Способы увеличения дальности стрельбы хорошо известны — повышение начальной скорости снаряда, подбор угла возвышения, улучшение аэродинамической формы снаряда. Для повышения скорости увеличивают метательный пороховой заряд: при сверхдальней стрельбе он должен был в 1,5—2 раза превосходить снаряд по массе. Чтобы пороховые газы смогли произвести большую работу, удлиняют ствол. А для повышения среднего давления в канале ствола, определяющего скорость снаряда, применяли прогрессивно горящие пороха (в них по мере выгорания зерна увеличивается поверхность, охваченная пламенем, отчего возрастает скорость образования пороховых газов). Изменение формы снаряда — удлинение головной части, сужение хвостовой — имело целью улучшить его обтекаемость потоком воздуха. Но при этом уменьшались полезный объем и мощь снаряда. Кроме того, потери скорости из-за сопротивления воздуха можно сократить увеличением поперечной нагрузки, то есть отношения массы снаряда к площади его наибольшего поперечного сечения. Другими словами, снаряд в этом случае необходимо удлинить. При этом нужно было гарантировать его устойчивость в полете, обеспечив высокую скорость вращения. Были и другие специфические проблемы. В частности, в дальнобойных орудиях обычные медные ведущие пояски снарядов часто не выдерживали очень высокого давления и не могли правильно «вести» снаряд по нарезам ствола. Вспомнили полигональные (в форме закрученной винтом продолговатой призмы) снаряды, с которыми экспериментировал Витворт в 1860-е годы. После Первой мировой войны видный французский артиллерист Шарбонье трансформировал эту идею в снаряды с готовыми выступами («нарезные»), форма которых повторяла нарезы канала ствола. Опыты с полигональными и «нарезными» снарядами начали в ряде стран. Снаряд удавалось удлинить до 6—10 калибров, а поскольку затраты энергии на форсирование и трение были меньше, чем при ведущих поясках, удавалось получать большие дальности даже при более тяжелых снарядах. Во второй половине 1930-х считалось вполне вероятным, «что в ближайшем будущем появятся орудия калибром 500—600 мм, стреляющие на дистанцию в 120—150 км». При этом просто «дальнобойными» считали буксируемые орудия с дальностью стрельбы до 30 км и железнодорожные — с дальностью до 60 км.
Советские опыты
Разработка вопросов сверхдальней стрельбы была одной из главных задач созданной в 1918 году в РСФСР Комиссии особых артиллерийских опытов. Председатель Комиссии известный артиллерист В.М. Трофимов предлагал проект сверхдальнобойной пушки еще в 1911 году. Теперь же у него были готовы теоретические основы стрельбы на дальности до 140 км.
Создавать гигантские орудия Советской России было накладно, да и не очень нужно. Интереснее казались «сверхдальние» снаряды к уже существующим морским пушкам, которые можно было ставить и на стационарные, и на железнодорожные установки. Тем более что для линкоров и береговых батарей возможность обстреливать цели со 100 км тоже была бы нелишней. Долго экспериментировали с подкалиберными снарядами. Дальнобойный подкалиберный снаряд еще в 1917 году предлагал другой видный русский артиллерист Е.А. Беркалов. Калибр «активного» снаряда был меньше калибра ствола, так что выигрыш в скорости сопровождался проигрышем в «могуществе». В 1930-м снаряд системы Беркалова к морской пушке «улетел» на 90 км. В 1937 году за счет сочетания рассверленного до 368 мм ствола, 220-мм снаряда массой 140 кг, «пояскового» поддона и заряда пороха в 223 кг удалось получить начальную скорость 1 390 м/с, что обеспечивало дальность 120 км. То есть та же дальность, что у германской «Колоссали», достигалась с более тяжелым снарядом, а главное — на основе пушки с длиной ствола всего 52 калибра. Оставалось решить еще ряд проблем с меткостью стрельбы. Шли работы и над «звездчатыми» поддонами с готовыми выступами — соединение идей готовых выступов и отделяемого поддона казалось многообещающим. Но все работы прервала Великая Отечественная война — перед конструкторами встали более насущные задачи.
Исследовательские и опытно-конструкторские работы по снарядам, зарядам, стволам для сверхдальнобойной артиллерии способствовали успехам и в других отраслях. Скажем, приемы повышения начальной скорости снаряда пригодились в противотанковой артиллерии. Работы по сверхдальней стрельбе ускорили развитие топографической и метеорологической служб артиллерии, стимулировали работы по астрономическому определению координат, аэрологии, новым методам расчета исходных данных для стрельбы, механическим счетным устройствам.
Сверхдальности или сверхвысоты?
Уже в середине 1930-х у сверхдальнобойных пушек наметился серьезный конкурент в виде ракет. Ряд специалистов признавали, что разговоры о ракетах, разрабатываемых для переброски почты или межпланетных сообщений, на самом деле лишь прикрытие для работ военного назначения, результаты которых смогут «в корне изменить методы боевых действий». Французский инженер Л. Дамблян, например, предложил проект баллистической ракеты с наклонным стартом из артиллерийского орудия и дальностью полета до 140 км. В Германии с 1936 года уже велась работа над баллистической ракетой с дальностью полета до 275 км. С 1937 года в испытательном центре Пенемюнде доводили до ума ракету А4, ставшую более известной миру под именем «Фау-2».
С другой стороны, энтузиасты межпланетных сообщений не оставляли «артиллерийских» идей Жюля Верна. В 1920-х годах германские ученые М. Валье и Г. Оберт предложили выстрелить в сторону Луны снарядом, соорудив для этого на вершине горы близ экватора гигантскую пушку с длиной ствола 900 м. Свой вариант «космической пушки» предложил в 1928 году другой пионер космонавтики Г. фон Пирке. Дальше эскизов и расчетов дело в обоих случаях, конечно, не пошло.
Было и другое заманчивое направление достижения сверхдальностей и сверхвысот — замена энергии пороховых газов электромагнитной. Но сложности реализации оказались значительно больше ожидаемых выгод. «Магнито-фугальное» орудие русских инженеров Подольского и Ямпольского с теоретической дальностью полета до 300 км (предложенное еще в 1915 году), соленоидные орудия французов Фашона и Вильоне, «электропушки» Малеваля не пошли дальше чертежей. Идея электромагнитных орудий жива и сегодня, но даже самые многообещающие схемы рельсотронов пока остаются лишь экспериментальными лабораторными установками. Судьба исследовательских приборов оказалась уготована и «сверхскоростным» легкогазовым пушкам (у них начальная скорость снаряда достигает 5 км/с вместо обычных 1,5 у «пороховых»).