Огни потешные
Кандидат химических наук В. В.ЗАГОРСКИЙ.
Как и положено настоящему мужчине, мне нравится держать в руках оружие. Нравится разглядывать рисунки И чертежи в книгах о военном искусстве, которые заполняют сейчас прилавки и стоят у меня на полке. И в то же время я чувствую, что это - неправильно. Нельзя любить орудия убийства, даже сделанные гениально и с любовью. Что дает оружие человеку? Власть? А я не хочу власти. Тогда почему так приятно нажимать на спусковой крючок? Потому что крошечное воздействие высвобождает громадную силу. А кроме того, резкий звук выстрела, полет трассирующей пули и взрыв снаряда- красивы. Но для этой красоты, для резкого и сильного эмоционального воздействия не нужно оружие! Современный артиллерист не видит своих жертв, разрываемых на куски, он смотрит (часто лишь в панораму прицела) на очень симпатичные облака разрывов, встающие на месте "целей". Так что, наверное, ему было бы гораздо приятнее нажимать вместо гаубичного спуска на кнопку электрозапала фейерверочной мортиры. А бодрящее чувство риска и перестрелке вполне можно заменить равноценными впечатлениями от запуска крупной самодельной ракеты - вдруг в тебя же и полетит?
Чисто инстинктивно мне хочется, чтобы мои ученики насытились ощущениями, возникающими, когда вызываешь к жизни огненно-взрывчатую силу. Мне хочется, чтобы работа над фейерверками с избытком удовлетворила тягу мальчишек к огню и взрывам. Поэтому уже довольно давно я веду со школьниками занятия по пиротехнике ,лучше взрываться теоретически . И сейчас и хочу, чтобы стремление "настоящих мужчин" к громким и ярким эффектам превратилось в терпеливый труд по изготовлению фейерверка и в радость от его запуска.
Опасно ли это? Да, опасно, если дать прописи, доступные примитивному существу, не способному думать не только об окружающих, но даже о своем существовании. Поэтому не ждите готовых рецептов. Чертежи - пожалуйста, а если хотите построить готовые изделия, то воспользуйтесь простыми алгоритмами - наборами уравнении реакции. Тогда ваши знания , желание ,. терпение и аккуратность, уже гарантируют безопасность пиротехнической деятельности. В конце концов, купить сейчас в России боевое оружие гораздо легче, чем научиться самому делать порох. А кто попробует научиться - не пожалеет.
ХИМИЯ КАК ЧАСТНЫЙ СЛУЧАЙ ПИРОТЕХНИКИ
Что такое химия? Само собой, наука- волшебница, без которой нам ни одеться, ни поесть и вообще .- никуда... А еще - один из самых нелюбимых школьных предметов: вспомним, например, образ химички и телевизионной рекламе "про Сидорова".
Два дня в неделю я тоже учитель химии - и школе им. А. Н. Колмогорова при МГУ (знаменитый физико-математический интернат для одаренных старшеклассников). И часто на самых первых уроках и физико-математических и экономических классах на ; доске появляется надпись: "Химия - не наука". Радостно с этим соглашаюсь.
- Конечно, не наука. И вообще математика - частный случаи физики (легкий ропот), физика - частный случаи химии (сильный ропот), ну а химия - не наука, а частный случай хотя бы... - Тут я нажимаю кнопку электровоспламенителя и продолжаю говорить классу, обалдевшему от неожиданно выросшего на учительском столе мощного искристого фонтана: - Да, химия всего лишь частный случай пиротехники, в переводе с греческого - огненного искусства. А чтобы понять, что мы сейчас имели, вспомним методы решения расчетных задач (математику), основы строения вещества (физику) и, наконец , химические свойства...
Вспомогательная роль в фейерверочном! искусстве не неунизительна для химии. Достаточно привести отчет о работе нашего великого соотечественника М.В. Ломоносова за 1756 год: |
"В химии: 1) Между разными химическими опытами, которых журнал на 13 листах, деланы опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли нес металлов от чистого жару; оными опытами нашлось, что славного Роберта Боила мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере;
2) Учинены опыты химические со вспоможением воздушного насоси, где и сосудах химических, из которых был воздух вытянут, показывали на огне минералы такие феномены, какие химикам еще неизвестны;
3) Ныне лаборатор Клементьев под моим смотрением изыскивает по моему указанию, как бы сделать для фейерверков верховые зеленые звездки".
В течение голи великий ученый открывает закон сохранения массы вещества при химических реакциях, проводит первые исследования термораспада минералов при пониженном давлении и изготавливает пиротехнические составы зеленого пламени!
1756 год - время бурного развития "огненных потех" " России. Фейерверки сопровождали постоянно организуемые императрицей Елизаветой балы и маскарады. В отличие от своего отца Петра Великого, любившего собственноручно набивать и запускать ракеты, Елизавета нагружает "легкомысленной" работой немногочисленных ученых. Впрочем, финансовые гранты на прикладные пиротехнические исследования позволяли, как и сейчас, развивать фундаментальную науку.
С чего же начиналась пиротехника - искусство управления огнем? По-видимому, основными историческими предпосылками ее были не военные потребности. По данным китайского историка химии профессора Ли Чаопинга, самым первым шагом к современным пиротехническим смесям были огненные трещотки, отпугивающие злых духов. Пучок тонких бамбуковых щепок горит с треском. Звук можно усилить, если щепки предварительно пропитать раствором поваренной (морской) соли. А если морскую соль заменить земляной, собранной, например, вблизи мест захоронений в сухих пустынях, то треск становится еще сильнее - разумеется, такая трещотка сильнее воздействует на духов. Кстати, современная эзотерическая литература также рекомендует разрушать "негативные психоэнергетические матрицы" пиротехническими средствами, например стрельбой в воздух из стартового пистолета.
Путь от бамбуковой огненной трещотки до современной фейерверочной ракеты с яркими разноцветными звездочками-огнями человечество проходило не менее 1500 лет .Знание же самого элементарного школьного курса химии позволяет научиться делать . простейшие фейерверки за несколько дней. Кроме знаний, правда, потребуются терпение и высочайшая аккуратность в работе.
Фейерверк (от немецкого "Feuerwerk") - "огненное творение или деяние", "потешный огонь", сжигание стоящих и движущихся "огненных фигур". В отличие от него, салют - это приветствие, обозначаемое и сопровождаемое стрельбой из боевого оружия, как правило, холостыми зарядами. С помощью салютов демонстрировали военную мощь иноземцам, поддерживали патриотический дух собственного населения. Но салюты давали лишь звуковой эффект для приветствия или праздника. По сравнению с ними фейерверки - подлинные произведения искусства.
Павел Митрофанович Лукьянов, составивший фундаментальный труд по истории химической промышленности России, приводит, например, описание фейерверка, данного в Москве 1 января 1710 г. по случаю Полтавской победы: "(А): Гора каменная, явъляющая Швецкое Государство, (В): Леф, выходящей из оной горы, явълял армею Шведскую, (С): Столп с короною, явъляя государство Польское, к которому приближился леф и. оной нагнул, явълял победу над тем Государством... Д: другой столп с короною, явъляющей Государство Российское, к которому леф приближился с намерением таким же, как и к первому, Е: потом явился орел для защищения оного столпа, явъляющей армею росискою, и оного льва перуном (или огненными стрелами) разшип с великим громом. Потом и первой столп паки предстал, явъляя изъбавление Польше и возвращение короны королю Авъгусту чрез оружие российское".
Первым крупным мастером фейерверочного дела в России был сам Петр 1. В своей библиотеке он собрал оригиналы и переводы почти всех известных тогда соответствующих книг и рецептов, в архивах имеются его собственноручные записи рецептов и чертежи.
Фейерверочное искусство России продолжало развиваться и после Петра 1. Например, для изготовления фейерверка в день рождения императрицы Анны Иоанновны (январь 1733 Г.) потребовался труд 2000 человек в течение 10 недель! Перед Ростральными колоннами на развилке Невы в Петербурге в 1731 г. был установлен специальный помост - "театр фейерверков".
Искусство огненных праздников в России, так расцветшее в XVIII-XIX веках, пришло в упадок в 30-тые годы нашего столетия. Последнее пособие, посвященное исключительно "потешным огням", издано в 1938 г. (Солодовников В.М. Пиротехника. Производство и сжигание фейерверка).
Во время Великой Отечественной войны возродили лишь традицию салютов: 5 августа 1943 г. в Москве салютовали освободителям Орла и Белгорода. До 90-х годов наши праздники традиционно отмечали синхронными артиллерийскими залпами (холостыми зарядами) и выстрелами из фейерверочных мортир шарами с цветными звездками. Кстати, первый сугубо мирный залп специально сделанными фейерверочными "огненными букетами" прогремел в 1957 году во время Фестиваля молодежи и студентов.
Сейчас в России почти не издается литература по пиротехнике. Учебник А.А. Шидловского (крупного ученого в области пирохимии ,скончавшегося в 1996 г ,сугубо военный) - едва ли не единственная книга за последние десятилетия, содержащая некоторые данные по фейерверочным пиротехническим составам.
Однако в последние годы люди вновь заинтересовались фейерверками. Ослабли официальные запреты, коммерческие организации устраивают фейерверки для оформления эстрадных шоу, рекламных праздников. Конверсия также способствует развитию "огненного искусства", так как фейерверочные наборы стали почти основной реализуемой продукцией многих оборонных заводов. Да плюс еще разные импортные штучки... Таким образом, можно говорить о возрождении и развитии забытого искусства, призванного нести в нашу жизнь яркие огненные праздники.
В то же время следует помнить, что неграмотное пользование даже самыми надежными заводскими наборами может привести к печальным последствиям. Поэтому, на мой взгляд, самодельные фейерверочные изделия, выполненные с соблюдением всех правил, менее опасны, чем покупные, которые может привести в действие любой обладатель спичек.
ДВИГАТЕЛЬ ФЕЙЕРВЕРОЧНОЙ РАКЕТЫ
Реактивные двигатели были. по-видимому, первыми пиротехническими изделиями, в которых использовали смесь селитры, серы и угля.
Самое раннее достоверное описание боевого применения ракет относится к обороне китайских городов от монголов в 1232 г. "Стрелы летящего огня" делили из бамбука. С тех пор их конструкция принципиально не изменилась (рис.1). Твердое топливо содержит избыток угля, и поэтому в восстановительной среде исходящих газов бумажное сопло не успевает сгореть. Коническая полость совершенно необходима - благодаря eй заряд горит от центра к стенкам, и последние сохраняются до выгорания топлива. Кроме того, полость обеспечивает высокую скорость и равномерность горения.
При правильном монтаже - высокой плотности топлива и хорошем сцеплении со стенками - верхняя часть топливного заряда над конической полостью будет служить замедлителем, не пропускающим пламя к вышибному заряду до тех пор, пока не выгорит все топливо.
В работе факультатива по пиротехнике Специализированного учебно-научного центра МГУ и в летней школе "Химера" мы используем миниатюрные ракеты с внутренним диаметром двигателя 8 мм. Они экономичны (заряд топлива 3,5-4,0 г) и поднимают полезный груз массой до 2 г на высоту 30-40 м. (Учитывая, что вес рейки стабилизатора около 2 г.) Такие размеры мы выбрали, поскольку использовали наиболее доступное сырье - старые школьные тетради и оборудование - круглые карандаши.
Прежде всего частично высверлите грифель из двух карандашей и замените его соединительным стержнем диаметром 3,5 мм (рис. 2). Затем развернутый лист тонкой тетради (340 х 205 мм) разрежьте вдоль на три полоски (340 мм 68 мм). Каждую полоску аккуратно намотайте на карандаш, нанося поперечные мазки водорастворимым клеем - силикатным, казеиновым, ПВА и тому подобными. Лучше пользоваться негорючим силикатным клеем. Стенки получившейся трубки должны быть плотными, без воздушных промежутков. У одного конца трубки до того, как высохнет клей, необходимо сделать перетяжку. (Для этого и нужно наше приспособление из двух карандашей.), широкой петлей из медной проволоки или шпагата.
Кроме корпусов необходимо заготовить стабилизаторы - деревянные рейки размером 5 C 5 C 500 мм, весом не более 2 г каждая. В отличие от сопла рейка в полете ракеты может довольно сильно обгореть. Чтобы этого не произошло и на зрителей не падали тлеющие стабилизаторы, пропитайте их огнезащитным составом. В литре воды растворите 50-80 г сульфата или фосфата аммония, 5- 10 г тетрабората натрия (буры), 20-50 хромокалиевых квасцов. Если нет буры и квасцов, можно обойтись только сульфатом (фосфатом) аммония, тогда его концентрация должна быть 100 г/л. Раствор наносите кистью или погружайте в него рейки на несколько секунд. После пропитки сушите рейки в перевязанном пучке, чтобы они не изогнулись. Не ленитесь, пропитка позволит также избежать большой неприятности - перегорания стабилизатора на старте. Ведь если такое случится, ракета полетит горизонтально и совершенно неконтролируемо.
Для топлива заготовьте стандартную смесь, горящую в соответствии с уравнением:
2КNО3 + S + ЗС = K2S + ЗСО2 + N2.
К ней добавьте 1/7 от ее массы древесного угля и около 1/50 сухого клея. Напомню, для топлива мы используем горючий и водорастворимый клей, например декстриновый для обоев. Дополнительный уголь может быть довольно крупнозернистым - до 0,5 мм в диаметре. Тогда при полете получится красивый искристый хвост. Разумеется, исходная стандартная смесь должна быть растерта очень тщательно.
Прежде чем наполнять корпуса топливом, приготовьте шило с конической иглой 3,0 х 40 мм (им вы будете создавать полость) и стержень диаметром 6-7 мм (чтобы уплотнять смесь). Перед тем, как набивать корпус, протолкните Карандашом на дно его кусок тетрадной бумаги 10 х 10 мм, чтобы топливо не высыпалось.
Сухую топливную смесь разотрите, постепенно добавляя воду. Заканчивайте, как только при сильном надавливании пестиком у комка смеси появится мокрый блеск. Смесь при этом не должна быть жидкой или кашеобразной. Важно добиться равномерного увлажнения всей порции смеси. Если у вас нет сухого клея, используйте жидкий декстриновый или казеиновый и вводите его на этапе растирания. Соотношение между объемом жидкого клея и его сухой массой определите заранее экспериментально. Набивайте корпус топливом небольшими порциями, энергично уплотняя смесь. Длина уплотненного заряда топлива - около 55 мм.
После того как вы закончите эту работу, аккуратно, строго в центре проколите шилом коническую полость. Помните, она обязательно должна быть параллельна корпусу. Глубина полости от перетяжки - 40 мм. Чтобы топливо не выдавилось через открытый торец корпуса, прижимайте его карандашом через бумажную прокладку.
Теперь осталось набраться терпения и высушить ракетные двигатели в теплом месте, например на батарее отопления. Температура не должна быть выше 40-45°С, а процесс займет 5-7 дней. Если вы слишком торопитесь, а потому намереваетесь сушить при более высокой температуре, знайте: из топлива может частично выкристаллизоваться селитра (вы увидите белый налет в районе сопла) и заряд растрескается. Двигатели с растрескавшимся зарядом обычно взрываются ни старте.
Но вот двигатели высохли. Теперь можно испытать один из них. Закройте верхний торец топливного заряда бумажной пробкой ни клею, при этом можно загнуть стенки корпуса двигателя внутрь. Прикрепите сбоку рейку-стабилизатор с помощью нитки или бумажной полоски и клея. Центр тяжести собранной таким образом ракеты должен располагаться на рейке в 2-5 см от сопла двигателя. Вставьте в коническую полость стопин длиной 6-7 см (как делать стопины - огнепроводные шнуры - прочитаете на других уроках). Для запуска ракет удобно пользоваться направляющей трубкой, в которую вставляется рейка - стабилизатор.
Когда вы будете выбирать площадку для запуска, помните, что ваша ракета - эффективное зажигательное средство и даже при обязательном вертикальном пуске может перейти в горизонтальный полет дальностью не менее 50-60 м. Безопаснее всего запускать ракеты после дождя или зимой на снегу. Установите направляющую трубку вертикально! или с легким наклоном (не более 20" от вертикали) в наиболее безопасном направлении. Очень полезно иметь перед собой предохранительный щит для зашиты от возможного взрыва или горизонтального старта. Размеры шита - не менее 50 х 50 см. его центр должен находиться напротив двигателя ракеты. установленной в направляющей трубке. Убедившись. что стабилизатор может совершенно свободно двигаться в направляющей трубке, зажигайте стопин. Времени горения стопина длиной 6-7 см хватит, чтобы успеть отбежать на безопасное расстояние. Ракета должна стартовать резко, с сильным шипящим звуком. Время работы топливного заряда - не более 2 с. Зависание на старте и большее время горения указывают на то, что исходная топливная смесь недостаточно просушена или плохо перетерта.
После удачного старта обязательно найдите ракету и внимательно осмотрите двигатель. Он должен быть внешне целым, с увеличенным (на 1-1.5 мм) отверстием сопла. Обугливание или прогорание стенки говорит о неравномерной набивке, плохой центровке конической полости или о слишком тонкой бумаге. Если ракета взрывается на старте или на высоте 5-15 м выбивает с резким звуком бумажную пробку из верхнего торца, следует увеличить долю добавочного угля до 20%. Исправьте замеченные недостатки в следующих двигателях.
А теперь можете приступать к их серийному изготовлению. Учтите, что для минимального фейерверочного эффекта необходимо запустить подряд не менее десятка ракет.
