Как создаются конструкции?

Несколько страниц из истории разработки автомата АН-94 в контексте мирового опыта.

Эта статья не ставит задачу разобраться с вечным вопросом людей далёких от проектирования, что же происходит в головах изобретателей, творящих нечто новое. Никто еще не нашёл алгоритма нестандартных решений для всего многообразия форм творчества, никто не знает, что же на самом деле происходит в сером веществе головного мозга человека в момент озарения, в те редкие минуты, когда вопреки логике, действительно в муках рождаются неожиданные, порой парадоксальные открытия. Конечно, существуют определённые методы формализации творческого процесса (такие, например, как матричный метод анализа возможных вариантов достижения цели и некоторые другие вспомогательные приёмы), но эти способы, в лучшем случае, позволяют лишь ускорить появление логических ответов, тогда как успех разработки по-настоящему сложных и умных устройств зависит от изящных, неожиданных находок. Возможно, в будущем, тонкие вопросы физиологии творческого процесса будут решены наукой, поскольку и человеческий мозг, в конце концов, такая же объективная реальность, как прочие создания природы. Давайте вместе попробуем представить, какими общими законами руководствуется конструктор, разрабатывая образцы военной техники; как твое вытекает из старого, как взаимодействует с ним; какая историческая и философская логика лежит в основе появления новых образцов военной техники, и как из кажущегося хаоса разнообразных моделей человечество постепенно (в соответствие с теорией конвергентной эволюции, предопределяющей развитие искусственных объектов в той же мере, как и биологических систем), выбирает всё лучшее. Кроме того, мы попытаемся выяснить, как уровень боевых свойств оружия соотносится с простотой конструкции, и, наконец, означает ли постоянное усложнение образцов потерю надёжности.

Простота залог надёжности?

Говорить о ручном огнестрельном оружии, как о
самостоятельном виде вооружения стало возможным
только с появлением фитильного замка. На иллюстрации
изображен один из самых совершенных образцов оружия
(в данном случае мушкет), использующего для
воспламенения порохового заряда теюший фмтль.
На стволе присутствуют прицельные приспособления,
выстрел происходит после нажатия на спусковой крючок,
спусковая скоба имеет традиционные очертания.
Применение поворотной пластины на полочке повышает
готовность стрелка к немедленное открытию огня и в
то же время нелопускает производство
случайного выстрела...

Простота и надёжность - эти два понятия в сознании любого человека, соприкоснувшимися с практикой применения оружия, казалось бы, абсолютно неразделимы. Простота олицетворяет безотказность. Любое усложнение невольно вызывает сомнение. В сознании наиболее разумной, склонной к анализу, части специалистов возникает естественный вопрос: «А будет ли это замысловатое устройство работать как следует?». В глазах же непритязательных практиков, навсегда полюбивших старый добрый Томпсон обр. 1928 г. вся эта чертовщина, состоящая из немыслимого нагромождения странных деталей, будет выглядеть, по меньшей мере, непростительной глупостью.

В рамках предшествующего опыта и своих индивидуальных наклонностей и те, и другие будут безусловно правы. Конечно, для систем одинакового назначения, одинаково эффективно выполняющих свои функции, предпочтительнее та, которая проще. Однако, если взглянуть на вещи в историческом разрезе, припомнить, что кроме простоты объекты техники обладают еще целым рядом иных свойств, приоритеты будут не столь очевидны. Согласится ли например кто-нибудь сменить свою современную автоматическую винтовку на бесспорно более простую, однозарядную винтовку прошлого века. Ответ, я думаю, ни у кого не вызовет сомнений. И дело здесь, конечно же, не в индивидуальных вкусах потребителя. Дело в том, что имея равную, а зачастую и большую надёжность, чем однозарядное оружие прошлых лет, современные сложные автоматические системы обладают колоссальным преимуществом в боевой эффективности. Наиболее яркой иллюстрацией этого положения может послужить воспоминание о дульно-зарядных фитильных ружьях. Обладали ли эти первенцы огнестрельного оружия надёжностью? Отнюдь нет! Относительная надёжность дульнозарядного оружия была обеспечена лишь 300 лет спустя, в эпоху появления более сложных, капсюльных ружей. Тоже самое соотношение простоты и надёжности мы увидим, если взглянем на развитие техники в более широких пределах.

...На смену фитильным замкам пришли искровые. Сначала
это были колесцовые, а затем более совершенные ударные
кремневые замки. Пороховой заряд воспламенялся
искрами, возникающими в момент удара кремня о
стальную пластину. Появление замков такой конструкции
позволило создать первые пистолеты. Долгое время
кремневые замки считались верхом технического
совершенства, при этом оружие оставалось
дульнозарядным. Но время шло и
технический прогресс не стоял на месте...

Есть ли сомнение, что древние экипажи, движущиеся с помощью мускульной силы животных, проще современного вездехода с двигателем внутреннего сгорания? Однако сложный вездеход далеко превзошёл допотопные экипажи и по надёжности, и по эффективности. То же самое относится и к средствам связи. Вспомним первый проволочный телеграф. Насколько же проще он выглядит по сравнению с современными устройствами космической связи. Но приобрели или потеряли надёжность современные аппараты?

Подобных примеров в любой области техники можно найти сколько угодно. Всюду развитие продуктов человеческого гения подчиняется тем же наиболее общим законам по которым совершенствуется сам окружающий нас мир. От простого к сложному, от менее эффективного к более эффективному, через каскад неизбежных повторений, по восходящей спирали развития, объяснение которой ещё 200 лет назад дал великий немецкий философ Гегель. Именно его гений открыл человечеству первопричину этого бесконечного движения, заключающуюся в противоречивости самой сути вещей, в диалектическом единстве и борьбе противоположностей. И так же как в искусственном мире, творимом человеком, и в природе всё живое стремится к совершенству: от низших доклеточных форм к высшим существам, обретающим, благодаря непрерывному усложнению, поразительную эффективность и жизнестойкость.

Итак, мы видим, что с точки зрения общих закономерностей развития, объекты военной техники не так уж уникальны, что взаимосвязь между надёжностью и простотой невозможно установить без введения, по крайней мере, ещё одного понятия - боевой эффективности, и что объективную картину способен дать лишь исторический подход.

...Появилось капсюльное оружие. На иллюстрации
изображён капсюльный револьвер середины XIX века.
Применение капсюлей для воспламенения порохового
заряда стало возможным благодаря развитию химической
промышленности и привело к повышению практической
скорострельности образцов. В «капсюльную» эпоху
появились первые казнозарядные ружья. Один шаг
оставался до изобретения унитарного патрона...

Само появление стрелкового оружия было обязано стремлению людей владеть более эффективным метательным устройством, чем простой лук. Использование энергии пороховых газов знаменовало собой начало новой эры в военном деле. Первые образцы фитильных ружей при всей своей наивной простоте отличились крайней ненадёжностью. Каждый крупный шаг повышения боевых свойств оружия сопровождался усложнением конструкции. На смену фитильному способу воспламенения порохового заряда пришли более сложные, но и более надёжные кремневые, а затем и капсюльные замки. Конечно, наивно было бы утверждать, что каждое усложнение приводило к повышению надёжности. В рамках одного качественного уровня как правило появляется масса разнообразных конструктивных решений, среди которых практика выделяет лучшие, однако каждый качественный скачок делает технику более изощрённой. Здесь мы вновь убеждаемся в справедливости диалектического подхода. Если закон единства и борьбы противоположностей объясняет нам причины процесса развития, то понять, какие изменения претерпевают предметы, и в частности механизмы оружия, как эти изменения связаны между собой, помогают два других фундаментальных философских закона -закон перехода количественных изменений в качественные и закон отрицания отрицания.

Более 300 лет длилась эра дульно-зарядного оружия. Масса разнообразных устройств для воспламенения заряда фитилём завершается своего рода шедевром - появлением пружинного фитильного замка. Количество проб и ошибок первых создателей огнестрельного оружия достигло определённой меры, за пределами которой, произошёл качественный скачок. Новый уровень качества составил исходный пункт для дальнейшего развития оружия.

Вскоре на смену фитильному замку приходит искровой кремневый замок, причём старая конструкция не отрицается целиком. В общих чертах, многие её элементы сохранены в новом устройстве. Отрицается лишь то, что не соответствует возросшим требованиям к надёжности и удобству пользования конструкции, а именно, тлеющий фитиль заменяется кремнем. И вновь на качественно новом уровне происходит бурный рост количества всевозможных вариантов исполнения этого устройства, завершающийся новым качественным скачком - созданием капсюльных замков с той же рациональной степенью отрицания элементов предшественника.

Конструкторская мысль часто опережает технические возможности своего времени. Идеи сплошь и рядом откладываются историей на какой-либо срок. В частности в области стрелкового оружия такими преждевременно рождёнными изобретениями стали нарезной ствол, заряжание с казны и др. Отсюда, в процессе развития техники происходит как бы возврат к прошлым ступеням развития, частичное повторение на более высоком уровне уже пройденного, что и придаёт развитию сложный спиралевидный характер.

Исторический опыт мировых войн.

Бурный расцвет автоматического оружия наступил на рубеже XIX -начала XX веков. Подобно обилию философских школ древней Греции на заре нашего века в автоматическом оружии была рождена немыслимая гамма принципов и устройств автоматики на которые до сих пор конструктора смотрят с восхищением, используя в своих разработках то лучшее, что сумела сотворить человеческая фантазия. Количество накопленных вариантов механизации оружия постепенно достигало меры совершения качественного скачка. В практику стали входить конкурсные отборы конструкций, основанные на объективных показателях боевых свойств оружия. Конечно, во все времена главными испытаниями оружия служили войны.

...Однозарядная винтовка под унитарный патрон. Появление унитарного заряжания привело к резкому скачку в развитии стрелкового оружия. Среди однозарядных, а затем и магазинных неавтоматических винтовок наибольшее распространение получил продольно-скользящий затвор, который обеспечивает надежное запирание канала ствола и делает пользование оружием максимально удобным...

Первая мировая война окончательно установила приоритет автоматического оружия, она стала тем Рубиконом, за которым система вооружения пехоты стала немыслимой без пулемётов, автоматических пистолетов и пистолетов-пулемётов.

Кроме того, в ходе этой войны были утверждены эффективные типы боеприпасов. Для стрелкового оружия уникальность ситуации состояла в том, что вся гамма зародившихся образцов, ещё недоведённых до совершенства испытаниями мирного времени, была одновременно брошена в горнило сражений. С одной стороны - поспешное массовое освоение промышленностью сложных и ненадёжных конструкций задержало естественный отбор, но с другой стороны - война интенсифицировала гигантский конкурс по созданию автоматического оружия, привлекая в эту сферу массу талантливых людей. В подавляющем большинстве своём это были творцы, не имевшие специального образования, ибо механика с исторически обозримых времён привлекала таланты именно тем, что позволяла реализовывать творческое начало человека без долгого и непривлекательного, с точки зрения большинства людей, освоения теоретических дисциплин. Иногда это обстоятельство играло положительную роль, ускоряя движение к поставленной цели, ибо в системах, соединяющих множество неопределённых факторов, любой эксперимент даёт более достоверную информацию, чем обилие расчётов, основанных на массе допущений и требующих, в конце концов, для большей или меньшей достоверности, практического установления неких коэффициентов согласования с опытом.

... Вместе с питанием патронами из магазина, продольно-скользящий затвор обеспечив значительное повышение практической скорострельности армейского оружия. Однако, наряду с системами с продольно-скользящим затвором большой популярностью пользовались винтовки фирмы «Winchester» с оригинальной системой запирания канала ствола и подачи патрона в патронник. Эта система - яркий пример того, как интересное техническое решение принесло мировую известность оружейной фирме, стало её визитной карточкой...

В период между мировыми войнами, в эти интереснейшие годы расцвета военной техники, процесс конвергенции технических решений ещё не проявлялся столь зримо, как в наши дни. Шёл естественный этап накопления объектов эволюции, как это происходило всегда - будь то биологические системы и организмы или формы общественной жизни. Конечно, и здесь здравый смысл находил возможности для утверждения приоритетов в тех или иных вопросах. Разнообразие конструкций потребовало классификации оружия не только по способу использования энергии пороховых газов, но и по типам устройства отдельных механизмов. Постепенно выкристаллизовывается, не всегда востребованная, теория проектирования, однако, сближение, приобретение сходного строения и облика механизмов, как предполагает теория конвергенции, в принятых на вооружение образцах просматривается ещё слабо. Преобладающим является стремление к разнообразию и оригинальности. Лишь в среде теоретиков и образованных специалистов формируется представление о наиболее эффективных способах реализации функций отдельных фрагментов конструкций. Появилось понятие о недостатках запирания, обладающего большой длиной, о трудности регулирования динамических параметров в системах, использующих принцип отдачи, о преимуществах отъёмных коробчатых магазинов, затворов с поворотом при запирании и прочих тонкостях, которые в последствии определят облик надёжных, но отнюдь не простых систем.

И всё же к началу Второй мировой войны большинство стран подошло с образцами, сохранявшими пороки конструкций прежнего поколения. Вот почему уже в ходе войны в Советском Союзе, как и в других странах, были развёрнуты лихорадочные работы по совершенствованию вооружений. Принципиально новым направлением развития стрелкового оружия становится создание боеприпасов промежуточной мощности и образцов под него.

...Самозарядная винтовка. Автоматизация процесса перезаряжания привела к усложнению конструкции, вместе с тем требования к образцам, в том числе и по надёжности, неуклонно возрастали. Со временем выявились наиболее оптимальные варианты решения тех или иных конструкторских задач..

В армии США появляется автоматический карабин Ml, в Германии МР-43/44, а позднее в Советском Союзе карабин СКС, ручной пулемёт РПД и, наконец, легендарный автомат АК.

В нём мы как нельзя более наглядно видим черты сближения лучших образцов, всего того, что было накоплено в оружейном деле в предшествующие годы, и к чему в последующем обратились многие лучшие творцы оружейных конструкций. Это и жёсткий затвор с поворотом при запирании, объединённый в единый блок с рамой и штоком, и курковый анкерный ударно-спусковой механизм и многое другое, что в последствии стало классикой.

По сравнению со своими предшественниками АК приобрёл относительную простоту, но эта простота ни в коей мере не похожа на простоту фитильного мушкета. В ходе серийного производства автомат претерпел ряд конструктивных и технологических усовершенствований и постепенно стал тем эталоном надёжности, который знает весь мир.

Совершенствование оружия в послевоенный период. Разработка образцов с повышенной боевой эффективностью.

В начале 60-х годов автомат АК и его более совершенная версия АКМ стали главным оружием не только мотопехоты Советской Армии, но и вооружённых сил целого ряда зарубежных стран. Обладая безупречной надёжностью, автоматы АК и АКМ вместе с тем, не в полной мере обеспечивали возрастающие требования военных к вероятности попадания в цель в силу обширного рассеивания (особенно при автоматической стрельбе из неустойчивых положений), а так же значительной крутизны траекторий пуль. Именно поэтому, на протяжении всего периода производства автоматов АК и АКМ на предприятиях отрасли и полигонах проводился интенсивный поиск путей повышения их боевой эффективности. Исследованиями было установлено, что кучность стрельбы из автомата определяется главным образом баллистическим импульсом патрона и энергией отдачи оружия, конструктивными характеристиками образца (массой, моментом инерции, расположением центров масс оружия и подвижных частей), а так же динамическим характеристиками (темпом стрельбы, ударами подвижных частей). Кроме изучения потенциальных возможностей штатных автоматов на предприятиях отрасли была исследована целая гамма опытных образцов с различными принципами функционирования. Проводившиеся на протяжении почти трёх десятилетий работы, позволили установить, что при изменении конструктивных и динамических характеристик оружия можно добиться лишь незначительного (в 1,2-1,3 раза) улучшения кучности стрельбы. Единственными внедрёнными в производство решениями оказались: применения дульного компенсатора, замедлителя курка и перенос влево удара затворной рамы. Вместе с тем, эксперименты показали, что рассеивание, особенно при стрельбе из неустойчивых положений, можно значительно снизить уменьшая баллистический импульс патрона. Приемлемые результаты по кучности стрельбы обеспечивались при баллистическом импульсе патрона ~ 0,5 кгс с. Таким образом, анализ многолетних исследований показывал, что наиболее реальным путём повышения боевой эффективности индивидуального оружия может быть принятие на вооружение нового промежуточного патрона с уменьшенным импульсом и разработка под него автомата следующего поколения. Работы в этом направлении завершились в 1973 году принятием на вооружение СА автомата АК74 под патрон 5,45х39, показавшего превосходство над автоматом АКМ по кучности стрельбы приблизительно в 2 раза.

Принятию на вооружение АК74 предшествовал конкурс, в котором принимали участие все ведущие предприятия отрасли. Представленные на конкурс образцы были выполнены по двум схемам: классической, ударной и безударной с использованием эффекта сбалансированной автоматики. Из множества образцов на заключительный этап конкурса были рекомендованы классический автомат Калашникова и автомат Константинова со сбалансированной автоматикой. При испытаниях войсковыми стрелками оба автомата показали практическое равенство эффективности огня.

К этому времени на вооружение большинства стран мира было принято новое поколение образцов стрелкового оружия под малоимпульсные патроны. Создание малоимпульсных боеприпасов открывало широкие возможности для подъёма всего комплекса тактико-технических характеристик оружия, однако в образцах, пришедших на смену предыдущему поколению, заметно улучшились только параметры рассеивания и лишь в той степени, в какой они определились величиной баллистического импульса патрона. При этом достигнутое превышение боевой эффективности автомата АК74 над АКМ (приблизительно на 30%) не в полной мере устраивало военных. Поэтому в конце 70-х годов перед конструкторами была поставлена задача разработать автомат, превосходящий по боевой эффективности автомат АК74 в 1,5-2 раза. Для такого значительного повышения эффективности потребовалось увеличить кучность стрельбы из автомата в 5-10 раз, в зависимости от положений, причём оценка кучности должна была проводиться неопытными стрелками.

Это во многом усложняет решение задачи, поскольку статистика показывает, что результаты стрельб неопытных войсковых автоматчиков хуже, чем у опытных полигонных стрелков от 2 до 11 раз. Предполагалось также, что новый автомат должен сохранить надёжность своего предшественника, устанавливаться во всех существующих объектах военной техники и обеспечивать возможность присоединения к нему всех штатных комплектующих изделий: гранатомёта, различных оптических приборов, штыка-ножа и т.д.

... И наконец АН-94. Автоматическое оружие нового поколение, построенное по схеме с накопленным откатом (накопленным импульсом отдачи), принципиально отличающейся от традиционной ударной схемы. Наряду с АН-94 в конкурсе «Абакан» принимали участие 9 автоматов. Образец прошёл весь цикл полигонных и войсковых испытаний, доказал свою эффективноспь и надежность, и был принят на вооружение Российской армии в 1994 году.

Работы по созданию нового автомата были начаты на конкурсной основе. На начальный этап конкурса всеми предприятиями отрасли были представлены 9 образцов, спроектированных по трём различным схемам: традиционной ударной, схемой со сбалансированной автоматикой, а также по лафетной схеме со смещением импульса отдачи. Поскольку две первые схемы уже прошли достаточно широкий круг испытаний и их реальные возможности были хорошо известны, не позволяя надеяться на достижение требуемого результата, упор разработчиков автомата АН-94 был сделан на реализацию схемы с накопленным откатом. Логика такого выбора заключалась в том, что при использовании идеальной лафетной схемы, стрелок воспринимает суммарный импульс отдачи группы выстрелов лишь после завершения очереди. С точки зрения уменьшения рассеивания подобная схема при удачной реализации будет находиться вне конкуренции, поскольку результаты стрельб не будут зависеть от баллистического импульса применяемого патрона. Немаловажную роль в выборе схемы сыграло понимание того, что она позволяет сохранить в новой конструкции надёжные, проверенные временем механизмы автоматики, отрицая лишь не соответствующую новым условиям связь - жёсткое соединение органов управления со стреляющим агрегатом. Теоретические прогнозы нашли своё подтверждение в ходе конкурсных испытаний.

Лишь на образце авторов АН-94 впервые были получены характеристики полностью соответствующие тактико-техническому заданию. Решением конкурсной комиссии на полигонный этап были направлены лишь три образца, в каждом из которых была по разному реализована лафетная конструкция, причём два из них, представляющие альтернативные варианты единой идеи принадлежали разработчикам АН-94, а третий тульскому конструктору Стечкину.

В итоге, после проведения полигонных и войсковых испытаний автомат АН-94, показавший улучшение кучности стрельбы по сравнению с автоматом АК74 в 4-13 раз был принят на вооружение Российской армии.

Лучше всего новое оружие смотрится в руках своего создателя. Пройдут годы и если у России найдутся деньги, сотни тысяч наших солдат будут проходить службу с новым оружием. А насколько верно Геннадий Николаевич Никонов взял прицел при разработке своего автомата покажет время.

Геннадий Никонов
Калашников 1-1999