Изобретение унитарных патронов с металлической гильзой решило большинство проблем, возникавших при разработке казнозарядного оружия, однако гильза (при всех своих плюсах) значительно утяжелила патрон. Так, если шестилинейный бумажный патрон винтовки Карле весил 10 золотников (42,66 г), то такого же калибра патрон в латунной гильзе для винтовки Крнка - уже 12,7 золотника (54,18 г). Таким образом, минимальный, по мнению военных, носимый боекомплект в 60 патронов тянул 3,25 кг. (Для справки: носимый боекомплект автомата АК74, составляющий 180 патронов: 4 магазина, 4 обоймы - весит приблизительно 2,7 кг).
В то же время, увеличившаяся скорострельность оружия требовала увеличения боекомплекта. Выходом из сложившейся ситуации стало уменьшение калибра оружия с 6 (15,24 мм) до 4,2 линий (10,668 мм). (В истории это уменьшение названо вторым, считая за первое уменьшение калибра с 7,1 до 6 линий).
Хайрам Бердан родился в 1824 году в штате Нью-Йорк, в колледже получил образование инженера-механика, активно увлекался стрелковым спортом, в 1861 году стал чемпионом Северных штатов по стрельбе из винтовки. Во время гражданской войны (1861-1865) поступил на службу в армию северян, где организовал полк снайперов, одним из отличий которого было введённое Берданом однообразное вооружение: по разным источникам - винтовки Шарп или Спрингфильд. Полк настолько хорошо показал себя в боях, что командование присвоило не имевшему военного образования Бердану чин полковника (по другим публикациям - бригадного генерала, личным указом Линкольна).
В 1864 году Бердан уволился со службы и полностью занялся изобретательской деятельностью. Нельзя сказать, что он был новичком в этом деле: ещё в 1847 году он получил свой первый патент на молочный сепаратор и основал фирму по производству сельхозтехники; в 1853 разработал промывочную машину для золотых приисков, на которой очень неплохо заработал; в 1858 участвовал в разработке оборудования для прокладки трансатлантического телеграфного кабеля. Теперь, обогащённый боевым опытом, он обратился к военной технике. Разработал дистанционную трубку для артиллерийского снаряда, инженерную мину, но основное внимание уделял стрелковому оружию. Всего за пару лет им были разработаны несколько систем оружия, одна из которых в 1865 году была принята в Испании для переделки дульнозарядных винтовок. Умер в 1893 году.
Основным преимуществом патрона Бердана была предложенная им совместно с инженером Хоббсом в 1866 году цельнотянутая латунная гильза, показавшая большую прочность в сравнении со сборными гильзами центрального воспламенения.
В новом патроне проблема прочности полой закраины была решена запрессовкой внутрь гильзы короткой чашечки из того же металла. При выстреле пороховые газы прижимали чашечку ко дну и стенкам гильзы, и толщина металла в районе закраины как бы удваивалась.
Позднее, уже в России, патрон обрёл свой окончательный вид. Патрон состоял из цельнотянутой латунной гильзы с капсюлем, заряда дымного пороха, просальника и пули.
Пуля штампованная или литая из чистого свинца, весом 5,63 золотника (24,16 г) была сплошная, диаметр цилиндрической части пули был равен диаметру канала ствола по полям, длина - приблизительно 2,5 калибра, по принятой в то время терминологии, «сжимательной по длине системы». От возникающих при выстреле перегрузок пуля осаживалась, т. е. укорачиваясь по длине, увеличивалась в диаметре и заполняла нарезы. Применение в качестве материала пули чистого свинца, который значительно мягче свинцово-сурьмянных сплавов старых пуль, позволило улучшить заполнение нарезов и уменьшило их износ. Носовая часть пули была скруглена, приблизительно на две трети хтины пуля была завернута в два слоя тонкой льняной бумаги (бумага, сырьём для которой послужило льняное тряпьё, а не древесная целлюлоза), на дне имелось углубление, куда укладывалась скрутка обертки. Обертка выполняла роль оболочки, предохраняя нарезы ствола от о свинцовки; у патронов пехотной винтовки она была белого цвета, у патронов с уменьшенным зарядом - для драгунской и казачьей винтовок и карабина - розовая.
Для четырёхлинейного патрона сотрудником Охтенского порохового завода капитаном Кайгородовым был разработан новый состав пороха, состоящий из 77 % селитры, 8 % серы и 15 % бурого, т. е. не полностью обожжённого угля. Зёрна пороха размером 2 - 3,5 точки (0,508 - 0,889 мм) имели неправильную угловатую форму, плотность их была выше, что позволило увеличить заряд. Также для увеличения плотности заряжания с 1876 года ввели утряску заряда в гильзе. Новый «бурый» ружейный порох воспламенялся легче, но горел медленнее, чем обеспечивал плавный разгон пули в стволе и предотвращал её срыв с нарезов. Заряд пехотной винтовки составлял 1,16 золотника (5,07 г), драгунской казачьей и карабина - 1 золотник (4,265 г). Уменьшение заряда не было связано с какими-либо конструктивными ограничениями, узел запирания всех винтовок был одинаковым, этим пытались уменьшить отдачу при стрельбе из более лёгкого оружия.
Просальник представлял собой цилиндр диаметром в калибр и высотой приблизительно в половину калибра, отлитый из смеси животного жира с воском, вставленный в бумажную чашечку. Он вкладывался в гильзу под пулю донышком чашечки к заряду. При хранении чашечка отделяла просальник от заряда, не позволяя жиру испортить порох, при выстреле чашечка выполняла роль пыжа-обтюратора, а материал просальника плавился под действием пороховых газов и смазывал ствол, что размягчало пороховой нагар, облегчая чистку. В патрон для кавалерийских винтовок вкладывалось два просальника.
Общий вес патрона составил 39,4 г.
Летом 1870 года, после устранения замечаний, выявленных в ходе испытаний (было внесено 15 изменений) винтовка была принята на вооружение под названием «винтовка обр. 1870 г.» или «Бердана № 2».
Пехотная и драгунская винтовки впервые в русской армии комплектовались четырехгранными штыками игольчатого типа вместо трехгранных. Штыки несколько различались между собой. Пехотный штык крепился за специальный штыковой целик, расположенный на стволе справа, а штык драгунской винтовки - непосредственно за основание мушки. Кроме этого, штык драгунской винтовки был несколько короче и легче штыка пехотной винтовки, именно он позднее послужил прототипом штыка для винтовки Мосина.
Переход на уменьшенный калибр потребовал и изменений в технологии получения ствола. Прежняя технология производства ствола кузнечной сваркой не могла обеспечить ни требуемой прочности, ни точности изготовления канала, ни производительности. Канал ствола стали получать глубоким сверлением с последующим развертыванием, нарезы выполняли специальным инструментом - шпалером на столонарезных станках. В 1874 -1891 гг. на Ижевском оружейном заводе было изготовлено свыше 1,2 млн. винтовок. Ижевский завод производил пехотные и казачьи винтовки, которые в солдатском обиходе получили название "берданка".
Винтовка Бердана состояла на вооружении русской армии до 1891 года, когда на смену ей пришла винтовка Мосина под патрон с бездымным порохом. После перевооружения трехлинейной винтовкой винтовки Бердана переделывались в охотничьи. Большая часть распроданных винтовок переделывалась казёнными и частными оружейными заводами под дробовики от 32 до 20 калибра. В Ижевске, в частности, этим занимались как оружейный завод, так и фабриканты Петров, Березин, Евдокимов. Переделочные ружья были недорогими, поскольку большая часть деталей оставалась неизменной или подвергалась незначительным переделкам; так, стволы дробовиков 32, 28, и 24 калибров получали из родных винтовочных стволов рассверливанием канала и патронника. Большим переделкам подвергались винтовки при конверсии их в 20 калибр, приходилось изготовлять новый ствол, боевую личинку затвора большего диаметра, растачивать под новую личинку канал ствольной коробки. Ложи обычно использовались штатные, с укороченным цевьем и утоненной шейкой приклада, для более дорогих экземпляров изготовлялась ложа охотничьего типа.
Подробнее прочитать "Винтовка Бердана "Горбунов С.Д. можно в "Из истории оружейного дела. Сборник статей. Выпуск №9" 2017 г.