Подкалиберные пули и конический ствол из карбида вольфрама: будущее стрелкового оружия?
Телескопический патрон (в центре) – снаряд к 40-мм автоматической пушке 40 CTAS (Cased Telescoped Armament System) в уменьшенном масштабе
В статье «Забытый советский патрон 6х49 мм против патрона 6,8 мм NGSW» мы рассмотрели один из возможных путей ответа на американскую программу NGSW в случае её успешной реализации. Возможные пути эволюции стрелкового оружия в РФ в случае явного провала программы NGSW мы рассмотрели ранее в статье «Эволюция автомата в СССР и в России в контексте американской программы NGSW».
Одной из приоритетных задач для перспективного стрелкового оружия, которая указывается как причина появления программы NGSW, является появление в вооружённых силах России и Китая существующих и перспективных средств индивидуальной бронезащиты (СИБ).
Несмотря на свою кажущуюся простоту, стрелковое оружие невероятно эффективно в части уничтожения солдат противника, что показывает медицинская статистика крупнейших военных конфликтов XX века, при этом стоимость переоснащения вооружённых сил даже сложным и дорогим стрелковым оружием составляет лишь незначительную долю затрат от финансовых расходов на другие типы вооружений.
Как мы уже рассматривали ранее, существует два основных пути повышения бронепробиваемости боеприпаса: повышение его кинетической энергии и оптимизация формы и материала боеприпаса/сердечника боеприпаса (разумеется, речь не идёт о разрывных, кумулятивных или отравленных боеприпасах). Пуля или сердечник для неё изготавливаются из керамических сплавов высокой твёрдости и достаточно высокой плотности (для повышения массы), твёрже и прочнее сделать их можно, плотнее — вряд ли. Повышение массы пули путём увеличения её габаритов также практически невозможно в приемлемых габаритах ручного стрелкового оружия. Остаётся повышение скорости пули, например, до гиперзвуковой, но и в этом случае разработчики сталкиваются с огромными трудностями в виде отсутствия необходимых порохов, крайне быстрого износа ствола и высокой отдачи, действующей на стрелка.
Тем не менее, существует несколько путей повышения бронепробиваемости пули: использование подкалиберных пуль и конических стволов.
Подкалиберные пули
Активные исследования возможности применения подкалиберных пуль (оперённых подкалиберных пуль, ОПП) в стрелковом оружии проводились ещё с середины XX века. До этого более востребованным и перспективным направлением считалось создание бронебойных оперённых подкалиберных снарядов (БОПС), что, собственно, подтвердилось их созданием и успешной эксплуатацией по настоящее время.
Работы по БОПС в СССР начались в 1946 году, а с 1960 года в НИИ-61 изучалась возможность применения БОПС в скорострельных автоматических пушках под руководством А. Г. Шипунова. Параллельно в это время шли работы по созданию нового автоматного боеприпаса калибра 5,45 мм, в связи с чем А. Г. Шипуновым было предложено разработать патрон с ОПП для стрелкового оружия.
Эскизный проект был в кратчайшие сроки разработан Д. И. Ширяевым. Впрочем, теоретические изыскания экспериментально не подтвердились. Реальный баллистический коэффициент стреловидных пуль оказался в два раза хуже расчётного, напресованный поддон срывался с пули, производство патронов с ОПП требовало трудоёмкой токарной, фрезерной, слесарной обработки и последующей ручной сборки.
В 1962 году были проведены испытания на убойное действие стреловидных пуль, которое, как оказалось, уступало не только требованиям военных к перспективным боеприпасам, но и существующим штатным патронам.
Эскиз патрона с оперённой подкалиберной пулей разработки Д. И. Ширяева. Фото первого варианта стреловидной пули к нему и макеты переработанных опытных 7,62/3-мм патронов 1963–64 годов
В 1964 году работы по стреловидным пулям были возобновлены И. П. Касьяновым и В. А. Петровым, которыми было выполнено эскизное проектирование винтовочно-пулемётного патрона калибра 10/4,5 мм с начальной скоростью ОПП 1300 м/с. С 1965 года ответственным исполнителем по перспективному патрону был назначен молодой конструкторов Владислав Дворянинов.
В процессе проектирования нового патрона были реализованы решения, повышающие убойное действие: лыска в передней части ОПП для обеспечения опрокидывающего момента при попадании в плотные ткани и поперечная проточка, по которой происходил изгиб стрелы под действием возникающего опрокидывающего момента.
Патрон и оперённая подкалиберная пуля В. Н. Дворянинова калибра 10/4,5 мм
Наиболее сложной задачей стало повышение кучности стрельбы подкалиберными оперённым пулями до уровня кучности пуль, выпускаемых из нарезных стволов. Требовалось устранить влияние секторов поддонов на ОПП в момент их отделении после вылета из ствола. В 1981 году испытания опытных 10/4,5-мм патронов с ОПП в ОТК ЦНИИТОЧМАШ показали кучность 88-89 мм при требованиях не более 90 мм.
Необходимо отдельно выделить, что трудоёмкость изготовления опытного патрона с ОПП всего в 1,8 раза превышала трудоёмкость изготовления штатного 7,62-мм винтовочного патрона, а ресурс гладкостенных пулемётных стволов при стрельбе этим патроном превышал 32 тыс. выстрелов. Для сравнения: ресурс ствола автомата АК-74 калибра 5,45х39 мм составляет 10000 выстрелов, пулемёта ПКМ калибра 7,62х54R 25000 выстрелов.
Одновременно с отработкой основного 10/4,5-мм варианта был разработан однопульный 10/3,5-мм патрон с начальной скоростью ОПП 1360 м/с и трёхпульный патрон 10/2,5 мм, которые могли использоваться в качестве единого патрона для автомата и лёгкого пулемёта.
Сравнительные характеристики опытных патронов с ОПП, а также серийных и опытных патронов для нарезных стволов
Однопульный 10/3,5-мм патрон мог применяться на больших дальностях стрельбы, тогда как использование трёхпульного патрона обеспечило бы более высокое убойное и останавливающее действие на ближних дистанциях. Как мы говорили в статье «Остановить нельзя убить. Где поставить запятую?», если рассматривать останавливающее действие как зависимость вероятности наступления смерти от времени, с момента попадания пули в цель, то попадание одновременно нескольких боеприпасов с высокой вероятностью обеспечит более высокую вероятность поражения жизненно важных органов и, соответственно, скорость наступления смерти.
Патроны с ОПП так и не были приняты на вооружение. Формально приоритет был отдан более классическому патрону 6х49 мм для нарезного оружия, о котором мы говорили в статье «Забытый советский патрон 6х49 мм против патрона 6,8 мм NGSW». На тот момент характеристики патрона 6х49 мм вполне удовлетворяли требованиям военных, при этом его освоение в производстве было бы на порядок проще, чем патронов с ОПП. Кроме того, некоторые испытания указали на потенциальный недостаток патронов с ОПП – слишком сильный разлёт поддонов, которые могли поразить своих же солдат, расположенных впереди-вблизи стрелявшего. С другой стороны, высказывались предположения, что эти испытания использовались как формальный повод для обеспечения приоритета патрону 6х49 мм, поскольку более ранние испытания не показали существенным проблем с разлётом поддонов.
Зоны разлёта секторов поддонов патронов с ОПП на испытаниях, проведённых в 1973 и в 1981 годах
Впрочем, развал СССР подвёл черту как над темой по патронам с ОПП, так и с темой по патрону 6х49 мм.
Более подробно история создания подкалиберных боеприпасов для стрелкового оружия изложена в статье «Стреловидные пули: путь ложных надежд или история упущенных возможностей?» (часть 1 и часть 2).
Конический ствол
В статье «Калибр 9 мм и останавливающее действие. Почему 7,62х25 ТТ заменили на 9х18 мм ПМ?» упоминалась «пуля Герлиха» как пример создания малокалиберного патрона с предельными поражающими параметрами.
Изначально идея использования конического ствола принадлежала немецкому профессору Карлу Пуффу, который в 1903-1907 годах разработал винтовку под пулю с пояском для нарезного огнестрельного оружия, с небольшой конусностью ствола. В 1920-1930-х годах эта идея была доработана немецким инженером Герлихом, которому удалось создать оружие с выдающимися характеристиками.
В одном из экспериментальных образцов системы Германа Герлиха диаметр пули составлял 6,35 мм, масса пули 6,35 г, при этом начальная скорость пули достигала 1740—1760 м/с, дульная энергия – 9840 Дж. На расстоянии 50 м пуля Герлиха проламывала в стальном броневом листе толщиной 12 мм дыру диаметром 15 мм, а в более толстой броне делала воронку в 15 мм глубины и диаметром 25 мм. Обычная пуля винтовки Маузера калибра 7,92 мм оставляла на такой броне лишь небольшое углубление в 2–3 мм.
Кучность системы Герлиха также значительно превосходила обычные армейские винтовки: на дистанции 100 метров 5 пуль массой 6,6 г укладывались в круг диаметром 1,7 см, а при стрельбе на 1000 метров 5 пуль массой 11,7 г ложились в круг диаметром 26,6 см. Благодаря высокой скорости пули на неё практически не оказывали воздействие ветер, влажность, температура воздуха. Настильная траектория полёта упрощала прицеливание.
Изображения и фото боеприпасов 28/20x188 мм с пулями (снарядами) Герлиха для немецкого противотанкового ружья sPzB 41, внизу общая схема работы пуль Герлиха
Оружие системы Германа Герлиха не получило распространения в первую очередь из-за низкого ресурса ствола, составляющего порядка 400-500 выстрелов. Другой возможной причиной, скорее всего, является сложность и дороговизна изготовления как самих пуль, так и оружия.
Технологии перспективной автоматической винтовки (автомата)
Зачем в перспективном стрелковом оружии нам могут понадобиться оперённые подкалиберные пули и конический ствол?
Здесь важны несколько определяющих факторов:
1. Оперённые подкалиберные пули могут быть разогнаны до существенно больших скоростей, чем пули нарезного оружия, без увеличения износа ствола.
2. Оружие системы Герлиха позволяет существенно увеличить скорость пули, фактически до гиперзвуковых скоростей, при этом можно предположить, что основной причиной износа оружия системы Герлиха ранее являлось наличие в нём нарезов.
Исходя из этого можно предположить, что в перспективном стрелковом оружии могут быть совмещены оперённая подкалиберная пуля и конический ствол. Роль обтюрирующих колец, программируемо деформируемых в процессе выстрела, будет играть поддон оперённой подкалиберной пули определённой конфигурации. При этом может быть получена живучесть ствола, соответствующая или превосходящая показатели существующих современных образцов стрелкового оружия.
Скорее всего наиболее оптимальным форматом перспективного патрона станет телескопический боеприпас, в котором снаряд полностью утоплен в пороховом заряде. Фактически зарядов в нём два. Первым срабатывает вышибной заряд, выталкивающий пулю/снаряд из гильзы в ствол и заполняющий освободившееся пространство продуктами сгорания вышибного заряда, после чего воспламеняется основной заряд высокой плотности.
Телескопические боеприпасы с оперённой подкалиберной пулей
Телескопический патрон с полностью утопленной пулей даст разработчикам широкое поле для экспериментов, предоставит возможности по созданию автоматики стрелкового оружия, отличной от реализованных для оружия с классическими боеприпасами.
Автоматика прототипа винтовки, с подвижным в вертикальной плоскости патронником, создаваемой компанией Textron в рамках программы NGSW под телескопический патрон
Схема подачи телескопических боеприпасов к 40-мм автоматической пушке 40 CTAS[/size
]Для оптимизации плотности размещения боеприпасов в магазине оружия, перспективные патроны могут быть выполнены не только круглыми, но и квадратными или треугольными в сечении.
Безгильзовый телескопический боеприпас к немецкой экспериментальной винтовке G-11 компании Heckler&Koch
Треугольные патроны американского конструктора Дэвида Дардика с револьверной схемой подачи
Корпус гильзы, скорее всего, будет изготовлен из полимера, это позволит сократить массу патрона, сохранив её на уровне малоимпульсных патронов 5,45х39 мм, следовательно, не допустить уменьшения боекомплекта бойцов.
Распространение и совершенствование компьютеров, а также специализированного программного обеспечения, может привести к появлению подкалиберных боеприпасов, существенно отличающихся по компоновке от тех, что были разработаны в советский период.
Концепт управляемой пули. Вероятно, он может быть рассмотрен и в качестве основы для создания перспективной неуправляемой ОПП
Концепт телескопического патрона SPEAR с коническим поражающим элементом, предложенный Александром Васильевым
Варьируя массу ОПП в диапазоне 2,5-4,5 грамма и скорость ОПП в диапазоне 1250-1750 м/с, можно получить начальную энергию в районе 3000-7000 Дж. Для трёхпульных патронов начальная энергия соответственно составит 1500-2000 Дж на один поражающий элемент, при массе одного элемента 1,5 грамма. Исходя из приведённой выше таблицы по сравнению энергетики и силе отдачи различных боеприпасов, можно ожидать отдачи в диапазоне от уровня патрона 7,62х39 мм до патрона 7,62х54R. При этом может быть выпущена линейка боеприпасов с различными типами снаряжения, предназначенных для боя в различных тактических ситуациях.
Например, в случае, если бой ведётся на открытой местности, с преимущественным поражением целей на большой дистанции, то используются однопульные патроны с энергетикой порядка 6000-7000 Дж, более эффективные при стрельбе одиночным огнём. В случае, если идёт бой в городской застройке, где требуется пробитие большого числа преград (дувалов, относительно тонких стен зданий, зарослей растительности), то используются однопульные патроны с энергетикой 3000-4500 Дж, более эффективные при стрельбе очередями. Если же пробитие преград не требуется, но необходимо обеспечить максимальную плотность огня на ближней дистанции, то используются трёхпульные боеприпасы.
Это позволит получить преимущество перед оружием, разрабатываемым по программе NGSW, во всём диапазоне дальностей применения оружия, в различных тактических ситуациях.
Скорости ОПП до 1360 м/с были получены ещё на этапе разработки этой тематики Владиславом Дворяниновым, во времена СССР. Значит, сочетание новых порохов и конусовидного ствола может позволить достичь скоростей ООП порядка 2000 м/с. При такой начальной скорости ОПП, между выстрелов и попаданием в цель на расстоянии 500 метров пройдёт примерно 0,3 секунды, что существенно упростит стрельбу и снизит воздействие внешних факторов на ОПП.
Изготовление сердечника ОПП из сплава на основе карбида вольфрама в сочетании с высокой скоростью и малым диаметром ОПП позволит обеспечить пробитие всех существующих и перспективных СИБ.
Для снижения трения и уменьшения износа ствола поддон для ОПП может быть выполнен из современных полимерных материалов, например, тех, что применяются для изготовления ведущего пояска в новых российских снарядах для 30-мм автоматических пушек.
Российский 30-мм снаряд с ведущим пояском из полимерного материала
Несмотря на отсутствие нарезов и применения поддонов ОПП из полимерных материалов, высокая скорость пули и давление в стволе, в сочетании с конусностью ствола, могут потребовать реализации мер по повышению прочности ствола перспективной автоматической винтовки. И здесь гладкий ствол является существенным преимуществом, упрощающим технологические операции по его изготовлению. Например, может быть реализовано сочетание стального или даже титанового (здесь и далее имеются в виду сплавы титана) ствола с вкладышем из сплава на основе карбида вольфрама.
Предварительно заготовка ствола может быть сформирована 3D печатью, с последующей механической обработкой на высокоточных станках.
Ученые Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена и Института лазерных технологий сообщества Фраунгофера (Германия) приступили к исследованиям лазерной порошковой 3D-печати твердыми сплавами из карбида вольфрама и кобальта. Для этого используется модернизированный вариант лазерного 3D-принтера, дополненного излучателями в ближнем инфракрасном спектре мощностью до 12 кВт, установленными над рабочей областью и прогревающими спекаемые слои. Излучатели поднимают температуру верхнего слоя расходного материала выше 800ºС, после чего в дело вступают спекающие лазеры.
Один из предполагаемых сценариев применения такого оборудования – интеграция охлаждающих каналов прямо в изготавливаемые инструменты и детали. Производство подобных структур обычным спеканием выходит или очень дорого, или вообще технически невозможно. Изготовление таких изделий по технологии 3D-печати методом селективного лазерного спекания позволяет оснастить их внутренними полостями сложной формы.
Методом 3D печати могут быть изготовлены изделия со сложной внутренней структурой
Применение 3D печати карбидом вольфрама и сталью/титаном позволит сформировать внутренние полости по всей длине ствола, что в свою очередь обеспечит его эффективное охлаждение, например, продувкой воздухом по всей длине, или даже аналогом тепловых трубок, используемых в современной электронике.
Тепловая трубка – гладкостенная или пористая закрытая трубка из теплопроводящего металла (например, меди) с легкокипящей жидкостью внутри (от жидкого гелия для сверхнизких температур до ртути или индия для высокотемпературных применений, в большинстве случаев используют аммиак, воду, метанол и этанол). Перенос тепла происходит за счёт того, что жидкость испаряется на горячем конце трубки, поглощая теплоту испарения, и конденсируется на холодном, откуда перемещается обратно на горячий конец. Тепловые трубки с наполнителем (фитилями, керамикой) могут работать в любом положении, поскольку жидкость возвращается в зону испарения по порам наполнителя под действием капиллярных сил
3D печать может быть использована и для изготовления основных частей оружия, причём как пластиковых, так и металлических. Элементы ствольной коробки могут быть выполнены со скрытыми полостями для охлаждения оружия и снижения его веса. Полимерные элементы могут быть изготовлены в виде сотовой структуры, опять же, для снижения веса оружия, и/или с целью дополнительной амортизации импульса отдачи.
Увеличение импульса отдачи по сравнению стрелковым оружием, использующим малоимпульсные патроны калибра 5,45х39 мм или 5,56х45 мм, потребует комплексного внедрения систем компенсации отдачи до приемлемого уровня.
В первую очередь это может быть глушитель – дульный тормоз компенсатор (ДТК) закрытого типа, подобный тем, что предполагается использовать в оружии, разрабатываемом по программе NGSW.
Глушители американской компании Delta P Design, изготавливаемые методом 3D печати из сплава титана или сплава Inсonel
Также могут быть реализованы схемы автоматики с накоплением (смещением) импульса отдачи, обеспечивающие точную стрельбу короткими очередями с высоким темпом, или иные продвинутые системы амортизации/поглощения отдачи.
Оружие со смещенённым импульсом отдачи: автомат АН-94, автомат ТКБ-0146, винтовка G11
Интересной для рассмотрения является, предложенная Алексеем Тарасенко, схема с вибрационным поглощением отдачи.
Концепт автомата Тарасенко с системой вибрационного поглощения отдачи
Не менее сложной проблемой, чем разработка самого оружия и патрона к нему, является организация крупномасштабного производства перспективных боеприпасов. Производство перспективных патронов может быть основано как на базе классических усовершенствованных автоматических роторных линий, так и на базе новых технологических решений, с использованием принтеров 3D печати, способных печатать металлом и полимерами, высокоскоростных дельта-роботов, высокоточных систем оптического сканирования, позволяющих «на лету» анализировать полученные боеприпасы и сортировать их по классу точности.
Рисунок производственной линии для изготовления оперённых подкалиберных пуль
Изготовление пластиковых пуль на 3D принтере
Можно предположить, что крупносерийное изготовление перспективных телескопических патронов не является нерешаемой задачей как минимум из-за того, что в России уже давно отлажено производство БОПС калибра 30 мм для автоматических пушек, также выпускающихся далеко не в единичных экземплярах. При этом франко-британский консорциум CTA International уже выпускает серийно телескопические боеприпасы к 40-мм автоматической пушке 40 CTAS, в том числе в варианте с БОПС, а в США компания Textron готовится к выпуску телескопических патронов для стрелкового оружия в рамках программы NGSW.
Также не стоит беспокоиться о нехватки вольфрама для этих целей – его запасы достаточно велики и в России, и более чем велики в соседнем Китае, с котором у нас пока достаточно ровные партнёрские отношения.
Распределение запасов и объёмов добычи вольфрама в России и в других странах мира
Что качается высокой стоимости перспективного оружия и боеприпасов, то это вполне нормальное явление для новой техники. В конечном итоге всё упирается в критерий стоимость-эффективность, который показывает насколько перспективный комплекс оружие-патрон превосходит существующие образцы. На начальном этапе перспективным оружием оснащаются специальные подразделения, затем наиболее воюющие части, параллельно идёт отработка конструкции и технологических процессов изготовления оружия и патронов, для снижения их себестоимости.
Без этого создать прорывный комплекс оружие — патрон практически невозможно. Вспомним, как отнеслись к созданию первых автоматов: дескать, невозможно выпустить столько патронов, чтобы обеспечить ими армию, вооружённую автоматами, и то, к чему это привело в дальнейшем.
История вершится по спирали. Многие конструкции и технологии, которые ранее были отброшены как нереализуемые, могут быть рассмотрены повторно, с учётом появления новых материалов и технологических процессов. Возможно, что переосмысление возможности применения в перспективном стрелковом оружии оперённых подкалиберных пуль в сочетании с коническим стволом системы Герлиха на новом технологическом уровне позволит создать стрелковое оружие, существенно превосходящее существующие образцы, изготовленные по ставшим традиционными схемам и технологическим процессам.
Линейный вид
