Coś inteligentniejszego? Owszem, znajdzie się, zwłaszcza gdy wspomniałem o czołgach. Pierwszy pomysł na przeciwpancerną broń dla piechociarzy to był „odwrócony pocisk”. Niemcy wymyślili tzw. K-Patrone. Po prostu karabinowy pocisk odwrócono „tyłem do przodu”, by uderzał w pancerz tępym końcem. Absurdalne? Nie, oczywiste dla kogoś, kto był w zakładzie ślusarskim albo przemyślał, jak działa dziurkacz do papierów. Albo nożyczki. Wszystkie te urządzenia dobrze robią swoje dzięki zrozumieniu, że jeśli wymusimy drobne przesunięcie dwóch kawałków materiału bezpośrednio stykających się ze sobą, to materiał trzaśnie, o ile jest twardy (jak pancerz czołgu). Tu w dawnych czasach pisało się o ciśnieniach stycznych, tensorach naprężenia i innych cudach, ale ideę można zrozumieć, oglądając ostrza wspomnianych nożyczek. Nie mają kształtu ostrego klina. Bardzo ważną rolę w nich pełni płaska powierzchnia, niemal równoległa do ciętego materiału, która naciska całą, w porównaniu z nożem bardzo dużą powierzchnią. Pozwala to działać na materiał dużą siłą, nawet jeśli tępe ostrze nożyc wykonano ze względnie miękkiego materiału. Co się stanie, gdy 10 cm stalowego drutu wyciągniemy o 0,1 mm? Nic. Lecz jeśli kawałek 0,1 mm spróbujemy wyciągnąć o 0,1 mm, to trzaśnie. Żadna stal nie wytrzyma wyciągania do 2 razy większych wymiarów. Sztuka w tym, aby coś takiego wywołać – duże względne przesunięcie na możliwie najmniejszych odległościach. Płaskie ostrza nożyc pchają cięty materiał jedno w górę, drugie w dół, wymuszają przemieszczenie na krawędzi cięcia na odległościach tym mniejszych, im mniejszy promień ma krawędź cięcia. Stempel dziurkacza naciska papier albo grubą tekturę całą powierzchnią. Pod nią jest matryca z wyciętą dziurką o średnicy stempla i dziurawiony materiał przesuwa się pod naciskiem tylko na granicy stempla i matrycy. Dlatego spod dziurkacza wypadają idealnie wycięte okrągłe confetti, zaś w dokumencie powstaje pięknie wycięta bez przedarć dziurka. W przypadku pędzącego z ponaddźwiękową prędkością pocisku matrycą staje się masa blachy otaczającej miejsce uderzenia.
Taka geometryczna ciekawostka. Jeśli wokół koła o promieniu r chcemy wyrysować pierścień o powierzchni równej tej, którą ma koło, to jakie będą jego wymiary? Promień dziury to promień koła. A promień zewnętrzny? Trzeba do promienia koła dodać 0,41*r. To oznacza, że masa cienkiego pierścionka otaczającego miejsce trafienia przez K-Patrone jest taka, jak masa wybijanego confetti z pancerza. Im szybciej pocisk leci, tym mniej na skutek tej otaczającej masy wygnie się pancerz, tym na mniejszych odległościach nastąpi przesunięcie materiału pancerza. Mówiąc obrazowo, bezwładnościowa matryca będzie ostrzejsza, a cięcie pójdzie łatwiej.
Dla celów przeciwpancernych trochę nudnej fizyki. Praca W=F*s. Droga razy przesunięcie. Im ostrzejsza matryca, tym mniejsza droga, którą trzeba pokonać do zerwania materiału. Tym mniej energii kinetycznej straci pocisk, im szybciej leci. Dlatego stosowano wzmocniony nabój. Dlatego pocisk K-Patrone, lecąc tyłem płaskim końcem, przedziurawi pancerz, a prawie taki sam pocisk karabinowy nie. Lecąc ostrzem do przodu, musi pogiąć pancerz na całej powierzchni dziury i nawet jeśli czubek nie zdeformuje się w konfrontacji z pancerzem, na co pójdzie większość energii kinetycznej, może utknąć w dziurze bez zrobienia wielkich szkód. To jest sedno: jeśli uderzamy ostrzem, tracimy na zrobienie dziury mnóstwo energii, jeśli stosujemy zasadę dziurkacza, wielokrotnie mniej. K-Patrone był groźny, bo dziurawił pancerz, zachowywał dużą prędkość i demolował wnętrza pierwszych angielskich tanków.
K-Patrone był prawdopodobnie tatusiem amunicji zwanej pociski tępogłowicowe. To był naprawdę inteligentny pomysł. W moim poprzednim tekście pisałem o przebijaniu monety igłą. To się udaje, gdy walimy w nią ciężkim młotkiem, który niesie dość energii kinetycznej. Podobnie działają pociski podkalibrowe. To dość zaskakująca na współczesne czasy konstrukcja kształtu archaicznego bełtu do kuszy czy strzały do łuku. Cienka, o średnicy ok. 30 mm, i długa. Dokładnie wbrew koncepcji, którą wyżej napisałem. Tu chodzi o tzw. zastępczą grubość pancerza, która dla współczesnych kształtów (pochylenie pancerza czołowego) sięga prawie metra stali.
Niestety, stempel dziurkacza zmienia swoje działanie ze stempla na szpikulec, gdy to, co dziurawimy, jest za grube. Za czasów II wojny światowej przyjmowało się, że pocisk przebija płytę o maksymalnej grubości równej jego średnicy. Wojskowo mówimy o przebijalności jednego kalibru. Obecne pociski pełnokalibrowe (jak wyczytałem) mają przebijalności 2-3 kalibrów. Jeśli pocisk ma średnicę wyraźnie mniejszą niż grubość pancerza, to naprężenia rozkładają się na dużych odległościach i mamy ów przypadek wyciągania drutu o długości 10 cm. Przesunięcie 0,1 mm z pewnością nie wystarczy. Nic nie trzaśnie, nie zrobimy dziury. K-Patrone nie zadziała.
Pocisków podkalibrowych prawdopodobnie nie robi się już z innych materiałów niż ciężki wolfram czy uran. One muszą mieć prędkości początkowe na poziomie 1700 m/s i zachowują skuteczność, gdy trafiają w cel z prędkościami ok. 1500 m/s. To jest ta minimalna prędkość rażenia. Aby taki pocisk zachował ją na odległościach rzędu 3 km, musi mieć możliwie największą gęstość. Niestety, nie zadziała dobrze ponad pewną miarę wydłużenie strzały/penetratora. Wydawać by się mogło, że nie zwiększy oporu powietrza, które sprzed pocisku odrzuca jego ostrze. To, co znajduje się za nim, wedle intuicji nie powinno mieć znaczenia. Niestety istnieje zjawisko lepkości powietrza. Obrazowo: boki pocisku „szorują” o mijany gaz i spowalniają ruch. Dlatego jedyną metodą jest sięganie po materiały o najwyższych gęstościach.
Trochę szkolnej fizyki. Już pisałem o ograniczonej prędkości gazów powstałych z ładunku miotającego. Odpalamy, powiedzmy, kilogram prochu w zamkniętej przestrzeni. Najwyższe ciśnienie dostaniemy, gdy nie zostawimy wolnego miejsca, a w zbiorniku będzie tylko proch. A jeśli weźmiemy dwa razy więcej prochu? Wówczas trzeba zwiększyć objętość zbiornika dwa razy. Dostaniemy takie samo ciśnienie, choć gazu będzie dwa razy więcej. To rozumowanie prowadzi do wniosku, że w normalnej armacie z pojedynczym ładunkiem miotającym dostaniemy graniczną prędkość gazów wylotowych, która nie zależy od wielkości ładunku, a od ciepła spalania materiału wybuchowego. Tę niestety ograniczają prawa fizyki (chemii?) i doszliśmy w modernizacjach do ściany. To jest około 2 km/s. Do takiej prędkości można najwyżej rozpędzić miotany pocisk, ale trzeba mieć bardzo długą lufę. Na pocisk może działać siła równa ciśnienie razy powierzchnia pocisku. Słowo się rzekło, dołożenie materiału miotającego (prawie) nic nie zmieni, a ciśnienie będzie takie samo. Ale możemy zmniejszyć masę miotanego pocisku. Bo – ta cholerna fizyka! – przyspieszenie to a=F/m. Siła podzielona przez masę pocisku. Masa pocisków przeciwpancernych jest mniejsza niż np. haubicznych do ostrzału stałych stanowisk niemiecka acht-acht to 9 kg w przypadku haubic typu Goździk, to ok. 22 kg. A pociski podkalibrowe to 7-5 kg. Tak podają źródła internetowe.
Sprawę można opisać proporcją mas. Im mniejsza proporcja masy pocisku do masy gazów prochowych (a ta jest równa masie ładunku miotającego, np. 20 kg), tym prędkość pocisku bliższa prędkości owych gazów w wystrzale bez pocisku. Okropne zdanie, jak na artykuł popularnonaukowy, ale oddaje sedno sprawy.
Pocisk podkalibrowy ma znacznie mniejszą średnicę niż średnica lufy. Mała średnica załatwia dwie sprawy: ma relatywnie małą masę i porusza się w powietrzu ze znacznie mniejszym oporem niż klasyczny pełnokalibrowy. Aby coś takiego wystrzelić, potrzebna jest sztuczka. Umieszcza się go w tzw. sabocie, który jest lekki, przejmuje siłę ciśnienia gazów prochowych i odpada po wystrzale. Dzięki temu uzyskuje się prędkość początkową do 1800 m/s.
Jeśli tak szczegółowo opowiadałem o K-Patrone, to po to, by móc teraz powiedzieć, że w pocisku podkalibrowym inteligentne pomysły kończą się na tym, jak go rozpędzić, reszta jest oczywista od czasów pierwszego użycia dzidy, a może kamienia. W porównaniu do rozumienia (tensorów) naprężeń, naprawdę nie ma się czym chwalić. Na dodatek to chyba kiepski kompromis.
Pocisk przeciwpancerny musi być szybki bo strzelamy do ruchomych celów. Do rozwalania lepsza jest wspomniana ciężka pała, ale trzeba nią trafić. W słynnej bitwie pod Prochorowką Tygrysy strzelały do T-34 na odległości ok. 2 km. Taki dystans pocisk lecący ze stałą prędkości 1,8 km/s pokona w ponad 1,1 sekundy. Czołg jadący z prędkością 40 km/h przejedzie w tym czasie 12 metrów. Dość, by zjechać z linii strzału.
Duża prędkość pocisku to dobra rada na celność. Ale mała masa to kłopot. W przypadku pocisku podkalibrowego mamy duża masę na jednostkę powierzchni trafionego miejsca. To kompensuje wadę, ale mimo efektownych filmików na jutubie i entuzjazmu komentatorów – tylko po części.
Jest pewna efektowna demonstracja (fizyczna), za którą idą piekielnie nużące i irytujące zadania o zderzeniach centralnych kul. Dlatego tylko opowiedzmy sobie o czymś efektownym. Teraz można sobie kupić taką zabawkę: szereg metalowych kulek powieszonych na nitkach tak, że się stykają ze sobą. Gdy odchylimy którąś skrajną i puścimy, po uderzeniu odskoczy ta na drugim końcu szeregu kul.
Mniej widowiskowy jest eksperyment ze zderzeniami tylko dwóch kul. Gdy użyjemy takich o jednakowej masie, możemy zobaczyć, jak ta rozpędzona uderza w nieruchomą i zatrzymuje się, a dalej podąży ta wcześniej nieruchoma. Zaskakujące? Oczywisty rezultat dostajemy, gdy kulka znacznie większa uderza w mniejszą. Obie poruszają się w tę sama stronę. Odwrotnie, uderzenie małą kulką w dużą powoduje odbicie się małej. Duża ewentualnie leniwie zacznie się toczyć.
Jeśli ktoś nie wierzy, może zrobić uproszczoną wersję eksperymentu na śliskim stole, zderzając ze sobą monety. Nieszczęsne ułamki. Ten eksperyment mówi, jak w zderzeniu dzieli się masa i energia pomiędzy pociskiem a pancerzem/wojakiem (czy innym celem). Im mniejsza proporcja masy pocisku do masy niszczonej, tym więcej pędu i (lub) energii przejmuje pocisk, a mniej to trafione. Raz jeszcze: ciężka pała dobra, lekka pała kiepska.
Kocham dygresje. Zapewne słyszeliście o zjawisku fragmentacji pancerza? To trapiło nie tylko załogi Tygrysów, ten efekt dawał także karabin Ur po trafieniu w Panzerkampfwagen I. Bywało, nie robiła się dziura, płyty pancerne zdawały się całe, ale nie załoga. Od wewnętrznej części pancerza odrywały się kawałki metalu. To wersja przytoczonego wcześniej eksperymentu z szeregiem przylegających do siebie wiszących stalowych kulek.
Istnieje konstrukcja zwana pancerzem przestrzennym, spotykana m.in. w słynnych Panterach z II wojny światowej. To dwie płyty pancerne umieszczone w pewnej odległości od siebie. O jej celowości toczą się dyskusje na forach. W przypadku przedziurawienia pierwszej płyty pocisk i odłamki pierwszej uderzały w drugą, lecz ze znacznie mniejszą energią. W każdej wersji wypadków pancerz przestrzenny ogromnie zmniejszał prawdopodobieństwo efektu fragmentacji.
Ponieważ zajmujemy się S-F, to opowiem, że podobny patent jak pancerz przestrzenny to ekrany przeciwmeteorytowe. To ma chronić stacje kosmiczne przed uderzeniami mikrometeorów o kosmicznych prędkościach rzędu kilometrów na sekundę. Meteor i meteoryt to (w zasadzie) coś innego, ale tu zapomnijmy o rozróżnieniu. Gdy dojdzie do zderzenia i – mówiąc w uproszczeniu – gdy grubość płyty jest podobna do średnicy meteoru, to odparują i kosmiczny kamień, i fragment pancerza. Istotna jest masa ekranu mieszcząca się pod obrysem (przekrojem) kosmicznego pocisku. Jeśli jest ona równa jego masie albo większa, po zderzeniu dalej poleci strumień gazów – nawet wówczas, gdy meteor będzie miał prędkość pozaukładową jak słynny meteoryt tunguski (rzędu kilkudziesięciu kilometrów na sekundę). Zwiększanie prędkości nic nie daje, decyduje proporcja mas. Jeśli prędkość wzrośnie, wzrośnie temperatura strugi gazów, lecz gdy odległość do stacji będzie wystarczająco duża, nic się nie stanie. Jeśli jednak w taki ekran uderzyłaby ciężka żeliwna kula armatnia z czasów potopu szwedzkiego, o prędkości ledwie jakieś 100 metrów na sekundę, zniszczy ona i ekran, i całą stację. Decyduje proporcja mas w zderzeniu.
Tak przy okazji: zaczęliśmy się domyślać, jak działają wielowarstwowe pancerze. To oczywiste, że gdy przestrzeń pomiędzy płytami nie jest pusta, przebicie takiej przekładanki jest o wiele trudniejsze. To temat na osobny artykuł, ale oczywiście kolczuga nakładana na przeszywanicę jest jakimś protoplastą pancerzy czołgowych z warstwami różnych materiałów, a tarcza w ręce rycerza – pancerza przestrzennego.
To osobne zagadnienie, że przy niskich prędkościach np. włóczni ważna jest wytrzymałość dębowej tarczy, zaś przy starciu z pociskiem podkalibrowym już w zasadzie tylko masa pancerza. Tak czy owak, znając topornie prawa mechaniki Newtona, możemy się domyśleć, czemu w Abramsach mamy pancerz uranowy.
Dziś już chyba wszyscy wiedzą: czołgów nie należy zwalczać czołgami.
Prawdopodobnie w planach NATO amunicja uranowa jest czymś, co jedynie nieco poprawia sytuację. Zapewne i tak byłoby w przypadku Ukrainy, o ile miałaby być wykorzystana w pancernych pojedynkach. To spekulacja, ale w tej wojnie akurat niemal wszystko idzie inaczej. Cywilne drony stały się jednym z ważniejszych bohaterów pola walki, a zamiast efektownej wojny manewrowej – przynajmniej takiej, jaką była II wojna światowa – mamy mordercze walki pozycyjne jak w pierwszej wojnie. Wykorzystuje się maksimy z wodnymi chłodnicami powyciągane pewnie gdzieś z muzeów, liczące ponad 100 lat.
Adam Cebula „Głosy z portek patriotycznych, czyli znowu o popkulturze”
Ubarwianie rzeczywistości, która już minęła? Czemu nie… ale może jednak w pewnych granicach. Adam Cebula…
Magdalena Świerczek-Gryboś „Rzeczy, które śniły się fantastom: Godzilla, ikona lęku”
Bomba atomowa nie opowie nam historii; ona dzieli czasy na te pogrzebane…
Adam Cebula „Żelazko niewiernego Tomasza”
Czy da się rozbić atom za pomocą młotka? Nie jestem wcale pewien,…
Kraków
23.10.2025 - 26.10.2025
