Заслуга в применении другого вещества для изготовления бездымных порохов (нитроглицерина) также принадлежит русским ученым — В. Ф. Петрушевскому и Н. Н. Зинину. В. Ф. Петрушевский первым получил из нитроглицерина динамит и использовал его в разрывных снарядах и подводных минах.

До появления казнозарядных нарезных пушек развитие артиллерии базировалось в основном на опыте. Во второй половине XIX в. техника достигла такого уровня, что без глубокой научной основы дальнейшее сколько-нибудь значительное развитие артиллерии стало немыслимым.

В самом деле, дальность стрельбы полевых орудий возросла до 4000–4500 м. Чтобы добиться меткой стрельбы на такую дальность, нужно было теоретически исследовать законы движения снаряда в воздухе. Чтобы еще больше увеличить дальность стрельбы, требовалось увеличить скорость полета снарядов, а этого можно было достигнуть в основном путем увеличения зарядов. Однако литые медные и чугунные стволы не выдерживали высокого давления пороховых газов, следовательно, требовалось найти более прочный материал для изготовления стволов.

Нельзя также было без глубоких научных изысканий создать надежно действующие трубки и взрыватели для снарядов, более мощные снаряды. Чугунные снаряды имели толстостенные корпуса. Длина их не превышала 2–2,5 калибра.

В такой снаряд нельзя было вложить большой разрывной заряд или большее количество пуль (шрапнели), а значит, трудно было сколько-нибудь заметно увеличить его мощность.

Проблемы, стоявшие перед артиллерией, были успешно разрешены русскими учеными-артиллеристами во второй половине XIX в.

На помощь военной науке пришли ученые, казалось бы, не имевшие отношения к армии. Так, например, всемирно известные русские ученые-математики Н. И. Лобачевский, П. Л. Чебышев, М. В. Остроградский и А. М. Ляпунов своими исследованиями помогли разработать многие очень важные вопросы таких специально артиллерийских наук, как внутренняя баллистика, внешняя баллистика и стрельба; великий химик Д. И. Менделеев сделал исключительно ценный вклад в дело создания новых, более совершенных артиллерийских порохов.

С давних пор русские ученые вели работы по изысканию стали, пригодной для изготовления орудийных стволов. Наилучших результатов добился инженер П. М. Обухов. Созданная им тигельная сталь благодаря удачному подбору чугуна и магнитного железняка оказалась лучше крупповской стали, которая ввозилась в Россию из-за границы. В 1860 г. впервые в мире, опережая на много лет Круппа, из стали Обухова было изготовлено орудие, из которого на испытаниях было сделано 4000 выстрелов. Заметного понижения точности стрельбы при этом не наблюдалось, и орудие из строя не вышло.

Примером мастерства оружейников является пушка, которую несколько лет тому назад водрузили на пьедестал на Мотовилихинском заводе. Пермская «царь-пушка» была создана в 1868 г. во времена «битвы железных канцлеров» — Александра Михайловича Горчакова и Отто фон Бисмарка.

Россия должна была обезопасить себя от неожиданного вторжения. Тогда-то в 1868 г. уральские металлурги и оружейники и отлили из слитка весом 4000 пудов огромную пушку. Предназначалась она для защиты Петербурга со стороны моря и должна была занять свое место в Кронштадте, на форту Константин.

Во время заводских испытаний пороховой заряд последовательно увеличивали до 120 килограммов. Пушка произвела при испытаниях 314 выстрелов ядрами и бомбами разных систем, при постоянном угле возвышения, на дальность до 8 километров. Окончательные испытания намечалось провести в Кронштадте по морским целям.

Заряжение пушки осуществлялось с дульной части ствола строго последовательно. Сначала закладывали пороховой заряд, затем ядро или бомбу весом 480 килограммов. Эта операция производилась при помощи системы полиспастов, подвешиваемых на особые крюки, встроенные в обрез ствола. Бомбу клали в специальную люльку или «корзину» и по команде дружно поднимали к жерлу орудия, затем «корзина» опрокидывалась и бомба сама вкатывалась в канал ствола.

Во время испытаний на месте падения ядер и бомб начисто срезались или разносились в щепу 300-летние сосны. Здесь же специалисты определяли кучность стрельбы, рассеивание и другие параметры баллистики.

Уникальное орудие было отлито из закаленного чугуна очень высокого качества по «уральскому методу». Плавка велась из лучших местных руд — магнитного железняка с рек Чусовой и Косьвы, а также «железного блеска» с реки Вишеры. Уголь шел древесный, от углежогов Добрянского завода, он придавал металлу свойство сопротивления ржавчине, потому что в «железном блеске» практически не было серы.

На Мотовилихинском заводе действовал 50-тонный паровой молот, превосходивший по своей мощности агрегаты этого типа на заводах Круппа. Когда ствол пушки окончательно обработали, его вес оказался равным 2800 пудов (45,9 т) при калибре 20 дюймов (508 мм). Напомним для сравнения данные Царь-пушки, отлитой знаменитым мастером Андреем Чеховым в 1586 г. в Москве по приказу царя Федора Иоанновича. Вес пушки 2400 пудов (39 312 кг). Дульная часть ствола внутри имеет диаметр 92 см. Длина ствола этого огромного орудия 5 метров 34 сантиметра. Однако московская Царь-пушка в отличие от уральской предназначалась для стрельбы только картечью (дробом), а не ядрами. По этой причине ее называли «дробовиком Российским». Долгое время она стояла на специальном деревянном лафете в Китай-городе и в случае нашествия кочевников должна была обстреливать переправу через Москву-реку и охранять главные ворота Кремля.

Уральская «царь-пушка» была много больше, стреляла ядрами и на большую дальность.

Однако этому «суперорудию» не суждено было попасть в Кронштадт. В Златоусте начал варить превосходную пушечную сталь инженер-изобретатель Павел Матвеевич Обухов, надобность в пушке отпала. Однако императором Александром II было принято решение ее сохранить как историческую реликвию для потомства.

Так и простояла пушка за проходной завода более 120 лет.

В 1863 г. под Петербургом был пущен специальный завод по изготовлению крупных орудийных стволов по методике, разработанной Обуховым. Этот завод стал называться Обуховским (ныне завод «Большевик»).

Стальной орудийный ствол крупного калибра в то время было очень трудно изготовить. Сталь варили в тиглях — специальных сосудах из огнеупорного материала, вмещавших всего по несколько десятков килограммов стали. Для ствола же нужна была болванка весом в несколько сот, а то и более тысячи килограммов. Поэтому требовалось варить для одного ствола совершенно одинаковую сталь сразу во многих тиглях. Это представляло большую трудность для литейщиков и требовало от них особого мастерства.

Обуховский сталелитейный завод по тому времени был весьма совершенным. На нем работали прекрасные сталевары, приглашенные Обуховым из Златоуста. Отливаемая на заводе сталь по своему химическому составу была безукоризненной. Однако вскоре обнаружилось, что некоторые стволы, изготовленные из этой стали, при стрельбе разрывались. Выяснением причин этого явления занялись многие специалисты, в том числе молодой инженер Дмитрий Константинович Чернов (1839–1921), снискавший впоследствии всемирную известность как основатель науки о металле. Тщательно анализируя процессы горячей обработки стали и ее структуру (внутреннее строение), он открыл, что при нагревании сталь не остается неизменной, при определенной температуре она претерпевает особые структурные превращения. Ее внутреннее строение (кристаллизация) меняется. Вместе с тем меняются и ее свойства.