Тем самым химическая энергия пороха превращается в тепловую, то-есть в энергию движения частиц газов. Это движение частиц и создает давление пороховых газов, а оно, в свою очередь, рождает движение снаряда: энергия пороха стала энергией движения снаряда.
Мы как бы открыли шлюзы. Бурный поток воды ринулся с высоты и быстро завертел лопасти водяных колес (рис. 21).
Каково же количество энергии, заключенное в порохе, например, в заряде 76-миллиметровой пушки?
Рис. 22. Единица работы-килограммометр
Риc. 24. Единица мощности – лошадиная сила
Подсчеты дают такие результаты: заряд выделяет 338 000 килограммометров энергии.
А что такое килограммометр, показано на рисунке 22.
Однако, к сожалению, далеко не вся энергия пороха уходит на выталкивание снаряда из орудия, на полезную работу. Большая часть энергии пороха пропадает.
На что обычно тратится энергия пороха при выстреле, показано на рисунке 23.
Если учесть все потери, то окажется, что только одна треть, или 33%, энергии заряда идет на полезную работу.
Однако, по правде говоря, это не так уж мало. Вспомним, что в самых совершенных двигателях внутреннего сгорания полезная работа Составляет не более 36% всей тепловой энергии. А в других двигателях этот процент еще ниже, например, в паровых машинах – не более 18%.
По сравнению с тепловыми двигателями, потери энергии в орудии невелики: огнестрельное артиллерийское орудие является одной из наиболее совершенных тепловых машин.
Итак, на полезную работу в 76-миллиметровой пушке тратится 33% от 338 000 килограммометров, то-есть почти 113 000 килограммометров.
Рис. 23. На что тратится энергия при выстреле из орудия и при работе авиационного мотора
И вся эта энергия выделяется всего лишь в шесть тысячных долей секунды!
Это соответствует мощности в 250 000 лошадиных сил. Чему равна «лошадиная сила», видно из рисунка 24.
Если бы люди могли произвести такую работу в столь же короткий срок, потребовалось бы примерно полмиллиона человек, и то при напряжении всех их сил. Вот как огромна мощность выстрела, даже из небольшой пушки!
Нельзя ли все-таки чем-нибудь заменить порох?
Однако у пороха как источника огромной энергии имеются не только достоинства, но и недостатки.
Во-первых, очень высокое давление пороховых газов.
Из-за этого стволы приходится делать очень прочными, тяжелыми; страдает подвижность орудия.
Во-вторых, при взрыве пороха развивается очень высокая температура (рис. 25) – до 3000 градусов. Это в четыре раза выше температуры пламени примуса!
Рис. 25. Температура: пламени примуса, плавления стали, взрыва порохового заряда
Для плавления стали достаточно 1400 градусов. Температура взрыва, таким образом, больше чем в два раза превышает температуру плавления стали.
Орудийный ствол не плавится только потому, что высокая температура взрыва действует очень короткий промежуток времени и ствол не успевает нагреться до температуры плавления стали.
Но все же от этой температуры, а также от трения снаряда ствол сильно нагревается; при продолжительной стрельбе приходится выжидать, пока ствол остынет. А в очень скорострельных малокалиберных орудиях стали вводить даже специальные системы охлаждения.
Все это, конечно, создает неудобства при стрельбе. Кроме того, такая высокая температура и химическое действие газов не проходят бесследно для ствола: металл его постепенно портится.
И, наконец, звук выстрела. Он зачастую обнаруживает скрытое орудие, демаскирует его. Пытаются, правда, заглушать звук выстрела особыми глушителями, укрепленными на дульной части ствола. Эти попытки серьезных результатов пока не дали.
Как видите, недостатков у пороха не мало.
Вот почему давно уже пытаются заменить порох иным источником энергии.
Действительно, разве не странно, что порох и сейчас, как несколько веков назад, безраздельно господствует в артиллерии? Ведь за эти века вся техника далеко шагнула вперед!
От мускульной силы перешли к силе ветра и воды.
Потом была изобретена паровая машина, настал век пара.
Затем стали применять жидкое топливо – нефть, бензин.
И, наконец, электричество проникло во все области жизни.
Сейчас нам доступно такое разнообразие источников энергии, о котором шесть веков назад, в годы появления пороха, не имели даже понятия.
Ну, а порох? Неужели его нельзя, заменись чем-нибудь более совершенным?
Не будем говорить о замене пороха каким-либо горючим. Мы уже убедились в неудаче этой попытки на примере с бензином.
Но почему бы, например, не воспользоваться для стрельбы энергией сжатого воздуха? Казалось бы, в этом случае мы имеем возможность избавиться от серьезных недостатков, присущих пороху: не будет ни высокой температуры, ни сильного звука взрыва.
Попытки ввести в употребление пневматические ружья и пушки делались уже давно. Но пневматическое оружие все же не получило распространения. И понятно, – почему.
Ведь, чтобы получить необходимую для выстрела энергию, нужно предварительно затратить значительно большую энергию для сжатия воздуха, так как при выстреле значительная часть энергии уходит на потери. Если при заряжании пневматического ружья достаточно энергии одного человека, то для заряжания пневматического орудия необходимо усилие большого количества людей или специальный двигатель.
Вот, например, что представляла собой пневматическая пушка Залинского, применявшаяся в конце девятнадцатого века в береговой обороне США.
Пушка эта, калибром 38 сантиметров и длиной 15 метров, бросала большие снаряды (весом в несколько сот килограммов) на расстояния до 1 800 метров, а меньшие снаряды (весом в несколько десятков килограммов) – до 5 000 метров. При каждой пушке имелась машинная установка, сжимавшая воздух до 140 атмосфер. К пушке воздух поступал по целой системе подземных труб.
Пневматические пушки Залинского применяли для стрельбы снарядами с очень сильным и довольно чувствительным взрывчатым веществом– динамитом. Из обычных пушек такими снарядами стрелять нельзя: при резком толчке снаряд разорвется в стволе. А «мягкий» толчок сжатого воздуха динамит выдерживает, не взрываясь.
Как только динамит был заменен более совершенными взрывчатыми веществами, от громоздких и сложных пневматических пушек, естественно, отказались.
Можно, правда, создать пневматическое орудие другого типа: с зарядами сжатого воздуха, заготовленными заблаговременно на заводах. Тогда при стрельбе достаточно было бы только вложить такой заряд в ствол и открыть его «крышку» или «кран».
Были и такие попытки. Однако и они оказались неудовлетворительными: во-первых, из-за трудности хранений в сосуде очень сильно сжатого воздуха; во-вторых, расчеты показали, что такое пневматическое орудие выбрасывало бы свой снаряд с меньшей скоростью, чем огнестрельное орудие того же веса.
Пневматическое оружие не может соперничать с огнестрельным. Пневматические ружья, правда, остались, но не как боевое оружие, а лишь для тренировочной стрельбы на десяток-другой метров.
Еще хуже обстоит дело с использованием пара. Слишком уж сложны и громоздки должны быть установки для получения пара нужного давления.
И раньше, и в последнее время не раз делались попытки применить для метания снарядов «центробежные» метательные машины.
Почему бы не укрепить снаряд на быстро вращающемся диске? При вращении диска снаряд будет стремиться оторваться от него. Если в известный момент освободить снаряд, он полетит тем скорее, чем быстрее вращается диск. Идея – на первый взгляд очень заманчивая. Но только на первый взгляд.
Точные расчеты показывают, что такая метательная машина вышла бы очень большой и громоздкой. Для нее необходим был бы довольно мощный двигатель.
И, самое главное, такая «центробежная машина» не могла бы «стрелять» метко: малейшая ошибка в моменте отрыва снаряда от диска вызовет резкое изменение в направлении полета снаряда.
А освободить снаряд точно в нужный момент при очень быстром вращении диска чрезвычайно трудно.
Остается еще один вид энергии – электричество. Здесь уж, наверное, таятся огромные возможности!
И вот во Франции, еще два десятка лет тому назад, построили электрическое орудие. Правда, не боевой образец, а модель.
Эта модель электрического орудия бросала снаряд весом в 50 граммов со скоростью 200 метров в секунду.
Никакого давления, ничтожная температура, почти никакого звука. Достоинств очень много. Почему же не построить по этой модели настоящее боевое орудие?
Оказывается, это далеко не так просто.
Ствол электропушки должен состоять из обмоток проводника в виде катушек. Когда по обмоткам пойдет ток, стальной снаряд будет втягиваться последовательно в эти катушки магнитными силами, образующимися вокруг проводника. Таким образом, снаряд получит нужный разгон я, после выключения тока из обмоток, вылетит по инерции из ствола.
