ВВ за рюмкой чая — о сравнении взрывчатых веществ.
Перво-наперво, сразу договоримся: «самой мощной», «самой лучшей» и «самой крутой» взрывчатки не существует в природе. Вообще. Сразу и безоговорочно забудем шаблонные фразы «тротиловый эквивалент» и «в N раз мощнее тротила». Так же выкинем из головы устоявшийся миф, что у взрывчатых веществ есть отдельно бризантное действие, и отдельно фугасное.
Что же у нас есть и зачем понаизобретали столько разных ВВ, если самого мощного так и не нашли? А есть у нас, дорогие читатели, «оптимальное для данной задачи взрывчатое вещество». Вся соль в «для данной задачи», ибо задачи перед взрывчатыми веществами ставятся самые разнообразные, и хорошо показавшее себя в одной из них, может быть неприемлемым для иных задач. Иными словами, выбирать можно и должно, но не по критерию «самое лучшее», для корректного выбора потребуется сравнить множество параметров, зачастую взаимоисключающих. Придется учитывать условия эксплуатации, конструкционные особенности самого заряда, материал и конфигурацию боеприпаса, желаемый эффект и так далее. На каждом этапе будут отсеиваться те или иные рецептуры, и из оставшихся в финале будет производиться выбор в пользу наиболее полно удовлетворяющего всем требованиям, либо обеспечивающего наибольший эффект. Не стоит забывать и про экономический фактор.
Вернемся к началу – как же люди сравнивали между собой взрывчатые вещества на заре их появления? Когда химия окончательно сложилась как точная наука и были подтверждены теории о строении вещества, произошел буквально прорыв в химии взрывчатых веществ. Ведь что такое теория? Это не инструмент объяснения, как думает большинство обывателей: «сегодня была выдумана теория X, которая объясняет Y! Ура, товарищи!». Нет, в первую очередь любая теория, это инструмент предсказания. И то, насколько точно та или иная теория может предсказать результат наших действий, определяет место данной теории в храме науки. Будет она блистать пред алтарем, или тихонько копошиться в урне перед входом. В XIX веке теория о строении и свойствах органических нитросоединений предсказывала, что у них есть немалый потенциал в роли взрывчатых веществ. Все эти десятки веществ, открытые за пару десятилетий вовсе не случайны (хорошо, в основном не случайны), но базировались на научном предположении, что в нитросоединениях заключена большая потенциальная энергия. Потому то сотни химиков по всему миру и бросились нитрировать все и вся, периодически наталкиваясь на искомые свойства синтезируемых веществ. И вот, совершенно неожиданно, вместо старого доброго дымного пороха, пред очи человека с погонами толпа химиков всех мастей вываливает мешок и три авоськи всевозможных рецептур и смесей, способных тем или иным образом взрываться. Что делать?
В предыдущем рассказе я уже коснулся методов оценки перспективности взрывчатых веществ к военному применению, и далее мы предположим, что все повествование идет только о тех, что прошли строгий отбор и могут быть приняты на вооружение. Умный человек с погонами, а дураки крайне редко имеют право решения в этой структуре общества, сначала классифицирует эту кучу на более мелкие: вот эти для метания пуль и снарядов, вот эти для саперного дела, эти можно к снаряжению бомб и гранат определить, а вон те пока неясно куда, но мы придумаем. Замену порохам вновь исключим из рассмотрения, иначе статья вообще никогда не закончится, сконцентрируем внимание на бризантных взрывчатых веществах (да-да, читатель, порох – тоже есть взрывчатое вещество и при выстреле он взрывается в стволе). При виде кучки патентов наш человек при лампасах выдает вторую разумную мысль: господа ученые, доценты с кандидатами, все это замечательно и местами прекрасно, но нам нужны объективные методы сравнения всего того взрывающегося разнообразия, что вы наизобретали. Извольте предложить, вы же умные, вам даже фуражка жмет.
И господа ученые выдали на гора феерию способов сравнить «вещество А с веществом Б». Методы местами были странные, местами нелепые, но многое из предложенного звучало разумно и, что более важно, раз за разом давало предсказуемый результат. То есть, если метод Х утверждает, что граната снаряженная веществом А проломит больше досок, чем такая же, снаряженная веществом Б, и на практике это подтверждается, то метод имеет право на применение, так как, выше уже было отмечено – сила теории не в объяснении, а в предсказании. Довольно быстро было выяснено, что эффекты, производимые взрывчатыми веществами на окружающую среду разнообразны, и единого критерия сравнения быть не может. Для практического применения были избраны критерии сравнения по безопасности, дробящему эффекту и совершаемой работе.
В первую, подчеркну – первую! – очередь необходимо сравнить взрывчатые вещества на предмет безопасности обращения с ними. В целом, это были опыты, приближающиеся к типичным ситуациям, связанным с эксплуатацией взрывчатых веществ: падение на твердую поверхность, падение груза с определенной высоты на взрывчатое вещество, трение, нагревание, прострел пулей. Важно отметить, что тесты имеют вероятностный характер, а не абсолютный. К примеру, стандартный в то время тест на падение груза показывал, в скольких случаях будет наблюдаться взрыв испытуемого вещества. Некоторые тесты имели субъективные методы оценки: испытание на трение заключалось в растирании навески вещества в фарфоровой ступке с оценкой результата, и характеристикой стойкости могла служить запись «чувствуется запах гари» или «устойчивый запах гари». Но в целом, во второй половине XIX века были выработаны однозначные критерии сравнения безопасности применяемых взрывчатых веществ, позволяющие с высокой вероятностью предсказать поведение испытуемого вещества при тех или иных условиях (выстрел из пушки, прострел укупорки шальной пулей, случайное падение боеприпаса при обращении и так далее). Проведя несколько лабораторных испытаний, например, Многие не понимают различий между шлюхами на трасах и искушенными индивидуалками. На самом деле разница огромная. Для первых секс является средством заработка на жизнь, а вторые превращают интимный досуг в настоящее искусство. Поэтому индивидуалки Ростова-на-Дону часто проходят курсы повышения квалификации в сексе, осваивают необычные виды интимных услуг. При ставке 2000 руб. за час многие могут предложить приятный доп к классике либо минету. А при ставке 3000+ можно заказать целый пакет услуг для полноценного удовлетворения. можно было сразу не пытаться использовать тетрил в качестве основного заряда в гранатах и бомбах, он не выдержит выстрела из орудия при имеющей практический смысл массе.
Следующим пунктом шло сравнение действия, которое оказывает взрывчатое вещество. Здесь все оказалось сложнее. Пока номенклатура испытываемых веществ была невелика, а их действие подобно, выработанные методики сравнения давали хоть и с оговорками, но имеющий предсказательную силу результат. Типичный пример: хорошо известная всем интересовавшимся темой проба на бризантность по методу Гесса. Навеска из 50 грамм взрывчатого вещества, подпрессованная до плотности 1 грамм на кубический сантиметр, взрывается на свинцовом цилиндре с заданными размерами. Уменьшение высоты цилиндрика после взрыва считается мерой дробящего (бризантного) действия испытуемого вещества. На первый взгляд все отлично, испытывай разные составы, сравнивай миллиметры уменьшения высоты, и который сильнее сплющил свинцовый столбик, тот и лучше! Но вот появились взрывчатые вещества с высокой скоростью детонации, и навеска в 50 грамм полностью уничтожала испытуемый цилиндр. Грубо говоря, испытуемая величина вышла за пределы шкалы измерения, а «продлить» шкалу нет возможности. Ведь если удлинить свинцовый столбик, это исказит предыдущие опыты и придется пересравнивать все до единого результаты, всех взрывчатых веществ. Аналогичная картина и с рецептурами, чья насыпная плотность выше единицы, либо с жидкими составами, чья плотность отличается от единицы. Результаты их испытаний были не релевантны, так как получены в отличных от всех остальных опытов условиях и в таблицы пошли мелким шрифтом сноски, что вот эти миллиметры суть другие и прямому сравнению не подлежат.
Другой пример: проба на бризантность по стальной пластине. Потенциально более точный метод с широким диапазоном измерения результатов: на стальной пластине со строго определенными механическими свойствами подрывается навеска испытуемого состава, и по объему оставленной воронки определяется дробящая способность. Привязка к плотности отсутствовала, наоборот, можно было проследить, как меняется действие взрывчатого вещества в зависимости от плотности запрессовки. Минусов у способа было ровно два: трудность с выдерживанием механических свойств стали с требуемой точностью, и сложности определения объема кратера. Только относительно недавно были разработаны автоматизированные методы измерения как самой тестовой пластины, так и объема оставленного на ее поверхности углубления, и теперь этот метод весьма популярен на западе.
Ситуация с измерением фугасного действия обстояла не лучшим образом. Наиболее распространенный тест в свинцовой бомбе дает большую погрешность в измерениях (на результат влияло даже качество песка, используемого для забивки) и невозможность прямого сравнения новых взрывчатых веществ, выходящих за шкалу измерений.
К чему это все было написано? Чтобы дать понять: определение «самого мощного взрывчатого вещества» мгновенно наталкивается на проблему отсутствия объективного метода сравнения и разнообразность измеряемых характеристик. И если принять все условности методов сравнения, практическое применение тоже наталкивается на сложности. Для объяснения вновь немного углубимся в теорию, хотя и без формул. Как мы помним, ударная волна в массе взрывчатого вещества поддерживается расширением газообразных продуктов реакции. Между кристаллами ударная волна несколько ослабевает, внутри них наоборот, разгоняется. Следовательно, чем плотнее упаковано взрывчатое вещество, чем выше его плотность, чем больше молекул в единице объема прореагирует и меньше будут потери ударной волны в промежутках между кристаллами. Иными словами, дробящие свойства взрывчатого вещества зависят от его плотности, как абсолютной, так и фактической плотности при прессовании, и зависимость эта не линейная, а степенная. Но испытания проводятся при плотности единица!
Рассмотрим конкретный пример пироксилина и тринитротолуола. По справочникам тех лет, работа сухого пироксилина в свинцовой бомбе Трауцля составляет 420 кубических сантиметров, тринитротолуола 360. Казалось бы, пироксилин выгоднее для снаряжения боеприпасов, и с некоторыми трудностями можно мириться, как платой за могущество. Однако, вспоминаем, что данные получены при плотности один грамм на кубический сантиметр. Прессованный пироксилин имеет плотность немного выше 1,2 в то время как тринитротолуол уже 1,58. Далее, пироксилин требуется флегматизировать увлажнением до 18-22%, что дополнительно снизит его работоспособность, часть энергии потратится на испарение воды и нагрев пара. И вспомним, что дробящее действие зависит от плотности заряда нелинейно, то есть 30% повышение плотности над пироксилином оборачивается существенной прибавкой бризантности тринитротолуола. В итоге, уступая пироксилину на 15% в фугасности по методу Трауцля, тринитротолуол с лихвой отыгрывает это отставание тем, что в каморе снаряда его будет на 30% больше и его дробящее воздействие окажется в 1,5-2 раза выше, в то время как пироксилин будет дополнительно ослаблен большим содержанием воды в заряде.
Что поделать, но придется нашему герою снять китель и, надев лабораторный халат проверять на практике, обстрелами мишеней и подрывом в грунте красивые цифры господ ученых. Лучше, конечно, проучить это дело кому-либо другому, званием пониже, и делать это как можно дальше от своего кабинета. Во избежание. Вот уже исполнители, составят свои таблицы пересчета и поправочных коэффициентов, которые в будущем используют инженеры при проектировании боеприпасов и выборе типа взрывчатого вещества для них.
Мощнее – не всегда лучше. Парадоксально, но правдиво. Следующий пример касается самого распространенного на данный момент взрывчатого вещества, гексогена. В годы предшествовавшие Второй мировой войне, в Германии был развернуты масштабные работы по исследованию гексогена и способам его получения. Итогом стали сразу несколько технологий выработки, пригодные к крупнотоннажному производству. Наладив массовый выпуск гексогена по непрерывной технологии Германия ушла далеко вперед в этом вопросе, поставив все остальные страны в положение догоняющих ( в СССР производство гексогена в опытовых партиях велось с 1939 года единственной лабораторией, непрерывный метод внедрен только в 1942 году, но суточный тоннаж и близко не приближался к показателям других стран, не говоря уже о Германии). Что же делали немцы с тоннами гексогена производимом ежесуточно? Садитесь поудобнее, подвяжите челюсти, они его флегматизировали в хлам, добавляя 20-30% парафина, доводя по характеристикам до тротила. Почему? Зачем?! Ответ прост и сложен одновременно. Взрывчатое вещество должно быть не «самым сильным», а оптимально отвечать требованиям в каждом конкретном случае. Что требуется от осколочно-фугасного снаряда? Создать как можно больше убойных осколков и переместить как можно больше грунта из воронки. Именно первый пункт требует понизить дробящие свойства гексогена, иначе снаряд с корпусом из сталистого чугуна будет размолот в пыль и выход убойных осколков получится мизерным. Современные снаряды снаряжают составами на основе гексогена с малой степенью флегматизации, необходимой по условиям безопасности применения, так как корпуса изготавливаются из высококачественных сталей, с высоким сопротивлением на разрыв и их дробление на осколки гекосгеном удовлетворительно. Во время Второй мировой расходовать легированную сталь на производство снарядов было кощунством, соответственно и ничем могущественнее тринитротолуола снаряжать их было нельзя. Исключение составляли снаряды к авиационным пушкам и малокалиберным зенитным автоматам, где из-за незначительного веса разрывного заряда его могущество выходило на первый план, и применялись рецептуры всего с 5-10% парафина. Но эти снаряды из-за малой массы и производить можно было из более качественных сталей. Так зачем Германия выпускала более дорогое взрывчатое вещество, затем сознательно доводя его до уровня дешевого? Сырьевая база. Для производства гексогена не требовался толуол, острый недостаток которого был спрогнозирован и полностью подтвердился. Выбор у немцев был таков: или выпускать дорогой гексоген, флегматизируя его до уровня тринитротолуола и снаряжать боеприпасы, или не производить ничего взамен, страдая от лютого снарядного голода. Жизнь тем отличается от компьютерных игр, что денежные знаки не переводятся напрямую в желаемую продукцию, и хоть сколько не заплати, без исходного сырья конечного продукта не будет.
Как можем видеть, старые таблицы с показателями фугасности и бризантности по методам Трауцля, Гесса или Каста не дают однозначного ответа на вопрос – какое взрывчатое вещество лучше. Они даже не всегда дают адекватное представление о свойствах самих сравниваемых веществ, что называется «вообще». Ныне эти методы почти не применяются, уступив более объективным и показательным пробам на торцевое метание, давление во фронте ударной волны и скорость детонации. Торцевое метание металлической пластины показывает, какую скорость придаст навеска взрывчатого вещества при рабочей плотности стальной пластине, плотно прижатой к торцу испытуемого заряда определенной формы. Это важный показатель бризантности и эффективности рецептуры для снаряжения кумулятивных зарядов. Обычно используется в процентном выражении, где за 100% принимается тест октогена. Давление во фронте ударной волны на определенных расстояниях показывает характеризует способность взрывчатого вещества наносить повреждения удаленным объектам и в целом, фугасность. Ценность данного теста, в отличие от метода Трауцля в том, что некоторые взрывчатые вещества обладают «медленным» характером и продукты реакции догорают в воздухе, подпитывая ударную волну. Подрыв пробы такого вещества в замкнутом объеме свинцовой бомбы не дает объективной картины, демонстрируя заниженные показатели фугасности. Не говоря уже о том, что испытать таким образом аэрозольные составы принципиально невозможно.
Что можно сказать в итоге? Да, по табличным цифрам пироксилин «мощнее» тринитротолуола и тринитрофенола, но эти цифры необходимо корректно применять, вводя поправки на плотность и условия снаряжения. Вообще, любые таблицы бесполезны, если использующий их не понимает смысла измерений и методологии, иными словами, не имеет как минимум базовых знаний по предмету. Второй вывод состоит в том, что однозначного ответа на вопрос о «самой сильной взрывчатке» не существует, оптимальное решение возможно только в узких рамках конкретной задачи со многими требованиями, куда входят и экономические. Некоторые читатели слышали о том, что «ученые изнасиловали журналиста изобрели взрывчатку в 5 (10-20, у кого насколько фантазии хватило) раз мощнее тротила», с указанием некоего вещества под индексом CL-20. Да, это действительно весьма интересное взрывчатое вещество, превосходящее октоген по скорости торцевого метания процентов на 5-7, имеющее более высокую плотность и скорость детонации. Но не в разы, только на проценты. Вот стоимость синтеза действительно раз в 10-20 превосходит тринитротолуол. Значит ли это, что CL-20 окажется невостребованным из-за чрезмерной стоимости? Да ничего подобного. Уже сейчас им снаряжаются боевые части противотанковых ракет «Javelin». Смотрим, стоимость одного фунта CL-20 составляет приблизительно 200$ в промышленной партии, в то время как фунт октоген отпускается с завода приблизительно за 60$. В боевой части ракеты содержится немногим менее шести фунтов ВВ, и если заменить октоген на CL-20, стоимость изделия возрастет на 850-1000$ с учетом изменений в технологии снаряжения. При итоговой стоимости порядка ста тысяч долларов за ракету. Что имеем в сухом остатке? Благодаря более высокой плотности и метательной способности CL-20, бронепробиваемость боевой части увеличивается на 15-20%, без каких либо изменений в конструкции и при увеличении стоимости изделия всего на один процент. Ракеты выпускаются не миллионами штук, производство вполне справляется с выпуском требуемого количества взрывчатого вещества. Заменит ли CL-20 октоген в кумулятивных зарядах повсеместно? В обозримом будущем маловероятно, так как высокая стоимость и малые объемы производства не позволяют это сделать даже таким богатым странам, как США.
С ув. Евгений.
