Lodné railgun. Railgun - zbraň budúcnosti
Vysoká rýchlosť zrýchlenia railgunu je spôsobená prácou elektromagnetických Lorentzových síl v mechanizme zbrane. Vznikajú a začínajú pôsobiť na projektil, keď sa skratujú dve paralelné vodiace lišty s prúdom (so znamienkom mínus a plus) po privedení veľmi silného, ale veľmi krátkeho prúdového impulzu na ne. Ako prvok uzatvárajúci prúd sa používa špeciálna armatúra so zabudovanou strelou alebo samotná strela, ktorá leží na koľajniciach a uzatvára ich. Lorentzove sily sú nasmerované tak, aby vytlačili projektil z dela a ten vyletel z hlavne hypersonická rýchlosť. Zrýchlenie strely je uľahčené aj tlakom plazmy, ktorá vzniká za projektilom pôsobením mohutného oblúkového výboja. Plazma pri rýchlosti 50-100 km/h pôsobí na projektil ako druh silného prúdového prúdu.
Koľajnice sú drahé a zraniteľné
V amerických experimentoch vytvárať elektromagnetické zbrane Zvyčajne sa používa ako výstuž špeciálna forma„topánka“, v ktorej je strela zaistená. Táto konštrukcia eliminuje kontakt strely s koľajnicami. Vodidlá vyrobené z postriebrenej bezkyslíkatej medi sú vysoko náchylné na opotrebovanie trením a eróziou. Pri použití kovových projektilov, ktoré svojím „telom“ vykonajú skrat, je potrebná výmena koľajníc po dvoch alebo troch výstreloch.
Názov „railgun“ vymyslel v 50. rokoch minulého storočia akademik L. Artsimovich, svetový odborník v oblasti termonukleárnej fúzie a fyziky vysokoteplotnej plazmy. Plazmový urýchľovač, ktorý vynašiel, bol pokročilý Nobelova cena, ale ZSSR stiahol kandidatúru vedca z diskusie kvôli utajeniu vývoja.
Samotný projektil je vyrobený zo žiaruvzdorného volfrámu. Vysoká hustota tohto kovu umožňuje, aby aj ťažký projektil bol malý, čo rieši problém umiestnenia munície do obmedzených objemov nabíjacích priehradiek alebo zásobníkov nábojov.
Nie je to však len rýchle opotrebovanie koľajníc, ktoré bráni tomu, aby sa railgun zmenil na superzbraň, existujú aj ďalšie prekážky. V prvom rade sú to zdroje energie. Railgun vyžaduje výkonný systém napájania vo forme unipolárnych generátorov, kompulzorov a megawattových ionistorových kondenzátorov. Tieto zariadenia umožňujú generovať veľmi silný krátky elektrický impulz prenášaný na koľajnice. IN laboratórne podmienky môžete sa zmieriť s jednotkami vybavenia, ktoré majú značnú veľkosť a hmotnosť. V námorníctve faktor hmotnosti a objemu tiež nie je taký podstatný: loď má dostatočný výtlak, aby zbalila okrem samotných hlavne aj 130 ton vybavenia.
Blitzer railgun, vyrobený spoločnosťou General Atomics (USA), je umiestnený na dvoch prívesoch - na jednom samotnom delo, na druhom - elektrárni. Vývoj EMF sa začal v roku 2005 a bol dokončený v roku 2011.
Pre pozemné vojenské railguny sa problém zdá byť zložitejší. Ak by ste vybavenie umiestnili na podvozok tanku, museli by ste zviesť do boja 78-tonové monštrum. Riešením bolo rozdeliť inštaláciu medzi dva prívesy pre autá (na jednom samotnú zbraň, na druhej „energiu“), táto možnosť bola implementovaná v americkej armádnej pištoli Blitzer. Ďalší ťahač s návesom bol odovzdaný na kontrolné stanovište. Na napájanie lodných railgunov (pravdepodobne budú dva na high-tech torpédoborcoch projektu Zumwalt) je poskytnutá výkonová rezerva lodnej inštalácie (vyhradená len pre railguny) najmenej 35-45 MW. Energia by mala stačiť na zrýchlenie strely na 2000-2500 m/s. Potom, keď dostane úsťovú energiu 64 MJ, bude schopný letieť do vzdialenosti až 400 km a po ušetrení 20 MJ energie zasiahnuť cieľ silným kinetickým úderom. Už bolo vypočítané, že takýto projektil s hmotnosťou 18-20 kg, ktorý zasiahne lietadlovú loď, vyvolá účinok jadrového úderu.
32 golfov na cieľ
Armádne delá majú kratší dostrel – 80 – 160 km, a preto bude „energia“ na výstrely vyžadovať približne polovicu energie ako na lodi. Pre informáciu: osobný automobil Golf má energiu 1 MJ pri rýchlosti 160 km/h. Strela railgun s hmotnosťou 10 kg s úsťovou energiou 32 MJ pri rýchlosti 2500 m/s je schopná preraziť tri betónové steny alebo šesť oceľových plechov s hrúbkou 12 mm, čo je ekvivalentné účinkom výbuchu 150 kg TNT.
Vážne prekážky na ceste rozšírené používanie railguns sú rezonančné javy v koľajnicovom systéme a efekt odtláčania koľajníc od pôsobenia Lorentzových síl, elektromagnetická kompatibilita s elektronickými systémami dela, potreba chladenia hlavne a elektronických jednotiek atď.
Počas testovania v plnom rozsahu bola tiež zistená potreba rýchleho nabitia zbrane, aby sa zvýšila rýchlosť streľby prinajmenšom až 6-10 kôl za minútu. Tento rok v spolupráci s Americký vojensko-priemyselný komplex Britská spoločnosť BAE Systems vykonala palebné testy na cvičisku amerického námorníctva vo Virgínii. Ako hovoria Briti, v najbližších rokoch očakávajú zvýšenie rýchlosti streľby svojej inštalácie na 10 rán za minútu s hmotnosťou projektilu 16 kg, takže tento problém postupne nachádza riešenie.
Odhadovaná hmotnosť projektilu: 18 kg; Úsťová rýchlosť: 2,5 km/s (7,5 Mach), dvojnásobok rýchlosti konvenčných zbraní; Dojazd: 400 km (pre konvenčné lodné delá- nie viac ako 80 km); Projektil: ničí cieľ v dôsledku energie nárazu, neobsahuje výbušniny; Dĺžka hlavne: 10 m
Nezničiteľná elektronika
Strela má pre hypersound najvhodnejší kužeľovitý predĺžený tvar s mierne tupou špičkou - ide o akúsi zahrotenú tyč. Stabilizátor v chvoste umožňuje udržať projektil na jeho dráhe letu. Vytvorenie takejto munície je ďalšou problematickou oblasťou programu railgun.
Spojené štáty americké vyvíjajú jednotný hypersonický projektil HVP od roku 2012 a dnes už prechádza požiarnymi testami. Je unifikovaný, pretože sa bude používať nielen v railgunoch, ale aj v bežných lodné delá rôznych kalibrov, ktoré chcú nechať zmiešané s railgunmi na torpédoborcoch Zumwalt. Rovnaké strelivo sa použije v pozemných zbraniach.
Aby bol HVP vhodný pre zbrane rôznych kalibrov, bude sa vyrábať v podkalibrových verziách s projektilom v panve pre každý konkrétny kaliber. Keď zostava opustí hlaveň, paleta sa rozpadne na kusy a ďalej letí iba projektil. V testoch v roku 2015 bol HVP vystrelený s kalibrom 90 mm a dĺžkou 609 mm. Samotný projektil váži 12,7 kg a celá zostava váži 18,5 kg. Zvyšných 5,8 kg je paleta.
Strela je umiestnená medzi dvoma vodivými koľajnicami. Výstuž chráni koľajnice pred priamym kontaktom s projektilom
Projektily HVP plánujú upraviť za letu, na čo budú vybavené modulom presného navádzania, ktorý spolupracuje so systémom GPS. Američania povedali, že už majú funkčné elektronické systémy ovládacie prvky, ktoré odolajú preťaženiu 30 000 - 40 000 g počas zrýchlenia, vystaveniu plazmovým teplotám 20 000 - 25 000 stupňov a elektromagnetickým poliam s ultra vysokým výkonom. Existujú dôkazy o úspešných testoch takýchto projektilov v roku 2016. Očakáva sa, že úplný vývoj HVP bude dokončený do roku 2020 a do roku 2025 budú prevedené do série. Riadiaca jednotka povedie k zvýšeniu ceny strely, ktorá v pôvodnej (bez elektroniky) verzii stojí 25-tisíc dolárov. Stále je to však výrazne lacnejšie ako riadené strely na lodi, ktoré stoja 0,5 až 1,5 milióna.
Tri gramy obrovskej sily
Zvláštnosťou amerického prístupu k vývoju railgunu je postupné zvyšovanie schopností s dôsledným dosahovaním vylepšených parametrov: rýchlosť zrýchlenia strely z 2000 na 3000 m/s, dostrel od 80-160 do 400-440 km, ústie energia strely od 32 do 124 MJ, hmotnosť strely od 2-3 do 18-20 kg, rýchlosť streľby od 2-3 rán za minútu do 8-12, výkon energetických zdrojov od 15 do viac ako 40-45 MW , životnosť hlavne od stredných 100 nábojov do roku 2018 po 1000 nábojov do roku 2025, dĺžka trupu od počiatočných 6 m po konečných 10 m.
Takéto informácie sa v Rusku oficiálne nezverejňujú, ale minulý rok prvý podpredseda Výboru Rady federácie pre obranu Franz Klincevich uviedol, že v našej krajine aktívne prebiehajú práce v oblasti vytvárania elektromagnetických zbraní.
Úspešné testy railgunu (hoci nie bojovej triedy, ale laboratórnej triedy) v Shature pri Moskve, ktoré sa uskutočnili v pobočke Spojeného inštitútu pre vysoké teploty Ruskej akadémie vied pod vedením akademika V. Fortov, sú dobre známe. Railgun s dĺžkou hlavne 2 m strieľal guľky s hmotnosťou niekoľkých až desiatok gramov. Ruské know-how – predbežné zrýchlenie strely pred nasunutím do hlavne – umožňuje vyššiu úsťovú rýchlosť ako americké. V januári 2017 bola teda strela z hustého plastu s hmotnosťou 15 g zrýchlená na rýchlosť 3000 m/s a prenikla kovovým terčom hrubým mnoho centimetrov. O niečo skôr bola strela s hmotnosťou 3 g zrýchlená na rýchlosť 6250 m/s (takmer prvá vo vesmíre) a keď narazila na oceľový cieľ, jednoducho ju vyparila.
Čína je podľa tlačových správ v štádiu výskumu a vývoja, ktorý je sústredený v špeciálne vytvorenej korporácii CASIC vo Wuhanskom vedeckom centre (WUHAN). Zástupcovia ČĽR uviedli, že vyvíjajú pozemnú koľajnicovú zbraň podobnú americkému Blitzeru a sľubujú, že do roku 2020 vytvoria v rámci projektu 055A delo kalibru 130 mm.
Zdá sa, že americká armáda má veľmi rada rôzne nové veci, niekedy až príliš nové: buď sa ponáhľajú so Strategickou obrannou iniciatívou, alebo si objednávajú bojový laser. Napokon, v posledných rokoch spoločnosť BAE Systems, poverená agentúrou DARPA, vyvinula ďalší model, ktorý sa do nášho sveta dostal z kníh a filmov sci-fi. Toto je železničná zbraň, nazývaná aj ako „railgun“ (z anglického railgun) alebo railgun.
Princíp fungovania tejto zázračnej zbrane je pomerne jednoduchý: na dvoch paralelných elektródach (rovnaké koľajnice) je inštalovaný elektricky vodivý predmet, ktorý slúži ako projektil. Do elektród sa privádza jednosmerný prúd, ktorý spôsobí uzavretie uvoľneného projektilu elektrický obvod, pod vplyvom Lorentzovej sily sa začína pohybovať. Avšak railgun má celá sada nevýhody, čo je v skutočnosti hlavná bolesť hlavy pre tvorcov takýchto zbraní. Railgun teda vyžaduje zdroj prúdu s dostatočným výkonom v závislosti od požadovaných vlastností zbrane. Okrem toho potrebujete správnym spôsobom vyberte materiály koľajníc a strely: po prvé, aby ste znížili straty v dôsledku odporu vodičov, a po druhé, aby ste predišli prehriatiu a poškodeniu. Inými slovami, vytvorenie prakticky použiteľného railgunu nie je jednoduchá, časovo náročná a veľmi nákladná úloha.
Čo priťahovalo americkú armádu? nový vzhľad zbrane? Faktom je, že železničná pištoľ môže zrýchliť malé (do 10-15 kilogramov) projektily na také rýchlosti, pri ktorých môžu spôsobiť značné škody na nepriateľskom zariadení a objektoch iba vďaka svojej vlastnej kinetickej energii. Okrem zjavných bojových zbraní majú takéto zbrane výhody aj v dodávateľskom sektore: strelivo pre railgun je jednoduché a pohodlné a tiež nepodlieha detonácii, pretože neobsahuje žiadne výbušniny.
DARPA sa začala zaujímať o železničné zbrane v polovici 90. rokov. Potom, po posúdení vyhliadok na prácu na tejto téme, sa určilo približné načasovanie dodania nových zbraní jednotkám (po roku 2020) a ich cieľový výklenok - nahradenie existujúcich delostreleckých zariadení vo flotile. Čoskoro BAE Systems začala skúmať nový smer a stavať prvé experimentálne railguny s nízkou spotrebou energie. Postupne boli vyvinuté všetky potrebné technológie a konštrukčné objavy, v dôsledku čoho sa koncom roku 2006 začalo budovať plnohodnotné prototyp s úsťovou energiou 10 megajoulov. Systémové kontroly a prvé testovacie prevádzky sa začali v druhej polovici roku 2007 a vo februári nasledujúceho roku bola existencia tohto zariadenia oficiálne oznámená. Zároveň sa objavili prvé videá záberov a údaje o parametroch inštalácie: počiatočná rýchlosť blanku bola 2520 metrov za sekundu, čo je osemnásobok rýchlosti zvuku. V decembri 2010 sa americkí konštruktéri opäť „pochválili“, ale teraz už bola úsťová energia viac ako 32 MJ. Tá istá pištoľ vypálila jubilejný výstrel tisícky od začiatku práce na téme. Všetky tieto experimenty sú zaujímavé, ale zatiaľ výlučne vedecké. Faktom je, že samotné experimentálne železničné delá nie sú malé - je to konštrukcia niekoľko desiatok metrov dlhá a 2,5-3 metrov široká/výška. A to je len samotná koľajnica, ale je tiež „pripojená“ k zodpovedajúcej batérii kondenzátorov s generátormi. Inými slovami, súčasné železničné delá nie sú pripravené praktická aplikácia zbrane, ale čisto laboratórne experimentálne vzorky.
Samozrejme, že takéto pištole veľkosti celej budovy nikoho nezaujímajú. Z tohto dôvodu DARPA nedávno prilákala Raytheon, aby na ňom pracoval. Kontrakt za 10 miliárd jej vyžaduje, aby vytvorila a postavila prototyp nová elektráreň schopná dodávať energiu pre railgun. Okrem toho z úlohy vyplýva, že elektráreň bude mať rozmery a hmotnosť vhodnú na umiestnenie na lodiach. Ak sa Raytheonu podarí vyrobiť systém s názvom PFN (Pulse Forming Network), tak sa v budúcnosti bude dať využiť nielen v spojení s railgunmi, ale napríklad aj s bojovými lasermi. Raytheon nemá veľa času na vývoj a výrobu prvej kópie PFN, pretože sa plánuje začať testovať railgun inštalovaný na lodi v roku 2018. Nemôžeme však vylúčiť zmenu termínov, možno aj viackrát.
Zároveň sa od BAE Systems a General Atomics (táto spoločnosť prilákala projekt na „duplikáciu“ práce) vyžaduje, aby vyrobili zbraň s úsťovou energiou asi 64 MJ, pozorovací dosah vypustenie deväťkilogramového projektilu najmenej 450-500 kilometrov a rýchlosť streľby 6-7 rán za minútu. Zo zrejmých dôvodov sa testy v plnom rozsahu ešte neuskutočnili, ale výpočty ukazujú, že 32-megajoulový railgun „hádže“ 10 kg streliva na 350-400 kilometrov. Zatiaľ neexistujú žiadne požiadavky na zvýšenie rýchlosti strely: pravdepodobne DARPA považuje dolet a hmotnosť slepého náboja za vyššie priority. Oveľa väčšie problémy však čakajú vývojárov zbraní v oblasti „hlavne“. Faktom je, že enormné počiatočné zrýchlenie strely vedie k úplnému opotrebovaniu existujúcich koľajníc v 8-10 výstreloch. V súlade s tým, okrem zlepšenia kvality priameho boja, budú musieť BAE Systems a General Atomics vážne upraviť dizajn.
Prvými nosičmi railgunu budú torpédoborce projektu Zumwalt. Podľa povestí boli tieto lode pôvodne navrhnuté tak, aby do ich vybavenia mohli byť za nízku cenu zahrnuté nové systémy, ako napríklad PFN, ako aj nové zbrane. Stále nie je známe, nakoľko sú tieto fámy pravdivé. Avšak aj z informácií o Zumvolts sa dajú vyvodiť príslušné závery. Zdá sa, že americká armáda má v úmysle mať vo svojom arzenáli okrem existujúcich rakiet aj zbrane so značným doletom. Treba poznamenať, že railgun sa od nich priaznivo líši tým, že každá strela stojí veľa peňazí a je zničená pri dosiahnutí cieľa. Railgun, zase stojí ešte viac, ale spotrebúvajú sa len náboje, ktoré sú rádovo lacnejšie ako jedna strela. Okrem toho je takmer nemožné zachytiť blank s nadzvukovou rýchlosťou existujúce prostriedky. Za pripomenutie stojí aj americká náklonnosť k útokom zo slušnej vzdialenosti, na ktoré nepriateľ nebude schopný poskytnúť adekvátnu odpoveď.
V súčasnosti je ako dátum prijatia Zumvoltu so železničným delostrelectvom stanovená polovica 20. rokov. To si však vyžaduje ďalšiu prácu a nedávno hrozilo, že projekt railgun bude opustený. Pripomeňme si, že minulý rok na jeseň americký Senát požadoval prinajmenšom znížiť výdavky na „futuristické“ programy alebo ich dokonca úplne opustiť. Armáde sa podarilo udržať projekt na vytvorenie railgunov v plnom rozsahu, ale vzduchom spustený laser (Boeing YAL) nebol predurčený na pokračovanie v testovaní.
Americká spoločnosť General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) na svojej webovej stránke informovala o úspešných testoch railgunu. Skúšobná streľba bola vykonaná na pozemnom testovacom mieste Dugway v Utahu.
Railgun ( anglický názov- railgun) alebo koľajnicový urýchľovač hmoty „Blitzer“ s úsťovou energiou (úsťovou rýchlosťou) približne tri megajouly, vystrelil päť projektilov triedy „navádzacej elektronickej jednotky“ (GEU) s vysokým počiatočným zrýchlením na testovacom mieste. Uvádza sa, že projektily a ich kritické komponenty vykazovali stabilnú a stabilnú „prevádzku“ v elektromagnetickom prostredí vo vnútri pištole aj počas letu.
Mimochodom, samotné slovo „railgun“ vynašiel slávny sovietsky fyzik akademik L. Artsimovich.
General Atomics je americká spoločnosť zaoberajúca sa projektmi v oblasti jadrovej technológie a obranné príkazy. Nachádza sa v San Diegu v Kalifornii. General Atomics vyvíja širokú škálu systémov, od častí jadrového palivového cyklu po UAV, letecké senzory, pokročilú elektroniku a laserové technológie.
Skupina Electromagnetic Systems Group (EMS) dodáva obranné, energetické a komerčné aplikácie. Vyrába najmä lineárne motory, supravodivé a klasické elektromotory, meniče, zariadenia pre vysokonapäťové systémy a iné zariadenia na premenu, akumuláciu a prenos energie. EMS tiež vyvíja elektromagnetické štartovacie a brzdové systémy lietadla(EMALS a AAG), elektromagnetické delá (Blitzer railgun pre americké námorníctvo a armádu a dopravné systémy Maglev.
Spoločnosť vyvinula a úspešne otestovala dve railguny: jedno s výkonom 3 MJ z vlastnej iniciatívy a druhé s výkonom 33 MJ - na objednávku Pentagonu. Zdroj bol tiež vyvinutý a postavený elektromagnetické impulzy pre delá aj projektil sa vyvíja pre protilietadlové a protiraketovej obrany a pre vysoko presnú streľbu.
Railgun je pulzný elektródový urýchľovač hmoty, ktorého princíp činnosti je vysvetlený pomocou Lorentzovej sily, zameranej na roztiahnutie (tlačenie) uzavretého vodiča prúdom a transformáciu elektrickej energie do kinetickej energie. Je sľubná zbraň.
Railgun sa skladá z dvoch paralelných elektród, nazývaných koľajnice, pripojených k zdroju výkonu DC. Zrýchlená elektricky vodivá hmota sa nachádza medzi koľajnicami, uzatvára elektrický obvod, a získava zrýchlenie vďaka Lorentzovej sile pôsobiacej na uzavretý vodič prúdom vo vlastnom magnetickom poli. Lorentzova sila pôsobí aj na koľajnice a vedie ich k vzájomnému odpudzovaniu. Niekedy sa na spojenie koľajníc používa pohyblivá výstuž.
Náklady na strelu zo railgunu sú výrazne nižšie ako náklady na lodnú strelu podobného doletu: 25 tisíc dolárov oproti 1 miliónu dolárov.
Teoreticky má railgun nesporné výhody oproti konvenčným delám a raketám. Railgun urýchľuje projektily na také obrovské rýchlosti, že nie je potrebná ani prachová náplň. Úsťová rýchlosť strely railgun s hmotnosťou nie väčšou ako 100 gramov môže byť 6-10 kilometrov za sekundu. Pripomeňme, že ide o takmer druhú kozmickú rýchlosť (11,2 km/s), vďaka ktorej je dráha strely plochá. veľmi dlhá vzdialenosť. Už existujúce railguny dokážu strieľať na vzdialenosť až 180 kilometrov a v budúcnosti sa plánuje dostrel 400 kilometrov.
Na takú vzdialenosť je dnes možné odpaľovať len rakety, ktoré stoja milióny dolárov a naučili sa ich aj zachytiť.
A trojkilogramový oceľový predvalok letiaci sedemnásobkom rýchlosti zvuku sa môže potopiť kapitálová loď vďaka svojej kinetickej energii. Samozrejme, nie je ľahké zasiahnuť pohybujúci sa objekt zo vzdialenosti nie len niekoľko stoviek, dokonca aj niekoľko desiatok kilometrov.
Jednoduchý príklad:
Ak je vzdialenosť streľby 180 km a priemerná rýchlosť strely je 2,5 km/s, čas letu bude 72 s. To znamená, že projektil vystrelený z „koľajnice“ s úsťovou rýchlosťou 7 km/s dosiahne cieľ za niečo vyše minúty.
Rýchlosť raketového krížnika s jadrovým pohonom „Peter Veľký“ je 32 uzlov alebo o niečo viac ako 16 m/s.
Počas letu strely teda loď prejde 1152 metrov plnou rýchlosťou alebo 576 metrov cestovnou rýchlosťou. Ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že dĺžka krížnika je 262 metrov a projektil je neriadený, oceľový polotovar minie niekoľko stoviek metrov.
Napriek katastrofálnym reformám v našich ozbrojených silách, vedecko-technická inteligencia armády neustáva, pokračuje vývoj nových typov zbraní, ktoré môžu radikálne zmeniť nielen charakter moderného boja, ale aj pomer síl v systéme. vojenská konfrontácia na svetovej scéne. O niektorých z nich budeme hovoriť v materiáloch pod nadpisom "Nová ruská zbraň."
Shatura zázrak
Nedávno v laboratóriu pobočky Shatura United Institute of High Temperatures Ruská akadémia Veda testovala unikátne zariadenie - Artsimovich railgun, ktorý predstavuje elektromagnetická pištoľ, ktorý stále vystreľuje veľmi malé projektily – s hmotnosťou do troch gramov. Deštruktívne schopnosti takéhoto „hrachu“ sú však úžasné. Stačí povedať, že oceľová platňa umiestnená v jeho ceste sa jednoducho vyparila a zmenila sa na plazmu. Ide o všetko gigantická rýchlosť, udelený projektilu elektromagnetickým urýchľovačom použitým namiesto tradičného strelného prachu.
Po testovaní Riaditeľ pobočky Shatura Spoločného ústavu pre vysoké teploty Ruskej akadémie vied Alexey Shurupov povedal prítomným novinárom:
— V našich laboratórnych testoch maximálna rýchlosť dosiahol rýchlosť 6,25 kilometra za sekundu s hmotnosťou strely niekoľko gramov (asi tri gramy). Je to veľmi blízko na prvú únikovú rýchlosť.
Čo je to za zbraň a aké príležitosti sľubuje?
Gaussov princíp
Na začiatok treba poznamenať, že vyhľadávanie alternatívy k používaniu strelného prachu ako pracovná látka na urýchlenie strely v hlavni pištole sa začala začiatkom minulého storočia. Ako je známe, práškové plyny majú pomerne veľkú molekulovú hmotnosť a v dôsledku toho relatívne nízka rýchlosť rozšírenia. Maximálna rýchlosť dosiahnutá projektilom v tradičnom delostrelecké systémy, je obmedzená na hodnotu rádovo 2−2,5 km/s. To nie je až tak veľa, ak je úlohou jedným výstrelom preraziť pancier nepriateľského tanku alebo lode.
Verí sa, že boli prví, ktorí predložili myšlienku elektromagnetickej pištole Francúzski inžinieri Fachon a Villeplete ešte v roku 1916. Na princípe indukcie Karla Gaussa použili ako hlaveň reťaz cievok elektromagnetu, do ktorej bol postupne privádzaný prúd. ich aktuálny model indukčná pištoľ zrýchlil projektil s hmotnosťou 50 gramov na rýchlosť 200 metrov za sekundu. V porovnaní s práškom delostrelecké zariadenia výsledok sa, samozrejme, ukázal byť dosť skromný, ale ukázal zásadnú možnosť vytvorenia zbrane, v ktorej sa projektil zrýchľuje bez pomoci práškových plynov. Vlastne ešte rok pred Fachonom a Villeplem Ruskí inžinieri Podolsky a Yampolsky vyvinula projekt 50-metrovej „magneticko-fugalovej“ zbrane fungujúcej na podobnom princípe. Nepodarilo sa im však získať financie na realizáciu svojho nápadu. Francúzi však nešli ďalej ako model „Gaussovej pištole“, pretože vývoj sa na tú dobu zdal príliš fantastický. Okrem toho tento nový produkt, ako už bolo uvedené, neposkytoval žiadne výhody týkajúce sa strelného prachu.
— Systematický vedeckých prác vytvoriť zásadne nové elektrodynamické urýchľovače hmoty (EDMA) začalo vo svete v 50-tych rokoch 20. storočia,“ povedal korešpondentovi „SP“. expert ruského zbrojného informačného centra, plukovník v zálohe Alexander Kovler.— Jedným zo zakladateľov domáceho vývoja v tejto oblasti bol vynikajúci sovietsky vedec, výskumník plazmy L.A. Artsimovich, ktorý zaviedol pojem „railgun“ do ruskej terminológie (v anglickej literatúre sa používa termín „railgun“) na označenie jednej z odrôd EDUM. Myšlienka railgun bola prielomom v oblasti vývoja elektromagnetické urýchľovače. Ide o systém pozostávajúci zo zdroja elektrickej energie, spínacieho zariadenia a elektród vo forme paralelných elektricky vodivých koľajníc s dĺžkou 1 až 5 metrov, umiestnených v kmeni v malej vzdialenosti od seba (asi 1 cm). Elektrický prúd zo zdroja energie sa privádza na jednu koľajnicu a vracia sa cez poistkovú vložku umiestnenú za zrýchleným telesom a uzatvárajúcu elektrický obvod na druhú koľajnicu. V čase podania vysokého napätia Na koľajniciach vložka okamžite vyhorí a zmení sa na oblak plazmy (nazýva sa „plazmový piest“ alebo „plazmová armatúra“). Prúd tečúci v koľajniciach a pieste vytvára silné magnetické pole medzi koľajnicami. Interakcia magnetického toku s prúdom pretekajúcim plazmou vytvára elektromagnetickú Lorentzovu silu, ktorá tlačí zrýchlené teleso po koľajniciach.
Railgun vám umožňujú zrýchliť malé telá(do 100 g) do rýchlosti 6−10 km/s. V skutočnosti môžete urobiť bez projektilu a urýchliť plazmový piest sám. Plazma v tomto prípade uniká z urýchľovača skutočne fantastickou rýchlosťou – až 50 km/sec.
Čo to dá?
V rokoch studená vojna práca na vytvorení elektromagnetických zbraní sa aktívne vykonávala v ZSSR aj v USA. Stále sú prísne utajované. Je známe len to, že v polovici 80. rokov minulého storočia sa obe strany veľmi priblížili k možnosti umiestniť railgun s autonómnym zdrojom energie na mobilný nosič - pásový alebo kolesový podvozok. Existujú aj informácie, že na tomto princípe boli vyvinuté jednotlivé ručné zbrane.
„Celková dĺžka pušiek bola malá, ale tých, ktorí videli takúto zbraň prvýkrát, zarazila mohutnosť pažby. Ale tu sa nachádzali hlavné mechanizmy; Tam za rukoväťou riadenia paľby bol ukotvený veľmi hrubý zásobník. Takéto parametre mal nie vďaka nespočetnému množstvu kaziet. Obsahoval iba dodatočnú a pomerne výkonnú batériu. Puška bola plazmová puška, nemohla strieľať bez elektriny. Kvôli mechanike bez puzdra mal rýchlosť streľby neprístupnú pre iné typy guľometov. A vďaka zrýchleniu striel plazmou dostali solídne zrýchlenie, s práškovými prístrojmi rozhodne nedosiahnuteľné... A až po tretej či štvrtej tichej a neviditeľnej salve prišlo pochopenie toho, čo sa stalo... niekto skríkol, zasiahnutá guľkou, ktorá najskôr prebodla súdruha vpredu, alebo aj dve. Je to hrozná vec — plazmové zrýchlenie! - takto hovorí spisovateľ sci-fi, „spevák vysokej zbrojná technika» Fedor Berezin vo svojom románe Červený úsvit.
K tomu môžeme dodať, že takéto zbrane dokážu bez problémov zostreliť vojenské satelity a rakety a pri umiestnení na tank dokážu bojové vozidlo nezraniteľný. Navyše pred ním nebude prakticky žiadna ochrana. Projektil kozmickou rýchlosťou prenikne čímkoľvek. Vojenský expert Pavel Felgenhauer dodáva: „Bude možné výrazne znížiť kaliber minimálne o polovicu. Čo znamená viac munície, menšiu váhu. Na palube nebude delostrelecký pušný prach, a to je ochrana samotného tanku, bude menej zraniteľný. Nebude tam čo vybuchnúť."
Nedávno prenikla do tlače informácia, že 10. decembra 2010 americké námorníctvo vykonalo skúšku railgunu, ktorá bola považovaná za úspešnú. Zbraň bola testovaná pri sile 33 megajoulov. Podľa výpočtov amerického námorníctva vám táto sila umožňuje vystreliť kovový projektil na vzdialenosť až 203,7 kilometrov a v koncovom bode je rýchlosť polotovaru asi 5,6 tisíc kilometrov za hodinu. Očakáva sa, že do roku 2020 budú vytvorené zbrane s úsťovou energiou 64 MJ. Tieto zbrane by mali ísť do prevádzky s torpédoborcami série DDG1000 Zumwalt vyrábanými v Spojených štátoch, ktorých modulárny dizajn a elektrický prenos boli navrhnuté s ohľadom na sľubné EM delá.
Po odstúpení USA od zmluvy ABM sa obnovili aj práce na umiestnení elektromagnetických zbraní na obežnú dráhu. V tejto oblasti je známy vývoj spoločností General Electric, General Research, Aerojet, Alliant Techsystems a ďalších na základe zmlúv s americkým letectvom DARPA.
Sme pozadu, ale nie beznádejne
Trhové reformy v Rusku výrazne spomalili práce na vytvorení railgunu. Ale napriek zníženiu financovania vojenského vývoja elektromagnetických zbraní, domáca veda tiež nestojí na mieste. Svedčí o tom systematický výskyt ruských priezvisk v materiáloch ročenky medzinárodná konferencia o elektromagnetickom zrýchlení EML Technology Symposium.
Náš pokrok v tomto smere naznačujú aj testy v Shature. Porovnávací pomer schopností Ruska a Spojených štátov v tejto oblasti možno posúdiť podľa konkrétnych testovacích ukazovateľov. Američania zrýchlili trojkilogramový projektil na 2,5 kilometra za sekundu (čo je blízko k práškovému urýchľovaču). Náš projektil je tisíckrát menší (3 gramy), ale jeho rýchlosť je dvaapolkrát vyššia (6,25 km/s)
Aj hodnotenia vyhliadok znejú inak. "Zapnuté moderné lode Američan ani Rus takéto zbrane nemôžu použiť. Jednoducho naňho nie je dostatok energie. Bude potrebné vytvoriť novú generáciu lodí s energetickým systémom, ktorý poskytne lodným motorom a ich výzbroji,“ uviedlo riaditeľstvo pre vyzbrojovanie a operácie ruského námorníctva vo vyhlásení zverejnenom v tlači. Americké vojenské časopisy už zároveň zverejňujú makety prvej lode, ktorá by mohla dostať novú zbraň. Do roku 2020 by sa mal objaviť torpédoborec 21. storočia DDX.
Ampérová sila pôsobí aj na koľajnice a vedie ich k vzájomnému odpudzovaniu.
Príbeh
Termín railgun bol navrhnutý koncom 50. rokov 20. storočia Sovietsky akademik Lev Artsimovich nahradiť existujúci ťažkopádny názov „elektrodynamický urýchľovač hmoty“. Dôvodom vývoja takýchto zariadení, ktoré sú perspektívnymi zbraňami, bolo to, že podľa odborníkov použitie pušného prachu na streľbu dosiahlo svoj limit – rýchlosť náboja uvoľneného s ich pomocou je obmedzená na 2,5 km/sec.
V 70. rokoch 20. storočia navrhol a zostrojil railgun John P. Barber z Kanady a jeho vedecký poradca Richard A. Marshall z Nového Zélandu. Výskumná škola Fyzikálne vedy, Austrálska Národná univerzita. [ ]
teória
Vo fyzike railgun možno modul vektora sily vypočítať pomocou Biotovho-Savart-Laplaceovho zákona a Ampérovho silového vzorca. Na výpočet budete potrebovať:
Z Biot-Savart-Laplaceovho zákona vyplýva, že magnetické pole v určitej vzdialenosti ( s (\displaystyle s)) z nekonečného drôtu s prúdom sa vypočíta takto:
B (s) = μ 0 I 2 π s (\displaystyle \mathbf (B) (s)=(\frac (\mu _(0)I)(2\pi s))))V dôsledku toho v priestore medzi dvoma nekonečnými drôtmi umiestnenými vo vzdialenosti r (\displaystyle r) od seba, modul magnetické pole možno vyjadriť vzorcom:
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))Aby sme objasnili priemernú hodnotu pre magnetické pole na armatúre railgunu, predpokladáme, že priemer koľajnice d (\displaystyle d) oveľa menšia vzdialenosť r (\displaystyle r) a za predpokladu, že koľajnice možno považovať za pár polonekonečných vodičov, môžeme vypočítať nasledujúci 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 ≉ 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))\vpravo)(\text(d))s=(\frac (\mu _(0)I)(\pi r))\ln (\frac (r-d)(d))\približne (\frac (\mu _(0)I)(\pi r))\ln (\frac (r)(d)))Podľa Ampérovho zákona je magnetická sila na drôte, ktorý vedie prúd, rovná I d B (\displaystyle IdB); za predpokladu šírky projektilu vodiča 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 založený na predpoklade, že vzdialenosť l (\displaystyle l) medzi bodom, v ktorom sa meria sila F (\displaystyle F) a začiatok koľajníc je väčší ako vzdialenosť medzi koľajnicami ( r (\displaystyle r)) 3-4 krát ( l > 3 r (\displaystyle l> 3r)). Boli urobené aj niektoré ďalšie predpoklady; Pre presnejšiu charakteristiku sily treba brať do úvahy geometriu koľajníc a strely.
Dizajn
S výrobou railgunu sa spája množstvo vecí vážne problémy: prúdový impulz musí byť taký silný a prudký, aby sa strela nestihla vypariť a rozletieť, ale vznikla by zrýchľujúca sila, ktorá by ju zrýchlila dopredu. Na projektil alebo plazmu pôsobí ampérová sila, preto je dôležitá sila prúdu na dosiahnutie požadovanej indukcie magnetického poľa a dôležitý je prúd pretekajúci projektilom kolmo na siločiary magnetického poľa. Keď prúd preteká projektilom, materiál projektilu (často využívajúci ionizovaný plyn na zadnej strane ľahkého polymérového projektilu) a koľajnice musia mať:
- čo najvyššia vodivosť,
- projektil - s čo najmenšou hmotnosťou,
- - čo najväčší výkon a menšiu indukčnosť.
Zvláštnosťou koľajového urýchľovača je však to, že je schopný zrýchliť ultranízke hmoty na ultra vysoké rýchlosti (rýchlosť projektilu v strelné zbrane obmedzená kinetikou vyskytujúcou sa v zbrani chemická reakcia). V praxi sú koľajnice vyrobené z bezkyslíkatej medi potiahnutej striebrom, ako strely sa používajú hliníkové tyče alebo drôt, možno použiť polymér v kombinácii s vodivým médiom a batériu vysokonapäťových elektrických kondenzátorov, ktorá sa nabíja z nárazových unipolárnych generátorov, kompulzátorov a iných, sa používa ako zdroj elektrickej energie s vysokým prevádzkovým napätím a pred vstupom na koľajnice sa snažia dať samotnému projektilu čo najvyššiu počiatočnú rýchlosť pomocou pneumatického alebo požiarneho. zbrane na to. V tých railgunoch, kde je projektil vodivým médiom, sa projektil po privedení napätia na koľajnice zahrieva a horí, pričom sa mení na vodivú plazmu, ktorá sa potom tiež zrýchľuje. Railgun teda môže strieľať plazmu, no pre svoju nestabilitu sa rýchlo rozpadne. Je potrebné vziať do úvahy, že pohyb plazmy, presnejšie povedané, pohyb výboja (katóda, anódové škvrny), vplyvom ampérovej sily, je možný len vo vzduchu alebo inom plynné prostredie nie nižší ako určitý tlak, pretože inak, napríklad vo vákuu, sa prepojka plazmovej koľajnice pohybuje v smere opačnom k sile - takzvaný spätný oblúkový pohyb.
Keď sa v zbraniach railgun používajú nevodivé strely, projektil sa umiestni medzi koľajnice, za projektil, tak či onak, medzi koľajnicami sa zapáli oblúkový výboj a telo sa začne zrýchľovať pozdĺž koľajníc. Mechanizmus zrýchlenia sa v tomto prípade líši od vyššie uvedeného: ampérová sila tlačí výboj na zadnú časť tela, ktorá pri intenzívnom odparovaní vytvára prúdový prúd, pod vplyvom ktorého dochádza k hlavnému zrýchleniu tela.
Výhody a nevýhody
- Použitie railgunu eliminuje potrebu skladovania munície na lodiach konvenčné škrupiny, čo zvyšuje schopnosť prežitia lode.
- Relatívne malá veľkosť nábojov railgun umožňuje zvýšenú kapacitu munície. Veľkosť systému ako celku však nie je príliš malá a prinajmenšom zaberá miesto nie menej ako niekoľko stredne veľkých protilodných rakiet.
- Efektívny dostrel railgunu je až 200 km, ale dá sa tvrdiť, že najväčší účinný dostrel pre delostrelectvo je 20-40 km a na väčšiu vzdialenosť musíte buď použiť projektil, ktorý sa upravuje za letu, resp. spotreba munície sa mnohonásobne zvýši.
- Vysoká rýchlosť strely umožňuje použiť railgun ako zbraň protivzdušnej obrany. Rýchlosť projektilu sľubná zbraň, ktorých testy boli naplánované na rok 2016, malo byť 6, čo je výrazne menej ako mnohé protilietadlové rakety(9 M pre jednu z rakiet S-300 V4), manévrovanie s projektilom je nemožné; v praxi bola dosiahnutá len rýchlosť 3,6 M.
- Dlhé roky neboli predložené žiadne dôkazy o účinnosti, najmä pokiaľ ide o presnosť a ničivá sila. Navyše pri streľbe na veľmi veľkú vzdialenosť vzniká problém nehomogénneho zakrivenia Zeme, gravitačných nepravidelností, teplotných rozdielov a tým aj hustoty vzduchu, ako aj vlhkosti a mnohých ďalších problémov, ktoré obmedzujú presná streľba delostrelectvo s nekorigovanými projektilmi s dosahom niekoľko desiatok kilometrov.
- Najmä priebojnosť (na veľké vzdialenosti) a dopad vo všeobecnosti pri náraze neprevyšuje výkon delostrelectva stredného kalibru (rýchlosť je niekoľkonásobne vyššia, ale hmotnosť je niekoľkonásobne menšia, výbušný namiesto mnohých kilogramov - nula, je rozdiel len vo zväčšení dojazdu v dôsledku kombinácie hmotnosti, rýchlosti a v prvom rade zmenšenej veľkosti, ktorá znižuje aerodynamický odpor). Kinetická energia projektilu pri prieniku sa neprenáša nad rámec nevyhnutný na prekonanie prekážky práve vďaka vysokej rýchlosti strely. Tie. ak má strela 3 jednotky energie a 1 jednotka stačí na preniknutie do cieľa, strela prerazí dieru a pokračuje so zvyšnou energiou. Nemá náboj, takže všetok dopad na cieľ je obmedzený na prerazenie diery. Pravda, s veľmi vysoké rýchlosti Sú tu nuansy, ale z hľadiska ich škodlivého účinku sú neporovnateľné s výbušninami. [objasniť] [ ]
- Za predpokladu, že sa vyriešia všetky problémy spojené s reálnym používaním, môžu takéto zbrane poskytnúť taktickú stacionárnu protiraketovú obranu proti nemanévrovaným balistickým raketám alebo rozšíriť horizont strelieb.
Program amerického námorníctva
Vývoj v Rusku
Podľa prvého podpredsedu Výboru Rady federácie pre obranu a bezpečnosť Franza Klintsevicha v Rusku aktívne prebiehajú práce na vytvorení elektromagnetickej pištole (railgun). Predpokladá sa, že sa používa v astronautike na vynášanie nákladu na obežnú dráhu, no okrem týchto slov zatiaľ neexistujú žiadne spoľahlivé fakty.