אבק שרפה נטול עשן

אבק שרפה נטול עשן (ידוע בראשי התיבות אבש"ר - אבק שרפה) הוא שם כולל למשפחה של חומרים הודפים הנמצאים כיום בשימוש בכלי נשק ידניים וארטילריים. השם נובע מהעובדה שרוב תוצרי הבעירה הם גזיים וכמות עשן הנוצרת היא זניחה. זאת בשונה מאבק שרפה שחור (אבש"ש), בו כ-55% מתוצרי הבעירה הם מוצקים, אשר מתבטאים כמשקעים שמצטברים בתוך כלי הנשק ועשן סמיך הנפלט במהלך הירי.

סיווג ורכיבים
סוגים שונים של אבש"ר כוללים קורדיט, בוליסטיט ו-Poudre B (אשר יצא משימוש) ושיטת הסיווג מבדילה בין חד-בסיסיים, דו-ותלת-בסיסיים, על פי סוגי החומרים ההודפים המרכיבים אותו.
החומר ההודף הוא המרכיב העיקרי באבק שרפה. ההודף הבסיסי שנמצא בשימוש הוא ניטרוצלולוזה (ואז האבש"ר מוגדר כחד-בסיסי), והוא משולב לעיתים קרובות עם עד 50% ניטרוגליצרין (דו-בסיסי) ולפעמים גם ניטרוגואנידין (תלת-בסיסי). אבש"ר מעוצב בצורת גרגירים, גלילים או פתיתים (גרגירים להלן). אבש"ר דו-בסיסי נפוץ בתחמושת אקדחים ורובים, בעוד שתלת-בסיסי נמצא בשימוש בעיקר בנשק ארטילרי.

רכיבי אבק שרפה
 הודפים – ניטרוצלולוזה, ניטרוגליצרין, ניטרוגואנידין
 חומרים פלסטיים ומקשרים – להפחתת שבירותם של הגרגירים ושמירה על צורתם
 מייצבים – למניעת היווצרות חומרים חומציים
 גרפיט – משמש לציפוי הגרגירים כדי למנוע הצטברות חשמל סטטי, שיכול לגרום להצתה ספונטנית של אבק השרפה
 חומרים להקטנת בהירות הרשף
כמות התוספים השונים (מלבד ההודף) מסך התערובת נעה בין עשיריות האחוז ועד אחוז או שניים לכל חומר.

תיאור
תכונת הבסיס של אבש"ר היא שהבעירה מתרחשת רק על פני השטח של הגרגיר. קצב הבעירה קובע את הלחץ שנוצר בקנה כלי הנשק והודף את הקליע. לכן, תכונות ההדף של האבש"ר מושפעות מאוד מצורתם וגודלם של הגרגירים (כי אלה משפיעים על קצב הבעירה) ועיצוב צורת הגרגיר מאפשר להשפיע על עקום הלחץ הנוצר בזמן הבעירה. השאיפה היא לווסת את קצב הבעירה כך שהלחץ הנוצר על הקליע יהיה קרוב לקבוע, וכך להשיג את מהירות הלוע הגדולה ביותר. שיטה נוספת לשלוט בקצב הבעירה מלבד עיצוב צורת הגרגיר היא  על ידי חומרים מעכבי-שרפה שמוסיפים בתהליך הייצור.

באבק שרפה לתותח, לדוגמה, הגרגיר מעוצב לצורת גליל (שיכול להגיע עד גודל אגודל) עם מס' חרירים. החרירים מייצבים את קצב הבעירה – ככל שהבעירה מהחוץ פנימה הולכת ומאטה, כי שטח הפנים של החומר הולך וקטן, הבעירה מבפנים החוצה הולכת ומאיצה, מאותה סיבה בדיוק. אבש"ר לאקדחים מעוצב לצורות עם שטח פנים גדול יותר (פתיתים או גרגירים שטוחים) כדי להגדיל את קצב הבעירה. הודפים מהירי בעירה יוצרים טמפרטורה ולחץ גבוהים יותר (ולכן מהירות לוע גבוהה יותר, עבור אורך קנה מסוים), אבל גם מגדילים את השחיקה של קנה כלי הנשק.

חוסר יציבות וחומרים מייצבים
ניטרוצלולוזה עוברת פירוק לאורך זמן. תוצרי הפירוק הם חומציים ומשמשים זרזים לפירוק נוסף. החום המשתחרר בתהליך, במכלים של אבקת שרפה או בלוקים גדולים של חומר הודף מוצק, עלולים לגרום להצתה עצמית של החומר. בנוסף לכך, תוצרי הפירוק יכולים לגרום לשיתוך של מכלי האחסון, המחסניות וקני כלי הנשק. אבש"ר חד-בסיסי הוא המועד ביותר להתפרקות, בעוד שאבש"ר דו ותלת-בסיסי נוטה להתפרקות איטית יותר.

כדי למנוע היווצרות של תוצרי ההתפרקות, מוסיפים מייצבים (כאשר הנפוץ בהם הוא NDPA -ניטרודיפנילמין) בכמות של 0.5-2% מסה"כ התערובת, מכיוון שכמויות גדולות פוגעות בתכונות הייעודיות של ההודף. החומר המייצב מתכלה עם הזמן (מכיוון שהוא מגיב עם תוצרי הפירוק של האבש"ר) ולכן כמותו בחומר הודף באחסון ממושך צריכה להיבדק תקופתית.
חומר שמוסיפים לנטרול תוצרי ההתפרקות (לאחר היווצרותם) הוא סידן פחמתי.

היסטוריה
כבר מתקופת מלחמות נפוליאון, מפקדים בצבא התלוננו על הקושי במתן פקודות בשדה קרב שמכוסה בעשן סמיך כתוצאה משימוש באבק שרפה שחור. צעד משמעותי בפתרון הבעיה היה גילוי "כותנת נפץ" (או בשמה המדעי יותר – ניטרוצלולוזה) על ידי  ב-1846. שקידם את השימוש שלה גם כחומר נפץ.

ניטרוצלולוזה הייתה יותר עוצמתית מאבק שרפה, וגם, באותה תקופה, פחות יציבה. שתי התכונות הקשו על השימוש בה: חוסר היציבות הפך את החומר למסוכן בתנאי שדה ועוצמתו הגבוהה גרמה לכך שכלי נשק שיכלו לירות אלפי כדורים עם אבש"ש, היו נשחקים לאחר מאות בודדות של כדורים עם אבק השרפה החדש. לכן הוא לא הפך נפוץ, לא בכלי נשק קטנים ולא בכלים ארטילריים. בנוסף לכך, תוך זמן קצר התרחשו מס' תאונות ופיצוצים קטלניים במפעלי ניטרוצלולוזה, שנבעו מחוסר היכרות עם רגישות החומר והיעדר שיטות לייצובו. כל אלה גרמו לכך שזמן קצר לאחר הגילוי, כותנת הנפץ יצאה משימוש למספר עשורים, עד ל'אילופה' בשנות ה-1880.

ב-1884 פול ווייל המציא אבק שרפה נטול עשן בשם Poudre B,  עשוי מתערובת כותנת נפץ עם אתר ואלכוהול. התערובת עוצבה לצורת דפים דקים אשר נחתכו לפתיתים בכל גודל רצוי. החומר שנוצר, שמוכר היום כפירוצלולוזה, מכיל פחות חנקן מכותנת נפץ והוא פחות נדיף. תכונה מועילה במיוחד של חומר זה היא שהוא בוער רק כאשר הוא נמצא תחת לחץ, מה שהופך אותו לנוח יותר לטיפול.

אבק השרפה של ווייל גרם למהפכה ביעילותם של כלי נשק קטנים, ממספר סיבות. ראשית כל, הוא היה חסר עשן. זאת לעומת האבש"ש, אשר בעת השימוש בו, לאחר מס' יריות היורה היה מוקף בענן עשן סמיך (אלא אם כן הייתה רוח חזקה), וחוסם את שדה הראיה או במקרה של צלף, מיקומו היה נחשף. בנוסף לכך, החומר החדש היה חזק פי שלושה מאשר אבש"ש, מה שהוביל לשימוש בפחות אבקת שרפה לכל קליע ואפשר להקטין את גודלה ומשקלה של מחסנית או לתת לחייל הרבה יותר תחמושת באותו משקל. תוצאה של עוצמתו הגבוהה של החומר הייתה מהירות לוע גבוהה יותר, כלומר מסלול ירי שטוח יותר, שאפשר דיוק גבוה יותר בכלי נשק לטווח גדול, עד ל-1000 מטר ברובים הראשונים שהשתמשו באבש"ר. יתרון נוסף היה שהחומר החדש בער גם כשהוא רטוב, בשונה מאבש"ש שהיה חייב להישמר יבש.

אבק השרפה החדש נכנס לשימוש ראשון ברובה לבל, אשר נכנס לשימוש מיידי בצבא צרפת, כדי לנצל את יתרונותיו הרבים על האבש"ש. מדינות אירופאיות אחרות הצטרפו במהירות והחלו לייצר גרסאות שלהן ל-Poudre B, כאשר הראשונות היו גרמניה ואוסטריה, אשר הציגו כלי-נשק חדשים כבר ב-1888.

באותו הזמן, בבריטניה, ב-1887, אלפרד נובל פיתח אבק שרפה נטול עשן בשם בוליסטייט. גרסה שונה מעט של החומר הוצגה על ידי פרדריק אבל וג'יימס דיוור, והפכה להיות מוכרת בשם קורדיט. הדבר הוביל למאבק ממושך בבריטניה על הפרת הפטנט בין נובל לשני הממציאים האחרים. בארצות הברית, הפטנט על אבק שרפה נטול עשן נרשם על שמו על הדסון מקסים, ממציא אמריקאי. חומרים אלה היו יותר יציבים (ולכן בטוחים יותר) וגם עוצמתיים יותר מה-Poudre B של ווייל.

השלכות בהמשך
אבק שרפה חסר עשן היה זה שאפשר בהמשך את פיתוחם של כלי נשק אוטומטיים וחצי-אוטומטיים. בעוד שבשימוש באבש"ש, תוצרי הבעירה המוצקים הצטברו בתוך כלי הנשק ויצרו שכבת חומרים בעלי תכונות משתכות (קורוזיביות) והיגרוסקופיות (סופחות מים), אבש"ר לא גרם לכך ותכנון נשק אוטומטי (ובעל חלקים נעים רבים) הפך להיות אפשרי.

כיום אבש"ר חד ודו-בסיסי מהווה את רוב חומרי ההדף בכלי ירי, כך שבדרך כלל התייחסויות מודרניות לאבק שרפה הן למעשה לאבש"ר,  במיוחד כאשר מדברים על תחמושת כלי נשק קטנים.

קישורים חיצוניים
 כתבה בנושא "ייצור וניתוח אבק שרפה נטול עשן" (אנגלית)

ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
חומרי נפץ
אבקות