ความเร็วกระสุนปืนแม่เหล็กไฟฟ้า ปืนใหญ่เกาส์และเรลกัน
สถานที่ทดสอบขนาดเล็กของสาขาของ Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences (JIHT RAS) ใน Shatura มีผู้คนหนาแน่น นักวิทยาศาสตร์กำลังจะสาธิตการยิงปืนเรลกัน ความสนใจยังได้รับแรงกระตุ้นจากวิดีโอสาธิตปืนเรลกันต้นแบบสำหรับ กองทัพเรือสหรัฐอเมริกาเมื่อปลายเดือนพฤษภาคม อย่างไรก็ตามด้วยความยาว ปืนอเมริกันที่ระยะ 10 เมตรและกระสุนปืนที่มีน้ำหนักมากกว่า 10 กิโลกรัม (ถ้าให้แม่นยำ 25 ปอนด์) ปืนเรลกันของรัสเซียดูเรียบง่ายกว่ามาก ความยาวลำกล้องของมันคือ 70 เซนติเมตรและน้ำหนักของกองหน้าตามที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่าโพรเจกไทล์นั้นยังไม่ถึงสิบกรัมด้วยซ้ำ อย่างไรก็ตาม ความกะทัดรัดดังกล่าวไม่ได้ขัดขวางไม่ให้บรรลุความเร็วที่สูงใกล้กับจักรวาล ตามที่หัวหน้าห้องปฏิบัติการกระบวนการพลาสโมไดนามิกของสถาบันร่วมสำหรับอุณหภูมิสูงของ Russian Academy of Sciences, Vladimir Polishchuk ความเร็วสูงสุดซึ่งในรัสเซียปืนเรลกันเร่งกระสุนปืนอยู่ที่ 5.5 กิโลเมตรต่อวินาที
รางปืนใหญ่อยู่ที่ไหน?
ปืนเรลกันของเราดูค่อนข้างจะคาดไม่ถึง: มันเป็นอุปกรณ์โลหะ รูปร่างสี่เหลี่ยม, มีหมุดยึดโดยไม่มีรางใดๆ แต่พวกเขามีอยู่จริง ข้างใน. นี่คือแผ่นโลหะสองแผ่นที่อยู่ภายในวงดนตรีซึ่งเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ กระแสไฟฟ้าไหลจากอิเล็กโทรดไปยังอิเล็กโทรด และพัลส์แม่เหล็กจะดันกระสุนปืนที่ยึดระหว่างรางออกมา มันทำจากอิเล็กทริกซึ่งก็คือวัสดุที่ไม่นำกระแสไฟฟ้า ที่สถาบันร่วมสำหรับอุณหภูมิสูงของ Russian Academy of Sciences มันทำจากโพลีคาร์บอเนต ซึ่งเป็นพลาสติกที่มักใช้ทำฟันปลอม
ขนาดของกองหน้าที่ยิงจากปืนเรลกันที่สาขา Shatura ของสถาบันร่วมเพื่ออุณหภูมิสูงของ Russian Academy of Sciences จะต้องไม่เกินหลายเซนติเมตร รูปถ่าย: Sergey Savostyanov / TASS
“ด้วยปืนเรลกันนี้ เราสามารถบรรลุมวลกระสุนปืนจำนวนสิบกรัมได้ ความจุแหล่งพลังงานของเราเพิ่มขึ้นหนึ่งเท่าครึ่ง มีอีกสี่ส่วน แต่เราได้นำไปฝังกลบ” Polishchuk กล่าว — ตอนนี้เรามีพลังงานสะสมอยู่ 1 เมกะจูลที่นี่ ในชุดเต็มเรามี 4 เมกะจูล อเมริกันขับต่อไป ปืนใหญ่“32 เมกะจูล แต่จะเพิ่มขึ้นเป็น 64 เมกะจูล”
ไม่ การพัฒนาใหม่
“การพัฒนานี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ ขณะนี้เรากำลังเข้าสู่ ระดับใหม่พลังงาน. เราเพิ่มพลังงานประมาณห้าเท่า” Polishchuk กล่าว แท้จริงแล้ว เครื่องเร่งความเร็วรถไฟเป็นที่รู้จักมานานกว่า 50 ปีแล้ว อย่างไรก็ตาม ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า ความสนใจในตัวมันปรากฏขึ้นเมื่อประมาณ 40 ปีที่แล้ว เมื่อชุมชนวิทยาศาสตร์เริ่มสนใจที่จะบรรลุความเร็วที่ใกล้เคียงกับความเร็วของจักรวาล - จาก 7.9 กม./วินาที (ความเร็วจักรวาลแรก) และสูงกว่า
เป้าหมายที่ถูกแทงโดยกองหน้าเรลกัน รูปถ่าย: Sergey Savostyanov / TASS
“สถิติโลกที่คุณเชื่อได้คือประมาณ 6.5 กม./วินาที ตามแนวคิดของเรา ความเร็วสูงสุดที่ทำได้คือ 10-12 กม./วินาที นี่เป็นสิ่งที่น่าสนใจมาก พารามิเตอร์ดังกล่าวยังไม่ได้รับการควบคุม” Polishchuk กล่าว
ฟิสิกส์ความเร็วสูง
จีนกำลังทำงานอย่างแข็งขันเกี่ยวกับเทคโนโลยีที่เป็นพื้นฐานของปืนเรลกัน วลาดิมีร์ ฟอร์ตอฟ ประธานสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งรัสเซีย ซึ่งเข้าร่วมในการสาธิตที่สถานที่ทดสอบ JIHT RAS ระบุว่า นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนตีพิมพ์บทความประมาณ 150 บทความในพื้นที่นี้ตลอดระยะเวลาหนึ่งปี ขณะเดียวกันสหรัฐฯ ก็มุ่งความสนใจไปที่การขว้างปา ฝูงใหญ่และไม่ใช่ด้วยการเพิ่มความเร็ว Polishchuk ตั้งข้อสังเกต
“ชาวอเมริกันได้หยุดภารกิจในการบรรลุความเร็วสูงสุดเป็นพิเศษแล้ว พวกเขามีส่วนร่วมในการขว้างปาจำนวนมาก เป้าหมายคือปืนแม่เหล็กไฟฟ้าและยิงด้วยความเร็วขีปนาวุธตามความเป็นจริง และปืนใหญ่ก็มีแนวโน้มในอีก 10 ปีข้างหน้า” นักวิทยาศาสตร์กล่าว พร้อมเสริมว่าสหภาพโซเวียตในยุค 80 บรรลุผลลัพธ์ที่ดีในการพัฒนาเครื่องยิง แต่เทคโนโลยีไม่พัฒนาเนื่องจากประเทศแทบไม่มีเรือบรรทุกเครื่องบินเลย ซึ่งมันสามารถนำมาใช้ได้
ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียไม่ได้สนใจมวลชน แต่สนใจในเรื่องความเร็วและความกดดันสูง
“หน้าที่ของเราคือพยายามให้ได้มา สภาพห้องปฏิบัติการด้วยความช่วยเหลือของระบบดังกล่าวดังกล่าว แรงดันสูงและศึกษาพฤติกรรมของสสารภายใต้สภาวะสุดขั้ว อุณหภูมิสูงและความกดดัน นี่เป็นสิ่งจำเป็นในการทำความเข้าใจวิธีการทำงานของจักรวาล เนื่องจาก 95% ของสสารที่มองเห็นได้ทั้งหมดในจักรวาลอยู่ในสภาพที่ถูกบีบอัดและมีความร้อนสูง เรากำลังพยายามใช้ระบบเหล่านี้เพื่อให้ได้รัฐที่มีชั้นบรรยากาศหลายล้านแห่ง” ฟอร์ตอฟกล่าว
จากการเชื่อมสู่ดาวเคราะห์น้อย
Railgun สามารถนำมาใช้ไม่เพียงเพื่อจุดประสงค์ทางทหารเท่านั้น แต่ยังเพื่อความสงบสุขแม้กระทั่ง "ผู้สูงศักดิ์" อีกด้วย ตัวอย่างเช่น การศึกษาว่ากระสุนปืนชนกับเป้าหมายด้วยความเร็วสูงมากได้อย่างไร จะช่วยศึกษาประวัติการโจมตีของอุกกาบาตบนดาวเคราะห์ของเรา รวมถึงของเราด้วย และในอนาคตจะสร้างระบบป้องกันในอนาคต ยานอวกาศจากอนุภาคขนาดเล็กในอวกาศระหว่างดวงดาว
จริงอยู่ที่ Fortov สงสัยอย่างยิ่งถึงความเป็นไปได้ที่จะใช้ปืนเรลกันเพื่อปกป้องโลกจากดาวเคราะห์น้อยและอุกกาบาตขนาดใหญ่ ในทางกลับกัน Polishchuk มั่นใจว่ากระสุนปืนที่ยิงด้วยปืนเรลกันที่ความเร็ว 10-15 กม./วินาที สามารถเบี่ยงเบนดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดหลายสิบหรือหลายร้อยเมตรจากวิถีของมันได้ นอกจากนี้ หลักการปืนเรลกันสามารถนำมาใช้ในการฉีดเชื้อเพลิงฟิวชันเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ได้ในอนาคต
ภาพยิงด้วยกองหน้าหนัก 2 กรัม ด้วยความเร็ว 3.2 กม./วินาที จากปืนเรลกันที่สนามฝึกซ้อมของสาขาของ Joint Institute for High Temperatures ของ Russian Academy of Sciences วีดีโอ: JIHT RAS
“จำเป็นต้องใส่อนุภาคของส่วนผสมดิวทีเรียม-ทริเทียมภายในโทคามัก (ห้องวงแหวนที่มีขดลวดแม่เหล็กซึ่งกักเก็บพลาสมาไว้ เพื่อสร้างสภาวะให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์แสนสาหัสที่ควบคุมได้ - ประมาณ "ห้องใต้หลังคา") ความเร็วจะต้องสูง: กิโลเมตรต่อวินาที ไม่เช่นนั้นมันจะไม่บินเข้าไป แต่จะระเหยไปตามถนน” โปลิชชุคกล่าว
หากนำกองหน้าออกจากปืนเรลกัน พลาสมาก้อนที่ปล่อยออกมาจะสามารถนำมาใช้เสริมความแข็งแกร่งให้กับวัสดุได้ 3-4 เท่า Fortov กล่าว
“นอกจากนี้ ยังมีทิศทางเช่นการเชื่อมด้วยระเบิด เมื่อแผ่นเหล็กสองแผ่นชนกัน ซึ่งปกติแล้วจะไม่ได้เชื่อม แต่เนื่องจากอิทธิพลของขนาดใหญ่แม้จะเป็นระยะสั้น แรงกดดันทำให้เกิดรอยเชื่อมที่แข็งแกร่งมาก การเชื่อมนี้ใช้ในการทำหัวฉีดจรวด” ประธาน Academy of Sciences แห่งรัสเซียกล่าวเสริม
บิ๊กแบง
ตามคำกล่าวของฟอร์ตอฟ นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียยัง “ห่างไกลจากความเร็วแสงมาก”
“กระแสที่ไหลผ่านวงจรทำให้เกิดแรงดันแม่เหล็กสูงมาก โดยอยู่ที่ระดับหลายพันบรรยากาศ แรงเหล่านี้พยายาม "ดัน" อิเล็กโทรดออกจากกัน ดังนั้นการออกแบบจึงทรงพลังมาก และบ่อยครั้งที่มีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น สกรูก็หัก มีปัญหาอื่นที่เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าพลาสมาไม่เสถียร เมื่อมันเร่งความเร็วของกองหน้า มันจะแยกตัวออกเป็นองค์ประกอบต่างๆ และอัตราการเร่งความเร็วจะลดลง” ประธาน Russian Academy of Sciences กล่าว
ประธาน Academy of Sciences แห่งรัสเซีย Vladimir Fortov ถัดจากปืนเรลกัน การยิงจากคันเร่งทำให้หมุดยึดคู่หนึ่งหลุดออกจากผนังแนวตั้งของอุปกรณ์ รูปถ่าย: Sergey Savostyanov / TASS
เห็นได้ชัดว่าครั้งนี้มีบางอย่างผิดพลาดจริงๆ หลังจากการระเบิดที่ดังกึกก้องซึ่งทะลุผ่านเมฆฝุ่น นักข่าวเห็นว่าการยิงด้วยกองหน้าสองกรัมซึ่งมีความเร็ว 3.2 กม./ชม. ได้ฉีกหมุดยึดหนักคู่หนึ่งออกจากปืนเรลกันจนหมด
“หมุดยึดหลุดออกเนื่องจากมีแรงมากเกินไป มีการใช้ผ้าพันแผลหลายครั้ง หลายสิบครั้ง ความเหนื่อยล้าส่งผลเสีย” Polishchuk อธิบาย
ในเวลาเดียวกัน Fortov กล่าวว่านักวิทยาศาสตร์ "มาถูกทาง" และอุปกรณ์จะได้รับการซ่อมแซมภายในไม่กี่ชั่วโมง
ไม่มีวัตถุระเบิด นี่คือวิธีที่กระสุนปืนบินออกจากปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเร่งความเร็วจาก 0 ถึง 2.5 กิโลเมตรต่อวินาที (ภาพจาก Navy.mil)
คืออะไร พลังงานจลน์รถดัมพ์ขนาดใหญ่บรรทุกทรายด้วยความเร็ว 100 กิโลเมตรต่อชั่วโมง? นี่คือพลังงานของกระสุนปืนที่ยิงเมื่อวานนี้จากปืนแม่เหล็กไฟฟ้าของกองทัพเรือสหรัฐฯ และท้ายที่สุด การทดสอบเกิดขึ้นเพียงหนึ่งในสามของความแรงทั้งหมดเท่านั้น
วันที่ 31 มกราคม 2551 เวลา ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ (Naval Surface Warfare Center) ซึ่งตั้งอยู่ในเมืองดาห์ลเกรน ประสบความสำเร็จในการทดสอบปืนเรลกันแม่เหล็กไฟฟ้า (EMRG) ที่ทรงพลังที่สุดในโลกที่ระดับพลังงานการยิงสูงสุดเป็นประวัติการณ์ (สำหรับปืนเรลกัน) ที่ 10.64 เมกะจูล
จิม ปอยเนอร์ วิศวกรที่ Naval Surface Warfare Center กำลังตรวจสอบปืนเรลกันที่ทรงพลังที่สุดในโลก (ภาพถ่ายโดย John F. Williams/กองทัพเรือสหรัฐฯ)
โปรดทราบว่าสองกิโลเมตรครึ่งต่อวินาทีไม่ใช่ความเร็วสูงสุดที่ได้จากการทดลองกับปืนเรลกัน ดังนั้น ด้วยการใช้ปืนใหญ่ที่คล้ายกัน (ในการออกแบบ แต่ไม่มีขนาด) ที่มหาวิทยาลัยแคนเบอร์รา นักวิทยาศาสตร์จึงเร่งความเร็วกระสุนปืนเป็น 5.9 กิโลเมตรต่อวินาที แต่มีน้ำหนักเพียง 16 กรัม ซึ่งน้อยกว่าเปลือกในอย่างหาที่เปรียบไม่ได้ การติดตั้งแบบอเมริกัน(เกิน 3 กิโลกรัม)
มันยังอยู่ไม่ไกล ระบบการต่อสู้แต่เป็นการประมาณที่ดี
เมื่อวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ทำโครงการคล้ายคลึงกัน การติดตั้งเรือโดยจะต้องดีดกระสุนออกโดยใช้พลังงาน 64 เมกะจูล
ตามรายงานบางฉบับ ความเร็วของกระสุนปืนจากการติดตั้งรางเรือสามารถเข้าถึงได้เกือบ 6 กิโลเมตรต่อวินาที อีกทั้งน้ำหนักของ “แกนกลาง” ที่นำมาใช้ในการดังกล่าว ปืนทหารเรือตัวอย่างเช่น อาจสูงกว่าน้ำหนักของช่องว่างที่เร่งในการตั้งค่าการทดสอบ แต่จะต่ำกว่าน้ำหนักกระสุนสำหรับสมัยใหม่อย่างมาก ปืนเรือความสามารถหลัก
ตามที่ผู้พัฒนาคอมเพล็กซ์กล่าวว่าสิ่งนี้จะช่วยให้เรือพิฆาตและเรือประจัญบานสามารถนำกระสุนติดตัวไปด้วยได้มากขึ้น (ไม่นับตามน้ำหนัก แต่ตามจำนวนนัด)
ไม่ว่าในกรณีใด เป้าหมายของกองทัพคือการได้รับปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถทำลายทะเลและได้ เป้าหมายภาคพื้นดินบน ระยะทางไกล- ตามแผนของผู้เชี่ยวชาญกองทัพเรือสหรัฐฯ ความเร็วของกระสุนปืน ณ เวลาที่กระทบกับวัตถุ (เมื่อบินในชั้นบรรยากาศร่างกายจะช้าลง) ควรมีอย่างน้อย 5 มัคหรือ 1.7 กิโลเมตรต่อวินาที !
ขนาดใหญ่เพียงพอสำหรับ "ค้อน" ขนาดใหญ่และทนทาน และไม่มีวัตถุระเบิด เพื่อเจาะรูขนาดใหญ่ในเป้าหมาย ทำลายวัตถุในขณะที่เจาะเหล็กแผ่นหนาหรือผนังคอนกรีต หรือแม้แต่เจาะเข้าไปในบังเกอร์ใต้ดินที่ไม่ลึกเกินไป . แน่นอนว่ากระสุนปืนดังกล่าวสามารถเต็มไปด้วยวัตถุระเบิดได้
อัตราการยิงของการติดตั้ง EMRG ของเรือควรอยู่ที่ 6 ถึง 12 รอบต่อนาที
แผนภาพเรลกัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลแสดงการชาร์จชุดตัวเก็บประจุขนาดมหึมา (สี่เหลี่ยมสีเทา) ในช่วงเวลาหนึ่ง อย่างหลังในขณะที่ทำการยิง ให้จ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับรางคู่ขนานของ supergun สองราง (ภาพประกอบจาก Military.com)
“เรลกัน” ทำงานอย่างไร? กระบอกของมันถูกติดตั้งด้วยแผ่นโลหะสองแผ่นขนานกันซึ่งเมื่อถูกยิงจะจ่ายกระแสไฟฟ้าหลายล้านแอมแปร์
กระแสนี้สร้างสนามแม่เหล็กรอบราง กระสุนปืนเคลื่อนที่ระหว่างรางและด้านหลังจะมีส่วนแทรกพิเศษซึ่งปิดวงจรระหว่างแผ่นทั้งสอง ในส่วนแทรกนี้ กระแสไฟฟ้ายังก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กแรงสูง ซึ่งทำปฏิกิริยากับสนามรอบๆ ราง เพื่อเร่ง "การเสริมแรง" และด้วยเหตุนี้จึงทำให้เกิดกระสุนปืน
DefenseTech เขียนว่าระยะของปืนแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับเรือสหรัฐฯ ในอนาคตควรอยู่ที่ 250 ไมล์ทะเล (463 กิโลเมตร) และตามคำแนะนำของกองทัพ ควรมีระยะ "อย่างน้อย 200 ไมล์" (370 กิโลเมตร) ซึ่งมากกว่านั้นหลายเท่า ของอาวุธดินปืนแบบดั้งเดิม
จะต้องติดตั้ง DD(X) อาวุธที่แตกต่างกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งขีปนาวุธร่อนที่มีการยิงในแนวดิ่ง (จากไซโล) การเปิดตัวของหนึ่งในนั้นแสดงไว้ในภาพ (ภาพประกอบจากเว็บไซต์ ddxnationalteam.com)
สามารถให้ช่วงเดียวกันและมากขึ้นได้ ขีปนาวุธล่องเรือแต่มีความเร็วในการบินต่ำกว่า ซึ่งหมายความว่าจะใช้เวลาในการตัดสินใจทำลายเป้าหมายนานขึ้น ดังนั้นปืนใหญ่แม่เหล็กไฟฟ้าจึงสามารถให้เรือได้เปรียบเหนือศัตรู
ตามรายงานของ Military.com เรือพิฆาต DD(X) แห่งศตวรรษที่ 21 ซึ่งพัฒนาร่วมกันโดย Northrop Grumman, Raytheon, Lockheed Martin, General Dynamics และ BAE Systems สามารถรับปืนเรลกันได้
จากข้อมูลของ Naval Surface Warfare Center กองทัพเรือสหรัฐฯ อาจรับเรือที่มี EMRG ในปี 2020-2025
ในภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง “Eraser” ปืนแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถยกได้ด้วยมือ และแม้กระทั่งถือไว้สองตัวด้วยซ้ำ แต่วิศวกรของบริษัทขนาดใหญ่มัก "วาง" อาวุธดังกล่าวไว้ใน "รถถังแห่งอนาคต" โดยตระหนักว่าจริงๆ แล้วอาวุธเหล่านี้มีน้ำหนักได้มากเพียงใด ในท้ายที่สุดผู้เชี่ยวชาญได้ข้อสรุปว่าประโยชน์สูงสุดจาก "ปืนเรลกัน" สามารถทำได้ในขนาดที่ใหญ่มากเท่านั้น ดังนั้น พวกเขาจึงมีเส้นทางตรงบนเรือ (เฟรมจาก Trailerfan.com และภาพประกอบของ Lockheed Martin จากการทหาร) ดอทคอม)
เราทำได้แค่รอการทดสอบปืนเรลกันอย่างเต็มกำลังจากห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯ
แรงแอมแปร์ยังกระทำบนราง ทำให้เกิดแรงผลักกัน
เรื่องราว
ภาคเรียน เรลกันถูกเสนอในช่วงปลายทศวรรษ 1950 นักวิชาการโซเวียต Lev Artsimovich จะแทนที่ชื่อที่ยุ่งยากที่มีอยู่ "เครื่องเร่งมวลไฟฟ้าไดนามิก" เหตุผลในการพัฒนาอุปกรณ์ดังกล่าวซึ่งเป็นอาวุธที่มีแนวโน้มก็คือตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าการใช้ดินปืนในการยิงถึงขีด จำกัด แล้ว - ความเร็วของประจุที่ปล่อยออกมาด้วยความช่วยเหลือนั้นถูกจำกัดไว้ที่ 2.5 กม. / วินาที
ในปี 1970 ปืนเรลกันได้รับการออกแบบและสร้างโดย John P. Barber แห่งแคนาดาและที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์ Richard A. Marshall แห่งนิวซีแลนด์ โรงเรียนวิจัยวิทยาศาสตร์กายภาพ, National มหาวิทยาลัยออสเตรเลีย - ]
ทฤษฎี
ในฟิสิกส์ของเรลกัน โมดูลัสของเวกเตอร์แรงสามารถคำนวณได้โดยใช้กฎไบโอต์-ซาวาร์ต-ลาปลาซ และสูตรแรงแอมแปร์ ในการคำนวณคุณจะต้อง:
จากกฎไบโอต-ซาวาร์ต-ลาปลาซ เป็นไปตามว่าสนามแม่เหล็กที่ระยะหนึ่ง ( s (\displaystyle s)) จากเส้นลวดอนันต์ที่มีกระแสไฟฟ้าคำนวณได้ดังนี้:
B (s) = μ 0 I 2 π s (\displaystyle \mathbf (B) (s)=(\frac (\mu _(0)I)(2\pi s)))ดังนั้นในช่องว่างระหว่างสายไฟสองเส้นที่ไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งอยู่ห่างจากกัน r (\displaystyle r)จากกันโมดูล สนามแม่เหล็กสามารถแสดงได้ด้วยสูตร:
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)(rs))\right))เพื่อชี้แจงค่าเฉลี่ยของสนามแม่เหล็กบนกระดองปืนเรลกัน เราถือว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของรางนั้น ง (\displaystyle ง)ระยะทางน้อยกว่ามาก r (\displaystyle r)และสมมติว่ารางนั้นถือได้ว่าเป็นตัวนำไฟฟ้าแบบกึ่งอนันต์คู่หนึ่ง เราสามารถคำนวณอินทิกรัลต่อไปนี้ได้
B เฉลี่ย = 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 data µ 0 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))\ประมาณ (\frac (\mu _(0)I)(\pi r))\ln (\frac (r)(d)))ตามกฎของแอมแปร์ แรงแม่เหล็กที่กระทำบนลวดที่นำกระแสไฟฟ้าจะเท่ากับ ฉัน d B (\displaystyle IdB)- สมมติว่าความกว้างของกระสุนปืนของตัวนำ r (\displaystyle r)เราได้รับ:
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)))สูตรจะขึ้นอยู่กับสมมติฐานว่าระยะทาง ล. (\displaystyle ล.)ระหว่างจุดที่วัดแรง F (\รูปแบบการแสดงผล F)และจุดเริ่มต้นของรางมากกว่าระยะห่างระหว่างราง ( r (\displaystyle r)) 3-4 ครั้ง ( l > 3 r (\displaystyle l>3r)- มีการตั้งสมมติฐานอื่นๆ บางประการด้วย เพื่ออธิบายแรงได้แม่นยำยิ่งขึ้น ต้องคำนึงถึงรูปทรงของรางและกระสุนปืนด้วย
ออกแบบ
มีหลายสิ่งที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเรลกัน ปัญหาร้ายแรง: ชีพจรในปัจจุบันจะต้องมีพลังและคมมากจนกระสุนปืนไม่มีเวลาระเหยและแยกออกจากกัน แต่มีแรงเร่งความเร็วเกิดขึ้นเพื่อเร่งความเร็วไปข้างหน้า โพรเจกไทล์หรือพลาสมาถูกกระทำโดยแรงแอมแปร์ ดังนั้นความแรงของกระแสจึงมีความสำคัญเพื่อให้บรรลุการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กที่ต้องการ และกระแสที่ไหลผ่านโพรเจกไทล์ที่ตั้งฉากกับเส้นสนามแม่เหล็กก็มีความสำคัญ เมื่อกระแสไหลผ่านโพรเจกไทล์ วัสดุโพรเจกไทล์ (มักใช้ก๊าซไอออไนซ์หลังโพรเจกไทล์โพลีเมอร์น้ำหนักเบา) และรางต้องมี:
- ค่าการนำไฟฟ้าสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
- กระสุนปืน - มีมวลน้อยที่สุด
- - มีกำลังมากที่สุดและมีความเหนี่ยวนำน้อยที่สุด
อย่างไรก็ตาม ลักษณะเฉพาะของตัวเร่งรางคือสามารถเร่งความเร็วมวลที่ต่ำมากเป็นพิเศษไปจนถึงความเร็วสูงพิเศษได้ (ความเร็วของกระสุนใน อาวุธปืนถูกจำกัดด้วยจลนศาสตร์ที่เกิดขึ้นในอาวุธ ปฏิกิริยาเคมี- ในทางปฏิบัติ รางทำจากทองแดงปราศจากออกซิเจนเคลือบด้วยเงิน แท่งอลูมิเนียมหรือลวดถูกใช้เป็นกระสุนปืน โพลีเมอร์สามารถใช้ร่วมกับตัวกลางนำไฟฟ้า และแบตเตอรี่ของตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงซึ่งชาร์จอยู่ จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ Unipolar เครื่องบังคับและอื่น ๆ ถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่มีแรงดันไฟฟ้าในการทำงานสูงและก่อนที่จะเข้าสู่รางพวกเขาพยายามที่จะให้พลังกระสุนปืนกับตัวเองให้ได้มากที่สุด ความเร็วเริ่มต้นใช้ปืนลมหรืออาวุธปืน ในปืนเรลกันที่โพรเจกไทล์เป็นสื่อนำไฟฟ้า หลังจากแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายไปที่ราง โพรเจกไทล์จะร้อนขึ้นและไหม้ และกลายเป็นพลาสมาที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ซึ่งจะเร่งความเร็วเช่นกัน ดังนั้นปืนเรลกันจึงสามารถยิงพลาสมาได้ แต่เนื่องจากความไม่เสถียรของมัน มันจึงสลายตัวอย่างรวดเร็ว มีความจำเป็นต้องคำนึงว่าการเคลื่อนที่ของพลาสมาหรือแม่นยำกว่านั้นคือการเคลื่อนที่ของการปล่อย (แคโทด, จุดแอโนด) ภายใต้อิทธิพลของแรงแอมแปร์นั้นเป็นไปได้ในอากาศหรืออื่น ๆ เท่านั้น สภาพแวดล้อมของก๊าซไม่ต่ำกว่าความดันที่แน่นอนเนื่องจากไม่เช่นนั้นในสุญญากาศจัมเปอร์รางพลาสมาจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามกับแรง - ที่เรียกว่าการเคลื่อนที่แบบโค้งกลับ
เมื่อใช้โพรเจกไทล์ที่ไม่นำไฟฟ้าในปืนเรลกัน โพรเจกไทล์จะถูกวางไว้ระหว่างราง ด้านหลังโพรเจกไทล์ ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง การปล่อยส่วนโค้งจะถูกจุดประกายระหว่างราง และร่างกายจะเริ่มเร่งความเร็วไปตามราง กลไกการเร่งความเร็วในกรณีนี้แตกต่างจากที่กล่าวมาข้างต้น: แรงแอมแปร์กดการปล่อยไปทางด้านหลังของร่างกายซึ่งจะระเหยอย่างเข้มข้นก่อให้เกิดกระแสเจ็ตภายใต้อิทธิพลของการเร่งความเร็วหลักของร่างกาย
ข้อดีและข้อเสีย
- การใช้ปืนเรลกันทำให้ไม่จำเป็นต้องเก็บกระสุนบนเรือ เปลือกหอยธรรมดาซึ่งช่วยเพิ่มความอยู่รอดของเรือ
- ค่อนข้าง ขนาดเล็กกระสุนปืนเรลกันทำให้คุณสามารถเพิ่มความจุกระสุนของคุณได้ อย่างไรก็ตาม ขนาดของระบบโดยรวมนั้นไม่เล็กมากนัก และอย่างน้อยก็ใช้พื้นที่ไม่น้อยไปกว่าขีปนาวุธต่อต้านเรือขนาดกลางหลายลูก
- ระยะการยิงที่มีประสิทธิภาพของปืนเรลกันนั้นสูงถึง 200 กม. แต่อาจเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าระยะการยิงที่มีประสิทธิภาพสูงสุดของปืนใหญ่คือ 20-40 กม. และในระยะไกลกว่านั้นคุณต้องใช้กระสุนปืนที่ปรับในการบินหรือ ปริมาณการใช้กระสุนจะเพิ่มขึ้นหลายเท่า
- กระสุนปืนที่มีความเร็วสูงทำให้ปืนเรลกันสามารถใช้เป็นอาวุธป้องกันภัยทางอากาศได้ ความเร็วกระสุนปืน ปืนที่มีแนวโน้มการทดสอบที่วางแผนไว้สำหรับปี 2559 ควรจะเป็น 6 ซึ่งต่ำกว่าการทดสอบจำนวนมากอย่างมาก ขีปนาวุธต่อต้านอากาศยาน(9 เมตรสำหรับหนึ่งในขีปนาวุธ S-300 V4) การหลบหลีกกระสุนเป็นไปไม่ได้ ในทางปฏิบัติทำได้เพียงความเร็ว 3.6 M
- หลายปีที่ผ่านมาไม่มีการนำเสนอหลักฐานของความมีประสิทธิผล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของความถูกต้องและ พลังทำลายล้าง- ยิ่งไปกว่านั้น ด้วยการถ่ายภาพระยะไกลพิเศษ ปัญหาความโค้งที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันของโลกเกิดขึ้น ความผิดปกติของแรงโน้มถ่วง ความแตกต่างของอุณหภูมิ และความหนาแน่นของอากาศ รวมถึงความชื้น และปัญหาอื่น ๆ อีกมากมายที่จำกัด การยิงที่แม่นยำปืนใหญ่ที่มีกระสุนปืนไม่ได้รับการแก้ไขในระยะไม่กี่สิบกิโลเมตร
- โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเจาะ (ในระยะไกล) และผลกระทบโดยทั่วไปต่อการกระแทกนั้นไม่เกินประสิทธิภาพของปืนใหญ่ลำกล้องกลาง (ความเร็วนั้นสูงกว่าหลายเท่า แต่มวลนั้นน้อยกว่าหลายเท่า ระเบิดแทนที่จะเป็นหลายกิโลกรัม - ศูนย์ ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือการเพิ่มช่วงเนื่องจากการรวมกันของมวลความเร็วและประการแรกคือขนาดที่ลดลงซึ่งช่วยลดการลากตามหลักอากาศพลศาสตร์) พลังงานจลน์ของโพรเจกไทล์ เมื่อเจาะทะลุจะไม่ส่งเกินความจำเป็นในการเอาชนะสิ่งกีดขวางอย่างแม่นยำเนื่องจากกระสุนปืนความเร็วสูง เหล่านั้น. หากกระสุนปืนมีพลังงาน 3 หน่วยและ 1 หน่วยเพียงพอที่จะเจาะเป้าหมายได้ กระสุนปืนจะเจาะรูแล้วเคลื่อนที่ต่อไปด้วยพลังงานที่เหลืออยู่ ไม่มีค่าใช้จ่าย ดังนั้นผลกระทบต่อเป้าหมายทั้งหมดจึงจำกัดอยู่เพียงการเจาะรูในนั้น จริงอยู่ที่ความเร็วสูงมากมีความแตกต่างที่นี่ แต่ ผลเสียหายพวกมันเทียบไม่ได้กับวัตถุระเบิด [ชี้แจง] [ ]
- โดยมีเงื่อนไขว่าทุกปัญหาที่เกี่ยวข้องกับ การใช้งานจริงอาวุธดังกล่าวสามารถให้การป้องกันขีปนาวุธนิ่งทางยุทธวิธีต่อขีปนาวุธที่ไม่เคลื่อนที่หรือขยายขอบเขตการยิง
โครงการกองทัพเรือสหรัฐฯ
พัฒนาการในรัสเซีย
ตามที่รองประธานคนแรกของคณะกรรมการสภาสหพันธ์ด้านกลาโหมและความมั่นคง Franz Klintsevich งานเกี่ยวกับการสร้างปืนแม่เหล็กไฟฟ้า (ปืนเรลกัน) ก็กำลังดำเนินการอย่างแข็งขันในรัสเซียเช่นกัน ควรจะใช้ในอวกาศเพื่อส่งวัตถุบรรทุกขึ้นสู่วงโคจร แต่นอกเหนือจากคำเหล่านี้ ยังไม่มีข้อเท็จจริงที่เชื่อถือได้
ปืนเกาส์(ภาษาอังกฤษ) ปืนเกาส์, ปืนใหญ่เกาส์) เป็นหนึ่งในเครื่องเร่งมวลแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทหนึ่ง ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์เกาส์ผู้ศึกษา หลักการทางกายภาพแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งอุปกรณ์นี้ใช้อยู่หลักการทำงาน
ปืน Gauss ประกอบด้วยโซลินอยด์ ซึ่งภายในมีกระบอกปืน (มักทำจากอิเล็กทริก) กระสุนปืน (ทำจากวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก) ถูกสอดเข้าไปในปลายด้านหนึ่งของลำกล้อง เมื่อรั่ว กระแสไฟฟ้าสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นในโซลินอยด์ ซึ่งจะเร่งกระสุนปืนโดย "ดึง" มันเข้าไปในโซลินอยด์ ในกรณีนี้กระสุนปืนจะได้รับเสาที่ปลายอย่างสมมาตรกับเสาของขดลวดซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมหลังจากผ่านศูนย์กลางของโซลินอยด์แล้ว กระสุนปืนจะถูกดึงดูดไปในทิศทางตรงกันข้ามนั่นคือ ช้าลง แต่ถ้าในขณะนี้กระสุนปืนผ่านตรงกลางของโซลินอยด์กระแสในนั้นถูกปิดสนามแม่เหล็กจะหายไปและกระสุนปืนจะบินออกจากปลายอีกด้านของถัง แต่เมื่อปิดแหล่งพลังงาน กระแสเหนี่ยวนำตัวเองจะเกิดขึ้นในขดลวดซึ่งมีทิศทางตรงกันข้ามกับกระแส ดังนั้นจึงเปลี่ยนขั้วของขดลวด ซึ่งหมายความว่าเมื่อแหล่งพลังงานถูกปิดกะทันหัน กระสุนปืนที่ผ่านศูนย์กลางของขดลวดจะถูกผลักและเร่งความเร็วต่อไป มิฉะนั้นหากกระสุนปืนไม่ถึงจุดศูนย์กลางก็จะชะลอตัวลงเพื่อให้ได้ผลสูงสุด พัลส์ปัจจุบันในโซลินอยด์จะต้องเป็นระยะสั้นและทรงพลัง ตามกฎแล้วตัวเก็บประจุไฟฟ้าจะใช้เพื่อรับพัลส์ดังกล่าว หากใช้ตัวเก็บประจุแบบโพลาร์ (เช่น บนอิเล็กโทรไลต์) วงจรจะต้องมีไดโอดที่จะป้องกันตัวเก็บประจุจากกระแสเหนี่ยวนำในตัวเองและการระเบิด
พารามิเตอร์ของขดลวดกระสุนปืนและตัวเก็บประจุจะต้องประสานงานในลักษณะที่เมื่อยิงเมื่อกระสุนปืนเข้าใกล้ตรงกลางของขดลวดกระแสไฟฟ้าในส่วนหลังจะลดลงเหลือค่าต่ำสุดแล้วนั่นคือ ประจุของตัวเก็บประจุคงหมดไปแล้ว ในกรณีนี้ ประสิทธิภาพของปืน Gauss ขั้นเดียวจะสูงสุด
การคำนวณ
พลังงานที่สะสมอยู่ในตัวเก็บประจุ
วี - แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ (เป็นโวลต์)ค - ความจุของตัวเก็บประจุ (เป็นฟารัด)
พลังงานที่เก็บไว้เมื่อต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรมและขนานมีค่าเท่ากัน
พลังงานจลน์ของโพรเจกไทล์
ม - มวลกระสุนปืน (เป็นกิโลกรัม)
คุณ - ความเร็ว (เป็น m/s)
เวลาคายประจุของตัวเก็บประจุ
นี่คือช่วงเวลาที่ตัวเก็บประจุถูกคายประจุจนหมด เท่ากับหนึ่งในสี่ของงวด:ล - ตัวเหนี่ยวนำ (ในเฮนรี่)
ค - ความจุ (เป็นฟารัด)
เวลาการทำงานของตัวเหนี่ยวนำ
นี่คือช่วงเวลาที่ EMF ของตัวเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้นเป็นค่าสูงสุด (การคายประจุตัวเก็บประจุเต็ม) และลดลงเหลือ 0 โดยสมบูรณ์ ซึ่งเท่ากับครึ่งวงจรบนของคลื่นไซน์ล - ตัวเหนี่ยวนำ (ในเฮนรี่)
ค - ความจุ (เป็นฟารัด)
ข้อดีและข้อเสีย
ปืนใหญ่ Gauss เป็นอาวุธมีข้อได้เปรียบที่อาวุธขนาดเล็กประเภทอื่นไม่มี นี่คือการไม่มีคาร์ทริดจ์และตัวเลือกความเร็วและพลังงานเริ่มต้นของกระสุนอย่างไม่ จำกัด รวมถึงอัตราการยิงของปืนความเป็นไปได้ ยิงเงียบ ๆ(หากความเร็วของกระสุนปืนไม่เกินความเร็วของเสียง) รวมถึงโดยไม่ต้องเปลี่ยนลำกล้องและกระสุน แรงถีบกลับค่อนข้างต่ำ (เท่ากับแรงกระตุ้นของกระสุนปืนที่พุ่งออกมา ไม่มีแรงกระตุ้นเพิ่มเติมจากก๊าซผงหรือชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว) ตามทฤษฎีแล้วยิ่งใหญ่กว่า ความน่าเชื่อถือและความทนทานต่อการสึกหรอตลอดจนความสามารถในการทำงานในทุกสภาวะรวมถึงพื้นที่รอบนอกอย่างไรก็ตามแม้จะมีความเรียบง่ายที่เห็นได้ชัดของปืน Gauss และข้อดีของมัน แต่การใช้มันเป็นอาวุธก็เต็มไปด้วยความยากลำบากร้ายแรง
ปัญหาแรกคือประสิทธิภาพการติดตั้งต่ำ ประจุตัวเก็บประจุเพียง 1-7% เท่านั้นที่ถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของกระสุนปืน ในส่วนข้อเสียนี้สามารถชดเชยได้โดยใช้ระบบเร่งความเร็วกระสุนปืนแบบหลายขั้นตอน แต่ในกรณีใด ๆ ประสิทธิภาพแทบจะไม่ถึง 27% ด้วยซ้ำ ดังนั้นปืนใหญ่ Gauss จึงด้อยกว่าในแง่ของแรงยิงแม้แต่กับอาวุธนิวแมติก
ปัญหาที่สองคือการใช้พลังงานสูง (เนื่องจากประสิทธิภาพต่ำ) และเพียงพอ เวลานานตัวเก็บประจุชาร์จใหม่ซึ่งบังคับให้คุณพกแหล่งพลังงาน (โดยปกติจะเป็นแบตเตอรี่ทรงพลัง) พร้อมกับปืน Gauss ประสิทธิภาพสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมากโดยใช้โซลินอยด์ตัวนำยิ่งยวด แต่จะต้องใช้ระบบระบายความร้อนที่ทรงพลัง ซึ่งจะลดการเคลื่อนที่ของปืน Gauss ลงอย่างมาก
ความยากที่สาม (ต่อจากสองอันแรก) - น้ำหนักมากและขนาดการติดตั้งโดยมีประสิทธิภาพต่ำ
ดังนั้นในปัจจุบันปืนใหญ่ Gauss จึงไม่มีโอกาสเป็นอาวุธมากนัก เนื่องจากด้อยกว่าอาวุธขนาดเล็กประเภทอื่นอย่างมาก อนาคตจะเป็นไปได้ในอนาคตก็ต่อเมื่อมีการสร้างแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าและตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (200-300K) ที่มีขนาดกะทัดรัดแต่ทรงพลัง
เรลกัน
เรลกัน(ภาษาอังกฤษ) เรลกัน) - รูปแบบของอาวุธที่มีพื้นฐานมาจากการเปลี่ยนแปลง พลังงานไฟฟ้าเข้าสู่พลังงานจลน์ของโพรเจกไทล์ ชื่ออื่นๆ: เครื่องเร่งมวลราง, ปืนเรลกัน, ปืนเรลกัน. อย่าสับสนกับปืนเกาส์หลักการทำงาน
ปืนเรลใช้แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียกว่าแรงแอมแปร์เพื่อเร่งกระสุนปืนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าซึ่งเริ่มแรกเป็นส่วนหนึ่งของวงจร บางครั้งมีการใช้การเสริมแรงแบบเคลื่อนย้ายได้เพื่อเชื่อมต่อราง ปัจจุบัน ฉันการผ่านรางจะกระตุ้นสนามแม่เหล็ก B ระหว่างพวกมันซึ่งตั้งฉากกับกระแสที่ไหลผ่านกระสุนปืนและรางที่อยู่ติดกัน เป็นผลให้เกิดการผลักกันของรางและกระสุนปืนจะเร่งความเร็วภายใต้อิทธิพลของแรง เอฟ.ข้อดีและข้อเสีย
มีปัญหาร้ายแรงหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการผลิตปืนเรลกัน: ชีพจรในปัจจุบันจะต้องทรงพลังและคมชัดมากจนกระสุนปืนไม่มีเวลาที่จะระเหยและแยกออกจากกัน แต่จะมีแรงเร่งเกิดขึ้นเพื่อเร่งความเร็วไปข้างหน้า ดังนั้น วัสดุของโพรเจกไทล์และรางจะต้องมีค่าการนำไฟฟ้าสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โพรเจกไทล์ต้องมีมวลน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และแหล่งกำเนิดกระแสจะต้องมีมวลน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ มีพลังมากขึ้นและความเหนี่ยวนำที่ต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม ลักษณะเฉพาะของตัวเร่งรางคือสามารถเร่งความเร็วมวลที่ต่ำมากเป็นพิเศษให้เป็นความเร็วสูงพิเศษได้ ในทางปฏิบัติ รางทำจากทองแดงปลอดออกซิเจนเคลือบด้วยเงิน แท่งอลูมิเนียมหรือลวดถูกใช้เป็นกระสุนปืน และใช้แบตเตอรี่ไฟฟ้าแรงสูงเป็นแหล่งพลังงาน ตัวเก็บประจุไฟฟ้า, เครื่องกำเนิดมาร์กซ์, เครื่องกำเนิดขั้วเดียวแบบช็อต, ตัวบังคับและก่อนเข้าสู่รางพวกเขาพยายามให้กระสุนปืนมีความเร็วเริ่มต้นสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยใช้นิวแมติกหรือ ปืนดับเพลิง- ในปืนเรลกันที่มีกระสุนปืนเป็นเส้นลวด หลังจากจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับราง ลวดจะร้อนขึ้นและไหม้ และกลายเป็นพลาสมาที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ซึ่งจะเร่งความเร็วเช่นกัน ดังนั้นปืนเรลกันจึงสามารถยิงพลาสมาได้ แต่เนื่องจากความไม่เสถียรของมัน มันจึงสลายตัวอย่างรวดเร็วหมายถึงเครื่องเร่งมวลแม่เหล็กไฟฟ้า (หรือถ้าเราคิดในแง่การทหาร กระสุนและกระสุนปืน) เป็นเรื่องจริงที่จะนับการใช้ปืนเรลกัน ทหารราบเบาอาวุธยังไม่จำเป็น คำถามนี้ยังคงเป็นสิทธิพิเศษของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตาม ถ้าเราพูดถึงการจัดเตรียมยุทโธปกรณ์หนักทางทหารและเรือรบด้วย สิ่งต่างๆ ที่นี่จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ในเวลาเพียง 5-6 ปี จะสามารถผลิตปืนเรลกันต่อสู้ได้ หลังจากนั้นพวกมันจะเริ่มเข้ามาแทนที่ระบบปืนใหญ่ดินปืนอย่างเข้มข้น
แต่มาเริ่มกันตามลำดับซึ่งเราจะพบว่าปืนเรลกันคืออะไรและทำงานอย่างไร
ส่วนหลักของการติดตั้งคือ:
1. แหล่งจ่ายไฟ เป็นแบตเตอรี่ของตัวเก็บประจุที่สร้างพัลส์กระแสสั้นที่มีกำลังมหาศาล ( มันเกี่ยวกับหลายร้อยหรือหลายพันกิโลจูล)
2. การสลับอุปกรณ์ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือสายเคเบิลหนาหลายสิบเส้นที่สามารถส่งพลังงานสะสมได้โดยไม่ละลาย
3. ตัวเปิด- อุปกรณ์ดังกล่าวมีลักษณะคล้ายกระบอกปืน เสริมความแข็งแกร่งด้วยสารเสริมความแข็งแกร่งมากมาย จำเป็นสำหรับระบบที่จะทนทาน ความดันภายในมากกว่า 1,000 บรรยากาศ และอุณหภูมิ 20,000-30,000 องศา ภายในถังตลอดความยาวมีอิเล็กโทรดหรือรางยาวขนานกันสองอัน (จึงเป็นที่มาของชื่อ)
หลักการทำงาน:
พัลส์กระแสอันทรงพลังจะจ่ายให้กับราง พลังแห่งการปลดปล่อยนั้นเกินกว่าพลังงานของสายฟ้ามากกว่าร้อยเท่า พลาสมาอาร์กจะสว่างขึ้นทันทีระหว่างราง (ขั้วไฟฟ้า) นักพัฒนาบางคนแนะนำให้ใส่โลหะที่หลอมละลายต่ำลงในถังก่อนที่จะจ่ายแรงดันไฟฟ้า มันจะช่วยจุดประกายส่วนโค้งและเมื่อละลายก็จะกลายเป็นพลาสมาซึ่งจะเพิ่มปริมาณอย่างมาก กระแสจะไหลจากรางหนึ่งไปอีกรางหนึ่งผ่านพลาสมา กระแสไฟฟ้าทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอันทรงพลังซึ่งจะส่งผลต่ออุปกรณ์ทั้งหมด เนื่องจากรางได้รับการแก้ไขอย่างแน่นหนา องค์ประกอบที่เคลื่อนไหวได้เพียงตัวเดียวของระบบจะเป็นพลาสมา ซึ่งกระแสยังคงไหลผ่าน ราวกับว่าผ่านตัวนำโลหะธรรมดา ภายใต้อิทธิพลของแรงลอเรนซ์ ตัวนำเดียวกัน (พลาสมา) นี้จะเริ่มเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วไปตามลำกล้อง
พลาสมาก้อนเรียกว่า "พลาสมาลูกสูบ" เหมือนกับประจุแบบผงในอาวุธปืน หากวางกระสุนปืนไว้หน้าลูกสูบ ความเร็วของกระสุนปืนเมื่อออกจากลำกล้องอาจสูงถึง 13-15 กม./วินาที (สำหรับการอ้างอิง ปืนใหญ่สมัยใหม่สามารถเร่งความเร็วกระสุนปืนได้สูงสุด 2 กม./วินาที) . น่าแปลกที่ปืนเรลกันอาจยังคงอยู่ อาวุธร้ายแรงและโดยไม่ต้องใช้ขีปนาวุธ ในกรณีนี้ การติดตั้งจะสามารถยิงพลาสมาลิ่มเลือดได้ และความเร็วของมันจะยอดเยี่ยมมาก - ประมาณ 50 กม./วินาที
ข้อดีของอาวุธ:
1. ความเร็วกระสุนปืนขนาดใหญ่ ในระบบการต่อสู้ควรจะสูงถึง 10 กม./วินาที ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ปืนเรลกันสามารถให้ประโยชน์ได้มากกว่านั้นมาก ความเร็วที่สูงขึ้นการเร่งความเร็ว แต่เนื่องจากความต้านทานอากาศที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งจะหยุดกระสุนปืนที่ถูกยิงอย่างแท้จริงจึงไม่สมเหตุสมผลที่จะบรรลุเป้าหมายนี้ ความเร็วอันมหาศาลของวัตถุที่ถูกเร่งนั้นเป็นคุณสมบัติหลักของปืนเรลกันที่มันถูกสร้างขึ้น ข้อดีอื่นๆ ส่วนใหญ่ของอาวุธนี้มาจากคุณสมบัตินี้
2. พลังทะลุทะลวงมหาศาล ในการทดสอบในห้องปฏิบัติการกับปืนเรลกันบนโต๊ะ กระสุนโพลีเมอร์อ่อนน้ำหนัก 2 กรัมทะลุแผ่นโลหะหนาได้ ในกรณีนี้ ส่วนหนึ่งของโลหะกลายเป็นพลาสมาและระเหยไป จากตัวอย่างนี้จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าปืนเรลกันต่อสู้จริงสามารถเจาะวัสดุและประเภทของเกราะที่มีอยู่ในปัจจุบันได้ แทบไม่มีการป้องกันเลย แม้แต่ผู้ที่แข็งแกร่งก็ไม่สามารถช่วยคุณได้ การป้องกันที่ใช้งานอยู่เนื่องจากเฮกโซเจนที่ใช้ในนั้นไม่มีเวลาที่จะระเบิด
3. การยิงตรงระยะไกล มันสามารถมีระยะทาง 8-9 กม. และกระสุนปืนครอบคลุมระยะนี้ในเวลาไม่ถึงวินาที แน่นอนว่าแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะหลบเลี่ยงการโจมตีดังกล่าว นอกจากนี้การเล็งยังง่ายขึ้นอย่างมาก เมื่อยิงจากปืนเรลกัน ไม่จำเป็นต้องแก้ไขตะกั่ว ลมแรง ฯลฯ ยิงให้ถูกสิ่งที่เห็นแล้วจะไม่พลาด
4. ระยะการยิงไกล กระสุนปืนที่ยิงจากปืนเรลกันสามารถเดินทางได้ไกลถึง 400 กิโลเมตร เป็นที่ชัดเจนว่าด้วยตัวบ่งชี้ดังกล่าว อาวุธนี้ส่งไปสู่อดีตไม่เพียง แต่ปืนใหญ่แบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขีปนาวุธทางยุทธวิธีทุกประเภทด้วย
5. ราคาถูก ผลิตง่าย ปลอดภัยในการเก็บกระสุน ปืนเรลกันที่ออกแบบมาสำหรับการต่อสู้ในแนวสายตา (เช่น รถถังหรือต่อต้านอากาศยาน) จะติดตั้งขีปนาวุธที่ไม่มีวัตถุระเบิด โดยแก่นแท้แล้วสิ่งเหล่านี้เป็นเพียงช่องว่าง ความจริงก็คือที่ความเร็ว 4 กม./วินาที ขึ้นไป กระสุนปืนไม่ต้องใช้วัตถุระเบิดอีกต่อไป พลังงานจลน์ของมันนั้นยอดเยี่ยมมากจนเมื่อโจมตีเป้าหมายจะไม่มีผลกระทบใด ๆ แต่เป็นการระเบิดจริงซึ่งในพลังของมันนั้นเกินกว่าการระเบิดของวัตถุระเบิดใด ๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบัน
ข้อเสียและปัญหาของปืนเรลกันสมัยใหม่:
1. ขนาดใหญ่มากและแหล่งจ่ายไฟฟ้าไม่เพียงพอ ในการจ่ายไฟให้กับปืนเรลกันที่มีอยู่นั้น มีการใช้แบตเตอรี่ของตัวเก็บประจุซึ่งครอบครองทั้งห้อง นั่นคือเหตุผลว่าทำไมจึงสามารถติดตั้งได้บนเรือรบและในพื้นที่ที่มีป้อมปราการเท่านั้น อย่างไรก็ตาม บริษัทอเมริกัน General Atomics กำลังพัฒนามือถืออยู่แล้ว ที่ดินที่ซับซ้อน Blitzer ซึ่งจะวางอยู่บนฐานรถบรรทุก จริงอยู่ มีการวางแผนที่จะใช้โรงไฟฟ้าเคลื่อนที่เพื่อขับเคลื่อนปืนนี้ซึ่งจะใช้รถบรรทุกอีกสองคัน
2. การสึกหรอของกระบอกปืนอย่างรวดเร็ว การบรรทุกเกินพิกัดขนาดมหึมาและการสัมผัสกับพลาสมาเกือบจะทำลายกระบอกสูบ จนถึงตอนนี้ทรัพยากรของมันได้ถูกนำไปใช้เพียงพันช็อตเท่านั้น ราคากระสุนนัดเดียว (โดยคำนึงถึงต้นทุนการสึกหรอของลำกล้องปืน) ตามแหล่งข้อมูลบางแห่งคือ 25,000 ดอลลาร์ เพื่อยืดอายุการใช้งานของอาวุธราคาแพง นักออกแบบจึงทำการทดลองขั้นสูง วัสดุคอมโพสิตกำลังพัฒนาระบบระบายความร้อนใหม่
3. บรรจุกระสุนในขณะที่ทำการยิง ปัญหานี้เกี่ยวข้องอย่างยิ่งกับกระสุนที่บรรจุวัตถุระเบิด
4. เอฟเฟกต์เสียงอันทรงพลัง เมื่อยิงปืนเรลกัน เสียงคำรามก็เทียบได้กับเสียงฟ้าร้องปรบมือ มันเกิดขึ้นเมื่อพลาสมาที่หนีออกจากถังไปจบลงในที่โล่งและขยายตัวอย่างรวดเร็ว
5. อัตราการยิงต่ำ สำหรับตอนนี้ ด้วยเหตุผลทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้น ไม่จำเป็นต้องพูดถึงอัตราการยิงของปืนเรลกัน แต่กองทัพสหรัฐฯ ได้มอบหมายภารกิจให้กับนักพัฒนา: ในอีกห้าปีข้างหน้า เพิ่มอัตราการยิงของการติดตั้งเป็น 6-10 รอบต่อนาที
โดยสรุป ผมอยากจะบอกว่าปืนเรลกันสมัยใหม่ยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบ แต่มีอยู่แล้ว และไม่ใช่แค่มีอยู่เท่านั้น แต่ยังกำลังพัฒนาและปรับปรุงให้ทันสมัยอย่างก้าวกระโดดอีกด้วย ผู้ผลิตอาวุธรายใหญ่ที่สุดของโลกกำลังดำเนินการเรื่องนี้อยู่ และคาดว่าจะเห็นผลในอนาคตอันใกล้นี้ ดังนั้นในปี 2020 กองทัพเรือสหรัฐฯ วางแผนที่จะติดตั้งเรือพิฆาตซีรีส์ DDG-1000 Zumwalt ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อการนี้ด้วยปืนเรลกัน ผู้สร้างรถถังอิสราเอลกำลังฝันว่าพวกเขาจะติด "ราง" ให้กับรถถังใหม่ได้อย่างไร ยานรบซึ่งจะทำให้พวกมันอยู่ยงคงกระพันในทางปฏิบัติ นอกจากนี้ยังมีโครงการที่พัก ปืนแม่เหล็กไฟฟ้าในวงโคจร เราจะรอดูว่ามันจะไม่นานขนาดนั้น
โอเล็ก ชอฟคูเนนโก
บทวิจารณ์และความคิดเห็น:
เอดูอาร์ด 04/03/57
ฉันไม่คิดว่ามันจะเป็น "เครื่องจักร" ที่ทรงพลังขนาดนี้ ดูเหมือนเล็ก
ผู้อ่าน 02.12.14
ฉันรู้วิธีสร้างมันโดยคร่าวๆ การพัฒนาของนักฟิสิกส์ 2-3 คนและนิวเคลียร์ฟิวชั่นเย็นนั้นเหมาะสำหรับสิ่งนี้ พลาสมาจะเร่งกระสุนปืนให้มีความเร็วแสงอย่างน้อย 3 เท่า
สนใจ 02.22.15
แล้วไงล่ะ แต่ CNF ยังคงต้องได้รับการพิสูจน์ แต่ในรัสเซียสิ่งนี้ไม่น่าจะเกิดขึ้น - คณะกรรมการด้านวิทยาศาสตร์เทียมจะไม่ยอมให้เป็นผู้สอบสวนเจ้ากรรม!
นิโคไล 12/18/58
เป็นไปได้ที่จะเพิ่มพลังงานของกระสุนปืนได้หลายครั้งโดยต้องรักษาความแรงของกระแสที่ไหลผ่านกระสุนปืนไว้
โอเล็ก ชอฟคูเนนโก
นิโคเลย์ อาจมีโอกาสที่จะเพิ่มความเร็วความเร่งของกระสุนปืนในปืนเรลกัน แต่ดังที่ผมเขียนไปแล้วในบทความ ไม่มีประเด็นใดที่จะทำให้มันสูงกว่า 10 กม./วินาที เหตุผลก็คือความต้านทานอากาศเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว คำถามจะมีความเกี่ยวข้องเฉพาะหลังจากการพัฒนาขีปนาวุธใหม่ที่ใช้หลักการของพลาสมาแจ็คเก็ตหรือโพรงอากาศหรืออย่างอื่น
นักวิจารณ์ 05.26.16
10 กม./วินาที นี่มันอะไรกัน! ขีปนาวุธยังไม่ได้บินเหนือระดับ 6-7 มัคในสภาพจริง และไม่อยู่ในสภาพปลอดเชื้อ
โอเล็ก ชอฟคูเนนโก
นักวิจารณ์ ความสามารถในการเพิ่มความเร็วของกระสุนปืนจาก 2 กม./วินาที เป็น 10 กม./วินาที - นี่คือจุดเด่นของปืนเรลกัน ซึ่งมีความเหนือกว่าปืนใหญ่ทั่วไป
มหาอำมาตย์ 30/05/59
ปริมาณการใช้ไฟฟ้าเป็นเรื่องที่น่าสงสัย เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการระหว่างปฏิบัติการสู้รบว่ามีรถถังที่ติดตั้งเรลกัน และเดินทางโดยมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสองเครื่องติดอยู่ด้านหลังด้วยสายเคเบิลหนา เกี่ยวกับฐาน - ทุกอย่างก็เข้าใจยากเช่นกัน ขีปนาวุธทางยุทธวิธีพวกเขาถูกวาง "บนล้อ" เมื่อนานมาแล้ว และอันที่อยู่กับที่ก็ถูกทิ้งร้างไปนานแล้วเนื่องจากเหตุผลที่ทราบ
สำหรับฉันดูเหมือนว่าสิ่งนี้จะสมเหตุสมผลมากกว่าในที่ใดที่หนึ่งบนอวกาศ เป็นความคิดที่ดีที่จะศึกษาความเป็นไปได้ในการปล่อยทุกสิ่งขึ้นสู่วงโคจรโดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง น่าเสียดายที่ตอนนี้สิ่งนี้สามารถยิงได้เฉพาะชิ้นส่วนโลหะที่หลอมละลายและไม่มีรูปร่างเท่านั้น โดยทั่วไปแล้วจะใช้พลังงานมาก มีราคาแพง ต้องใช้เทคโนโลยีที่จริงจัง (ในช่วงสงครามมักเป็นปัญหาเสมอ) และผลกระทบต่อต้นทุนดังกล่าวยังไม่เพียงพออย่างชัดเจน ปรากฎว่าในระหว่างการใช้งาน ปืนดังกล่าวหนึ่งกระบอกจะต้องมีทีมวิศวกรทั้งหมดเข้ารับบริการและมีคุณสมบัติที่สูงมาก ฉันไม่ได้หมายถึงการผลิต
ฟิว 05/31/59
มันสามารถมีประสิทธิภาพในฐานะระบบป้องกันทางอากาศ คุณสามารถสร้างระบบป้องกันได้และต้นทุนก็จะน้อยลง
เฒ่า 06/07/59
ต้องใช้ความเร็วสูงเป็นหลักสำหรับ ระยะยาว- และในระยะไกลการเล็ง "ปากกระบอกปืน" นั้นไม่สมเหตุสมผล - ปัจจัยการกระจายไมโครแบบสุ่มจะยังคงแยกความแม่นยำของการโจมตีออกไป ซึ่งหมายความว่ากระสุนปืนจะต้องมีการควบคุมและสมองของตัวเองในการกำหนดตำแหน่งและการควบคุมการบิน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดใดที่สามารถทนต่อความเร่งเช่นนี้ได้! สิ่งนี้แข็งแกร่งกว่าการใช้ค้อนขนาดใหญ่เพื่อแฮ็กที่ไมโครวงจร
โอเล็ก ชอฟคูเนนโก
เฒ่าไม่ต้องสงสัยเลยหัวที่ชาญฉลาดจะเกิดขึ้นกับบางสิ่งบางอย่างเพราะมีประสบการณ์กับกระสุนที่ปรับได้เช่น "ครัสโนโปล" และ "เซนติเมตร" และความเร็วของกระสุนปืนนั้นจำเป็นไม่เพียงแต่สำหรับระยะเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ลองจินตนาการว่าการได้โจมตีเป้าหมายด้วยปืนเรลกันที่ระยะ 2-5 กม. จะเป็นเรื่องน่าตื่นเต้นขนาดไหน ทั้งเรือ รถถัง หรือเฮลิคอปเตอร์ไม่สามารถหลบ "ของขวัญ" ดังกล่าวได้ และเครื่องบินจะต้องพยายามอย่างหนักที่จะหนีด้วยขาของมัน... หรือก็คืออุปกรณ์ลงจอด :))
สิ่งนี้สามารถมีประสิทธิภาพในฐานะระบบป้องกันทางอากาศ คุณสามารถสร้างระบบป้องกันได้และต้นทุนก็น้อยลง
โรมัน 28/11/59
การถ่ายภาพระยะไกลด้วยการยิงโดยตรงจะไม่ได้ผลเนื่องจาก g = 9.8 m/s2) และเส้นขอบฟ้าจากความสูง 2.5 ม. น้อยกว่า 6 กม. (และนี่คือเมื่อ เงื่อนไขในอุดมคติซึ่งไม่คำนึงถึงภูมิประเทศและปัจจัยอื่นที่คล้ายคลึงกัน) สิ่งเหล่านี้จึงไม่มีอะไรมากไปกว่าเรื่องราวของคนโง่เขลาที่ว่าเมื่อยิงจากปืนเรลกันไม่จำเป็นต้องคำนวณกระสุน)
โอเล็ก ชอฟคูเนนโก
จริงๆ แล้วระยะการยิงตรงเป็นลักษณะเฉพาะของอาวุธ และไม่ใช่คำแนะนำสำหรับทหารปืนใหญ่ในการยิงโดยตรงไปยังเป้าหมายที่อยู่ห่างออกไป 8-9 กม. เห็นความแตกต่าง!
วลาด 04/01/60
โอเค การยิงตรงจากรถถังนั้นน่าสนใจมาก แต่ถ้าคุณยิงที่ระยะ 10+ กม. คุณต้องการความแม่นยำอยู่แล้ว และความแม่นยำ = การควบคุมกระสุน และคำถามที่สองคือ เมื่อชนที่ว่างเปล่าด้วยความเร็ว 5-7 กม./วินาที มันจะเท่ากับ TNT กี่กิโลกรัม?
โอเล็ก ชอฟคูเนนโก
ในความคิดของฉัน Vlad (แน่นอนว่าฉันไม่สามารถพูดแทนผู้พัฒนา Railguns การต่อสู้สมัยใหม่ได้) ประเภทนี้อาวุธจะได้ผลดีที่สุดใน 2 กรณี คือ
ประการแรกคือการต่อสู้แนวสายตา สูงสุดประมาณ 5 กม.
ประการที่สองคือการระดมยิงฐานทัพทหารและวัตถุเชิงกลยุทธ์อื่น ๆ ในระยะทางกว่า 100 กม.
แน่นอนว่าหากต้องการโจมตีเป้าหมายที่อยู่ห่างออกไป 5 กม. ขึ้นไป จำเป็นต้องมีขีปนาวุธนำวิถีหรือขีปนาวุธนำวิถี มันโง่มากที่คิดว่าเรลกันจะกลายเป็น อาวุธสากลและจะเข้ามาแทนที่ระบบการต่อสู้อื่นๆ ทั้งหมด
ถ้าเราพูดถึงพลังของการระเบิดจากกระสุนปืนเรลกันที่ไม่ได้บรรจุกระสุนก็สามารถประมาณได้ง่าย ลองใช้สูตรพลังงานจลน์จากวิชาฟิสิกส์ของโรงเรียนกันดีกว่า ปรากฎว่าพลังงานของกระสุนปืนมีน้ำหนัก 1 กิโลกรัม ที่ความเร็ว 5 กม./วินาที มีค่าเท่ากับ 12.5 106 J ในหนังสืออ้างอิงใดๆ คุณจะพบค่าของพลังงานการระเบิดของประจุ TNT ตัวอย่างเช่น สำหรับ trinitrotoluene จะเท่ากับ 4.184 106 J ลองเปรียบเทียบกัน ปรากฎว่ากระสุนปืนที่ไม่ได้บรรจุ (หรือเพียงแค่ว่างเปล่า) เป็นสามครั้ง มีพลังยิ่งกว่าระเบิด- และนี่ไม่ได้คำนึงถึงพลังการเจาะทะลุอันน่าสยดสยองที่กระสุนปืนเรลกันครอบครอง
เดนิส กราบอฟ 31/07/60
แรงต้านของอากาศขึ้นอยู่กับกำลังที่สามของความเร็ว และพลังงานจลน์อยู่ในวินาที หลังจากผ่านไปเพียงสิบกิโลเมตร ความเร็วของกระสุนปืนจะเท่ากับความเร็วของกระสุนปืนทั่วไป และคุณจะต้องใช้วัตถุระเบิดในกระสุนปืน แต่ลำกล้องของมันเล็ก ซึ่งหมายความว่าจะต้องเป็นกระสุนนิวเคลียร์ ข้อได้เปรียบเพียงอย่างเดียวเหนือขีปนาวุธก็คือ ในทางทฤษฎีแล้วมันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะยิงตก แต่เหตุใดจึงจำเป็น ในเมื่อปืนเรลกันใช้ได้กับกองทัพเรือเท่านั้น และ ขีปนาวุธต่อต้านเรือระยะไกลกว่ามาก และหากพวกเขาเริ่มใช้อาวุธนิวเคลียร์ กองเรือจะถูกยิงโดย ICBM ไม่ใช่ด้วยปืนหรือขีปนาวุธพิสัยทางยุทธวิธีของกองเรือศัตรูในศูนย์ปฏิบัติการเดียวกัน และไม่น่าเป็นไปได้ที่ใครจะยิงปืน MLRS ตกได้