Lodní railgun. Railgun - zbraň budoucnosti
Vysoká rychlost zrychlení railgunu je způsobena prací elektromagnetických Lorentzových sil v mechanismu zbraně. Vznikají a začnou působit na střelu, když se zkratují dvě paralelní vodicí lišty s proudem (se znaménkem mínus a plus) poté, co je na ně přiveden velmi silný, ale velmi krátký proudový impuls. Jako proud uzavírající prvek se používá speciální armatura se zabudovanou střelou nebo střela samotná, ležící na kolejnicích a uzavírající je. Lorentzovy síly jsou nasměrovány tak, aby vytlačily projektil z děla a ten vyletěl z hlavně hypersonická rychlost. Zrychlení střely usnadňuje i tlak plazmy, která se za střelou tvoří působením mohutného obloukového výboje. Plazma při rychlosti 50-100 km/h působí na projektil jako jakýsi silný tryskový proud.
Kolejnice jsou drahé a zranitelné
V amerických experimentech vytvořit elektromagnetické zbraně Obvykle se používá jako výztuž speciální formulář„bota“, ve které je střela zajištěna. Tato konstrukce eliminuje kontakt střely s kolejnicemi. Vodítka vyrobená z postříbřené bezkyslíkaté mědi jsou vysoce náchylná na opotřebení třením a erozí. Při použití kovových projektilů, které svým „tělem“ provedou zkrat, je nutná výměna kolejnic po dvou až třech výstřelech.
Název „railgun“ vymyslel v 50. letech minulého století akademik L. Artsimovich, světový odborník v oblasti termonukleární fúze a fyziky vysokoteplotního plazmatu. Plazmový urychlovač, který vynalezl, byl pokročilý Nobelova cena, ale SSSR odstranil vědeckou kandidaturu z diskuse kvůli utajení vývoje.
Samotný projektil je vyroben ze žáruvzdorného wolframu. Vysoká hustota tohoto kovu umožňuje i těžkou střelu udělat malou, což řeší problém umístění munice do omezených objemů nabíjecích přihrádek nebo zásobníků střel.
Není to však jen rychlé opotřebení kolejnic, které brání tomu, aby se railgun proměnil v superzbraň, existují i další překážky. V první řadě jsou to napájecí zdroje. Railgun vyžaduje výkonný napájecí systém ve formě unipolárních generátorů, kompulzorů a megawattových ionistorových kondenzátorů. Tato zařízení umožňují generovat velmi silný krátký elektrický impuls přenášený na kolejnice. V laboratorní podmínky můžete se smířit s jednotkami vybavení, které mají značnou velikost a hmotnost. V námořnictvu faktor hmotnosti a objemu také není tak významný: loď má dostatečný výtlak, aby se do ní kromě samotných hlavněch zbraní vešlo 130 tun vybavení.
Blitzer railgun, vyráběný General Atomics (USA), je umístěn na dvou přívěsech - na jednom samotné dělo a na druhém elektrárna. Vývoj EMF začal v roce 2005 a byl dokončen v roce 2011.
U pozemních vojenských railgunů se problém zdá být složitější. Pokud byste vybavení umístili na podvozek tanku, museli byste do bitvy vést 78tunové monstrum. Řešením bylo distribuovat instalaci mezi dva automobilové přívěsy (na jednom samotné dělo, na druhém - „energie“), tato možnost byla implementována v americké armádě Blitzer. Další tahač s návěsem byl předán na kontrolní stanoviště. Pro napájení lodních railgunů (na high-tech torpédoborcích projektu Zumwalt budou pravděpodobně dva) je zajištěna výkonová rezerva lodní instalace (vyhrazená pouze pro railguny) minimálně 35-45 MW. Energie by měla stačit k urychlení střely na 2000-2500 m/s. Poté, co obdržel úsťovou energii 64 MJ, bude schopen letět do vzdálenosti až 400 km a po úspoře 20 MJ energie zasáhnout cíl silným kinetickým úderem. Již bylo spočítáno, že takový projektil o hmotnosti 18-20 kg, který zasáhne letadlovou loď, vyvolá účinek jaderného úderu.
32 golfů na cíl
Armádní děla mají kratší dostřel - 80-160 km, a proto bude „energie“ pro výstřely vyžadovat přibližně polovinu energie než loď. Pro informaci: osobní automobil Golf má energii 1 MJ při rychlosti 160 km/h. Střela railgun o hmotnosti 10 kg s úsťovou energií 32 MJ při rychlosti 2500 m/s je schopna prorazit tři betonové stěny nebo šest 12mm ocelových plechů, což je ekvivalentní explozi 150 kg TNT.
Vážné překážky na cestě široké použití railguns jsou rezonanční jevy v kolejnicovém systému a efekt odtlačování kolejnic od působení Lorentzových sil, elektromagnetická kompatibilita s elektronickými systémy zbraně, nutnost chlazení hlavně a elektronických jednotek atd.
Během testování v plném rozsahu byla také zjištěna potřeba rychlého nabití zbraně, aby se zvýšila rychlost střelby alespoň až 6-10 ran za minutu. V letošním roce ve spolupráci s Americký vojensko-průmyslový komplex Britská společnost Společnost BAE Systems provedla palebné testy na cvičišti amerického námořnictva ve Virginii. Jak Britové říkají, v příštích několika letech očekávají zvýšení rychlosti střelby své instalace na 10 ran za minutu s hmotností projektilu 16 kg, takže tento problém postupně nachází řešení.
Odhadovaná hmotnost střely: 18 kg; Úsťová rychlost: 2,5 km/s (7,5 Mach), dvakrát větší než u konvenčních děl; Dojezd: 400 km (pro konvenční lodní děla- ne více než 80 km); Projektil: ničí cíl díky energii dopadu, neobsahuje výbušniny; Délka hlavně: 10m
Nezničitelná elektronika
Střela má pro hypersoniky nejvhodnější kónický podlouhlý tvar s mírně tupou špičkou - jedná se o jakousi špičatou tyč. Stabilizátor v ocasní části umožňuje udržet projektil na jeho dráze letu. Vytvoření takové munice je další problematickou oblastí programu railgun.
Spojené státy vyvíjejí jednotný hypersonický projektil HVP od roku 2012 a dnes již prochází požárními testy. Je unifikovaný, protože se bude používat nejen v railgunech, ale i v obyčejných lodní děla různých ráží, které chtějí nechat smíchané s railguny na torpédoborcích Zumwalt. Stejná munice bude použita v pozemních zbraních.
Aby byl HVP vhodný pro zbraně různých ráží, bude se vyrábět v podkaliberních verzích se střelou v pánvi pro každou konkrétní ráži. Když sestava opustí hlaveň, paleta se rozbije na kusy a dál letí jen střela. V testech v roce 2015 byl HVP vystřelen ráží 90 mm a délkou 609 mm. Samotný projektil váží 12,7 kg, celá sestava pak 18,5 kg. Zbývajících 5,8 kg je paleta.
Střela je umístěna mezi dvě vodivé kolejnice. Výztuha chrání kolejnice před přímým kontaktem s projektilem
Projektily HVP plánují upravit za letu, k čemuž budou vybaveny modulem přesného navádění, který spolupracuje se systémem GPS. Američané řekli, že už mají funkční elektronické systémy ovládací prvky, které vydrží přetížení 30 000 - 40 000 g při zrychlení, vystavení teplotám plazmy 20 000 - 25 000 stupňů a elektromagnetickým polím s ultra vysokým výkonem. Existují důkazy o úspěšných testech takových střel v roce 2016. Očekává se, že úplný vývoj HVP bude dokončen do roku 2020 a do roku 2025 budou převedeny do série. Řídící jednotka povede ke zdražení střely, která v původní (bez elektroniky) verze stojí 25 tisíc dolarů. Ale stále je to výrazně levnější než lodní řízené střely, které stojí 0,5–1,5 milionu.
Tři gramy monstrózní síly
Zvláštností amerického přístupu k vývoji railgunu je postupné zvyšování schopností s důsledným dosahováním vylepšených parametrů: rychlost zrychlení střely z 2000 na 3000 m/s, dostřel od 80-160 do 400-440 km, ústí energie střely od 32 do 124 MJ, hmotnost střely od 2−3 do 18−20 kg, rychlost střelby od 2−3 ran za minutu do 8−12, výkon energetických zdrojů od 15 do více než 40−45 MW , životnost hlavně od středních 100 ran do roku 2018 na 1000 ran do roku 2025, délka trupu od počátečních 6 m do konečných 10 m.
Takové informace se v Rusku oficiálně nezveřejňují, ale loni první místopředseda Výboru pro obranu Rady federace Franz Klincevich uvedl, že v naší zemi aktivně probíhají práce v oblasti vytváření elektromagnetických zbraní.
Úspěšné testy railgunu (ač ne bojové třídy, ale laboratorní třídy) v Shatura u Moskvy, které byly provedeny v pobočce Spojeného ústavu pro vysoké teploty Ruské akademie věd pod vedením akademika V. Fortov, jsou dobře známé. Railgun s délkou hlavně 2 m střílel kulky o hmotnosti pár až desítek gramů. Ruské know-how – předběžné zrychlení projektilu před vhozením do hlavně – umožňuje úsťové rychlosti vyšší než ty americké. V lednu 2017 tak byla střela z hutného plastu o hmotnosti 15 g urychlena na rychlost 3000 m/s a pronikla kovovým terčem o tloušťce mnoha centimetrů. O něco dříve byla střela o hmotnosti 3 g urychlena na rychlost 6250 m/s (téměř první ve vesmíru) a při dopadu na ocelový cíl jej jednoduše vypařila.
Čína je podle tiskových zpráv ve fázi výzkumu a vývoje, který je soustředěn ve speciálně vytvořené korporaci CASIC ve Wuhan Scientific Center (WUHAN). Zástupci ČLR uvedli, že vyvíjejí pozemní railgun podobný americkému Blitzeru a slibují, že do roku 2020 vytvoří v rámci projektu 055A dělo ráže 130 mm.
Zdá se, že americká armáda má velmi ráda různé nové věci, někdy až příliš nové: buď spěchají se Strategickou obrannou iniciativou, nebo si objednávají bojový laser. A konečně, během několika posledních let společnost BAE Systems, pověřená agenturou DARPA, vyvíjela další model, který, jak se zdá, přišel do našeho světa z knih a filmů sci-fi. Jedná se o železniční pistoli, nazývanou také jako „railgun“ (z anglického railgun) nebo railgun.
Princip fungování této zázračné zbraně je poměrně jednoduchý: na dvě paralelní elektrody (stejné kolejnice) je instalován elektricky vodivý předmět, který slouží jako projektil. Do elektrod je přiváděn stejnosměrný proud, který způsobí uzavření uvolněného projektilu elektrický obvod, pod vlivem Lorentzovy síly se začíná pohybovat. Nicméně, railgun má celá sada nevýhody, což je ve skutečnosti hlavní bolest hlavy pro tvůrce takových zbraní. Railgun tedy vyžaduje proudový zdroj dostatečného výkonu v závislosti na požadovaných vlastnostech zbraně. Navíc potřebujete správným způsobem vyberte materiály kolejnic a střely: za prvé, aby se snížily ztráty způsobené odporem vodičů, a za druhé, aby nedošlo k přehřátí a poškození. Jinými slovy, vytvoření prakticky použitelného railgunu není snadný, časově náročný a velmi nákladný úkol.
Co přitahovalo americkou armádu? nový vzhled zbraně? Faktem je, že železniční dělo může urychlit malé (až 10-15 kilogramů) projektily na takové rychlosti, při kterých mohou způsobit značné poškození nepřátelského zařízení a objektů pouze díky své vlastní kinetické energii. Kromě zřejmých bojových zbraní mají tyto zbraně také výhody v dodavatelském sektoru: střelivo pro railgun je jednoduché a pohodlné a také nepodléhá detonaci, protože neobsahuje žádné výbušniny.
DARPA se začala zajímat o železniční děla v polovině 90. let. Poté, po posouzení vyhlídek na práci na tomto tématu, bylo stanoveno přibližné načasování dodání nových zbraní vojákům (po roce 2020) a jejich cílový výklenek - nahrazení stávajících dělostřeleckých zařízení ve flotile. Společnost BAE Systems brzy začala zkoumat nový směr a stavět první experimentální železniční děla s nízkou spotřebou. Postupně byly vyvinuty všechny potřebné technologie a konstrukční objevy, v jejichž důsledku se koncem roku 2006 začalo budovat plnohodnotné prototyp s úsťovou energií 10 megajoulů. Ve druhé polovině roku 2007 byly zahájeny systémové kontroly a první testovací provozy a v únoru následujícího roku byla oficiálně oznámena existence tohoto zařízení. Zároveň se objevila první videa záběrů a údaje o parametrech instalace: počáteční rychlost blanku byla 2520 metrů za vteřinu, což je osminásobek rychlosti zvuku. V prosinci 2010 se američtí konstruktéři opět „pochlubili“, ale nyní byla úsťová energie již více než 32 MJ. Stejná zbraň vypálila jubilejní tisíciletý výstřel od začátku práce na tématu. Všechny tyto experimenty jsou zajímavé, ale zatím výhradně vědecké. Faktem je, že experimentální kolejová děla sama o sobě nejsou malá - jde o konstrukci dlouhou několik desítek metrů a šířku/výšku 2,5-3 metry. A to je pouze samotný railgun, ale je také „připojen“ k odpovídající baterii kondenzátorů s generátory. Jinými slovy, současná železniční děla na to nejsou připravena praktická aplikace zbraně, ale čistě laboratorní experimentální vzorky.
Takové zbraně o velikosti celé budovy samozřejmě nikoho nezajímají. Z tohoto důvodu DARPA nedávno přilákal Raytheon, aby na něm pracoval. Smlouva za 10 miliard jí ukládá vytvořit a postavit prototyp nová elektrárna schopná dodávat energii railgunu. Z úkolu navíc vyplývá, že elektrárna bude mít rozměry a hmotnost vhodnou pro umístění na lodích. Pokud se Raytheonu podaří udělat systém zvaný PFN (Pulse Forming Network), pak jej lze v budoucnu využít nejen ve spojení s railguny, ale například i s bojovými lasery. Raytheon nemá mnoho času na vývoj a výrobu první kopie PFN, protože se plánuje zahájení testování railgunu nainstalovaného na lodi v roce 2018. Nemůžeme však vyloučit změnu termínů, možná i vícekrát.
Současně se od BAE Systems a General Atomics (tato společnost byla přitahována projektem „zdvojení“ práce) požaduje vyrobit zbraň s úsťovou energií asi 64 MJ, pozorovací dosah vypuštění devítikilogramového projektilu nejméně 450-500 kilometrů a rychlostí střelby 6-7 ran za minutu. Ze zřejmých důvodů nebyly testy v plném rozsahu dosud provedeny, ale výpočty ukazují, že 32megajoulový railgun „hází“ 10 kg munice na 350–400 kilometrů. Zatím neexistují žádné požadavky na zvýšení rychlosti střely: DARPA pravděpodobně považuje dolet a hmotnost slepého náboje za vyšší priority. Mnohem větší problémy však čekají vývojáře zbraní v oblasti „barel“. Faktem je, že enormní počáteční zrychlení střely vede k úplnému opotřebení stávajících kolejnic v 8-10 výstřelech. V souladu s tím, kromě zlepšení vlastností přímého boje, budou muset BAE Systems a General Atomics vážně upravit design.
Prvními nosiči railgunu budou torpédoborce projektu Zumwalt. Podle pověstí byly tyto lodě původně navrženy tak, aby do jejich vybavení mohly být za nízké náklady zařazeny jak nové systémy, jako je PFN, tak nové zbraně. Dodnes se neví, jak pravdivé jsou pověsti. Nicméně i z informací o Zumvoltech lze vyvodit patřičné závěry. Zdá se, že americká armáda má v úmyslu mít ve svém arzenálu kromě stávajících raket i zbraně se značným dostřelem. Je třeba poznamenat, že railgun se od nich příznivě liší tím, že každá střela stojí hodně peněz a je zničena při dosažení svého cíle. Railgun, zase stojí ještě víc, ale spotřebovávají se pouze granáty, které jsou řádově levnější než jedna střela. Navíc blank s hypersonickou rychlostí je téměř nemožné zachytit stávající prostředky. Za připomenutí stojí i americká náklonnost k útokům ze slušné vzdálenosti, na které nepřítel nebude schopen adekvátně reagovat.
V současné době je jako datum pro přijetí Zumvoltu s železničním dělostřelectvem stanovena polovina 20. let. To však vyžaduje pokračující práci a nedávno hrozilo, že projekt railgun bude opuštěn. Připomeňme, že loni na podzim americký Senát požadoval minimálně snížit výdaje na „futuristické“ programy, nebo je dokonce úplně opustit. Armádě se podařilo udržet projekt na vytvoření railgunů v plném rozsahu, ale vzduchem spouštěný laser (Boeing YAL) nebyl předurčen k pokračování v testování.
Americká společnost General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) na svém webu informovala o úspěšných testech railgunu. Zkušební střelba byla provedena na pozemním zkušebním místě Dugway v Utahu.
Railgun ( anglický název- railgun), neboli kolejový urychlovač „Blitzer“ s úsťovou energií (úsťovou rychlostí) asi tři megajoule, vypálil na zkušebním místě pět projektilů třídy „naváděcí elektronická jednotka“ (GEU) s vysokým počátečním zrychlením. Uvádí se, že projektily a jejich kritické součásti vykazovaly stabilní a stabilní „provoz“ jak v elektromagnetickém prostředí uvnitř railgunu, tak za letu.
Mimochodem, samotné slovo „railgun“ vynalezl slavný sovětský fyzik akademik L. Artsimovich.
General Atomics je americká společnost zabývající se projekty v oblasti jaderné technologie a obranné rozkazy. Umístil v San Diegu, Kalifornie. General Atomics vyvíjí širokou škálu systémů, od částí jaderného palivového cyklu po UAV, letecké senzory, pokročilou elektroniku a laserové technologie.
Skupina Electromagnetic Systems Group (EMS) dodává obranné, energetické a komerční aplikace. Vyrábí zejména lineární motory, supravodivé a klasické elektromotory, měniče, zařízení pro vysokonapěťové systémy a další zařízení pro přeměnu, skladování a přenos energie. EMS také vyvíjí elektromagnetické startovací a brzdové systémy letadlo(EMALS a AAG), elektromagnetická děla (Blitzer railgun pro americké námořnictvo a armádu a dopravní systémy Maglev.
Společnost vyvinula a úspěšně otestovala dva railguny: jeden s výkonem 3 MJ z vlastní iniciativy a druhý s výkonem 33 MJ - na objednávku Pentagonu. Zdroj byl také vyvinut a postaven elektromagnetické impulsy jak pro zbraně, tak pro střelu se vyvíjí pro protiletadlové a protiraketovou obranu a pro vysoce přesnou střelbu.
Railgun je pulzní elektrodový urychlovač hmoty, jehož princip činnosti je vysvětlen pomocí Lorentzovy síly, zaměřené na roztažení (tlačení) uzavřeného vodiče proudem a transformaci elektrická energie do kinetické energie. je slibná zbraň.
Railgun se skládá ze dvou paralelních elektrod, nazývaných kolejnice, připojených ke zdroji výkonu DC. Urychlená elektricky vodivá hmota se nachází mezi kolejnicemi, uzavírá elektrický obvod, a získává zrychlení díky Lorentzově síle působící na uzavřený vodič proudem ve vlastním magnetickém poli. Lorentzova síla působí i na koleje a vede je k vzájemnému odpuzování. Někdy se pro spojení kolejnic používá pohyblivá výztuž.
Náklady na střelu z railgunu jsou výrazně nižší než náklady na lodní střelu podobného doletu: 25 tisíc dolarů oproti 1 milionu dolarů.
Teoreticky má railgun nepochybné výhody oproti konvenčním dělům i střelám. Railgun urychluje střely na tak obrovské rychlosti, že není potřeba ani prachová náplň. Úsťová rychlost střely railgun o hmotnosti ne více než 100 gramů může být 6-10 kilometrů za sekundu Připomeňme, že jde o téměř druhou kosmickou rychlost (11,2 km/s), díky níž je dráha střely plochá. velmi dlouhou vzdálenost. Již existující railguny mohou střílet na vzdálenost až 180 kilometrů a v budoucnu se počítá s dostřelem 400 kilometrů.
Na takovou vzdálenost je nyní možné odpálit pouze rakety, které stojí miliony dolarů, a naučili se je také zachytit.
A tříkilogramový ocelový sochor letící sedminásobnou rychlostí zvuku se může potopit kapitálová loď díky své kinetické energii. Samozřejmě není snadné zasáhnout pohybující se objekt ze vzdálenosti nejen několika stovek, dokonce i několika desítek kilometrů.
Jednoduchý příklad:
Pokud je vzdálenost střelby 180 km a průměrná rychlost střely je 2,5 km/s, pak bude doba letu 72 s. To znamená, že projektil vystřelený z „kolejnice“ úsťovou rychlostí 7 km/s dosáhne cíle za něco málo přes minutu.
Rychlost raketového křižníku s jaderným pohonem „Petr Veliký“ je 32 uzlů, tedy o něco více než 16 m/s.
Loď tedy při letu projektilu urazí 1152 metrů plnou rychlostí nebo 576 metrů cestovní rychlostí. Vezmeme-li v úvahu skutečnost, že délka křižníku je 262 metrů a projektil je neřízený, ocelový polotovar mine o několik set metrů.
Přes katastrofální reformy v našich ozbrojených silách neustává vědecká a technická inteligence armády, pokračuje vývoj nových typů zbraní, které mohou radikálně změnit nejen povahu moderního boje, ale i rovnováhu sil v systému. vojenská konfrontace na světové scéně. O některých z nich budeme hovořit v materiálech pod nadpisem "Nová ruská zbraň."
Shatura zázrak
Nedávno v laboratoři pobočky Shatura United Institute of High Temperatures Ruská akademie Věda testovala unikátní zařízení - Artsimovich railgun, který představuje elektromagnetická pistole, která stále vystřeluje velmi malé projektily – vážící do tří gramů. Destruktivní schopnosti takového „hrachu“ jsou však úžasné. Stačí říci, že ocelový plát, který mu stál v cestě, se jednoduše vypařil a proměnil se v plazmu. Je to všechno o gigantická rychlost, udělovaný projektilu elektromagnetickým urychlovačem použitým místo tradičního střelného prachu.
Po testování Ředitel pobočky Shatura Společného ústavu pro vysoké teploty Ruské akademie věd Alexey Shurupovřekl přítomným novinářům:
— V našich laboratorních testech maximální rychlost dosáhl 6,25 kilometrů za sekundu s hmotností projektilu několik gramů (asi tři gramy). Je to velmi blízko na první únikovou rychlost.
Co je to za zbraň a jaké příležitosti slibuje?
Gaussův princip
Pro začátek je třeba poznamenat, že vyhledávání alternativy k použití střelného prachu jako pracovní látka pro urychlení střely v hlavni zbraně začala na začátku minulého století. Jak je známo, práškové plyny mají poměrně velkou molekulovou hmotnost a v důsledku toho relativně nízká rychlost rozšíření. Maximální rychlost dosažená projektilem v tradičním dělostřelecké systémy, je omezena na hodnotu v řádu 2−2,5 km/s. To není tolik, pokud je úkolem prorazit pancíř nepřátelského tanku nebo lodi jedním výstřelem.
Předpokládá se, že byli první, kdo předložil myšlenku elektromagnetické zbraně Francouzští inženýři Fachon a Villeplee zpět v roce 1916. Na principu indukce Karla Gausse použili jako hlaveň řetězec cívek elektromagnetu, do kterého byl postupně přiváděn proud. Jejich aktuální model indukční pistole urychlil střelu o hmotnosti 50 gramů na rychlost 200 metrů za sekundu. V porovnání s práškem dělostřelecká zařízení výsledek se samozřejmě ukázal jako docela skromný, ale ukázal zásadní možnost vytvoření zbraně, ve které je projektil urychlován bez pomoci práškových plynů. Vlastně ještě rok před Fachonem a Villeplem Ruští inženýři Podolsky a Yampolsky vyvinuli projekt 50metrové „magneticko-fugalové“ zbraně fungující na podobném principu. Nepodařilo se jim však získat finance, aby svůj nápad uvedli v život. Francouzi však nešli dále než k modelu „Gauss gun“, protože vývoj se na tu dobu zdál příliš fantastický. Kromě toho tento nový produkt, jak již bylo uvedeno, neposkytoval žádné výhody týkající se střelného prachu.
— Systematický vědeckých prací vytváření zásadně nových elektrodynamických urychlovačů hmoty (EDMA) začalo ve světě v 50. letech 20. století,“ řekl zpravodaji „SP“. expert ruského zbrojního informačního centra, plukovník v záloze Alexander Kovler.— Jedním ze zakladatelů domácího vývoje v této oblasti byl vynikající sovětský vědec, výzkumník plazmatu L.A. Artsimovich, který zavedl pojem „railgun“ do ruské terminologie (v anglicky psané literatuře se používá termín „railgun“) k označení jedné z odrůd EDUM. Myšlenka railgunu byla průlomem v oblasti vývoje elektromagnetické urychlovače. Jedná se o systém skládající se ze zdroje elektrické energie, spínacího zařízení a elektrod v podobě paralelních elektricky vodivých kolejnic o délce 1 až 5 metrů, umístěných v kufru v malé vzdálenosti od sebe (asi 1 cm). Elektrický proud ze zdroje energie je přiváděn na jednu kolejnici a vrací se přes pojistkovou vložku umístěnou za urychlovacím tělesem a uzavírající elektrický obvod na druhou kolejnici. V době podání vysokého napětí Na kolejnicích vložka okamžitě vyhoří a změní se v oblak plazmy (nazývá se „plazmový píst“ nebo „plazmová armatura“). Proud tekoucí v kolejnicích a pístu vytváří silné magnetické pole mezi kolejnicemi. Interakcí magnetického toku s proudem protékajícím plazmatem vzniká elektromagnetická Lorentzova síla, která tlačí urychlené těleso po kolejnicích.
Railgun vám umožní zrychlit malá těla(do 100 g) do rychlosti 6−10 km/sec. Vlastně se obejdete úplně bez projektilu a urychlíte plazmový píst sám. Plazma v tomto případě uniká z urychlovače skutečně fantastickou rychlostí – až 50 km/sec.
Co to dá?
V letech studená válka práce na vytvoření elektromagnetických zbraní byla aktivně prováděna jak v SSSR, tak v USA. Stále jsou přísně utajovány. Je jen známo, že v polovině 80. let minulého století se obě strany velmi přiblížily možnosti umístit railgun s autonomním zdrojem energie na mobilní nosič - pásový nebo kolový podvozek. Existují také informace, že na tomto principu byly vyvinuty jednotlivé ruční palné zbraně.
„Celková délka pušek byla malá, ale kdo viděl takovou zbraň poprvé, byl překvapen mohutností pažby. Ale tam se nacházely hlavní mechanismy; Tam, za rukojetí řízení palby, byl ukotven velmi silný zásobník. Takové parametry nemělo kvůli nespočtu nábojů. Jen obsahoval přídavnou a docela výkonnou baterii. Puška byla plazmová puška, nemohla střílet bez elektřiny. Díky mechanice bez pouzdra měl rychlost střelby nepřístupnou pro jiné typy kulometů. A vzhledem ke zrychlování střel plazmou dostaly solidní zrychlení, s práškovými přístroji rozhodně nedosažitelné... A teprve po třetí nebo čtvrté tiché a neviditelné salvě přišlo pochopení toho, co se stalo... někdo zakřičel, zasáhla kulka, která nejprve probodla soudruha vepředu, nebo dokonce dvě. Je to hrozná věc – plazmové zrychlení!” - takto spisovatel sci-fi, „zpěvák vysoké zbrojní technologie» Fedor Berezin ve svém románu Rudý úsvit.
K tomu můžeme dodat, že takové zbraně mohou snadno sestřelit vojenské satelity a rakety a při umístění na tank mohou bojové vozidlo nezranitelný. Navíc před ním nebude prakticky žádná ochrana. Střela kosmickou rychlostí pronikne čímkoli. Vojenský expert Pavel Felgenhauer dodává: „Bude možné výrazně snížit ráži minimálně na polovinu. Což znamená více munice, menší hmotnost. Na palubě nebude žádný dělostřelecký střelný prach, a to je ochrana samotného tanku, bude méně zranitelný. Nebude nic, co by mohlo vybuchnout."
Nedávno pronikla do tisku informace, že 10. prosince 2010 provedlo americké námořnictvo test railgunu, který byl považován za úspěšný. Zbraň byla testována při síle 33 megajoulů. Podle výpočtů amerického námořnictva vám tato síla umožňuje vystřelit kovový projektil na vzdálenost až 203,7 kilometrů a v koncovém bodě je rychlost polotovaru asi 5,6 tisíce kilometrů za hodinu. Očekává se, že do roku 2020 budou vytvořeny zbraně s úsťovou energií 64 MJ. Tato děla by měla jít do služby s torpédoborci řady DDG1000 Zumwalt vyráběnými ve Spojených státech, jejichž modulární konstrukce a elektrický převod byly navrženy s ohledem na slibná EM děla.
S odstoupením USA od smlouvy ABM se také obnovily práce na umístění elektromagnetických děl na oběžnou dráhu. V této oblasti je znám vývoj společností General Electric, General Research, Aerojet, Alliant Techsystems a dalších na základě smluv s americkým letectvem DARPA.
Jsme pozadu, ale ne beznadějně
Tržní reformy v Rusku výrazně zpomalily práce na vytvoření railgunu. Ale i přes snížení finančních prostředků na vojenský vývoj elektromagnetických zbraní, domácí věda také nestojí na místě. Svědčí o tom systematický výskyt ruských příjmení v materiálech ročenky mezinárodní konference o elektromagnetickém zrychlení EML Technology Symposium.
Testy v Shatura také naznačují náš pokrok v tomto směru. Srovnávací poměr schopností Ruska a Spojených států v této oblasti lze posoudit podle konkrétních testovacích ukazatelů. Američané zrychlili tříkilogramový projektil na 2,5 kilometru za sekundu (což se blíží práškovému urychlovači). Náš projektil je tisíckrát menší (3 gramy), ale jeho rychlost je dvaapůlkrát vyšší (6,25 km/s)
Také hodnocení vyhlídek zní jinak. "Na moderní lodě Američan ani Rus takové zbraně použít nemohou. Prostě na něj není dost energie. Bude nutné vytvořit novou generaci lodí s energetickým systémem, který poskytne lodním motorům a jejich zbraním,“ uvedlo ředitelství pro vyzbrojování a operace ruského námořnictva v prohlášení zveřejněném v tisku. Americké vojenské časopisy přitom již zveřejňují makety první lodi, která by mohla novou zbraň obdržet. Do roku 2020 by se měl objevit torpédoborec 21. století DDX.
Ampérová síla působí i na kolejnice a vede je k vzájemnému odpuzování.
Příběh
Období railgun byl navržen na konci 50. let sovětský akademik Lev Artsimovich nahradit stávající těžkopádný název „elektrodynamický urychlovač hmoty“. Důvodem vývoje takových zařízení, která jsou perspektivními zbraněmi, bylo to, že podle odborníků dosáhlo použití střelného prachu ke střelbě svého limitu - rychlost nálože uvolněné s jejich pomocí je omezena na 2,5 km/sec.
V 70. letech 20. století navrhl a postavil railgun John P. Barber z Kanady a jeho vědecký poradce Richard A. Marshall z Nového Zélandu. Výzkumná škola Fyzikální vědy, Australská Národní univerzita. [ ]
Teorie
Ve fyzice railgunu lze modul vektoru síly vypočítat pomocí Biot-Savart-Laplaceova zákona a Ampérova silového vzorce. K výpočtu budete potřebovat:
Z Biot-Savart-Laplaceova zákona vyplývá, že magnetické pole v určité vzdálenosti ( s (\displaystyle s)) z nekonečného drátu s proudem se vypočítá jako:
B (s) = μ 0 I 2 π s (\displaystyle \mathbf (B) (s)=(\frac (\mu _(0)I)(2\pi s)))V důsledku toho v prostoru mezi dvěma nekonečnými dráty umístěnými v určité vzdálenosti r (\displaystyle r) od sebe, modul magnetické pole lze vyjádřit vzorcem:
B (s) = μ 0 I 2 π (1 s + 1 r − s) (\displaystyle B(s)=(\frac (\mu _(0)I)(2\pi ))\left((\ frac (1)(s))+(\frac (1)(r-s))\right))Abychom objasnili průměrnou hodnotu magnetického pole na armatuře railgunu, předpokládáme, že průměr kolejnice d (\displaystyle d) mnohem menší vzdálenost r (\displaystyle r) a za předpokladu, že kolejnice lze považovat za pár polonekonečných vodičů, můžeme vypočítat následující integrál:
B avg = 1 r ∫ d r − d B (s) d s = μ 0 I 2 π r ∫ d r − d (1 s + 1 r − s) d s = μ 0 I π r ln r − d μ d ≉ I π r ln r d (\displaystyle B_(\text(avg))=(\frac (1)(r))\int _(d)^(r-d)B(s)(\text(d))s= (\frac (\mu _(0)I)(2\pi r))\int _(d)^(r-d)\left((\frac (1)(s))+(\frac (1)( r-s))\right)(\text(d))s=(\frac (\mu _(0)I)(\pi r))\ln (\frac (r-d)(d))\cca (\frac (\mu _(0)I)(\pi r))\ln (\frac (r)(d)))Podle Ampérova zákona je magnetická síla na drátu, kterým prochází proud, rovna I d B (\displaystyle IdB); za předpokladu šířky projektilu vodiče r (\displaystyle r), dostaneme:
F = I r B avg = μ 0 I 2 π ln r d (\displaystyle F=IrB_(\text(avg))=(\frac (\mu _(0)I^(2))(\pi )) \ln (\frac (r)(d)))Vzorec je založen na předpokladu, že vzdálenost l (\displaystyle l) mezi bodem, ve kterém se měří síla F (\displaystyle F) a začátek kolejí je větší než vzdálenost mezi kolejnicemi ( r (\displaystyle r)) 3-4krát ( l > 3 r (\displaystyle l>3r)). Byly učiněny i některé další předpoklady; Pro přesnější popis síly je třeba vzít v úvahu geometrii kolejnic a střely.
Design
S výrobou railgunu je spojena řada věcí vážné problémy: proudový impuls musí být tak silný a ostrý, aby se střela nestihla vypařit a rozletět, ale vznikla by zrychlující síla, která by ji urychlila vpřed. Na střelu nebo plazmu působí Ampérová síla, takže pro dosažení požadované indukce magnetického pole je důležitá síla proudu a důležitý je proud procházející střelou kolmo k siločarám magnetického pole. Když projektilem protéká proud, materiál projektilu (často využívající ionizovaný plyn za lehkým polymerním projektilem) a kolejnice musí mít:
- co nejvyšší vodivost,
- projektil - s co nejmenší hmotností,
- - co největší výkon a menší indukčnost.
Zvláštností kolejového urychlovače je však to, že je schopen urychlit ultranízké hmoty na ultravysoké rychlosti (rychlost střely v střelné zbraně omezena kinetikou vyskytující se ve zbrani chemická reakce). V praxi jsou kolejnice vyrobeny z bezkyslíkaté mědi potažené stříbrem, jako střely se používají hliníkové tyče nebo drát, lze použít polymer v kombinaci s vodivým médiem a baterie vysokonapěťových elektrických kondenzátorů, která se nabíjí z nárazových unipolárních generátorů, kompulzátorů a dalších, se používá jako zdroj elektrické energie s vysokým provozním napětím a před vstupem na koleje se snaží udělit samotné střele co nejvyšší počáteční rychlost pomocí pneumatického nebo požárního. zbraně k tomu. U těch railgunů, kde je střela vodivé médium, se střela po přivedení napětí na kolejnice zahřeje a shoří, přemění se ve vodivou plazmu, která se pak také urychlí. Railgun tedy může střílet plazmu, ale díky své nestabilitě se rychle rozpadne. Je nutné vzít v úvahu, že pohyb plazmatu, přesněji řečeno pohyb výboje (katody, anodové skvrny), pod vlivem ampérové síly je možný pouze ve vzduchu nebo jiných plynové prostředí ne nižší než určitý tlak, protože jinak, například ve vakuu, se propojka plazmové kolejnice pohybuje ve směru opačném k síle - tzv. zpětný obloukový pohyb.
Při použití nevodivých střel v railgunových zbraních se střela umístí mezi kolejnice, za střelu, tak či onak, mezi kolejnicemi se zapálí obloukový výboj a tělo se začne zrychlovat podél kolejnic. Mechanismus zrychlení se v tomto případě liší od výše uvedeného: ampérová síla tlačí výboj do zadní části těla, který se intenzivním odpařováním vytváří proud, pod jehož vlivem dochází k hlavnímu zrychlení těla.
Výhody a nevýhody
- Použití railgunu eliminuje potřebu skladování munice na lodích konvenční skořápky, což zvyšuje schopnost přežití lodi.
- Relativně malá velikost nábojů railgun umožňuje zvýšenou kapacitu munice. Velikost systému jako celku však není příliš malá a přinejmenším zabírá místo ne méně než několik středně velkých protilodních střel.
- Efektivní dostřel railgunu je až 200 km, ale lze tvrdit, že největší účinný dostřel pro dělostřelectvo je 20-40 km a na větší vzdálenost musíte buď použít střelu, která se upravuje za letu, popř. spotřeba munice se mnohonásobně zvýší.
- Vysoká rychlost střely umožňuje použití railgunu jako zbraně protivzdušné obrany. Rychlost projektilu slibná zbraň, jehož testy byly naplánovány na rok 2016, mělo být 6, což je výrazně méně než mnohé protiletadlové střely(9 M pro jednu z raket S-300 V4), manévrování se střelou je nemožné; v praxi bylo dosaženo pouze rychlosti 3,6 M.
- Po mnoho let nebyl předložen žádný důkaz účinnosti, zejména pokud jde o přesnost a destruktivní síla. Navíc při střelbě na velmi dlouhou vzdálenost vzniká problém nehomogenního zakřivení Země, gravitačních nepravidelností, teplotních rozdílů a tím i hustoty vzduchu, jakož i vlhkosti a mnoha dalších problémů, které omezují přesnou střelbu dělostřelectvo s nekorigovanými střelami s dostřelem pár desítek kilometrů.
- Zejména průbojnost (na dlouhé vzdálenosti) a dopad obecně při dopadu nepřekračuje výkon dělostřelectva střední ráže (rychlost je několikanásobně vyšší, ale hmotnost je několikanásobně menší, explozivní místo mnoha kilogramů - nula, jediným rozdílem je zvýšení dojezdu díky kombinaci hmotnosti, rychlosti a především zmenšení velikosti, která snižuje aerodynamický odpor). Kinetická energie projektilu při průniku se nepřenáší nad rámec toho, co je nutné k překonání překážky právě díky vysoké rychlosti střely. Tito. pokud má střela 3 jednotky energie a 1 jednotka stačí k průniku do cíle, střela prorazí díru a se zbývající energií se posune dál. Nemá žádný náboj, takže veškerý dopad na cíl je omezen na proražení díry do něj. Pravda, s velmi vysoké rychlosti Jsou zde nuance, ale z hlediska jejich škodlivého účinku jsou nesrovnatelné s výbušninami. [vyjasnit] [ ]
- Za předpokladu vyřešení všech problémů spojených s reálným používáním mohou takové zbraně poskytnout taktickou stacionární raketovou obranu proti nemanévrovacím balistickým střelám nebo rozšířit horizont dostřelu.
Program amerického námořnictva
Vývoj v Rusku
Podle prvního místopředsedy výboru Rady federace pro obranu a bezpečnost Franze Klintseviče v Rusku aktivně probíhají práce na vytvoření elektromagnetické zbraně (railgun). Předpokládá se, že se používá v kosmonautice k vynášení nákladu na oběžnou dráhu, ale kromě těchto slov zatím neexistují žádná spolehlivá fakta.