Взрывной эквивалент: как изобрели тротил

Девятнадцатое столетие стало началом новой эпохи в развитии взрывчатых веществ. Черный порох, безраздельно царивший на полях сражений несколько веков, готовился к сдаче трона. Химики разных стран одну за другой создавали новые, куда более мощные взрывчатки. Уже в 1800 году появилась гремучая ртуть, которая со временем стала могильщиком кремневых ружейных замков.

В конце первой четверти XIX века химики обратили внимание, что при обработке азотной кислотой ряда горючих материалов образуются соединения, обладающие взрывными свойствами. Были изобретены тринитробензол и нитронафталин (1825), тетранитроанилин (1826), нитрокрахмал (1833), пироксилин (1845) и наделавший столько шуму в мире взрывчаток нитроглицерин (1847).

В 1863 году немецкий химик Йозеф Вильбрандт, изучавший свойства толуола (побочный продукт коксования угля или крекинга нефти), обработал его азотной кислотой. При этом образовалось несколько нитросоединений толуола, среди которых был и тринитротолуол. Поначалу на новое вещество никто не обратил особого внимания, поскольку оно терялось среди получаемых с помощью этого же процесса мононитротолуолов и динитротолуолов. Впрочем, его способность взрываться не вызывала сомнений, хотя едва ли не все вещества, содержащие в себе углерод и водород, способны гореть, а обработанные азотной кислотой — взрываться.

И только в начале XX века крупнейший немецкий химик, специалист в области взрывчаток Генрих Каст занялся исследованиями именно тринитротолуола. Он обратил внимание на то, что процесс изготовления тринитротолуола не содержит опасных по взрыву этапов. Уже одно это выгодно отличало его от других взрывчатых веществ: всей Европе были памятны многочисленные страшные взрывы фабрик, производивших нитроглицерин, да и производство пироксилина до того времени, пока гений Менделеева не укротил буйный нрав этой нитроклетчатки спиртом, было немногим безопаснее.

Мирный характер

Каст получает желто-коричневые чешуйки тринитротолуола (ТНТ), причем это вещество отличается настолько мирным нравом, что многие даже сомневаются в его способности взрываться. Удары тяжелым молотком приводят лишь к тому, что чешуйки рассыпаются в порошок. Огонь производит на ТНТ не больше впечатления, чем на сосновые дрова: ТНТ горит медленным желтым коптящим пламенем, которое никогда не переходит во взрыв. Пытались стрелять в мешки с тринитротолуолом из винтовок: бесполезно, из мешков лишь летела мелкая пыль…

Единственным способом разбудить дремлющего в ТНТ дьявола был взрыв. Чтобы он показал свой нрав во всей красе, нужно было взорвать что-нибудь уложенное вплотную к массе этого ленивца (например, мелинитовую шашку). Эксперименты показали, что если чешуйчатый тринитротолуол размолоть в порошок или спрессовать, то он надежно взрывается от нобелевского капсюля-детонатора №8, сохраняя при этом во всем остальном свой покладистый нрав. Мечта и военных, и гражданских подрывников…

ТНТ можно пилить, строгать, сверлить, шнековать, прессовать, размалывать, словом, делать с ним что угодно. Температура его плавления — всего 80 градусов Цельсия, в жидком виде он весьма текучий и не липкий. Поэтому конструкторам снарядов и торпед не нужно ломать голову над тем, как заполнять взрывчаткой готовые изделия: расплавленный ТНТ можно просто заливать в снаряды через отверстие для взрывателя (плавленый тринитротолуол еще более миролюбив, нежели порошкообразный или прессованный, поэтому после застывания в нем высверливали углубление, куда вставляли небольшую шашку из прессованного тринитротолуола, а в нее — взрыватель с капсюлем-детонатором). ТНТ химически очень инертен, не вступает в реакции с металлами, как это имеет место у мелинита, и никак не реагирует на воду.

Самая массовая взрывчатка

Немецкие военные сразу же оценили изобретение Каста, и уже в 1905 году в Германии была выпущена первая сотня тонн ТНТ под шифрованным названием Fullpulver 02. Но секрет недолго оставался секретом. Уже на следующий год благодаря капитану Владимиру Рдутловскому ТНТ начинают производить в России — под названием «тротил», он же «тол». Так тротил начал свое победное шествие. В разных странах ему стали давать свои названия. Во Франции — Tolite, в Испании — Tritil или Tolita, в Италии — Tritolo. Сегодня чаще всего используется англоязычная аббревиатура TNT.

Тротил пришелся ко двору во всех областях, где нужна взрывчатка. В 1912 году армия США приняла тротил как основную взрывчатку для артиллерийских снарядов, а также как основную саперную взрывчатку. В странах Европы с этим обстояло несколько хуже, но вовсе не потому, что тротил оказался плох. Просто к началу Первой мировой войны были накоплены столь огромные запасы снарядов, начиненных мелинитом (а в России — пироксилином), что расстреливать их пришлось вплоть до середины войны. На флоте же крупнокалиберные снаряды с пироксилином сохранялись вплоть до начала Второй мировой, а с мелинитом — и того дольше.

Например, артпогреба советского линкора «Новороссийск» (бывший итальянский «Джулио Чезаре») были заполнены 320-миллиметровыми снарядами с мелинитом еще и в 1955 году!

Однако, несмотря на старые запасы, промышленность всех стран срочно начала выпуск тротила. Уже в 1913 году его изготовление в Германии возросло до 4500 т, а в 1918 году достигло 49 500 т. Великобритания произвела в 1918 году 60 000 т тротила. Всего за годы Первой мировой войны было израсходовано 2,5 млн. т тротила, тогда как расход других взрывчаток не превысил нескольких десятков тысяч тонн. США в 1945 году произвели свыше 1 млн. т тротила. Никакого другого взрывчатого вещества в мире не производилось и не производится столько, сколько ТНТ. Тем более со временем выяснилось, что он очень стоек в хранении. Тротил, пролежавший с 1905 года даже не в складских условиях, сегодня взрывается точно так же, как и свежеприготовленный.

Плюсы и минусы

Любопытно, что тротил как взрывчатка не слишком подходит как военным, так и гражданским пользователям. Например, при взрывных работах на выброс грунта самый существенный параметр — это фугасность (работоспособность взрывчатки). Тротил имеет показатель по Трауцлю 285 см³, тогда как динамит — 400, гексоген — 490, пентрит — 500. Сравнение не в пользу ТНТ: чтобы выбросить одно и то же количество грунта, тротила требуется почти вдвое больше, чем динамита. К тому же тротил достаточно дорог, аммиачная селитра гораздо дешевле.

Для военных желательно иметь снаряд калибром поменьше, а его действие по цели сделать возможно большим, и здесь на первое место выступает бризантность. Чем большую бризантность имеет взрывчатка, тем лучше она дробит корпус снаряда на осколки и тем бóльшую скорость, а значит, и дальность, имеют ее осколки. Бризантность тротила по методике Гесса 13 мм, динамита — 18, гексогена и пентрита — 24 (то есть снаряд, заполненный гексогеном, будет иметь почти вдвое большую мощность, чем ТНТ).

Однако наряду с высокими взрывными параметрами все упомянутые выше взрывчатки не идеальны. Из динамита со временем выделяется крайне чувствительный к внешним воздействиям нитроглицерин. Это совершенно исключает его использование в снарядах и бомбах. Аммиачно-селитренные взрывчатки очень гигроскопичны и во влажном состоянии теряют свои взрывные свойства. Мелинит крайне ядовит не только при взрыве, но и при хранении, вступает в реакцию с металлами с образованием солей пикриновой кислоты (пикратов), которые имеют чувствительность гремучей ртути. Гексоген и пентрит чрезмерно чувствительны, что делает их опасными в военном применении, а для гражданских целей они слишком дороги. Взрывные свойства пироксилина зависят от влажности.

В общем, каждая взрывчатка имеет крупные эксплуатационные недостатки. К тому же многие из них не выдерживают длительного хранения. В них постоянно идут химические процессы, которые в конце концов делают взрывчатку либо крайне опасной, либо совершенно неработоспособной. Всех этих недостатков лишен тротил.

Смеси

Естественно, что химики очень скоро начали работать над решением вопроса об объединении высоких взрывных качеств многих взрывчаток с миролюбивостью тротила. Тем более что химическая инертность тротила открывала широкую возможность делать любые механические смеси.

Несмотря на то, что тротил по взрывчатым свойствам уступает многим другим взрывчаткам, стабильность, химическая инертность и безопасность производства и применения сделали его мечтой военных.

В 1915 году англичане смешивают ТНТ с аммиачной селитрой в различных пропорциях (от 8:2 до 2:8). Так рождается одна из первых композитных взрывчаток — британский аматол. Смешиванием тротила с бариевой селитрой получили баратол. Выиграли в фугасности, бризантности, в цене, но проиграли во влагостойкости и длительности хранения. В 1917 году появляется австрийский аммонал — смесь тротила, аммиачной селитры и порошкообразного алюминия. Выиграли и в фугасности, и в бризантности, и в энергии взрывчатого превращения, но проиграли в длительности хранения и влагостойкости.

Смеси тротила с аммиачной, бариевой, калийной селитрами и алюминием получили самое широкое применение в коммерческих взрывных работах. Недостаточные влагостойкость и срок хранения в гражданском применении вполне компенсируются соблюдением правил защиты от сырости и изготовлением необходимого для работ количества взрывчатки.

В годы Второй мировой войны в американском флоте для снаряжения торпед стали использовать смесь тротила с алюминием — торпекс (Torpex), которая оказалась особенно эффективной при подводных взрывах. Добавление алюминия к аматолу дало взрывчатку под названием минол. А смесь 40% тротила, 40% аммиачной селитры и 20% алюминия назвали тритоналом. Его особенно любили использовать британцы в своих тяжелых фугасных авиационных бомбах. Смесь тротила с пикратом аммония назвали пикратолом (в англоязычной версии Explosive D), эта взрывчатка оказалась наиболее подходящей для бронебойных бомб.

Сильный конкурент

В 1899 году немецкий химик Ганс Геннинг получил патент на способ производства нового лекарственного средства, близкого по составу к уротропину и недавно синтезированного его соотечественником Ленце. По структурной формуле соединение назвали гексогеном. Вскоре выяснилось, что гексоген ядовит, и фармацевты потеряли к нему интерес. В 1920 году интерес вновь появился, но уже не у медиков — выяснилось, что гексоген — мощнейшее взрывчатое вещество, причем при добавлении 5% инертных веществ по безопасности применения он приближается к тротилу.

Производство гексогена началось в период Второй мировой войны, когда тротила стало остро не хватать. Тогда же догадались смешивать тротил с гексогеном, чаще всего в пропорции 1:1. Так родилась взрывчатка ТГ-50, частично объединившая в себе высокие взрывные возможности гексогена с безопасностью тротила. Позднее для повышения температуры взрыва, а значит, и энергии взрывчатого превращения, в ТГ стали добавлять порошок алюминия — и получили отличную взрывчатку ТГА и ее вариант МС (морская смесь), который отличается от ТГА только процентным соотношением тротила, гексогена и алюминия.

ТГА постепенно стала вытеснять чистый тротил из военной области, поскольку эта смесь обладает одновременно мощностью гексогена и безопасностью тротила. Впрочем, ТГА все же имеет достаточно высокую стоимость, ее используют в основном в боеприпасах, где требуется особенно высокая мощность — например, в кумулятивных. Кроме того, тротил плохо подходит для снаряжения снарядов скорострельных пушек типа американских Vulcan или российских «Шилок». При стрельбе в стволе развивается очень высокая температура, чего не терпит тротил, поэтому здесь ему на смену пришла тугоплавкая взрывчатка — октоген. Но в саперном деле тротил и сегодня остается взрывчаткой номер один.

Эталон

Конечно, в настоящее время тротил несколько потеснили его «дети» — различные смеси, но почти все разработанные во второй половине XX века взрывчатки по совокупности свойств все же не дотягивают до «отца». Конечно, гексоген — весьма серьезный конкурент, особенно если учесть, что все очень удобные в применении пластичные взрывчатки созданы на основе гексогена. Однако цена их сравнительно высока, а пластификаторы снижают взрывные качества гексогена до уровня тротила. Получается, что пластит, выигрывая в удобстве применения, проигрывает в цене — при равных взрывных свойствах.

Без сомнения, придет день, когда тротил уступит свое место более совершенной взрывчатке. Но сейчас, прежде чем предложить потребителю даже новейшие взрывчатые составы, их обязательно сравнивают с тротилом. И далеко не всегда сравнение оказывается в пользу новинок. Так что, отойдя на вторые роли, подобно черному пороху, тротил так и не ушел в историю, оставшись эталоном.