось плохо. В это время житель города Гелиополя Калиникас, архитектор по специальности, предложил изготовленный им в 671 году зажигательный состав, получивший затем название «греческого огня». Этим огнем арабский флот был полностью уничтожен при Цизике у Дарданельского пролива.

Впоследствии греки многократно и с успехом применяли это оружие. Особенно оно пригодилось им в защите против нападений русских князей: в 941 году греки сожгли суда Игоря, в 960 году — Святослава, а в 1043 году — Владимира.

Что же представлял собой «греческий огонь» и как он действовал?

В арабские составы, в большем или меньшем количестве, входили селитра и уголь. В «греческом огне» этих веществ не. было. По исследованиям германского историка техники Фельдхауза, в «греческий огонь» входили: сера, смола, горючие масла, продукты нефти, соль... и негашеная известь. Такой состав мог гореть и в воде, так как происходило гашение извести, выделялась теплота, испарявшая воду и выделявшая из нее необходимый для горения кислород.

«Греческий огонь» применялся византийцами главным образом в морских сражениях. Они выбрасывали его и в жидком и в сухом виде из больших труб с кормы или носа корабля, а также с верхушки мачт. Кроме того, применялось ручное метание трубок с огнем. Впоследствии византийцы научились изготовлять из своего «огня» зажигательные снаряды (горшки, бочки или стрелы с зажигательным составом) и бросали их в неприятеля на большом расстоянии с помощью метательных машин.

У арабов техника применения зажигательных составов была почти такой же, но наряду с морскими сражениями они широко применяли это оружие и на суше, при осаде и обороне крепостей, особенно в войнах против крестоносцев. Из сочинения арабского писателя Эддина, написанного в конце XIII века, мы узнаем о разнообразных приспособлениях для применения зажигательных составов.

В стеклянный шар с отверстиями помещали зажигательную заготовку. После этого шар прицепляли к длинной палке. Объясняя, каким образом следует им пользоваться, Эддин пишет: «Когда ты хочешь атаковать неприятеля, зажги заготовку, дай ей разгореться и потом бей противника; ты зажжешь, если то будет угодно аллаху».

Другие снаряды бросали арбалетами. Это были стрелы, которые имели специально приспособленные поверхности для навивки пакли, пропитанной зажигательным составом. Их применяли больше всего для зажигания деревянных построек. Наконец, применялись железные трубы, наполненные зажигательным составом. Эти трубы укреплялись на длинных древках. Воин держал в руке древко и жег своих противников отнем, выходившим из трубы.

Несомненно, арабы сохранили предания о попытках использования метательной силы взрывчатых составов для толкания снарядов. «Греческому огню» не хватало, по сути дела, только селитры, чтобы усилить скорость и интенсивность горения и превратить его во взрывчатое вещество. В этих условиях достаточно было научиться изготовлять из металла трубы, чтобы в первом же крупном военном столкновении реализовать древнейшее изобретение китайцев — метательную трубу, впоследствии развившуюся в различные по своему устройству и назначению пушки.

*

В течение XII и XIII веков нашей эры мы узнаем о ряде случаев появления и применения в бою пушек.

Карта движения пороха и порохострельных орудий с востока на запад.

Пройдя весь север Африки, переплыв Гибралтарский пролив, арабы с VIII века начали занимать Пиренейский полуостров. Здесь они столетиями воевали с испанцами, и эта ожесточенная война заставила их изощряться в изобретении новых средств нападения и защиты. Овладев искусством изготовления металлических труб, арабы вспомнили опыт, полученный от китайцев, усилили взрывчатость своих составов и, взрывая их внутри труб, использовали получавшуюся метательную энергию для бросания ядер и стрел. Так появились пушки в Европе. В 1118 году арабы с помощью артиллерии спасли свой город Наблу от осадивших его кастильцев (коренных жителей Кастилии, одной из центральных областей Испании). Если в отношении Xll века сведения о появлении пушек разноречивы и недостаточно определенны, то, во всяком случае, следует считать установленным факт применения огнестрельной артиллерии в 1280 году против города Кордолы. В течение бесконечных войн с маврами (так называли арабов, переселившихся в Испанию) испанцы все более знакомились с огнестрельной артиллерией и в начале XIV века сами научились изготовлять пушки. С их помощью испанский король Фердинанд IV в 1308 году взял Гибралтар, а вслед за этим ряд городов был бомбардирован испанской артиллерией, которая стреляла и ядрами и зажигательными снарядами. Испанцы оказались, таким образом, первыми европейцами, овладевшими искусствам изготовления и применения огнестрельной артиллерии. От них это искусство распространилось через Францию и Италию по всей Европе с такой огромной быстротой, что к середине XIV века пушки появились во всех странах Западной, Южной и Центральной Европы.

Взрыв бомбы, сброшенной с самолета мятежников в мадридском 

предместье.

Сведения о точной дате первого применения пушек в Европе вне пределов Испании очень разноречивы. Большинство историков относит этот факт к 1346 году, когда англичане в битве при Кресси (Столетняя война) применили пушки против французов и выиграли сражение. Но существует еще более ранняя дата первого применения пушек в той же Франции. В 1324 году город Мец был осажден союзными войсками архиепископа Тревского, богемского короля, герцога Лотарингского и графа де-Бар. В четверг после праздника св. Ламберта (то есть в конце сентября) один из вождей осажденных предпринял смелую вылазку. Во главе отряда он вышел из города и атаковал войска богемского короля. Вдруг из центра отряда осажденных раздался громовой удар; огонь, как молния, вырвался кверху, и густой черно-желтый дым закрыл место взрыва. В тот же миг в гущу осаждающих упало каменное ядро и не столько наделало бед, сколько перепугало богемцев, находившихся под впечатлением взрыва и не знавших до сих пор огнестрельного оружия. Через некоторое время осажденным удалось снова зарядить пушку и повторить выстрел. Страх богемцев превратился в панику, воображение удесятерило потери, и король начал отступление от города.

Схема зажигания подрывного заряда в XVIII столетии.

Таким образом, наиболее ранней известной датой применения в Европе огнестрельных пушек (если не считать Испании) следует считать конец сентября 1324 года.

В 1388 году артиллерия проникла и на восток Европы — в Россию. По некоторым сведениям, первое применение пушек русскими относится к 1382 году, когда татарский хан Toxтамыш осадил Москву. Однако, большинство русских историков считает, что артиллерия появилась в России в 1389 году, при Дмитрии Донском.

*

Таким образом, B XIV веке источником метательной энергии сделался пороховой заряд. Он содержал в себе скрытую энергию, накопленную в нем заранее на фабриках, где проходили большие работы по изготовлению пороха. Но эта работа производится задолго до стрельбы, за несколько месяцев или лет, а сам стреляющий совершенно от нее освобожден. Он получает необходимую метательную энергию в готовом виде (дозированную в равных количествах), и ему остается только нетрудная и относительно быстрая работа заряжения. В этом-то и заключалось основное достоинство порохострельной артиллерии, которое произвело своего рода революцию в военном деле и в течение двух столетий заставило отказаться от метательных машин Средних веков.

Если к кучке пороховых зерен поднести горящую спичку, произойдет мгновенная вспышка, и порох быстро сгорит. Это свойство быстрого, почти мгновенного сгорания является характерным для пороха. Если бы сумели наполнить порохом трубку длиною в 7 км и подожгли бы порох с одного конца, то оказалось бы, что второй конец был бы взорван через одну секунду, то есть скорость горения пороха равняется 7 км в одну секунду. Такая скорость в 40 раз больше скорости быстрейших в мире гоночных самолетов. В канале ствола артиллерийского орудия это горение происходит немного медленнее, но все же с большой быстротой. Вместо сгоревшего пороха мгновенно образуется большое количество газов, нагретых до высокой температуры и поэтому стремящихся расшириться. Если порох сгорает на открытом воздухе, газы эти свободно расходятся во все стороны, не производя особого эффекта. В закрытом со всех сторон сосуде эти газы с огромной силой давят одинаково на все стенки. Если же сделать одну стенку такого сосуда подвижной, то она будет отброшена силой давления газов. Пороховой заряд, заключенный в канале ствола оружия и стесненный в нем задней стенкой снаряда, находится в таком же положении. При его сгорании пороховые газы стремятся расшириться, давят во все стороны, следовательно, и на заднюю стенку снаряда, и толкают его, заставляя двигаться с огромной скоростью и вылетать из канала в направлении, куда взят прицел.

Схема подрыва твердой породы. Глубина закладки зарядов — 1,9 м, диаметр отверстия — 25 мм.

Именно таким образом человек научился использовать взрывчатые вещества для получения огромных количеств метательной энергии. Заимствуя сначала эти вещества непосредственно из окружающей природы, а затем научившись изготовлять их искусственно, человек заставил порох мгновенно совершать работу во много раз большую, чем длительная работа нескольких воинов, стрелявших из метательной машины. В конце XIX века на смену черному селитряному пороху пришел пироксилиновый бездымный порох, значительно более эффективный, чем его предшественник.

В наше время люди научились широко использовать скрытую энергию взрывчатых веществ и для мирных целей — для многих видов горных работ. Вместо затраты в течение долгого времени труда армии рабочих для вскрытия залегающих на большой площади пластов ископаемых богатств (уголь, руда) или для крупных земляных работ (каналостроение) закладываются в глубокие воронки и взрываются десятки, сотни и даже тысячи тонн взрывчатого вещества. Взрыв сразу обнажает скрытые под землей богатства или создает необходимые водоемы.

Применение пороха для горнопромышленных и технических целей началось более 300 лет назад. В 1627 году промышленник Каспар Вайндль впервые применил взрывы на одном из венгерских рудников. С тех пор подрывное дело распространилось по всему свету л быстро улучшало свою технику. Большие трудности возникали главным образом из-за несовершенства техники зажигания заряда. Современного зажигательного шнура не было. Вместо него применяли деревянные прутики, обмазанные тестообразным порохом, или узкие полоски бумаги, свернутые в тонкую трубку и хорошо высушенные (трубчатый фитиль). Они пропитывались жидкой серой и медленно горели. В тех случаях, когда по условиям работы нужно было особо обеспечить безопасность, зажигание производилось следующим образом. К месту подрыва подтягивался и закреплялся колышком в затянутом положении направляющий шнур. На этот шнур подвешивалась на кольцах трубка, наполненная серой, селитрой и порохом. Этот состав зажигался, и трубку спускали по шнуру до места подрыва, где торчал конец зажигательного фитиля, нити или прута.

Так энергия взрывчатых веществ твердо и широко была поставлена на службу человеку. Как выделяется эта энергия? Как велика она? За последние 50 лет имело место много больших искусственных подрывных работ. Они служили различным мирным и военным целям, но было много и случайных крупных взрывных катастроф.

Схема корчевания пней с помощью подрывного заряда.

*

10 октября 1885 года даже далекие окрестности Нью-Йоркской гавани были потрясены тремя последовательными толчками большой силы, напоминающими удар во время землетрясения. Уровень моря у входа в гавань поднялся на высоту 60 м, а над ним высоко кверху закружился вихревой смерч из морской пены и пестро окрашенных газов. Этот гигантский гейзер образовался в результате искусственного подрыва большого скалистого утеса, который своей спрятавшейся под водой массивной громадой мешал проходу кораблей. Над водой же находилась небольшая поверхность его вершины. Утес был уничтожен силой взрыва неслыханного для того времени по своей величине заряда.

Как это было сделано?

Прежде всего в утесе были вырыты две шахты глубиной по 20 м. Затем вся скалистая масса утеса была прорезана сетью штолен. Общая их длина при ширине в 3,5 м достигала 6600 м, а кубатура — 60000 м³. Длина наибольшей галереи равнялась 360 м. Толщина взрываемого слоя (крыша над галереями) колебалась от 3 до 6 м. В потолке и боковых стенках штолен были просверлены 13280 отверстий длиной в 2,7 м и диаметром в 12 см. В эти отверстия были заложены патроны со взрывчатым веществом (в непроницаемых для воды гильзах), а в самой галерее был уложен динамит— одно из наиболее энергичных взрывчатых веществ, — к которому подвели электрическое зажигание. Общее количество взрывчатого вещества составило 128 т. После частичного заполнения штолен водой произвели зажигание динамита. Весь заряд в штольнях взорвался одновременно, но ударов (сотрясений) получилось всего три в последовательном порядке, соответственно трем средам, в которых сила взрыва распространялась: вода, воздух, земля. Количество выброшенной в воздух скалистой массы было примерно определено в 180000 м³.

Схема зажигания подрывного заряда в XVIII столетии.

Другой случай.

На высоте 2695 м над уровнем моря в толще откоса горы Айгер (Швейцария) за 20-метровой толщиной каменной стены приютилось главное хранилище 30 т сильно взрывчатых веществ для работ на железной дороге через гору Юнгфрау.

Катастрофа случилась 15 ноября 1908 года. Около 11 часов утра невероятной силы взрыв потряс окрестности и заставил жителей долин в испуге покинуть свои жилища. Огромные облака дыма, казалось, густо текли из недр горы Айгер.

Взрыв легко разрушил 20-метровую стену склада и вырвался в пространство, нарушив равновесие скалистых масс. С гор понеслись лавины, сметая все на своем пути. Освобожденные разрушительные силы огромных движущихся масс во много раз увеличили эффект взрыва. От сотрясения воздуха на значительном расстоянии разрушились строения и были разбиты 8-миллиметровой толщины стекла витрин в населенных пунктах. На другом откосе горы Айгер, в курорте Мюррен, удаленном на 9,5 км, ощутили два быстро последовавших друг за другом толчка, потрясшие почву настолько, что у жителей создалось впечатление гибели городка. Грохот и сотрясение передались на очень большое расстояние: в городе Линдау на Боденском озере (около 170 км по прямой от места взрыва) ощущались колебания почвы под ногами, и при этом был слышен тихий прерывистый шум, идущий из недр земли. Уличные фонари перезванивались, а двери домов «гостеприимно» сами раскрывались.

Причина этого катастрофического взрыва так и осталась неизвестной.

Стрельба башенных орудий.

*

Итак, взрыв на Айгере был во много раз увеличен природными разрушительными силами (обвалы, лавины). Но история взрывного дела знает такие искусственные взрывы, в которых эффект разрушения был не меньше.

В июне 1917 года на западном фронте мировой войны англичане задумали и осуществили грандиозную подрывную операцию, направленную против германских укрепленных позиций. Намного ниже уровня подпочвенных вод, примерно на глубине 50—60 м ниже поверхности земли, под германские позиции было подведено 19 штольнями 460 т взрывчатого вещества. Утром 7 июня все запасы этого подземного порохового погреба были одновременно взорваны. Последовавшее вслед за взрывом сотрясение почвы полностью напоминало землетрясение. Мгновенно на всем участке фронта встала гигантская черная облачная стена из дыма и пыли. Германские позиции были разрушены и провалились в разверзнувшуюся землю. Образовавшиеся воронки, вроде кратеров вулканов, имели 60—80 м, а некоторые даже 80— 100 м в диаметре. Кубатура земли, выброшенной из каждой такой воронки при диаметре в 80 м и глубине в 30 м, составила 50240 м³ (85000 т).

В 1921 году в Германии, в городе Oннay, произошла катастрофа: взлетели на воздух 4500 т удобрительной селитры, сложенной в силосном хранилище. По подсчетам, вылетевшая в пространство энергия равнялась 485 миллиардам килограммометров, или около 6,5 миллиарда л. с. Этой энергии было бы достаточно для того, чтобы подбросить кверху на высоту 1000 м гранитный куб с длиною грани в 10 м, нагрев его одновременно до температуры 1000°.

На месте взрыва образовался кратер длиной 165 м, шириной 96 м и глубиной 18,5 м. Если принять, что основание его было такого же сечения, как и верх, то вес выброшенной в воздух земли должен был составить около 500000 т.

509 человек погибло, а 1917 было ранено. Взрывная звуковая волна поднялась в высшие слои атмосферы и вернулась на землю в виде грома на далеком от места катастрофы расстоянии.

Последствия катастрофы в Оннау.

*

В наше время все больше учащается использование взрывчатых веществ в горнорудных работах. Скрытая энергия аммонала, выпущенная взрывом на свободу, заменяет работу сотен и тысяч людей в течение месяцев и даже лет. Приводим краткое описание некоторых взрывных работ, произведенных в последние годы.

Подготовка взрыва пород в шахте.

Уборка и вывозка взорванной породы.

Чтобы обеспечить водой Дегтяринский рудник (Урал), необходимо было построить плотину на реке Чусовой. В программу работ входило прорытие водоотводящего канала длиной в 150 м, шириной (сверху) в 24 м и глубиной в 2,7 м. Экскаваторов на строительстве не было, а для ручных землекопных работ понадобилось бы несколько месяцев. Решили применить взрывные работы.

Было заложено 37 минных колодцев глубиной в 2,7—3,2 м, расположенных в два ряда и содержащих около 12 т взрывчатого вещества. Взрыв был произведен 17 августа 1935 года с помощью электродетонаторов. Канал длиной в 150 м, шириной (сверху) от 24 до 30 м, с выемкой 8337 м³ был «вырыт» мгновенно.

Взрыв аммонала. Так прокладывали себе путь в Арктике суда советских экспедиций.

Совсем недавно в «Известиях ВЦИК» промелькнуло сообщение о предстоящем в одном из угольных месторождений одновременном взрыве около 2000 т аммонала.

Если говорить об искусственных взрывах, это будет самый грандиозный взрыв в истории подрывного дела.