Уроки взрывотехника

История взрывчатки

Да, я выпущу бурю, какой никогда еще не было; отдам кракатит, освобожденную стихию, и разобьется вдребезги лодочка человечества… Погибнут тысячи тысяч. Истреблены будут народы и сметены города; не будет предела тому, у кого оружие в руке и гибель в сердце.

Карел Чапек, «Кракатит»

На протяжении сотен лет с момента изобретения пороха и до 1863 года человечество не имело представления о силе, дремлющей во взрывчатых веществах. Все взрывные работы проводились путем закладки некоторого количества пороха, поджигаемого затем с помощью фитиля. При значительном фугасном эффекте такого взрыва его бризантность практически равнялась нулю.

Артиллерийские снаряды и бомбы, снаряженные порохом, имели ничтожное осколочное действие. При сравнительно медленном нарастании давления пороховых газов чугунные и стальные корпуса разрушались по двум-трем линиям наименьшей прочности, давая очень малое количество очень крупных осколков. Вероятность поражения живой силы противника такими осколками была настолько малой, что пороховые бомбы обеспечивали в основном деморализующий эффект.

Гримасы судьбы

Открытие химического вещества и открытие его взрывчатых свойств зачастую происходили в разное время. Собственно говоря, начало истории взрывчатых веществ могло быть положено в 1832 году, когда французский химик Анри Браконно получил продукт полного нитрования целлюлозы — пироксилин. Однако изучением его свойств никто не занялся, да и способов инициировать детонацию пироксилина тогда не существовало.

Если заглянуть в прошлое еще дальше, обнаружится, что одно из самых распространенных взрывчатых веществ — пикриновая кислота — было получено в 1771 году. Но в то время не существовало даже теоретической возможности осуществить ее детонацию — гремучая ртуть появилась лишь в 1799 году, а до первого применения гремучей ртути в капсюлях-воспламенителях оставалось больше тридцати лет.

Начало в жидком виде

История современных взрывчатых веществ начинается в 1846 году, когда итальянский ученый Асканио Собреро впервые получил нитроглицерин — сложный эфир глицерина и азотной кислоты. Собреро достаточно быстро обнаружил взрывчатые свойства бесцветной вязкой жидкости и потому поначалу назвал полученное соединение пироглицерином.

Альфред Нобель — человек, создавший динамит.

По современным представлениям нитроглицерин — весьма посредственная взрывчатка. В жидком состоянии он слишком чувствителен к удару и нагреву, а в твердом (охлажденном до 13°С) — к трению. Фугасность и бризантность нитроглицерина сильно зависят от способа инициирования, а при использовании слабого детонатора мощность взрыва сравнительно невелика. Но тогда это было прорывом — мир еще не знал подобных веществ.

Практическое использование нитроглицерина началось лишь спустя семнадцать лет. В 1863 году шведский инженер Альфред Нобель конструирует пороховой капсюль-воспламенитель, позволяющий использовать нитроглицерин в горном деле. Спустя еще два года, в 1865 году, Нобель создает первый полноценный капсюль-детонатор, содержащий фульминат ртути. При помощи такого детонатора можно инициировать практически любое бризантное взрывчатое вещество и вызвать полноценный взрыв.

В 1867 году появляется первая взрывчатка, пригодная для безопасного хранения и транспортировки, — динамит. Девять лет потребовалось Нобелю на то, чтобы довести технологию производства динамита до совершенства — в 1876 году был запатентован раствор нитроцеллюлозы в нитроглицерине (или «гремучий студень»), который до сегодняшнего дня считается одним из самых мощных взрывчатых веществ бризантного действия. Именно из этого состава готовился знаменитый динамит Нобеля.

Выдающийся химик и инженер Альфред Нобель, фактически изменивший лицо мира и давший реальный толчок развитию современной военной и, косвенно, космической технике скончался в 1896 году, прожив 63 года. Имея слабое здоровье, он так увлекался работой, что часто забывал поесть. На каждом из его заводов строилась лаборатория, чтобы неожиданно приехавший хозяин мог продолжить эксперименты без малейшей задержки. Он был и генеральным директором своих заводов, и главным бухгалтером, и главным инженером и технологом, и секретарем.

Жажда познания была основной чертой его характера: «Вещи, над которыми я работаю, действительно чудовищны, но они так интересны, так совершенны технически, что становятся привлекательными вдвойне».

Взрывчатый краситель

В 1868 году британскому химику Фредерику-Августу Абелю после шестилетних исследований удалось получить прессованный пироксилин. Однако в отношении тринитрофенола (пикриновой кислоты) Абелю была отведена роль «авторитетного тормоза». Еще с начала XIX века были известны взрывчатые свойства солей пикриновой кислоты, но о том, что сама пикриновая кислота способна к взрыву, никто не догадывался до 1873 года. Пикриновая кислота на протяжении века использовалась как краситель. В те времена, когда началось оживленное испытание взрывчатых свойств разных веществ, Абель несколько раз авторитетно заявлял о том, что тринитрофенол абсолютно инертен.

Герман Шпренгель был немцем по происхождению, но жил и работал в Великобритании. Именно он дал французам возможность заработать денег на секретном мелините.

В 1873 году немец Герман Шпренгель, создавший целый класс взрывчатых веществ, убедительно показал способность тринитрофенола к детонации, но тут возникла другая сложность — прессованный кристаллический тринитрофенол оказался очень капризным и непредсказуемым — то не взрывался, когда надо, то взрывался, когда не надо.

Пикриновая кислота предстала перед французской Комиссией по взрывчатым веществам. Было установлено, что она — мощнейшее бризантное вещество, уступающее разве только нитроглицерину, но ее слегка подводит кислородный баланс. Также выяснили, что сама пикриновая кислота обладает низкой чувствительностью, а детонируют ее соли, образующиеся при длительном хранении. Эти исследования положили начало полному перевороту во взглядах на пикриновую кислоту. Окончательно недоверие к новому взрывчатому веществу было рассеяно работами парижского химика Тюрпена, который показал, что плавленая пикриновая кислота неузнаваемо меняет свои свойства по сравнению с прессованной кристаллической массой и совершенно теряет свою опасную чувствительность.

Это интересно: позже выяснилось, что сплавлением решаются проблемы с детонацией у сходной с тринитрофенолом взрывчатки — тринитротолуола.

Такие исследования, разумеется, были строго засекречены. И в восьмидесятые годы XIX века, когда французы стали выпускать новое взрывчатое вещество под названием «мелинит», Россия, Германия, Великобритания и США проявили к нему огромный интерес. Ведь фугасное действие боеприпасов, снаряженных мелинитом, выглядит внушительным и в наши дни. Активно заработали разведки, и спустя недолгое время тайна мелинита стала секретом Полишинеля.

В 1890 году Д. И. Менделеев писал морскому министру Чихачеву: «Что же касается до мелинита, разрушительное действие коего превосходит все данные испытания, то по частным источникам с разных сторон однородно понимается, что мелинит есть не что иное, как сплавленная под большим давлением остывшая пикриновая кислота».

Разбудить демона

Как ни забавно, у «родственника» пикриновой кислоты — тринитротолуола — судьба оказалась сходной. Впервые он был получен немецким химиком Вильбрандом еще в 1863 году, но лишь в начале XX века нашел применение в качестве взрывчатого вещества, когда за его исследование взялся немецкий инженер Генрих Каст. В первую очередь он обратил внимание на технологию синтеза тринитротолуола — она не содержала опасных по взрыву этапов. Уже одно это было колоссальным преимуществом. Еще свежи были в памяти европейцев многочисленные ужасающие взрывы фабрик, производивших нитроглицерин.

Еще одним немаловажным достоинством была химическая инертность тринитротолуола — реакционная способность и гигроскопичность пикриновой кислоты изрядно досаждали конструкторам артиллерийских снарядов.

Полученные Кастом желтоватые чешуйки тринитротолуола проявили удивительно мирный нрав — настолько мирный, что многие сомневались в его способности к детонации. Сильные удары молотком плющили чешуйки, в огне тринитротолуол взрывался не лучше, чем березовые дрова, а горел гораздо хуже. Доходило до того, что в мешки с тринитротолуолом пытались стрелять из винтовок. Результатом были лишь облачка желтой пыли.

Но способ разбудить дремлющего демона был найден — впервые это произошло при подрыве мелинитовой шашки вплотную к массе тринитротолуола. А затем выяснилось, что если его сплавить в монолитный блок, то надежная детонация обеспечивается стандартным капсюлем-детонатором Нобеля №8. В остальном плавленый тринитротолуол оказался таким же флегматиком, как и до плавления. Его можно пилить, сверлить, прессовать, размалывать — словом, делать что заблагорассудится. Температура плавления 80°С чрезвычайно удобна с технологической точки зрения — на жаре не потечет, но и особых затрат на плавление не требует. Расплавленный тринитротолуол весьма текуч, его можно запросто заливать в корпуса снарядов и бомб через отверстие взрывателя. В общем, воплощенная мечта военных.

Под руководством Каста в 1905 году Германия получила первые сто тонн новой взрывчатки. Как и в случае с французским мелинитом, она была строго засекречена и носила ничего не значащее название «тротил». Но спустя всего лишь год стараниями российского офицера В. И. Рдултовского тайна тротила была раскрыта, и его стали изготавливать в России.

Из воздуха и воды

Взрывчатые вещества на основе аммиачной селитры были запатентованы в 1867 году, но по причине высокой гигроскопичности долго не применялись. Дело сдвинулось с мертвой точки лишь после развития производства минеральных удобрений, когда были найдены эффективные способы предотвращения слеживаемости селитры.

Большое количество открытых в XIX веке взрывчатых веществ, содержащих азот (мелинит, тротил, нитроманнит, пентрит, гексоген), требовало большого количества азотной кислоты. Это подвигло немецких химиков на разработку технологии связывания атмосферного азота, что, в свою очередь, дало возможность получать взрывчатку без участия минеральных и ископаемых видов сырья.

Аммиачная селитра, служащая основой взрывчатых композитов, в буквальном смысле вырабатывается из воздуха и воды по методу Габера (того самого Фрица Габера, который известен как создатель химического оружия). Взрывчатые вещества на основе аммиачной селитры (аммониты и аммоналы) произвели переворот в промышленном взрывном деле. Они оказались не только очень мощными, но и исключительно дешевыми.

Таким образом, горнодобывающая и строительная промышленность получила дешевую взрывчатку, которая при необходимости может быть с успехом использована и в военном деле.

В середине XX века в США распространились композиты из аммиачной селитры и дизельного топлива, а затем были получены водонаполненные смеси, хорошо подходящие для взрывов в глубоких вертикальных скважинах. В настоящее время список применяемых в мире индивидуальных и композитных взрывчатых веществ насчитывает сотни наименований.

P.S.

Рукой ребенка

Военный инженер Джон Ньютон.

Ярким примером работ, которые были бы невозможными без взрывчатых веществ, можно считать разрушение скалистого рифа Флад Рок в Воротах Ада — узком участке пролива Ист-Ривер около Нью-Йорка.

На производство этого взрыва было употреблено 136 тонн взрывчатки. На площади 38220 квадратных метра было проложено 6,5 километра галерей, в которых разместили 13280 зарядов (в среднем по 11 килограмм взрывчатки на заряд). Работы производились под руководством ветерана гражданской войны Джона Ньютона.

10 октября 1885 года в 11:13 двенадцатилетняя дочь Ньютона подала электрический ток на детонаторы. Вода поднялась кипящей массой на площади 100 тысяч квадратных метров, было отмечено три последовательных подземных толчка в течение 45 секунд. Шум от взрыва продолжался около минуты и был слышен на расстоянии пятнадцати километров. Благодаря этому взрыву путь к Нью-Йорку из Атлантического океана сократился более чем на двенадцать часов.

Источник