Сталинские рейлганы. Часть первая
Разработка электромагнитной артиллерии в СССР 1930-х гг. Предпосылки и начало работ
«Мы жили. Ветер свистел в ушах. Земля светилась в восторге!.. Мы жили! Мы сделали первый шаг, — завидуйте нам, потомки!» Роберт Рождественский, «Письмо в ХХХ век», 1960 г.
Электромагнитное орудие будущего в представлении художников-фантастов. Иллюстрация к роману А. П. Казанцева «Пылающий остров»
Автор - Руслан Чумак (к.т.н.), начальник отдела фондов ВИМАИВиВС, член редколлегии журнала «КАЛАШНИКОВ» и Римма Тимофеева (к. иск.),
В 1930-е годы военно-политическим руководством СССР предпринимались значительные усилия, направленные на повышение обороноспособности страны. При этом была осознана совершенно объективная необходимость формирования собственных научных школ проектирования стрелково-пушечного вооружения, которые опиралась бы на последние достижения современной науки и техники.
В стране проводились масштабные теоретические и экспериментальные исследования, имевшие целью изучить возможность использования в оборонной технике новых технологий с целью создания новейших высокоэффективных образцов вооружения и военной техники. Одним из таких передовых направлений, получившим развитие в данный период, являлась разработка теоретических и конструктивных основ для создания электромагнитной артиллерии.
Главным преимуществом электромагнитных орудий (рейлганов, рельсотронов) над классической огнестрельной артиллерией является отсутствие ограничений скорости разгоняемого снаряда, что позволяет в теории обеспечить неограниченную дальность стрельбы. Столь масштабные свойства электромагнитных орудий привлекали внимание военных инженеров в разных странах мира, приступивших к исследованиям в области создания таких орудий ещё в середине XIX века.
Теоретические основы функционирования ускорителя масс с помощью бегущего магнитного поля заложил в 1839 году в одной из своих научных работ великий физик и математик Иоганн Карл Фридрих Гаусс. Впоследствии принцип ускорителя масс с помощью бегущего магнитного поля был реализован в электродвигателях различных типов, а попытки использования принципов электромагнитных ускорителей масс в военной технике для метания артиллерийских снарядов предпринимались неоднократно.
Рисунок артиллерийских снарядов к магнитофугальному орудию. Выполнен Русланом Чумаком по эскизам из работы Н. С. Япольского «Применение электрического тока переменного числа периодов к ударным машинам» (1919). Слева снаряд, построенный по типу решётчатого якоря. Боевой заряд расположен в продольных цилиндрических мостиках (показан вырезом). Такая конструкция уменьшает прочность снаряда, делает форму менее выгодной для полёта, хотя позволяет уменьшить пространство между снарядом и стволом. Справа аналогичный снаряд, но крестообразного сечения
Впервые в России предложение электрической пушки (магнитофугального орудия) было разработано в 1915 году инженерами М. П. Костенко, М. М. Подольским и Н. С. Япольским. Артком ГАУ рассмотрел это предложение, но отклонил его, хотя и признавал подобную идею «правильной и осуществимой».
Слева снаряд в виде цилиндрической полости с крыльями-решетчатыми якорями. Справа аналогичный снаряд, но с четырьмя крыльями-решетчатыми якорями. Рисунок Руслана Чумака
В СССР работы по созданию электрических орудий стали отдельным направлением исследований в Комиссии особых артиллерийских опытов (КОСАРТОП) по линии НИР, связанных с изучением экстрадальной стрельбы. В период 1918–1924 годов в комиссию были представлены результаты различных теоретических исследований: «О магнитофугальном орудии переменного тока» и «Об электрическом орудии, типа Фошон-Вильпле, постоянного тока». Эти теоретические исследования предварили начало практических работ по созданию электромагнитных орудий в нашей стране.
Проектный вид электрического орудия (рейлгана) Фошон-Вильпле. Журнал «Техника и снабжение Красной армии». 1923, № 37
Изначально эти работы велись в Магнитофугальном бюро — структуре, специально созданной при Комитете по делам изобретений. В ходе предварительных исследований КОСАРТОП и Артком ГАУ определили требования к проекту электрической пушки и передали их в названное выше бюро. В них указывалось, что дульная энергия электрического орудия должна была соответствовать 3-дм полевой пушке обр. 1902 года. На начальном этапе исследований КОСАРТОП, и Артком ГАУ, привлекли ведущих специалистов по электротехнике: проф. В. Ф. Миткевича (1872—1951). Именно В. В. Гун в 1928–1929 годах занимался разбором проектов электрических пушек инженера А. П. Коноплёва, являвшегося пионером в исследованиях по созданию орудий этого рода в СССР.
В своей работе «Метание снарядов электрической силой» А. П. Коноплёв рассмотрел общие вопросы проектирования орудия с принципом метания снаряда с помощью электрического тока, которые предлагались на первоначальных этапах научно-исследовательских работ.
Интересной является критика А. П. Коноплёвым указанных принципов, которые изначально основывались на простом замещении энергии сгорания пороха энергией токов короткого замыкания огромной величины, генерирующих в стволе орудия своего рода «электрический взрыв». Коноплёв обосновал, что такой подход является неправильным из-за необходимости борьбы с множеством негативных и опасных эффектов, сопровождающих выброс энергии электрического тока, организованный указанным образом.
Кроме того, построенная по этим принципам электрическая пушка получалась крайне громоздкой, дорогой, и, что главное, имела низкий КПД из-за трёхкратного преобразования одного вида энергии в другой, что не позволяло ей иметь характеристики, сравнимые с пушкой с обычным принципом метания снаряда. Он же пришёл к выводу, что конструктор электрических пушек не должен стремиться обеспечить время воздействия электрических сил на снаряд в стволе, сравнимое с временем протекания внутрибаллистических процессов порохового орудия, а должен пойти по пути более длительного воздействия сил на снаряд.
Такое решение, конечно, требовало применения значительно более длинного ствола, но процесс сообщения скорости снаряду организовывался существенно проще. По мнению Коноплёва, электрическое орудие должно быть стационарным, что исключало проблему снабжения его электрической энергией, которую можно доставлять к нему с помощью специальных ЛЭП.
При этом он оценивал и потребную электрическим орудием мощность в несколько сотен тысяч и даже миллионов киловатт, но считал такие значения достижимыми для электрогенерирующей техники тех лет. А. П. Коноплёв предложил использовать для метания снаряда силу электромагнитного поля, что позволяло производить постепенный разгон метаемого снаряда. Это давало орудию целый ряд конструктивных и эксплуатационных преимуществ, в том числе, отсутствие ограничений по максимальной скорости снаряда.
А. П. Коноплёв. Фото 1947 (слева) и 1950 гг. из личного архива Т.К. Ростовцевой
Работа Коноплёва подверглась изучению в конструкторском бюро Арткома, предписанием Артиллерийского управления (АУ) от 7 июля 1928 года № 52068/9я24 требовалось дать заключение о проекте «электрического орудия системы инженера Коноплёва». В течение трёх последующих лет работа Коноплёва и проект его электрического орудия рассматривался в различных инстанциях АУ, и в 1931 году состоялось решение об их практической реализации.
В этом году секция «Электроорудия» НТК АУ разработала план работ по данной теме. Помимо изучения существующей теоретической базы и составления обзора состояния вопроса в целом, планировалось осуществить разработку собственно электрических орудий и вести её силами двух научных центров: электротехнической лаборатории АНИИ (г. Ленинград, начальник О. Г. Флеккель, ведущий инженер — А. П. Коноплёв) и Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ, г. Москва, ведущий инженер А. Г. Иосифьян).
АНИИ занимался электрическими пушками, построенными практически по всем известным к тому времени принципам, с двумя типами разгонных устройств (стволов) — прямолинейным и криволинейным. За начальный этап исследовательской деятельности (до 1933 года) в различных организациях были получены следующие предварительные результаты. В 1931 году инженер А. Г. Иосифьян с коллективом соавторов разработал несколько предложений электрических орудий и на одно из них — «Электромагнитное орудие» — получил авторское свидетельство. В 1933 году он вместе с Б. Д. Садовским рассчитал конструкцию уже длинной электрической пушки, работающей путём её прямого включения на шины районных электростанций. Дальше они совместно с А. П. Казанцевым работали над проектом электромагнитной пушки, стреляющей дисковым снарядом из немагнитного материала. Идею этой пушки А. П. Казанцев, в дальнейшем известный писатель-фантаст, использовал в одном из сюжетов своего романа «Пылающий остров»:
«...осмелюсь обратить Ваше внимание. Это должно укрепить в Вас надежду. Вот электрическая пушка сверхдальнего боя. Весь ствол её представляет собой два полюса магнита, между которыми создаётся сильнейшее магнитное поле. Всё получается, как в моторе постоянного тока. Через снаряд из наших аккумуляторов пропускается громадной силы электрический ток. Он взаимодействует с магнитным полем. Каждый знает, что магнитное поле не терпит присутствия электрического тока, который искажает его, поэтому оно с колоссальной силой выталкивает снаряд с током прочь. Начальная скорость, обретаемая снарядом, достаточна, чтобы перебросить его через два океана».
С 1931 года в Артиллерийском научно-исследовательском институте в Ленинграде под руководством А. П. Коноплёва началась теоретическая разработка основ электромагнитных орудий для дальней стрельбы и эксперименты с их действующими моделями малой мощности. Упоминавшееся ранее предложение М. П. Костенко, М. М. Подольского и Н. С. Япольского по магнитофугальной пушке было вновь рассмотрено, в частности, выполнен перерасчёт для нескольких вариантов исходных данных.
Принципиальным достижением работ периода 1931–1933 годов на этапе опытно-теоретических работ АНИИ стало определение направления поиска оптимальной для будущего рейлгана/рельсотрона схемы электромагнитного ускорителя масс среди следующих вариантов:
— турбоэлектрическое орудие (ТЭО);
— магнитоэлектрическое орудие (МЭО);
— электродинамическое орудие (ЭДО);
— электросоленоидное орудие (ЭСО).
О разработке и испытаниях орудий, построенных на этих принципах, речь пойдёт в следующей части статьи...
UPD:
ПРОДОЛЖЕНИЕ:
Сталинские рейлганы. Часть вторая
