Древесный уголь, в частности, должен быть не меньше селитры, так как самая малая часть меньше целого атома была бы тем же самым, что оставить целый атом, в каковом случае не образовалось бы углекислого газа. Если, например, вместо пропорций селитры 75,5, древесного угля 16,2, серы 15, углерод был бы 16, тогда в остатке осталось бы 4,2 углерода, и не образовалось бы углекислого газа, поскольку тела не могут соединяться иначе, как в определенных пропорциях.
Из этих соображений мы можем понять, почему при разложении селитры древесным углем всегда образуется небольшое количество оксида углерода; ведь очевидно, что, поскольку азотная кислота содержит пять атомов кислорода, четыре из них должны соединиться с двумя атомами углерода, образуя две молекулы углекислого газа, в то время как оставшийся атом кислорода вынужден присоединить еще один атом для образования оксида углерода. Однако при горении пороха это не так, поскольку основными образующимися газами являются углекислый газ и азот.
Эти пропорции отличаются от любых других формул, предложенных до сих пор; и, хотя они в значительной степени отличаются от пропорций, установленных различными авторами по данному вопросу, приведенные здесь доводы, как было показано, убедительны в своей истинности: ведь не может быть никакой пользы от большего количества любого из этих материалов, чем это абсолютно необходимо для формирования рассматриваемого состава; и если самое малое количество превышает то, что требуется для полного сгорания, это, как бы мало оно ни было, крайне пагубно сказывается на эффективной энергии всей массы. То, что мы можем здесь назвать чистым порохом, который можно с уверенностью использовать для повторных выстрелов из огнестрельного оружия любого типа, имеет величайшее значение; поэтому нам не кажется, что какие-либо другие пропорции способны достичь этой цели так же хорошо, как те, что были указаны ранее.
ТАБЛИЦА СОСТАВА РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ПОРОХА.
Mills. Nitre. Charcoal. Sulphur.
Royal Waltham Abbey 75·00 15·00 10·00
France, National Mills 75·00 12·50 12·50
French Sporting 78·00 12·00 10·00
French Mining 65·00 15·00 20·00
U. S. of America 75·00 12·50 12·50
Prussia 75·00 13·50 11·50
Russia 73·78 13·59 12·63
Austria (Musket) 72·00 17·00 16·00
Spain 76·47 10·78 12·75
Sweden 76·00 15·00 9·00
Switzerland (Round Powder) 76·00 14·00 10·00
Chinese 75·00 14·40 9·90
Theoretical proportions as above 75·00 13·23 11·77
Порох состоит из очень сложной смеси серы, углерода (древесного угля) и нитрата калия (селитры).
Пропорции, в которых они существуют, составляют один эквивалент селитры, один — серы и три — углерода. Огромная взрывная сила пороха обусловлена внезапным выделением из его твердых компонентов большого количества газов; этими газами являются азот и углекислый газ.
При обычной температуре атмосферы эти газы занимали бы объем в триста раз больше, чем объем использованного пороха; но из-за интенсивного тепла, выделяющегося в момент взрыва, газы занимают объем, по меньшей мере, в 1500 раз превышающий объем исходного пороха. Смесь, состоящая из одного эквивалента селитры, одного эквивалента серы и трех эквивалентов углерода, дала бы три эквивалента углекислого газа, один эквивалент азота и один эквивалент сульфида калия. Изменение можно представить следующим образом:
S + C₃ + KONO₅ = 3 CO₂ + N + KS.
Таким образом, единственным твердым остатком является сульфид калия, и именно это соединение вызывает сернистый запах при промывке ствола ружья; вода разлагается, в результате чего образуются сероводород и поташ.
Теперь, предполагая, что элементы пороха существуют в этих пропорциях, для обеспечения их идеального соединения и, таким образом, получения максимально возможного объема газа, необходимо, чтобы элементы находились в состоянии мельчайшего измельчения. Химическое взаимодействие — это сила, действующая только на ничтожных расстояниях, и химические вещества, обладающие наибольшим сродством друг к другу, не будут соединяться, если их элементы не приведены в непосредственный контакт: так, кислород и водород могут быть смешаны в точных пропорциях для образования воды, но химического соединения не произойдет просто потому, что конечные частицы двух газов недостаточно близки друг к другу, чтобы их химическое сродство вступило в действие; если же эти газы подвергнуть очень сильному давлению, чтобы привести их частицы в непосредственный контакт, происходит соединение, результатом которого является образование воды.
Для обеспечения идеального соединения элементов пороха необходимы те же условия; то есть конечные частицы селитры, древесного угля и серы должны быть приведены в самый непосредственный контакт, иначе взрывная сила пороха будет сравнительно ничтожной. Если, например, селитру, древесный уголь и серу растереть в ступке, то при поджигании смеси произойдет не взрыв, а медленное горение; поэтому, если при производстве пороха не уделять тщательного внимания этому тщательному перемешиванию элементов, легко понять, что полученный продукт будет сравнительно малоценным.
Очевидно, что если бы тонны элементов пороха хранились на складе, который случайно загорелся, взрыва от образования пороха не произошло бы, хотя его ингредиенты значительно увеличили бы скорость горения.
Это замечание вызвано воспоминанием о страшном взрыве, произошедшем в Гейтсхеде в 1854 году.
Можно вспомнить, что склад загорелся от соседней мельницы, и предполагалось, что взрыв был вызван воспламенением элементов пороха, хранившихся на складе в сыром виде. На верхнем этаже здания находилось большое количество сырой серы, а в подвальном — примерно такое же количество селитры, в то время как химикаты различных видов хранились в других частях здания; но, согласно опубликованным отчетам, на складе не было большого количества углерода; тем не менее, произошел ужасный взрыв, и после длительного расследования был сделан следующий вывод: сера расплавилась, смешалась с селитрой, таким образом образовался порох, который воспламенился и взорвался, вызвав ужасные последствия.
Но порох можно изготовить без серы, тогда как порох без углерода — это невозможность; и хотя все элементы пороха присутствовали, взрыв не мог произойти, если бы они не были смешаны тем тщательным образом, который был описан ранее.
Правда, некоторые химические вещества на складе могли вызвать страшный взрыв, но более правдоподобное объяснение кроется в том факте, что порох в то время был гораздо ценнее за границей, чем дома; и вполне возможно, что несколько бочонков пороха могли храниться на этом складе до тех пор, пока не представится удобный случай для их вывоза.
Вышеприведенные замечания послужат объяснением того, почему порох так сильно различается по силе и быстроте воспламенения. Если элементы перемешаны несовершенно, порох никогда не сможет сравниться с тем, который изготовлен должным образом; и производителю, установившему наилучшие пропорции для смешивания элементов, лучше усовершенствовать оборудование для их перемешивания, чем свои знания по химии пороха. Эти наблюдения также послужат объяснением кажущейся аномалии, заключающейся в том, что французы и некоторые другие наши континентальные собратья, как считается, производят гораздо более низкосортный охотничий порох, чем тот, что производится в старой Англии.
Порох сейчас производится всеми производителями охотничьего пороха с размером зерна от № 1 до № 5; и представляется несомненным, что дальнейшее увеличение размера зерна было бы преимуществом; ибо многие годы терпеливых и кропотливых экспериментов ясно показывают, что старое представление о том, что порох выбрасывается из ружья обычного калибра в несгоревшем состоянии, является одним из «чистейших вульгарных заблуждений»: такое действительно не может произойти, если только порох не плохой, или ружье не изготовлено несовершенно, или не заряжено неразумно.
Я убежден, что скорее занижаю, чем завышаю оценку, когда утверждаю, что шесть драхм обычного охотничьего пороха могут быть эффективно и полностью взорваны в стволе 14-го калибра длиной 2 фута 6 дюймов с сопротивляющимся снарядом весом в одну унцию поверх него. Это, однако, будучи более чем двойным зарядом для такого ружья, не может быть приятно опробовано; и утверждается лишь в порядке аргументации.
Предполагая, ради аргументации, что шесть драхм пороха полностью сгорают при прохождении от казенной части до дульного среза ружья длиной 2 фута 6 дюймов, и что дробь, следовательно, приобретает свою наибольшую скорость, покидая дульный срез, следует, что обычный заряд в 2 1/2 драхмы полностью сгорит до того, как пройдет половину длины ствола, и, следовательно, заряд дроби должен приобрести здесь свою наибольшую скорость. Несомненно, тогда, что дробь должна пройти вторую половину ствола с уменьшающейся скоростью, и ее скорость должна продолжать уменьшаться по мере прохождения по стволу; по двум очевидным причинам: 1-я, столб воздуха перед зарядом более сжат и, таким образом, оказывает большее сопротивление выходу заряда; 2-я, скорость постоянно уменьшается из-за увеличивающегося трения заряда о ствол.
Совершенство науки о снарядах заключается в том, чтобы заставить снаряд приобрести свою наибольшую скорость в момент покидания дульного среза; и если, увеличивая размер зерна пороха, мы сможем уменьшить скорость его взрыва — тем самым заставляя его гореть и генерировать свежий газ вплоть до дульного среза ружья — снаряд тогда приобретет свою наибольшую скорость и покинет ружье с наилучшим результатом: это важный момент, который до сих пор упускался из виду не только в охотничьих ружьях, но и в принципе расширения в нарезном оружии.
Для артиллерийской практики любого рода, независимо от веса снаряда, необходим порох с грануляцией, соответствующей весу этого снаряда, если мы хотим получить наибольший возможный эффект при наименьших затратах средств.
В артиллерии, в это важнейшее время в истории войн, этому существенному принципу не уделяется никакого внимания. Длинное 10-дюймовое орудие, 68-фунтовое и короткое 6-фунтовое орудие заряжаются порохом одной и той же грануляции; в то время как при более разумном использовании пороха подходящей грануляции дальность стрельбы могла бы быть увеличена, точно так же, как это происходит в спортивном оружии, почти на 20 процентов.
Артиллеристы стремятся добиться большой дальности стрельбы, удваивая вес орудия, и снарядные монстры встречаются нам повсюду, чтобы в каждом случае стать «монструозными провалами».
Я боюсь, что самые важные моменты были полностью упущены из виду. Вместо того чтобы выяснить, приспособили ли мы метательную силу к 8-дюймовому или 56-фунтовому орудию, чтобы получить от него работу, которая сейчас выполняется 10-дюймовым, мы, в своем стремлении увеличить дальность, смотрели только на форму или материал орудия; жизненно важные принципы были полностью исключены. Конструкция орудия совершенна, вопрос в том, можно ли привести метательную силу в равное состояние совершенства?
Чтобы получить наилучшие результаты от орудия, само орудие должно быть совершенным по конструкции, а метательная сила должна быть приложена наилучшим возможным образом к снаряду; и это должно быть сделано путем внимания к грануляции пороха, которая должна соответствовать длине орудия, его калибру и весу снаряда.
Здравый смысл, инженерное мастерство продемонстрируют, что в зависимости от веса метаемого вещества должна быть природа метательного средства; накопительная — пока она не преодолеет инерцию этого вещества, ускоряющая — пока она не сообщит ему наивысшую степень скорости, которую способна обеспечить ее сила. Если, с другой стороны, она уступает этому, наука не извлекла из нее полную лошадиную силу, которую она содержит; и мы бесполезно тратим силу и разрушаем наши двигатели из-за чрезмерного давления, оказываемого на одну часть, и недостаточного давления на другую; в то время как при правильном распределении этой силы обеспечивается долговечность пушки, и от двадцати пяти до тридцати процентов больше работы может быть получено из равного количества пороха, при условии, что его грануляция разумно выбрана в соответствии с площадью сечения орудия.
Существует множество доказательств того, что по этому инженерному вопросу мы до сих пор работали «на глаз»; предрассудки были камнем преткновения, который может устранить только суровая необходимость. Власти только что обнаружили это, хотя их внимание было обращено на это несколько лет назад. В 1852 году я представил Комитету по стрелковому оружию в Энфилде порцию пороха, подходящую для расширительной винтовки; он был испытан в ограниченном объеме и отклонен с замечанием: «Мы не думаем, что в этом что-то есть». Опыт, однако, доказал истинность моих наблюдений, ибо при стрельбе на все дистанции из расширительных винтовок или винтовок «Гринеровского» принципа не только достигается значительно большая точность, но и увеличение дальности, эквивалентное пятнадцати или двадцати процентам.
Еще одним преимуществом использования пороха подходящей грануляции является отсутствие резкой отдачи; и таким образом достигается большая точность дальности — точность дальности и устойчивость оружия неразделимы.
Порох с крупным зерном является не только более эффективным метательным средством, чем мелкое зерно, но и гораздо более безопасным в использовании, ибо при его использовании риск разрыва ствола значительно уменьшается; как покажет очень простая иллюстрация. Если мы оценим силу, генерируемую обычным зарядом в 2 1/2 драхмы (я ограничиваю вопрос ружьем 14-го калибра для единообразия), как 5000 фунтов, независимо от того, мелкое или крупное зерно у пороха, следует, что мелкий порох, воспламеняясь так быстро, окажет всю свою силу на казенную часть ружья; тогда как крупный порох, воспламеняясь менее быстро, распределяет эту силу по всей длине ствола: отсюда и больший риск разрыва ружья при использовании мелкого пороха, чем крупного. Если мы предположим, что мелкий порох полностью воспламеняется, когда достигает середины ствола, то сила в 5000 фунтов оказывается приложенной к нижней половине ствола; но если более крупное зерно не полностью воспламеняется, пока не достигнет дульного среза, то сила в 5000 фунтов будет распределена по всей длине ружья.
Но это еще не все. Мелкий порох, воспламеняясь почти мгновенно, оказывает свою силу во всех направлениях сразу, и ствол может лопнуть сбоку прежде, чем заряд успеет сдвинуться; тогда как крупный порох, воспламеняясь, как он это делает, медленнее, сначала приподнимает заряд, а затем объем газа позади него, увеличиваясь по мере того, как порох становится более тщательно воспламененным, выметает заряд из ствола со скоростью, увеличивающейся к дульному срезу.
Если не дано времени для того, чтобы заряд получил полное преимущество расширительной силы генерируемого воздуха, сила оказывается приложенной не к заряду, а к самому стволу ружья; и то, что время необходимо для полного развития этой силы, доказывается тем фактом, что шахтеры смешивают свой порох с опилками, чтобы уменьшить скорость его взрыва и таким образом получить преимущество его силы на расстоянии: у шахтеров, следовательно, давайте научимся, как получать наибольшую выгоду от этой силы и не растрачивать ее.
Нет сомнений в важности этого принципа; однако из-за отсутствия научного обоснования было достигнуто мало прогресса; пусть он будет определен подобно принципу паровой энергии, и его принятие последует как естественное следствие.
В течение нескольких лет я производил порох различных размеров, при виде которого большинство спортсменов выразили бы свое изумление.
Одно возражение, выдвигаемое спортсменами против пороха с крупным зерном, заключается в том, что он не доходит до брандтрубки ружья; теперь, хотя я не считаю это сколько-нибудь важным, все же если бы удельный вес пороха был увеличен путем сжатия 1 1/2, 2 или 3 зерен пороха в пространство 1 зерна с помощью гидравлического давления, это возражение было бы сразу устранено; в то же время порох был бы менее склонен поглощать влагу или становиться хрупким с возрастом: любое из этих условий несовместимо с хорошей стрельбой.
Гранулирование пороха, чтобы принести наибольшую пользу, должно основываться на едином принципе; манипуляция должна быть одинаковой во всех деталях, но особенно в той части процесса, которая определяет удельный вес. Гидравлическое давление на лепешку должно быть одинаковым во всех случаях: фактически, различные размеры зерна могли бы быть получены из одной и той же лепешки, и желаемая цель была бы таким образом достигнута. Но до тех пор, пока соблюдается практика получения крупного зерна из менее спрессованной лепешки, полученный продукт будет давать неудовлетворительные результаты; и преимущества, которые могли бы быть достигнуты, как показывает мой опыт, и которые были бы величайшей услугой, одинаково в спортивном, винтовочном и артиллерийском порохе, будут сведены на нет.
Большие улучшения еще предстоит сделать, особенно в порохе, используемом для артиллерии; в то время как дальность, точность и уменьшенная отдача — это моменты, которые могут быть определены с почти математической точностью.
Великая слава ожидает любого, кто сможет понять и хорошо использовать этот принцип грануляции; особенно если он сможет определить размеры, которые следует использовать для различных видов орудий. Артиллеристы, которые утверждают, что средний размер зерна, подходящий для всех размеров орудий, является преимуществом, могли бы с таким же успехом утверждать, что пушки среднего размера были бы предпочтительнее столь многих различных размеров, потому что, хотя мы теряем в дальности, точности и отдаче, было бы удобнее иметь орудие только одного размера.
При изготовлении пороха с крупным зерном производители сводят на нет одну из главных целей, достигаемых гранулированием, не подвергая его такому же давлению, которое необходимо для гранулирования очень мелкого зерна. При гранулировании очень мелкого пороха необходимо подвергать лепешку такому гидравлическому давлению, которое придало бы массе мраморную структуру, иначе в процессе гранулирования все это рассыпается в пыль; но более грубый порох может быть гранулирован без подвергания его этой высокой степени давления, следовательно, каждое зерно более пористое и имеет меньший удельный вес: разница, которую крайне важно избегать. Ясно, следовательно, что согласно нынешнему способу производства пороха, крупное и мелкое зерно являются очень разными видами; основное различие заключается в их удельном весе. Порох меньшей плотности горит с большей скоростью, потому что он более открытый и пористый; и если бы соблюдалась равномерная плотность, различие в размере зерна не должно было бы быть таким большим; в то же время можно было бы избежать этой аномалии — что та же мера мелкого и крупнозернистого пороха содержит разницу расширяющегося элемента, составляющую пятнадцать или двадцать процентов. Поскольку порох сейчас производится, крайне необходимо во всех сравнительных испытаниях взвешивать, а не измерять заряд, иначе результаты будут обманчивыми и бесполезными. Вопрос грануляции борется с незаслуженными трудностями. Оружейники, либо не понимая вопроса, либо неправильно конструируя каморы своих ружей и не используя подходящие брандтрубки, порицают принятие крупнозернистого пороха; но они забывают об увеличенной дальности, полученной при поражении из их ружей, и об успехе, который производит дальний выстрел. При испытаниях ружей на тридцати или сорока ярдах разница в стрельбе мелким и крупнозернистым порохом не так заметна, и мастер восклицает: «О! мелкий порох стреляет сильнее и так же кучно, как крупный». Я признаю, что это так, на коротких дистанциях; но большое преимущество использования крупного зерна достаточно очевидно при стрельбе на сорок пять, пятьдесят и шестьдесят ярдов, ибо тогда мелкое зерно полностью подводит: просто из-за часто повторяющегося факта, что мелкий порох является скорее движущей, в то время как крупное зерно — метательной силой; так что согласно закону сопротивления в газообразных жидкостях, одно быстрее сводится к средней скорости, чем другое, которое оказывает свое действие более равномерно. Порох более крупного зерна, таким образом, более подходит для больших размеров дроби и дал бы увеличенную дальность при обычной стрельбе, ибо дробь лучше держится вместе и выбрасывается на большие расстояния. Обычный способ проверки качества пороха — растереть его между ладонями и наблюдать за темнотой пятна; чем темнее пятно, тем более низкосортным считается порох. Этот тест, однако, решительно ошибочен, потому что порох может быть низкого удельного веса, или он мог стать хрупким от возраста и других причин.