Усовершенствования оружия и военной техники.

Война требовала скорейшего внедрения научных достижений в производство. Ученые разрабатывали новые виды боеприпасов, горючего, военной техники. Только в 1942 г. было внедрено около 50 важнейших оборонных работ, выполненных сотрудниками Академии наук. В 1942-1943 годах под руководством профессора И.И. Китайгородского был разработан рецепт получения бронестекла, прочность которого в 25 раз превосходила прочность обычного стекла. На его основе удалось создать прозрачную пуленепробиваемую броню для кабин самолетов. Наши летчики получили возможность более безопасного обзора пространства во время боя.

Триумфом химической науки можно считать применение карбонильного клея академика И.Н. Назарова. Когда началась война, он посоветовал применять клей для ремонта боевой техники. Оказалось, что некоторые ремонтные работы с помощью клея можно вести даже в полевых условиях, во фронтовых ремонтных мастерских в передышках между боями. Клей Назарова применяли для самых различных целей: ремонта бензобаков, корпусов аккумуляторов, реставрации свёрл, точильных камней. Даже картеры моторов, головки и рубашки блоков цилиндров на автомашинах и танках удавалось успешно чинить с помощью этого удивительного клея. Клей склеивал всё: металлы, пластмассы, эбонит, мрамор, фарфор, стекло, фибру – и притом в любых условиях. Если же к нему добавить 20-30% хлоропрена, то он приклеивал к любому материалу и резину. Прочность клеевого шва сохранялась от – 60 до +70°С. Клей не боялся действия горюче-смазочных материалов. Клея требовалось всё больше и больше. Шли письма-просьбы с фронта. Установка в Москве обеспечить все нужды уже не могла. Соорудили вторую, побольше в Ереване на комбинате «Совпрен», а потом ещё одну – в Казани. Для увеличения бризантности фугасных авиабомб, мин и других снарядов химики непрерывно работали над повышением мощности взрывчатых веществ комбинации взрывчатых веществ с отравляющими и дымообразующими. Химические вещества вводятся и в технику взрывания снарядов: например, химические взрыватели замедленного действия со сроком действия от нескольких минут до нескольких месяцев. В состав металлической оболочки снарядов вводятся новые легирующие добавки, усиливающие или ослабляющие прочность оболочки, защищающие их от коррозии. Химики создавали защитные краски, маскирующие дымы разных цветов, горизонтальные и вертикальные дымовые завесы, позволяющие скрыть аэродромы, склады, самолёты в воздухе и корабли на море. Всё это непрерывно совершенствовалось и производилось в больших масштабах.

Ново-Тагильскому заводу было поручено освоить производство высококачественных специальных сталей для брони и бронебойных снарядов. Их основа – феррохром и ферромарганец. Это производство было налажено в небывало короткий срок; с помощью бригады учёных Уральского филиала АН СССР, руководимой В.В. Михайловым, была налажена технология производства ферросплавов в доменных печах. Возглавляли эту работу академики И.П. Бардин и В.Л. Комаров. Ещё в довоенный период были выполнены важные работы по созданию брони для танков Т-34 (на основе сплава железа и никеля). Специальная защитная броня была разработана и для штурмовиков ИЛ-2 и ИЛ-10 во Всесоюзном институте авиационных материалов. Советские самолёты-штурмовики ИЛ-2 фашисты называли «чёрной смертью», наши – «летающими танками». «Летающий танк» ИЛ-2 и его модификации ИЛ- 8, ИЛ-10 оказались самыми массовыми самолётами Великой Отечественной войны – их было выпущено 42 тыс. Броню для «летающих танков» создали академики С.Т. Кошкин и Н.М. Скляров. Плоские листы марганцево- кремне-никеле-молибденового сплава, раскалённые до 880°С, опускали на 7 секунд в горячее масло, а потом уже прессованием придавали им нужную форму и выкладывали на землю. При этом броня практически не коробилась, а прочность стали достигала 200 кг/мм (вместо 70 кг/мм) Это была самая прочная броня в мире. Затем Кошкин и Скляров предложили защищать экипаж самолёта экранной бронёй – поперечной конструкцией, состоящей из двух стенок. За спиной лётчика устанавливался лист вязкой, а за ним на расстоянии 40-50 мм лист твёрдой брони. Бронебойная пуля вырывала кусок из хрупкой второй стенки и сама при этом разрушалась, а её осколки в основную броню неизбежно попадали под углом и вреда причинить уже не могли. Этот принцип конструирования защиты Кошкин и Скляров назвали потом принципом активности брони. Экранную броню по началу хотели установить даже на танках, но это сильно усложняло их ремонт в полевых условиях. Ремонтная база танковых частей должна быть мобильной. Другое дело – аэродром. Для ИЛ-2 экранная броня подошла как нельзя лучше. Уместно отметить и успехи в области электросварки, достигнутые под руководством Е.О. Патона с большой группой специалистов, в том числе и химиков. Сварка стальных конструкций этим методом позволила в короткие сроки с 1942 по 1943 гг. наладить на Урале производство танков Т-34 и ИС-3. Эти танки по сравнению с немецкими имели лучшую подвижность, проходимость, большой запас хода, абсолютное превосходство в броне и вооружении. В 1943 г. Гитлер издал приказ вступать в бой с советскими танками ИС-3 на расстоянии не более 1 км, так как состав брони у этого танка был такой, что его не могли пробить фашистские снаряды.

За вторую мировую войну израсходовано примерно 800 млн. тонн стали.

Железо шло на изготовление:

¾ броневых плит и башен танков, бомб, мин и гранат;

¾ бронеавтомобилей, бронепоездов, гаубиц и бортовых орудий. Автоматов и пулемётов, артиллерийских установок, военной техники.

Свинец применяли:

¾ в огнестрельном оружии (патроны, пули, дробь);

¾ для изготовления инициирующих взрывчатых веществ;

¾ для изготовления сплавов: свинцовой бронзы.

Алюминий применялся:

¾ в самолетостроении;

¾ для получения горючих и взрывчатых смесей и зажигательных бомб;

¾ для активной защиты самолетов (20 тонн алюминиевой фольги);

¾ для изготовления заклепок.

Магний применялся:

¾ в самолетостроении;

¾ для изготовления осветительных и сигнальных ракет;

¾ зажигательных бомб и пуль;

¾ для изготовления трассирующих пуль и снарядов.

Медь шла на:

¾ пушечный металл – 90% меди и 10 % олова;

¾ патронов – латунь – 68% меди и 32 % цинка;

¾ морские латуни – медь, цинк, олово.

Молибден шёл на стволы орудий, винтовок, детали самолётов и автомобилей, клинки, сабли, мечи и ножи, танковую броню.

Серебро шло на изготовление прожекторов противовоздушной обороны.

Лантан и церий - основа сплава - кремень для изготовления солдатских зажигалок.

Вольфрам один из самых ценных стратегических металлов:

¾ танковая броня, оболочки торпед и снарядов;

¾ важные детали самолётных двигателей.

Ванадий - автомобильный металл шел на автомобили, солдатские шлемы и каски, броневые плиты на пушках. Сплав Cu (90%) и Sn (10%) называли «пушечным металлом» и применяли непосредственно для изготовления пушек и зенитных орудий.

Сплав Cu (68%) и Zn (32%) – латунь – использовали для изготовления артиллерийских снарядов и патронов.

Трудная задача в период войны стояла перед войсками противовоздушной обороны. На нашу Родину были брошены тысячи фашистских самолетов, пилоты которых уже имели опыт войны. Для защиты городов использовали все возможные средства. Так, помимо зенитных орудий, небо над городами защищали наполненные водородом шары, которые мешали пикированию немецких бомбардировщиков. Для заполнения шаров водородом в военном деле использовался силиконовый способ, основанный на взаимодействии кремния с раствором гидроксида натрия. Реакция идет по уравнению: Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2.

Большое значение придавалось объединению усилий инженеров, конструкторов и учёных, практиков и теоретиков, в деле совершенствования технологий производства танковой брони. Для этого нужно было составить новый сплав. Зимой академиком Е.О. Патоном был разработан скоростной метод автоматической сварки под флюсом, которая позволяла наладить ремонт танков за короткое время. Эти танки по сравнению со всеми немецкими танками имели лучшую подвижность, проходимость, большой запас хода, абсолютное превосходство в броне и вооружении. Учёные начали разработку сплава стали с легирующими элементами, в результате чего получился сплав стали с никелем, который придал стали вязкость, механическую прочность и коррозийную стойкость. В результате увеличения прочности уменьшилась толщина брони и возросла маневренность бронетанковой техники из-за уменьшения её веса. Также был применен не прямой угол 90о, а 45о угол наклона, т.е. возможность рикошета снарядов врага от корпуса танка. За счет этого увеличилась выживаемость машины в бою.

Нужно было создать машину, которая не боялась бы ни пулемёта, ни колючей проволоки. Три качество танка огонь, скорость, броня должны были так сочетаться в конструкциях, чтобы ни одно из них не приносилось в жертву другим. Нашим конструкторам во главе с М.И. Кошкиным был создан лучший танк периода 2-ой мировой войны Т-34.

В осеннюю распутицу, когда немецкие танки безнадежно вязли в грязи, танк Т-34 оставался единственным танком, которому грязь была не страшна, т.к. он имел минимальный вес.

Башня танка была рекордно быстрой. Она давала полный оборот за 10 секунд вместо обычных 35. Благодаря небольшому весу и размеру, поворотливость танка была превосходной, броня с повышенным содержанием никеля не только самая прочная, но имела самые выгодные углы наклона, поэтому была неуязвима. Наши танкостроители разработали и успешно освоили производство методом штамповки башни танка Т-34, самого скоростного и маневренного из всех видов бронетехники тех времён.

Часто для получения водорода использовали металлический литий или гидрид лития. Таблетки LiH служили летчикам портативным источником водорода. При авариях над морем под действием воды таблетки моментально разлагались, наполняя водородом спасательные средства – надувные лодки, жилеты, сигнальные шары-антенны: LiH + H2O = LiOH + H2.

В годы Великой Отечественной войны элемент литий, наравне с алюминием, приобрел особое значение. Помимо выше перечисленного, литий добавляли в трассирующие пули, которые благодаря этому оставляли при полете сине-зеленый след. Соединения лития использовались на подводных лодках для очистки воздуха. Добавка гидроксида лития в щелочные аккумуляторы увеличивает срок их службы в 2–3 раза, что было на практике использовано партизанскими отрядами.

Не менее важным в военное время был и металлический магний. Основным потребителем этого металла была военная авиация. Также он использовался как добавка к стратегическим сплавам и для создания осветительных ракет. Такие ракеты сбрасывали на парашютах во время ночных налетов бомбардировщиков для освещения цели. В состав осветительной ракеты входили порошок магния, спрессованный с особыми составами, и запал из угля, бертолетовой соли и солей кальция. При запуске осветительной ракеты высоко над землей красивым ярким пламенем горел запал; по мере снижения свет постепенно делался более ровным, ярким и белым – это загорался магний. Когда цель была освещена и хорошо видна летчики начинали прицельное бомбометание.

Магния требовалось много, поэтому его добывали даже из морской воды. Для этого морскую воду смешивали в огромных баках с известковым молоком, затем обрабатывали выпавший осадок соляной кислотой для получения хлорида магния, расплав которого подвергали электролизу:

А для ослепления пилотов вражеской авиации во время ночных налетов использовали составы, содержащие соли стронция, окрашивающие пламя в малиновый цвет, и соли кальция, придающие пламени кирпично-красную окраску. Химики поставляли для фронта и составы для дымовых завес, предназначенные как для маскировки, так и для защиты от наводчиков. Дымовые составы представляли собой комплекс окислителей (чаще всего бертолетова соль или нитрат калия), горючие компоненты – древесная пыль (стружка), древесный уголь и непосредственно дымообразователи – хлорид аммония, нафталин. Углерод, входящий в состав дымовых смесей, придавал им серый цвет. Кроме того, использовались и другие наполнители – дымообразователи — хлориды титана, олова и кремния. Одним из первых дымообразующих веществ был белый фосфор. Дымовая завеса при использовании белого фосфора состоит из частичек оксидов (Р2О3, Р2О5) и капель фосфорной кислоты.

Широко в годы Великой Отечественной войны использовались также дымовые шашки, заполненные хлоридом аммония NH4CI, который при возгорании зажигательной смеси начинал бурно разлагаться, образуя густой белый дым (приложение 7): NH4CI = NH3 + HCI. Хлорид аммония применяли также и в производстве сигнальных составов, представляющих собой мини ракеты с дымовым и цветным наполнителями.

В январе 1943г. учёными Ленинграда был разработан запал особой конструкции для дымовых шашек и налажено производство дымовых средств маскировки военных кораблей, стоявших на Неве.

Командование военно-морским флотом также не раз обращалось к учёным – химикам за помощью. В начале войны, когда от торпед и бомб, привязанных к специально обученным акулам, тонуло немало советских кораблей, возникла необходимость в надежном средстве защиты от акул. В решении этой проблемы приняли участие многие охотники на акул и ученые. Оказалось, что акулы просто не переносят сульфата меди. Акулы за версту обходили приманки, обработанные этим веществом, и с жадностью хватали приманки без сульфата меди. Так была решена проблема подрыва советских кораблей на минах противника.

В феврале 1942 г. сотрудники лаборатории люминесценции под руководством С. И. Вавилова организовали производство необходимых для авиационных приборов свето-составов постоянного действия и люминесцентных ламп особой конструкции для военно-морского флота. В 1943 г. в лаборатории были получены и затем исследовались фосфоры с двумя редкоземельными активаторами, дающие яркую (зеленую или красную) вспышку под действием инфракрасных лучей. Для этого класса фосфоров инфракрасный свет действует, как спусковой механизм, освобождающий энергию, запасенную в фосфоре ранее, при возбуждении. На основе тонких экранов из фосфоров были созданы приборы для обнаружения источников инфракрасного излучения БИ-6 и БИ-8 («бинокль инфракрасный) которые успешно прошли в ноябре — декабре 1943 г. государственные испытания на военных кораблях в Батуми и были приняты на вооружение.

Большую помощь в создании выше названных приборов оказал выдающийся ученый, основоположник химии фосфорорганических соединений – Александр Арбузов. В марте 1943 г. по просьбе С.И.Вавилова в лаборатории А.Е. Арбузова начали изготовлять 3,6-диаминофталимид:

Именно этот препарат обладал ценными свойствами в отношении флуоресценции и адсорбции и был необходим для изготовления нового оборонного оптического прибора. Значительно позднее Арбузов узнал, что изготовленного им препарата было достаточно для снабжения оптики танковых частей нашей армии и имело значение для обнаружения врага на далеком расстоянии. В дальнейшем Арбузов выполнял и другие заказы оптического института на изготовление различных реактивов. Исследования Арбузова в годы войны были всецело посвящены нуждам обороны и медицины.

Зима 1941 года была ранней. Стужа по ночам стояла такая, что вода в радиаторе машин превращалась в лед, а антифриза не хватало. Нужен был антифриз не из спирта, а из чего-нибудь другого. Для испытания смесей текстильному комбинату был выделен лёгкий танк БТ-7. В лаборатории развернулась круглосуточная, изматывающая работа, но блокадный антифриз был создан вовремя. Однако возникла новая проблема в Ленинграде начали иссякать запасы бензина. Авиационного горючего осталось на несколько дней, а автомобильного только на 7. Военный совет и штаб фронта обратились к учёным с новым заданием изготовить заменитель бензина из веществ, имеющихся в городе. За несколько дней в лаборатории был разработан метод каталитического крекинга, позволяющий получить неплохое горючее из пихтового масла, которое имелось в огромных количествах (запасах) на парфюмерных фабриках.

Поиск новых видов сырья.

Военное производство требовало громадных ресурсов топлива и электроэнергии. Академик В этот период топливом снабжалась в первую очередь военная промышленность. Недостаток угля и нефти отчасти восполнялся дровами, торфом. На дровяное топливо были переведены железные дороги Севера, Северо-Запада и Центра, многие промышленные предприятия, коммунальные хозяйства большинство городов страны.

Главным видом топлива оставались, конечно, уголь и нефть. Топливо-энергетические ресурсы пополнялись путем расширения угольных баз востока. Александр Евгеньевич Ферсман, несмотря на свой преклонный возраст, помогал фронту, организуя поиски стратегического минерального сырья, разрабатывая методы его скорейшей переработки для неотложных нужд страны.

Академик А.Е. Ферсман создал из сотрудников руководимого им Института геологических наук АН СССР небольшие отряды и разослал их в разные районы страны для поисков минерального сырья, необходимого для выполнения военных заказов. Академик А.Л. Яншин впоследствии вспоминал: «Мой отряд тогда входил в состав Уральской комплексной экспедиции и располагался в городе Актюбинске. Первое задание от Ферсмана было получено после того, как фашистские войска захватили район Никополя на Украине и оттуда перестала поступать марганцевая руда для металлургических заводов Урала. Наши геологи тоже не могли оставаться в стороне, они решали в то время две важнейшие задачи: расширение разведанных запасов и выявление новых месторождений, особенно в восточных районах страны. Геологи обнаружили на Северном Урале новые месторождения бокситов, наиболее известное из них получило название Красная шапочка

А.Е. Ферсман хорошо знал металлогению Урала, знал и о том, что там есть много мелких месторождений, считавшихся непромышленными. Нужно было произвести их оценку и выбрать наиболее надёжные для эксплуатации. Заводы Магнитогорска и Нижнего Тагила получили необходимый им марганец. После захвата Артёмовска в Донбассе надо было налаживать новое производство технической соды. Были использованы соляные озёра на северном побережье Аральского моря, и на Актюбинском химическом заводе налажено производство соды по методу Леблана. Руководил этими работами С.И. Вольфкович. А.Д. Гусева, Н.Н. Рунов

После временной потери месторождений писчего мела, находящихся в Белгородской области, мы лишились наполнителя, употребляемого при изготовлении резины. И в этом случае был найден выход – налажена добыча очень чистого писчего мела вблизи дороги Кандач-Гурьев в Казахстане».

В работах по увеличению добычи нефти в Башкирии (второе Баку) приняли участие около 100 сотрудников Академии наук и Наркомнефти. Добыча нефти в этом районе возросла в 12 раз. Война требовала скорейшего внедрения научных достижений в производство. Ученые разрабатывали новые виды боеприпасов, горючего, военной техники. Только в 1942 г. было внедрено около 50 важнейших оборонных работ, выполненных сотрудниками Академии наук.