月刊ポピュラーサイエンス/第58巻/1901年3月号/火薬砲から高性能爆薬を投射

火薬砲から高性能爆薬を投射

現在、サンディフックには空気式魚雷砲の砲台があり、サンフランシスコ港にも別の砲台がある。この射程距離を達成するにも、非常に高い角度で発射する必要がある。砲弾は、厚さ8分の1インチほどの薄い薬莢で、貫通力は全くない。

これらの砲の目的は、軍艦の甲板にダイナマイトを投下したり、水中に沈めて軍艦の近くで爆発させたりすることであった。これらの砲台は、必然的にエンジン、ボイラー、空気圧縮機などの大規模な設備を備えており、これに長くて厄介な気送管と架台が加わることで、敵の攻撃から守るのが非常に困難になっている。一方、射程距離が非常に短いので、現代の戦艦が比較的短い射程距離に接近して全装置を破壊しても、気送管の攻撃にはまったくさらされることがないのである。戦艦が海峡に入るために空気砲の射程内を貫通せざるを得なくなったとしても、魚雷の1つがその近くのどこかに投下されるのは単なる偶然に過ぎないだろう。

しかし、この砲が500ポンドのニトログリセリンを命中させれば、最も頑丈な戦艦は震え上がるだろうし、特に爆弾が水中に落ち、無防備な船体の近くで爆発すれば、震え上がるだろうことは認める。

空気砲は、高性能爆薬の性質と可能性、および高性能爆薬をうまく投射するためのシステムの要件に対する誤った認識から生まれたものである。米国議会が、現在使用されている空気砲の建設費を計上したのも、その有用性に対する同じ誤解からであった。空気圧式砲を搭載した「ベスビオ」もまた、誤りの産物であった。サンチャゴの要塞で発射されたこの砲は、大きな音を立てて敵を怯えさせただけで、それ以上の結果は得られなかった。砲弾は貫通力がなく、要塞には役立たずだった。

しかし、小口径で重量があり、重い鋼鉄弾を投射し、黒色火薬を少量炸裂させるか、まったく使用しない現代の火薬砲や、扱いにくい装甲をまとった戦艦も、実験の子供にすぎず、まだ実験段階を過ぎていないことを心に留めておく必要がある。そのため、このような弊害が発生するのである。筆者の考えでは、圧縮空気の代わりに無煙火薬で推進し、高速で高爆薬を投射する大口径の大砲は、両極端の間の平均であり、この問題を解決する運命にある。一方、現在の形式の大砲と装甲艦は、一方では後方に追いやられ、他方では空圧砲は忘却の彼方に落ちるだろう。

筆者は、火薬砲から高性能爆薬の投射を成功させるという問題を解決するために、米国政府が採用している進歩的な無煙火薬を開発し、その使用により、他の方法では不可能な低圧で高流速を確保することに成功したのである。筆者が発明した特殊な多穴火薬粒は、砲から航空魚雷を投擲するためのもので、最大装薬で使用した場合でも、非常に大きな口径と比較的薄い壁を持つ砲の使用を保証するほど圧力を制御することが可能である。私は、いくつかの高性能爆薬は、任意の速度に必要な火薬砲の加速の衝撃に耐えるために十分に鈍感にすることができることを発見した。

しかし、当時は、目標に到達したときに鈍感な高性能爆薬を効果的に爆発させるために、水銀雷管のような十分な量の起爆材料を搭載する信管を作る方法が知られていなかった。このような量の雷酸塩を使用すると、火薬の推進力の衝撃で爆発し、砲弾の高性能爆薬が起爆して砲が破裂する危険性があった。

私は1895年に信管を設計し、特許を取得した。この信管は、起爆装置が砲弾の後部に位置し、高性能爆薬の完全に外側にあり、高性能爆薬との間に砲弾基部の強固な壁全体がある。この位置では、砲の衝撃によって信管が早期に切れた場合、起爆装置は後部で吹き飛び、高性能爆薬には届かないため、損害は発生しない。しかし、信管付きの砲弾が目標に命中すると、起爆剤本体は砲弾の遅れのため、ガイドチューブ内を激しく前進して高性能爆薬炸裂筒に投げ込まれる。

そこでマキシム・シュップハウスの無煙火薬が製造された。そこで私は、長い4インチ砲で多くの実験を行った。砲身の全長に沿って異なる位置に圧力計があり、発射の瞬間に発射体の後ろにどれだけの圧力がかかるかだけでなく、内径に沿ってその圧力がどれだけ維持されているかも確認することができた。この砲から、厚さ3.5インチ、4フィート四方の装甲板に対して、薄く作ってマキシマイトを詰め、非常に重い底部には鉛を詰めてタンピングとした魚雷弾を発射して、完全に破壊した。搭載された高性能爆薬の量はわずか2ポンドであった。

ニュージャージー州マキシムでの実験が終了し、合衆国政府によるマキシム・シュップハウスの火薬の試験が成功し、それが採用された後、私は外国の特許権の処分を視野に入れてイギリスに渡った。1897年6月24日、私はイギリスのEoyal United Service Institutionで「A New System of Throwing High Explosives from Ordnance」という題で講演を行った。

私は、通常の12インチの海岸用ライフル砲よりも重量もコストもかからないが、2倍の口径を持ち、半トンの高性能爆薬を搭載した砲弾を12インチ砲から投射される通常の1000ポンドの砲弾に付与されるのと同等の速度で発射できる十分高い室圧に耐え、37ポンドの黒色火薬ライフルを搭載するだけの魚雷砲の製造方法を説明し実例で紹介した。

私は、このような航空魚雷が戦艦の近海で命中した場合の破壊範囲を示す図を示し、そのような量が高速で艦内や装甲側に命中すれば、間違いなく戦艦は行動不能になると主張した。

この講演は、一般紙と科学雑誌の両方で非常に大きく取り上げられ、国会では、多くの大型戦艦のための予算に反対していた議員の一人が、戦争が起こり、航空魚雷が導入された後は、戦艦を港にぴったりとつけて、港に屋根をつけて保護する必要があると述べていたのである。

ガスマン砲

昨年、Gathmann Gun Companyが議会から大型魚雷砲の予算を獲得し、ベツレヘム鉄工所で製造され、現在サンディフック試験場でテストを待っている。

この砲は、重量に対して口径がそれほど大きくないことを除けば、前述の講演で私が提案したものと非常によく似ている。 、口径は18インチで、この砲が十分な性能を発揮することは間違いないだろう。

この砲は、マキシム・シュップハウスの無煙火薬を装填して試作したもので、重量1トンの砲弾を、わずか1平方インチ当たり1万9000ポンドの圧力で、毎秒1900フィートの速度で飛ばした。12インチ砲の1,000ポンド砲が35,000ポンド/平方インチの圧力で2,000から2,250フィート/秒の速度であるのに対し、25,000ポンド/平方インチの圧力に安全に耐えうる砲であるから、2,000フィート/秒以上の速度を容易に得ることができるのは明白である。ここで注意しなければならないのは、ガートマン砲の重量が59トンであるのに対し、12インチシーコーストライフルの重量は52トンであることである。

現在議会に提出されている法案では、この兵器の効率的な試験のための予算計上が求められている。今度の試験でこの砲から投射される発射体は、湿った圧縮軍綿で約475ポンド、マキシマイトで約700ポンドの砲弾を運ぶことができる。マキシマイトは綿火薬より50％重いので、砲弾には225ポンド多く装弾される。全速力で24発を発射し、射程距離と精度を確認するものと、陸上に建てられた強固な構造物への効果を確認するものとがある。最後の試験は、沖合に停泊している鋼鉄製のはしけの側面を現在航行中の最強の戦艦の側面よりもさらに大きな抵抗力を与えるために完全に装甲して支えたものである。

この砲が成功しない限り、怪物戦艦の艦隊を建造し武装させるために何億ドルも拠出するよう求められることになるが、この目的のために用意される鋼鉄製のはしけに対して一発発射した後は不要になるだろう。

航空魚雷の成功の当然の結果として従わなければならない軍艦は、非装甲、または部分的に装甲されただけの、小型で超高速で移動可能な砲艦または巡洋艦になるだろう。これは一種の浮遊砲台で、コストは戦艦の数分の一にすぎないが、この砲艦1隻で最強の戦艦をはるかにしのぐ防御力を発揮することができる。

マキシマイト

米国政府はこの2年間、砲弾に最適な炸薬を見つけることを目的として、高性能爆薬の品質と長所を徹底的に調査することに特別な努力を払ってきた。

提案された火薬の中には、非常に満足のいく結果をもたらしたものがある。これ以上のものが見つからなければ、おそらくそのうちの半ダースはかなり役に立ちそうである。しかし、政府は、可能であれば他国が持っているものより優れたものを見つけたいという希望を持って、その基準を非常に高くしている。

米国政府は、この新しい火薬の実験にいち早く取り組んだにもかかわらず、無煙火薬を採用した最後の1国であった。しかし、当時この問題を担当していた部局は非常に保守的で、何事も当然と考え、他国の例に影響されることなく、アンクルサムには最高のものでなければならないという決意をもっていたのである。その結果、今日、この政府は他国で採用されているものより優れた無煙火薬を保有するに至っている。砲弾の炸薬に適した高性能爆薬の探索にも、同じような方針が表れている。

高性能爆薬が政府の要求を満たす見込みがないうちに通過しなければならない試験は、非常に厳しいものである。満足のいく高性能爆薬を製造して政府に貢献しようとする発明好きな若者には、困難な課題が待ち受けている。まず、化合物は完全に安定でなければならない。これを決定するために、15分間の厳しい熱試験にかけられる。もし、このテストに耐えられないと、すぐに非難され、それ以上進めない。熱試験に合格すると、今度は重りやハンマーで叩いて、衝撃に耐えられるかどうかが試される。これは、材料を爆発させるためにハンマーが落下するのに必要な高さによって決定される。爆薬が装甲板を貫通する衝撃や衝撃に耐えられることを示すために十分に鈍感であることが証明されれば、それは爆発力を決定するためにテストされる。鍛造鋼の徹甲弾に爆薬を充填し、電気で爆発させる非常に強力な爆薬で武装する。炸薬の威力は、破片の数と性質で示される。小さな砲弾は鋼鉄の壁でできた部屋で破裂させて破片を作る。大きな砲弾は砂の中に埋めて爆発させ、破片は砂をふるいにかけて回収する。

このような場合、炸薬が十分に鈍感であることが証明されれば、 衝撃に耐え、板に衝突した瞬間に爆発することはないだろう。破片の数が十分に高い爆発力を示している場合、徹甲弾にこの化合物を充填してニッケル鋼板に向けて撃つ。これは非常に厳しいテストであり、最も過酷なものである。このように、砲弾の速度がすべて克服され、砲弾の長さが砲弾の中を移動する間に、砲弾の装甲板への衝撃に耐えることができる爆薬は、非常に鈍感であることが証明され、任意の速度の兵器からの投射に危険はないだろうということである。つまり、砲弾が装甲板に衝突したときの衝撃よりも、砲の中で加速されたときの衝撃のほうがはるかに小さいので、砲の中で爆発物が暴発する危険はないのである。

マキシマイトは、上記のすべての試験を満足に合格している。加熱試験で15分経過しても変化がないので、私の希望で2時間放置したが、それでも分解する気配はなかった。

図1 12インチ鍛鋼徹甲弾、重量1,000ポンド、マキシマイトの爆発前と爆発後の写真。このイラストの元になった写真には、約7.000個の破片が写っている

重さ1,000ポンドの12インチ鍛鋼徹甲弾に、起爆信管、消耗用電気接続具を装着し、マキシマイトを充填した。この砲弾を砂に埋め、爆発させた。その爆発はすさまじく、7,000個の破片が回収され、写真に収められた。

添付の図解。図1は、炸裂前の砲弾である。砲弾の右側には、回収された7,000個の破片がある。破片は通常の割れ方ではなく、爆発の激しさによって大きく歪んでいることがわかるだろう。

次に実寸大の徹甲弾にマキシマイトを充填し、上記のように装甲板を貫通して発射したが、その後、弾は無傷で回収された。その結果、衝撃は炸薬に全く影響を及ぼしていないことがわかった。次にこの砲弾に信管を付け、電気で起爆した。その破片の数と性質から、砂の中で爆発した前述の12インチの大型砲弾の場合と同様に、砲弾の重量に比例して同じ力が発生することがわかった。5インチ砲弾は図2に示すとおりである。爆発後に回収された破片は砲弾の右側に示されている。

次に、マキシマイトを充填した砲弾をコンクリートの壁に向けて発射する実験を行ったが、その結果は、これまで砲から投げられたどの高性能爆薬よりも爆発の威力が優れていることを示している。

図2. 5インチ鍛鋼徹甲弾（重量45ポンド）、マキシマイトの爆発前と爆発後。この砲弾は爆薬を充填した後、まず4インチのニッケル鋼板を貫通して砂州に発射され、そこで無傷で回収された。その後、爆発させて破片にした。写真に写っている砲弾の破片は800個強あり、破片の平均重量は約1オンス（約1300グラム）である

次のテストは、マキシマイトを充填した発射体を、5インチ鍛鋼徹甲弾（重量45ポンド）に対して、マキシマイトを爆発させる前と後に発射するものであった。この砲弾は爆薬を充填した後、まず4インチのニッケル鋼板を貫通して砂州に発射し、無傷で回収された。その後、爆発させて破片にした。写真に写っている砲弾の破片は800個強あり、破片の平均重量は約1オンス（約1300グラム）である。

その結果、砲から発射された他のどんな高性能爆薬よりも優れた爆発力があることが証明された。

マキシマイトを装填した砲弾はマキシマイトが木製のスクリーンを貫通して発射された後、爆発し、破片が海に流れ込んだ。その破片は、マスケット銃の連隊が一斉に発射したときのような水面の様相を呈していた。このとき、これまで知られていなかった結果が生まれ、おそらく、この火薬の暴力性を何よりもよく表している。その時、砲弾の1つのベースプラグの破片は、前方の動きを克服するだけでなく、少なくとも毎秒1,000フィートと推定される速度で後方に投げ出すほどの激しさで投げ返されたのである。

このことから、マキシマイトを充填した砲弾を静止状態で爆発させると、その破片はライフル球よりもはるかに速い毎秒約3000フィートの速度で飛ばされ、砲弾が飛行中に爆発すると、前進する破片はライフル球の倍以上にあたる毎秒5000フィートの速度で飛ばされることがわかる。

図3.　　 　　　　　　 　図 4. 　　　図5.

図3

このような砲弾を充填した砲弾が、マキシマイトで爆発した鍛鋼徹甲弾の先端部の破片（自然な大きさ）には、爆薬によって生じた金属のボロボロと破砕された状態と、衝撃で折れた砲弾の硬い先端部が表れている。

図4

マキシマイトで爆発させた12インチ徹甲鍛鋼弾の本体から採取した破片の側面図。砲弾の内面である破片の左側には、爆発によって受けた打撃による平坦化と伸張の効果が見られ、まるで加熱された後にハンマーで打たれたかのようである。

図5

図4で見た破片の反対側の図。この破片が隣の破片に強い力で押し付けられ、その表面が蝋のように流動しているのがわかる。

マキシマイトのような火薬は、これまで使われてきた火薬に比べて非常に大きな優位性を持っている。

マキシマイトの不思議な性質

マキシマイトは着火しても爆発しない。この材料で満たされた倉庫に火をつけても、爆発の危険はないだろう。溶けた鋳鉄をマキシマイトの塊の上に注いでも、爆発の危険はない。加熱すれば溶けるし、加熱を続ければ水のように蒸発するので、爆発を起こすことはない。英国政府が採用している高性能爆薬「リダイト」は、単なるピクリン酸だと言われている。この物質を溶かして薬莢に詰めるのだが、あまり早く固まらないように、あらかじめ融点近くまで加熱しておく。ピクリン酸の融点は122℃であるが、純粋なマキシマイトの融点はピクリン酸のちょうど1/2である。マキシマイトの融点が低いので、通常の水浴で溶かすことができるが、熱で爆発させることができないので、水浴は使わず、アスファルトを大釜で溶かすのと同じように、直火で溶かすことができ、同じように安全である。マキシマイトを充填する際、事前に弾殻を加熱する必要はない。

図6 3インチ砲弾3発。マキシマイトを充填し、水銀雷管50粒を呼び水としたものである。砲弾の先端はマキシマイトを爆発させることなく信管で吹き飛ばされた。マキシマイトを爆発させるには、薬莢の閉じ込めと爆発装置の力が十分でなかったのである。これはこの材料が極めて鈍感であることを示す良い例である。(砲弾の破片の下にある不発のマキシマイトの小さな山を参照)

一方、ピクリン酸の融解は、粒状のまま融解前に量的に着火すると爆轟し、また融点以上に加熱すると爆轟するため、十分な注意が必要である。

ピクリン酸は融点が高いので、酸による浸食から弾殻を守るために特別なライニング材が必要である。一方、マキシマイトは金属に対する浸食作用が非常に少なく、融点が低いのでシェラックなどの通常のコーティングで弾殻を保護することができる。

政府によって行われた実験によると、高性能爆薬は非常に敏感で、砲の中で加速する衝撃に安全に耐えることができるが、砲のライフリングによって砲弾に与えられる急速な回転のために、発射するとまだ危険であることがわかった。その結果、炸薬がその回転に完全に参加する前に、砲弾は炸薬の上で回転してしまう。この摩擦によって発生する大きな熱は、火薬に火をつけて爆発させる。

マキシマイトは、融解に必要な加熱が少ないため、溶融した物質が凝固点に達するまでにわずかな収縮しかない。さらにマキシマイトは、メーテルが凍結するときと同じように、固化するときに膨張するという特異な性質を持っている。このため、マキシマイトは弾殻の壁にしっかりと固定され、 、弾殻の中で電荷が移動することは全く不可能である。しかし、マキシマムチャージの上で砲弾が回転した場合、露出した物質の表面は単に溶けるだけで、流体と完全に摩擦のないベアリングを生成します。トランスバール戦争では、多くのリダイト砲弾が、砲の衝撃や砲弾の回転によって、早期に爆発した。マキシマイトではそのようなことはありえない。

3インチ砲弾3発。マキシマイトを充填し、水銀雷管50粒を呼び水としたものである。砲弾の先端はマキシマイトを爆発させることなく信管で吹き飛ばされた。マキシマイトを爆発させるには、薬莢の閉じ込めと爆発装置の力が十分でなかったのである。これはこの材料が極めて鈍感であることを示す良い例である。(砲弾の破片の下にある不発のマキシマイトの小さな山を参照)。

湿った圧縮綿を砲弾の装薬として使用する場合、特に水の割合が多くないときは、装薬の上で砲弾が回転することにより、早まる危険性が常にある。

徹甲弾の高性能爆薬の価値

マキシマイトは、他の点では満足できるもので、徹甲弾に使用できるような厚さの装甲板を疲労させることができる最初の高性能爆薬である。

最近のサンディフック実験場でのテストでは、12インチの徹甲鍛鋼弾に70ポンドのマキシマイトを炸裂させて、7インチのハーベイサイズのニッケル鋼板を貫通させた。これは、 この砲弾が適応するそのような装甲板の最大厚さである。したがって、マキシマイトは、徹甲弾自体が耐えられるのと同じくらい厚い装甲板の貫通の衝撃に耐えることができ、さらに、最大の砲弾が運ぶことができる最大量であることが示された。

さらに厚い装甲を貫通するための12インチ砲弾では、装薬スペースがかなり小さく、炸薬の柱の長さも非常に短いので、発射体の衝撃は大きくなるが、炸薬の衝撃は上記の試験でマキシマイトに加わった衝撃よりも大きくはないだろう。

筆者が開発した信管は、100粒またはそれ以上の雷酸塩と2,000粒以上のピクリン酸が、最も厚い装甲板を貫通しても、早々に爆発せず、またマキシマイトの破裂装薬を貫通するとすぐに爆発させるように作用するものである。

1897年6月、英国王立連合協会での講演で筆者が提案した、一般的な12インチ海浜砲の断面と、魚雷砲の断面

火薬砲から高性能爆薬の投射を成功させるという問題は、すでに解決したと言ってよいだろう。そればかりか、もっと難しい問題、装甲板を貫通して軍艦の内部で高性能爆薬を爆発させることにも成功したのである。

それは、特に戦艦の弾倉に高性能爆薬を大量に貯蔵する際の安全性である。マキシマイトの耐火性は、このような状況下でも絶対的に安全なものとなっている。さらに、マキシマイトを充填した砲弾が、他の砲弾に当たって爆発することがないほど鈍感である。

最近行われた政府の実験では、3インチ砲弾3発にマキシマイトを充填し、水銀雷管50粒を詰めた点火信管を装着し、電気で信管を点火した。その結果、砲弾の前端部だけが信管によって吹き飛ばされ、後端部全体が破壊されずにマキシマイトで満たされた。 回収された前端部の破片には、レンガにモルタルを塗るようにマキシマイトが付着していた。もう一つの3インチ砲弾はピクリン酸を充填し、マキシマイト砲弾と全く同じように溶融して発射した。ピクリン酸は激しく爆発し、砲弾は小さな破片になった。この試験で、マキシマイトがいかに鈍感で、激しい衝撃に対しても絶対的な安全性を持っているかが判明した。

マキシマイトを効果的に爆発させるためには、非常に強い鋼鉄の弾殻に閉じ込め、正味100粒以下の水銀榴散弾を用い、1000粒以上のピクリン酸、乾燥砲床綿または同様の物質で補強する必要がある。

英国政府が最近行った旧式戦艦「ベライズル」の実験では、リッダイト砲弾が船体の無防備な部分を貫通するたびに、大きな破壊を引き起こすことが判明したが、装甲板に当たった砲弾はすべて衝撃で爆発し、何ら損害を与えることがなかった。もし、マキシマイト砲弾が使われていたら、装甲板を突き破って船内で爆発していただろう。

マキシマイトは、まったく新しい化合物である。私の知る限り、このようなものはこれまで製造されたことがない。その製造は全く新しい起爆理論に基づいており、その理論も物質そのものの公式とともに政府の秘密となっている。