Пластмассовый выстрел: атипичные патроны
Полимерные патроны — технология, в которую американские военные вкладывают деньги больше 60 лет. Она породила одни из самых безумных экспериментальных боеприпасов в истории оружия и одни из самых перспективных.
Как были устроены U-образные, плоские и «треугольные» патроны? Почему некоторые, казалось бы, очевидные инженерные решения не удается внедрить более полувека? Ответы на эти вопросы, фотографии и чертежи некогда секретных военных разработок — под катом.
Эпоха цельнометаллических патронов для стрелкового оружия подходит к концу.
«Совершенствование технологий и конструкции боеприпасов открыло путь к производству патронов с использованием легких и недорогих полимеров вместо традиционных латуни или стали. Патроны традиционной конфигурации далеки от оптимальных с точки зрения габаритов, веса и объема», — Comparison of Folded and Telescoped Ammunition, Hoppmann Corporation
Справедливое замечание, вот только это цитата из доклада, подготовленного для Спрингфилдского арсенала в 1975 году. С тех пор много воды утекло. Оружие начали печатать на 3D-принтерах, а военные по-прежнему используют патроны образца начала 20 века. Но, прежде чем я углублюсь в историю вопроса и расскажу о причинах такой задержки в развитии стрелкового оружия — предупреждение.
Я учел критику к предыдущей статье, так что этот текст получился действительно длинным, но, благодаря этому, вполне завершенным. Если вам ближе короткий формат, имейте в виду, что я регулярно делюсь оружейными находками в Telegram канале GunFreak и веду заметки своих более гиковских увлечениях в GeeksNote.
Оружие в статье рассматривается как памятник изобретательности его конструкторов. Автор не пропагандирует войну и насилие и наивно надеется, что однажды все с ними связанное можно будет увидеть только в музеях.
Отрывок этого лонгрида, примерно четвертая часть, публиковался на сайте Калашников Media. Аудитории Хабра статья предлагается в значительно расширенной авторской редакции.
«Треугольные патроны» Дэвида Дардика
Первой попыткой переосмыслить современную конфигурацию патрона с использованием пластиковой гильзы стала система, разработанная Дэвидом Дардиком (David Dardick), другом Мелвина Джонсона (Melvin Johnson), изобретателя полуавтоматической винтовки, конкурировавшей с M1 Garand.
Дардик начал разработку нового патрона и оружия под него за год до выпуска Johnson M1941, но патент на open chamber gun получил только в сентябре 1954 года.
О револьвере конструкции Дардика я упоминал в другом посте. На этот раз сосредоточимся на патроне и профессиональном пути конструктора
Револьвер предназначался для стрельбы triangular round — tround-патронами, где пуля глубоко посажена в пластиковую гильзу сложной формы. По замыслу конструктора, такой боеприпас должен был помочь объединить в одном оружии преимущества пистолета и револьвера: большой боезапас и простоту конструкции.
Действительно, револьвер Дардика мог иметь неотъемный магазин на 11, 15 или даже 20 выстрелов, а принцип его действия можно описать в паре предложений.
Боеприпасы подавались из магазина в специальный барабан. Его каморы были расточены и лишены внешней стенки, ее роль выполняла гильза патрона. После нажатия на спусковой крючок барабан проворачивался на треть оборота, и револьвер производил выстрел.
Уверенный в успехе конструктор в 1958 году открыл Dardick Corporation и револьверы под tround-патрон попали на гражданский рынок.
Дэвид Дардик (справа) демонстрирует свои разработки Мелвину Джонсону
Несмотря на активную рекламную кампанию, хоть сколько-то заметного успеха это оружие не имело. Вероятно, оптимизм Дардика не оправдался из-за высокой цены боеприпасов. В 1960 году револьверы Дардика сняли с производства. По различным оценкам было изготовлено от 50 до 100 единиц. Оставшиеся от производства детали были проданы Numrich Arms Corporation, которая продает запчасти к этому оружию до сих пор.
Несмотря на коммерческий провал, у tround-патронов имелись преимущества:
- Разнокалиберность. В одну и ту же гильзу помещались пули разных размеров. Чтобы реализовать эту особенность, Дардик даже предлагал своим клиентам сменные стволы и насадку, превращающую револьвер в подобие карабина.
- Из-за «треугольной» формы в магазин помещалось больше Tround-патронов, чем обычных с той же навеской пороха и того же калибра.
- Форма патрона была рассчитана на боковую загрузку при помощи простого механизма. В теории такая схема обеспечивала скорострельность до 2 тыс. выстрелов в минуту — уровень многоствольного пулемета, а не ручного оружия.
Последние два пункта, скорее всего, и заинтересовали военных поставщиков. В 1962 году к Дардику обратились представители компании Harrington & Richardson (H&R). Им нужна была помощь в создании штурмовой винтовки для участия в армейском конкурсе по программе SPIW — Special Purpose Individual Weapon.
Прототип H&R SPIW был готов в марте 1964 года. В его конструкции сочетались полупрозрачный пластик и сталь, но концептуально внутреннее устройство H&R SPIW повторяло револьвер Дардика.
Газовый поршень оказался единственной деталью винтовки, которая совершала возвратно-поступательные движения и при этом проходила значительное расстояние. Поршень приводил в движение барабан с тремя открытыми каморами.
За один цикл работы автоматики барабан проворачивался на треть оборота, подхватывал подаваемый из магазина патрон, перемещал на линию ствола и одновременно выбрасывал стреляную гильзу. Она повисала на гибкой пластиковой ленте, скреплявшей 20 патронов, помещавшихся в барабанном магазине.
Вдохновленные перспективами стреловидных подкалиберных пуль, американские конструкторы упаковали в «треугольную» гильзу 5,6×57 мм три подкалиберных металлических стрелки от патронов XM144. Когда патрон попадал в боевое положение, все три стрелки оказывались напротив трех гладких каналов, просверленных в стволе H&R SPIW. Таким образом, за один выстрел винтовка выпускала разом три высокоскоростных стальных дротика.
К моменту испытаний Harrington & Richardson уже имела не самую хорошую репутацию из-за низкого качества своих винтовок M1 и M14, и неудачной переделки FN FAL для другого подобного конкурса. Прототип Дардика лишь подтвердил эту репутацию.
На бумаге конструкция H&R SPIW смотрелась перспективно, но тесты вскрыли фундаментальные проблемы.
Одна из них связана с тем, что во время выстрела все три канала ствола сообщались через объем гильзы, где помещался сгоревший порох. Первый вылетевший дротик вызывал резкое падение давления в двух оставшихся каналах ствола. В лучшем случае, это приводило к снижению дульной скорости и, соответственно, дальности и точности двух других пуль. В худшем, стрелки могли не покинуть ствол вовсе и помешать следующему выстрелу.
Другой проблемой стала небезопасность барабана с открытыми каморами. Все, что защищало стрелка от прорыва пороховых газов в случае H&R SPIW — это тонкая стенка пластиковой гильзы. Во время испытаний было отмечено, как часто она деформировалась. Окажись в магазине поврежденный или бракованный патрон, и стрелку бы не поздоровилось.
Различные tround-патроны: 38 Dardick (три варианта); 5.6 mm Triplex; .30 HIVAP; .310 Rock Drilling с керамическими пулями; .50 Dardick
Впрочем, чтобы снять винтовку с испытаний хватило и того, что она весила 23,9 фунта (больше 10 кг), в то время как в правила конкурса ограничивали вес оружия специального назначения 10 фунтами (4,5 кг).
Можно было бы сказать, что неудача с H&R SPIW поставила на tround-патронах крест, но предприимчивый конструктор продолжил изыскания.
В 1967—1970 годах tround-патронами заинтересовались в оружейном подразделении корпорации TRW. Там сконструировали пулемет HIVAP под tround-патроны с 7,87 мм подкалиберной пулей. И хотя мне не удалось найти тому прямых подтверждений, скорее всего, Дардик консультировал инженеров компании. В проекте чувствуется рука мастера.
HIVAP имел электрический привод, восемь ударно-спусковых механизмов и столько же гладких стволов, стрелявших попарно со скорострельностью 30 тысяч выстрелов в минуту.
Побывавшая на испытаниях комиссия из Пентагона была впечатлена, но потом перемножила скорострельность на стоимость патрона и благоразумно отказалась от пулемета.
В 1970 Дардик задумал пушку под «треугольный» снаряд, но в конце концов его патрона нашлось мирное применение. Они стали частью системы для бурения наклонных нефтяных скважин, запатентованной в 1977 году.
В Terra-Drill «треугольные» патроны использовались для разрушения участков породы, через которые бур иначе бы не прошел, отклонившись от правильной траектории. На этот раз пластиковая гильза снаряжалась керамическими пулями, которые достигали цели не одновременно, а с небольшой задержкой, создавая многочисленные ударные волны, разрушающие горную породу.
Именно в таком виде tround-патроны принесли реальную пользу и обеспечили Дэвиду Дардику признание, но он так и не успокоился, и продолжал изобретать странное оружие.
Например, в 1988 году Дардик запатентовал еще один, четырехствольный пулемет, выпускавший разом три дротика за выстрел. Он так и остался на бумаге.
Lockless-патрон
Следующая разновидность полимерных патронов была изобретена в 1967 году конструктором Морисом Голдином (Morris Goldin) сотрудником вертолетостроительной компании Hughes Helicopters. За отдаленное сходство с подушечками популярной жевательной резинки современники прозвали их chiclets, но в документах этот боеприпас фигурирует под названием lockless.
Lockless-патрон представлял собой полый пластиковый параллелепипед, разделенный перегородками на три части. Пуля помещалась посередине, в то время как основной объем пороха засыпался в боковые камеры.
Чтобы сделать патрон компактнее, Голдин применил поэтапное зажигание. Сначала капсюль воспламенял небольшое количество взрывчатого вещества. Его было достаточно, чтобы пуля сдвинулась, заткнула отверстие в передней части пластиковой гильзы и герметизировала ее. При движении пули открывались отверстия, ведущие в боковые камеры, и воспламенялся основной объем пороха, достаточный, чтобы вытолкнуть пулю из ствола.
В результате получилась очень плотная компоновка. Lockless были значительно легче обычных патронов того же калибра и занимали на 54% меньше места.
По заказу известного оружейника Джеймса Салливана (James Sullivan) Морис Голдин сконструировал прототип оружия под новый патрон. Заряжался он сбоку, через одно из двух окон в ствольной коробке. Каждый следующий патрон попросту выдавливал из патронника предыдущий, а перед выстрелом отверстия закрывала скользящая втулка.
Военные узнали о lockless-патронах только в 1986—1988 годах. К этому времени из состава Hughes Helicopters выделилась компания McDonnell Douglas Helicopter, которая заключила контракт с Picatinny Arsenal и согласилась на участие в очередной программе по разработке оружия будущего — Advanced Combat Rifle (ACR).
Патенты Голдина легли в основу усовершенствованной винтовки, имевшей магазин на десять прямоугольных патронов. Вот только в McDonnell, похоже, сочли патрон недостаточно революционным и начали вносить изменения в чертежи, которые конструктор продумывал с конца шестидесятых.
Из сохранившихся документов программы ACR ясно, что инженеры McDonnell Douglas сначала пытались уместить в lockless-патрон две или три пули, а затем перепробовали несколько различных типов дротиков, пока не остановились на трех, скомпонованных в патрон калибра .338 (8,6 мм).
Именно с такими патронами в мае 1988 года прототип попал на испытания, а к июню McDonnell Douglas досрочно выбыла из соревнований в связи с hardware immaturity своей винтовки. Дротики из наскоро переделанного боеприпаса попросту летели мимо цели.
Folded-патрон
Пожалуй, наиболее необычными патронами середины 20 века стали «сложенные», folded-патроны Эндрю Джея Гранди (Andrew J Grandy). Этот конструктор, работавший с 1969 года во Frankford Arsenal, считал, что будущее за U-образными патронами с камерой для пороха, расположенной отдельно, сбоку от пули. И как, ни странно, руководство арсенала его поддержало.
По чертежам Гранди был изготовлен опытный 5.56 мм патрон под названием FABRL — Frankford Arsenal Ballistic Research Laboratory.
Гранди планировал сделать его металлическим, но сварная металлическая гильза работала плохо, и ее заменили на пластиковую, изготовленную ротационным литьем под давлением.
Странная форма патрона должна была снизить эрозионное действие пороховых газов на канал ствола и сократить ход подвижных частей автоматического оружия, а значит повысить скорострельность и сократить нагрузки на механику.
Что интересно, для разработки FABRL использовалось компьютерное моделирование — один из первых случаев применения метода конечных элементов для проектирования стрелкового оружия. На чем именно производились расчеты, из документов неясно, но, по грубым прикидкам, в 70-х подобные вычисления потребовали бы мощностей новейшего мейнфрейма.
Для тестов «сложенных» патронов переделали две винтовки: американскую M16A1 и бельгийскую FAL.
Сохранившиеся изображения этих винтовок не радуют детализацией. Все потому, что они взяты из электронной копии бумажной копии микрофиши отчета об испытаниях.
На испытаниях FABRL-патрон демонстрировал результаты, сравнимые со стандартным патроном НАТО 5.56×45, но, опять же, был легче, короче и в целом компактнее. В один и тот же цинк или ящик можно было упаковать на 29% больше «сложенных» патронов, чем обычных. Однако преимущества меркли по сравнению с затратами на производство и проблемами, которые вызывала асимметричная форма.
Чтобы обычный «круглый» в сечении патрон попал в патронник, по большому счету достаточно подать его пулей вперед. Для сложенного патрона принципиально важно, чтобы он был подан в правильной ориентации. Достаточно отклонения в пару градусов, и камера для пороха не займет отведенное ей место.
После испытаний, сбора и анализа данных, исследователи пришли к выводу о том, что патрон FABRL не годится для нужд армии США. Исследования решили свернуть. К тому же, к середине 70-х стало ясно, что франкфуртский арсенал проигрывает в конкурентной борьбе новым, более современным заводам.
Эндрю Гранди, около 1970-х годов
Гранди, видимо, понимал к чему все идет. К концу 1974 года он запатентовал свой патрон и, незадолго до официального закрытия арсенала, основал собственную компанию Grand Technologies Group.
Вплоть до 1983 года конструктор по собственной инициативе проектировал и испытывал folded-патроны различных калибров: 4,32-мм, 5,56-мм, 7,62-мм, 12,7-мм и 30-мм. Он даже спроектировал вариант на три пули, отдаленно напоминающий triplex-патрон Дардика.
Как вы догадываетесь, технологией folded-патронов так никто и не заинтересовался. Вскоре они превратились в желанную мечту любого коллекционера боеприпасов.
«Умное оружие» и перегруженные солдаты
В 80-х годах прошлого века разработка полимерных боеприпасов в США зашла в тупик и, после завершения программы Advanced Combat Rifle в 1990 году, остановилась на целое десятилетие. Новой идеей-фикс для военных стал Objective Individual Combat Weapon — проект по созданию автоматно-гранатометного комплекса XM29 с «умным» компьютеризированным прицелом.
На него потратили больше 100 миллионов долларов, но даже упрощенная и усовершенствованная версия — гранатомет XM25, оказалась слишком тяжелой. Во время испытаний в Афганистане, американские военные попросту отказывались брать на вылазки это громоздкое оружие. В 2014 году программа была закрыта.
«Умный» гранатомет XM25 в руках американского солдата
О полимерных патронах вновь вспомнили в 2003 году, после того как до командования дошли многочисленные отчеты о том, как как много снаряжения вынужден таскать на себе американский рядовой. На следующий год была запущена инициатива Lightweight Machine Gun and Ammunition и снова завертелось…
Textron и True Velocity
О современных разработках полимерных патронов известно не так много, как о проектах полуторавековой давности. Ясно лишь то, что в США из производственного ада выбрались две инициативы.
В полимерных патронах CT от Textron Systems сочетаются идеи Дэвида Дардика и Мориса Голдина. Благодаря использованию пуль от штатных патронов 5,56 мм НАТО, целиком помещенных в пластиковую гильзу, они напоминают tround-патрон. С Lockless-патронами новинку роднит схема перезарядки, где новый патрон попросту выталкивает гильзу, оставшуюся от предыдущего.
Для пулемета LSAT и семейства оружия Textron NGSW сконструирована остроумная автоматика, где патронник откидывается в сторону для перезарядки.
Схема автоматики под патроны Textron CT на примере одноименного пулемета. Осторожно, звук!
Проект полимерных патронов от True Velocity Inc. не столь революционен. Даже наоборот. Он настолько консервативен, что может показаться странным, почему нечто подобное не было сделано раньше.
Скорее всего, прежде не удавалось подобрать материал с подходящими свойствами, но теперь военным предлагают боеприпасы с полимерными гильзами, близкие по форме к латунным аналогам.
Единственный компромисс, на который пришлось пойти конструкторам Velocity Inc. — металлическое основание с закраиной, позволяющее извлекать гильзы «по старинке», при помощи цепляющегося за выступ экстрактора. Зато, с такими патронами не придется заново переизобретать винтовки и автоматы, а это — значительное конкурентное преимущество.
Будущее полимерных патронов
Сложно сказать, как скоро LSAT, True Velocity или им подобные разработки поступят на вооружение. И дело не в том, что эти патроны плохи или недостаточно хорошо испытаны.
Штурмовая винтовка General Dynamics RM277 под патрон True Velocity
С самого начала исследований, еще в 50-х стало ясно, что полимерные патроны, вне зависимости от конструкции, дают значительную экономию в весе, не говоря уже о металле. Современные полимеры выдерживают более высокое давление, чем латунные гильзы. За счет меньшей теплопроводности они снижают вероятность самовоспламенения патрона при перегреве оружия. Кроме того, они хорошо сочетаются с системами электроподжига. Но, когда разговор заходит о внедрении полимерных патронов, расчетные затраты и потенциальные риски душат инициативу в зачатке.
Принять на вооружение новый патрон — значит перетряхнуть до основания всю военную машину: реорганизовать производство, массово заменить оружие, переобучить солдат, перестроить логистику. Чтобы запустить подобный проект, необходимо преодолеть колоссальную инерцию. И чем больше армия, тем она сильнее.
Один из прототипов пулемета LSAT под патрон Textron CT
К тому же, в момент внедрения нового полимерного патрона неизбежно возникает вопрос подбора калибра боеприпасов, наиболее подходящего для массового использования в условиях войны. Это отдельный больной вопрос, требующий долгих исследований и, ни много ни мало, пересмотра военной доктрины в масштабах целой страны.
Поэтому, в развитых странах новые патроны принимаются на вооружение очень редко, примерно раз в 50 лет. Маловероятно, что будущее за традиционными боеприпасами в латунных гильзах, но если и к концу 21 века они по-прежнему будут составлять основу вооружения большинства стран мира, а полимерные боеприпасы можно будет увидеть лишь на экспериментальных полигонах, да в руках коллекционеров, в этом не будет ничего удивительного.
