Вооружение + СССР

Основные типы электромагнитных орудий, разрабатываемых в СССР в 30-е годы ХХ века

История с советскими разработками 30-х годов ХХ века в области оружия на новых физических принципах удивительна ещё и тем, что эти научные исследования были инициированы властью в тяжелейший для страны период индустриализации, когда, казалось бы, все силы должны быть брошены на становление базовых отраслей промышленности.

Авторы - Руслан Чумак (к.т.н.), начальник отдела фондов ВИМАИВиВС, член редколлегии журнала «КАЛАШНИКОВ» и Римма Тимофеева (к. иск.)

Одновременно работы велись по орудиям различных типов, что позволило собрать уникальную базу данных, которая легла в основу последующего анализа перспектив направления и использовалась при очередных «подходах» советской науки к данной тематике.

Турбоэлектрические орудия (1932–1934)

В СССР исследовались два вида турбоэлектрических орудий: турбоасинхронное (ТАСО) и турбосинхронное (ТСО). В основе их принципа лежит разгон метаемых снарядов или пуль электрическим приводом, построенным на базе принципов действия асинхронного и синхронного электродвигателей.

Принцип действия асинхронного двигателя состоит в том, что электрический ток в обмотках статора создаёт вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в обмотках ротора ток, который начинает взаимодействовать с бегущим магнитным полем статора, таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле статора стремясь занять такое положение, при котором поля статора и ротора станут взаимно неподвижными (будут находиться друг напротив друга).

ПЕРВАЯ ЧАСТЬ СТАТЬИ:
Сталинские рейлганы. Часть первая

В 1932 году на описанном выше принципе ВЭИ разработал криволинейное (центробежное) ТАСО, а в 1933 году на базе его главных конструктивных решений создал макетный образец 7,62-мм пулемёта с криволинейным (кольцевым) разгонным устройством и в 1934 году провёл его испытания. Кроме того, в 1930 году А. Г. Иосифьян разработал и запатентовал принцип асинхронного орудия с прямолинейным стволом, как он его назвал «электрической машины с единым цилиндрическим статором, поле которого движется поступательно».

Суть предлагавшегося им принципа электрического асинхронного орудия состоял в том, что обмотки статора в количестве кратном 3 располагались на стволе не по кругу, как в обычном электродвигателе, а последовательно в одну линию, что при подаче на них трёхфазного переменного тока обеспечивало возникновение бегущего поступательно вдоль ствола магнитного поля. Это поле, в свою очередь, взаимодействовало с обмоткой снаряда («ротора»), заставляя его втягиваться внутрь цепочки катушек статора и постепенно ускоряться.

В отношении турбосинхронного орудия нашлось упоминание о том, что такое орудие исследовалось в электротехническом отделе АНИИ, но в 1932 году было снято с испытаний вследствие получения отрицательных результатов. В дальнейшем это направление создания электрических орудий развития не получило.

Магнитоэлектрические орудия (1931–1937 гг.)

Магнитоэлектрические орудия были первой разновидностью электроорудий, которые подверглись детальной разработке в АНИИ. В основе принципа магнитоэлектрического орудия лежит действие силы Ампера на проводник с током, находящийся в магнитном поле. При подаче тока в такой проводник, если он расположен перпендикулярно вектору магнитной индукции поля, в системе возникает сила, стремящаяся вытолкнуть проводник (в исследуемом случае — снаряд, через который пропущен электрический ток) за пределы магнитного поля.

С целью оценки возможности использования описанного выше принципа в электрической артиллерии в июле 1931 года в электротехнической лаборатории АНИИ была изготовлена экспериментальная установка МЭ 1. Она представляла собой электромагнит длиной 1 метр с обмоткой в 250 витков и движущегося вдоль него якоря (имитатора снаряда) в виде прямоугольного металлического бегунка. По сути, установка являлась примитивной моделью линейного униполярного электродвигателя, на которой исследователи проверяли расчёты возможностей электромагнитных сил к движению объектов, находящихся под их воздействием. В октябре 1931 года по описанной выше схеме в электротехническом отделе АНИИ А. П. Коноплёвым была разработана усовершенствованная экспериментальная модель магнитоэлектрического орудия МЭО-10 с прямолинейным разгонным устройством, а в январе 1932 года — экспериментальная модель электрической пушки МЭП 2 с криволинейным (кольцевым) разгонным устройством, при этом в основу обоих проектов был положен патент Фошон-Вильпле 1916 года с дополнениями М. П. Костенко, касающимися источников питания.

В ходе её испытаний были получены результаты, позволившие спроектировать и изготовить существенно более совершенную модель электрического орудия МЭО-60, представляющую собой завершение первого этапа НИР в области использования электрической энергии для целей метания снарядов и способную к стрельбе. Предполагалось, что с помощью этой опытной установки экспериментально решится вопрос пригодности и эффективности самого принципа метания снарядов электрической силой, а также будут проверены другие технические решения, в первую очередь конструктивное оформление узлов передачи электрической энергии на движущийся в стволе снаряд и возможность придания снаряду вращения.

Детальная разработка орудия МЭО-60 с начальной скоростью снаряда 60 м/с по эскизным чертежам АНИИ выполнялась по договору марта 1932 года отделом специальных машин завода «Электросила». Орудие представляло собой линейный четырехполюсный электродвигатель постоянного тока, в котором статор (неподвижная часть двигателя) выполнял функцию ствола, а якорем (подвижной частью двигателя) являлся снаряд, на который для обеспечения функционирования электрической схемы через специальную щёточную систему подавался электрический ток.

Основную частью орудия составлял ствол (стреляющая часть), имеющий обозначение БК 25/150. Тело орудия представляло собой сборку из двух массивных стальных частей, скрепляемых болтами, и устанавливалось цапфами на станке, состоявшем из двух вертикальных стоек, вмонтированных в бетонный фундамент, при этом обеспечивался поворот тела орудия только в вертикальной плоскости в диапазоне углов от −10º до +45º. Противооткатные приспособления не применялись по причине значительного веса ствола.

Орудие было выполнено с расчётом на первый вариант невращающегося снаряда с хвостовым стабилизатором, составляющим нераздельное целое с корпусом. Второй вариант невращающегося снаряда («Ракета БК») имел стабилизатор из двух сдвоенных V-образных крыльев, изолированных от корпуса диэлектрическими пластинами и четыре продольных направляющих ребра на корпусе. Проектный вес снаряда достигался путём заливки в его полость свинца.

Для придания снаряду вращения к орудию МЭО-60 был разработан вариант ствола с 11 глубокими нарезами и снаряд оригинальной конструкции («нарезной ракеты») со свободно вращающимся оперением (крыльчатками). Оперение не имело аэродинамического назначения и выполняло функцию подвижных контактов (щёточной системы), снимающих ток с неподвижных шин, расположенных в стволе орудия. Снаряд, имеющий готовые выступы на корпусе, двигался по нарезам ствола и получал вращение, а крылья его оперения двигались в продольных прямолинейных пазах ствола и вращения не получали. После вылета снаряда из ствола оперение отсоединялось от его корпуса, и снаряд продолжал движение по траектории без него.

Некоторые характеристики невращающегося снаряда первого варианта к орудию МЭО-60 приведены в таблице 1.

Питание орудия осуществлялось от ударного турбогенератора Т-285/50 (230 V, 3180 A) мощностью 800 к кВт, переконструированного на однофазную систему с усиленным креплением ротора для устойчивости к прохождению токов внезапного короткого замыкания. Некоторые расчётные характеристики орудия МЭО-60 приведены в таблице 2.

Орудие МЭО-60 с комплексом обеспечивающих его работу электрических устройств было изготовлено и в ходе испытаний 19 и 25 декабря 1934 года показало начальную скорость снаряда 70,8 м/с при КПД 4,63%.

В последующих отстрелах была получена максимальная скорость снаряда 138 м/с при его весе 1,02 кг. Наибольшая дальность стрельбы в 500 м была достигнута при весе снаряда 2,175 кг и его начальной скорости 89,7 м/с при этом снаряд летел правильно, не кувыркаясь.

Самым существенным результатом испытаний стало заключение о том, что «система в действительности работает лучше, чем ожидалось согласно расчётам, причём это расхождение не настолько велико, чтобы их опорочить». Данные расчётных и опытных значений параметров орудия МЭО-60 приведены в таблице 3.

Орудие МЭО-60 стало первым в СССР действующим образцом электрического орудия. Материалы о его разработке и испытании стали основой для проекта сверхдальнобойного магнитоэлектрического орудия полной мощности со снарядом весом 100 кг, начальной скоростью 2000 м/с и дальностью стрельбы 150 км и более при постоянном угле возвышения 45—55º.

Параллельно с магнитоэлектрическим орудиями с прямолинейным стволом в течение 1931–1934 годов в АНИИ А. П. Коноплёвым изучался принцип МЭО с криволинейным (кольцевым) разгонным устройством (стволом). В идеальном для электромагнитного орудия случае для придания снаряду высокой начальной скорости требовалось длительное (порядка 10 секунд) воздействие на него электрических сил, при этом длина ствола получалась большой. Для оптимизации размеров ствола предполагалось использовать разгон снаряда до требуемой начальной скорости по кольцевой траектории. После достижения снарядом необходимой скорости должно было происходить отключение электромагнитов, удерживающих снаряд, и он, покинув пусковое устройство орудия по касательной к кольцевой разгонной траектории, получал необходимое направление движения. В 1933 году были выполнены детальные исследования темы. Для проработки использовалась модель орудия МЭ-4, были проведены предварительные расчёты внутренней баллистики для снаряда весом 100 кг и начальной скорости 2000 м/с. Отдельное внимание уделялось вопросу выхода снаряда из разгонной круговой траектории внутри орудия, для чего наиболее подходящим было принято сбрасывание снаряда на ходу (по аналогии со сбрасыванием торпед на торпедных катерах).

Модель МЭ-4 была спроектирована в VIII отделе АНИИ для начальной скорости 25 м/с в двух вариантах и изготовлена опытной механической мастерской НИАП’а. Она состояла из кругового электромагнита, бронзового основания, стального бегунка, токоподводящей системы и направляющих для бегунка, проекция кольцевого жёлоба на прямую 1355 мм. Основная цель разработки модели МЭ-4 состояла в изучении движения бегунка и уравновешивания центробежной силы.

По результатам опытов с моделью была доказана принципиальная возможность реализации предложенного принципа метания, однако расчётное КМЭО большой мощности получалось чересчур громоздким (диаметр не менее 1600 м), требовало слишком больших затрат железа (6162 т) и меди (205 т). Кроме того, артиллерийская составляющая (снаряд, его вылет, придание угла возвышения и направления), благодаря своей новизне, являлись чрезвычайно трудными для реализации. Рассчитанный КПД — 27,5% — оказывался ничтожно малым, поэтому дальнейшее продолжение работ было признано нецелесообразным.

Общий вывод, сделанный по итогам испытаний орудия МЭО-60, состоял в том, что эта установка не может являться основой для проектирования мощных орудий — как минимум потому, что оно возможно только при использовании ведущего поддона, в котором будет размещаться снаряд, вес которого практически равен весу снаряда. Несмотря на прекращение в АНИИ практических работ с МЭО, в комплексе отчётов АНИИ встречаются и более поздние проекты магнитоэлектрических орудий: стационарного МЭО 100/2000 (автор И. М. Постников, 1934 год), МЭО-120-25-1000 (автор И. А. Гулярин, 1936 год) и МЭО-200-100-2000 (дипломный проект ВЭТ, автор Я. Ш. Шур, 1936 год). Их появление объясняется некоторыми преимуществами орудий этого типа над ЭДО, от которых инженеры АНИИ считали невозможным отказаться без максимально полной проверки.

Эти проекты никогда не были реализованы, поскольку разработка магнитоэлектрических орудий прекратилась на основании анализа результатов испытаний их моделей. Для мощных электромагнитных орудий в тот период исследований было признано целесообразным использование видоизменённой системы — электродинамического орудия (ЭДО), речь о которой пойдёт далее.

Продолжение следует...

Реактор известен под названием «Аннушка». Его мощность составляла 100 МВт. Конструкция реактора включала графитовые блоки с урановыми стержнями, охлаждаемые водой.

Цель создания реактора — наработка оружейного плутония. Уже через год реактор выдал первые граммы плутония, которые использовались в создании ядерного оружия, испытанного в 1949 году.

По плану реактор должен был проработать 3 года. Однако его эксплуатация длилась до 1987 года.

В мире, где границы между стихиями казались непреодолимыми, молодой гений Борис Ушаков бросил вызов самой природе, создав нечто немыслимое — летающую подводную лодку. Это был не просто гибрид, а дерзкий символ человеческой смелости, машина, в которой сочетались мощь авиации и скрытность подводного охотника.

Ещё будучи курсантом Высшего морского инженерного училища имени Дзержинского, Ушаков в 1934 году загорелся идеей, достойной фантастических романов. Его творение — трёхмоторный гидросамолёт с поплавками, перископом и тайной способностью нырять в пучину, — казалось, сошло со страниц трудов Жюля Верна. Но это была реальность, выкованная инженерным гением!

Крылатая субмарина задумывалась как идеальный хищник: обнаружив вражеский корабль, она приводнялась за горизонтом, избегая чужих глаз, а затем бесшумно скользила под водой, занимая позицию на пути цели. Как терпеливый ястреб, она ждала, экономя энергию, пока жертва не окажется в прицеле. Если противник сворачивал — субмарина оживала, всплывая или взмывая в небо, чтобы начать атаку заново. Это был танец смерти, где стихии служили оружием!

Конструкция поражала изяществом мысли: шесть отсеков, словно органы фантастического киборга. Три мощнейших авиамотора АМ-34, каждый — сердце дракона в 1000 лошадиных сил. Пространство для экипажа, аккумуляторы, электромотор — всё продумано до мелочей. Это был не аппарат, а поэма в металле, где каждая деталь пела гимн прогрессу.

Технические характеристики Летающей подводной лодки:
Экипаж, чел.: 3;
Взлётная масса, кг: 15000;
Скорость полёта, узлов: 100 (~185 км/ч);
Дальность полёта, км: 800;
Потолок, м: 2500;
Авиамоторы: 3xAM-34;
Мощность на взлётном режиме, л. с.: 3x1200;
Максимально доп. волнение при взлёте/посадке и погружении, баллов: 4-5;
Подводная скорость, узлов: 2–3;
Глубина погружения, м: 45;
Запас хода под водой, мили: 5–6;
Подводная автономность, час: 48;
Мощность гребного мотора, л. с.: 10;
Продолжительность погружения, мин: 1,5;
Продолжительность всплытия, мин: 1,8

Увы, в 1938 году проект закрыли. Военные сочли подводную подвижность недостаточной, а риск обнаружения — слишком высоким. Но разве это поражение? Нет! Летающая субмарина Ушакова навсегда осталась маяком дерзости, напоминая, что гении опережают время.

ВЗЯЛ ТУТ

Начало: Фрагменты истории атомной отрасли

Атомный проект - второе десятилетие

Пятидесятые годы прошлого века оказались годами, в которые международная политика тесно связалась с успехами стран в атомных технологиях. На смену рузвельтовской парадигме мирового равновесия пришла доктрина Трумена, которая характеризуется термином «сдерживание». Что сдерживалось? Угроза распространения коммунизма. В 1947 году Трумен сформулировал: «Политика США должна быть направлена на поддержку свободных народов, сопротивляющихся вооруженным меньшинствам или внешнему давлению».

Однако, подчиняясь обстоятельствам, следующий президент – Д.Д. Эйзенхауэр, профессиональный военный,  в декабре 1953 года предложил организовать международное сотрудничество в целях мирного применения атомной энергии.

34-й президент США собирался (или только угрожал) применить ядерное оружие во время Корейской войны. Прекратил антикоммунистическую компанию в США.

Вот что произошло в США в период 33-го и 34-го президентов и чуть позже:

Январь 1950 года – Трумен дает поручение о создании водородной бомбы. Ранее научный коллектив под руководством Роберта Оппенгеймера отказывался проводить эту разработку, называя такую бомбу «оружием геноцида». Но теперь, на прямой вопрос Трумена: «Может ли СССР сделать такую бомбу?», последовал положительный ответ. Полемика прекратилась и сторонники «мирового равновесия» отправились по рабочим местам.

Февраль 1950 года – сенатор Дж.Маккарти объявил «крестовый поход» против коммунизма в Америке.

Декабрь 1951 года – в штате Айдахо запущен первый мирный атомный реактор.

Октябрь 1952 года – в штате Ю.Каролина запущен завод по производству тяжелой воды.

Ноябрь 1952 года  - водородная бомба взорвана на атолле Эниветок в Тихом океане.

Январь 1954 года – запущена первая атомная подводная лодка «Наутилус». Тогда же госсекретарь Дж.Даллес заявил о готовности США «нанести массированный удар в ответ на любую коммунистическую агрессию».

Апрель 1954 года – Дж. Маккарти проиграл судебный процесс против армии США, уличенной им в коммунистических настроениях. «Крестовый поход» против коммунизма был разгромлен американскими военными юристами и остался в истории.

Август 1954 года – принят новый закон об атомной энергии, сокративший государственную монополию в вопросах строительства и эксплуатации атомных объектов.

Со стороны СССР достаточно назвать две замечательные даты этого пятилетия:

Август 1953 года – испытание водородной бомбы на Семипалатинском полигоне.

Июнь 1954 года – запуск первой в мире атомной электростанции в г. Обнинске.

В тот же период были начаты научно-технические разработки, имевшие стратегическое значение для последующего развития отечественной отрасли и обеспечившие вскоре и до сего времени лидерство в некоторых вопросах ядерных технологий. Полную историю этих достижений еще не скоро удастся прочесть.

В 1953 году атомное ведомство получило название Министерство среднего машиностроения, ставшее легендарным. Первыми руководителями министерства становились последовательно  В.А. Малышев и А.П.Завенягин.

К сожалению, эти люди рано ушли из жизни. В 1957 году наступила эра Ефима Павловича Славского – бессменного «атомного» министра на протяжении 30 лет.

Вторая половина 50-х годов ХХ века – время наивысшего накала холодной войны и гонки вооружений. Важнейшую роль играло совершенствование и наращивание атомного вооружения.

Со дня испытания водородной бомбы (1953 г.) по 1962 г. В СССР произведено более 200 испытательных взрывов. В том числе, и в составе войсковых учений. Апогеем явилось изготовление и испытание самой мощной бомбы, оставшейся в истории под двумя названиями: «Царь бомба» и «Кузькина мать».

Что же это было за чудовище? Плод трудов многих атомщиков. Сложное, трехступенчатое взрывное устройство (каждая ступень, взрываясь, инициировала взрыв следующей ступени) имело проектную мощность 101,5 мегатонн. Хватило осторожности такую бомбу не взрывать. Изменив конструкцию 3-й ступени, получили снижение мощности взрыва примерно в 2 раза. Взорвали над Новой Землей и зафиксировали мощность, примерно, 58 мегатонн.  Взрывная волна трижды обогнула земной шар. Это бомба остается самой мощной в истории, но она - не единственная сверхмощная бомба, сделанная в СССР.

Беллетристы, начиная с писателя-фантаста А.Казанцева (роман «Фаэты) и до сих пор, предпочитают свою версию причины преднамеренного снижения мощности взрывного устройства в сверхбомбе. Существует гипотеза, которую высказали еще некоторые из создателей первой американской бомбы, что слишком сильный взрыв может спровоцировать вторичную термоядерную реакцию в атмосфере. Ведь в ней есть все те же вещества, которые участвуют во взрыве. Или в морской воде, где достаточно много дейтерия. А это – конец планете.

По волнам и под ними.

Второе пятилетие 50-х годов можно характеризовать как время появления и развития ядерных энергетических установок (ЯЭУ) для транспорта. Настало время воплощать идеи, сформулированные еще в 40-х годах, но отложенные до времени. Научным руководителем разработок был назначен академик А.П. Александров, главным конструктором по энергетике  - академик Н.А. Доллежаль.

Основная сфера применения  ЯЭУ — Атомный флот. Это объясняется рядом преимуществ атомных двигателей перед корабельными установками на обычном топливе: практически неограниченная автономность плавания, большая мощность на валу, и, как следствие, возможность длительно использовать высокую скорость хода. ЯЭУ для корабля состоит из ядерного реактора  с оборудованием и паро- или газотурбинной установки, посредством которых тепловая энергия, выделяющаяся в реакторе, преобразуется в механическую или в электрическую энергию. Наибольшее распространение на транспорте получили водо-водяные реакторы под  давлением.

Преимущественное использование атомных двигателей на подводных лодках обусловлено еще и тем, что ЯЭУ при работе не требуют кислорода, благодаря чему подводные лодки могут более длительное время находиться в погруженном состоянии.

Первые подводные лодки с атомными реакторами на борту появились  в США в 1954 году — USS Nautilus, и в СССР в 1959 году — К-3 «Ленинский комсомол». Отечественная лодка имела преимущества перед первой «американкой» в мощности ядерных двигателей, глубине погружения, скорости хода, но уступала по шумовым характеристикам, при примерно одинаковой вооруженности.

Отставание по численности и вооруженности атомного подводного флота СССР от флота США удалось ненадолго ликвидировать в 80-х годах. Последующие события вновь привели к отставанию. Но к нынешнему времени примерно сравнялись.

В 1959 г. в Советском Союзе было построено первое невоенное судно с ЯЭУ — атомный ледокол «Ленин». Мы до сих пор остаемся лидерами в применении атомоходов для гражданских целей.

Восхищают темпы создания первого отечественного атомного ледокола: решение о его строительстве было принято 20 ноября 1953 г., закладка состоялась 24 августа 1956 года на стапеле Адмиралтейского завода в Ленинграде, а уже 5 декабря 1959 года атомный ледокол «Ленин» был принят в эксплуатацию!

В создании ледокола принимали участие 510 предприятий и организаций страны. Так в короткие сроки был создан гражданский атомный флот.

Не только бомбы.

Не только сверхмощное оружие занимало в те годы советских атомщиков. Создание небывало мощных энергетических станций - вот был их следующий шаг после первых успехов на старте атомного проекта. Вспомним, что первый руководитель атомного проекта М.Г. Первухин до войны руководил развитием электроэнергетики и оставался причастным к этому направлению промышленности до 60-х годов.

Тон задавали гидроэнергетики, чуть раньше приступившие к созданию гигантов: Братской, Красноярской и других мощных ГЭС.  В 1958 году началось строительство первой промышленной атомной электростанции – Нововоронежской. Через шесть лет ее первый блок с оригинальным водо-водяным реактором выдал полную мощность – 210 мегаватт. Это поставило атомную энергетику в один ряд с традиционными видами добычи энергии – гидравлическим и тепловым. При этом гиганты гидроэнергетики строились и выходили на полную мощность вдвое дольше, чем АЭС. И значительно влияют на экологию.

Продолжение будет.