Николай Николаевич Бенардос известен в мире как человек, решивший важнейшую задачу научно-технического прогресса, как создатель электросварки – нового способа соединений металлов.

В «Календаре памятных дат выдающихся событий ЮНЕСКО» за 1981 год отмечено «100-летие изобретения Николаем Бенардосом электросварки». А в 1888 г. Бенардос впервые в мире изобрёл «электромагнитную пушку».

Всё началось с детства, когда он услышал о применении электроэнергии для создания новых типов оружия.

Гости полковника Бенардоса

1857 г. Север Херсонской губернии. Путнику украинская степь кажется не обжитой, ровной и бескрайней, далеко уходящей за горизонт. Но вот дорога спускается в низину, в балку, и вдруг возникает станица или хутор, сады, виноградники, огороды, запруда небольшой речки с мельницей, по местному – млыном. А заметить всадников или телегу можно только тогда, когда они уже оказываются на пологом склоне.

Так и работавшие в кузнице обнаружили карету, услышав чей-то голос. Кучер спрашивал: «Чи вирный це шлях до Бенардосивки и далеко ли до садыбы полковника Бенардоса?». Подросток, вышедший вместе с двумя здоровенными кузнецами, сказал: «Кузница построена подальше от хат и специально с учётом розы ветров».

– Цэ як же? – то ли в шутку, то ли всерьёз спросил на украинском языке пассажир в военной форме.

– Так, що б витер найчастише дув вид села, щоб стук и дым не заважалы людям. Ось и зараз, идьте проты витру, якраз и побачите село.

Кузнец, видимо старший, сказал: «Давай-но, Мыкола, покажи гостям шлях, а мы тут вже сами доробымо». Николай снял фартук, отряхнул штаны и ловко вскочил на сиденье рядом с кучером.

Здесь необходимо заметить, что подросток из кузни был старшим сыном Николая Пантелеймоновича Бенардоса, командующего артиллерией в Крымскую войну 1854–1855 г. А в гости к нему ехали выдающийся хирург Николай Иванович Пирогов и храбрый гусар Иван Иванович Величко.

Лошади медленно вытягивали карету из балки, а путники продолжали беседовать.

– Наши храбро сражались, но ведь Крымская война закончилась поражением.

– Но английские и французские пушки и ружья били на версту дальше наших.

– Зато электрические подводные мины испугали англо-французскую эскадру – неприятель ретировался и от Кронштадта, и от Херсона, и из устья Дуная.

Николай знал кроме местных – украинского, русского и немецкого языков, ещё и французский, и, конечно, греческий и латынь. Он понял, что пушки плохие, а вот мины – оружие непобедимое.

Но почему они «электрисити»? Электрик – это по-гречески янтарь, яркий. Такой же, как и на бусах у мамы. Значит, этот электрик-янтарь обладает могучей силой. Значит, надо делать Янтарные пушки.

На всю жизнь запомнил Николай беседы гостей. И уже тогда он запомнил, что в Севастополе пришельцы победили потому, что у них было лучшее оружие.

Путь изобретателя к славе

Родился Николай Николаевич 7 августа (26 июля) 1842 года в селе Бенардосовка (теперь – с. Мостовое Братского района Николаевской области). В имении отца были мастерские, в которых ремонтировали сельскохозяйственный инвентарь и где будущий изобретатель приобщился к столярному, слесарному и кузнечному ремеслу.

Николай не стал военным, как прадед, дед и отец. В 1861 году он поступил на медицинский факультет Киевского университета. В начале 1866 года оставил университет и поступил в Петровскую земледельческую и лесную академию в Москве.

Обучаясь в академии, он разработал новые конструкции плугов, дёрнорезок, зерносушилок, поливальной машины и др. В 1869 году Николай Николаевич занялся строительством усадьбы «Привольное» в 12 км от г. Луха (теперь – пгт. Ивановской области, РФ). Здесь он женился, родились его дети, бесплатно лечил крестьян, организовал школу, здесь продолжал изобретать. В основном, деньги он «добывал» от систематической продажи своего земельного надела. Заложил дом. Вскоре земельный банк продал его за долги.

В 1878 г. Николай Николаевич перебирается в Петербург и начинает работать в обществе «Яблочков-Изобретатель и К⁰». В 1880 г. Павел Николаевич  Яблочков приезжает с сотрудниками в Париж для подготовки экспозиции выставки и международного конгресса электриков.

Для изготовления аккумуляторов, дуговых ламп Бенардос впервые в мире использовал электродуговую сварку. Он сумел сделать то, что в течение 80 лет после открытия электрической дуги Василием Владимировичем Петровым и англичанином Гемфри Деви пытались сделать многие учёные и изобретатели. Н.Н. Бенардос нашёл способ примирить плазму (с температурой 10000^ОС) с холодным металлом.

К началу 1890 г. сварка уже применялась более чем на 100 крупнейших предприятиях Европы и США. Бенардос продолжал совершенствовать электросварку.

На IV Всероссийской электрической выставке в 1892 г. золотая медаль «За удачное применение вольтовой дуги к спаиванию металлов и наплавлению одного металла на другой» была вручена Николаю Николаевичу Бенардосу.

Безгранично веря в возможности сварки, изобретатель разработал технологию ремонта Царь-колокола в Московском кремле. Заказа не последовало; реликвия до сих пор стоит разбитой.

Он был автором и других прорывных решений в областях электротехники и электротехнологии, транспорта, сельского хозяйства, быта и др. В совершенствовании всего, с чем сталкивался, он видел смысл своей жизни. Некоторые из его идей обогнали своё время на десятки лет, они представляют интерес и до сих пор актуальны.

Изобретения, на век опередившие военную технику

Николай Николаевич  не забыл беседы ветеранов Крымской войны, гостивших в родном селе. Ряд его проектов касаются различных проблем военного дела.

Он изобрёл стальные туры для полевой фортификации, броню для судов, броню из стальных трубок, ячеистую броню и др. Его работы в области боеприпасов (цилиндрические полые пули, стальные реберные и стержневые пули, трубчатый снаряд с внутренними винтовыми рёбрами, кавалерийская мина и др.) значительно опередили время.

Но самое главное, Бенардос предложил принципиально новый вид вооружений – первое в мире электромагнитное орудие. В списке его изобретений за 1887 год «электропушка» стоит под №112.

Принцип стрельбы основан на явлении втягивания тела магнитным полем соленоида – катушкой с обмотками, по которой проходит электрический ток. При этом на концах снаряда образуются полюса, ориентированные согласно полюсам катушки.

Чтобы оценить изобретательский гений Бенардоса, нужно вспомнить, что электромагнитное действие тока было открыто Хансом Кристианом Эрстедом в 1820 г., а в 1822 г. Андре-Мари Ампер построил соленоид. Так было положено начало нового витка научно-технического прогресса, основанного на электромагнетизме.

Свойства соленоида почти сразу же после открытия начали широко использовать во многих технических устройствах. Казалось бы, использовать соленоид не только для притягивания, но и для выбрасывания тела (снаряда) не трудно.

С этой задачей легко справлялись фантасты. Например, Жюль Верн вооружил экипаж своего «Наутилуса» электрическими винтовками, бьющими наповал даже под водой. Можно вспомнить фантастический роман Михаила Булгакова «Роковые яйца», герои которого стреляли в чудовищных рептилий из портативных электрических револьверов.

Но не так-то всё просто. По законам физики соленоид, втянув металлическую деталь, не хочет выпускать её – после прохода через середину катушки деталь втягивается обратно. Изобретателей всяческих магнитных зажимов, держателей и подъёмников эта особенность явления не смущала – достаточно было отключить электроэнергию, чтобы магнитное поле исчезло. Но снаряд должен разогнаться и вылетать. И, главное, с огромной скоростью.

И Н.Н. Бенардос сообразил, что непрерывное движение и разгон снаряда может обеспечить «бегущая магнитная волна» – система катушек, выключаемых и включаемых синхронно с движением ускоряемого тела. И он изобрёл коммутатор, с помощью которого выключал ток в каждом соленоиде сразу же после того, как снаряд проскочит его середину, и успевал включить следующий соленоид. Он испытал свою идею на модели.

Ствол сделал из керамической трубы, вокруг трубы отдельными секциями намотал провод. Изобрёл и специальный снаряд.

Между прочим, бегущее магнитное поле использовал Бенардос и в других изобретениях. В его списке указаны: под № 34 подвижная платформа для переправки публики через улицу, под №37 – электрическая машина – прямолинейный двигатель, под №38 – электродвигатель.

Но об этом – в следующий раз.

Убедившись в эффективности разгона и выбрасывания снарядов, Николай Николаевич предложил директору Обуховского завода в Петербурге – крупнейшего орудийного предприятия России – сделать промышленный образец полномасштабной электромагнитной пушки. Однако ни он, ни кто-либо другой не заинтересовались новым видом вооружений, и инвестировать разработку электрической пушки не стали.

Тогда он отправил редактору журнала «Электротехнический вестник» письмо, в котором, в частности, писал: «Не желая, чтобы моё изобретение погибло в неизвестности, не принеся никакой пользы нашему дорогому отечеству, и его постигла бы участь большинства наших отечественных изобретений, т. е. честь изобретения, его выгода и первенство перешли бы иностранцам, поэтому покорнейше прошу Вас, господин редактор, поместить в уважаемом Вашем журнале заметку о моём изобретении в форме и размере, как найдёте для себя удобным...».

Вот текст статьи: «Электрическая пушка».

«Изобретенная мною электрическая пушка предназначается главным образом для выбрасывания фугасных снарядов, содержащих в себе большой заряд какого бы то ни было взрывчатого вещества.

Главное отличительное свойство электрической пушки есть способность выбрасывать снаряд без всякого сотрясения. Вследствие этого качества снаряд электрической пушки может быть заряжаем самым сильным взрывчатым веществом, представляющим опасность взрыва при сотрясении (рис. 1).

Выбрасывание снаряда электрической пушкой совершается не по тем законам, по которым выбрасывает снаряд пушка, заряжающаяся порохом или сжатым воздухом, а именно: не расширением выталкивающих снаряды газов, а притяжением снаряда магнитной силой, вследствие чего снаряд электрической пушки может быть так устроен, что оболочка его будет представлять несравненно меньший вес сравнительно с весом содержимого им заряда.

Снаряд электрической пушки можно рассматривать как метательную мину, имеющую весьма большой и сильный заряд.

Электрическая пушка будет иметь много преимуществ в сравнении с пушкой, заряжающейся порохом, а именно:

1. Выбрасывание снаряда при увеличенной скорости без сотрясения.
2. Выбрасывание снаряда без грома и дыма.
3. Значительное уменьшение бесполезного веса снаряда.
4. Значительное удешевление производства пушки.
5. Громадное удобство заряжания пушки и производство учащённых выстрелов.
6. Громадное уменьшение веса пушки.
7. Долговечность пушки.
8. Полная безопасность от разрыва.

Электрическая пушка может быть с выгодой употребляема для морской и крепостной артиллерий в том случае, когда имеются сильные источники электрического тока, как, например, на больших кораблях, на местных крепостях и береговых фортах.

Изобретённой мною электрической пушке можно дать совершенно новое, небывалое до сего времени назначение оборонительного оружия, употребив её, например, при береговой защите. Ею можно пользоваться в одиночку на известном данном расстоянии, управляя автоматически заряжением, наводкой и выстрелами.

Целый ряд электрических пушек, поставленных скрытно на известном расстоянии одна от другой, представлял бы собой непреодолимую оборонительную линию, не оберегаемую ни одним человеком на расстоянии, опасном от неприятельских выстрелов, ибо управление пушками может производиться с места нахождения электрического тока. Каждая пушка может иметь при себе запас снарядов, которыми она будет заряжаться автоматически, по желанию посылающего ей ток.

5 октября 1890 г. С.-Петербург».

 (В семейном архиве сохранился альбом чертежей этого проекта).

В таких артиллерийских системах отпадает необходимость в смене ствола, в гильзах. Теоретически можно приложить к выстреливаемому телу неограниченное количество энергии.

А к тому времени возможности пороховой артиллерии уже достигли максимума.

Пороховое оружие исчерпало свою мощь

Несколько веков в политике и экономике значительную роль играли пушечные короли. Непрерывно шли колониальные, захватнические войны и всё больше требовалось оружия. Артиллерия развивалась по испытанному столетиями пути – совершенствовался порох, орудия, снаряды.

На смену бронзовым и чугунным пушкам пришли орудиям со стальными стволами. «Соревнование» между артиллерией, броней и оборонительными сооружениями стимулировало развитие металловедения, металлографии и других научных основ металлургии специальных сталей. Совершенствованием пороха и других взрывчатых веществ занимались лучшие химики. Делалась ставка и на достижения оптики, на электронику в системах наведения и управления огнём.

Оружие, работающее на эффекте разгона снаряда под действием расширения пороховых газов, исчерпало свои возможности. Пороховые газы обладают сравнительно большим молекулярным весом и, как следствие, относительно малой скоростью расширения. На практике это означает, что предельная скорость, достигаемая снарядом в традиционных артиллерийских системах, ограничена величиной порядка 2–2,5 км/с.

Этого недостаточно для поражения современной бронетехники, самолётов и спутников. И несмотря на то, что уже с XIX века электрическая энергия стала основой научно-технического прогресса, не находилось государственных деятелей и инвесторов, желающих тратиться на принципиально новый вид оружия и, в конце концов, перейти дорогу пушечным и химическим магнатам.

По пути развития пушки на электромагнитной энергии

Как это часто встречается в истории науки и техники, новые идеи почти одновременно возникают в разных странах. Шведский учёный Кристиан Беркеленд в 1903 г. изготовил такую же, как и Бенардос, электромагнитную пушку и разогнал снаряд массой 10 кг до 100 м/с. Однако, и эта работа не получила продолжения. Сейчас пушка выставлена в норвежском техническом музее в городе Осло.

И всё же от идеи Бенардоса не отказались.

В 1915 г. российские инженеры Подольский и Ямпольский спроектировали 50-метровую «магнитно-фугальную» пушку, в 1916 г. французы Фашон и Виллепле, используя цепочку катушек-соленоидов, разогнали снаряд массой 50 г до скорости 200 м/с. В гитлеровской Германии, где интенсивно и успешно разрабатывались новейшие средства войны, создать электромагнитную пушку не успели. Весной 1944 г. И. Хэнслер и Бунзель провели испытания малокалиберного (10 мм) устройства, состоящего из множества катушек. К счастью, ожидаемого эффекта до разгрома Германии достичь не удалось.

Эксперименты с электромагнитным ускорителем, основанным на принципе пушки Гаусса - Бенардоса, проводились в СССР, США и других странах. На одноступенчатой пушке в институте Эрнста Маха в Вейле-на-Рейне Хас и Циммерманн разогнали металлическое ядро массой 1,3 г до скорости 490 м/с.

В последней четверти прошлого века в Советском Союзе, Р.Ф., Украине физикой и техникой сверхсильных магнитных полей, (в том числе и для метания) ударным электромагнитным действием, установками для магнитно-импульсной обработки металлов занимались в академических и научно-исследовательских институтах, в учебных заведениях и КБ П.Л. Капица, В.Н. Бондалетов, Г.В. Самсонов, К.К. Хренов, А.Н. Андреев и др.

Применительно к задачам создания пушки исследования в основном выполнялись по специальным закрытым темам. Тем не менее, результаты некоторых исследований убедительно показывают – достигнутое ускорение недоступно для пороховых орудий. Так, в Чебоксарском государственном университете (Р.Ф.) В.Н. Бондалетов, Е.Н. Иванов разогнали шарик массой 1г. до скорости 4,9 км/с.

Над созданием нового оружия (по шифру НАТО «Gauss coil gun, «пушка Гаусса» – по имени немецкого учёного ХІХ века, заложившего математические основы электромагнетизма) продолжают работать в США. В основном по специальным закрытым темам. Тем не менее, результаты некоторых исследований убедительно показывают – можно достигнуть ускорения снаряда, намного превышающего тактико-технические характеристики пороховых орудий. А на сайтах и журналах для школьников можно найти информацию о том, как собрать примитивные конструкции магнитной пушки. Такие модели используются для демонстрации действия законов электромагнитной индукции, свойств ферромагнетиков. Производят такие же детские игрушки.

Теоретически можно приложить к выстреливаемому телу неограниченное количество энергии. В частности, в военных программах СССР и США рассматривалась возможность использования таких установок на орбитальных спутниках для поражения космических аппаратов (снарядами с большим количеством мелких поражающих деталей), или объектов на земной поверхности.

Однако, требуются мощные источники энергии, системы её накопления. Не легко решить и проблему управления. Многоступенчатая схема из соленоидов должна поочередно втягивать в себя ускоряемое тело из ферромагнетика. На практике при создании таких систем приходится решать задачу синхронизации работы соленоидов.

Во-первых, напряжение на каждую катушку должно подаваться в момент подхода к ней разгоняемого тела, во-вторых, необходимо вовремя прерывать ток в катушке – ведь как только тело минует её геометрический центр, магнитное поле вместо придания ускорения начнет препятствовать его движению.

Значит, нужна система датчиков положения и достаточно хитроумная электронная схема управления. Лучше всего поручить эту задачу микропроцессору, но и в этом случае понадобится кропотливый расчёт и целая серия экспериментов, прежде чем разгон будет происходить оптимальным образом: как с точки зрения достигаемой скорости, так и с точки зрения КПД преобразования электрической энергии в механическую (последний показатель особенно важен для портативных носимых устройств, у которых ёмкость источника питания сильно ограничена).

Возникает естественный вопрос: «А смог бы Бенардос стать создателем ещё одного вида техники, которая, как и сварка, могла бы изменить ход истории?».

Следует вспомнить, что над проблемой использования электродугового разряда для сварки металлов лучшие электротехники и металлурги бились почти 80 лет. Только Бенардос сумел решить эту задачу, обеспечив прорыв в научно-техническом прогрессе на ближайшие века.

Он впервые в мире создал источник питания сварочной дуги для тока более 500 А, выдерживающий пиковые нагрузки короткого замыкания; дуговые горелки с магнитным управлением; несколько типов сильноточных коммутаторов; систему токоподводов; реостаты и другие элементы сварочной цепи и управления процессом электросварки. Естественно, обеспечить работоспособность модели электромагнитной пушки не представляло для него проблем.

С большой уверенностью можно считать, что для того уровня вооружений Н.Н. Бенардос достиг бы превосходных успехов. По крайней мере, талантливый отечественный изобретатель нашёл бы решения большинства проблем, и эти решения послужили бы основой для быстрого создания нового оружия.

Впрочем, обсуждение истории в сослагательном наклонении полезно разве только для прогнозов. И хорошо, что такое вооружение не появилось в период локальных захватнических войн и назревающей мировой войны.

Из истории

А как повышались тактико-технические данные орудий, на какие достижения «пороховой артиллерии» покушался Н.Н. Бенардос?

Сегодня во многих музеях мира можно увидеть огромные пушки. Так, в артиллерийском музее английского города Вульвич стоит громадное орудие калибром в 25 дюймов (65 см), в московском Кремле – Царь-пушка калибром 35 дюймов (89 см), в военном музее в Стамбуле – пушка 36 дюймов (92 см), в Генте (Бельгия) – бомбарда «Бешеная Маргарита» калибром в 22 дюйма (56 см).

Наиболее активно и успешно применяли гигантские бомбарды турки. Например, при осаде Родоса в 1480 году они использовали орудия калибром 92 см. Причём эти гигантские орудия турки не перевозили, а отливали вблизи от мест осады. Ядра делали из гранита или мрамора и стягивали для прочности железными обручами, для уменьшения зазора между ядром и стенками канала ствола обшивали кожей или обматывали веревками.

Интересно, что в 1807 году, когда английская эскадра прорвалась к Стамбулу, пушки XV и XVI веков обстреливали корабли и пробивали корпуса кораблей. Одно каменное ядро калибра 64 см и весом 360 кг попало в линкор «Виндзор Кастль», воспламенило заряды пороха, и сильный взрыв уложил на месте 46 человек.

Самыми крупными орудиями XVII–XIX веков считаются английские береговые осадные мортиры «Миллета» калибром 92 см. Вес орудия – 50 тонн, оно стреляло снарядом в 1250 кг на расстояние 1550 м. Таких мортир в 1856 году было изготовлено две, и они успешно применялись английской армией.

В Первую мировую войну калибры орудий были меньше. У немцев самым большим орудием была «Большая Берта» калибром «всего» 42 см. Орудием самого крупного калибра и одним из самых мощных за всю историю артиллерии, является 52-сантиметровая гаубица завода Шнейдера (Франция), посылавшая на 17 км чудовищный снаряд весом в 1400 кг. Весила гаубица 263 тонны, передвигалась только по железной дороге.

В 1940 году японцы спустили на воду линкор «Ямато» с девятью 46 см пушками в трёх огромных башнях. Такие же по мощности орудия были спроектированы для линкора «Советский Союз», заложенного в 1939 году в Николаеве, но его не удалось достроить из-за немецкой оккупации.

С 1936 года в Германии начали проектировать пушку для разрушений оборонных укреплений линии Мажино и бельгийских фортов. В начале 1941 г. на заводе Круппа изготовили суперпушку «Дора» со стволом длиной 32 м, весом 400 тонн, калибром 800 мм. Два пороховых заряда по 465 килограммов каждый, гильза весом 920 килограммов посылали снаряд длиной (без метательного заряда) 3,75 м, весом 7,1 тонны на расстояние 40 км.

Однако ко времени испытания Вермахт без помощи супероружия оккупировал и Бельгию, и часть Франции, но решил, что пушка поможет прорвать оборону Севастополя. 25 апреля 1942 года эшелоны с разобранной артустановкой скрытно прибыли в Крым. В 25 км от целей в Севастополе в 2 км к югу от станции Бахчисарай 600 военных строителей-железнодорожников, 1000 рабочих, 1500 человек местных жителей и несколько сот военнопленных круглосуточно строили огневую позицию глубиной 10 м и шириной около 200 м. Расчёт пушки составлял 450 солдат и офицеров.

5 июня 1942 г. В 5 часов 35 минут в сторону Севастополя был сделан первый выстрел. Снаряд мог пробить метровую броню или 3 м бетона, однако оборонительные сооружения могли быть повреждены только при условии прямого попадания. За 21 день из 53 выпущенных снарядов лишь 5 поразили цель.

После взятия Севастополя «Дору» отправили под Ленинград, но собрать до прорыва блокады города не успели. Эвакуировали суперпушку в Баварию и в апреле 1945 года при приближении американцев орудие взорвали.

Таким же бесполезным оказалось и изготовленное в 1944 г. в США орудие, претендующее на первое место – дульнозарядная мортира «Маленький Давид» калибром 91,4 см, длиной 6705 мм, весом 40640 кг. Снаряд весил 1678 кг, из которых 726 кг приходились на взрывчатое вещество. Испытания показали: снаряд проникал в глубину на 4 м, но дальность и точность были невысокими. Американская чудо-пушка осталась на Абердинском полигоне в качестве музейного экспоната. Так была достигнута вершина развития ствольной пороховой артиллерии.

Впрочем, с 1950-х годов в СССР и США началась работа по созданию артиллерийских установок для стрельбы ядерными боеприпасами. Однако, пока артиллеристы конструировали и испытывали различные варианты, ракетчики решили задачи «щита и меча». В начале 1970-х годов обе страны все дальнейшие работы в этом направлении свернули.

А.Н. Корниенко, кандидат технических наук, Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Укаины