Великий Князь Алексей Александрович и его флот. Часть 10.1
Еще раз про снаряды
Никогда не писал вступления, но вот тут пришлось. Все мы хорошо знаем проблему отсутствия нормальных, отвечающим требованиям времени снарядов для корабельной и сухопутной артиллерии времен РЯВ. Естественно никому это не нравится – мне тоже. Находясь на волне «прогрессорства» хочу рассмотреть вопрос о возможности получения боеспособных снарядов к войне 1904 года. То есть – исследовать возможность их появления в России. У меня уже был пост про снаряды – однако он оказался сырым и очень урезанным. Правда, я там так сказать, просто констатировал факт: 1897 года – мелинит, 1901 год – тротил. А вот возможность не рассматривал совсем. До сего дня я был не готов «работать» на эту тему, да и сейчас не очень готов. Думаю, что наделаю ошибок – ибо все знать невозможно и предвидеть тоже. Даже опираясь на исторические факты. Ну да думаю, что коллеги мне помогут. Естественно меня интересует тротил – как наиболее безопасная взрывчатка на тот период времени. Спасибо коллеге К.С.Р., поделившемуся информацией по этому вопросу.
Собственно меня смутил вот этот факт, обозначенный в Википедии: «В 1891 году в Гепмании началось промышленное производство тротила (что собственно, для меня выглядит спорным моментом). С 1902 года в германской и американской армиях начали использовать боеприпасы, снаряжённые тротилом вместо пикриновой кислоты. В России промышленное производство тротила началось в 1909 году на Охтинском заводе. Работы, по началу серийного производства тротила, во многом связаны с именем известного немецкого химика – Каста. Этот человек был крупнейшим специалистом по взрывчатым веществам своего времени. Именно под его руководством в 1905 году в Германии были получены первые сто тонн тринитротолуола. Естественно, что все работы над новой взрывчаткой были строго засекречены, поэтому ей дали ничего не означающее название – «Fp. 02» (Fullpulver 02). Но эта взрывчатка недолго оставалась секретной, через год в России, благодаря капитану Владимиру Рдутловскому, начинается производство этого вещества под названием тротил или тол. Через некоторое время производство этой взрывчатки началось и в других странах».
То есть русским химикам потребовалось 1 год (думаю, что именно 1905 года, надо брать за момент истины по тротилу) для воссоздания секретной немецкой технологии, у себя дома. И 4 года, для создания завода для массового производства тротила. А если бы, эти самые российские химики, целенаправленно занимались этим вопросом с года эдак 1892? Сколько лет им понадобилось бы для создания собственной технологии? В сущности, смотря в Википедию, технология не особо сложная. Но вот дополнительные компоненты: концентрированные кислоты и олеум требовалось научиться делать, а возможно и открыть. И разработать технологию их массового и дешевого производства.
Первые проблемы – первые попытки
В 1891 году проходили испытание новые образцы артиллерийского вооружения для кораблей Императорского флота. Испытывалась двенадцатидюймовая пушка с длиной ствола в 40 калибров. На испытаниях присутствовал генерал-адмирал Алексей Александрович. После осмотра пробития броневых плит, разразился снарядный скандал. ВК не устроило заброневое воздействие снарядов на внутрикорабельные помещения. Не сказать, что скандал был сильным и омрачил жизнь всех околоартиллерийских кругов, но генерал-адмирал был недоволен и огорчился. На адмиралтействсовете было принято решение об «испытании воздействия снаряда на броню и конструкции». Финансовое ведомство выделило средства для этих исследований. Кстати, по указанию брата генерал-адмирала, Императора Александра III. Которому, лично сам Алексей Александрович, объяснил ситуацию с боеприпасами во флоте. На артиллерийском полигоне был построен макет из конструкционной и броневой стали, по типу забронированного отсека броненосца. Испытания повторили, но с неизменным результатом. Броню пробили, а отсек остался практически не поврежденным. Стреляли штатными морскими снарядами с начинкой черным порохом. ВК был взбешен – до него вдруг дошло, что Россия просто безоружна перед любым противником. Полемизируя на эту тему, он доказывал, что можно сколько угодно «сверлить» дырок в кораблях противника, но пока не произойдет разрушения жизненноважных его частей – корабль не будет выведен из боя. Экстренное заседание морского министерства пришло в тупик. С одной стороны ВК было объяснено, что снаряд при пробитии нагревается до состояния самовоспламенения пороха. Поэтому другую взрывчатку туда не положить, да собственно другой взрывчатки и нет. С другой стороны всем стало ясно – что такие снаряды не эффективны против современных кораблей. Нужно радикально менять боеприпасы. Либо увеличивать навеску пороха в них, либо менять саму взрывчатку. Однако увеличение навески приведет к увеличению объема каморы для взрывчатки в снарядах. Что заставит увеличивать длину снарядов, для сохранения уровня бронепробития. Что в свою очередь заставит переделывать подачи боеприпасов на уже построенных кораблях. К общему решению прийти не удалось.
На следующий день, генерал-адмирал дал задание МГШ: «собрать всю информацию, по всем видам взрывчатки в мире». Папка со всей собранной информацией, легла на стол ВК через три недели. Алексей Александрович, углубился в изучение материала. Для разъяснения непонятных моментов часто вызывались специалисты МТК, арткомитета и специалисты по взрывчатым веществам. Методом отбора, ориентируясь на предоставленную информацию, знания экспертов и свою интуицию, генерал-адмирал выбрал два варианта для реализации программы перевооружения флота новыми снарядами: тринитротолуол и мелинит. Причем тринитротолуол был выбран как основной компонент, а мелинит – как резервный. Наконец, на очередном адмиралтействсовете, генерал-адмирал выложил свое видение решения проблемы со снарядами: «Необходимо произвести изыскания с целью разработки технологии промышленного производства тринтротолуола, для начинки снарядов. В случае затруднений с этим вопросом, инициировать работы по созданию мелинитовых боеприпасов». Видимо, как и любой дилетант в области химии, он предположил очень быстрое решение вопроса тринитротолуола. Но сомнения у него, все таки были. И если мелинит был известен и способ его производства не вызывал никаких вопросов, то с тринитротолуолом было все очень сложно, но генерал-адмирал этого еще не знал. У него была информация – тринитротолуол производится в промышленных масштабах для нужд производства красителей. Так почему это вызовет сложности при его производстве для боеприпасов? Но видимо, объемы этих самых «промышленных масштабов» как раз и ускользнули от внимания ВК.
На адмиралтействсовете были внесены изменения в концепцию ВК. Многие адмиралы были неплохо информированы в вопросе ВВ. Было решено организовать лабораторию по мелиниту, так как мелинит, по мнению адмиралов являлся, на тот момент, наиболее мощной взрывчаткой. Производство мелинита не вызывала никаких вопросов, но он был очень опасным веществом. В лаборатории начать эксперименты по безопасному снаряжению снарядов. Было так же оговорено, что в промышленноразвитых странах, так же проводятся работы по этой взрывчатке. И возможно, получится «добыть» рецепт снаряжения снарядов из-за границы. Поэтому ориентировать разведывательный отдел в этом направлении.
Для организации производства и отработки тринитротолуола, пригласить немецкого ученого Хауссермана, открывшего эффект его детонации, в Россию. Привлечь, так же и отечественных химиков, имеющих опыт работы со взрывчатыми веществами. Создать условия наибольшего благоприятствования этим ученым. Естественно, требовалась лаборатория и заводские мощности для этих целей. Принято решение организовать такую лабораторию и производство на Охтинском пороховом заводе. Опробовать известную технологию производства этого ВВ и только в случае неудачи обратится к Хауссерману. А вообще, Алексей Александрович не видел сложностей в начале производства тринитротолуола. Технология известна, её давно пользуются. Нужно только организовать массовое производство этой взрывчатки и адаптировать сам процесс производства под российские условия.
Почему же тринитротолуол так понравился Алексею Александровичу? Ведь технологии его массового производства была примитивной, а по существу её просто еще не существовало. Его внимание привлекло то, что изготовление данного вещества не имеет взрывоопасных этапов. Изготовление других взрывчатых веществ было гораздо опасней, на множестве европейских фабрик случались частые большие взрывы. Эти взрывы вызывали общественный резонанс и обсуждение в печати. Именно безопасность производства боеприпасов ВК посчитал наиболее важным аспектом. Кроме того, тринитротолуол был позиционирован как вещество инертное по отношению к металлам и не чувствительным к влажности и воде.
Как оказалось (но не ожидалось генерал-адмиралом), мелинитовый и тринитротолуоловый вопросы были не быстрыми. А требовалось быстрое решение и замена черного пороха в начинке снарядов, на что-то приемлемое. На том же совещании начальник морского пироксилинового завода Л. Г. Федотов, высказал мнение, что пироксилин нисколько не хуже мелинита. Есть правда у пироксилина закавыка – сильно он уж опасен. Целесообразно по соображениям безопасности в обращении требуется использовать влажный (10-25%) пироксилин. При увеличении влажности до 50% пироксилин теряет бризантные свойства, а преодолев 50% влажности, вообще не взрывается. Однако, в условиях сухого воздуха всегда может возникнуть опасность пересыхания пироксилина, вследствие чего его чувствительность к взрыву возрастет. Кроме того, при пересыхании начинается выделение кислоты и разложение пироксилина. Пироксилин поражается плесенью и портится грызунами. Но вот замерзания пироксилин не боится. Хотя, при понижении температуры вода в пироксилине замерзая, расширяется и шашки пироксилина увеличиваются в размерах. При повышении же температуры замерзшая вода оттаивает, уменьшается в объеме, а пироксилин не возвращается к своим первоначальным размерам, вследствие чего шашки становятся непригодными к снаряжению. Но снаряженные снаряды этому не подвержены. Не боится пироксилин и открытого огня – он просто горит без взрыва.
В качестве временной меры, было принято решение: «до создания тринитротолуолового или мелинитового снарядов, артиллерийские снаряды морских пушек, снаряжать влажным пироксилином». Так появилось третье направление в снарядном производстве императорского флота.
Естественно, на все это требовались деньги. Генерал-адмирал, пользуясь своим положением, испросил средства на «секретные исследования» в области артиллерийского вооружения флота. Император верил брату как себе и средства были заложены в бюджет с ежегодным отчислением на нужды флота отдельной статьей. В принципе эти средства были не особенно велики. Так, в самый сложный в финансовом отношении период – 1895-1898 годы, было истрачено 104,546 тыс. рублей. А в остальное время траты не превышали 10 тыс. рублей в год. Хотя и эта сумма была весьма существенной.
Современные историки, часто упрекают Алексея Александровича в расточительности такого подхода к ВВ, но видимо другого пути тогда не было. Он, как и подобает патриоту, стремился обеспечить флот современным и эффективным оружием.
Пироксилин
Пироксилиновый снаряд был изготовлен довольно быстро. Снаряды начинялись влажным (10%) пироксилином, прошли полигонные испытания и были приняты для снабжения кораблей Российского Императорского флота. Массовый выпуск пироксилина в России начат был еще в 1880 году. И все благодаря таланту Менделеева. В пироксилиновых снарядах, гнездо для взрывателя находится в привинтном дне. Такая конструкция определялась тем, что пироксилиновый заряд изготавливался по форме и размерам внутренней полости, вставлялся в снаряд, а затем ввинчивалось дно. Саму пироксилиновую шашку, перед вложением в снаряд покрывали парафином. Гнездо под взрыватель оставалось открытым. Детонаторы, для этих снарядов изготовляли из сухого (5%) пироксилина. Их ввинчивали в гнездо непосредственно перед применением. Считалось, что пироксилин достаточно хорошо защищен внутри снаряда. Была разработана подробная инструкция для хранения и контроля влажности пироксилина в снарядах. Почти все были довольны. Среди недовольных был и контр-адмирал Макаров С. О., который предлагал испытать действия снарядов по реальному кораблю и после реального срока хранения снарядов. Желательно, после прихода с Дальнего Востока. В 1896 году такая возможность представилась.
В Британии, фирме Ярроу (Yrrov) был заказан миноносец, который получил индекс №13. В России, на основе проекта Ярроу разработали миносцы типа «Сокол», строившиеся по титулу как улучшенный №13. Сам же миноносец №13 неожиданно попал в катострофу, которая привела к его гибели. Миноносец «№13», во время учений, выскочил на полном ходу на камни, от удара его развернуло и выбросило на отмель. Корпус миноносца при этом деформировался – согнулся в горизонтальной плоскости. Именно обследование корпуса миноносца №13 после этих событий, позволило избежать слабости корпусных конструкций на «Соколах». Миноносец решили не восстанавливать – механизмы и вооружение сняли, корпус разделали на металл. Предварительно «порвав» его боевой стрельбой из всех противоминных калибров. «Расстрел» «тринадцатого» показал, что 47-мм пушки не эффективны против миноносцев. 57-мм – малоэффективны, а 76-мм имеющие достаточную эффективность, но практически равную 63,5-мм пушкам Барановского и при этом уступают последним в скорострельности. Фаворитом в соревновании стала 87-миллиметровка – разворачивающая борт миноносца при каждом попадании. Выстрел же 107-мм пушки показал убийственную эффективность. Именно после 1896 года, прекращается выпуск 47 и 57-мм пушек, и начинается их замена на пушки покрупней. Стрельба из 6” пушки не вызывала сомнений в эффективности, поэтому по «13» из них не стреляли. А вот «стодвадцатками повеселились» – фугасный пироксилиновый снаряд разворотил полубак под рубкой с разрушением самой рубки. Однако оптимизм резко угас, когда пришлось составлять отчет. В отчете значилось – 122-мм выстрелов – 5, попаданий – 5, эффективных попаданий – 1. Прочитав отчет, генерал-адмирал пришел в замешательство, не понимая суть произошедшего. За разъяснением был приглашен руководитель испытаний – командующий Практической эскадрой контр-адмирал Макаров, который без обиняков доложил: «Не взорвались, проделав сквозное отверстие, через весь корпус миноносца». Как оказалось в других калибрах ситуация была не лучше. Патронные снаряды, на кораблях хранились со снятыми головными взрывателями. То есть, пироксилиновые шашки находились в открытом виде со стороны гнезда взрывателя. И поэтому пришли в негодность, из-за переувлажнения пироксилина. Санкционированная генерал-адмиралом тотальная проверка показала огромный процент негодных снарядов и в 6, и в 8, и в 9, и в 10, и в 12 дюймов. При этом наблюдался практически один и тот же сценарий – снаряд пробивал преграду, взрыватель срабатывал, а снаряд не взрывался. Сам взрыватель либо выбивался из гнезда, либо раскалывал донную часть снаряда.
Но во время проверки снарядов, отличился броненосец «Император Александр II». Его снаряды дали наименьший процент негодности. Так 152-мм снарядов не взорвалось только три (из 40 выпущенных), из 305-мм – два (из 20 выпущенных). Следует сказать, что броненосец «Император Александр II», по требованию Макарова, произвел самое большое количество выстрелов. При осмотре броненосца было выяснено, что главный артиллерист, устав от бесконечной и неэффективной суеты по проверке влажности пироксилина, приказал изготовить специальные деревянные пробки. Которыми и закрыли гнезда под взрыватели во всех снарядах. Пробки были хорошо пролакированы и посажены с заливкой парафином. На вопрос комиссии, главарт пояснил, что он обратил внимание на торпеды и якорные мины. Ведь пироксилин, находящийся в герметичных якорных минах и торпедах – срабатывает исправно. И их никто не проверяет и не контролирует. Не смотря на то, что на берегу заряды к минам хранятся отдельно. А на корабли их загружают непосредственно перед выходом в море. Во время похода мины и торпеды сохраняют свою боеспособность. Значит, отсутствие такой герметизации в артиллерийских боеприпасах и есть причина их негодности. Поэтому он и приказал герметизировать гнездо взрывателя в снарядах пробкой – геометрически аналогичной взрывателю. С герметизацией, соединения пробки и снаряда, при помощи обмазывания парафином. Исследование невзорвавшихся снарядов, выпущенных с орудий броненосца «Император Александр II», показал, что парафин, попадая внутрь снаряда сильно флегматизирует пироксилин. И мощность взрывателя оказалась не достаточной, для инициации такой взрывчатки. Кроме того, осмотр снарядов, отстрелянных с других кораблей, было обнаружено до 4% не сработавших взрывателей.
305-мм пироксилиновых фугасный снаряд образца 1896 года приготовленный на хранение
На основе опыта проверки (за что Министр финансов объявил генерал-адмирала растратчиком казенных денег понапрасну – ведь стрельбы были проведены на основе единоличного приказа Алексей Александровича), были проведены работы по улучшению морских боеприпасов. После чего был принят, новый – образца 1896 года, пироксилиновый снаряд для снабжения кораблей флота. Изменения коснулись только способа сборки снарядов, поэтому старые боеприпасы просто были переснаряжены по новой технологии. Привинтное дно, в снаряде, стали садить на лак. Гнездо под взрыватель герметизировалось металлической пробкой с резьбой, по типу взрывателя. Под пробку укладывалась резиновая прокладка. А сам стык пробки и снаряда, заливался парафином по наружной окружности. Пробка закручивалась и откручивалась штатным ключом для взрывателей. В таком виде, снаряды могли храниться в течении трех лет, после чего заменялись новыми. Выгруженные же с кораблей снаряды, проходили регламентное обслуживание, в специализированных береговых мастерских. Где пироксилин приводился в работоспособное состояние. Эта мера была достаточно эффективной. Во всяком случае, контрольные стрельбы, проведенные в 1898 году, выявили небольшое количество негодных снарядов – 1,04%. Однако стало ясно, что пироксилиновый снаряд очень ненадежен. Вследствие чего, генерал-адмирал инициировал возобновление, остановленных было в 1895 году, работ по мелинитовому снаряду. Были ускорены работы и по тринитротолуолу.
Проверка годности снарядов, проведенная в 1896 году, заставила произвести модернизацию взрывателей.
Мелинит
В 1882 г. Панпушко Семен Васильевич занял место репетитора химии в артиллерийской академии, а 1-го сентября 1887 г. получил командировку за границу на 1 год. Посетив Германию, Бельгию, Францию, Англию, Италию и Австрию. Панпушко осматривал пироксилиновые, динамитные и пороховые заводы и особенно занимался изучением свойств и приготовления различных взрывчатых веществ, а в Париже работал в лаборатории известного русского специалиста по термохимии Лугинина. По возвращении из командировки, Панпушко занялся обработкой накопленных им сведений, и в 1890 г. выпустил замечательную работу «Заводское приготовление пироксилина и нитроглицерина», удостоенную по присуждению артиллерийской академии Михайловской премии. В эту книгу Семен Васильевич включил и сделанные им по поручению начальства замечательные «соображения» по поводу предполагавшейся тогда постройки в Петербурге пироксилинового завода. Великий князь Алексей Александрович, ознакомившись с работой Пампушко, предложил ему заняться вопросом производства бездымного пороха в России. Однако Семен Васильевич обратил внимание ВК на более сложный вопрос – мелинит. Это направление оказалось «крепким орешком», и скорого разрешения не ожидалось. Попытки получить секрет изготовления мелинитовых снарядов посредством разведки успехом не увенчались.
В 1892 году, на базе Александровских казарм была сформирована спецлаборатория, где начали серию испытаний, направленных на использование мелинита в военных целях. Руководителем лаборатории был назначен Панпушко С.В.. В помощь к Семен Васильевичу был назначен Иван Никонович Захаров – мастер Охтинского порохового завода. В 1890 году он был назначен в мастерскую по сушке пороха. В конце 1891 года применил на практике, идею Д. И. Менделеева о сушке пироксилина спиртом. Данный способ обеспечил безопасную сушку пороха, позволяя избегать взрывав. В лаборатории Панпушко, очень быстро выяснили особенности мелинитовых ВВ – мелинит слабо растворяется в холодной воде, лучше растворяется в горячей воде. Сильно окрашивает кожу рук в желтый цвет. Вступает в химическую реакцию со всеми металлами, кроме олова с образованием солей, называемых пикратами. Пикраты весьма чувствительны ко всем внешним воздействиям. Пикраты железа и свинца имеют чувствительность инициирующих ВВ. Горит сильно коптящим энергичным пламенем. Горение переходит в детонацию.
Способы изоляции зарядной полости снаряда от мелинита, с целью избежать появления пикратов, нашли так же достаточно быстро. Были применены – двойное лакирование и с использованием стеклокерамической эмали. На подобии той, что используется сейчас для эмалированной посуды, только черного цвета. Способ лакирования был дешев, а эмалирования – более надежным. И обеспечивал более длительное хранение боеприпасов. Впоследствии, использовались оба способа. Двойное лакирование в малокалиберных снарядах, а эмалировка в крупнокалиберных.
Однако первые опыты по снаряжению боеприпасов выявили опасность как самого процесса снаряжения, так и использования. При попытке выстрелить снаряженным литым мелинитом снарядом – ствол орудия разорвало – снаряд взорвался в канале ствола. Хорошо хоть догадались производить испытания с дистанционным управлением выстрела – длинным шнуром. Анализ и исследование застывших литых шашек мелинита, определил причину. Проблема оказалась в структуре кристалла слитка мелинита. Все твердые вещества, имеющих кристаллическую структуру, состоят на деле из большого числа мелких кристаллов. Если расплав залить в форму и дать время остыть, он затвердеет, кристаллизуется. При этом как именно будут выглядеть кристаллы, и какие свойства получит затвердевшая отливка, зависит от целого ряда факторов. Если брать осьсимметричную отливку с большим отношением высоты к диаметру (заряд ВВ в снаряде), то кристаллизация начинается на стенках снаряда и основной объем составляют длинные игольчатые или столбчатые кристаллы, радиально сходящиеся к оси отливки. Средняя плотность, полученного таким образом слитка невелика, он отличается рыхлой, зачастую пористой структурой и может иметь усадочные раковины в верхней трети. Панпушко сделал вывод – прямая заливка расплавленного мелинита в снаряды неприемлема. Требуется способ формирования ВВ, способствующий зернистой кристаллизации. Нужно было придумать способ такой кристаллизации начинки в снарядах. Исследования показали, что такая кристаллизация появляется при низких температурах мелинита – то есть если мелинит не разогревать до состояния плавления. А как тогда формировать шашку ВВ, пригодную для снаряжения снарядов? Естественно нужно ввести пластификатор – вещество способное поддерживать некристаллизирующийся мелинит при низких температурах. И такое вещество было найдено.
Постепенно был выработана технология снаряжения снарядов пластифицированным мелинитом. Как его назвал Панпушко С. В. – пикринитом. В расплавленный мелинит вводился пластификатор. После чего слав остужался для приемлемой температуры, когда он начинал походить на свежий мед и сливался аналогично меду – «портяночкой» с наложением слоя на слой. И только в таком виде заливался в полость снаряда, где остужался до температуры в 45-50ºС. После чего, деревянным штоком, через гнездо взрывателя, прессовался, для формирования полости для взрывателя. Шток был цилиндрически-конусной формы, и имел дол вдоль верхней части по длинне – две трети длины в верхней части. Через этот дол, выдавливались излишки мелинита из полости снаряда. Кроме того, последняя процедура уплотняла заливку и размельчала уже сформированные столбчатые кристаллы. Кроме того, пластификатор несколько флегматизировал мелинит.
Первый шестидюймовый мелинитовый снаряд был готов в 1895 году. Опробование на полигоне дало положительные результаты. Однако специалисты ГАУ предложили увеличить глубину полости под взрыватель, для обеспечения возможности установки взрывателей нового типа. Специалисты лаборатории произвели необходимые расчеты и произвели снаряжение боеприпасов. Однако – это привело к трагедии. 28 ноября 1895 года, в 2 часа пополудни, на главном артиллерийском полигоне, при снаряжении пяти 6 дюймовых бомб мелинитом произошёл взрыв. Вместе с Панпушко погибли: бомбардир Василий Егоров, канонир Осип Виноградов и канонир Пётр Шавров. Иван Никонович Захаров не участвовал в снаряжении этих боеприпасов, но находился на полигоне. Он первым вбежал в помещение лаборатории. Тяжело раненый, но еще живой Василий Егоров сообщил ему: «Кусок обрезка мелинита упал на пол». Расследование происшествия дало предположение, что во время снаряжения последнего снаряда, было залито слишком много ВВ. Прессованием винтовым прессом – выдавило излишки из снаряда. Дождавшись когда мелинит застынет полностью, Петр Шестаков (его тело было возле пресса, а резец он по прежнему сжимал в правой руке), начал срезать эти излишки резцом и неудержав обрезок уронил его на бетонный пол. Высота падения было около 1,2 метра. Удар был достаточным, что бы мелинит сдетонировал. Комиссия так же установила, что все пять уже снаряженных снарядов остались целыми – взрывчатка в них не детонировала.
Из-за трагедии, работы по мелинитовым снарядам прекратили. Однако ненадежность пироксилина заставила вернуться к нему в 1896 году. Технологию снаряжения отработали с учетом безопасности снаряжения. Теперь работами руководил Иван Никонович Захаров. На базе Александровских казарм построили завод по снаряжению морских боеприпасов пластифицированным мелинитом. В 1897 году были приняты для снабжения кораблей флота и береговых батарей снаряды производства этого завода. Пикринитом переснаряжались снаряды образца 1884 года. Такие боеприпасы окрашивались в яркий желто-оранжевый цвет (цвет румяных пирожков) и на флоте получили эпитет «пампушки». Информации по пластификатору, который был введен в мелинит, для упрощения технологии снаряжения снарядов, в настоящее время нет. Есть предположение, что он был двухкомпонентным. Так как после кристаллизации пикринит расплавить было уже не возможно. Кристаллизированный пикринит загорался с последуюшим взрывом при температуре около 360ºС, но не плавился. Но материального подтверждения это предположение не имеет – ни одного снаряда этой конструкции не обнаружено. Нет так же и документов, проливающих свет на эту тайну. Боеприпасы этого типа выпускались с 1897 по 1901 год. И были израсходованы в русско-японскую войну 1904 года и позже в учебных целях.
Тринитротолуол (тротил)
В первой половине XIX века химики заметили, что обработка ряда горючих веществ азотной кислотой приводит к образованию соединений, способных взрываться. Таким образом в 1825 году были созданы нитронафталин и тринитробензол, в 1826 появился тетранитроанилин, в 1833 нитрокрахмал, в 1845 пироксилин и в 1847 нитроглицерин, взбудораживший мир взрывчатых веществ. В 1853 г. российский академик Н.Н. Зинин и полковник артиллерии В.Ф. Петрушевский разработали технологию изготовления нитроглицерина в больших количествах. Для удобства применения они провели эксперименты по пропитке различных невзрывчатых веществ нитроглицерином и в этом же году предложили несколько видов новых ВВ, аналогичных по составу будущим динамитам. В течение 1860-1863 гг. исследователи изготовили 160 пудов таких ВВ. В 1863 г. Альфред Бернард Нобель (Швеция) получил, а в 1866 г. наладил выпуск пластичного ВВ на основе нитроглицерина с добавкой 25% минерала – инфузорной земли (кизельгур) и назвал его динамитом, что в переводе со шведского означает “сильный”. Это был переворот во взрывном деле. В 1867 г. шведскими химиками И. Ольсеном и И. Норбитом были получены и запатентованы ВВ на основе аммиачной селитры, в дальнейшем названные аммонитами. Однако А. Нобель купил патент и более чем на 20 лет задержал внедрение их в промышленность. В 1877 г. Мюллер предложил вводить кристаллогидраты в состав динамита, назвав новое ВВ ваттеркизельгурдинамитом. Это было первое предохранительное ВВ. В 1886 г. профессор Петербургского горного института Н.Н. Чельцов изобрел аммиачно-селитренное ВВ “громобой”. В 1885 г. в качестве ВВ начали использовать пикриновую кислоту, с 1887 г. – тетрил, в 1891 г. – профессор Хауссерман открыл способность тринитротолуола (тротила) к самоподдерживающейся детонации (получен профессором Вильбрандтом в 1863 г.). Гексоген и тэн были синтезированы в конце XIX в. В 1892 г. Д. И. Менделеев получил бездымный порох и разработал безопасную технологию его изготовления. Этот порох был принят адмиралом С. О. Макаровым на вооружение военно-морского флота.
Итак, тротил, вернее тринитротолуол – что мы имеем на 1892 год? Йозеф Вильбранд, химик из Германии в 1863 году занимался изучением свойств толуола, побочного продукта коксования угля и крекинга нефти. Ученый подверг толуол обработке азотной кислотой, что привело к образованию нескольких нитросоединений толуола, среди которых присутствовал тринитротолуол (С6Н2(NO2)3СН3). Новое вещество сначала не привлекло внимания ученых, так как особо не выделялось на фоне получаемых этим процессом мононитротолуолов и динитротолуолов. Ни кто в принципе не имел сомнений в том, что тринитротолуол может взрываться, ведь практически все вещества, имеющие в себе водород и углерод могут гореть, а обработка их азотной кислотой добавляет им взрывчатые свойства. В 1891 году профессором Хауссерманом была открыта способность тринитротолуола к самоподдерживающейся детонации.
В то время получали нитропроизводные толуола прямым нитрированием в свинцовых реакционных чанах. Выглядело это приблизительно так: в чан загружают очищенный толуол и нитрирующий состав, который есть смесь азотной и серной кислот в определенной пропорции. Через некоторое время получившийся продукт сливают и сепарируют непрореагировавший толуол, он отправится в начало процесса для следующего цикла нитрирования. Затем отделяют остатки нитрирующей смеси и воды, после очистки состав тоже можно использовать повторно. Суть в том, что в чане образуются одновременно и нитротолуол и динитротолуол в примерно равных количествах, немного тяготея к динитротолуолу: 55/45% или около того. Никакого тринитротолуола в чане не образуется. Для его синтеза нужны другие условия. «Промышленное производство» тротила в те годы заключалось в разделении смеси нитротолуола и динитротолуола, и вторичном нитрировании чистого динитротолуола более концентрированным составом из дымящейся азотной кислоты и олеума. И снова из чана сливали получившийся раствор, сепарировали непрореагировавшую нитрирующую смесь, и после промывки и очистки получали смесь динитротолуола и тринитротолуола. Опять разделение, динитротолуол идет в начало второго цикла, в сухом остатке имеется искомый продукт, тротил, в час по чайной ложке. Для нужд фармацевтики и красильного дела вполне достаточно. Но производство снарядов требует гораздо более высокой производительности процесса и снижения цены. И с тем и с другим не ладилось. Важным компонентом нитрирования был олеум (серная кислота высокой концентрации с небольшой примесью серного ангидрида, почти безводная кислота), но в мире не существовало промышленного способа его получения.
Но генерал-адмирала трудности не пугали. На Охтинском заводе закладываются цеха по производству тринитротолуола. И уже в 1893 году первая продукция этого завода поступает на главный артиллерийский полигон. Снаряжение снарядов тринитротолуолом дало первые результаты. Выяснилось, что производство действительно не содержит опасных этапов. Снаряжение снарядов – тоже. Снаряды действительно весьма эффективны, хотя и уступают по мощности взрыва мелиниту. Но вот объемы производства ничтожны, а цена самого ВВ при этом неприлично очень большая.
Естественно было собрано новое совещание по тринитротолуолу. Всех радовал факт безопасности производства и огорчал факт недостаточных мощностей по производству этого ВВ. Производственники указали основные проблемы: недостаточная концентрация кислот и отсутствие нормальной технологии олеума. Завод закупает толуол, концентрированные азотную и серную кислоты в Германии, так как кислота отечественного производства низкого качества. Олеум же завод изготовляет кустарным способом и он так же низкого качества. Виной всему примеси в реагентах, в первую очередь – вода.
С толуолом вопрос решился довольно быстро – у немецкой компании Schlebuscher Werke Carbonit (A.-G. CARBONIT) была приобретена технология его производства. И на Охтинском заводе построен цех по его производству. Производство концентрированной азотной кислоты так же не вызвало затруднений. Эта технология была известна и потребовалось лишь построить установку по проекту все того же «Карбанит АГ». Методика получения разбавленной азотной кислоты путём сухой перегонки селитры с квасцами и медным купоросом была впервые описана в трактатах Джабира (Гебера в латинизированных переводах) в VIII веке. Этот метод с теми или иными модификациями, наиболее существенной из которых была замена медного купароса железным, применялся в европейской и арабской алхимии вплоть до XVII века. В XVII Глаубер предложил метод получения летучих кислот реакцией их солей с концентрированной серной кислотой, в том числе и азотной кислоты из калийной селитры, что позволило ввести в химическую практику концентрированную азотную кислоту и изучить её свойства. Метод Глаубера применялся до начала ХХ века, причём единственной существенной модификацией его оказалась замена калийной селитры на более дешёвую натриевую (чилийскую) селитру. Во времена М. В. Ломоносова, концентрированную азотную кислоту называли «крепкой водкой». Но нужны были и другие реагенты и компоненты.
И вот тут началось самое интересное: генерал-адмирал пишет письмо Хауссерману с приглашением приехать в Россию, для проведения опытов по тринитротолуолу. Естественно, сулит всяческие выгоды и привилегии. Но немецкий ученый вежливо отказался. Тогда приглашение получают многие отечественные ученые-химики. Первым откликнулся доктора химии Московского университета Владимир Фёдорович Лугинин, который на свои средства в 1891 году организовал первую в России термохимическую лабораторию; с 1891 года – приват-доцент Московского университета. Не остались в стороне Николай Николаевич Бекетов, Дмитрий Иванович Менделеев, Егор Егорович Вагнер, Дмитрий Петрович Коновалов. В общем подобралась компания заинтересованных персон. Все эти «светила» отечественной науки имели представление о химических превращениях при изготовлении тринитротолуола, знакомы они были с технологией производства реагентов. А двигал их всех здоровый научный эгоизм. Все они желали отметится в практической технологии синтеза тринитротолуола, а попутно, за государственный счет, поискать «святой Грааль органической химии», метод массового производства максимально концентрированной серной кислоты, которая требуется в великом множестве реакций. Ну если повезет конечно, в чем они не сомневались.
«Мозговой штурм» по тринитротолуолу показал, что технология его производства, в общем то, правильная. Требуется только её совершенствование. Методом расчетов был составлен идеальный процесс, который подтвердил правоту производственников – всему виной примеси. Для совершенствования технологии принято решение разбить процесс на этапы, с получением конкретного промежуточного продукта на каждом этапе. На бумаге это выглядело так:
Итак технология производства тринитротолуола на бумаге:
Первый этап: нитрование толуола смесью азотной и серной кислот до мононитротолуолов. Серная кислота используется как водоотнимающий агент.
2С6Н5СН3 + HNO3, H2SO4 = С6Н4СН3(NO2)
Второй этап: нитрование мононитротолуола смесью азотной и серной кислот до динитротолуолов. Серная кислота используется как водоотнимающий агент.
С6Н4СН3(NO2) + HNO3, H2SO4 = С6Н3СН3(NO2)2
Третий этап: динитротолуол нитруют в смеси азотной кислоты и олеума. Олеум используется как водоотнимающий агент.
С6Н3СН3(NO2)2 + HNO3, H2SO4 = С6Н2СН3(NO2)3
Излишек кислоты от второго этапа можно использовать для первого.
Кроме того было сделано предположение, что процесс возможен как непрерывный. После отработки технологии на бумаге, ученые сделали рекомендации по очистке толуола от примесей и изменению процесса его нитрования и ….., и разошлись по своим делам. Видимо процесс им показался скучным, а получение «Грааля» не просматривалось.
Однако на производственной линии ничего не поменялось – процесс нисколько не улучшился. А в Александровских казармах произошла мелинитовая трагедия. Разведывательными действиями были добыты сведения о том, что французский доктор химии полковник Келлер, начал работы с тринитротолуолом в 1895 году. Из Германии поступали аналогичные свединия. Генерал-адмирал собрал всех химиков-добровольцев в своем кабинете. О чем шла долгая беседа никто не знает – протоколов никто не вел. Однако все ученые согласились с доводами Алексей Александровича и «добровольно» перешли на казарменное положение до окончания экспериментов по нитротолуолу. На Охтинском заводе им были предоставлены все бытовые и трудовые удобства, и работа закипела. Творческие люди, какими были все участники проекта, весьма самоотверженны. И принятое вначале в штыки казарменное положение, постепенно оценили как благо. Ученые задерживались в лаборатории за полночь, да и рабочая обстановка начиналась уже за завтраком. Так возникла первая в России «шарашка», призванная для преодоления технических и научных трудностей.
В лаборатории была собрана маленькая экспериментальная установка по производству тринитротолуолу и установка по производству концентрированной серной кислоты по контактному способу. Естественно, все запросы «бригады» ученых выполнялись по первому требованию и в кратчайший срок. То есть – условия научной деятельности были очень хорошими, если не сказать превосходными. Конечно ученые небыли в тюремном заключении, нет – они отлучались домой. Но не часто, ведь перспектива получения «Грааля» неслыханно повысилась. И никто не желал остаться не приделах.
“Едва ли найдется другое, искусственно добываемое вещество, столь часто применяемое в технике, как серная кислота. Где нет заводов для ее добывания — немыслимо выгодное производство многих других веществ, имеющих важное технические значение”
Д.И. Менделеев
Все началось с концентрированной серной кислоты, ведь она и была ключом к успеху. Итак, потребовалось наладить производство концентрированной серной кислоты и олеума. В России серная кислота, впервые стала получаться на заводе князя Голицына под Москвой в 1805 году. И так называемы контактный способ её производства был известен давно. В 1831 г. британский торговец уксусной кислотой Перегрин Филипс запатентовал экономичный процесс для производства оксида серы и концентрированной серной кислоты, который известен нам в настоящее время как контактный способ получения серной кислоты. По этому способу в промышленности серную кислоту получают окислением диоксида серы (сернистый газ, образующийся в процессе сжигания серы или серного колчедана) до триоксида серы (серного ангидрида) с последующим взаимодействием SO3 с водой. Получаемую данным способом серную кислоту называют контактной (максимальная концентрация до 92-94 %, именно такую привозили из Германии на Охтинский завод). Но не для того собрался цвет отечественной химии, что бы построить завод. Завод дело генерал-адмирала, а химики нацелились на получение концентрированной серной кислоты, наибольшей концентрации. Этот «святой Грааль органической химии», которая требуется в великом множестве реакций.
Естественно ничего нового никто изобретать не собирался. Все считали, что нужно только усовершенствовать уже имеющийся способ получения контактной серной кислоты.
Имеющийся способ получения серной кислоты:
Серную кислоту получают из сернистого газа. Сернистый газ получают в результате обжига пирита или серы. Экспериментальным путем было установленны закономерности изменения скорости реакции обжига пирита, что очень важно для максимального выхода сернистого газа. Подавая в печь тонко измельченный пирит сверху и продувая воздух снизу, добиваются того, что частицы пирита разрыхляются и остаются в подвижном состоянии. Такой слой мелких частиц называется “кипящим”, т.к. он напоминает кипящую жидкость через которую прорываются пары. В “кипящем слое” не слеживаются даже самые мелкие частицы пирита, т.к. процесс обжига происходит очень быстро при температуре в 800 градусов. Побочный продукт, который образуется при обжиге пирита, Fe2O3 – так называемый огарок, в производстве серной кислоты не используется, но и не выбрасываться. Он используется на металлургических завода, а там из него путем восстановления получают железо. Получив диоксид серы, необходимо тщательно его очистить, так как примеси отравляют катализатор. Газовую смесь пропускают через фильтры-циклоны, состоящий из двух цилиндров, вставленных один в другой. Таких фильтров несколько, для очистки крупных и мелких частиц. Примеси падают в специальный бункер. От водяных паров очищают в сушильной башне, в которую газовая смесь поступает снизу, а сверху противотоком стекает уже полученная H2SO4. Для увеличения поверхности соприкосновения газа и жидкости башню заполняют керамическими кольцами. После тщательной очистки SO2 и воздух поступают в контактный аппарат, где под влиянием катализатора происходит окисление:
V2O5
2SO2+О2 = 2SO3+Q
Катализатор используется ванадиевый (V2O5). Он дешевый, долго служит (5-6 лет), т.к. наиболее устойчив к действию ядовитых примесей. Кроме того, он способствует сдвигу равновесия вправо, так как реакция эта обратима. Далее смесь (SO2 и O2) нагревается в теплообменнике и движется по трубам, между которыми в противоположном направлении проходит холодная смесь, которую надо нагреть. В результате происходит теплообмен: исходные вещества нагреваются, а продукты реакции охлаждаются до нужных температур. Охлажденный в теплообменнике SO3 направляется в поглотительную башню. Где SO3 поглощается водой с образованием паров серной кислоты – сернокислотный туман, который конденсируется и выводится из башни в виде серной кислоты.
В 1898 году, ученые предложили изменить процесс: вместо воздуха продувать «кипящий слой» чистым кислородом, в результате увеличения концентрации кислорода скорость реакции увеличивается в 5 раз. А примеси поступающие из воздуха – отсутствуют. Однако концентрация серной кислоты не увеличилась. Затем было предложено в поглотительной башне заменить воду на серную кислоту, произведенную ранее. В результате была получена концентрированная серная кислота с процентным содержанием более 98%. Это и был тот самый «Грааль органической химии» – очень сильная кислота, которая образует азеотропную смесь (98,3 % H2SO4 и 1,7 % H2О с температурой кипения 338,8ºС). Естественно, это свое открытия Охтинский коллектив запатентовал. Но самое интересное произошло, когда в поглотительную башню загрузили эту концентрированную серную кислоту. Естественно пытались получить серную кислоту с концентрацией 100%. Однако получили совсем другой продукт. Триоксид серы поглощался концентрированной кислотой, реагируя с содержащейся в ней водой:
nSO3+H2SO4 = nSO3*H2SO4
Образуется безводная серная кислота с содержанием SO3, то-есть образуется “дымящая” серная кислота – ОЛЕУМ, необходимый для очистки тринитротолуола. Это все было проделано за 1897 год. Еще почти год ушел на отработку технологии получения тринитротолуола – тола, так упростили название тринитротолуола ученые из Охтинска, когда им надоело произносить это длинное название. Естественно Д. И. Менделеев не был бы Менделеевым, если бы не предложил окончательную сушку тротила с помощью этилового спирта. Этот метод получил термин – перекристаллизация. Таким образом русские ученые, находясь в «шарашке» Охтинского завода, создали почти непрерывный и достаточно дешевый способ производства тола (названный впоследствии тротилом). В конце 1898 года, экспериментальная лабораторная установка выработала первые 263 кг тротила. Этого количества хватило для отработки способа снаряжения толовых снарядов. В том же году, по образцу лабораторной установки, началось перестроение технологической линии Охтинского завода. В феврале 1902 г. Охтинский завод ВВ начал валовое производство отечественного тротила на новой технологической линии, по 7 пудов в день и за год изготовил 2414 пудов (39,5 т). Следует добавить, что «Опытная тротиловая мастерская Охтинского завода» продолжала выпуск продукции с 1898 года, и к 1903 году выпустила 6,4 т тротила. Все участники проекта, в том числе и генерал-адмирал, получили ученые степени, Императорские премии и патентные права на технологию производства концентрированной серной кислоты, олеума и тротила. Военно-морской флот, уже в 1903 году имел достаточный запас безопасных и мощных боеприпасов. Следует упомянуть, что генерал-адмирал был поощрен не зря – ведь организационные проблемы он взял целиком на себя и неплохо с этим справился.
Первые промышленные установки производства тротила в России были весьма несовершенны. Получение тротила осуществлялось нитрованием толуола в три стадии с последующей очисткой тротила-сырца перекристаллизацией из этилового спирта. Периодический способ на всех технологических операциях, отсутствие кислотооборота на стадии нитрования, ручной межфазный транспорт приводили к повышенным трудовым и материальным затратам. Но было сделано главное – была технология обеспечившая боеспособность армии и флота.
В целях экономии ВВ и упрощения его фабрикации с началом войны 1904 года, было отменено употребление кристаллизованного тротила, и снаряды снаряжались суррогатами из смеси некристаллизованного тротила: сначала с калиевой селитрой (около 30%), а затем с селитрой аммиачной (35-45%)». Компоненты смешивались в горячем состоянии: тротил расплавляли, затем добавляли при тщательном перемешивании 3-4 порциями подогретую до 80-90°С селитру. Образовывались плавкие смеси, пригодные для заливки боеприпасов. Помимо этого использовали сплавы тротила с динитробензолом, динитронафталином, ксилолом. Началось строительство тротилового цеха на Шлиссельбургском пороховом заводе. А так же возведение тротиловых комплексов (с полным циклом производства) В Екатеринбурге, Иркутске и Николаевске на Амуре. В 1904 году в Германии так же было осуществлено получение тринитротолуола. В течении нескольких лет все державы перешли на производство безопасных боеприпасов по русской технологии.
От автора: Ну вот, мои изыскания закончились. Сказка получилась или нет – решать вам. Во многом пришлось импровизировать. Так как полную информацию по оборудованию найти не удалось. Напридумывал я и с мелинитом – японскую и французскую технологии «срисовывать» не хотелось, а свою придумать – знаний не хватит стопудово. Поэтому просто помечтал. С пироксилином все еще сложней – я не думаю, что до полной герметизации додуматься не могли. Значит проблема не только в этом. Но информация только по «дырке» для взрывателя. Хотя при изучении материала наткнулся на вот такой рисунок.
Пояснение гласит, что это рисунок британских офицеров изучающих трофейные русские снаряды в Порт-Артуре. На рисунке 12 и 10 дюймовые русские пироксилиновые снаряды и взрыватель к ним. Как видно из рисунка – пироксилиновая шашка не просто вложена в снаряд, а имеет герметизацию деревянной уплотнительной пробкой. При этом сама шашка с атмосферным воздухом не контактирует. Другой вопрос на сколько эта деревянная пробка эффективна против влажности воздуха. Ведь если она не имеет пропитки, то влага будет «гулять» непосредственно через древесину.
Разбор процесса производства кислоты показал, что для производства концентрированной серной потребовалось просто заменить воду самой кислотой. Олеум получен именно так, как у меня описано. Как оказалось, все было уже придумано, нужно было просто довести все до ума. Естественно встает вопрос – могли ли инициировать такие изыскания? Я думаю, что могли. Ведь информация по работам с нитротолуолом во Франции и Германии уже имелась. Но нужен был человек который эти работы инициирует – у меня им стал генерал-адмирал. Что автоматически переводит все в режим несбыточной мечты-сказки. Что весьма прискорбно и соответствует РеИ.
