Константин Константинович Андреев
профессор, доктор технических наук
Взрыв и взрывчатые вещества
Введение
В своей жизни и трудовой деятельности человек всегда применял силу, затрачивал свою энергию для разных целей: для передвижения, для переноски тяжестей, при охоте, при обработке земли и т. д. Однако сила человека невелика. Если ее оценивать, как это принято в энергетике, мощностью, то есть работой, совершаемой в одну секунду, то для среднего человека это составит всего около 15 килограммометров, то есть в 200 раз меньше, чем для полуторатонного грузовика.
Стремясь увеличить свои силы, человек приручил животных и этим получил возможность в несколько раз быстрее передвигаться, перевозить бóльшие тяжести, облегчить тяжелый труд по обработке полей. Большой шаг в расширении использования энергии человеком был сделан, когда люди научились применять энергию движущейся воды (водяное колесо) и ветра (ветродвигатель).
Новую эпоху в развитии производительных сил человеческого общества составило открытие способов превращения теплоты горения в механическую работу. Паровая машина, изобретенная в России И. И. Ползуновым за 20 лет до англичанина Уатта, позволила получать механическую энергию за счет огромных запасов скрытой химической энергии различных видов топлива, выделяющейся в виде тепла при его горении. То, что дерево и некоторые другие вещества могут гореть с большим выделением тепла, было известно человечеству с незапамятных времен. В течение многих тысячелетий огонь служил только как источник тепла в быту и в промышленности, однако народная мудрость уже давно пророчески оценила значение его открытия. В древнем сказании повествуется о Прометее, титане, похитившем у богов огонь, которым лишь они одни до того владели. Прометей передал огонь людям и жестоко за это был наказан богами. В этом мифе наши далекие предки намного вперед предугадывали то огромное увеличение мощи человечества, ключ к которому лежал в открытии огня. Кстати, огонь, вероятно, и на самом деле первоначально сошел к человеку с неба в виде молнии, воспламенившей сухое дерево.
С изобретением паровой машины стало возможно получать энергию в нужном количестве и в любом месте, где это требовалось, а не только на реках или где дуют ветры, сила которых к тому же непостоянна. Паровая машина стала матерью промышленных городов. Ее вскоре начали использовать также для передвижения — на пароходе и на паровозе.
После паровой машины двигатель внутреннего сгорания, динамомашина и электромотор, газовая турбина, входящая в наше время в технику, были новыми этапами в овладении энергией огня, которые позволили более полно и гибко использовать ее в промышленности и в быту.
До сих пор, говоря об энергии, мы оценивали ее только с одной — количественной — стороны. Этого недостаточно. Лошадь, работая год, совершит работу большую, чем дает мотор самолета за час, но двигаться со скоростью самолета лошадь никогда не сможет даже в течение одной секунды. Мощность лошади, работа, которую она может совершить в одну секунду, для этого недостаточна.
Точно так же самый сильный человек не сможет бросить кирпич на высоту четырехэтажного дома, хотя поднимет и унесет туда десяток кирпичей.
Таким образом, если нам нужно совершить какую-либо работу очень быстро, например, сообщить при выстреле большую скорость снаряду или пуле, требуется чрезвычайно большая мощность. Точно так же очень большая мощность требуется для того, чтобы отколоть от массива кусок прочной руды или пробить стальную броню. В принципе такое воздействие можно было бы получить при помощи двигателя обычного типа — паровой машины или двигателя внутреннего сгорания. Однако для получения такой большой мощности нужен был бы двигатель огромных размеров, громоздкий и дорогой. Его применение в большинстве случаев было бы нецелесообразным и неэкономичным, а в некоторых условиях и просто невозможным. Если, например, еще можно себе представить применение такой машины для добычи полезных ископаемых, то никак этого нельзя сделать, если нужно поразить вражеский танк или разрушить военный объект на территории противника.
Все эти задачи, требующие чрезвычайно большой мощности, современная техника решает при помощи особого рода источников энергии — взрывчатых веществ, применяя их как для разрушения, так и в тех случаях, когда нужно метание с большими скоростями. Огнестрельное оружие и является по существу своеобразным двигателем внутреннего сгорания, в котором в качестве топлива используется один из видов взрывчатых веществ — пороха.
Таким образом, взрыв взрывчатых веществ является одной из форм использования энергии, выделяющейся при химической реакции; главную особенность взрыва представляет возможность получения огромных мощностей.
Открытие взрыва и его применения, сначала в военной технике, а затем и в горном деле, было сделано задолго до использования других источников работы — не только двигателя внутреннего сгорания и электромотора, но даже и паровой машины. Точное время этого открытия не удалось до сих пор установить. Первым взрывчатым веществом, известным человеку, был черный, или дымный, порох, но и он, по-видимому, имел длинную историю. Его предшественниками в Европе следует считать различные зажигательные составы, о применении которых при осаде городов в древней Греции имеются сведения, относящиеся еще к пятому столетию до нашей эры. Эти составы, однако, существенно отличались от пороха тем, что содержали только различные горючие, но не селитру и могли гореть лишь при доступе воздуха; поэтому их легко было тушить, прекратив тем или иным способом доступ к ним воздуха.
Значительно позже, в седьмом веке нашей эры, зажигательные средства были усовершенствованы византийским греком Каллинникосом, который ввел в состав изобретенного им «греческого огня», помимо серы, соли, смолы и асфальта, также негашеную известь; благодаря этому «греческий огонь» при соприкосновении с водой разогревался и даже воспламенялся. Такие зажигательные составы с большим успехом применялись в морских боях в оборонительных войнах, которые вела Византия против нашествия арабов. Особенно велико было моральное действие их применения на врага, так как эти составы вода не только не тушила, но, наоборот, они воспламенялись от воды.
Состав «греческого огня» считался в Византии важнейшей военно-государственной тайной и долгое время оставался неизвестным в других странах.
Однако, в конце концов его узнали соседи Византии, и он с успехом использовался в войнах против нее.
От «греческого огня» и других зажигательных составов к дымному пороху был только один шаг, но шаг очень существенный: нужно было ввести кислород в состав «греческого огня» для того, чтобы он мог гореть независимо от доступа воздуха. О существовании кислорода в те времена еще не знали, но было известно одно вещество — селитра, по виду похожая на соль, но в отличие от нее резко усиливающая горение любого горючего вещества.
Попытками усилить горение при помощи различных солей занимались главным образом арабы и китайцы. Очень охотно применяли поваренную соль потому, что она придает пламени ярко-желтую окраску; тогда считали, что более яркое пламя является и более горячим.
Кто и когда впервые применил селитру, которая усиливала горение в гораздо большей степени, чем все другие соли, неизвестно, — вероятно, это было в Китае, где селитра встречается чаще и в более чистом виде, чем в Европе. «Китайской солью» или «китайским снегом» называют селитру арабские писатели. Первоначально ее, вероятно, применяли в медицине при лечении ран и язв. Может быть, при этом медицинском применении и была впервые открыта способность селитры усиливать горение — например, при сжигании пропитанного селитрой использованного перевязочного материала.
