В предыдущих частях "Пробить СИБ", "Пробить СИБ. Теория" и "Пробить СИБ. История" показана абсолютная необходимость пробития современных и экспериментальных средств индивидуальной бронезащиты (СИБ), теоретические основы пробивного и убойного действия снаряда (пули), а также этапные усовершенствования пробивного действия снарядов и пуль.

Месяц назад US Army завершая программу Next Generation Squad Weapon (NGSW) заключила контракт на первые поставки нового оружия отделения. Карабин M4/M4A1 из семейства М16 меняют на винтовку (автомат) XM5, пулемёт M249 меняют на ручной пулемёт XM250. Оба новых образца используют единый 6,8-мм патрон, разработанный специально по программе NGSW. На первом этапе будет закуплено нового оружия и боеприпасов на сумму 20,4 миллиона долларов для войсковых испытаний. Таким образом, США перешли к практической замене стрелкового оружия калибра 5,56-мм и, возможно, 7,62-мм. Это эпохальное событие сравнимо только с переходом к 5,56-мм патрону около шестидесяти лет тому назад.

Минобороны России тоже обсуждает разработку «автоматов под мощные патроны на базе АК-308, использующего 7,62-мм винтовочный патрон» - [29], Поэтому исследуем программу NGSW подробно.

NGSW - проблемная недостаточность

Целеполагание

Зачем американской армии проблемы с переходом к совершенно новому патрону?

Начальник штаба Армии США в 2018 году обосновал переход тем, что 6,8-мм оружие следующего поколения "будет стрелять со скоростью, намного превышающей скорость пуль сегодня, и пробьёт все существующие или известные ... бронежилеты на расстоянии до 600 метров.”

Начальную скорость пули NGSW указала US Army (Армия США), оставив конструкцию патрона на усмотрение разработчиков оружия. До сих пор начальная скорость держится в секрете, и понятно почему: этот параметр вкупе с внешним видом пули, из которого можно определить поперечную нагрузку, позволяют определить пробивное действие пули. В западной прессе есть лишь предположение начальной скорости пули NGSW - 1070м/с, что соответствует скорости нашего опытного 6-мм патрона, разработанного ЦНИИТОЧМАШ ещё в начале 1980-х годов.

5,56-мм патрон M855A1. Заведомо недостаточное решение

Рис.1

Рис.2

Сначала американцы пытались обеспечить пробитие бронежилета малыми затратами. В конце 2000-х годов US Army разработала для М4 и М16 5,56-мм "Enhanced Performance Round" (патрон повышенной эффективности) M855A1 - Рис.1, развитие 5,56-мм патрона для М16/М4. Увеличение пробивного действия достигнуто в основном за счёт изменения её конструкции на полуоболочечную: бронебойный сердечник типа "стальная стрела" выступает из оболочки пули и не тратит энергию на преодоление оболочки и рубашки самой пули - Рис.2, разница конструкции М855 и М855А1 и Рис.3, патрон М855А1 в разрезе. Свинцовый Slug (толкатель сердечника) заменён на более прочный медный или сплав висмута, поэтому при встрече с целью кинетическая энергия всей пули давит на бронебойный сердечник и работает на пробитие.

Пуля M855A1 сохранила достаточное убойное действие, поскольку при фрагментировании получается два крупных осколка - сердечник и Slug, каждый из которых наносит серьёзный ущерб цели. Например, на Рис.4 пуля М855А1 вошла в гелевый блок слева, через 3-5см фрагментировалась, Slug отклонился далеко вниз, а стальной сердечник пробил этот блок навылет вправо и ещё половину следующего блока (за кадром).

Пуля М855A1 получила более высокое пробивное действие: дальность пробития 9,5-мм стальных пластин Mild Steel увеличилась до 350м против 160м у “полубронебойной” пули старого патрона M855. Однако, увеличение вдвое дальности пробития не означает, что вдвое увеличилось пробивное действие. На дальности 160м пуля М855А1 пробивает не вдвое толще лист стали, а всего лишь на несколько процентов толще - пропорционально разнице скоростей пули на дальностях 350 и 160м.

Рис.3

Рис.4

И за столь незначительный рост пробивного действия пришлось заплатить не только новой конструкцией пули, но и увеличением давления в каморе с 380 до 420МПа, чем выбран запас прочности конструкции винтовок М16-/М4 и существенно сокращён срок службы ствола.

Поэтому уже в 2017 г, когда ВС России получили боевую экипировку "Ратник", бронежилет которой с 10м выдерживает 10 попаданий 7,62-мм бронебойной пули из СВД, руководство US Army в результате исследовательской работы установило, что пехотинцам нужно оружие, которое бы "пробивало броню противника гораздо эффективнее, чем М855А1" - [6].

Отмечу, что конструкция пули M855A1 повторяет идею и во многом конструкцию опытной 5,45-мм пули 7Н6.Бр.2, разработанной ЦНИИТОЧМАШ ещё в 1985 году по НИР "Клин". Та остроконечная пуля имела точно такое же увеличение пробивного действия: пробивала бронежилет в 3 раза дальше обочечной пули 7Н6М с тупым сердечником и в 2 раза дальше оболочечной пули 7Н6.Бр.1 с остроконечным сердечником - [1], стр.19-20.

Пуля NGSW - предел пробивного действия калиберных пуль

Рис.5

Разработала пулю NGSW тоже US Army. Пуля NGSW имеет конструкцию 5,56-мм пули M855A1, но калибр 6,8мм и вес от 8,1 до 8,4 грамма - [8]. Материал сердечника. видимо, может быть как вольфрамовый сплав, так и закалённая сталь.

На Рис.5 пули: 6,8-мм NGSW (слева), 7,62-мм M80A1 EPR (в центре), 5,56-мм M855A1 EPR (справа) - [6].Как видим, пуля NGSW длиннее не только 5,56-мм пули, что естественно, но и длиннее 7,62-мм пули. То есть, её разработчики следовали формуле 1.7.6 научных основ и насколько смогли увеличили поперечную нагрузку (длину) пули. Но вопреки формуле 3.4.1 увеличили калибр с 5,56 до 6,8мм, что увеличило вес пули и усугубило отдачу и так возросшую из-за роста скорости пули. Полагаю, что увеличить калибр их вынудило то обстоятельство, что длина снарядов, стабилизированных вращением, ограничена 4-5,5 диаметров (калибров) из-за невозможности обеспечить устойчивость движения около центра масс - [4], стр. 30. Поэтому выбор калибра, видимо, выгледел так: для пробития СИБ при начальной скорости 1070м/с необходима поперечная нагрузка не менее Н, отсюда калибр не менее Н/5,5.

Но ведь согласно научных основ и убойное, и пробивное действие целесообразнее увеличивать наращиванием скорости пули. Почему же просто не увеличили скорость 5,56-мм пули? Полагаю потому, что согласно формулы 1.20 для увеличения скорости пули надо увеличить давление в каморе и в стволе. А при малой длине 5,56-мм пули для пробития СИБ скорость должна быть больше 1070м/с, следовательно, и больше давление в каморе, которое становится запредельным. Ведь даже для длины 6,8-мм пули давление в каморе пришлось увеличить до "уровня танковых пушек".

Как видим, максимально допустимое давление в каморе определило всю дальнейшую цепочку характеристик пули NGSW: давление => скорость => длина => калибр => масса => импульс отдачи. Разработка ЦНИИТОЧМАШ высокоскоростной калиберной пули тоже привела к скорости 1080м/с и калибру 6мм - [1].

ВЫВОД: дальше увеличивать пробивное действие калиберной пули практически некуда, так как стрелок не выдержит увеличения импульса отдачи при дальнейшем увеличении калибра.

А форма у пули NGSW на Рис.5 просто великолепна, бальзам на душу любого аэродинамика! Не удивлюсь, если её баллистический коэффициент окажется лучше, чем у эталонной современной пули.

Проблема давления в каморе

Рис.6

Рис.7

Разработчики NGSW исходили из предпосылки: "Если у вас есть цель пробить бронежилет, нет никаких сомнений, что вам придётся повысить давление, чтобы увеличить скорость" - [6]. Сентенция "придётся повысить давление" указывает, что рассматривали только калиберные пули, перейти на подкалиберные в очередной раз не решились. В результате повышенная скорость будет достигнута "при использовании давлений в стволе, аналогичных давлениям танковой пушки, то есть до 550МПа, вместо обычных для 5,56-мм оружия давлений 380МПа с патроном M855 и 420МПа с M855A1" - [8].

В качестве обязательного приложения к танковому давлению разработчики патронов и оружия NGSW - Рис.6, оружие NGSW различных конкурсантов - получили ряд проблем с прочностью и ресурсом стволов и оружия в целом, а также патронов, которые пытались решить следующим образом:

а) Дно гильзы у всех конкурсантов стальное. Даже Sig Sauer, который применил давно известную латунную гильзу, заменил ей дно на стальное - Рис.7, патрон от Sig Sauer: латунная гильза и стальное дно. И если для пластиковой гильзы стальное дно очевидно (пластик рвётся зубом экстрактора), то усложнение и удорожание производства биметаллических латунно-стальных гильз можно объяснить только тем, что латунное дно не выдерживает высокого давления и последующую экстракцию. Объяснение, что стальное дно легче малоубедительно, поскольку весь стальной патрон был бы ещё легче.

б) Sig Sauer своё оружие в стиле М4 усилил нержавеющей сталью "везде, где есть точка износа - камора, рампа подачи и другие точки, чтобы справиться с "повышенной энергией в затворной группе": "Всё это происходит гораздо быстрее. Это гораздо более жестоко. Всё увеличивается, когда у вас есть патрон с более высоким давлением в каморе". Ствол усовершенствован, чтобы предотвратить преждевременный износ: "Это оскорбительный взрыв прямо в патроннике, поэтому износ ствола был проблемой для всех конкурентов, а не только для Sig" - [6].

в) General Dynamics выбрал схему буллпап чтобы "работать с гораздо более низким давлением и при этом достигать желаемых скоростей, потому что у вас более длинный ствол" - [6].

Однако, проблема давления газов не решена и поиски продолжаются. Например, предлагалось "использование стандартных давлений и скоростей для боеприпасов GP и более высоких характеристик для патронов AP (бронебойных)" - [8]. Конечно, патрон GP продлит срок службы оружия, но не решит проблему прочности узлов. Оружие всё равно придётся рассчитывать на «оскорбительный взрыв» при выстреле бронебойным патроном. При этом возникнут новые проблемы: прицел и стрелок должны будут работать с двумя очень разными баллистиками двух патронов — разные углы прицеливания, разные поправки на ветер, движение цели, и т.д. Два набора всех поправок. Наконец, у этих разных патронов очень разная отдача. Учтём, что даже одним патроном стрелок начинает уверенно стрелять после месяцев учёбы. Тренировочный патрон GP будет вырабатывать у стрелка неверные навыки, которые подведут в бою при переходе на бронебойный патрон.

Несмотря на указанные проблемы в апреле 2021 года решили: «в ближайшей перспективе Army будет искать тренировочный патрон уменьшенной дальности для оружия следующего поколения - NGSW, которое будет стрелять специальной 6,8-мм пулей» - [32]. Это решение в СМИ оправдывают тем, что на стандартных полигонах не хватает дальности для нового патрона. Однако, никаких проблем стрелять на меньшую дальность нет и для этого патрон с меньшей скоростью не обязателен. Единственной разумной причиной ввести второй патрон с уменьшенной дальностью, следовательно с уменьшенной скоростью и давлением, может быть только недостаточный ресурс оружия, выявившийся после настрела на первом этапе войсковых испытаний.

Неизбывное желание получить "всё и сразу"

Рис.8

По своей многолетней традиции чиновники Пентагона захотели дополнительно к пробитию бронежилета получить ещё другие "плюшки". Например, выставили требование на 20% сократить вес патрона по сравнению с эквивалентными боеприпасами с латунной гильзой. Чтобы выполнить это требование два конкурсанта применили пластиковые гильзы - Рис.8, патрон General Dynamics, - которые при длительном нахождении в нагретом патроннике могут потерять прочность. Чтобы этого не произошло, оружие General Dynamics очередями стреляло с открытого затвора, что снижает точность стрельбы, а одиночными - с закрытого, что усложняет ударно-спусковой механизм. А Textron пробовал схемы автоматики с подвижным патронником, который сразу после выстрела отсоединяется от ствола и гильза не вытаскивается назад, когда дно может оторваться, а выталкивается вперёд следующим патроном, для чего патроны сделаны "телескопическими" – с пулей, полностью утопленной в гильзу. В ходе конкурса Textron сменил патронник, поворачивающийся на оси, на патронник, движущийся возвратно-поступательно "вниз-вверх", но выбыл из конкурса ещё до его завершения, что указывает на неработоспособность схемы.

С биметаллической гильзой Sig Sauer закономерно возникли проблемы производства. После объявления победителя чиновники Пентагона принялись объяснять, что эксплуатационные испытания оружия от Sig Sauer начнутся только через 2 года - в начале 2024 года, а первое подразделение будет оснащено осенью того же года потому, что надо собрать достаточно боеприпасов как для боевых, так и для учебных задач, прежде чем передавать NGSW в войска. Имеющимся мощностям по производству биметаллической гильзы на эти сборы надо 2 года. А на заводе боеприпасов Лейк-Сити в Миссури придётся некоторое существующее оборудование модифицировать для расширения производства патрона 6,8 и специальная производственная линия 6,8 будет построена в новом здании в 2025 или 2026 (!) финансовых годах - [35].

Сильная отдача, стрельба очередью неэффективна

Но самая главная проблема NGSW – мощная винтовочная отдача, уменьшить которую невозможно согласно базовым законам физики. Давно признано, что с винтовочным патроном автоматическое ручное оружие неэффективно из-за большого рассеивания выстрелов при автоматическом огне (очереди). Поэтому весь мир при разработке автоматов перешёл сначала на промежуточный патрон, а затем - на малоимпульсный 5,45 или 5,56-мм.

А импульс пули NGSW больше, чем 7,62-мм винтовочной пули - 8,88 против 8,58Н - Расчёт. Только эффективный дульный тормоз может сделать импульс выстрела NGSW несколько меньше импульса выстрела ПК и СВД, не имеющих дульного тормоза. Поэтому все три конкурсанта на всём оружии NGSW установили дульный тормоз закрытого типа - Рис.6. Но и с дульным тормозом импульс выстрела NGSW остаётся в 2,5 раза (11,18Н / 4,43Н) больше импульса отдачи АК74, стреляющего бронебойной пулей 7Н39 - Расчёт. Кучность боя NGSW просто обязана быть существенно хуже кучности М16-/М4 или АК74, особенно из неустойчивых положений для стрельбы.

Поэтому в требования кучности для NGSW заложили рассеивание последующих (после первой) пуль очереди в 1,7 раза (0,36/0,21) хуже, чем у АК74, и немногим лучше рассеивания ПК - Расчёт, "Average Mean Radius, м: 400м". Согласно требований программы NGSW солдат, стреляющий стоя с оптикой на 50м очередями 3-5 выстрелов должен 70% очередей попадать две пули в силуэт E-типа (поясная фигура) - [8]. Очень посредственные требования. Фактически для автомата NGSW стрельба очередями дальше 50м не предусматривается, а кучность ручного пулемёта NGSW будет в 1,7 раза хуже РПК74. Поэтому приемлемую вероятность попадания NGSW планируют достигать одиночным огнём с помощью оптико-электронного прицела, который точно рассчитает точку прицеливания баллистическим вычислителем по данным лазерного дальномера, датчиков метео- и других условий стрельбы - [9].

Но как я указывал в статье 7 лет назад - [10], нам надо будет экипировать наших солдат несложными и недорогими сигнализаторами лазерного облучения и прицел с лазерным дальномером потеряет эффективность. Лазерный импульс будет предупреждать цель, что по ней прицеливаются, и у цели будет от 1,5 до 3 секунд – вполне достаточно, чтобы укрыться.

Пробивное действие NGSW недостаточно

Удельная энергия пули NGSW 130,83 Дж/мм2 в 1,63 раза больше удельной энергии сердечника ПК или СВД 80,24 Дж/мм2 и в 1,24 раза больше сердечника 7Б4 105,5 Дж/мм2 - Расчёт. Во столько же лучше будет пробивное действие. NGSW сможет пробивать СИБ СК-60К примерно до 408м. Но только при условии, что сердечник будет из дорогих, высокотвёрдых сплавов вольфрама или из обеднённого урана. А пулей со стальным сердечником пробъёт не далее 100м.

Поскольку новый материал СВАО позволяет улучшить защитные свойства СИБ в 1,35 раза без увеличения веса, то полностью защититься от вольфрамовых сердечников NGSW можно увеличением веса СИБ из СВАО всего в 1,2 раза (1,63/1,35). А перспективная керамика алмаз-карбид кремния позволяет создать бронепанель класса Бр4 весом всего 1,6 кг – [34] -, что вдвое легче СК-60К. Следовательно, керамика алмаз-карбид кремния при весе как у СК-60К должна защитить от пули NGSW с вольфрамовым сердечником при стрельбе в упор.

ВЫВОД: пробивное действие NGSW уже не успевает за развитием СИБ. Это понимают и западные эксперты: "Было бы неудивительно, если бы Army действительно получила свою сверхскоростную винтовку NGSW, чтобы обнаружить, что в течение нескольких лет вводится броня, способная победить её. И что потом? Заглядывая в будущее, в настоящее время разрабатываются силовые экзоскелеты, которые могут облегчить перенос гораздо большего веса, включая более тяжёлую броню" - [8]. "Критики уже навалились на программу NGSW, направляя её на то же кладбище, где и футуристический XM8, разработанный Heckler & Koch и оставленный армией после многих лет испытаний" - [35].

Российский 6-мм патрон тоже устарел

В 1975 году ЦНИИТОЧМАШ обосновал оптимальный калибр нового винтовочного патрона – 6мм. Конструкция пули как 7Н1, начальная скорость Vo = 1080м/с - [1]. В 80-90-х годах ХХ века под этот патрон разработано и испытано с положительными результатами, в том числе в боевых действиях, как минимум две снайперские винтовки. Теоретически, под этот патрон можно разработать ручной пулемёт и даже автомат. Возможно, это и обсуждают Минобороны с Концерном "Калашников" - [29]. Но из-за мощной винтовочной отдачи 9,8Н - Расчёт - результат будет такой же, как в NGSW: утрата способности вести кучный автоматический огонь и целый ряд технических проблем.

При этом удельная энергия пули 6-мм патрона существенно меньше NGSW (103,13 против 130,83Дж/мм2) - Расчёт. Поэтому СИБ из СВМПЭ защитит от 6-мм патрона со стальным сердечником даже без увеличения веса. Обращу внимание, что СИБ из СВМПЭ уже испытывает Армия США в зонах боевых действий.

ВЫВОД: 6-мм патрон пробъёт перспективное СИБ только до половины требуемой дальности и только вольфрамовым сердечником. Этот патрон устарел.

Стоимость поражения цели

По расчётам ЦНИИТОЧМАШ поражение поясной фигуры пулями с сердечником из вольфрамовых сплавов в 2,9-3,2 раза дороже, чем со стальным сердечником, даже с учётом, что пуль со стальным сердечником требуется существенно больше - [1], стр.53.

Вольфрамовый сердечник пули NGSW вызывает опасения западных экспертов: "Вольфрам является дорогостоящим материалом, поэтому можно рассмотреть биметаллические (сталь + вольфрам) сердечники" - [8]. Но тандем сердечников – головной из ВК8 и хвостовой стальной – уже испытал ЦНИИТОЧМАШ и получил минимальное преимущество в бронепробивном действии по сравнению со стальным Б-32, потому что "два сердечника не работают так, как планировалось" - [1], стр. 51. Для максимального пробивного действия сердечник должен быть цельным.

Учтём также опыт Второй мировой войны: Германия рассчитала пробивное действие нескольких моделей своих противотанковых пушек под вольфрамовые сердечники, но не смогла обеспечить нужное количество вольфрама. Замена вольфрамовых сердечников на стальные снизила пробивное действие этих пушек в 2 раза, они потеряли боевую эффективность и пришлось прекратить выпуск самых крупнокалиберных из них, распределив имевшийся вольфрам на снаряды для самой малокалиберной - [36].

ВЫВОД: пробивать СИБ должны пули со стальным сердечником. Для этого им надо придать скорость существенно больше скорости NGSW.

ВЫВОД по программе NGSW:

Пулям штатных калибров увеличить пробивное действие невозможно, поскольку:
— конструкция калиберной пули доведена до совершенства и улучшить пробивное действие улучшением конструкции невозможно;
— импульс отдачи уже за пределами возможностей стрелка вести кучный автоматический огонь, поэтому увеличивать скорость пули невозможно;
— давление газов в каморе достигло предела возможностей материалов.

Пробить современные, а тем более перспективные СИБ можно только подкалиберной пулей.

Источники:
[1] Боевые патроны стрелкового оружия, Книга 4, Современные отечественные патроны хроники конструкторов, В.Н. Дворянинов, Д`Соло, Климовск, 2015.
[4] Внешняя баллистика, А.А. Коновалов, Ю.В. Николаев, ЦНИИ информации, Москва, 1979.
[6] Inside armys quest revolutionary new bullet, [Электронный ресурс] https://www.military.com/daily-news/2019/10/27/inside-armys-quest-revolutionary-new-bullet.html, 27 Oct 2019, обращение 24.04.2020 18:17.
[8] Программа вооружения отряда следующего поколения армии США, Энтони Уильямс, [Электронный ресурс] https://uklandpower.com/2018/10/19/the-us-armys-next-generation-squad-weapon-programme/
[9] Army Names Firms Selected to Make High-Tech Sighting Prototypes for NGSW, [Электронный ресурс] Military.com, 22 Apr 2020.
[29] "Калашников" создаст на базе АК-308 автомат нового поколения, РИА Новости [электронный ресурс], https://ria.ru/20210222/kalashnikov-1598542943.html
[34] Композитные органокерамические паннели для защиты от пуль калибра 7,62мм и 5,45мм с термоупрочнённым сердечником на основе керамики алмаз-карбид кремния с регулируемой взаимосвязанной структурой, М.В. Сильников, В.Я. Шевченко, А.И. Михайлин, С.Н. Перевислов, Н.М. Сильников, Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук, № 3 за 2021 год.
[35] Вот все, что мы теперь знаем о новых армейских винтовках, ДЭН ПАРСОНС, [электронный ресурс] The Warzone
[36] 7,5/5,5cm противотанковая пушка PaK.41, Германия. [электронный ресурс] Википедия.

Продолжение: "Стрела ЦНИИТОЧМАШ. История метаний между пробивным и убойным действием"