Пиротехника

Пиротехнические составы (ПС) – гетерогенные смеси, способные к самостоятельному горению, дающие световой, тепловой, дымовой, звуковой и реактивный эффекты, используются в военной технике, науке и народном хозяйстве.

Основой большинства ПС и топлив являются смеси окислителя и горючего. Во многих составах горючее сгорает только частично за счет кислорода окислителя, полное сгорание происходит благодаря кислороду воздуха или воды.

В качестве горючего в высокотемпературных ПС используются магний, алюминий (реже титан и цирконий), их сплавы, в аэрозолеобразующих ПС – в основном органические вещества. Окислителями чаще всего служат соли некоторых кислородсодержащих комитет (нитраты, хлораты, перхлораты), оксиды (Fe2O3, Fe3O4, Pb2O3) и диоксиды (BaO2, MnO2) металлов. Кроме горючего и окислителя, в ПС вводят вещества специального назначения (красители – для получения цветного дыма, пестициды – для борьбы с вредителями и болезнями растений, реагенты – для воздействия на переохлажденные облака, туманы и т. д.) и добавки (связующие, стабилизаторы, флегматизаторы и др.).

Пиротехнический эффект зависит не только от природы и содержания компонентов, размера частиц, качества смешения, степени уплотнения, но и от формы и размеров пироэлементов, конструкции изделия и т. д. Воспламенение осуществляют дымным порохом, огнепроводным (бикфордовым) шнуром или специальными воспламенительными составами.

В военных целях применяются осветительные, сигнальные, трассирующие, зажигательные, тепловые, аэрозолеобразующие, газогенерирующие, ИК-излучения ПС, фотосмеси, составы для средств пироавтоматики и пиротехнических источников тока, а также топлива для прямоточных воздушно-реактивных, ракетно-прямоточных и гидрореактивных двигателей.

ПС используются при киносъемке, для сварки труб, рельсов, электрических проводов, накачки лазеров, создания низкотемпературной плазмы, тушения пожаров в закрытых помещениях, реанимации нефтяных и газоконденсатных скважин, подачи звуковых и световых сигналов, исследования верхних слоев атмосферы, изготовления спичек, фейерверков, борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур, животных, птиц, дезинфекции овощехранилищ, теплиц, животноводческих и птицеводческих комплексов, предотвращения града и т. д.

Еще в глубокой древности огонь использовался не только как источник тепла и света, но и как средство сигнализации во время войн. Черный порох начали производить в России в XV в. Пиротехника одновременно развивалась в военных и увеселительных целях.

С первой половины ХХ в. развитие военной техники способствовало формированию научных основ производства порохов, взрывчатых веществ и ПС, которые явились фундаментом самостоятельной области знаний. Особое внимание стало уделяться разработке составов и средств пиротехники для обороны страны, открылись отраслевой научно-исследовательский институт, специальное конструкторско-технологическое бюро на заводах, а также кафедры и факультеты по подготовке специалистов.

К началу Великой Отечественной войны было создано большое количество высокоэффективных пиротехнических составов и средств. Победа советских войск отмечалась салютами с использованием осветительных и сигнальных составов, а также разработанных позднее специальных фейерверочных составов и изделий.

Со временем сфера деятельности пиротехники расширилась: разработаны составы, при сгорании которых создаются световой, цветовой, тепловой, звуковой, дымовой эффекты или образуются целевые газообразные или конденсированные продукты. Для военных целей получены высокоэффективные осветительные, фотоосветительные, трассирующие, ночные и дневные сигнальные, учебно-имитационные, целеуказательные составы и средства, включая составы маскирующих дымов, пироавтоматики и т. д. Значительные успехи достигнуты при разработке фейерверочных, сигнальных, термитных, аэрозолеобразующих и других составов и изделий для народного хозяйства (в 1990-е гг. отечественная промышленность выпускала около 500 наименований).

В 1786–1788 гг. в Казани построено предприятие по выпуску дымного пороха (см. Казанский пороховой завод), в 1892 г. изготовлена первая партия бездымного пороха на Бондюжском химзаводе (см. Д.И.Менделеев).

В Татарстане становление пиротехники как науки связано с открытием в 1952 г. в Казанском технологическом университете кафедры химии и технологии гетерогенных систем; основные научные направления: воспламенение, горение, аэрозолеобразование и излучение пламени ПС; модификация компонентов ПС и твердых пиротехнических топлив; разработка новых ПС различного назначения, технологии их приготовления и переработки.

Изучено горение ПС и топлив с периодическим излучением, разработаны составы цветных огней с красочным эффектом мерцающих звезд, используемые (с 1967 г.) в фейерверочных изделиях. Получены ПС на основе эластомеров, которые перерабатываются в длинномерные изделия методом проходного прессования и обладают высокой физико-химической стабильностью и специальным эффектом. С использованием этого метода разработаны ПС и топлива на пластизольной основе (порошкообразное высокомолекулярное вещество и труднолетучий пластификатор), отличающиеся простотой технологии их приготовления и переработки; к ним относятся составы цветных огней, искристо-пламенные и аэрозолеобразующие ПС на основе нитратов целлюлозы, приспособленные под технологию производства пироксилиновых и баллиститных порохов (так называемые пиропороховые составы).

ПС цветных огней характеризуются малой дымностью и красочностью зрелищного эффекта, аэрозолеобразующие – высокой эффективностью. Семицветное изделие «Ромашка», продемонстрированное во время Олимпийских игр в Москве (1980), отмечено 8 дипломами организационного комитета «Олимпиада-80».

Разрабатываются пиропороховые составы на основе утилизируемых порохов и топлив баллиститного типа, измельченных и мелкозерненых пироксилиновых порохов, а также составы с заданным излучением, пульсирующие и малогазовые.

Значительный вклад в пиротехническую науку внесли М.М.Арш, Ф.П.Мадякин. Разработки ученых кафедры защищены 300 авторскими свидетельствами и 11 патентами на изобретения, внедрены на заводах страны, отмечены Государственной премией СССР (1975, 1989) и премией Ленинского комсомола (1983).

Варёных Н.М. К 60-летию создания НИИ прикладной химии: современное состояние, основные проблемы и перспективы развития пиротехники в России // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2005. Выпуск 3.

Автор – Ф.П.Мадякин