Перелом
Шрифт:
Так что, отставая от советских технологов в производстве длинных шашек, мы опережали их в рецептурах. И в том числе — из-за моих послезнаний. Ведь для меня было естественно, что во многих пиросоставах присутствуют магний и алюминий. Поэтому уже весной сорок второго, когда мы начали применять наши пороха, мы заменили дефицитный централит — производная от мочевины — на окись магния, которая не только так же эффективно стабилизировала пороховые заряды, но и добавила энергетики, так что наши пороха стали более калорийными. СССР принюхивался к новому пороху недолго — Дорогомиловский завод, производивший централит, был эвакуирован и еще не приступил к работе, запасы централита тоже иссякали, поэтому уже с мая сорок второго и в СССР стали применять новый порох марки НМ (нитроглицерин-магний). А мы уже переходили на НМА, с добавлением алюминия, который еще повысил калорийность наших порохов. Мы еще и вазелин заменили на трансформаторное масло — и буква "В" в марках порохов заменилась на "Т" — НТМА.
И наряду с разработкой и освоением новых рецептур, в СССР росли и объемы производства. Так, за последний квартал сорок второго наши только на одном заводе выпустили три тысячи тонн баллиститного пороха. Три. Тысячи. Тонн. За квартал. Только один завод. А это две тысячи кубометров пороха. Для нас это были какие-то умопомрачительные цифры. Мы к этому
Глава 8
Внутренняя баллистика двигателей представляла собой отдельную проблему. Сама по себе нитроклетчатка пороха нелетуча, поэтому сгорание пороха происходит слоями. Когда очередной слой нагревается до температур сто-сто двадцать градусов, в нем начинается деполимеризация молекулярных цепей нитроклетчатки. При дальнейшем нагреве до двухсот и выше разрушаются уже эти продукты деполимеризации, и на поверхности появляется жидко-вязкий слой, который начинает испаряться — нитроклетчатка переходит в газовую фазу, которая располагается над жидким слоем пороха. И в этой фазе реакции продолжаются — сначала окислы азота отдают одну молекулу, окисляя углерод и водород, затем, на втором этапе, азот отдает вторую молекулу, полностью восстанавливаясь до молекулярного азота. Причем эти отделения молекул кислорода и их последующее присоединение к углероду и водороду и дают энергию горения — как раз по половине на каждую молекулу.
Чтобы выяснить все эти процессы, наши ученые и лаборанты работали почти год, да и сейчас, в середине сорок третьего, все еще продолжали исследования и, судя по их словам — "там еще лет на пять, если не больше". Ну да, видел я их оборудование. Они даже закатывали в пороховые шашки термопары, чтобы отлавливать температуру на каждом из этапов горения. Ну, уж о хитрых стеклянных и платиновых многосопловых трубках для отбора газов я молчу — их делали чуть ли не сотнями. Да и весь коллектив пороховиков сейчас составлял более тысячи человек. Конечно, это не только сами испытатели, что планировали и ставили опыты, а затем анализировали их результаты, это еще и помогающие им лаборанты, и конструировавшие оснастку технологи, и изготовлявшие ее слесаря и стеклодувы. И это уже не максимальное количество в две с половиной тысячи человек, что трудилось над исследованиями и разработкой технологий летом сорок второго — основная часть технологий была разработана и внедрена в производство, поэтому многих перекинули на другие области исследований, благо методы и подходы одинаковы — что в исследовании и освоении порохов, что моторных масел и прочей химии — смешивай, нагревай, фильтруй, перегоняй да измеряй. Естественно, мы работали в тесной связке с советскими учеными, да что там говорить — на начальном этапе мы только от них и получали формулы, рецепты, методики, и уже потом их апробировали и развивали, так что уже и от нас начал идти в обратную сторону небольшой поток знаний. Надеюсь, пока небольшой — раскочегарились-то наши нехило.
Так вот. Выяснив процессы горения, мы выяснили и условия их стабильного протекания. Прежде всего, для всего процесса горения было важно поддерживать давление в нужном диапазоне. При слишком низком давлении горение затухало или было нестабильным — вторая фаза горения активно проходила только при давлениях больше двадцати атмосфер, а без этого не до конца прореагировавшие продукты просто выносились из двигателя. К тому же при пониженном давлении снижалась не только теплота сгорания, но и теплопроводность газового слоя, отчего поверхность шашки нагревалась менее интенсивно, соответственно, меньше производилось продуктов распада нитроклетчатки, что еще больше снижало интенсивность горения. Но и высокие давления были вредны — порох сгорал слишком быстро. Это в артиллерийских системах были нужны давления в сотни атмосфер, чтобы успеть придать снаряду высокую скорость, а значит успеть полностью, всем зарядом сгореть еще в канале ствола, до того, как выбросит наружу — у нас были курьезные случаи, когда мы на волне первых успехов попытались заменить в гаубичных зарядах порох единообразными фракциями — что для больших, что для малых зарядов. Да, когда стрельба идет на больших зарядах, трубчатый порох вполне подходит — его соломки быстро создают очень высокое давление, при котором сгорание еще больше ускоряется. Ну и для чего, спрашивается, в малых зарядах нужен пластинчатый порох? Заменим его трубчатым, и это сэкономит нам несколько производственных линий. Нифига. Когда из ствола вслед за снарядом вылетели и догоравшие трубки пороха, мы первые три секунды смотрели друг на друга с немым удивлением. Ну, пока кто-то не крикнул "Ложись!" — снаряд, получивший совсем небольшую скорость, плюхнулся метрах в пятидесяти и на наше счастье не взорвался. Тут-то до всех сразу и дошло, зачем в малых зарядах применяли порох мелких фракций. Пустого объема-то в гильзе на таких зарядах много, и чтобы порох сразу создал большое давление, нужна большая поверхность сгорания. И трубки тут никак не подходят — пока они начнут гореть, пока создадут давление, а снаряд уже начнет двигаться, увеличивая объем камеры сгорания — вот трубкам и не хватило давления, чтобы гореть быстро. Это еще хорошо, что они все-таки смогли врезать снаряд в нарезы, протолкнуть его через ствол и выпихнуть наружу — а то тот так бы и остался внутри. Век живи — век учись.
Но это в снарядах. В ракетах же было важно, чтобы порох горел подольше, малыми порциями, чтобы он подольше подталкивал ракету по направлению к цели. Да и ограничения по массе были не последним фактором — ведь шашки свободно лежали внутри корпуса, соответственно, все давление газов передавалось и на корпус. Ну, не совсем свободно — они удерживались несколькими решетками и системой проволок, чтобы не болтались внутри корпуса, пока горят, а то от ударов могли и растрескаться, отчего площадь горения, а, следовательно, и давление, повышались, отчего, в свою очередь, еще больше повышалась скорость горения. Но из-за того, что стенки корпуса свободно омывались горячими газами, их толщина в том же РС-132 была пять миллиметров. И эти пять миллиметров должны были выдержать не только высокое давление, но и температуру, которая снижала предел прочности стали. Правда, недолго — двигатель работал меньше секунды, поэтому сталь слишком ослабнуть не успевала из-за инерции прогрева. Нам же, чтобы достичь больших высот и при этом не нарваться на большие ускорения, надо было повышать длительность работы двигателя. Но это требовало изменения всей внутренней баллистики двигателя, включая сопло.
Поэтому в первой половине сорок второго мы шли по пути изменения механической конструкции ракет, стараясь кардинально не менять ни состав топлива, ни геометрию шашек. Так, еще весной сорок второго мы начали покрывать изнутри стенки теплозащитой на основе оксида магния, что позволило снизить их толщину на два миллиметра — а это почти восемь килограммов сэкономленного веса. Да еще количество взрывчатки снизили до полукилограмма, и толстый корпус снаряда заменили стеклопластиковым обтекателем, а в качестве поражающих элементов применили стальные шарики. Правда, сэкономленный на боевой части вес был съеден аппаратурой управления, но вот уменьшение веса корпуса ракетного двигателя, использование стеклопластиковых стабилизаторов вместо стальных, повысило высотность ракет с изначальных трех до четырех с половиной.
Но это было все, что мы смогли выжать из советских снарядов без изменения конструкции и рецептуры пороха. И с рецептурой пороха было сложнее.
Попытка полностью заменить динитротолуол на нитроглицерин летом сорок второго нам не удалась — горение оказалось нестабильным, возникал и пульсации и затухания. Так-то идея была отличной — калорийность нитроглицерина на сорок процентов выше, чем у ДНТ, а кислородный баланс — вообще положительный, то есть получаем более полное сгорание пороха, соответственно, повысится и температура газов, и их объем, а значит и тяга. Да и для стабильного горения такому пороху требовалось всего двадцать атмосфер, а не минимум сорок, как нашему и советскому. Англичане с американцами такой порох и применяли — в артиллерии уже и сейчас, а потом мы узнали и про ракеты. И, кстати, они тоже столкнулись с таким нестабильным горением. Попробовали мы и немецкий — дигликолевый — порох. Причем нескольких сортов, с калорийностью начиная чуть ли не от двух с половиной тысяч килоджоулей на килограмм, или примерно шестьсот килокалорий — это сравнить с нашим в три шестьсот килоджоулей, или восемьсот шестьдесят килокалорий. С ним было еще хуже — и ниже импульс, и минимальное давление требовалось чуть ли не шестьдесят атмосфер, а лучше — восемьдесят. А это снова — утолщение стенок корпуса — наши три миллиметра такое давление держали уже не всегда. Хотя, конечно же, на таком менее калорийном порохе живучесть артиллерийских стволов возрастала чуть ли не в три раза — мы это прочувствовали, когда перевели часть трофейной ПТО на наши пороха — стволы стали выгорать значительно быстрее, и лишь напыление металлов как-то замедляло износ стволов. В своих зенитных ракетах, кстати, немцы использовали все-таки нитроглицериновый — со своим у них тоже не получилось. Точнее, со своим они пробовали делать уже после того, как Гитлер сказал своим конструкторам "Сделайте точно как у русских".
Но это мы узнали уже в сорок третьем. Пока же мы проводили десятки опытов в день, пытаясь преодолеть рубеж в пять километров.
Но все-таки очередной шаг мы сделали снова благодаря советским разработкам — в июне сорок второго мы получили чертежи нового снаряда М-13 от Катюш — руководство СССР наконец-то сочло возможным передать нам эту "секретную" разработку, о которой знали даже немцы. В основе нашей первой конструкции лежал РС-132, который мы нашли на складах. Длиной 845 миллиметров, весом двадцать три килограмма, менее чем с килограммом взрывчатки и менее четырех килограммов ракетного топлива, он развивал скорость в триста пятьдесят метров в секунду. М-13 был более продвинутой конструкцией, которую приняли как раз двадцать первого июня сорок первого — да, накануне войны — специально для наземной реактивной артиллерии. Именно эти снаряды дебютировали в знаменитом обстреле железнодорожного узла Орши четырнадцатого июля сорок первого. И новый снаряд был посолиднее своего авиационного родителя — длиннее на шестьдесят сантиметров — 1415 мм, общим весом сорок два килограмма, с массой боевой части двадцать один килограмм, из которых почти пять килограмм приходилось на взрывчатку, и с массой ракетного пороха уже в семь килограмм. Дальность стрельбы по наземным целям составляла более восьми километров, а максимальная скорость оставалась той же при длительности работы двигателя семь десятых секунды.
Вот это была уже серьезная конструкция, в которой много чего можно было убрать. Естественно, первой "пострадала" боевая часть. Ее вес мы уменьшили до четырех килограммов — килограмм взрывчатки, два с половиной килограмма поражающих элементов, ну и корпус со взрывателем. Также сделали тоньше корпус, на чем сэкономили еще пять килограммов. Увеличили и длину двигателя, повысив количество пороха до десяти килограммов. А между двигателем и боевой частью разместили новый блок управления.
Я, как ЭВМщик, даже не сомневался в том, что нам надо применять полностью электрическое управление ракетами. На наших первых ракетах так и было — оперение получило элероны, которые отклонялись электромагнитами. Блок управления, правда, был также размещен между боевой частью и ракетным двигателем, иначе его пришлось бы защищать от тепла, выделявшегося этим двигателем. Да и некуда было его в хвосте помещать — там сопло, стабилизаторы — и все. Так что либо размещать между стабилизаторами, херя всю аэродинамику, либо наращивать длину хвостовой части, а газы пропускать по длинной трубе, ну и опять же — херя всю аэродинамику. И так-то после наших доработок центр масс несколько сместился назад, так что устойчивость ракеты снизилась, а тут она снизилась бы просто катастрофично — блок управления весил пять килограммов, и даже без учета выгорания топлива центр масс сразу был бы за центром давления, и оператору бы пришлось постоянно вертеть рукояткой управления только чтобы удержать ракету на курсе. Так что от блока управления к электромагнитам тянулись провода, закрытые изоляцией — и электрической, и тепловой.