Скачать fb2
Химия в бою

Химия в бою

Аннотация

    В книге говорится о химическом оружии армий империалистических государств и средствах защиты от него Читатель узнает о роли химии в создании и развитии ракетно-ядерного оружия, самолетостроения, кораблестроения Отдельные главы расскажут о том, как химия содействует развитию ствольной артиллерии и танков, о пластмассовой броне как для боевых машин и кораблей, так и для индивидуальной защиты. Книга написана по материалам, опубликованным в иностранной и советской печати, и рассчитана на военных и гражданских читателей.
    Редактор-составитель инженер-подполковник Жуков В.Н.


Химия в бою

ВВЕДЕНИЕ

    Год от года все убыстряющимися темпами развивается военное дело. Своим прогрессом оно обязано многим отраслям знаний. Успехи физики, математики, радиоэлектроники позволили совершить поистине революционные преобразования в боевой технике и способах вооруженной борьбы. Может быть, менее заметно участие в этом процессе химии — науки, наделенной волшебными возможностями превращать одни вещества в другие, творить неведомое и недоступное природе. Ее взаимодействие с военным делом порой видят лишь в создании химического оружия, отравляющих веществ. Однако это далеко не так. Роль химической науки значительно глубже и шире, она вполне сопоставима с физикой, механикой, радиотехникой, аэро- и гидродинамикой, без которых не появились бы современные боевые самолеты, ракеты, подводные корабли.
    Еще в глубокой древности, выплавляя сталь для мечей и копий, безвестный оружейник практически использовал химические реакции выделения железа из окислов, освобождения металла от излишнего углерода. А порох? Его изобретение ознаменовало наступление новой эпохи— эпохи огнестрельного оружия, стало триумфом химических знаний. Без участия химии, использования ее достижений нельзя себе представить все последующее развитие производства взрывчатых веществ. Значит, разнообразные артиллерийские снаряды, мины, фугасы, торпеды — это и ее детище.
    Химия дала горючее самолетам и боевым машинам — сначала как продукты перегонки природной нефти — бензин, керосин, моторное топливо, а потом и искусственное, синтетическое горючее. Своей колоссальной боевой мощью, способностью в считанные минуты преодолевать огромные расстояния до цели современные ракеты обязаны специально созданному для них топливу. И разрабатывала его тоже химия. Велик ее вклад и в развитие подводного флота. Химия заставила участвовать в прогрессе военного дела многие, порой редко встречающиеся в природе элементы. Уран, бериллий, бор, кадмий, гафний применяются в атомных силовых установках, коренным образом изменивших боевые качества подводных кораблей. Использование других элементов — цезия, циркония, теллура — в фотоэлементах открыло возможность «видеть» в темноте, вести бой в ночных условиях.
    Наряду с ядерной физикой химия послужила научной основой для создания самого мощного средства поражения — атомного и термоядерного оружия. Данные химии используются и для эффективной защиты от подобных боевых средств.
    Новые своеобразные пути участия химической науки в прогрессе военного дела открылись в середине нашего века. В это время получила бурное развитие химия полимеров, способная создавать вещества с заданными свойствами. Такие вещества, легкие и прочные, не подвергающиеся коррозии, позволяют в невиданно короткие сроки возводить полевые и защитные сооружения, строить дороги, взлетно-посадочные полосы для самолетов и вертолетов. Полимерные материалы изменяют облик военной техники. С их помощью конструкторы пытаются решать проблемы повышения прочности деталей самолетов, подводных лодок, наземных боевых машин. Созданы даже образцы пластмассовой брони.
    Все это говорит о том, что без знакомства со всем многообразием воздействия химии на военное дело нельзя отчетливо представить себе особенности научно-технической революции, происшедшей в нем, предвидеть перспективу дальнейшего прогресса боевой техники и вооружения. Помочь в этом воинам и молодежи призвана данная книга. В основу ее легли написанные по материалам зарубежной печати статьи, публиковавшиеся в газете «Красная звезда».
    Тема «Химия и военное дело» велика и обширна. Авторы книги не стремились исчерпать ее. Свою цель они видели в том, чтобы в популярной форме познакомить читателя с некоторыми основными военно-химическими проблемами, активизировать знания по химии, полученные в средней школе, разбудить интерес к специальной литературе, где подобные вопросы рассматриваются глубоко и основательно.
    Обогащение естественнонаучными знаниями, в том числе и химическими, играет важную роль в обучении и воспитании советских воинов. Эти знания служат фундаментом диалектико-материалистического мировоззрения, на них основывается изучение многих образцов боевой техники, тактических приемов и действий.
    Советский Союз активно выступает за запрещение химического оружия, за прекращение всех работ, связанных с разработкой химических веществ для военных целей. США интенсивно работают в области создания химического оружия и других средств массового поражения. В таких условиях советские воины делают все, чтобы обеспечить защиту Родины в случае применения империалистами оружия массового поражения. Расширение научного кругозора поможет воинам лучше уяснить свое место в строю вооруженных защитников Родины, умело решать задачи, связанные с дальнейшим укреплением обороноспособности нашего социалистического государства.

ЗА СТРОКОЙ ТАБЛИЦЫ МЕНДЕЛЕЕВА

Инженер-полковник М. АРХИПОВ, доцент, кандидат технических наук
    Сто лет назад, в 1869 году, Д. И. Менделеев открыл основной закон химии, получивший название периодического закона: свойства химических элементов зависят от их атомного веса и периодически повторяются через определенные, правильные промежутки. На основании этого закона великий ученый построил систему (таблицу), объединившую в единое целое имеющиеся в природе элементы. И не только те, что были известны тогда науке. Д. И. Менделеев указал в своей периодической таблице места нескольких химических элементов, которые были открыты лишь впоследствии. Периодический закон, таким образом, стал орудием предвидения в науке. Ему обязаны своими успехами современная химия, ядерная физика и атомная энергетика,
    Периодическая таблица Менделеева подробно повествует о свойствах химических элементов, их взаимосвязи— в этом ее назначение. Но может она рассказать и кое-что «сверх программы». Например, о последовательных этапах научно-технического прогресса. Ведь еще с начала нашего века лишь небольшая часть элементов, объединенных периодической системой, находила себе полезное применение. А сейчас «работают» почти все. И на каждом новом этапе развития техники, военного дела, когда предъявлялись новые требования к материалам, химики, физики, опираясь на данные о строении вещества, должны были исследовать все новые элементы периодической таблицы и их соединения, чтобы выполнить очередной «заказ».
От железа к алюминию и дальше
    В начале нашего века запросы техники удовлетворялись железом, сплавами на его основе, а также медью и некоторыми другими металлами. «Железные» сплавы и сейчас не утратили своей ведущей роли. Их потребление из года в год увеличивается, и до последнего времени мировое производство стали в пять раз превосходит производство всех остальных металлов, вместе взятых. Однако развитие науки и техники требовало материалов с новыми, иными, чем у стали, качествами. Так, авиации нужен был столь же прочный, но куда более легкий металл, чем сталь. Этим качествам отвечал алюминий (порядковый номер в таблице Менделеева — 13) и его сплавы.
    Плотность алюминия 2,7 г/см3, он примерно в три раза легче железа и меди. Алюминий обладает также высокой коррозионной стойкостью к воде. Правда, чистый алюминий имеет небольшую прочность — 6–8 кг/мм2, поэтому в авиации применяются сплавы алюминия с другими металлами: медью, магнием, кремнием, цинком, марганцем, железом. Термически обработанные соответствующим образом, эти сплавы имеют прочность, сравнимую с прочностью среднелегированной стали, и применяются в качестве конструкционных материалов в авиа- и ракетостроении. Сплав алюминия с цинком, магнием и медью, например, имеет высокую прочность—70–80 кг/мм2. Он широко применяется во всем мире на военных и пассажирских самолетах — в основном для той зоны конструкции, где повторные нагрузки практически не опасны. Для обшивки самолетов, которая работает в условиях вибраций и многократных переменных нагрузок, применяется другой алюминиевый сплав: алюминий — медь — магний — кремний.
    Часто лопасти винтов вертолетов изготовляют из сплава алюминия с магнием и кремнием. Он может работать в условиях вибрационных нагрузок и обладает очень высокой коррозионной стойкостью.
    Легкие конструкционные алюминиевые сплавы широко применяются в ракетной и космической технике. Так, самая мощная в США ракета «Сатурн-5», с помощью которой были запущены космические корабли «Аполлон», сделана из алюминиевого сплава (алюминий — медь — марганец). Огромные баки для горючего и окислителя на ракете также выполнены из этого легкого, прочного, хорошо сваривающегося, коррозионно стойкого сплава. Из алюминиевого сплава изготовляют корпуса боевых межконтинентальных баллистических ракет «Титан-2».
    Совсем недавно, отмечала печать, появились сплавы алюминия с медью и литием. Этот высокопрочный, коррозионно стойкий материал сохраняет прочность при нагреве до температуры 150 градусов. Замечательные физико-химические и механические свойства алюминиевых сплавов открыли им широкую дорогу и в других областях военной техники — бронетанковой, инженерной, радиоэлектронной.
    Огромные потребности в серебристом металле содействовали тому, что его мировое производство росло бурными темпами: за первые 43 года нашего столетия оно увеличилось примерно в 175 раз, тогда как выпуск меди лишь в пять раз, а чугуна в три раза. Мировое производство алюминиевых сплавов с середины XX века заняло второе место после стали.
    И все же… алюминию пришлось в какой-то мере повторить судьбу железа. Пришло время, и элемент номер 13 из таблицы Менделеева уже не смог удовлетворять требования дальнейшего развития авиации. На место «самого лучшего» (до поры до времени, конечно!) материала встает элемент номер 22 — титан.
    В чем же тут дело? А вот в чем.
    Большие сверхзвуковые скорости полета поставили на пути авиации «тепловой барьер», то есть значительный нагрев обшивки самолета, в условиях которого прежние авиационные материалы успешно работать уже не могут. Полет со скоростью, в три раза большей скорости звука, приводит к нагреву обшивки до температуры свыше 300 градусов, а при скорости, в пять раз превышающей скорость звука, она достигает уже 1000 градусов!
    Без значительного увеличения веса конструкции самолета алюминиевые сплавы могут использоваться только до скорости, соответствующей примерно 2,5 скорости звука. Это можно видеть на примере нового американского тактического истребителя F-111, у которого в качестве конструкционного материала еще широко применяются алюминиевые сплавы и лишь на участках, где развивается высокая температура, используются сталь и другие жаростойкие материалы. А вот большая часть конструкции создаваемого в США сверхзвукового истребителя-перехватчика YF-12 уже выполнена из титановых сплавов. Титан — металл серо-стального цвета; сплавляясь с алюминием, оловом, молибденом, ванадием, хромом, железом, вольфрамом и другими металлами, он образует сплавы, отличающиеся большой прочностью при высокой температуре, относительно малым удельным весом, стойкие к коррозии.
    По мере развития авиации применение титана из года в год увеличивается. Сообщалось, что в конструкции нового военно-транспортного самолета фирмы Локхид С-5А будет использоваться не менее 13,5 тонны титана. Из титановых сплавов выполнены топливные баки на посадочной ступени лунной кабины космического корабля «Аполлон», корпус одной из ступеней стратегической ракеты «Минитмэн».
    В 1966 году в США было продано потребителям 13 750 тонн собственного титана и его сплавов и 300 тонн импортированного из Японии. Этот титан, как сообщала печать, использовался следующим образом: в производстве турбореактивных двигателей — 47 процентов, на изготовление планеров самолетов — 28, в производстве реактивных снарядов и космической технике—15 и 10 процентов в других отраслях промышленности. Предполагалось, что в 1970 году производство титана в США достигнет 22 700 тонн.
    Титан используется для изготовления брони танков, для бронирования самолетов и вертолетов. Он находит широкое применение в артиллерии, судостроении, машиностроении, в атомной, химической промышленности и других отраслях техники и индустрии.
    По жаропрочности титановые сплавы занимают промежуточное место между алюминиевыми сплавами и нержавеющими жаропрочными сталями и применяются в интервале температур 300–500 градусов. При температурах свыше 500 градусов приходится обращаться уже к другим жаропрочным металлам — нержавеющим высокопрочным сталям. Сообщалось, что они основные конструкционные материалы, например, для экспериментального американского самолета-бомбардировщика ХВ-70. Как видно, внимание исследователей к клеткам номер 13 и 22 периодической таблицы элементов оказалось не вечным. Пришлось вернуться снова к элементу с порядковым номером 26 — железу. Но что поделаешь? Свойства стали хорошо изучены; она прочна, жароустойчива, поддается механической обработке, устойчива против коррозии. Правда, жаропрочную сталь приходится применять в ущерб весу конструкции самолета, но иного выхода пока нет.
    Читатель может спросить: а дальше? Как будет обстоять дело, когда начнется переход от сверхзвукового самолета к гиперзвуковому, летающему при скоростях, в пять раз больших скорости звука? Действительно, на пути этих самолетов встает гигантский тепловой барьер. В печати приводились расчеты температуры на поверхности самолета, летящего с крейсерской скоростью, равной восьми скоростям звука на высоте 27 000 метров. При этом температура на большей части поверхности такого гиперзвукового самолета достигает 760—1100 градусов, то есть значений, при которых прочностные характеристики авиационных металлов и сплавов резко ухудшаются. На некоторых же участках температура приближается к точке плавления тугоплавких металлов. Выход из положения специалисты ищут в использовании совершенно новых жаропрочных материалов на основе никеля, кобальта и тугоплавких металлов — молибдена, ниобия, тантала и вольфрама.
    Как указывается в иностранной печати, сплавы на основе никеля могут работать до температуры примерно 700 градусов. Сплавы же на основе тугоплавких металлов могут быть использованы в интервале температур — от 980 до 2200 градусов. Сейчас внимание зарубежных исследователей привлекают новые виды жаропрочных сталей: например, сплав железо — никель — титан или железо — никель — титан — кобальт — молибден. Сделаны, таким образом, новые «ходы» в периодической таблице. И хотя в дело идут и известные, уже применявшиеся в технике химические элементы, их новые сочетания, соединения сулят другие качества материалам, призванным обслуживать современный этап научно-технического прогресса.
Левофланговые в строю элементов
    Мы уже говорили о том, что, создавая свою периодическую систему, Д. И. Менделеев указал на ряд элементов, которые не были тогда еще известны науке, но должны были, согласно периодическому закону, существовать в природе. Для них он оставил места в таблице.
    Открывая «недостающие» элементы, ученые к 1925 году основательно укрепили периодическую систему. Пустыми оставались лишь клетки с номерами 43, 61, 85 и 87. Относящиеся сюда химические элементы, а также двенадцать элементов, расположенных в таблице за ураном (их поэтому назвали «трансурановые»), стали известны науке лишь после того, как открытие нейтрона, создание ускорителей заряженных частиц и открытие радиоактивности в 1934 году создали условия для получения новых элементов искусственным путем. Таким же образом получено большое количество изотопов уже известных элементов, найдено около ста радиоактивных изотопов трансурановых элементов.
    В таблице Менделеева трансурановые элементы занимают места с 93-го по 104-е: нептуний-93, плутоний-94, америций-95, кюрий-96, берклий-97, калифорний-98, эйнштейний-99, фермий-100, менделеевий-101, нобелий-102, лоуренсий-103, курчатовий-104. Кроме плутония, образующегося в ничтожных количествах в урановых рудах, эти элементы не существуют в природе, а получение их — исключительно сложное дело. Новые элементы образуются при захвате нейтронов ураном, плутонием или ранее полученными трансурановыми элементами, либо при бомбардировке этих элементов ионами гелия, углерода, бора. С продвижением в каждую последующую за ураном клеточку менделеевской таблицы трудности возрастают, по скромным подсчетам, в геометрической прогрессии.
    Если второй трансурановый элемент — плутоний — был открыт в количестве, умещающемся на кончике иглы, то искусственно полученные более тяжелые элементы— калифорний, берклий, эйнштейний — поначалу увидеть простым глазом было совершенно невозможно. Сто первый элемент — менделевий — с невероятными трудностями вначале добыли в количестве всего лишь 17 атомов, а 104-й элемент — курчатовий — в количестве 150 атомов! В литературе приводились такие цифры: после двухлетнего непрерывного облучения в специальном ядерном реакторе с мощным потоком нейтронов, равным 1015 нейтрон/см2 сек. в 100 граммах исходного плутония-242 будет находиться всего лишь около 100 миллиграммов калифорния-252 вместе с другими изотопами калифорния.
    Но оправданы ли эти трудности, кроме чисто познавательного, научного интереса к трансурановым элементам? Имеют ли эти элементы практическое значение?
    Наибольшую известность из трансурановых элементов приобрел плутоний-239. Он был открыт американскими физиками в 1940 году, а через пять лет, в 1945 году, плутоний был использован в качестве заряда атомной бомбы, взорванной над японским городом Нагасаки. Возможность применения плутония в ядерном оружии приковала внимание американских агрессоров. За короткий срок в США были построены два больших атомных центра по производству плутония-239. Его получают в ядерных реакторах в процессе облучения урана-238 нейтронами, а также в реакторах атомных электростанций.
    Есть и другой путь использования плутония-239, в частности в качестве топлива для ядерных реакторов на быстрых нейтронах, применяемых для получения электроэнергии. Нейтроны, полученные в ядерных реакторах за счет «сгорания» плутония-239, могут быть использованы также для получения радиоактивных изотопов, которые имеют бесчисленное применение в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и научных исследованиях.
    Помимо плутония-239 практическое применение находят также плутоний-238 и два изотопа кюрия: кюрий-242 и кюрий-244. Эти элементы используются для создания изотопных генераторов электрической энергии, созданных в СССР и США. Изотопы интенсивно испускают альфа-частицы с высокими энергиями, которые тормозятся соответствующими веществами и нагревают последние до температуры несколько сот градусов. С помощью специальных термопар тепло сразу преобразуется б электрическую энергию. Такие генераторы имеют небольшой вес и габариты. Они надежны и долговечны — работают без дополнительной подзарядки около пяти лет. Источник электрической энергии с подобными характеристиками особенно необходим для обеспечения нормальной работы аппаратуры искусственных спутников Земли и космических кораблей, при исследовании поверхности Луны. Кроме применения в космосе указанные генераторы могут использоваться в качестве источников электрической энергии для удаленных мест, автоматических радиомаяков и метеорологических станций.
    Возможности применения трансурановых элементов, как видно, широки — и далеко еще не исчерпаны. Как пойдет их использование, покажет время. Пока же печать приносит сведения о том, что империалистические круги США и эту отрасль научно-технического знания стремятся поставить прежде всего на службу своим агрессивным целям. Так было с плутонием, так обстоит дело сейчас с калифорнием. С его помощью пытаются создать особую ядерную пулю.
    Как сообщал журнал «Сьянс э ви», один из изотопов калифорния якобы можно использовать в качестве делящегося вещества, подобно урану-235 или плутонию-239. Указывается, что у этого изотопа калифорния величина критической массы равна всего лишь 1,5 грамма. На основании этого открывается, как считают, возможность создания ядерного заряда величиной в обыкновенную пулю. Это заключение было сделано американскими физиками на основании исследования микрограммовых образцов калифорния. В процессе подземных ядерных испытаний предполагают накопить граммовые количества калифорния, с тем чтобы на практике проверить теоретические выводы.
    Вот что можно увидеть за строгими, лаконичными строками и квадратами периодической таблицы. Следует, однако, помнить, что научное знание не может быть монополией какой-либо страны. Миролюбивые социалистические государства бдительно следят за попытками империалистов использовать новейшие открытия и достижения науки. В их распоряжении есть все необходимое, чтобы дать отпор агрессору.

ПОЛИМЕРЫ В СОЛДАТСКОМ РАНЦЕ

Инженер-подполковник В. НЕКЛЮДОВ
    Среди выдающихся достижений современной науки одно из главных мест занимают успехи химии в создании веществ и материалов, которых не знала природа. Недаром «атомный» и «космический» двадцатый век называют подчас и веком синтетических полимеров. В химических лабораториях мира ежегодно рождается свыше 50 тысяч новых полимеров, около 150 в день! В этом огромном потоке искусственных материалов содержится такое обилие самых разнообразных свойств и возможностей, что сегодня без них трудно себе представить технический прогресс в любой области техники и, конечно, в военном деле.
    Что же привлекает военных специалистов в полимерных материалах? Что заставляет их постоянно искать новые пути их использования?
    Напомним, что полимеры — это вещества, молекулы которых содержат сотни и тысячи связанных между собой атомов и построены в виде цепей из повторяющихся звеньев. Поэтому большинство полимеров имеет название, состоящее из приставки «поли», что по-гречески значит «много», и наименования группы атомов элементарного звена: полиэтилен, полистирол, полиформальдегид, полиамид и т. п. Под влиянием нагревания и давления полимеры способны формоваться и затем устойчиво сохранять приданную им форму. Для увеличения прочности и снижения усадки в них добавляют наполнители — древесную муку, асбест, стеклянное волокно, а чтобы повысить пластичность и эластичность — пластификаторы. Прилипание полимерных изделий к формам устраняют с помощью различных смазок, а также веществ, ускоряющих процессы полимеризации и поликонденсации.
    Современная технология позволяет создать полимерные материалы, обладающие высокой прочностью при небольшом удельном весе, что способствует резкому снижению веса конструкций и сооружений. Некоторые разновидности полимеров в четыре-пять раз легче стали, в два раза — алюминия, а их прочность не уступает стали, они не подвергаются действию агрессивных сред, не требуют окраски. Очень высоким оказывается и экономический эффект использования полимерных материалов.
    Широко известны такие полимеры, как пластмассы, стеклопластики, искусственные волокна, синтетические клеи, смолы, каучуки, лаки и краски. Особую группу составляют пенопласты. Их получают в результате смешивания нескольких компонентов, которые, взаимодействуя между собой, образуют вспененный продукт. Затвердев, пенопласт сохраняет пористую структуру. Ячейки и поры этого продукта заполнены воздухом, азотом или другими газами. В зависимости от соотношения основных компонентов, а также от вида и количества специальных добавок — эмульгатора и катализатора — удельный вес и эластичность пенопласта могут резко изменяться. Получится вещество, подобное резине, или твердое, как камень. Великолепное свойство пенопластов — их необычайно малый удельный вес. Один кубический метр пенопласта может весить не более десяти килограммов, во много раз ниже веса такого же по объему количества пробки, в сотни раз легче стали.
    Замечательные качества полимеров — высокая прочность, малый удельный вес, долговечность, высокая антикоррозийная стойкость, жаропрочность, дешевизна — и объясняют их активное участие в совершенствовании конструкций вооружения и военной техники. День ото дня сфера применения полимеров все более расширяется.
    С помощью полимерных материалов специалисты добиваются, например, увеличения срока службы и облегчения стрелкового и артиллерийского вооружения. Магазины к карабинам, плечевые упоры, спусковые крючки, ложи, рукоятки, ствольные накладки, гильзы, сгорающие вместе с боевыми зарядами, что исключает необходимость иметь выбрасыватели в огнестрельном оружии, стволы для безоткатных орудий — вот пути подобного использования полимеров. Появились, сообщала печать, даже пластмассовые пули.
    Благодаря легкости, повышенным механическим свойствам, облегченной технологии прессования, сборки и чистовой отделки, а также низкой стоимости из пластиков изготавливаются кузова, кабины и различные детали автомобилей и других транспортных средств. Высокое отношение предела прочности к удельному весу делает выгодным использование пластмасс в производстве плавающих и авиатранспортабельных машин военного назначения.
    Весьма разнообразно применение пластмасс в ракетной технике. Здесь они выступают, например, в качестве твердых наполнителей для топлива. Пластмассы на основе эпоксидной смолы, армированной стекловолокном, применяются для изготовления корпусов ракет. Прочность такого корпуса в несколько раз превышает прочность корпуса, выполненного из титана, алюминия или стали. Носовые конуса, сопла и другие части ракет изготавливаются из жаростойких пластмасс: фенольной, кремнийорганической и эпоксидной смол, соединений кремния, асбеста, нейлона.
    В последнее время полимеры все больше привлекаются и для решения задач инженерного обеспечения боя.
Доспехи двадцатого века
    Ракетно-ядерное оружие, неизмеримо возросшие огневые возможности обычного вооружения многократно увеличили требования к защите солдата на поле боя. Но при скоротечности и высокой динамичности современного боя на возведение и оборудование защитных укрытий остается минимальное время. Выход из этого противоречия за рубежом ищут, пытаясь усовершенствовать старые и создать новые средства индивидуальной защиты, а также резко сократить время строительства защитных сооружений. Решающую роль отводят здесь химии полимеров, способной уже сейчас дать материалы, обладающие выгодным сочетанием необходимых свойств.
    Прежде всего внимание специалистов привлекли пластмассы, которые при необыкновенно малом весе имеют высокую прочность, успешно конкурируя с традиционными материалами: металлом, деревом, тканями. Вот, например, как оборудуется покрытие окопа с помощью портативного, весом около килограмма, набора материалов, разработанного канадскими инженерами. В набор входят кусок полиэфирной пленки размером в несколько квадратных метров, анкерные алюминиевые колья и тонкий прочный шнур. По краям отрытого окопа забивают анкерные колья, натягивают между ними шнуры, а сверху укладывают полотнище из пленки. Остается насыпать грунт и замаскировать его дерном. Пленка выдерживает насыпь толщиной до нескольких десятков сантиметров.
    Такой окоп, указывается в печати, может защитить от метательного действия ударной волны, светового излучения и проникающей радиации ядерного взрыва, от напалма, пуль и осколков. На его оборудование, если использовать взрывные патроны, уходит чуть больше десяти минут.
    Огромной прочностью обладают канаты из синтетических материалов. Сплетенная из них сеть, натянутая на кольцевую обойму и накрытая сверху рулонным материалом, после засыпки слоем грунта в несколько десятков сантиметров превращается в надежное перекрытие для блиндажей — оно способно выдержать давление воздушной ударной волны ядерного взрыва в несколько атмосфер. Как сообщалось в печати, подобным образом разработано перекрытие для блиндажей диаметром около трех метров.
    Некоторые синтетические полимеры обладают и таким ценным качеством, как способность под влиянием нагревания и давления формоваться и затем устойчиво сохранять приданную им форму. Тем самым появляется возможность быстро изготовлять конструктивные элементы защитных укрытий непосредственно в полевых условиях.
    В печати сообщалось, что разработан подобный метод получения жестких плит из многослойной ткани. Перекрытие для блиндажа из таких плит в 6–8 раз легче деревянного. Исходный материал, словно рулет, состоит из нескольких слоев. Между листами алюминиевой фольги и асбестовой ткани, пропитанной горючим составом, помещен слой полиэтилена и эпоксидной смолы. Развернутый рулон поджигается, и через некоторое время разогретые до температуры 300 градусов компоненты среднего слоя образуют пенопласт толщиной в несколько сантиметров. Заранее раскроив материал, можно получить конструктивные элементы любой нужной конфигурации.
    Для возведения палаток и других временных укрытий, защищающих от непогоды в суровых климатических условиях, эффективно используется метод набрызгивания пенопласта на поверхность легкой вспомогательной формы, служащей опалубкой. Такая палатка для размещения двух человек с аппаратурой разработана в армии США. При возведении палатки применяется карманный контейнер с пенопластом и небольшой воздушный насос для разбрызгивания пенопласта.
    Использование пенопласта позволяет быстро возводить и крупногабаритные сооружения для полевого размещения войск. В печати описан, например, новый метод ускоренного строительства сооружений путем непрерывной формовки их из быстро твердеющего пенопласта. Для этого разработана специальная подвижная установка, смонтированная на шасси 5-тонного грузового автомобиля. Основные части ее — бак для эпоксидной смолы, бак для пенообразующего агента и форма со смесительной камерой на конце шарнирной стрелы. Стрела, поднимаясь все выше и выше, постепенно наращивает стены, перекрытия. Размеры сооружений, возводимых с помощью такой установки, ограничиваются лишь вылетом стрелы, а скорость постройки определяется скоростью твердения пенопласта. Сообщалось, что с использованием новой установки можно через несколько часов располагать — сооружением площадью около 100 кв. метров.
    Другой полимер — пенополиуретан дает возможность создать надежную тепловую изоляцию сооружений, выполненных из металлических конструкций. Он набрызгивается на внутренние поверхности фортификационных сооружений, заполняет все трещины и щели. После расширения пенополиуретан превращается в однородную пористую массу с закрытыми ячейками. Влагопроницаемость этой массы настолько мала, что слой в несколько сантиметров служит надежным пароизолятором.
    Блиндажи, окопы, палатки, дома — не единственные укрытия, которыми ограждает себя человек в различных условиях. Появление и развитие огнестрельного оружия в свое время заставило отказаться от всяких попыток продлить жизнь рыцарских доспехов. Сталь кованых лат оказалась бессильной против пули. Однако пуленепробиваемые доспехи в современном бою могли бы сослужить полезную службу. И тут полимеры опять оказались готовыми к действию.
    В свое время в зарубежной печати сообщались результаты анализа потерь в современных войнах с применением обычных средств вооруженной борьбы. Проводившие его специалисты отметили, что свыше 90 процентов всех ранений приходится на ранения от осколков артиллерийских снарядов и мин и лишь около 8 — от пуль стрелкового оружия и других причин. Очень важным оказался тот факт, что большинство осколков, поражающих личный состав войск, имеет малую скорость. Из всех солдат, которые погибают на поле боя или умирают от полученных ранений, свыше 71 процента поражается в область грудной клетки или живота. В этой связи легкие пуленепробиваемые доспехи, закрывающие грудь и живот, могли бы стать очень полезным средством защиты. Напрашивался вывод: создать «доспехи двадцатого века».
    Первоначально в качестве материала для таких доспехов была взята сталь. Стальные щитки толщиной около двух миллиметров эффективно защищали от пуль, но доспехи из них оказались настолько тяжелыми, что от стали пришлось сразу же отказаться. Выручили пластмассы, способные поспорить с пулей. Конструктивно доспехи выродились в жилет, закрывающий грудь, живот, плечи; в каску, закрывающую голову; в ботинки, предохраняющие ноги от противопехотных мин.
    Надежный материал для бронежилета, считают иностранные специалисты, многослойный нейлон. 15–16 слоев ткани из стекловолокна, пропитанной термореактивной смолой, которая полимеризуется при нагревании и небольшом давлении, — такова новая броня. Вес жилета из нейлоновой брони — 3,9 килограмма. Однако и такой, казалось бы, незначительный вес все же велик для перегруженного амуницией современного солдата. Ведущиеся в этом направлении за рубежом исследования позволили найти новый, более легкий и не менее надежный защитный материал, как карбид бора в сочетании со стекловолокном. Вес жилета снизился почти на килограмм.
    Результатом применения бронежилетов явилось резкое снижение потерь на поле боя. Как сообщалось в печати, были исследованы несколько сот боевых жилетов, предназначенных для пехотинцев и экипажей вертолетов, в которые были отмечены попадания осколков от мин и снарядов. Оказалось, что более чем в 70 процентах случаев осколки не пробивали жилет, а если и пробивали, то скорость их снижалась до такой степени, что они вызывали лишь легкое повреждение кожного покрова.
    Естественно, что помимо прочности и легкости жилеты не должны при ношении в жаркое или холодное время года, а также в условиях повышенной влажности являться причиной нарушения определенных санитарно-гигиенических правил. Работы в этом направлении привели к созданию нейлонового фетра, служащего удобной подкладкой нейлоновой броне.
    Как ни легок бронежилет, а при форсировании водных преград он — опасная обуза для экипажей плавучих средств. Если человек, одетый в него, попадает в воду, удержаться на поверхности ему весьма сложно. Но оказалось, что достаточно заключить жилет в скорлупу из полиэтиленового пенопласта, и он становится плавучим, служит даже надежным спасательным средством для экипажей плавучих средств и десантников.
    Повышение механических свойств пластмасс, достигнутое в последнее время, вызвало попытки использовать их в качестве брони не только для доспехов-жилетов, но и для танков, боевых машин, самолетов. Пример в этом отношении подавало широко известное уже давно специальное пуленепробиваемое стекло, называемое триплексом. Оно состоит из нескольких пластин органического стекла, склеенных слоями прозрачной пластмассы. Триплекс выдерживает удары пуль даже на малых расстояниях.
    Но пока что, отмечала печать, в ряде стран созданы лишь опытные образцы пластмассовой брони для танков. Правда, перспективы использования ее в массовом строительстве боевых машин весьма заманчивы. Считается, что создание подобной брони, обладающей необходимой стойкостью, может привести к серьезным изменениям в конструкции танков, так как позволит создать дополнительные возможности увеличения их подвижности, достичь лучшей защищенности, чем при современной стальной броне, использовать более мощное вооружение. Боевая машина станет легче, и, значит, комплект боеприпасов и запас горючего на ней может быть увеличен, значительно упростится технология бронетанкового производства.
    Опытные образцы многослойной пластмассовой брони, по мнению зарубежных специалистов, вселяют надежду, что применение ее позволит снизить вес военных машин на несколько десятков процентов. Такая броня лучше стальной способствует разрушению пуль под действием собственной энергии при ударе. Осколки разрушенной пули проникают в броню под острыми углами, что снижает глубину их проникания.
    Пластмасса позволяет решать проблему защиты экипажей бронетанковой техники от потока нейтронов, возникающего при ядерном взрыве. В печати отмечалось, что полиэтилен с добавками бора в сочетании со стальной или алюминиевой броней становится надежной преградой на пути радиоактивного излучения.
Строительный материал — воздух
    Оснащение современных армий разнообразной сложной боевой техникой — потребовало легких, транспортабельных временных укрытий, которые можно быстро возводить в полевых условиях. Они должны быть многоцелевыми, дешевыми, удобными в эксплуатации. И опять специалисты обратились к синтетическим полимерам. Именно они позволили создать принципиально новые конструкции для войскового полевого строительства. Это так называемые пневматические сооружения — тонкостенные гибкие оболочки, заполняемые воздухом под давлением чуть выше атмосферного. Основой оболочки может быть, например, нейлоновая ткань, пропитанная или покрытая неопреном, хайпалоном, синтетическим каучуком, поливинилхлоридом, полиуретаном. Вес одного квадратного метра такой оболочки — от нескольких сот граммов до полутора килограммов. Она выдерживает температуры от минус 50 до плюс 150 градусов и более, сохраняя при этом свои механические свойства.
    Для крупных сооружений ткань изготавливается максимальной толщины, какую допускает ткацкое оборудование. Однако и этого может оказаться недостаточным, и оболочку делают многослойной. Пропитанные и покрытые синтетическим материалом заготовки накладывают друг на друга и склеивают таким образом, чтобы нити материала перекрещивались под острыми углами.
    Внутри оболочки вентиляторами и воздуходувками создается небольшое избыточное давление. Его величина составляет несколько тысячных долей атмосферы.
    Минимальная величина избыточного давления воздуха, нагнетаемого в пневмоопорные сооружения, около 0,0003 кг/см2 и в большинстве случаев не превышает 0,0013 кг/см2. В крупных пневмоопорных сооружениях зарубежного строительства давление регулируется автоматизированными системами. Системы воздухоподачи могут иметь и устройства для поддержания необходимого тепловлажностного режима. При сильном ветре и снегопаде давление внутри сооружения повышают. Иногда оболочку делают двойной, с воздушной прослойкой, чтобы улучшить теплоизоляционные свойства.
    На пневматическое сооружение действуют вертикальные и горизонтальные силы, стремящиеся сдвинуть, оторвать сооружение от основания и опрокинуть его. Чтобы уравновесить горизонтальные и вертикальные усилия, действующие на сооружение, края оболочки закладывают в отрытую по периметру канаву и засыпают грунтом или прижимают лотками с песком, анкерными кольями. Иногда используют сеть из нейлоновых канатов, усиливающих оболочку. В результате сооружения могут выдерживать даже штормовые порывы ветра.
    Утечку воздуха через входы и выходы пневматических сооружений предотвращают, устраивая двери и ворота в виде диафрагм, занавесей и т. п. Крупные сооружения оборудуются специальными тамбурами, служащими воздушными шлюзами. Они имеют двое или несколько дверей или ворот, которые для входа и выхода из сооружения открываются поочередно.
    Таковы пневмоопорные сооружения. Они возводятся, как правила, в виде полутел вращения с плавными переходами между участками различной кривизны. В результате элементы конструкций нагружаются более равномерно, без местных перенапряжений, и наиболее рационально используются прочностные свойства тканей, из которых выполнена оболочка. Как правило, пневмоопорные сооружения имеют купольную или полуцилиндрическую форму с торцами в виде сферических сегментов. В печати сообщалось, что наиболее крупное из известных купольных сооружений имеет диаметр 64 метра. Считается, однако, что технически выполнимы сооружения диаметром до 100 метров.
    В пневматических сооружениях другого типа несущим элементом служит каркас из накачиваемых воздухом труб, образующих пространственную конструкцию (рис. 1). Трубы изготавливают из резины с повышенными морозостойкими свойствами. В процессе сборки сооружения трубы наполняют воздухом, и они сохраняют свою форму длительное время без дополнительной подкачки. Давление в трубах зависит от конструкции каркаса и составляет несколько атмосфер. Для стен используют такие же гибкие оболочки, что и в сооружениях пневмоопорной конструкции.
Рис. 1. Каркас из труб, заполненных воздухом, служит несущим элементом сооружения
    Важным преимуществом пневмокаркасных сооружений по сравнению с пневмоопорными считают то, что они не требуют герметизации и затраты времени на уход за сооружением при эксплуатации минимальны. По своим характеристикам они приближаются к капитальным зданиям.
    Существуют и сооружения, собираемые из наполненных воздухом панелей, которые одновременно служат ограждающими и несущими конструкциями (рис. 2). Давление в панелях составляет Десятые доли атмосферного. После первоначального наполнения воздухом давление внутри панелей поддерживается автоматически. Панели изготовляются из таких же воздухонепроницаемых тканей, что и оболочки пневмоопорных сооружений. Стенки пневмопанельных сооружений обладают более высокими теплотехническими характеристиками. Кроме того, они хорошо изолируют от шума. К недостаткам их относят необходимость поддерживать постоянное давление в панелях, а также более высокую стоимость, чем пневмоопорных.
Рис. 2. Радиолокатор в защитном пневмопанельном сооружении
    Существуют, наконец, и комбинированные пневматические сооружения. Они, как правило, имеют легкий жесткий каркас, например из металлических труб, на который натягивается оболочка или крепятся пневматические панели.
    Вполне понятно, что при эксплуатации пневматических сооружений возможны прорывы и проколы оболочек. Чтобы сооружение не выходило в таком случае из строя, не потеряло устойчивость, его членят на секции. Например, трубы каркасов пневмокаркасных сооружений, панели пневмопанельных сооружений не сообщаются друг с другом. Если повреждена одна труба, то воздух выходит только из нее. В аварийных ситуациях автоматические системы регулирования воздухоподачи увеличивают давление внутри сооружения, компенсируя в той или иной мере утечку через отверстия.
    Монтаж пневматических сооружений, подчеркивается в печати, отличается простотой, не требует квалифицированной рабочей силы и сложных механизмов. Их рассчитывают использовать в качестве ангаров для укрытия радиолокационных станций, ракет и другой боевой техники; в подобных сооружениях размещаются штабы, госпитали, склады. В печати сообщалось, что разработаны пневматические сооружения, непосредственно предназначенные и в качестве укрытий для защиты от радиоактивных осадков, боевых отравляющих веществ и биологических возбудителей болезней.
    Но строительством область применения пневматических конструкций из воздухонепроницаемых синтетических материалов вовсе не ограничивается. Недавно в небо поднялся самолет с дельтообразным крылом пневматической конструкции. Его создали французские инженеры. В сложенном виде самолет упаковывается в компактный контейнер и перевозится любым видом транспорта.
    Военные грузы могут доставляться в назначенное место надувным планером, управляемым по радио. Надувные аварийные трапы, смонтированные под дверными проемами самолетов, позволяют решить проблему высадки из самолета, потерпевшего аварию и приземлившегося вне аэродрома. Для обеспечения плавучести самолета при аварийной посадке на воду созданы пневматические поплавки, смонтированные в шасси самолета.
    Весьма эффективным оказалось использование прочных синтетических материалов в пневматических конструкциях, служащих «мягкими» домкратами. Такие домкраты разработаны в английской армии. Они применяются в системе обслуживания полевых аэродромов для подъема самолетов, потерпевших аварию при взлете или посадке. Домкраты — это пневматические маты плоской формы из нейлона, покрытые неопреном.
    Стандартные блоки из таких матов способны развивать подъемную силу в несколько десятков тонн и поднимать грузы на высоту до нескольких метров. А чтобы мягкий домкрат подвести под груз, требуется зазор всего в несколько сантиметров.
Дороги, одетые в пластмассу
    Болото, сыпучий песок, распутица… Как ни велика проходимость современных боевых машин, им далеко не всегда удается справиться с бездорожьем. А для того чтобы построить даже временную дорогу, необходимы большое число механизмов, рабочая сила и главное — длительное время. В поисках путей преодоления этих трудностей вновь обратились к химии.
    Исследования показали, что водные растворы некоторых синтетических смол, перемешанные с разрыхленным грунтом, после уплотнения и затвердения смеси образуют панцирь, выдерживающий многотонные автомобили. Комплекс несложных машин и механизмов, указывается в печати, позволит быстро прокладывать подобную дорогу в любую погоду и на любых грунтах.
    Разработан и другой способ. Для строительства дороги на песчаных грунтах используют, например, маты из стекловолокна. На них разбрызгиванием наносится раствор синтетической смолы. Отвердев, смола не только скрепляет маты друг с другом, но и «приклеивает» их к грунту. Образуется твердая сплошная поверхность, на которую не действуют масло, вода, кислоты. Дорога остаётся проезжей даже в очень сильный дождь. Для ее строительства необходима лишь небольшая подготовка полотна бульдозером.
    Аналогичным путем за рубежом рассчитывают строить временные аэродромы и взлетно-посадочные площадки. Для этого на поверхность грунта набрызгивают жидкое стекло и полиэфирную смолу, укладывают нейлоновые прорезиненные полотнища (рис. 3). Подобные покрытия не пропускают воду, препятствуют выдуванию песка и пыли из грунта.
Рис. 3. Вертолет садится на площадку, покрытую жидким стеклом и полиэфирной смолой
    Тонкая нейлоновая ткань, покрытая слоем поливинилхлорида, также служит неплохим покрытием для взлетно-посадочной вертолетной площадки. Куски ткани свариваются между собой в единое полотнище, и размеры его могут составлять несколько тысяч квадратных метров. В — сложенном виде покрытие укладывается в контейнер и легко перевозится. Как отмечалось в печати, 20 человек разворачивают подобное покрытие за три часа. Края полотнища укладывают в отрытую по периметру траншею, закрепляют анкерами и засыпают грунтом. Покрытие отличается высокой стойкостью к действию влаги, ветра, масел, кислот, огня.
    Пластмассы позволили решить и проблему создания огнеупорных покрытий для взлетно-посадочных полос, используемых реактивными самолетами с вертикальным взлетом и посадкой. Сообщалось, что в результате длительных исследований специалисты отдали предпочтение именно полимерам, а не огнеупорному цементу, бетону и другим материалам. Хлорвиниловая полиэфирная смола с различными присадками, обеспечивающими стойкость к высоким температурам, оказалась в этом случае наиболее надежным покрытием. Покрытие создается путем выливания или разбрызгивания смеси с самого же реактивного самолета перед его посадкой.
    Применение полимерных материалов дает возможность по-новому решать и задачи форсирования водных преград. В печати сообщалось, например, о пешеходных мостах, собираемых из отдельных секций, которые переносят за плечами солдаты.
    Каждая секция длиной 3,3 и шириной 2,1 метра весит около 14 килограммов и представляет собой гибкую слоистую ленту. Средний слой ленты выполнен из полиэтиленового пенопласта с замкнутыми ячейками. Наружные слои ленты изготовлены из полиэтиленовой пленки, армированной нейлоном. Секции усилены также пластмассовыми стержнями, придающими повышенную жесткость ленте в поперечном направлении. Стержни располагаются на расстоянии около метра друг от друга по длине секции. Из секций можно собирать мост большой длины, для чего секции соединяют между собой концами.
    Обычные надувные лодки легко повреждаются пулями, осколками. Если же емкости, придающие десант-но-переправочным средствам плавучесть, заполнить пенопластом или другими полимерами, то эти средства становятся практически непотопляемыми. Одним из лучших материалов для таких целей зарубежные специалисты считают эпоксидную смолу с помещенными в ней крошечными пустотелыми стеклянными шариками. Такой материал практически не поглощает воду после затвердения, плотность его в два раза ниже плотности воды, а предел прочности довольно высок.
***
    До сих пор мы говорили о том, как новые полимерные материалы позволяют решать некоторые проблемы индивидуальной и коллективной защиты личного состава, проблемы полевого размещения войск, преодоления бездорожья и форсирования водных преград. Но есть и много других боевых проблем, решаемых с помощью новых, обладающих замечательными свойствами полимерных материалов. Чтобы читатель имел и о них представление, приведем еще несколько примеров.
    Тончайшая пленка, нанесенная на открытую рану солдата, может спасти ему жизнь. Для этого создан специальный полимер, помещаемый в пузырек под давлением. Легкий нажим на пробку пузырька, и из нее вырывается облачко тонкой пыли из клейкого полимерного вещества, оседающего на пораженное место и образующего тончайшую пленку, останавливающую кровотечение. Такие пузырьки могут находиться в карманах солдат, у санитаров.
    Очень удобны полимерные материалы в полевом водоснабжении войск. Легкие и прочные, скатывающиеся в компактные рулоны емкости, легкие трубы, которые не разрушаются в случае замерзания воды, свободно гнутся при прокладке и свариваются, изготавливаются из пластмасс. Небольшой кусок пленки может превратиться в источник живительной влаги в пустыне, в районах, где отсутствует пресная вода или где вода загрязнена. Для этого достаточно вырыть в грунте воронкообразное углубление, глубиной несколько десятков сантиметров и диаметром около метра, и обложить стенки углубления листами растений, а на дно установить кружку или котелок, в который опустить трубку для питья. Сверху углубление закрывается куском прозрачной пленки, края которой обсыпаются грунтом. На середину пленки кладется груз, скажем, камень, чтобы она приобрела форму воронки. На внутренней поверхности пленки конденсируется влага. По каплям она скатывается в кружку. Одно такое углубление за день может дать свыше литра чистой воды.
    Итак, созданные химиками новые материалы находят все более широкое и разнообразное применение в военном деле. Несомненно, это открывает новые перспективы совершенствования военной техники и способов ведения боевых действий.

ПОМОЩНИКИ АТОМА

Инженер-капитан 1 ранга В. ГЕРАСИМОВ, кандидат технических наук
    Когда говорят об атомном ракетоносном подводном флоте, обычно подчеркивают тот вклад, который внесла в его развитие физика. Действительно, благодаря атомным силовым установкам подводные корабли приобрели способность решать боевые задачи, длительное время не всплывая на поверхность. Однако это не исчерпывало всех проблем, возникавших перед учеными, инженерами, другими специалистами. Немало «поработать» пришлось и химии. Можно сказать больше: эта древняя и в то же время самая молодая наука сыграла решающую роль в превращении подводного корабля с баллистическими ракетами на борту в один из важнейших видов стратегического оружия.
Регенерация «подводной атмосферы»
    Впервые в технике вопрос о необходимости создания искусственной атмосферы, пожалуй, встал именно перед конструкторами подводных лодок. Пополнение запасов кислорода в замкнутом объеме и удаление углекислого газа давалось не просто. Достаточно сказать, что лучшие дизель-электрические лодки могли непрерывно оставаться под водой не более трех суток. Теперь атомный подводный корабль в состоянии свыше двух месяцев не подниматься на поверхность, чтобы «глотнуть» воздуха. Как же этого удалось добиться?
    Прежде всего напомним, что ядерный реактор полностью исключил потребление воздуха двигательной установкой. К тому же он снял жесткие ограничения на использование электроэнергии в подводном плавании. Стало возможным буквально в индустриальных масштабах решать проблему жизнеобеспечения экипажа. И все же трудностей оставалось немало. Чтобы их преодолеть, специалисты и обратились за помощью к химии.
    Необходимый газовый состав атмосферы подводного корабля обеспечивает система регенерации воздуха. В ее состав входят кислородные баллоны и электролитические генераторы. Под действием постоянного тока в генераторах дистиллированная вода разлагается на кислород и водород. Одна такая установка, по данным зарубежной печати, способна производить до 70 кубометров кислорода в сутки. В качестве аварийного средства пополнения запасов кислорода химия предложила так называемые хлоратные свечи — цилиндрические шашки, спрессованные или отлитые из смеси хлората натрия, железного порошка и стеклянной ваты. При сгорании свечей хлорат натрия разлагается на поваренную соль и кислород. Одна свеча дает при этом до трех кубометров кислорода.
    Удаление углекислоты в системе регенерации атомных подводных лодок США происходит в специальных химических реакторах — скрубберах. Их действие основано на способности жидкого органического вещества — моноэтаноламина — поглощать углекислый газ при пониженной температуре и снова выделять его при нагреве. Выделение углекислоты происходит в специальной камере скруббера — десорбере, откуда она удаляется за борт.
    В аварийных условиях углекислый газ поглощает гидроокись лития. Она находится в контейнерах, через которые вентиляторами непрерывно прогоняется воздух.
    Однако оказывается, еще недостаточно поддерживать в отсеках лодки заданную концентрацию кислорода и углекислого газа. Как показали исследования американских специалистов, воздух в отсеках содержит примеси почти 40 видов, половина которых относится к категории вредных для человека. Они образуются при работе различных систем и устройств корабля. Это окись углерода, окислы азота, фреон, водород, метан, аммиак и другие газы, а также взвеси. Борьба с ними на борту лодки ведется с применением обширного арсенала химических средств. Здесь и разнообразные фильтры — от древесноугольного, подобного тому, что используется в противогазах, до электростатических осадителей и каталитических реакторов.
    Примером подобного реактора может служить установка для «дожигания» водорода и окиси углерода. Здесь нагретый воздух прокачивается через слой катализатора — гопкалита. При этом угарный газ окисляется в двуокись углерода, а водород — в пары воды. Очищенный воздух после охлаждения в теплообменнике возвращается в отсеки.
    Многообразие и сложность химических процессов, привлекаемых для создания искусственной атмосферы на борту лодки, несут с собой и определенные трудности. Ведь всеми этими процессами нужно эффективно и согласованно управлять. Вот — почему специалисты стремятся отыскать новые, более простые способы и средства регенерации воздуха. В печати сообщалось, например, о разработке так называемого сульфатного цикла. Суть его заключается в том, что при электролизе сульфата натрия в особых условиях может выделяться кислород и одновременно поглощаться углекислый газ.
    Не оставляют ученые попыток использовать для регенерации воздуха на подводных лодках и биологические процессы. Известно ведь, что растения на свету поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Правда, исследования специалистов, проводившиеся на некоторых видах водорослей, практических результатов тюка не дали: слишком велики по объему получаются такие биологические реакторы — 170 литров на человека. Изыскиваются и принципиально новые методы удаления углекислоты путем вымораживания, использования молекулярных газовых фильтров.
    Однако регенерация решает лишь одну часть задачи поддержания состояния «подводной атмосферы» на уровне необходимых гигиенических требований. Не менее важную роль в обеспечении обитаемости изолированных от внешнего мира отсеков подводной лодки играет кондиционирование воздуха, то есть создание микроклимата, благоприятного для жизнедеятельности экипажа. Более того, в связи с тем, что при работе ядерной энергетики выделяется очень большое количество тепла, кондиционирование воздуха стало просто жизненно необходимым. Не удивительно, что на современных подводных лодках создаются целые фабрики холода. Их часовая производительность нередко превышает миллион килокалорий. Так, на американской атомной лодке «Тритон» вес системы кондиционирования достигает 500 тонн.
    Рабочим веществом — хладагентом — для рефрижераторов подводных лодок служат различные химические вещества. Прежде всего это широко известный газ фреон, который используют и в бытовых холодильниках. Правда, токсичность некоторых производных фреона и шум, который сопровождает работу фреоновых компрессоров, заставили специалистов перейти к новым, бромисто-литиевым абсорбционным холодильным машинам.
Синтетика в отсеках
    Много и другой работы выпало на долю химии внутри подводного корабля. Взять хотя бы такую, на первый взгляд, мелочь, как окраска. Обычные масляные и эмалевые краски были забракованы. Кому не знаком их резкий запах, особенно сразу же после покраски? Правда, через некоторое время в хорошо вентилируемых помещениях он ослабевает, люди перестают его ощущать. Другое дело, когда такие краски применяют на подводных лодках. При длительном подводном плавании концентрация выделяемых ими вредных для человека газов неизбежно будет возрастать. Вот почему на американских атомных лодках, например, внутренние помещения окрашиваются акрильными латексными красками, которые перед покраской растворяются в воде. Они высыхают примерно за 20 минут, дают такой же блеск, как эмали, но не имеют запаха. Окрашенные акрильными красками стены хорошо моются. Этими же красками можно покрывать и внутренние палубы, так как красочный слой хорошо сопротивляется истиранию. Однако покрытия из акрильных красок разрушаются под действием морской воды и температуры свыше 70 градусов.
    Химия дала и многие другие синтетические материалы, которые находят все более широкое применение на подводных лодках. Среди них — полиуретан, относящийся к классу конденсационных полимеров. Полиуретановым пенопластом заполняются труднодоступные проницаемые части между легким и прочным корпусами подводной лодки, внутренние полости рулей и стабилизаторов. Так, на лодках типа «Скипджек» объем заполняемых пенопластом полостей достигает 30 кубометров (рис. 4).
Рис. 4. Почти 30 кубометров междукорпусного пространства этой американской подводной лодки типа «Скипджек» занимает полиуретан
    А самое главное, считают за рубежом, полиуретан незаменим в биологической защите ядерных энергетических установок. Он входит в состав боропласта, который изготовляется из полиуретановой пластмассы с добавлением полиэтиленовых или нейлоновых зерен, содержащих химический элемент бор. Как известно, бор эффективно поглощает нейтроны и, следовательно, обеспечивает защиту экипажа и аппаратуры от нейтронного излучения.
    Полиуретановый пенопласт служит и для амортизации пусковых труб баллистических ракет, для теплоизоляции обшивки прочного корпуса изнутри подводной лодки и трубопроводов с холодной водой. Всего же на каждой атомной ракетной лодке, сообщала печать, используется для различных целей до 90 кубометров пенопласта.
    Наконец, полиуретан применялся и еще в одной совершенно неожиданной, на первый взгляд, области. А именно, в смеси с сополимером бутадиена и акриловой кислоты, либо с присадками алюминия и перхлората аммония входил в — состав твердотопливной смеси для двигателей баллистических ракет «Поларис» А-1 и А-2. Таким образом, на современных подводных лодках полиуретан стал поистине универсальным материалом.
    Совершенно необычен случай применения синтетики на исследовательской подводной лодке «Алюминаут». Эта лодка рассчитана на глубину погружения до 4500 метров. Секции ее прочного корпуса с обшивкой толщиной свыше 150 миллиметров из термически обработанного алюминиевого сплава нельзя было сваривать. Как же поступить? Инженеры-кораблестроители решили склеить секции друг с другом фенольным нитроклеем и стянуть болтами. Опыт оказался удачным.
    На подводных лодках широко применяются различные пневматические конструкции, изготовленные из прорезиненных синтетических материалов. Это и надувные сходни, выдерживающие нагрузку до 700 килограммов, надувные шлюпки и даже надувные гимнастические кабины, которые предохраняют матросов, выполняющих упражнения, от ударов о детали лодки и ее устройств. Некоторые лодки имеют вентиляционные трубопроводы, собранные из поливинилхлоридных труб. Как видно, для подводного кораблестроения настала пора поистине триумфального шествия синтетики.
Химия в энергетике
    В ядерных энергетических установках подводных лодок США используются многие химические элементы и синтетические органические соединения. Среди них — ядерное горючее в виде обогащенного делящимся изотопом урана; графит, тяжелая вода или бериллий, используемые как отражатели нейтронов для уменьшения их утечки из активной зоны реактора; бор, кадмий и гафний, входящие в состав стержней управления и защиты; свинец, применяемый в первичной защите реактора наряду с бетоном; цирконий в сплаве с оловом, служащий конструкционным материалом для оболочек тепловыделяющих элементов; катионитные и анионитные смолы, используемые для загрузки ионообменных фильтров, в которых первичный теплоноситель установки — вода высокой степени очистки освобождается от растворенных и взвешенных в ней частиц.
    Важная роль отводится химии и в обеспечении работы различных систем подводных лодок, например системы гидравлики, имеющей прямое отношение к управлению энергетической установкой. Американские химики долго работали над созданием рабочих жидкостей для этой системы, способных действовать при высоком давлении (до 210 атмосфер), безопасных в пожарном отношении и неядовитых. Сообщалось, что для предохранения трубопроводов и арматуры системы гидравлики от коррозии при обводнении забортной водой в рабочую жидкость добавляется хромат натрия.
    Разнообразные синтетические материалы — пенопласта, синтетический каучук, поливинилхлорид и другие широко используются на лодках для уменьшения шума механизмов и повышения их взрывостойкость Из таких материалов изготовляются звукоизолирующие покрытия и кожухи, амортизаторы, звукоизолирующие вставки в трубопроводы, звукозаглушающие подвески.
    Химические аккумуляторы энергии, например в виде так называемых пороховых аккумуляторов давления, начинают применяться (правда, пока еще в экспериментальном порядке) для аварийного продувания цистерн главного балласта. Твердотопливные заряды используются на ракетных подводных лодках США и для обеспечения подводного старта ракет «Поларис». При сгорании подобного заряда в присутствии пресной воды в специальном генераторе образуется парогазовая смесь, которая выталкивает ракету из пусковой трубы.
    Чисто химические источники энергии используются на некоторых типах состоящих на вооружении и разрабатываемых за рубежом торпед. Так, двигатель американской быстроходной парогазовой торпеды Мк16 работает на спирте, воде и перекиси водорода. Находящаяся в разработке торпеда Мк48, как сообщалось в печати, имеет газовую турбину, работа которой обеспечивается твердотопливным зарядом. Некоторые экспериментальные реактивные торпеды снабжены силовыми установками, работающими на реагирующем с водой топливе.
    В последние годы нередко говорилось о новом типе «единого двигателя» для подводных лодок, основанного на новейших достижениях химии, в частности на использовании как источника энергии так называемых топливных элементов. Подробно о них говорится далее, в специальной главе этой книги. Пока лишь укажем, что в каждом из таких элементов протекает электрохимическая реакция, обратная электролизу. Так, при электролизе воды на электродах выделяются кислород и водород. В топливном же элементе к катоду подводится кислород, а к аноду — водород, и ток, снимаемый с электродов, идет во внешнюю для элемента сеть, где его можно использовать для привода гребных электродвигателей подводной лодки. Другими словами, в топливном элементе химическая энергия непосредственно преобразуется в электрическую без промежуточного получения высоких температур, как в обычной цепочке электростанции: котел — турбина — электрогенератор.
    Материалом для электродов в топливных элементах могут служить никель, серебро и платина. В качестве топлива возможно применение жидкого аммиака, нефти, жидкого водорода, метилового спирта. В качестве окислителя обычно используется жидкий кислород. Электролитом может быть раствор едкого калия. В одном западногерманском проекте топливных элементов для подводной лодки предлагается использовать перекись водорода высокой концентрации, при разложении которой получаются одновременно и топливо (водород) и окислитель (кислород).
    Энергетическая установка с топливными элементами в случае ее применения на лодках позволила бы отказаться от дизель-генераторов и аккумуляторных батарей. Она обеспечила бы также бесшумную работу главных двигателей, отсутствие вибрации и высокий коэффициент полезного действия — около 60–80 процентов при перспективном удельном весе установки до 35 килограммов на киловатт. По расчетам иностранных специалистов, расходы па постройку подводной лодки с топливными элементами могут быть вдвое-втрое ниже затрат на строительство атомной подводной лодки.
    Печать сообщала, что в США велись работы по созданию наземного прототипа лодочной энергетической установки с топливными элементами. В 1964 году начались испытания такой установки на сверхмалой исследовательской подводной лодке «Стар-1», мощность гребного двигателя ее всего лишь 0,75 киловатт. По данным журнала «Шиф унд Хафен», опытная установка с топливными элементами создана также в Швеции.
    Большинство зарубежных специалистов склоняется к тому, что мощность энергетических установок этого рода не превзойдет 100 киловатт, а время их непрерывной работы 1000 часов. Наиболее рациональным поэтому считается применять топливные элементы прежде всего на сверхмалых и малых подводных лодках исследовательского или диверсионно-разведывательного назначения с автономностью около одного месяца.
    Создание топливных элементов не исчерпывает всех случаев применения достижений электрохимии в подводном деле. Так, на атомных подводных лодках США применяются щелочные никель-кадмиевые аккумуляторы, при зарядке которых выделяется не водород, а кислород. На некоторых дизельных подводных лодках этой страны вместо кислотных аккумуляторных батарей применяют щелочные серебряно-цинковые аккумуляторные батареи, обладающие втрое большей удельной энергией.
    Еще более высоки характеристики серебряно-цинковых аккумуляторов одноразового действия для электроторпед подводных лодок. В сухом состоянии (без электролита) они могут храниться годами, не требуя никакого ухода. А приведение их в готовность занимает буквально доли секунды, причем аккумуляторы могут содержаться в снаряженном виде 24 часа. Габариты и вес подобных батарей в пять раз меньше, чем эквивалентных им свинцовых (кислотных). Некоторые типы торпед, которые состоят на вооружении американских подводных лодок, имеют батареи с пластинами из магния и-хлорида серебра, работающие на морской воде и также обладающие повышенными характеристиками.
Сверхпрочность и сверхскорость
    Химия — одна из наиболее бурно развивающихся отраслей науки. Ее достижения в создании новых материалов все чаще заставляют специалистов пересматривать возможности и перспективы решения разнообразных технических проблем. Не составляет исключения и подводное кораблестроение, в частности, такая его проблема, как увеличение прочности корпуса подводного корабля. На каждый квадратный метр поверхности подводной лодки, погрузившейся на глубину, скажем, 200 метров, давит столб воды весом свыше 200 тонн. А ведь современные подводные корабли уходят и на значительно большие глубины. Противостоять такому чудовищному гидростатическому давлению может лишь корпус из высокопрочной стали. Но только ли из стали?
    Несмотря на высокую прочность, сталь тяжела, велика ее плотность. С этим недостатком конструкторы в ряде случаев уже не могут мириться. Известно, что в авиации, ракетной технике со сталью все увереннее соперничают титан и его сплавы. За рубежом предпринимаются попытки использовать этот новый металл в кораблестроении. Сообщалось, что в США построена малая экспериментальная подводная лодка с корпусом из титанового сплава длиной 16 метров.
    Но у титана свои недостатки. Он с трудом поддается обработке, плохо сваривается обычными методами, чувствителен к ударным нагрузкам. Вот почему иностранные исследователи ищут преемника стали и среди неметаллических материалов. Тем более, что с появлением пластмасс стало возможным создавать материалы с заранее заданными свойствами. Однако прочности-то порой пластмассам не хватает. Пример подал бетон. Пронизанный стальной арматурой, он превращается в крепчайший железобетон. Попробовали подобный метод для пластмасс: в синтетическую смолу включили арматуру из стеклянного волокна — и родился стеклопластик.
    Плотность его в четыре раза ниже, чем у стали, а прочность лишь незначительно меньше.
    Стеклопластики уже нашли себе не одну область применения на подводных лодках. Из них, например, изготовляют надстройки и ограждения рубок, обтекатели выдвижных устройств (перископов, антенн, воздушных шахт) и легкие корпуса спасательных аппаратов (рис. 5). Применение таких пластмассовых надстроек и ограждений снимает заботы о коррозии, позволяет достичь экономии в весе высоко расположенных частей корпуса, а значит, повысить остойчивость корабля. Сокращаются расходы, поскольку ограждение из стеклопластика при массовом производстве, как сообщалось, обходится втрое дешевле алюминиевого.
Рис. 5. Модель спасательной подводной лодки с легким корпусом из стеклопластика
    На экспериментальной лодке США «Дельфин» с глубиной погружения до 600–900 м из стеклопластика изготовлены баллоны сжатого воздуха. Иностранная печать отмечает такие качества этих баллонов, как вдвое меньший вес сравнительно с металлическими, повышенную ударостойкость, неподверженность коррозии и немагнитные свойства их материала. Из стеклопластика изготовлены также корпуса твердотопливных двигателей баллистических ракет «Поларис» А-2 и А-3.
    Известны случаи и непосредственного применения эпоксидных смол на подводных лодках. Например, ими покрывают алюминиевые обтекатели выдвижных устройств, чтобы предохранить их от коррозии. Сейчас в США проводятся всесторонние лабораторные и полу-натурные испытания моделей отсеков прочного корпуса, которые выполнены из конструкционных пластмасс, также преимущественно относящихся к стеклопластикам.
    Вместе с тем еще в 1964 году печать сообщала о проводимых в США работах по созданию сверхпрочного материала из волокон бора и эпоксидных смол. Ожидалось, что этот материал будет прочнее стали и легче алюминия. При этом указывалось, что, несмотря на его дороговизну, новый материал может найти применение в корабельных конструкциях. Другой сверхпрочный материал создавался американскими специалистами на основе эпоксидных смол и войлока из тончайших сапфировых усиков.
    В последние годы в зарубежной печати много пишут о возможном использовании силикатного стекла для постройки прочных корпусов глубоководных аппаратов (рис. 6). Оказалось, что его прочность возрастает с увеличением глубины погружения. Так, по данным журнала «Кроузнест», на глубине более 6000 метров стеклянная сфера становится впятеро прочнее, чем на поверхности воды.
Рис. 6. Так выглядят по зарубежным проектам глубоководные аппараты из силикатного стекла
    Когда на стекло наносили слой пластиката толщиной немного более 3 миллиметров, значительно уменьшалась его чувствительность к ударам. Упрочнения стекла и повышения его стойкости по отношению к ударным нагрузкам и изгибным напряжениям достигали также путем специальной химической обработки поверхности стеклянных сфер.
    Свое первое практическое применение стеклянные сферы нашли в так называемых синтактических пеноматериалах. Эти пенопласты представляют собой смесь стеклянных микросфер с эпоксидной смолой или иным связующим материалом. Они имеют плотность около 600 кг/м3 и способны противостоять давлению воды на глубинах до 6 тысяч метров. Синтактические пенопласты уже используются для заполнения пространства между легким и прочным корпусом на ряде глубоководных аппаратов США. Как сообщала печать, в лаборатории ВМС США разрабатывают методы использования этих материалов в трехслойных корпусных оболочках в качестве прослойки между двумя слоями стеклопластиков. Иностранные специалисты считают, что в недалеком будущем подобные конструкции будут применяться и при постройке подводных лодок.
    Существует еще одна область применения химии в подводном кораблестроении. Речь идет о снижении гидродинамического сопротивления подводных объектов, позволяющем улучшить их скоростные качества. Одним из перспективных направлений здесь считают введение водных взвесей полимеров в пограничный слой движущихся под водой тел, на-пример торпед. Журнал «Дэйта» пишет, что при подаче через носовую часть торпеды раствора относительно слабой концентрации (0,2 процента) скорость хода торпеды в условиях натурного эксперимента возрастала за три секунды на 45 процентов (рис. 7).
Рис. 7. Изменение скорости (v) торпеды при подаче водного раствора полимера в пограничный слой
    По сообщению газеты «Нэйви таймс», специалисты лаборатории английского адмиралтейства в Хасларе считают возможным применение полимеров и для повышения скоростных качеств боевых кораблей. Эксперименты с моделью эсминца, имевшей систему подачи раствора полимера через щели в обшивке, — показали, что даже при весовой концентрации раствора на уровне тысячной доли процента сопротивление трения модели снижалось на одну треть.
    В 1968 году англичане приступили к подготовке аналогичного натурного эксперимента на базовом тральщике. В обшивке этого корабля прорезаны два ряда щелей: один в носу, другой — немного в корму от штурманской рубки. Кроме того, установлены бак для полимерного порошка, приемные клапаны для забортной воды, особая цистерна, в которой непосредственно на корабле будет приготовляться раствор полимера в морской воде, и насос для подачи раствора в пограничный слой корабля. В случае успеха этого опыта, отмечалось в печати, описанный способ снижения сопротивления может быть применен и на подводных лодках.
    Сейчас еще трудно сказать, когда именно будут реализованы на практике все те возможности, которые открывает конструкторам подводных лодок современная химия. Но совершенно очевидно, что полное использование ее достижений служит необходимым условием прогресса в подводном кораблестроении, как, впрочем, и во многих других областях науки и техники нашего времени,

ХИМИЯ и СТРЕЛКОВО-АРТИЛЛЕРИЙСКИЕ БОЕПРИПАСЫ

Инженер-полковник И. ГРИШИН, доцент, кандидат технических наук
    Бурный прогресс современной химии привел к тому, что ее достижения оказывают все большее влияние на развитие вооружения, боевой техники и снаряжения. Новые материалы позволяют не только облегчить тот или иной образец, но и существенно изменить его качества. Очень хорошо это видно на примере развития современных стрелково-артиллерийских боеприпасов.
    Начнем с патронов для стрелкового оружия — винтовок, пистолетов-пулеметов и пулеметов. Напомним, что основой такого патрона служит металлическая гильза. Она объединяет в единое целое пороховой заряд, капсюль-воспламенитель и пулю, защищает заряд и капсюль от неблагоприятных воздействий внешней среды, механических повреждений. Плотно прилегая к стенкам патронника, гильза не дает пороховым газам прорываться назад во время выстрела. Наконец, определенная форма гильзы — в виде бутылки с закраинами у дна дает возможность извлекать ее из патронника, обеспечить автоматическое перезаряжение оружия. Но гильзы с давних пор изготовляются из цветных Металлов, что при массовом, в огромных количествах, производстве весьма дорого. Не менее существенно и то, что вес металлических гильз велик, он в большой степени определяет боекомплект, который может носить с собой солдат. Все это и заставило специалистов, отмечала зарубежная печать, обратить самое пристальное внимание на возможности создания безгильзовых патронов. И опорой, союзницей в этих исследованиях стала химия.
    Сообщалось, что подобные работы последовательно прошли следующие три стадии: разработку прессованного порохового заряда в гильзе, разрушающейся при выстреле; получение безгильзового заряда с коротким металлическим обтюратором, то есть уплотнением, предотвращающим прорыв пороховых газов назад через затвор, и наконец, создание полностью безгильзового патрона.
    Безгильзовый патрон состоит из следующих элементов: капсюля-воспламенителя, прессованного или литого порохового заряда с водостойким покрытием, опорной втулки и пули. Все эти элементы, кроме металлической пули, полностью сгорают при выстреле; соединены они в единый патрон тоже сгорающим клеющим веществом. Воспламенение капсюля осуществляется от электрической батареи.
    Как утверждает зарубежная печать, в ходе опытных стрельб была практически доказана пригодность подобных патронов калибра 5,56; 7,62 и 20–30 мм для стрельбы из однозарядного, самозарядного и автоматического оружия как с магазинным, так и с ленточным питанием. При этом подчеркивалось, что без-гильзовые патроны, равноценные по баллистическим характеристикам соответствующим стандартным патронам с металлической гильзой на 10–25 процентов дешевле, на 45–53 легче и на 29–35 процентов меньше по объему.
    Уменьшение стоимости безгильзовых патронов объясняют не только отсутствием дефицитных цветных металлов, но и простотой технологии изготовления. Так, для производства 7,62-мм металлической гильзы требуется 13 операций механической обработки, а прессованный пороховой заряд безгильзового патрона изготавливается за четыре операции. Безгильзовый 7,62-мм патрон (рис. 8) весит 12,7 грамма и имеет длину 51 миллиметр. Поэтому применение его вместо стандартного 7,62-мм винтовочного патрона весом 25 граммов и длиной 71 миллиметр позволяет при той же нагрузке солдата вдвое увеличить носимый им боекомплект или при том же боекомплекте наполовину уменьшить его вес. Изыскивая резервы на разбойничью войну во Вьетнаме, американские специалисты подсчитали, что если бы армия США применяла во Вьетнаме безгильзовые патроны, то на транспортировку их потребовалось бы на одну треть меньше транспортных средств.
Рис. 8. Стандартный (слева) и безгильзовый патрон калибра 7,62 мм
    К достоинствам относят и то, что при использовании безгильзовых патронов отсутствуют стреляные гильзы. В оружии отпадает, таким образом, необходимость в механизмах выбрасывания и отражения гильз, можно облегчить затвор и ствольную коробку и повысить за счет этого скорострельность. Не нужны устройства для сбора гильз в бронированных машинах и летательных аппаратах.
    Вместе с тем отмечают и проблемы, которые предстоит разрешить прежде, чем новые боеприпасы обретут равные права с обычными. Так, во время продолжительной стрельбы не исключена еще возможность преждевременного выстрела из-за чрезмерного нагрева патронника. Нужны специальные устройства для извлечения патрона при осечке. Оставляет желать лучшего и обтюрация пороховых газов, предотвращение их прорыва назад через затвор. Существенные трудности, отмечает печать, представляет пока производство безгильзовых патронов с использованием высокопроизводительного оборудования, их хранение и транспортировка.
    Пытаясь решить подобные проблемы, американская фирма «Смит и Вессон» разработала 9-мм безгильзовый патрон длиной 25 миллиметров и весом 8,4 грамма и приспособила его для стрельбы из пистолетов-пулеметов «Карл Густав» и М76. Модификация обоих образцов свелась в основном к переделке затвора: убрали ударник и выбрасыватель, а на переднем срезе установили два электрода. Пистолеты-пулеметы имеют трехпозиционный предохранитель-установщик вида огня (одиночный или автоматический) и выключатель цепи воспламенения. Питается пистолет-пулемет из коробчатого магазина емкостью 36 патронов. Воспламеняется пороховой заряд при выстреле от 30-вольтовой сухой электрической батареи, расположенной впереди спусковой скобы (рис. 9).
Рис. 9. Пистолет-пулемет, модифицированный для стрельбы безгильзовыми патронами:
1 — коробка для электрической батареи; 2 — установщик вида огня — предохранитель; 3 — выключатель цепи воспламенения
    Опытные стрельбы показали, что по баллистическим характеристикам и кучности боя 9-мм безгильзовые патроны почти идентичны таким же стандартным патронам НАТО с латунной гильзой. Например, при стрельбе из пистолета-пулемета М76 (темп огня 640 выстрелов в минуту) начальная скорость пули безгильзовых патронов была равна 335–365 м/сек, а при использовании стандартных патронов — 340 м/сек. Проблему выбрасывания патрона после осечки фирма пытается решить, применяя либо закраины, отпрессованные на пороховом заряде, либо выступы на оболочке пули, либо, наконец, используя принцип всасывания. Для увеличения долговечности безгильзовых патронов и безопасности обращения с ними химики фирмы разрабатывают новое водонепроницаемое и огнестойкое покрытие для порохового заряда.
    После отработки оружия под 9-мм патрон фирма «Смит и Вессон» предполагает использовать этот опыт при создании винтовки под 5,56-мм безгильзовый патрон. Правда, винтовка такого калибра, как сообщалось, уже создана фирмой «Дейзи Мэньюфекчюринг». Но в ней применяются безгильзовые патроны марки VL (инициалы бельгийского химика В. Лангенховена, разработавшего этот патрон). Они отличаются от патронов фирмы «Смит и Вессон» тем, что не имеют электрического капсюля-воспламенителя. В патронах VL пороховой заряд воспламеняется струей сжатого воздуха, нагреваемого при сжатии до 1090 градусов.
    Оценивая подобные разработки, иностранные специалисты указывают, что благодаря успехам современной науки, и прежде всего химии, уже в ближайшие годы новому виду патронов может быть открыта широкая дорога. А это, полагают, окажет значительное влияние на тактико-технические свойства стрелкового оружия будущего, технологию производства боеприпасов и материально-техническое обеспечение войск.
    Немалое будущее сулят на страницах зарубежной печати и исследованиям, направленным на повышение бронепробиваемости боеприпасов малого калибра.
    В 1967 году в журнале «Авиэйшн уик» появилось сообщение о том, что в США разрабатываются новые виды пуль — урановые. Падкие на сенсацию издания окрестили их даже «магическими». Пули эти демонстрировала военным специалистам фирма «Томпсон-Рамо-Вулридж», после чего министерство обороны США выдало ей контракт на проведение дальнейших исследований.
    Что же такое урановые пули? Как известно, уран — один из самых тяжелых природных элементов. Его удельный вес равен 19,05 г/см3, тогда как у стали и свинца он составляет соответственно 7,8 и 11,35 г/см3. Отсюда и вытекает возможность создавать небольшие по объему дули, масса которых соответствовала бы массе боеприпасов более крупных калибров. Но дело не только в большом удельном весе урана, важны, отмечают специалисты, и его химические свойства.
    Для изготовления урановых пуль использовался обедненный, то есть очищенный от способных к делению радиоактивных изотопов, уран. В связи с тем что твердый уран воспламеняется уже при температуре 150–200 градусов, пули снабдили жаростойким покрытием, защищающим от воздействия высокой температуры, возникающей при полете из-за трения о воздух.
    При встрече с броней урановая пуля проникает в нее и теряет при этом жаростойкое покрытие. В зоне контакта урана с броней мгновенно развивается высокая температура, обусловленная как эффектом удара пули о преграду, так и теплом, которое образуется при вступлении урана в экзотермическую, то есть идущую с выделением тепла, химическую реакцию со сталью брони. Тепла в результате реакции выделяется столько, что пуля, как сообщалось, на своем пути расплавляет металл брони и образует в ней отверстие, во много раз превосходящее диаметр пули. К тому же, пробив броню, нагретый до очень высокой температуры уран пули вступает с воздухом заброневого пространства в реакцию окисления, протекающую со взрывом, ударная волна которого способна поразить экипаж и вывести из строя бронированную машину.
    В печати отмечалось, что стреловидные урановые пули длиной 102 и диаметром 2,54 миллиметра при испытаниях пробивали броню толщиной до 50 миллиметров. Для стрельбы были разработаны 7,62-мм восьмиствольный скорострельный пулемет и автоматическая 35-мм пушка. «Снаряд» пушки представлял собой пучок урановых пуль, установленных в одном пластмассовом поддоне, отделяющемся после выстрела. Подчеркивалось, что при высокой начальной скорости урановые пули обладают кинетической энергией, обеспечивающей хорошую бронепробиваемость даже при больших углах встречи с броней. Так, при опытных стрельбах из 35-мм пушки пробивалась броневая плита толщиной 32 миллиметра, установленная — под углом 60 градусов от вертикали.
    Посмотрим теперь, как влияют достижения химии на развитие артиллерийских боеприпасов. Судя по сообщениям зарубежной — печати, это влияние идет не по одному — по нескольким путям.
    На протяжении десятков лет инженеры-артиллеристы трудились над тем, чтобы повысить начальную скорость снарядов. Чем больше эта скорость, тем при прочих равных условиях дальше летит снаряд и тем выше его бронепробиваемость. В зарубежной печати указывалось, что с 1940 по 1960 год начальная скорость бронебойных снарядов увеличилась с 600 до 1000 м/сек. Но требовалось дальнейшее увеличение скорости, и в этом помогла… химия.
    Дело в том, что при начальной скорости снаряда свыше 1000 метров в секунду его классические ведущие пояски из меди или отожженного железа быстро изнашивают ствол орудия. Применение же нейлоновых и фторопластовых (тефлоновых) ведущих поясков позволило не только резко увеличить скорость снарядов, но и намного продлить срок службы стволов. Начальная скорость подкалиберных снарядов для зарубежных танковых пушек уже находится в пределах 1400–1500 м/сек.
    Химия указала и другой путь повышения живучести стволов — добавление к пороховому заряду специальных присадок — флегматизаторов. В частности, весьма перспективными присадками иностранные специалисты считают смесь углеводородов (парафин, воск) с тонко измельченным порошком сернокислого или углекислого кальция. Этой смесью пропитывается шелковая, хлопчатобумажная или синтетическая ткань, которой затем обертывают не менее половины передней части порохового заряда. При выстреле смесь испаряется, и температура пороховых газов, омывающих внутренние стенки ствола, понижается, уменьшая тем самым разгар, разрушение ствола.
    Об эффективности действия подобных присадок судят, в частности, по результатам опытных сравнительных стрельб из 105-мм орудия. Оказалось, что в зависимости от вида присадок и соотношения их компонентов канал ствола изнашивается меньше в шесть, восемь и даже в 20 раз. Считают, что такие сравнительно дешевые присадки целесообразно применять в стрелково-артиллерийских боеприпасах любого калибра.
    Успехи химической науки позволяют создавать и новые виды боеприпасов. Как известно, во время второй мировой войны появился новый тип снаряда для поражения брони — кумулятивный, то есть концентрирующий энергию взрыва в одном направлении. Долгое время усилия специалистов, совершенствующих кумулятивный заряд, были направлены в основном на получение максимальной бронепробиваемости при относительно малом весе боеприпаса. Их не смущало, что во многих случаях диаметр пробоин в броне был небольшим, с диаметр карандаша. Но при такой пробоине степень поражения экипажа и механизмов боевой машины была незначительной. Впоследствии взгляды на бронепробиваемость изменились. В зарубежной литературе стали подчеркивать, что толщина брони, которую может пробить боеприпас, мало говорит о его достоинствах. Необходимо оценивать все факторы, обусловливающие эффективность стрельбы, и особенно поражающий эффект за броней.
    Исследования химиков в этом направлении привели к созданию нового взрывчатого вещества — пластического. Его можно мять руками, как пластилин или замазку. Снаряды, снаряженные им, в зарубежной печати называют бронебойно-фугасными. Их оживальная часть представляет собой тонкую металлическую оболочку, которая заполнена пластическим взрывчатым веществом. При встрече с броней оболочка разрушается и взрывчатое вещество при помощи специального взрывателя подрывается на поверхности брони. Осколки брони, отколовшиеся с ее внутренней поверхности, поражают экипаж танка, вызывают взрыв боеприпасов, пожар.
    Снаряд с пластическим взрывчатым веществом, отмечала печать, в настоящее время настолько усовершенствован, что стал обладать не только бронебойным, но и очень высоким осколочно-фугасным действием. По разрушительному эффекту он даже превосходит осколочно-фугасную гранату. Разрываясь на поверхности бетонной преграды, граната почти не повреждает ее. А снаряд с пластическим ВВ, наоборот, разрушает преграду на множество обломков. Они разлетаются в радиусе до 40 метров, поражая находящихся за укрытием материальную часть и людей.
    Однажды во время показательных стрельб разведывательный бронеавтомобиль был укрыт срубом из бревен. Оказалось, что, используя осколочно-фугасные гранаты, разрушить бревенчатую защиту можно лишь несколькими выстрелами. При стрельбе же Снарядами с пластическим взрывчатым веществом укрытие было снесено первым выстрелом, а второй полностью разрушил бронеавтомобиль.
    Снаряды с пластическим взрывчатым веществом включены в боекомплекты танков и противотанковых орудий английской и некоторых других иностранных армий. Снаряд американского 106-мм безоткатного орудия М40, например, снабжен зарядом пластического взрывчатого вещества весом 3,6 килограмма. В печати отмечалось, что подобным снарядам нет необходимости сообщать очень большую скорость. Например, максимальная эффективность 105-мм снаряда, входящего в боекомплект американского танка М60А1, достигнута при начальной скорости 800 м/сек.
    Химия, однако, помогает не только в создании новых боеприпасов, но и обеспечивает их экономию. Этому служат имитаторы огня, используемые в боевой подготовке. В американской армии применяют, например, имитаторы огня танковых пушек, которые воссоздают для экипажа танка и взаимодействующей с ним пехоты все явления, сопровождающие реальный орудийный выстрел: вспышку, звук и дым. В конструкцию такого имитатора входят баллоны с кислородом, газом пропаном и дымовой цилиндр. Когда наводчик или командир танка нажимает на спусковой крючок и замыкает тем самым цепь выстрела, кислород и пропан поступают в короткую трубу, смонтированную на броневой защите пушки, воспламеняются и создают световой и звуковой эффекты. Одновременно из дымового цилиндра выходит соединение титана, которое имитирует дым выстрела.
    Как отмечалось в печати, подобный имитатор можно устанавливать на любых танках, вооруженных 76-, 90- и 105-мм пушками. Один его «выстрел» обходится в сотни раз дешевле, чем холостой выстрел 90-мм пушки. Подчеркивают также, что общий вес трех баллонов с пропаном и кислородом и одного дымового цилиндра, обеспечивающих производство 65 имитаций выстрелов, составляет 37,6 килограмма, в то время как такое же количество 90-мм холостых выстрелов весит в 12 раз больше.
    До последнего времени за рубежом подавляющее большинство артиллерийских гильз изготовлялось из латуни. Но латунь сравнительно дорогой металл, а в условиях массового производства боеприпасов в военное время становится дефицитным материалом. Поэтому войска обязаны были собирать стреляные гильзы и отправлять их в тыл для повторного использования или переплавки. К тому же латунная гильза имеет большой вес — на ее долю приходится около 30 процентов веса унитарного патрона.
    Не удивительно, что с появлением синтетических материалов за рубежом сразу были начаты работы по созданию пластмассовых гильз, которые могли бы заменить латунные. В 1957 году в США проводились испытания 105-мм артиллерийских гильз, изготовленных из пластмассы. Они были почти в 2,5 раза легче латунных. Во время опытных стрельб пластмассовые гильзы подвергались воздействию пороховых газов, имеющих давление до 2450 кг/см2 и температуру до 2130 градусов. Несмотря на это, многие гильзы после выстрела оказались неповрежденными, их можно было использовать вторично.
    В зарубежной печати сообщалось, что одна из американских фирм методом штамповки и литья производит из фибры артиллерийские гильзы, контейнеры для ракет, укупорку для хранения радиовзрывателей и т. п.
    В Англии на одной из выставок демонстрировались контейнеры из полимерных материалов для 81-мм мин и для снарядов к 84-мм безоткатному орудию, полистироловый контейнер для выстрелов 105-мм самоходной пушки «Аббот». Посетители выставки могли также увидеть дополнительные заряды к 81-мм миномету, заключенные в водонепроницаемую, полностью сгорающую при выстреле целлулоидную оболочку; обтюрирующее кольцо из поликарбоната для того же миномета и переходную муфту под взрыватель, изготовленную из фенолформальдегидных смол.
    Зарубежные специалисты отмечают, что стоимость подобных изделий относительно низка. За счет изменения соотношения компонентов (целлюлозного волокна, синтетического волокна и связующей смолы) можно широко и целенаправленно изменять физические характеристики материалов, из которых они сделаны. В качестве другого примера использования пластмасс в боеприпасном деле можно назвать принятые в 1963 году на вооружение французской армии холостые винтовочные патроны калибра 7,5 и 7,62 мм, гильзы их изготовлены из пластмассы.
    Учитывая такие качества пластмассовых гильз, как небольшой вес, высокая коррозийная стойкость и дешевизна, зарубежные специалисты считают, что в дальнейшем следует ожидать более широкого применения их вместо латунных в полевой артиллерии. Что же касается танков и самоходных установок, то здесь дело обстоит несколько иначе. Указывают на то, что башни и рубки танков и самоходок имеют ограниченные размеры, а гильзы — будь они латунными или пластмассовыми — при стрельбе загромождают боевое отделение и стесняют действия экипажа. Вместе с гильзами в боевое отделение проникают ядовитые пороховые газы, которые, несмотря на наличие эжектора и системы вентиляции, снижают боеспособность экипажей.
    Эти обстоятельства ведут к необходимости делать люки в броне боевых машин, хотя это ослабляет ее, оснащать такие машины специальными устройствами для автоматического выбрасывания гильз из боевого отделения сразу после выстрела.
    Кроме того, гильзы имеют большую длину. Чтобы обеспечить нормальную работу затвора орудия, удаляющего их после выстрела из патронника, приходится, как отмечалось в печати, увеличивать размеры и вес башни, уменьшать углы вертикального обстрела, особенно угла склонения. Поэтому за рубежом уделяют большое внимание разработке гильз, которые сгорали бы при выстреле.
    Создание таких гильз, по заявлениям иностранных специалистов, — трудная техническая задача. Основное требование здесь — полное сгорание гильзы, так как оставшиеся в стволе орудия несгоревшие куски неизбежно приведут к разрыву ствола при очередном выстреле. Считается, что особенно сложно создать прочный, полностью сгорающий корпус воспламенителя. Вместе с тем гильза должна быть жаростойкой, чтобы при интенсивной стрельбе она не воспламенялась преждевременно, соприкоснувшись с горячими стенками зарядной каморы. Она должна быть и прочной, способной переносить все превратности транспортировки и хранения.
    Но все эти задачи оказались по плечу современной химии. В США, например, в результате десятилетних исследований были разработаны сгорающие гильзы, которые, по сообщениям печати, полностью отвечают отмеченным требованиям. Во время испытаний летом 1962 года в форту Нокс ящики со сгорающими гильзами четырежды сбрасывали с высоты 1,2 метра, причем каждый раз они приземлялись на другой угол. Во время такого испытания, имитировавшего случай наиболее грубой выгрузки боеприпасов с платформы автомобиля, гильзы не получали повреждений.
    Не пострадали они и при проверке на вибрацию, имитирующую пробег автомобиля на 4800 километров по обычным дорогам. Затем ничем не защищенные гильзы бросали с высоты 1,8 метра на железобетонную плиту. При этом только одна гильза получила небольшие повреждения, которые, однако, не исключали ее боевого использования. Большие нагрузки обычно приводят к таким помятостям металлических гильз, которые делают невозможным их применение. Сгорающие же гильзы во многих случаях получали повреждения, допускающие их дальнейшее использование.
    Во время испытательных стрельб было установлено, что новые гильзы не подвержены самовоспламенению в патроннике и сгорают полностью, так же как и воспламенитель. Оказалось, что за счет их сгорания можно получить некоторое повышение давления в канале ствола и увеличить тем самым начальную скорость снаряда.
    В печати отмечалось, что предварительные результаты форсированных испытаний сгорающих гильз в условиях низких и высоких температур, повышенной влажности дают основания полагать, что они могут храниться столько же, сколько и металлические гильзы, или даже дольше. Защита новых гильз от повреждений грызунами, термитами и другими биологическими вредителями, по сообщениям американской прессы, легко обеспечивается включением соответствующих добавок в материал, из которого сделана гильза. Отмечалось, что технология производства сгорающих гильз довольно проста. Для этого не требуется дефицитного сырья и тяжелого машинного оборудования, необходимых для изготовления металлических гильз.
    В США разработаны полностью сгорающие гильзы для артиллерийских орудий различных калибров (рис. 10). Однако конструкция затворов многих орудий не позволяет их использовать: уплотнения казенного среза ствола не защищают от обратного прорыва пороховых газов. Поэтому американские специалисты считают массовое применение новых гильз в настоящее время экономически нецелесообразным. Это потребовало бы больших расходов на переделку затворов орудий, которая к тому же лишила бы войска возможности использовать имеющиеся запасы выстрелов с металлическими гильзами.
Рис. 10. Частично сгорающие 105-мм гаубичная и пушечная гильзы (две средние) и полностью сгорающие гильзы калибра 155-мм (гаубичная — слева) и 120-мм (пушечная — справа)
    Для того чтобы уже в ближайшее время использовать достоинства сгорающих гильз, американские специалисты разработали гильзы, которые имеют сгорающий корпус и небольшой металлический поддон, предназначенный для обтюрации казенного среза ствола. Унитарные выстрелы с такой гильзой созданы для 105-мм пушки танка М60. Отмечалось, что эти частично сгорающие гильзы легче и дешевле металлических. Они облегчают работу заряжающего, уменьшают насыщенность боевого отделения газами, меньше загромождают его после стрельбы. Широкое применение частично и полностью сгорающих гильз позволяет также несколько облегчить работу службы тыла по снабжению войск.
    Новые же артиллерийские орудия, по мнению американских специалистов, должны конструироваться под выстрелы с полностью сгорающими гильзами. В частности, танк М551 «Шеридан», последний из принятых на вооружение американской армии, оснащен 152-мм орудием. В боекомплект его входят унитарные выстрелы со сгорающими гильзами, снабженными электровоспламенителем.
    Следующим этапом в разработке артиллерийских боеприпасов, по мнению ряда зарубежных специалистов, должен быть полный отказ от твердого пороха и переход к жидким метательным веществам. Такие вещества можно будет хранить на боевых машинах в баках и по трубопроводам в определенных дозах подавать в камеру сгорания орудия, после того как туда будет дослан снаряд. Полагают, что применение жидких метательных веществ позволит значительно увеличить возимый боекомплект и скорострельность орудий.
    В печати сообщалось, что химики одной из зарубежных фирм создали жидкое взрывчатое вещество «астролит». В его состав входят нитрат аммония и нитрометан. Полигонные испытания показали, что новое взрывчатое вещество обладает высокой скоростью детонации — 8600 м/сек — и рядом других свойств, сулящих, как считают, возможности его широкого применения.
    Отметим, наконец, и такое направление развития артиллерийских боеприпасов, как разработка снарядов с реактивными ускорителями. Тут тоже важная роль принадлежит химии.
    Использование реактивной силы для движения снарядов зарубежные специалисты считают радикальным средством улучшения боевых свойств орудий, и в частности дальности стрельбы. Поскольку подобные снаряды сначала выстреливаются из орудия, как обычные, и лишь потом включается их реактивный двигатель, они получили наименование «активно-реактивных».
    По сообщениям американской печати, первоначально создание таких боеприпасов наталкивалось на серьезные трудности. Лишь после того как с помощью химиков были созданы небольшие реактивные двигатели на твердом топливе, удалось получить удовлетворительные результаты. Отмечалось, что кучность стрельбы этими активно-реактивными снарядами приближается к кучности стрельбы обычными артиллерийскими снарядами. Используя их, можно создавать более легкие и маневренные орудия.
    Так, одно испытанное орудие, будучи в пять раз легче обычного, обладает из-за применения активно-реактивных снарядов примерно такой же дальностью стрельбы и мощностью разрывного заряда. Вопрос о принятии на вооружение подобных боеприпасов, однако, отложен до получения новых результатов испытаний. Печать отмечает, что в дальнейшем специалисты пойдут, возможно, по пути замены твердотопливного двигателя снаряда жидкостно-реактивным. Это облегчает выключение двигателя в строго определенный момент, а следовательно, сделает более удобным изменение дальности стрельбы. Ясно, что подбор компонентов топлива для снаряда с ЖРД опять потребует участия химии.
    Как видно, химической науке принадлежит важная роль в развитии боеприпасов, а значит, и стрелкового оружия, артиллерии в целом. Она позволяет решать сложные и часто необычные проблемы военного дела.

ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. ЧТО ЭТО ТАКОЕ?

Инженер-подполковник И. ИСАКОВ
    Интенсивное насыщение современных вооруженных сил сложной боевой техникой резко увеличило, особенно за последнее десятилетие, число потребителей электроэнергии. По свидетельству иностранных специалистов, уже сейчас войсковое электроснабжение выросло в серьезную проблему, поиски решения которой ведутся в двух основных направлениях. Первое состоит в совершенствовании энергетических устройств и агрегатов, приводимых в действие тепловыми двигателями различного типа: дизельными, карбюраторными, газотурбинными. Другое направление поисков — это попытки создать принципиально новые источники электроэнергии на основе последних достижений науки, а именно электрохимии. Посмотрим, какие же возможности этой отрасли химии обратили на себя внимание военных специалистов-энергетиков.
Расточительные посредники
    Если задаться вопросом, откуда в технике берется энергия вообще, то окажется, что основной ее источник— различные виды топлива: дрова, уголь, нефть, газ. Вклад химической энергии топлива составляет при-
    Мерно 97,5 процента от всей потребляемой на нашей планете энергии. А как она используется? Далеко не самым выгодным способом. Химическая энергия топлива превращается, например, в электрическую, так сказать, окольным путем, через посредников в виде энергии тепловой и механической. Вспомните: прежде чем тепловая электростанция даст ток, надо сжечь топливо и получить пар, который начнет вращать турбину, а та — электрогенератор. А такое посредничество накладно: даже наиболее совершенные тепловые электроэнергетические установки имеют коэффициент полезного действия не выше 45 процентов. Значит, больше половины энергии топлива буквально вылетает в трубу.
    К главному изъяну подобных электроагрегатов добавляются еще и такие, как сложность устройства, громоздкость, недостаточная эксплуатационная надежность, шум, вибрации, тепловое излучение, сопровождающие их работу. Перечисленные недостатки органически связаны с многоступенчатым принципом получения электроэнергии. Пытаясь обойтись здесь без участия котла, цилиндра и турбины, специалисты обратились к электрохимии.
    Как известно, в принципе получать электроток можно и прямо, непосредственно используя химическую энергию. Так, собственно, и происходит в обычных гальванических элементах, например в батарейках для карманного фонаря. Стоит лишь нажать кнопку, и электролампочка загорается. Устройство такого элемента несложно: две металлические пластины (их называют электродами) помещают в электролит, представляющий собой кислоту, щелочь или соль. Химические реакции, в которые вступают электролит и электроды, вызывают обмен электронами между металлом и электролитом. Если теперь соединить электроды проводом, то по нему потекут электроны — электрический ток. Так будет происходить непрерывно, пока идет химическая реакция.
    Однако обычные гальванические элементы содержат ограниченное количество веществ, участвующих в реакции. Через некоторое время, когда они израсходуются, элемент прекращает давать ток. Вот почему все попытки усовершенствовать гальванические элементы, увеличить их мощность и продолжительность действия, не принесли существенного успеха.
    Совершенно иные возможности открываются, если непрерывно пополнять убыль веществ, участвующих в реакции токообразования, и при этом использовать распространенные виды топлива. Такими источниками тока стали электрохимические генераторы, получившие название топливных элементов.
    Надо сказать, что в общих чертах идея топливных элементов зародилась давно, более 100 лет назад. Однако осуществить ее оказалось гораздо сложнее, чем предполагали вначале. Лишь многолетнее развитие электрохимической теории, достижения металлургии, автоматики и других отраслей науки и техники позволили в последние годы создать топливные элементы, пригодные для практического использования.
Горение без пламени
    Полыхает костер, бушует в печи пламя… Каждый повседневно встречается с таким горением и знает, что оно сопровождается высокой температурой. А химик добавит, что при подобном химическом горении происходит окислительно-восстановительный процесс между горючим веществом (топливом) и окислителем (кислородом). При этом атомы топлива окисляются, то есть теряют электроны, а атомы окислителя восстанавливаются — наоборот, приобретают электроны.
    Такие окислительно-восстановительные процессы характеризуются случайным перемещением атомов и молекул окислителя и топлива, между которыми идет непрерывный обмен электронами. Что это значит с энергетической точки зрения?
    Известно, что энергетический уровень атомов определяется строением их внешней электронной оболочки, которая может иметь определенное количество электронов. Атомы горючих и окислительных веществ имеют внешние оболочки, заполненные электронами не полностью. Если взять горючим водород, то у него на внешней оболочке «недостает» одного электрона, хотя оболочка позволяет иметь два. В атоме же окислителя — кислорода «не хватает» двух электронов (до восьми). Заполнение внешней оболочки электронами вызывает уменьшение энергетического уровня атома. Таким образом, обмен электронами между атомами топлива и окислителя в процессе горения можно рассматривать как переход электронов с высшего энергетического уровня на низший. А он сопровождается высвобождением энергии в виде тепла, которое, как уже было сказано, невозможно полностью обратить в полезную работу
    Важно отметить и другое. Поскольку обмен электронами при химическом горении происходит хаотично — с различными скоростями и в различных направлениях, — возникновение электрического тока исключается. Тут, если так можно выразиться, идет процесс бесчисленного множества «коротких замыканий» между атомами и молекулами, имеющими различные электрические потенциалы.
    Другое дело, если исключить хаотическое перемещение электронов, сообщить им направленное движение. Тогда энергия реакции почти полностью пойдет на образование электрической энергии. Химическое горение топлива с высокой температурой, таким образом, превратится в холодное, электрохимическое. В горение без пламени. Именно оно и используется в топливных элементах для получения постоянного электрического тока.
    Топливный элемент во многом напоминает обычный гальванический: те же два специально обработанных металлических электрода, разделенные электролитом. Отличие в том, что к одному электроду топливного элемента непрерывно подводится топливо, а к другому — окислитель, и так, что исключена возможность их смешивания.
Рис. 11. Принципиальная схема устройства водородно-кислородного топливного элемента:
1 — корпус; 2 и 4 — выводы электродов; 5 — канал для подвода кислорода; 6 и 9 — электроды; 7 и 3 — каналы для электролита; 8 — изоляционная прокладка; 10 — канал для подвода водорода
    Принципиальное устройство топливного элемента удобно проиллюстрировать на водородно-кислородном элементе (рис. 11). Пространство корпуса 1 разделяется электродами 6 и 9. По каналу 10 в пространство Н подается водород — топливо, а по каналу 5 в пространство О2 подается кислород — окислитель. Через каналы 7 и 5 пропускается электролит — концентрированный раствор едкого калия (КОН).
    На кислородном электроде 6 кислород поглощается. В результате процессов его взаимодействия с водой, находящейся в электролите, и электронами из металла электрода образуются ионы гидроксильной группы ОН. Кислородный электрод, потерявший электроны и оказавшийся обедненный ими, принимает положительный потенциал.
    На водородном электроде 9 поглощается водород. Он переходит из молекулярного состояния в атомарное. Поглощенные атомы ионизируются и переносятся в электролит, оставляя электроны на электроде. Водородный электрод оказывается обогащенным электронами и принимает отрицательный потенциал.
    Суммарная реакция на кислородном электроде может быть представлена формулой:
    O2 + 2Н2O + 4е— → 4OН;
    а на водородном электроде:
    Н2 → 2Н+ + 2е—
    (знаком «е—» обозначены электроны).
    Итак, на водородном электроде получается избыток электронов (отрицательный потенциал), а на кислородном— недостаток (положительный потенциал). Возникает разность так называемых равновесных потенциалов электродов, которая и составляет электродвижущую силу топливного элемента. Если подключить к электродам топливного элемента нагрузку, она получит электрическую энергию. Ток между электродами внутри элемента потечет за счет движения ионов, которые нарушат равновесное состояние среды и вовлекут в процесс ионизации топливо и окислитель.
    В качестве топлива (горючего) вместо чистого водорода могут быть использованы вещества, богатые водородом: спирты, жидкие и газообразные углеводороды, гидразин, аммиак, гидриды некоторых металлов, муравьиная кислота и другие водородосодержащие вещества. Из окислителей помимо кислорода могут применяться перекись водорода, азотная кислота, галогены (галоиды).
    Из-за того что поиск наиболее целесообразных и экономичных решений топливных элементов идет в электрохимии широким фронтом, появились различные их типы: например, низко-, средне- и высокотемпературные; с твердым, жидким и газообразным горючим; с водными электролитами (растворами щелочей и кислот), с расплавленными электролитами (солями), с твердыми электролитами.
    Для практического применения топливные элементы составляются в блоки, а блоки — в батареи. Батареи оснащаются вспомогательными устройствами и компонуются в электрохимические агрегаты (рис. 12). Вспомогательные системы — это системы хранения и подачи топлива, окислителя, регулирования режима работы, отвода продуктов реакции, система охлаждения, распределительное устройство электрической энергии. Если потребителям электрической энергии требуется кроме постоянного тока еще и переменный или только переменный ток, то в состав электрохимического агрегата входит преобразователь тока.
Рис. 12. Электрохимический агрегат:
1 — капот; 2— топливный элемент; 3 — бак для водорода; 4 — бак для кислорода, 5 — основание агрегата; 6 — распределительная панель
Соперник ядерного реактора
    Специалисты особо отмечают высокую экономичность топливных элементов. Ведь теоретически коэффициент их полезного действия достигает 85 и более процентов. Это в 2–3 раза выше, чем, скажем, у электромашинных агрегатов. Кроме того, подчеркивалось в печати, электрохимические агрегаты проще и удобнее в эксплуатации, чем другие источники электроэнергии. Они постоянно готовы к действию, не расходуют топлива при отключенной электрической нагрузке. При работе топливные элементы не создают вибраций, шума, не производят выхлопных газов и сильного тепловыделения, что облегчает их использование в герметизированных кабинах и помещениях.
    Достоинства топливных элементов, успехи их практической разработки за последние годы сделали подобные устройства объектом повышенного внимания специалистов. Считают, что их создание представляет собой крупнейшее научно-техническое достижение после овладения атомной энергией, им прочат не меньшее будущее. Особенно много прогнозов высказывает буржуазная печать относительно перспектив военного применения новых источников электроэнергии. Это и не удивительно. Ведь милитаристские круги империалистических государств стремятся использовать прогресс науки и техники прежде всего именно в этих целях.
    В недалеком будущем, указывают иностранные военные специалисты, мощность и продолжительность действия электрохимических агрегатов возрастут настолько, что они будут в состоянии заменить двигатели внутреннего сгорания боевых и транспортных машин, электромашинные агрегаты ракетных комплексов. В печати приводятся утверждения, что уже в начале 70-х годов появятся подводные лодки с электрохимическими силовыми установками. Не исключено, отмечает, например, журнал «Шиф унд Хафен», что в дальнейшем такие подводные лодки смогут успешно конкурировать с атомными подводными кораблями, так как будут обладать по сравнению с ними многими важными преимуществами. В отличие от ядерного реактора топливные элементы не несут с собой радиоактивной опасности, гораздо проще в обслуживании и работают совершенно бесшумно.
    Таким образом, по мнению зарубежных специалистов, топливные элементы способны вырасти в соперника ядерного реактора. Но прогнозы прогнозами, а что же практически сделано в этой новейшей области электроэнергетики, какие трудности стоят здесь перед учеными и конструкторами?
На суше, под водой и в космосе
    С того момента когда первые топливные элементы вышли из стен исследовательских лабораторий и получили практическое применение, не прошло и десяти лет. Тем не менее за это время созданы такие образцы, которые довольно успешно конкурируют с другими источниками электроэнергии. Так, в армиях США и ряда других стран НАТО они используются для электропитания радиотехнических средств связи, электронных систем управления и наблюдения, средств инфракрасной техники, самодвижущихся орудий. Топливные элементы служат бортовыми источниками электропитания космических летательных аппаратов и некоторых боевых и специальных машин.
    Основное внимание американские военные энергетики уделяют низкотемпературным водородо-воздушным топливным элементам. На рис. 13 показан переносный электрохимический агрегат такого типа мощностью 200 ватт. Горючим для него служит водород, получаемый из бор-гидрида натрия, а окислителем — воздух. Общий вес агрегата не превышает 11 килограммов. В печати отмечалось, что агрегат прост в обслуживании, так как почти не имеет вращающихся частей, бесшумен, компактен. Его используют в сухопутных войсках для электропитания аппаратуры и зарядки аккумуляторов.
Рис. 13. Переносный электрохимический агрегат мощностью 200 ватт
    Возможности водородо-кислородных элементов, отмечают специалисты, тесно связаны с источниками получения водорода. В связи с этим уделяется большое внимание разработке устройств, которые обеспечат получение водорода из распространенных топлив: гидразина, керосина, метана и других.
    Разработанный фирмой «Шелл» электрохимический агрегат имеет мощность 5 киловатт и с запасом топлива на 12 часов непрерывной работы весит около 700 килограммов. Топливом для него служит метиловый спирт, из которого в специальном устройстве образуется водород, поступающий после очистки и охлаждения в батарею из топливных элементов. В качестве окислителя используется воздух.
    Другой электрохимический агрегат такой же мощности разработан по заказу инженерного корпуса армии США. В его состав кроме топливных элементов входят водородный генератор и преобразователь постоянного тока напряжением 28 вольт в переменный ток 120 вольт. Вес агрегата 505 килограммов. Исходным топливом принят гидразин, а окислителем — воздух. Чистый водород получается из гидразина в водородном генераторе производительностью 4 куб. метра в час. Кислород добывается прямо из атмосферного воздуха, который сжимается, очищается от азота и углекислого газа и подается в топливные элементы. На базе этого агрегата создан опытный образец войскового электроподъемника, энергетическая установка которого состоит из восьми блоков по 5 киловатт каждый.
    В печати сообщалось об исследованиях, связанных с созданием биохимического топливного элемента. Здесь в качестве исходного продукта для горючего могут применяться соки кокосового ореха, сахарного тростника, бананов, фруктов и даже обычных листьев и травы. С помощью биологического катализатора — особых бактерий— соки превращаются в муравьиную кислоту, которая используется как топливо. Такой элемент предназначен для использования в джунглях, вдалеке от баз снабжения. Указывалось, что он может работать в течение более 1000 часов, вырабатывая мощность до 380 ватт на килограмм веса.
    В свое время в печати сообщалось, что американские специалисты предпринимали попытки использовать топливные элементы для энергоснабжения космических аппаратов. Так, космические корабли «Джемини» были оснащены водородо-кислородными элементами весом 65,7 килограмма. Их максимальная мощность достигала 2 киловатт. Известно, что в полете «Джемини-5» топливные элементы, однако, не полностью себя оправдали из-за неполадок и отказов вспомогательного оборудования.
    Серия электрохимических агрегатов номинальной мощностью от 20 до 2500 ватт разработана во Франции. Топливные элементы этих агрегатов, указывалось в печати, по своим характеристикам несколько уступают американским. Например, вес агрегата мощностью 2500 ватт 500 килограмм, в то время как такой вес имеет американский агрегат мощностью 5000 ватт.
    Зарубежные специалисты отмечают, что разработка и совершенствование электрохимических агрегатов сопряжены с весьма значительными технологическими и конструктивными трудностями. Они пока не дают возможности создать агрегаты достаточно большой мощности, пригодные, скажем, для замены двигателей внутреннего сгорания в автомобилях. Тем не менее работы в этом направлении интенсивно ведутся в разных странах.
    Еще сложнее построить энергетическую установку на топливных элементах для подводного корабля. Полагают, что мощность такой установки должна составлять не менее 1000 киловатт. Для сравнения укажем, что автомобилю грузоподъемностью около 1 тонны необходим электрохимический агрегат мощностью хотя бы 20 киловатт, то есть в 50 раз меньше. Сообщалось, что за разработку водородо-кислородных элементов специально для подводной лодки взялась шведская фирма ASEA. В качестве топлива выбран аммиак, окислителем служит жидкий кислород. Батарея из 200 отдельных блоков топливных элементов мощностью 1 киловатт каждый позволит, по мнению конструкторов, обеспечить подводное плавание корабля в течение месяца.
«Барьеры» применимости
    Несмотря на свои заманчивые качества, топливные элементы все же не вышли пока еще из «младенческого возраста», их применение ограничено. Какие же «барьеры» мешают широкому использованию топливных элементов, успешной конкуренции с источниками электроэнергии других типов?
    Конечно, как и всякое техническое средство, топливные элементы кроме достоинств имеют и недостатки, снижающие их «конкурентоспособность». К недостаткам топливных элементов относят, к примеру, то, что они вырабатывают лишь постоянный ток. Там, где требуется ток переменный, необходимо дополнительно иметь преобразователи постоянного тока в переменный. У топливных элементов напряжение зависит от величины потребляемого тока. Практически оно может падать до половины номинального. А это требует применения специальных устройств регулирования, дополнительных переключающих аппаратов. Наконец, для изготовления электродов топливных элементов требуются дорогостоящие и дефицитные материалы, такие, как платина, золото, палладий, серебро, используемые в качестве катализаторов химических реакций.
    В области топливных элементов, отмечалось в печати, существуют и сложные, не решенные еще научные и инженерно-технические проблемы. В частности, указывают на так называемую проблему поляризации — изменения электрических потенциалов на электродах под влиянием прохождения постоянного тока, который вызывает изменения концентрации электролита, химического состава и поверхности электродов. Решение этой проблемы в конечном итоге сводится к получению высоких коэффициентов полезного действия, но до конца все факторы, определяющие поляризацию, еще не изучены.
    С проблемой поляризации непосредственно связывают проблему электродов. Дело в том, что для того, чтобы быстро протекали электрохимические реакции, электроды, с одной стороны, должны обладать большой активностью и электропроводностью, а с другой — быть инертными по отношению к электролиту, топливу, окислителю и продуктам реакции. Помимо этого электроды должны сохранять свои физико-химические свойства, коррозионную и механическую стойкость в течение всего срока службы элемента, исчисляемого тысячами часов. Эти противоречивые требования пока еще весьма трудно выполнить.
    Не менее сложной и трудной проблемой считают зарубежные специалисты подбор дешевых и распространенных видов топлива. Сейчас используют сравнительно дорогие виды топлива — чистый водород, гидразин, метанол, аммиак. Они-то в известной мере и сдерживают широкое применение топливных элементов.
    И все же специалисты оптимистично смотрят на будущее топливных элементов, считают, что они определенно займут прочное место в малой энергетике. Ожидают, что в ближайшие годы единичная мощность электрохимических агрегатов будет интенсивно возрастать и к 1980 году может составить 1000 киловатт при эффективном КПД до 60 процентов, а стоимость одного киловатта мощности будет в два и более раз меньше, чем на электромашинных агрегатах.
    Подобные прогнозы основаны на том, что электрохимия превращается в одну из важнейших отраслей химической науки. Ее последующие достижения действительно могут оказать большое влияние на развитие современной техники, а значит, и военного дела.

РАКЕТЫ И КОРРОЗИЯ

Инженер-полковник В. МАЛИКОВ, профессор, доктор технических наук
    Каждый видел металл, покрытый ржавчиной. Но не все знают, что ржавление и другие виды коррозии уничтожают более 10 процентов металла, производимого в мире за год. Это больше годового производства металла в Швеции, Финляндии, Италии и Бельгии, вместе взятых. Борьба с коррозией стала серьезнейшей проблемой современной науки и техники. Существует она и в военном деле. Ведь коррозия ведет не только к потерям металла. Даже незначительные коррозионные повреждения деталей механизмов, узлов, агрегатов способны снизить точность и надежность их действия, а значит, и боеготовность техники. Вот почему издавна во всех армиях затрачивают огромные усилия на осмотр, чистку, смазку и окраску техники, оружия. О максимально возможном предупреждении коррозии пекутся конструкторы, создавая танки, орудия, боевые корабли.
    Борьба с коррозией не миновала и ракетную технику. На первых порах, когда ракетное оружие было еще молодым, для борьбы с коррозией зарубежные специалисты привлекали лишь методы, общепринятые в технике, — использовали материалы, устойчивые к коррозии, окраску, смазку деталей и узлов. Однако скоро выяснилось, что этого недостаточно, нужны мероприятия, учитывающие специфику эксплуатации и боевого использования ракет. Ведь для ракеты, как изделия тонкостенного, чаще всего металлического, коррозия особенно опасна. И, как отмечалось в печати, в наибольшей степени это касается ракет, содержащихся в шахтах в состоянии готовности к пуску. По образному выражению одного из зарубежных специалистов, эффект воздействия коррозии на ракету вполне сравним с прямым попаданием снаряда.
Ракета и ее враги
    В шахты — многометровые углубления в грунте — помещают, как известно, баллистические ракеты стратегического назначения. Это обеспечивает скрытность их позиций. Ракета в шахте в меньшей степени подвержена действию поражающих факторов ядерного взрыва и обычных снарядов, бомб. Наконец, шахты защищают ракеты и от ветра, солнца, атмосферных осадков, резких колебаний температуры. Но пути коррозии при этом еще не закрыты. Исследования, проведенные американскими специалистами, показали, что мощным источником ее служит высокая влажность воздуха в шахте.
    Процесс разъедания металла под действием влажного воздуха в химии и технике именуют атмосферной коррозией. Степень ее может быть разной — от возникновения пленки окисла на поверхности металла, когда влажность воздуха невелика, и до серьезных повреждений под сплошной пленкой конденсата влаги.
    Если в конденсате растворяются агрессивные вещества, которые образуются при разложении лакокрасочных покрытий, смазочных материалов, старении резины, то атмосферная коррозия переходит в химическую, более интенсивную. В журнале «Милитэри инжениринг» отмечалось, что возможные проливы, даже микроскопические утечки и испарения компонентов ракетного топлива, при соответствующих условиях температуры и влажности в шахте также способны вызывать серьезные коррозионные разрушения металлических конструкций, электронных и электрических систем ракеты.
    Коррозионные процессы всех видов значительно ускоряются под действием так называемых блуждающих токов, возникающих в железобетонных сооружениях и грунтовых породах. Возникают они в однопроводных кабельных линиях, когда электрические установки постоянного тока заземлены, а также при электросварочных работах. Радиус действия блуждающих токов иногда доходит до нескольких километров, а величина их может достигать 20 и более ампер.
    Блуждающие токи, отмечалось в печати, существенно влияют на коррозию арматуры железобетонной конструкции шахты. Поврежденная коррозией арматура теряет прочность, и в бетоне возникают растяжения, которые вызывают его разрушение — в шахтном стволе, на оголовке появляются трещины. По мнению зарубежных специалистов, коррозия, вызываемая блуждающими токами, опасна вдвойне, потому что она нарушает гидроизоляцию шахты, например за счет коррозии сварных швов, а это ведет к росту влажности воздуха и, следовательно, к более интенсивной атмосферной и химической коррозии.
    В журнале «Хитинг, пайпинг энд эйр кондишенинг» сообщалось, например, что при хранении заправленных топливом американских ракет «Титан-2» наблюдались случаи протекания ракетного окислителя — четырехокиси азота — через микроскопические отверстия в сварных швах и механических соединениях баков. Четырехокись азота вступала в химическую реакцию с влагой окружающего воздуха, и образовывалась жидкая азотная кислота. Капли кислоты постепенно увеличивались, кислота химически взаимодействовала с металлом бака, и ракеты выходили из строя, так как в баках появлялась течь.
    Вначале для борьбы с подобной коррозией специалисты пытались усилить герметизацию сварных швов и соединений баков — на них наносили слой эпоксидных смол, создавали другие химические покрытия. Течь окислителя снизилась, но коррозия полностью не прекратилась. Положительные результаты были достигнуты лишь после того, как в ракетных шахтах установили специально разработанные системы для осушки воздуха.
Два пути
    В настоящее время борьба с коррозией ракет считается за рубежом одним из важнейших вопросов повышения эффективности стратегического ракетного оружия. В связи с этим империалистические военные круги, делающие в своих агрессивных планах крупную ставку на стратегические ракеты, вынуждены привлекать к решению «коррозионных» проблем ученых и специалистов различного профиля. На основе выполненных ими исследований и опыта эксплуатации ракет «Атлас», «Титан-1», «Титан-2» и «Минитмен» наметились общие меры защиты ракет и шахтных пусковых установок от коррозионного разрушения.
    Условно в зарубежной печати эти меры подразделяют на конструктивно-технологические и микроклиматические. Первые предусматривают широкое использование в ракетостроении таких устойчивых к коррозии металлов, как титан, цирконий, ниобий, тантал, и сплавов на их основе, а также пластических масс, стойких к воздействию агрессивных сред. Для предупреждения коррозионного растрескивания ответственных деталей ракет, изготовляемых из легированных сталей и высокопрочных сплавов, по сообщению журнала «Металл инжениринг куотерли», рекомендуют использовать специальные методы обработки, которые в значительной степени повышают поверхностную прочность деталей.
    Сюда же относится и применение поверхностных покрытий металлов цинком, кадмием, оловом, медью, латунью, никелем, хромом, серебром, платиной, окисными и фосфатными пленками, горячераспыленными винилами, вулканизированными фенолами, эпоксидными смолами и, наконец, лаками, красками и смазками, обладающими высокой стойкостью к разложению под влиянием агрессивных компонентов шахтной среды.
    Второе направление борьбы с коррозией ракет — микроклиматические мероприятия. Они предусматривают искусственное создание таких условий хранения и содержания ракет в готовности к пуску, которые бы исключали или сводили к минимуму коррозионные процессы. Главное здесь, как считают, — герметизация шахт. У ракет «Титан-2» и «Минитмен» она обеспечивается подпором воздуха, применением воздухо- и водонепроницаемых уплотнений защитных крыш, гидроизоляцией шахтных стволов и оголовков.
    Гидроизоляцию осуществляют одним или несколькими слоями водонепроницаемых материалов, широкий выбор которых предоставляет современная химия. В шахтах для ракет «Минитмен», например, на наружную поверхность металлического гидроизоляционного слоя наносят пленочные покрытия из эпоксидных смол, растворенных в органических кислотах. В других подземных сооружениях боевых позиций используются пленочные покрытия из стеклопластиков.
    Необходимую чистоту атмосферы в шахтах для ракет «Минитмен» обеспечивают приточно-вытяжные системы вентиляции и системы кондиционирования воздуха. Механические вентиляторы периодически отсасывают и выбрасывают из шахты загрязненный воздух и нагнетают свежую порцию из атмосферы. При этом система кондиционирования обеспечивает постоянный температурно-влажностный режим шахты, автоматически регулируя температуру и относительную влажность воздуха в необходимых пределах. Для дополнительной осушки воздуха в системе кондиционирования предусмотрены съемные мешочные адсорберы (поглотители влаги) с продолжительностью функционирования до трех лет.
    Контрольно-измерительные приборы системы кондиционирования удерживают температуру в шахте в пределах плюс 16 ± 5 градусов и относительную влажность воздуха не более 60 процентов. Этот режим контролируется в семи характерных точках системой автоматического оповещения. Она подает сигналы на панели управления, если значения температуры и скорости потока воздуха в помещениях шахты выходят за пределы установленных норм.
    Как сообщалось в журнале «Хитинг, пайпинг энд эр кондишенинг», при разработке системы осушки воздуха для подземных шахт ракет «Титан-2» в качестве прототипа приняли систему осушки воздуха на судах торгового флота. Здесь в качестве рабочего тела используют хлористый литий с высокой гигроскопичностью.
    Микроклимат шахт с температурой от 16 до 21 градуса при относительной влажности воздуха не более 32 процентов, по мнению американских специалистов, в значительной мере уменьшает коррозионное разрушение ракет «Титан-2» из-за возможного просачивания четырехокиси азота из баков и воздействия на ракету агрессивных компонентов шахтной среды. Сообщалось, что за счет применения системы осушки воздуха в шахте образование течей в баках ракеты «Титан-2» сократилось с 20 до трех в месяц.
    Для защиты металлоконструкций шахтных пусковых установок ракет от воздействия блуждающих токов за рубежом применяют изолирующие покрытия, гидравлическую и электрическую изоляцию, отсасывающие фидеры и специальные устройства для электродренажа. Однако наиболее эффективным методом противокоррозийной защиты металлоконструкций шахт считается катодная поляризация — метод, хорошо известный в электрохимии.
    Исследования показали, что если два металла находятся в контакте и один из них легче корродирует, растворяется в данном растворе, то он становится анодом (положительно заряженным) и разрушается, а второй металл — катодом (отрицательно заряженным) и совсем не корродирует. Исходя из этого, к металлической поверхности, которую хотят сохранить, скажем, к борту корабля, прикрепляют листы легко корродирующего металла — специально «на съедение» коррозии.
    Еще более эффективен способ, когда защищаемой от коррозии поверхности металла (катоду) «навязывается» отрицательный потенциал от постороннего источника тока. Именно так и поступают, сообщалось в печати, защищая шахтные металлоконструкции от коррозии. Принципиальная схема катодной защиты шахт для ракет «Минитмен» посторонним источником тока приведена на рис. 14. От отрицательного полюса источника тока 5, через провод 6 отрицательные заряды поступают в места присоединения дренажа 7 на ствол шахты 3 и текут по нему, попадая через дефектные места сооружения
    в грунтовый массив. Из грунтового массива ток течет на анодное заземление 5, откуда по проводу 9 возвращается к положительному полюсу источника тока 5 Несмотря на дороговизну катодной защиты, она себя, по мнению американских специалистов, вполне оправдывает, так как в качестве вспомогательных электродов (анодов), которые преднамеренно отдаются коррозии на разрушение, используются полосы из дешевых металлов. В зарубежной печати утверждается, что катодная защита может оказаться весьма эффективной для коррозионной защиты самих ракет и некоторых агрегатов технологического оборудования.
Рис. 14. Принципиальная схема катодной защиты шахт для ракет «Минитмен»:
1 — крыша шахты; 2 — оголовок; 3 — ствол шахты; 4 — система амортизации ракеты; 5 — источник тока; 6 — провод; 7 — дренажное устройство; 8 — анодное заземление; 9 — провод
    Следует заметить, что катодная защита находит применение не только при строительстве новых шахт, но и в шахтах для ракет «Титан-2» и «Минитмен-1», уже имеющих значительные коррозионные повреждения. Отмечалось, что она позволяет стабилизировать эти повреждения и приостановить процесс дальнейшего коррозионного разрушения металлических конструкций шахт.
«Сторожа» коррозии
    Как видно, предоставляемый современной наукой арсенал средств защиты стратегических ракет и их шахтных установок от коррозии довольно велик. И тем не менее, отмечается в зарубежной печати, при этом еще не удается полностью исключить заботы о коррозии. За процессами возможного разрушения металлов от действия агрессивных сред в шахтах приходится постоянно следить.
    На пусковых установках ракет «Титан-2» и «Минитмен» для оценки состояния внутренней атмосферы используется, например, визуальный химический способ. Он основан на свойстве особого вещества — силикагеля изменять окраску при увеличении влажности окружающей среды сверх определенного уровня. Проверку коррозионного состояния ракет осуществляют с помощью металлического индикатора в виде тонкой металлической пластинки, на которую нанесен молекулярный по толщине слой другого металла, весьма чувствительного к коррозии. Процесс корродирования пластинки дает возможность косвенно определить суммарное воздействие агрессивной среды шахты на чувствительные элементы ракеты. Но и эти способы, как сообщалось в печати, стремятся заменить дистанционными электрическими системами, обеспечивающими непрерывное и более точное наблюдение за микроклиматом шахт и состоянием ракет.
    Таковы некоторые проблемы защиты ракет от коррозии. А поскольку важнейшее слово в борьбе с ней принадлежит химии, ее по праву можно считать одной из ближайших союзниц и помощниц ракетной техники.

СТЕКЛОПЛАСТИКИ НА РАКЕТАХ

Инженер-капитан 3 ранга, кандидат военных наук В. ЕЛИСЕЕВ, инженер-майор Ф. ЛАДЫГИН
    Пожалуй, ни один вид техники так быстро не видоизменяется, не модернизируется, как военная техника. Естественно, касается этот процесс и ракетного вооружения. Один из весьма важных факторов совершенствования ракет, указывается в печати, — улучшение их летно-технических характеристик, и прежде всего увеличение веса боевой части и дальности стрельбы при заданном стартовом весе ракеты, либо, наоборот, — уменьшение стартового веса и габаритов ракеты при неизменном весе боевой части и дальности стрельбы. Решать подобные задачи можно различными способами, однако главным специалисты считают уменьшение веса конструкции ракеты, или, иначе, — ее «пассивного веса».
    Взаимосвязь пассивного веса ракеты и дальности стрельбы, зависящей от скорости в конце активного участка траектории полета (после выгорания топлива), установлена основоположником ракетостроения К. Э. Циолковским в его классической формуле:
    где V — скорость в конце активного участка траектории полета;
    С — эффективная скорость истечения газов;
    GCT —стартовый вес ракеты;
    GT —вес топлива.
    Влияние веса конструкции ракеты на дальность стрельбы в зарубежной литературе иллюстрировалось следующим примером: если уменьшить вес конструкции последней, третьей ступени американской стратегической ракеты «Минитмен» только на 1 килограмм, то дальность стрельбы увеличивается на 16 километров. Именно поэтому с самого начала развития ракетной техники конструкторы уделяют большое внимание использованию таких конструктивных решений и конструкционных материалов, которые позволяют добиться максимально возможного снижения пассивного веса ракеты. С этой целью, сообщала печать, для наиболее ответственных узлов и элементов ракеты в последнее время используют высокопрочные конструкционные материалы, среди которых особое место занимают так называемые композиционные материалы. К ним относятся материалы, состоящие из связующего вещества — матрицы, армированной, то есть усиленной, высокопрочными волокнами, частицами или нитевидными кристаллами. В качестве матрицы могут быть использованы металлы (сплавы, стали) и неметаллические связующие вещества — смолы. Более подробно о композиционных материалах рассказывается в следующей главе книги. Здесь же мы остановимся лишь на одной их разновидности — стеклопластиках, получающих в последние годы за рубежом все более широкое применение для изготовления силовых элементов конструкций ракет.
    Стеклопластики — это искусственные материалы. Они состоят из стекловолокон, обеспечивающих образцу механическую прочность, и матрицы, служащей для скрепления стекловолокон. В США в ракетной технике используются обычно стекловолокна марок Е и S-994, в состав которых в различных пропорциях входят окиси кремния, магния, бора, натрия, калия, а в качестве матрицы— различные связующие смолы, чаще всего эпоксидные. Относительная доля стекловолокна в стеклопластике около 80 процентов, остальное приходится на долю связующих смол.
    Плотность стеклопластика невелика — около 2 г/см3, а предел прочности на растяжение достигает 100 кг/мм2 и более. К этому следует добавить немагнитность, хорошие тепло-, звуко- и электроизоляционные свойства в сочетании с высокой коррозионной и химической стойкостью к морской воде, растворителям и другим агрессивным средам. Подобные качества стеклопластиков и определяют уверенность зарубежных специалистов в способности этих синтетических материалов успешно конкурировать с традиционными конструкционными материалами— сталями и высокопрочными сплавами. Уже в настоящее время в американском ракетостроении стеклопластики используются при изготовлении баллонов для хранения на борту ракет газов высокого давления, носовых конусов боевых частей баллистических ракет. Из них изготовляются отсеки корпуса второй ступени ракеты-носителя «Сатурн-1» между баком с окислителем и баком с горючим. На некоторых типах зарубежных зенитных ракет из стеклопластиков изготовлены управляющие поверхности, стабилизаторы, пусковые трубо-контейнеры. Стеклопластиковый корпус имеет, в частности, твердотопливная противоракета «Спринт».
    Однако наибольшее распространение, отмечает печать, стеклопластики получили при изготовлении корпусов двигателей стратегических ракет, работающих на твердом топливе. Из них изготовлены, например, корпуса двигателей третьих ступеней американских ракет «Минитмен», размещаемых в шахтных пусковых установках, второй ступени ракеты «Поларис» А-2 и обеих ступеней ракеты «Поларис» А-3, которыми вооружены атомные ракетные подводные лодки. Сообщалось, что стеклопластики применяются также для корпусов двигателей разрабатываемых стратегических ракет «Минитмен-3» и морской ракеты «Посейдон», которыми в США плакируют заменить ракеты устаревших модификаций.
    В других странах стеклопластики также довольно широко используются в ракетной технике. Во Франции, например, из стеклопластиков намечено изготовлять корпуса двигателя второй ступени создаваемой в настоящее время стратегической ракеты, предназначенной для вооружения подводных лодок. В печати приводились сведения об использовании стеклопластиков и в ракетостроении Англии, Швеции.
    Столь широкое использование стеклопластиков объясняют рядом их важных преимуществ перед традиционными высокопрочными конструкционными материалами— легированными сталями, титановыми и алюминиевыми сплавами. Стеклопластики, например, обладают значительно большей удельной прочностью, то есть отношением предела текучести материала к его удельному весу. Сообщалось, что у высокопрочных сталей удельная прочность не превышает 2,5 × 106 см, а у наиболее прочных титановых сплавов — 3 × 106 см, тогда как у стеклопластиков, из которых изготовляются корпуса двигателей ракет «Минитмен» и «Поларис», удельная прочность равна 5 × 106 см. Это позволяет при заданных нагрузках, действующих на корпус ракеты в полете и во время транспортировки, используя стеклопластик, значительно сократить пассивный вес конструкции ракеты.
    На силовую конструкцию ракеты в разных направлениях действуют различные по величине нагрузки и усилия. Поэтому металлические корпуса ракет, имеющие равную прочность во всех направлениях, используются, как считают, неэффективно. Из стеклопластиков же можно изготовить такие конструкции, которые в различных направлениях имеют различную прочность пропорционально действующим нагрузкам. Это также дает некоторый выигрыш в весе.
    Подобный эффект снижения веса конструкции двигателя при использовании стеклопластиков виден на примере различных модификаций ракет «Поларис». Достигнутое при модернизации этих ракет увеличение дальности стрельбы с 2200 км («Поларис» А-1) до 2800 км («Поларис» А-2), а затем до 4600 км («Поларис» А-3) стало возможным, отмечала печать, прежде всего за счет уменьшения пассивного веса конструкции ракеты при замене сталей стеклопластиками.
    Корпуса двигателей обеих ступеней ракеты «Поларис» А-1 изготовлялись из высокопрочной стали. На «Поларисе» А-2 корпус второй ступени был изготовлен из стеклопластика. При этом вес корпуса (без теплозащитного покрытия) был уменьшен на 27 процентов. При использовании для корпусов обеих ступеней ракеты «Поларис» А-3 более прочного стеклопластика было достигнуто следующее уменьшение веса корпусов двигателей этой ракеты по сравнению с предшествующими модификациями (без учета веса теплозащитного покрытия): по второй ступени — в 2,5 раза по сравнению с «Поларис» А-1 и в 1,8 раза по сравнению с «Поларис» А-2, а по первой ступени — в два раза по сравнению с «Поларис» А-1. Такое уменьшение веса корпусов было достигнуто при одновременном увеличении до 10 процентов их длины.
    Следует заметить, что с учетом веса теплозащитного покрытия корпуса двигателя полное уменьшение веса конструкции ступени ракеты несколько меньше указанного. Это объясняется тем, что для защиты стеклопластикового корпуса от воздействия высоконагретых газов при сгорании твердого топлива (3000 градусов и более) требуется большая толщина теплозащитного покрытия внутренней стенки камеры сгорания. Однако и здесь в борьбе за уменьшение пассивного веса ракеты у конструкторов нашелся выход. Снижения доли веса теплозащитного покрытия в весе всей ракеты удалось достигнуть, передав роль этого покрытия в течение большей части времени работы двигателя самому топливу.
    Дело в том, что в американских твердотопливных ракетных двигателях горение в топливном заряде происходит первоначально по внутреннему каналу. И лишь в последние секунды работы двигателя его корпус от воздействия больших температур предохраняет слой теплоизоляции из различных резиноподобных веществ, иногда с наполнителями в виде угольной и графитовой ткани. Толщина этого покрытия зависит от теплопроводности теплозащитного материала и температурной стойкости конструкционного материала, из которого изготовлен корпус двигателя. А поскольку стеклопластики, применяемые для твердотопливных ракет, сохраняют прочностные свойства при температурах до 100–150 градусов, то есть меньших, чем высокопрочные стали и титановые сплавы, то для них и теплозащитные покрытия требуются несколько большей толщины и, следовательно, несколько большего веса. Однако, несмотря на это, замена современными стеклопластиками сталей позволяет, как указывалось в печати, уменьшить полный вес двигателя, не снаряженного топливом, почти в 1,5–2 раза, а по сравнению с титановыми сплавами — на 10–20 процентов.
    К важным преимуществам стеклопластиков, по сравнению с традиционными конструкционными материалами, зарубежные специалисты относят простоту изготовления корпусов ракетных двигателей. Считают, что круговая форма поперечных сечений двигателей ракет создает благоприятные возможности для механизации и автоматизации намотки стекловолокна и формирования оболочек корпуса ракет с применением программирования. Метод наметки позволяет обеспечить наибольшую прочность и жесткость изделия за счет ориентации армирующего стекловолокна в направлении действующих усилий. Другое важное преимущество метода намотки — стабильность свойств изготавливаемых конструкций по толщине и длине. Сам же процесс изготовления корпусов двигателей ракет напоминает намотку нити на шпульку в текстильном производстве.
    Как же изготовляются корпуса двигателя для ракеты «Поларис»? Ровница (лента) из стекловолокон, толщина каждого из которых около 0,01 миллиметра, сматывается с катушки на оправку. Оправка обычно изготовляется из смеси песка и поливинилового спирта или из других легко разрушаемых материалов, причем ее размеры и конфигурация соответствуют внутренним размерам корпуса двигателя. Перед намоткой нити на оправку наклеивается слой теплозащитного покрытия. Ровница из стекловолокон, смачиваясь в ванне с эпоксидной смолой и частично вулканизированная, наматывается на вращающуюся оправку. С помощью программного устройства обеспечивается такая намотка ровницы, что достигается и требуемая прочность корпуса и могут быть оставлены необходимые монтажные отверстия.
    После намотки ровницы корпус двигателя подвергается термической обработке, при которой происходит затвердевание эпоксидной смолы. Затем оправка осторожно разрушается и удаляется из корпуса камеры сгорания, а внешняя поверхность корпуса проходит механическую обработку. Толщина стенки стеклопластикового корпуса двигателя различная у различных типов ракет и ступеней. Например, для второй ступени ракет «Поларис» она 3,7–4,6, а для первой ступени 8 миллиметров.
    Как видно, достоинств у стеклопластиков как материала для ракетной техники немало. Однако у читателя не должно складываться впечатления, что стеклопластики— наилучший конструкционный материал для производства ракет. И этому материалу, отмечают зарубежные специалисты, присущ, по крайней мере в настоящее время, ряд существенных недостатков, которые сдерживают его использование в ракетостроении. Еще много проблем, от решения которых зависит дальнейшее широкое внедрение стеклопластиков в практику твердотопливного ракетного двигателестроения, равно как и в другие области военной техники. Одна из них связана с ухудшением их прочностных характеристик с течением времени из-за старения связующего материала. В этом направлении, как сообщалось, ведутся интенсивные исследования.
    Поиск химиков, технологов и других специалистов идет и по другим направлениям, в частности пытаются увеличить прочностные показатели стеклопластиков.
    В этих исследованиях заинтересовано не только ракетостроение. Ведь стеклопластики находят все более широкое распространение и в кораблестроении, авиации и других областях техники.

НОВЫЙ ЧЕМПИОН — КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Инженер-подполковник Г. НЕСТЕРЕНКО, кандидат технических наук
    Во все времена материалы, используемые в технике, были одним из главных условий ее развития. Через деревянную соху, каменный топор, а затем железные орудия труда пролегал путь человечества к вершинам современной цивилизации. Стекло, сталь, алюминий, пластмассы— вот материалы, из которых строились последующие ступени научно-технического прогресса. Однако возможности подобных материалов небезграничны. Не случайно, когда речь заходит о реализации новых технических проектов, нередко указывают на то, что почти все эти возможности исчерпаны, нужны новые материалы. Но вот в середине шестидесятых годов на страницах научных журналов стали встречаться необычные термины: «монокристаллические нити», «композиционные материалы». Специалисты заговорили о новых перспективах развития авиационной, космической, ракетной и другой техники.
    Композиционные, или, как их иногда еще называют, «композитные», — это значит составные, неоднородные, сборные, как бы специально конструируемые материалы. Их нет в природе. Они составляются искусственным путем из элементов, изготовляемых из различных материалов, и имеют упорядоченную, построенную по определенному замыслу внутреннюю структуру.
    Простейшие композиционные материалы давно всем известны. Это прежде всего железобетон, состоящий из бетонной массы и скрепляющей ее стальной арматуры. Еще — текстолит, внутренняя структура которого представляет собой слои прочной ткани, скрепленные затвердевшей смолой. В последние годы, благодаря успехам химии, широко стал применяться «стеклопластик» — тоже составной, композиционный материал. Из «стекловолокна»— неорганического соперника нейлона и других высокопрочных синтетических волокон — методом «намотки» с последующей пропиткой полимеризуемыми, затвердевающими смолами изготавливаются сейчас даже крупные, высоконагруженные конструкции — корпуса ракет, катеров, части самолетов, вертолетов. В печати сообщалось, например, о первом полете экспериментального самолета, конструкция которого почти целиком выполнена из стеклопластиков. Однако особый, повышенный интерес специалистов вызывают не эти композиционные материалы, а другие. Они строятся на принципиально новой основе.
На пути к идеалу
    Наукой установлено, что применяемые в современной практике конструкционные материалы обеспечивают лишь 10–15 процентов своей идеальной, то есть теоретически достижимой прочности, твердости и других важных характеристик. Происходит это потому, что внутреннее строение этих материалов представляет собой неупорядоченную, хаотически сросшуюся при остывании расплава смесь кристаллических зерен. Таким структурам, содержащим к тому же примеси, присущи различного рода микродефекты. Если же материал подвергнуть тщательной очистке, а внутреннее строение образца «выправить», построив атомы металла в такую же строгую кристаллическую решетку, как, например, у драгоценных камней, то прочность его и другие свойства станут близкими к идеальным.
    Однако получать целиком детали или их заготовки в виде монолитных кристаллов пока не удается. Чистые монокристаллы получают сейчас в ряде стран посредством весьма сложной технологии лишь в виде тончайших нитей, диаметром до 0,1 миллиметра и длиной до нескольких сантиметров. Зато прочность таких монокристаллических нитей на разрыв может достигать 1400 кг/мм2, что примерно в десять раз больше, чем у большинства конструкционных сталей. Идея создания новых композиционных материалов именно в том и состоит, чтобы использовать сверхпрочные монокристаллические нити в качестве арматуры применяемых сегодня конструкционных материалов, «укрепить» их нитями так же, как железная арматура укрепляет бетон. При этом матрицей, то есть связующей основой, служат различные металлы, керамика и другие материалы.
    Конечно, прочностные характеристики созданных таким образом материалов оказываются ниже, чем у идеальных монокристаллов, но зато они могут быть значительно, при некоторых сочетаниях в несколько раз, выше, чем у обычных, исходных конструкционных материалов. Так, упрочение алюминиевых сплавов нитевидными кристаллами сапфира позволяет увеличить их прочность в 2–3 раза. С точки зрения ювелиров, сапфир — драгоценный камень, а для химика — это окись алюминия, из которой получаются нитевидные кристаллы высокой прочности. В лабораторных условиях, как указывает печать, удается получать также монокристаллы химически чистого алюминия, железа, окиси кремния, карбида бора и многих других элементов и их соединений.
    В отличие от известных ранее волокнистых материалов нитевидные кристаллы в принципе могут обладать близкой к идеальной прочностью, поскольку у них отсутствуют ослабляющие микротрещины, резкие переходы в структуре и другие «дефекты». Поэтому-то специалисты четко разграничивают монокристаллические нити и прочие материалы, используемые ныне в качестве арматуры — стекловолокно, проволока.
    Чистые нитевидные кристаллы получают в настоящее время различными способами «выращивания» при процессах кристаллизации из жидких, паровых и газообразных фаз. Изготовить длинные монокристаллические нити в виде непрерывного волокна, которые можно было бы использовать для изготовления конструкций методом намотки, как из стекловолокна, сообщает печать, пока не удается. С увеличением длины и диаметра монокристаллических нитей уменьшается их прочность, так как повышается вероятность появления микротрещин и других дефектов структуры.
    Установлено, что близкая к идеальной структура возможна лишь в тонких кристаллических нитях диаметром менее 0,1 мм. Длина таких нитей составляет, как правило, от нескольких миллиметров до двух-трех сантиметров. Однако разрабатываются методы получения все более длинных нитевидных кристаллов. В печати сообщалось, что одной из английских фирм удалось получить нити из графита длиной до 90 см. Специалисты этой фирмы надеются в недалеком будущем получить нити длиною до 4,8 километра, то есть практически непрерывное графитовое волокно.
    Сообщалось, что использование монокристаллических нитей и металлических матриц позволяет уже сейчас получать конструкционные материалы с пределом прочности до 500 кг/мм2 и более. Кроме того, многие композиционные материалы сохраняют высокие значения своих характеристик в условиях работы при очень большой температуре. Так, образцы, изготовленные из композиционного материала на основе серебряной матрицы, армированной нитевидными кристаллами сапфира, сохраняют свои механические характеристики при температуре, близкой к точке плавления серебра. По сообщениям зарубежной печати, сейчас ведутся исследования, связанные с получением нитевидных кристаллов специально из жаропрочных материалов — вольфрама, молибдена, тантала.
От нити к материалу
    Технология производства деталей и конструкций из композиционных материалов имеет ряд специфических особенностей и представляет значительную сложность. Кроме правильного подбора матриц и армирующих нитей по соображениям прочности, температурным характеристикам и т. д. необходимо принимать в расчет возможность химического взаимодействия материалов матрицы и арматуры, растворимость нитей в расплавленной матрице, смачиваемость нитей арматуры материалом матрицы. В некоторых случаях, отмечалось в печати, приходится покрывать монокристаллические нити специальными изолирующими или связующими покрытиями для получения нужных условий на границах арматуры и матрицы.
    При изготовлении листов, профилей, различных деталей и конструкций из композиционных материалов на основе металлических и керамических матриц в настоящее время применяются различные методы: отливка, жидкая инфильтрация (пропитка), порошковая металлургия, диффузионное склеивание. Некоторые методы предусматривают предварительное покрытие монокристаллических нитей материалом, предназначаемым в качестве матрицы, с последующей формовкой, прессованием и спеканием заготовки или сразу готовой детали, не требующей механической обработки. Однако технологические процессы производства конструкций из композиционных материалов, и особенно процессы выращивания нитевидных кристаллов, остаются пока что мало освоенными и весьма дорогими.
    Однако трудности эти, как полагают, со временем будут преодолены.
    Замечательным свойством композиционных материалов на основе монокристаллических нитей оказывается то, что они обеспечивают получение более прочных деталей при значительно меньшем весе. Снижение веса достигается не только путем уменьшения объема используемого материала ввиду его большой прочности, но и за счет того, что композиционный материал, как правило, имеет меньший удельный вес, чем те обычные конструкционные материалы, которые он заменяет. В печати сообщалось, что армирование волокнами сапфира в 20–25 раз повышает удельную прочность серебра, в 12–15 раз — чистого алюминия, в 7–9 раз — эпоксидной смолы, в 3–4 раза — никеля.
    Еще более существенно повышается при армировании нитевидными кристаллами предел текучести материалов, то есть нагрузка, при которой материал образца получает существенные остаточные деформации. Так, предел текучести алюминия и серебра, армированного нитями сапфира, повышается примерно в 30 раз при комнатной температуре и еще больше при повышенной. Материал, имеющий в своей структуре нитевидные кристаллы, менее чувствителен также к «усталости». Он более устойчив при вибрациях и опасных колебаниях авиационных конструкций типа флаттер. Причина такой повышенной устойчивости состоит в том, что каждое из тысяч волокон композиционного материала в конструкции несет свою нагрузку независимо, так что разрыв одного или нескольких волокон не снижает прочности остальных. Именно поэтому композиционный материал менее чувствителен к появлению и развитию «усталостных» трещин.
    Исследования, интенсивно ведущиеся в лабораториях многих стран мира, направлены сейчас в основном на разрешение проблем, связанных с получением и обработкой монокристаллических нитей, выбором наилучших методов их размещения в матрицах, оптимизацией количества и ориентацией нитей в зависимости от величины и направления действия нагрузок и т. д. Характерно, что во многих случаях эти исследования производятся с помощью моделирования на электронных вычислительных машинах.
За стенами лабораторий
    В настоящее время имеется немало примеров практического применения новых композиционных материалов в конструкциях авиационных и ракетных двигателей, самолетов и вертолетов. По сообщениям зарубежной печати, в 1967–1968 годах началось освоение промышленного производства деталей самолетов и ракет из бороволокна, графитового волокна и других композиционных материалов. Кроме лопастей роторов вертолетов и лопаток для газотурбинных двигателей из них уже изготавливаются и проходят испытания такие высоконагруженные элементы авиационных конструкций, как самолетные шасси, обшивка и силовой набор крыльев, фюзеляжей и оперения самолетов. Проведенные зарубежными специалистами расчеты показывают, что переход к композиционным материалам позволяет уменьшить вес этих элементов конструкций от 20 до 50 процентов, то есть примерно в полтора-два раза.
    Как сообщал журнал «Эркрафт», английская фирма «Роллс-Ройс» уже несколько лет применяет стеклопластик и другие композиционные материалы в конструкциях воздушно-реактивных двигателей. В последнее время фирма осваивает композиционный материал «хай-фил» на основе графитового волокна. Рабочие лопатки вентиляторов и компрессоров реактивных двигателей, выполненных из хайфила, оказываются значительно легче, долговечней и даже дешевле, чем металлические,
    Зарубежная печать сообщает о применении монокристаллов и композиционных материалов на новых американских самолетах F-5A, F-111, С-5А, а также в приборостроении, реакторостроении и других областях техники. Композиционные материалы предполагают еще более широко использовать на проектируемых в США самолетах, таких, как F-14, F-15 и «AMSA». Как сообщал недавно журнал «Металл инженирииг куотерли», американские специалисты подсчитали, что применение композиционных материалов позволит уменьшить вес конструкции разрабатываемого сверхзвукового бомбардировщика «AMSA», которому недавно дано обозначение «В-1A», на 25–32 процента.
    Однако промышленное производство композиционных материалов на основе монокристаллических нитей все же находится за рубежом еще в стадии становления. Получение многих типов монокристаллов доступно пока только в лабораторных масштабах, а стоимость некоторых из них называют баснословной — до 40 тысяч долларов за килограмм. Правда, зарубежные специалисты считают, что уже в ближайшие годы, по мере внедрения в промышленность, стоимость монокристаллических нитей и композиционных материалов будет быстро снижаться.
    Обращают внимание и на то, что одно из существенных преимуществ композиционных материалов составляет возможность изготовления конструкций без механической обработки или с очень незначительной обработкой. Поэтому окончательная стоимость деталей и конструкций из композиционных материалов может оказываться даже меньше, чем из обычных металлов и сплавов.
    На проходивших в последние годы крупных международных конференциях и симпозиумах по проблемам композиционных материалов отмечалось быстрое развитие теории, технологии производства и практического применения нитевидных кристаллов и композиционных материалов на их основе. Начал издаваться специальный журнал по проблемам композиционных материалов. Им посвящается также много страниц других изданий.
    Предполагают, что в ближайшие 3–5 лет практически будут использоваться армирующие материалы с прочностью на растяжение до 700 кг/мм2, а в последующие 5—10 лет такая прочность может быть получена не только у армирующих, но и у самих композиционных материалов, из которых будут изготавливаться реальные конструкции. Многие специалисты рассматривают композиционные материалы как основу дальнейшего прогресса авиационной, космической и многих других видов техники.
    Но, как это было уже не раз, к новому достижению науки тотчас потянулись военные круги империалистических государств. Выше приводились примеры использования композиционных материалов в конструкциях военных самолетов. В США такое применение важного технического новшества считается первоочередным. Это еще раз свидетельствует о том, что империализм стремится использовать достижения человеческого разума, талант ученых и инженеров не на пользу человечеству, не для улучшения жизни на земле, а для осуществления своих агрессивных реакционных целей.
    Однако монополии на технический прогресс не существует. Разработка новых композиционных материалов доступна всем высоко развитым в научном и техническом отношении странам. А в каких именно направлениях эти материалы будут применяться и в каких масштабах — покажет время.

ГОРЮЧЕЕ ДЛЯ ВОЙСК: ПРОБЛЕМЫ И ПОИСКИ

Инженер-полковник А. ЧОЧИА
    Скорости двадцатого века… За какие-нибудь полстолетия человечество прошло путь от первых автомобилей, с трудом одолевавших за час десяток километров, до сверхзвуковых самолетов и космических кораблей. В этом стремительном покорении пространства и времени, ставшем олицетворением технического прогресса наших дней, химии принадлежит ведущая роль. Она дала главное — энергию топлива. С той поры вместе с развитием конструкций двигателей внутреннего сгорания непрерывно совершенствуются возможности топлива, появляются новые виды горюче-смазочных материалов.
    Чем это вызвано? Какие проблемы стоят здесь перед специалистами?
    Основным фактором, определяющим ценность горючего, считается количество теплоты, выделяемое при сгорании единицы массы или объема топлива, то есть его теплотворная способность. Из всех широко распространенных видов ископаемого топлива наибольшей теплотворной способностью обладает нефть, точнее, продукты ее переработки: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут и другие. Это оказалось решающим в установлении гегемонии нефти среди остальных видов топлива, которую пока не удалось поколебать другим, в том числе и нехимическим источникам энергии.
    Может, однако, возникнуть впечатление, что продукты переработки нефти представляют собой чуть ли не идеальное горючее. Нет, это далеко не так. Углеводородное топливо имеет гораздо больше недостатков, чем хотелось бы конструкторам двигателей современных машин. Назовем некоторые, наиболее характерные из них.
    Даже при самой тщательной очистке в топливе остаются посторонние примеси. Наибольшую опасность из них представляет влага. Кроме того, неполное сгорание топлива, наличие в его составе негорючих веществ, так называемой золы, приводят к появлению нагара, загрязнению рабочих частей двигателя.
    Пытаясь устранить эти недостатки, специалисты-химики предложили добавлять в топливо небольшие количества особых химических соединений, получивших название присадок. Так, к бензину стали добавлять антинагарные, моющие присадки для предотвращения загрязнения карбюратора углеродистыми отложениями. Появились многофункциональные присадки, улучшающие одновременно несколько эксплуатационных свойств топлива. К ним относится, например, изодецилортофосфат никеля, снижающий износ и ржавление деталей автомобильных двигателей, способствующий лучшему сгоранию бензина и устраняющий обледенение карбюратора. В качестве антиобледенительной присадки к реактивным топливам за рубежом используют монометиловый эфир этиленгликоля с добавкой небольшого количества глицерина. Эта присадка одновременно препятствует росту микроорганизмов в топливных системах самолетов — приходится считаться и с таким явлением.
    Но особенно сложным дёлом оказалось устранить органически присущую топливу опасность пожара. Экипаж любой машины в этом смысле «сидит на бочке с порохом». Повреждение топливных баков или магистралей, будь то в бою или при аварии, чревато опасностью воспламенения паров топлива и взрыва. Возникает задача уменьшить летучесть топлива. Как сообщается в печати, зарубежные специалисты разрабатывают для этого способы загущения топлива, превращения его в студенистую эмульсию.
    С помощью особых веществ — эмульгаторов рассчитывают уменьшить распыление горючего при ударе, снизить его способность интенсивно растекаться в случае повреждения баков. В журнале «Интеравиа эйр леттр» указывалось, например, что один из видов эмульгированного горючего для реактивных самолетов при температуре плюс 25 градусов не загорается во время контакта с огнем в течение часа, тогда как обычное топливо воспламеняется практически мгновенно. Однако достигается все это довольно дорогой ценой. У вязкого топлива ухудшается эффективность сгорания, его труднее перекачивать по обычным топливным системам.
    Многим, вероятно, известно, что вещества, плохо проводящие электрический ток (диэлектрики), обладают свойством накапливать заряды статического электричества. Если учесть, что углеводородные топлива — типичные диэлектрики, то становится понятным, как опасно соседство горючих паров топлива с искрой от разряда накопленного статического электричества. Даже очень тщательное заземление резервуаров, цистерн, трубопроводов и заправочного оборудования полностью не устраняет накопления зарядов. Специалистам пришлось и здесь обратиться к так называемым антистатическим присадкам. Благодаря их применению удалось значительно уменьшить пожарную опасность топлива.
    Основательно поработала химия над совершенствованием нефтяных горюче-смазочных материалов. В гигантских масштабах выросло и продолжает расти потребление нефтепродуктов во всем мире. Для вооруженных сил, подчеркивает зарубежная печать, эта проблема приобретает особую остроту: миллионы тонн разнообразного топлива, необходимого боевым машинам, авиации и кораблям, чрезвычайно усложнили задачу снабжения войск горючим. Подсчеты иностранных специалистов показали, что среднесуточный расход материальных средств пехотной дивизии, например, увеличился по сравнению с периодом второй мировой войны приблизительно в три раза и может составить 1200 тонн, причем около 65 процентов объема тыловых перевозок падает на горюче-смазочные материалы.
    В последние годы за рубежом прилагают большие усилия для устранения трудностей в снабжении войск горючим. Этим, в частности, объясняется появление многотопливных двигателей, способных работать с одинаковым успехом на бензине, реактивном и дизельном топливах, с другой стороны, предпринимаются попытки разработать некое универсальное топливо, годное для двигателей разных типов. Однако, даже если удастся создать практически пригодные многотопливные двигатели и многодвигательное топливо, отмечают специалисты, это не снимает главной проблемы — как сократить объем перевозок при снабжении войск горючим.
    Прежде всего обратили внимание на громоздкость, неудобство и малую эффективность средств транспортировки и хранения горючего. Ведь основным материалом для изготовления резервуаров, цистерн, бочек и другой тары служит сталь. Замена ее легкими синтетическими материалами из арсеналов достижений современной химии открыла реальные возможности приостановить непрерывное «утяжеление» тыла войск. Наибольшее распространение, указывается в зарубежной печати, синтетические изделия получили в войсковом звене. Это — мягкие резервуары, перекатывающиеся контейнеры, эластичные буксируемые баржи, гибкие трубопроводы.
    Мягкие резервуары не только снизили вес тары, но и упростили процесс транспортировки и хранения горюче-смазочных материалов. С их помощью, по существу, любой транспорт: железнодорожные вагоны и платформы, грузовые автомобили и бронетранспортеры, сухогрузные суда и баржи, самолеты и вертолеты — все может быть использовано для доставки топлива. Мягкие резервуары удобны при организации подвижных складов горючего, позволяют хранить топливо под водой. При этом хранилища большой емкости сооружаются легко и быстро, что особенно важно в боевых условиях.
    Вот, например, как выглядит мягкий резервуар емкостью 1600 кубометров, изготовленный из нейлоновой ткани с покрытием из синтетической резины. Длина его — 49,4 метра, ширина—14,9 метра, вес оболочки — 1043 килограмма. В скатанном виде это — рулон шириной 4 метра и диаметром 0,9 метра. В рабочем положении резервуар устанавливается в яме глубиной 3,7 метра, которая подготавливается обычными землеройными машинами. Его установка, пишет журнал «Арми информейшн дайджест», требует 200 человеко-часов рабочего времени. Для сравнения можно указать, что сборно-разборный стальной резервуар такой же емкости весит около 38 тонн, в 37 раз больше, и для его установки необходимо в 10 раз больше времени (рис. 15).
Рис. 15. Так выглядят в сопоставлении стальной сборно-разборный резервуар для горючего и мягкий такой же емкости (последний в скатанном виде грузят на автомашину)
    Во многих странах для доставки топлива по воде применяют мягкие буксируемые баржи. Их емкость достигает 10 000 кубометров. В отличие от танкеров они обладают очень малой осадкой и поэтому по воде могут быть отбуксированы к необорудованному побережью. В порожнем состоянии они свертываются и доступны для перевозки любым видом транспорта. Существуют буксируемые и по суше резервуары — перекатывающиеся контейнеры. Некоторые зарубежные специалисты указывают, что в ряде случаев для их буксировки можно использовать и боевые машины. Например, танк будет в состоянии сам перевозить дополнительную заправку горючего.
    Внедрение синтетики, как видно, в состоянии существенно уменьшить объем перевозок горючего в войсках. Но это, подчеркивают специалисты, тоже не радикальное средство. Вот почему в различных странах все настойчивее ищут способы обеспечить боевые машины более эффективным топливом, занимающим меньший объем и вес, чем существующее, или таким, которое можно получать из дешевого местного сырья.
    Одним из направлений этого поиска следует считать попытки использовать в качестве топлива простейшие углеводороды, содержащиеся в нефтяных или природных газах, такие, как метан и пропан. Американские специалисты, например, исследуют возможности применения жидкого метана в качестве топлива для сверхзвуковых самолетов. Главное преимущество жидкого метана по сравнению с обычным реактивным топливом — в его более высокой теплоте сгорания и теплоемкости. Только за счет этого, как полагают, полезная нагрузка транспортного сверхзвукового самолета может быть увеличена почти вдвое. Правда, при этом отмечается, что сжиженный метан значительно дороже керосина, возрастает вес топливной системы самолета, усложняется заправка.
    Другой путь поисков — производство углеводородов из заменителей нефтяного сырья: угля, горючих сланцев, битуминозных или нефтяных песков, или синтезом на базе окиси углерода и водорода. Производство такого искусственного жидкого топлива имеет довольно большую историю. Известно, что в фашистской Германии из-за недостатка нефти было освоено промышленное производство бензина методами гидрогенизации угля, а также синтеза на базе окиси углерода и водорода. В Японии времен второй мировой войны получали авиационный бензин из корней сосны. Как говорили в то время японцы, «корней 200 сосновых деревьев достаточно, чтобы самолет мог продержаться в воздухе в течение часа». В июне 1945 года путем переработки корней сосны вырабатывалось около девяти тысяч тонн бензина.
    Однако искусственное жидкое топливо из ненефтяного сырья обходилось значительно дороже нефтяного. Поэтому в послевоенные годы в капиталистических странах его производство было сведено до минимума, хотя исследования в этой области не прекращались. В настоящее время, указывает печать, положение изменилось. Достижения химии создали возможность снизить стоимость искусственных жидких углеводородных топлив. Теперь они в состоянии конкурировать по стоимости с нефтяными топливами. Предполагают, что к 1980 году потребление искусственных жидких топлив, получаемых на базе угля, сланцев и битуминозных песков, только в США и Канаде может составить миллионы тонн в год.
    Особые надежды возлагают зарубежные специалисты на поиск неуглеводородных видов топлива. Оказалось, что некоторые вещества, например аммиак, обеспечивают при сгорании более полное использование воздуха. Благодаря этому мощность, скажем, танкового дизельного двигателя на аммиаке возрастает на треть. Кроме того, подчеркивается в печати, аммиак можно получать из воздуха и воды непосредственно в районе военных действий.
    Однако прежде чем аммиак удастся сделать моторным топливом, предстоит преодолеть немало трудностей. Дело в том, что аммиак — летучее и ядовитое вещество. Чтобы сохранить его в жидком виде при нормальной температуре, необходимо в резервуарах поддерживать давление 14 атмосфер. Большая летучесть аммиака требует специальных дозирующих и впрыскивающих устройств, иначе горючее начнет интенсивно испаряться в системе питания. В довершение ко всему аммиак несовместим со сплавами меди и цинка, многими другими металлами.
    Таковы некоторые направления, по которым химия «наступает» на гегемонию нефти среди источников энергии для боевых машин. Как видно, «черному золоту» пока не угрожает серьезная конкуренция, однако бурный прогресс науки и техники наших дней уже не раз вносил существенные поправки в самые, казалось бы, незыблемые представления и Оценки. Не составляют исключения и вопросы обеспечения войск горючим.
    Наш рассказ о топливе для войск был бы, однако, неполным, если бы мы ничего не сказали о ракетном топливе. Вести же о нем разговор заставляет то обстоятельство, что топливо это особое. Посмотрим прежде всего, чем оно отличается от привычных для нас видов горючего?
    Мы обычно не задумываемся над тем, что для сгорания килограмма горючего в двигателе автомобиля, танка или самолета необходимо почти три килограмма окислителя — кислорода. Силовые установки машин черпают его из окружающей атмосферы. Строго говоря, бензин, керосин, дрова, уголь — это горючие материалы, а не топливо. Топливом они становятся лишь в смеси с кислородом. Вот почему говорят об их зависимости от окружающей среды. Но ведь ракета должна летать и в безвоздушном пространстве, лишенном кислорода. Значит, ей необходимо «возить» с собой и горючее и окислитель. Только вместе они могут служить источником энергии для движения ракеты — стать ракетным топливом. И тогда оно не будет зависеть от окружающей среды, получит способность «гореть» в любых условиях— в атмосфере, в космосе, под водой. Такова первая обязанность ракетного топлива.
    С другой стороны, обратим внимание на то, что реактивные самолеты, ракеты не имеют движителя такого, скажем, как колеса у автомобиля, гусеницы у танка или воздушный винт у самолетов и вертолетов. Роль движителя у ракет выполняет реактивная струя выбрасываемых из двигателя газов — продуктов сгорания или разложения топлива. Создание в реактивном или ракетном двигателе струи газов, с большой скоростью вытекающих наружу и образующих необходимую силу тяги, — вторая особенность ракетного топлива.
    Таким образом, в отличие от обычных видов горючего ракетное топливо не только источник энергии, но и генератор так называемого рабочего тела, то есть газовой смеси, при помощи которой преобразуется тепловая энергия в механическую. Отсюда и основные требования к ракетному топливу. Оно должно обладать повышенным содержанием энергии, чтобы обеспечивать образование большого количества газов, нагретых до высокой температуры. Чем больше будет выбрасываться газов из сопла ракетного двигателя, чем выше будет их скорость, тем быстрее будет двигаться ракета, тем эффективнее топливо. Существуют ли в природе вещества, отвечающие подобным требованиям?
    Вообще говоря, ассортимент материалов для ракетного горючего очень широк. Теоретически применимы почти все элементы периодической системы и их многообразные соединения. Несколько ограниченнее выбор окислителя: кислород, фтор, кислородсодержащие и галоидные соединения, наиболее активные из которых соединения фтора. Одним словом, если число видов ракетного горючего, которые уже испытаны в разных странах, близко к сотне, то число видов окислителя не превышает полутора — двух десятков.
    По своему физическому состоянию компоненты ракетных топлив могут быть в нормальных условиях твердыми, жидкими и газообразными. Правда, газообразные компоненты для сокращения занимаемого ими объема сжижаются. Так что их тоже относят к жидким. Твердые окислитель и горючее образуют твердое ракетное топливо, а жидкие — соответственно жидкое. Но существуют и такие варианты, когда окислитель — жидкий, а горючее — твердое, или наоборот. В этом случае ракетное топливо называют гибридным или смешанным. Чем же объяснить такое разнообразие ракетных топлив?
    Дело в том, что свойства топлива в конечном счете определяют конструкцию двигателя, основные характеристики ракетной системы. Поэтому выбор наиболее эффективного топлива для ракет того или иного назначения, отмечают зарубежные специалисты, — дело сложное, связанное с проведением больших исследовательских и испытательных работ.
    Прежде всего напомним, что об эффективности топлива судят по величине тяги, которую может развивать ракетный двигатель в секунду за счет сгорания в нем килограмма топлива в секунду при определенном давлении в камере сгорания. Эту величину называют удельной тягой или удельным импульсом, который исчисляют в кг сек/кг или просто в секундах. Чем больше скорость истечения, тем больше удельная тяга и, следовательно, тем совершеннее топливо.
    В зависимости от сочетания топливных пар — горючего и окислителя — удельная тяга ракетных двигателей колеблется в широких пределах. Так, у современных жидких ракетных топлив удельная тяга может доходить, указывается в зарубежной печати, до 300–450, а с помощью добавки различных легких металлов — 500–600 секунд. У твердых топлив эта цифра значительно меньше— 150–300 секунд. Для сравнения отметим, что теоретически в ядерном ракетном двигателе удельная тяга составляет 2500 секунд, а в фотонном двигателе, создающем тягу в результате направленного истечения из него квантов света — фотонов, она достигает предельного значения — 30 миллионов секунд. Однако более высокая удельная тяга какого-либо вида топлива еще вовсе не означает его превосходства над остальными. Здесь приходится учитывать ряд других, часто весьма противоречивых требований.
    Возьмем, например, твердое топливо. Оно удобно в обращении, но не обладает достаточным энергосодержанием и не «транспортабельно» в ракете: его нельзя перекачивать, перемещать из баков в камеру сгорания двигателя. Приходится топливо размещать непосредственно в камере сгорания. Это, безусловно, упрощает конструкцию и эксплуатацию ракеты, но ограничивает возможности увеличения запаса топлива. Ведь увеличение емкости камеры сгорания, работающей под давлением до 100 атмосфер и при температуре 2000–3000 градусов, связано с непомерным возрастанием ее веса. Кроме того, трудно обеспечить длительное и равномерное горение подобного топлива. Так, полная продолжительность работы — ресурс твердотопливного двигателя всего несколько десятков, иногда сотен секунд. В то же время ракетный двигатель на жидком топливе способен работать от нескольких минут до нескольких часов.
    С другой стороны, ракетный двигатель на твердом топливе значительно проще и дешевле ракетного двигателя на жидком топливе. Анализ американских специалистов показал, что в среднем твердотопливные ракетные двигатели в расчете на килограмм веса обходятся в пять раз дешевле жидкостных, но при этом значительно уступают им в удельной тяге. Максимально достижимая скорость полета ракеты с твердотопливным двигателем равна 28 000 км/час, а с жидкостным — 50 000 км/час. Отсюда — поиск новых «форм» ракетного топлива, более удобных и в то же время более эффективных. В разных странах с каждым годом появляются новые виды гибридных, псевдоожиженных, желеобразных, тиксотропных и других ракетных топлив. Что они собой представляют?
    Гибридное ракетное топливо, состоящее из двух компонентов— твердого и жидкого, дает возможность размещать один из них — жидкое горючее или окислитель в топливном баке ракеты, то есть увеличить возимый запас топлива, длительность работы двигателя. Псевдо-ожиженное, что означает почти жидкое, топливо состоит из твердых частичек, находящихся во взвешенном состоянии. В таком виде его можно подавать из бака в камеру сгорания подобно жидкому топливу. Желеобразным, как показывает само название, считают горючее, которое представляет собой студенистую массу, суспензию порошкообразного металла в жидком компоненте, например алюминия в гидразине. Оно обладает повышенным энергосодержанием. Те из топлив, что приобретают текучесть и становятся пригодными для жидкостных ракетных двигателей под действием давления, получили название тиксотропных. Так ищут за рубежом компромисса между достоинствами и недостатками твердых и жидких компонентов ракетных топлив.
    Перечень проблем, стоящих перед специалистами в области ракетного топлива, этим, однако, не исчерпывается. Выяснилось, например, что многие вещества, включаемые в состав ракетных топлив, оказывают отравляющее воздействие на человека, главным образом на его дыхательные пути. При этом некоторые из них в десятки раз более токсичны, чем такие отравляющие вещества, как фосген, синильная кислота. Так, предельно допустимая концентрация фосгена равна 0,5 мг/м3, а для смеси некоторых видов окислителя, скажем, фтора и озона — 0,03 мг/м3, окиси фтора и пентаборана — 0,01 мг/м3. Понятно, что токсичность ракетного топлива серьезно осложняет процессы его хранения, заправки и транспортировки.
    Чрезвычайно затрудняет, а порой и вовсе исключает применение некоторых веществ в качестве компонентов ракетных топлив их взрывоопасность. Установлено, например, что озон значительно эффективнее кислорода как окислитель — он обеспечивает большую удельную тягу, но из-за сильной взрывоопасности, особенно в газообразном состоянии, использовать его в топливе невозможно. Он находит некоторое применение лишь в виде раствора в жидком кислороде. Взрывоопасен и водород. Смесь водорода с воздухом взрывается от малейшей искры в любой концентрации — от 5 до 95 процентов.
    Опасность случайного взрыва проистекает, как известно, от самопроизвольного воспламенения веществ при определенных условиях. Казалось бы, в связи с этим не может идти и речи о создании самовоспламеняющихся ракетных топлив. Однако именно это свойство привлекает внимание специалистов. Ведь оно позволяет осуществить воспламенение топлива в камере сгорания двигателя без использования посторонних электрических, пиротехнических или химических источников зажигания. Тем самым упрощается конструкция жидкостного ракетного двигателя, облегчается запуск, улучшается устойчивость сгорания. Правда, при этом одновременно возрастает взрывоопасность. Самовоспламеняемость компонентов ракетного топлива, указывается в иностранной печати, может быть повышена с помощью различных добавок. В одном из американских журналов сообщалось, что специалисты предлагают использовать добавку фторида озона для придания самовоспламеняемости жидкому кислороду с некоторыми горючими.
    Огромна мощность, развиваемая ракетными двигателями. Это достигается тем, что топливо в них сгорает за очень короткое время. Температура в камере сгорания доходит до нескольких тысяч градусов. Поэтому хотя и на короткое время, но ее необходимо охлаждать, устраняя еще большее, уже недопустимое разогревание. Целесообразно для этого привлечь само топливо, решили специалисты. Отсюда возникло очередное требование к ракетному топливу: способность хорошо поглощать тепло и сохранять свои свойства при нагреве до 200–300 градусов.
    Таковы лишь некоторые, основные «топливные» проблемы, которые возникают перед специалистами при создании ракетного оружия. В той или иной мере они решены. Однако необычайно бурное развитие науки и техники в наши дни способно во многом изменить существующие ныне возможности решения этих проблем, открыть новые перспективы совершенствования ракетной техники, боевых свойств самого мощного современного оружия.

ОГОНЬ, СТАВШИЙ ОРУЖИЕМ

Инженер-майор Ю. ГУРЕЕВ
    Из учебников истории многим помнится «греческий огонь». Так называли в древности смесь селитры, серы, смолы и горючих масел, которую византийцы стали применять для борьбы с вражескими кораблями. Смесь вызывала на кораблях пожары. С тех пор прошли века, но сущность использования огня как боевого средства не изменилась. Иными стали лишь средства применения зажигательных веществ и сами эти вещества, вставшие на уровень современных химических знаний, возможностей техники и нынешних требований военного дела. Речь теперь идет о специальном виде тактического оружия.
    Первый ранцевый огнемет был изобретен в 1896 году. Несколько лет спустя огнеметы были приняты на вооружение в Германии, а затем и во Франции, Италии. Армии этих стран к началу 1914 года имели огнеметные подразделения. Однако в крупных масштабах зажигательные средства получили применение лишь в ходе второй мировой войны. В это время только лишь вооруженные силы США использовали около 40 тысяч огнеметов разных типов и свыше 9 миллионов ручных зажигательных гранат, 10 миллионов зажигательных авиабомб.
    В 1941 году химический корпус армии США поставил перед учеными-химиками задачу: создать эффективное зажигательное средство для уничтожения городов и крупных промышленных объектов противника. Оно должно было обладать легкой воспламеняемостью, большой температурой горения, прилипать к предметам. Важным требованием считалась также возможность приготовления этого средства в боевых условиях, без больших затрат и из доступного для промышленного производства сырья. Заказ услужливо выполнила группа химиков Гарвардского университета при активной поддержке ряда промышленных фирм и других американских высших учебных заведений.
    Созданная зажигательная смесь состояла из двух главных компонентов: горючей основы (бензина) и загустителя, взятых в соответствующих весовых отношениях. Загуститель включал комбинацию нескольких органических соединений: смеси циклических углеводородов, получаемых из нефти (нафтенов) и алюминиевых солей пальмитиновой и олеиновой кислот. От начальных слогов названий первых двух кислот («нафтеновая» и «пальмитиновая») этот загуститель был назван напалмом. С тех пор на Западе название «напалм» распространяется и на некоторые другие виды зажигательных смесей.
    Впервые напалмовые бомбы американская авиация использовала против японских войск на островах Тихого океана в 1942 году. Для прицельного бомбометания по объектам небольших размеров применялись 45-килограммовые, а в дальнейшем и более мелкие бомбы. С середины 1943 года напалмом снаряжались подвесные самолетные топливные баки емкостью свыше 600 литров. Бомбардировкам такими баками подверглись крупные города Германии.
    После второй мировой войны применение напалма стало одним из важных средств проведения агрессивной, разбойничьей политики империалистических кругов США. Поистине варварские масштабы использования зажигательных средств американская военщина развернула, ведя агрессивную войну против корейского народа. Только за два последних года войны в Корее американская авиация применила около 200 тысяч напалмовых бомб.
    Прогрессивное человечество заклеймило позором напалмовую войну, которую американские интервенты развернули во Вьетнаме. В наибольших количествах напалм стал применяться с 1966 года, когда американская авиация за год сбросила почти 55 тысяч тонн напалма различных рецептур. Под предлогом борьбы с подразделениями Национального фронта освобождения Южного Вьетнама сжигаются мирные населенные пункты, большие массивы джунглей и плантаций сельскохозяйственных культур. Основными жертвами поражения при этом становится слабозащищенное население — женщины, старики и дети.
    Американский «опыт» применения огнеметно-зажигательных средств во Вьетнаме был использован израильскими агрессорами в войне против арабских стран. В Западной Германии, как отмечал журнал «Веркунде», уже давно налажено производство напалма, ведутся испытания его различных рецептур, отрабатываются новые варианты напалмовых бомб и огнеметов. Япония обеспечивает напалмовыми средствами не только свою армию, но и поставляет в больших количествах напалмовые бомбы для американских ВВС во Вьетнаме. Даже расистская Южно-Африканская республика поспешила объявить миру о создании своего собственного напалма и начале его производства.
    В военно-воздушных силах стран НАТО учебные полетные упражнения обязательно включают бомбометание напалмовыми бомбами. Без применения напалма в последнее время не обходятся почти ни одни учения. В соединениях сухопутных войск создаются специальные школы и курсы, где обучают боевому использованию огнеметов.
    Чем же обусловливается столь заметное внимание военных специалистов империалистических государств к зажигательным средствам? В иностранной печати приводились на этот счет следующие доводы.
    Утверждают, — что зажигательные вещества при определенных условиях оказываются довольно эффективным средством для поражения живой силы. По оценке американских специалистов, массированное использование, например, авиационных зажигательных боеприпасов в ряде случаев в 4–5 раз эффективнее, чем фугасных средств при одинаковом их расходе. Полагают также, что зажигательными средствами можно успешно выводить из строя или уничтожать боевую технику, включая танки. Особая роль отводится при этом дезорганизации боевых порядков и тыла противника. Считают, что зажигательное оружие обладает огромным психологическим воздействием, деморализует личный состав войск.
    Часто указывают и на то, что зажигательные вещества являются, пожалуй, единственным действенным средством для сжигания лесов и другой растительности в целях демаскировки противника. Наконец, отмечают, что зажигательные вещества доступны по исходному сырью — нефтепродукты и полимеры — и сравнительно несложны в технологии производства.
    Основной производитель напалмовых загустителей в США — крупнейшая химическая фирма «Доу Кемикл», стяжавшая себе славу верного прислужника Пентагона. У фирмы насчитывается 35 тысяч рабочих, но на химическом заводе в Торрансе (штат Калифорния), производящем напалмовые порошки, занято всего 100 рабочих. Сообщалось, что сравнительно простая технология производства напалмовых загустителей дала возможность фирме «Доу Кемикл» выполнить лакомый заказ министерства обороны США на поставку напалмовых загустителей на общую сумму свыше 5 миллионов долларов, что практически полностью обеспечило варварские потребности американской армии для войны во Вьетнаме.
    Следует, однако, заметить, что напалм не единственное из современных зажигательных веществ. Существуют также металлизированные смеси на основе нефтепродуктов— пирогели и смеси на основе термита. Особую группу зажигательных веществ составляют белый фосфор и пластифицированный белый фосфор — они используются и как дымообразующие вещества.
    Зажигательные смеси на основе нефтепродуктов могут быть незагущенными, то есть жидкими, и загущенными— вязкими. Первые состоят из смеси бензина с тяжелым моторным топливом и смазочным маслом. Они применяются только с помощью ранцевых огнеметов. Эффективная дальность такого огнеметания 20–25 метров. При этом образуется широкая завихренная струя интенсивного пламени. Горящая смесь способна затекать в щели и отверстия объектов-целей, однако значительная часть ее, отмечают зарубежные специалисты, сгорает во время полета. Самым же главным недостатком жидких смесей считают то, что они не прилипают к предметам.
    Иное дело — напалмы, то есть загущенные смеси. Мы уже говорили, что при их создании способность прилипать к предметам и тем самым увеличивать площадь поражения выдвигалась как важнейшее качество. Различают несколько типов напалма: напалм-1, -2, -ИМ, — Б и другие. В качестве их горючей основы используют жидкие нефтепродукты — бензин, реактивное топливо, бензол, керосин и смесь бензина с тяжелым моторным топливом. Общее их содержание в напалмовых смесях обычно составляет 88–98 процентов. Загустителей такой горючей основы существует несколько марок. Они выпускаются в виде небольших гранул или порошка.
    Растворяясь в жидком горючем, загуститель набухает, получается густая, вязкая смесь. При непрерывном перемешивании в течение 18–24 часов она «созревает» и превращается в однородную студенистую вязкую массу. По внешнему виду и консистенции она напоминает резиновый клей. Цвет этой массы со временем изменяется от розоватого до коричневого. Для приготовления больших количеств напалма в американской армии используют специальные смесительно-снаряжательные установки.
    В напалмах с малой вязкостью, предназначенных для ранцевых огнеметов, среднее содержание загустителя M1 составляет 2–4 процента, в напалмах со средней вязкостью для механизированных огнеметов — 3–9 процентов, и в напалмах высокой вязкости, используемых в зажигательных баках, — до 12 процентов.
    Новая рецептура напалма-Б используется только для снаряжения авиабомб. В качестве загустителя здесь используется растворенный полистирол, обладающий высоким горючим и связующим свойством. Применение в смеси большого количества полистирола резко повысило, как отмечалось в печати, прилипаемость напалма к различным, даже влажным предметам. Иногда в рецептуру напалма-Б вводят белый фосфор. Это делает смесь еще более эффективной, а поражение ей чрезвычайно опасным.
    Заметим, что эффективность действия напалмовых смесей определяют количеством теплоты, переданной при горении поджигаемому материалу. Теплота горения большинства напалмовых смесей около 10 ккал/г. Напалм легко воспламеняется, но медленно горит. В зависимости от рецептуры, метода применения и величины сгустков время его горения от 1 до 15 минут. Температура горения напалма лежит в пределах 800—1100 градусов.
    Более высокой температурой горения — 1400–1600 градусов — обладают металлизированные зажигательные смеси, называемые пирогелями. Их приготавливают путем добавления в обычный напалм порошков некоторых металлов (магния, натрия), тяжелых нефтепродуктов (асфальта, мазута) и некоторых видов горючих полимеров — изобутилметакрилата, полибутадиена.
    Термит и термитные зажигательные вещества наиболее широко применялись в зажигательных бомбах, снарядах и пулях в период второй мировой войны. Не утратили они, считают за рубежом, своего значения и в наши дни. Для снаряжения зажигательных боеприпасов применяют главным образом составы, содержащие, кроме термита, порошкообразный магний, алюминий и ряд добавок, представляющие собой сильные окислители, — например перекись бария или перекись свинца. Эти добавки помимо облегчения воспламенения термита способствуют повышению температуры, времени горения и усилению зажигательного действия. Температура горения термитных составов достигает 3000 градусов. При горении термит быстро расплавляется и превращается в жидкую массу, не имеющую открытого пламени. Усиление зажигательного действия термитных составов достигается совместным применением их с другими зажигательными веществами, в частности, с напалмовыми смесями, натрием и фосфором.
    Фосфорные зажигательные вещества, как мы уже говорили, специалисты относят в особую группу, поскольку эти вещества используются и как дымообразующие. Белый фосфор, например, применяется для снаряжения зажигательных и дымовых снарядов, мин, бомб, но может использоваться и в качестве воспламенителя или усилителя зажигательного действия напалмовых смесей. Используемые во Вьетнаме напалмовые бомбы нередко содержат, по сообщениям печати, до 30 процентов белого фосфора.
    В качестве средств применения зажигательных веществ в иностранных армиях наиболее широко используют огнеметы и авиационные зажигательные бомбы. Огнеметы бывают носимые и механизированные. Как они действуют?
    Ранцевый американский огнемет М9-7, например, состоит из двух резервуаров, содержащих огнесмесь, баллона для сжатого воздуха или азота, гибкого шланга и брандспойта, снабженного предохранительным устройством (рис. 16). Резервуары огнемета служат для создания в них рабочего давления, необходимого для выбрасывания огнесмеси через брандспойт. Главной частью воспламеняющегося устройства брандспойта является пиропатрон. Он вмещает пять металлических спичек с фосфорными наконечниками. Наконечник зажигает пороховой фитиль, горящий в течение 6—12 секунд, а тот в свою очередь воспламеняет огнесмесь.
Рис. 16. Ранцевый огнемет
    Механизированный огнемет М132 представляет собой бронетранспортер, на котором смонтированы огнеметные установки башенного типа (рис. 17). Дальность действия их достигает 180 метров, а продолжительность непрерывного огнеметания — 30–40 секунд. Огнемет способен производить серию коротких огнеметаний различной продолжительности. Четыре бака, расположенные в грузовом отсеке бронетранспортера, вмещают 760 литров огнесмеси. Более совершенным в американской армии считается огнемет, смонтированный на танке М67А2. Этот огнеметный танк, по сообщению журнала «Инфантри», позволяет поражать цели на дальность 230 метров. Продолжительность непрерывного огнеметания 55–60 секунд при емкости резервуаров 1300–1400 литров.

Рис. 17 а и б. Механизированный огнемет
    Зажигательные авиационные боеприпасы американские авиационные специалисты снаряжают напалмом, пирогелями или термитными смесями. Зажигательные авиабомбы весом от 1,8 до 45,4 килограмма снаряжают термитными смесями и пирогелями. Есть бомбы, которые представляют собой контейнеры, изготовленные из листов стали, алюминия или алюминие-магниевых сплавов толщиной 0,5–7 миллиметров. Их снаряжают напалмовыми смесями с добавками фосфора или натрия, комплектуют взрывателями и воспламенителями. Бомбы этого вида сконструированы для внешней подвески на самолеты (рис. 18) и, за исключением единичных образцов, не имеют стабилизаторов. На вооружении авиации США находится несколько моделей напалмовых бомб весом от ИЗ до 454 килограммов.