По мере того как в тридцатые годы XX века набирал обороты прогресс в области конструирования танков, их корпуса и башни становились с виду все более обтекаемыми, что позволяло броне лучше противостоять единственным бронебойным боеголовкам того времени - простым стальным болванкам.
Пробивать броневые листы производители боеприпасов научились довольно давно уже с шестидесятых годов XIX века им приходилось иметь дело с покрытыми сталью боевыми кораблями. Единственная трудность заключалась в том, чтобы использовать отработанные на 12-дюйм. (306-мм) орудиях технологии, подогнав их к вооружению куда более скромных калибров - обычно 37 или 40 мм. Немаловажным осложняющим задачу фактором являлось тут и то, что те, кто выпускал броневые листы, нажили немалый опыт по части того, как сделать их наименее уязвимыми и способными лучшим образом защищать линкоры от вражеского огня. В двадцатые годы XX столетия, когда самым мощным боеприпасом служили 20-мм боеголовки или пули противотанковых ружей, адекватным считалось 10-мм бронирование из поверхностно упрочненной стали. В середине тридцатых годов появились противотанковые стволы калибра 37 и 40 мм, обладавшие куда более высокой бронепробиваемостью, что отозвалось внедрением литья, наклонной брони и закругленных форм башен, «скатной» лобовой брони корпусов, узлы которых теперь скреплялись, по большей части, сварными швами, нежели заклепками, которые часто вылетали при попадании и порой служили для экипажа источником большей опасности, чем сам угодивший в танк снаряд. Кроме того, не будем забывать об увеличении скорости и ставшем возможным за счет усовершенствований ходовой части повышении маневренности. Попасть в танк становилось намного труднее.
Ответом разработчиков орудий стало увеличение массы и скорости полета снаряда, чтобы сократить продолжительность его «нахождения в пути». Возрастание скорости означало также и повышение кинетической энергии, а следовательно, и большую вероятность пробивания броневого листа. Вместе с тем, когда пушки стали более тяжелыми, выявился неприятный физический фактор: при столкновении снаряда с броневым листом на скорости свыше 750 м в секунду стальная болванка разлеталась на куски, не причиняя бронированию никакого вреда. Проблема тем более обострилась, когда конструкторы стали применять особо поверхностно усиленное бронирование.
Существовало два типа брони: гомогенная, или, иначе, однородная - имеющая одинаковую прочность или ударовязкость на всех уровнях, или же поверхностно упрочненная. Стальное бронирование, появившееся на исходе семидесятых годов XIX века, было сплошь однородным, т.е. представляло собой сплав из стали, никеля и прочих «сверхсекретных» компонентов, так что основную ставку разработчики делали на толщину листа. Однако строители пушек просто увеличивали калибр, что позволяло их снарядам пронизывать бронирование кораблей. Можно было, конечно, значительно повысить твердость металла за счет закаливания, однако при этом падала вязкость, и чрезвычайно твердая броневая плита просто разлеталась на части при встрече с боеголовкой.
Так, в начале восьмидесятых годов XIX века изготовители стали изобрели «сложную» броню, в которой относительно тонкие и экстремально закаленные слои были сплавлены с толстыми и вязкими слоями обычной гомогенной. Жесткая составляющая не давала снаряду пробить лист, тогда как другая - более мягкая - принимала на себя энергию удара и предотвращала разрушение хрупкого слоя. Затем, примерно в 1890 г., американский инженер Г.А. Харви изобрел метод «карбюризирования» стальных пластин путем нанесения древесного угля на их поверхность и последующего их прокаливания в печах в течение нескольких часов или даже дней, чтобы сталь абсорбировала содержавшийся в угле углерод, обеспечивая листу особую прочность поверхности, при этом не влияя на свойства остальной его части. И вот наконец в 1895 г. появился «металлокерамический твердый сплав Круппа», при разработке которого Крупп, что называется, перевернул все с ног на голову, представив пластину с вязким фронтом и особо закаленной «подкладкой» так, чтобы снаряд, пробивая вязкие слои, потерял свою энергию и остановился, столкнувшись с жестким.
Толщина брони линкоров и броненосцев позволяла сполна воспользоваться преимуществами инновации Круппа, которую скоро стали применять изготовители бронирования по всему свету, между тем в том, что касается более тонкой танковой брони, ничего подобного не произошло. Итак, проектировщики танков и в 1940 г. продолжали полагаться на простую поверхностно упрочненную сталь (высокоуглеродистую), а стало быть, неудивительно, что, принимая во внимание рост скоростных характеристик полета снарядов орудий калибра вплоть до 75 мм, оружейники столкнулись с проблемой «разрушения боеголовки».
Справиться с этим удалось за счет внедрения колпачка, или насадки, из более мягкого металла, которыми снабжались носы болванок из закаленной стали. Колпачок принимал на себя энергию, возникавшую при столкновении с броневым листом, и распределял ее равномерно по всему диаметру боеголовки, защищая от разрушения острие болванки. Учитывая скорость полета снаряда, более мягкий металл колпачка просто плавился в момент соприкосновения с преградой, превращаясь в своего рода смазку, облегчавшую стальной сердцевине процесс проникновения через слои поверхностно упрочненной стали.
Беда, однако, состояла в том, что колпачок ухудшал баллистическую форму боеголовки, в результате чего снаряд отклонялся от траектории, а посему пришлось снабдить его дополнительным колпачком, или баллистическим наконечником, помещаемым перед «проникающей» насадкой, что обеспечивало снаряду надлежащую «аэродинамическую» форму и снижало рассеивание огня.
В итоге танковое бронирование достигло такой толщины и такой прочности, что даже боеголовки со всеми насадками не могли пробить его. Перед производителями орудий открывалось два пути: изготавливать более крупные стволы или же попробовать придумать нечто особенное для повышения эффективности боеприпасов. Сама по себе проблема строительства более мощных пушек проблемой в сугубо техническом смысле не являлась - уж если люди научились производить 16-дюйм. (406-мм) пушки для линкоров, то наладить выпуск орудий куда меньшего калибра для противодействия танкам не составило бы большого труда. Трудности лежали в тактической плоскости: для более крупной пушки потребовался более сильный тягач, приходилось рыть более глубокие и широкие орудийные окопы, как-то справляться с проблемой выкатывания противотанковой пушки на позицию, не говоря уже о том, как тяжело подавать «набравшие в массе» боеприпасы. Кроме того, с увеличением калибра ствола пришлось увеличивать и противооткатную систему. Одним словом - нежелательный рост веса и размеров. Производителям пушек и боеприпасов приходилось все время помнить о тесных весовых рамках. В общем, разработчики орудий выбрали весь свой лимит, теперь слово оставалось за конструкторами боеприпасов.
Задача была двоякой: в первую очередь надлежало как-то повысить скорость, что позволило бы преодолевать бронирование, которое у каждого следующего поколения танков ставилось все более толстым, при этом нельзя было упускать из вида проблему разрушения боеголовки. Решение последней задачи, казалось, лежало на поверхности -отказаться от стали и перейти к более твердым материалам. Выбор пал на карбид вольфрама (по сути дела, единственный более твердый материал, который существовал в природе в достаточных для его массового использования количествах). К сожалению, плотность карбида вольфрама по отношению к стали составляла 1,6 что, говоря иными словами, означало, что он имел на 60 процентов больший удельный вес. Таким образом, 57-мм выстрел 6-фунт. противотанковой пушки, весивший 6 фунт. (2,7 кг), при переходе на вольфрам стал бы весить 9,5-фунт. (4,3 кг). Такую головку было бы труднее разогнать до нужной скорости, а следовательно, движущий заряд, применяемый со стальной головкой, был бы недостаточным для вольфрамовой. Прежде всего, давление в стволе при такой боеголовке превысило бы допустимые нормы, и даже если бы орудие не разорвало, все равно, на выходе из ствола снаряд из вольфрама не достиг бы той же скорости, которой достигала стальная боеголовка. А в этом случае не было никакого смысла менять стальной выстрел на вольфрамовый.
