Магнитная пушка

Оружие будущего. Электромагнитная пушка

Электромагнитное оружие (ЭМО) — оружие, в котором для придания начальной скорости снаряду используется магнитное поле, либо энергия электромагнитного излучения используется непосредственно для поражения или нанесения повреждений технике и живой силе противника.

В первом случае магнитное поле используется как альтернатива взрывчатым веществам в огнестрельном оружии. Во втором — используется возможность наведения токов высокого напряжения и электромагнитных импульсов высокой частоты для выведения из строя электрического и электронного оборудования противника.

В третьем — применяется эм-излучение определенной частоты и напряженности с целью вызывание болевых или иных (страха, паники, слабости) эффектов у человека. ЭМ оружие второго типа позиционируется как безопасное для людей и служащее для вывода из строя техники и средств связи.

Электромагнитное оружие третьего типа, приводящее к временной небоеспособности живой силы противника, относится к категории оружия нелетального действия.

Электромагнитное оружие, разрабатываемое в настоящее время, можно разделить на несколько типов, различающихся по принципу использования свойств электромагнитного поля:

— Электромагнитная пушка (ЭМП)

— Система активного «отбрасывания» (САО)

— «Глушилки» — различные виды систем радиоэлектронной борьбы (РЭБ)

— Электромагнитные бомбы (ЭБ)

В первой части цикла статей, посвященных электромагнитному оружию, речь пойдет об электромагнитных пушках. Ряд стран, например США, Израиль и Франция активно проводят разработки в этой области, сделав ставку на использование электромагнитно-импульсных систем для генерации кинетической энергии беозарядов.

У нас, в России, пошли другим путем — основной упор сделали не на электронные пушки, как США или Израиль, а на системы радиоэлектронной борьбы и электромагнитные бомбы.

Например, как утверждают специалисты, работающие над проектом «Алабуга», отработка технологии уже минула стадию полевых испытаний, в данный момент идет стадия доводки опытных образцов в целях увеличить мощность, точность и дальность излучения.

Сегодня боевая часть «Алабуги», разорвавшись на высоте 200-300 метров, способна отключить всю радио- и электронную аппаратуру противника в радиусе 4 км и оставить войсковое подразделение масштаба батальон/полк без средств связи, управления и наведения огня, превратив всю имеющуюся технику противника в «груду металлолома».

Может быть именно эту систему имел в виду Владимир Владимирович, когда недавно говорил, о «секретном оружии», которое Россия может применить в случае войны? Впрочем, подробнее про систему «Алабуга» и других новейших российских разработках в области ЭМО речь пойдет в следующем материале. А сейчас, давайте, вернемся к электромагнитным пушкам, наиболее известном и «раскрученном» в СМИ типе электромагнитного оружия.

Может возникнуть резонный вопрос — зачем вообще нужны ЭМ-пушки, разработка которых требует огромных затрат времени и ресурсов? Дело в том, что существующие артиллерийские системы (на основе порохов и взрывчатых веществ), по оценкам экспертов и ученых, достигли своего предела — скорость выпущенного с их помощью снаряда ограничена 2,5 км/сек. Для того, чтобы увеличить дальнобойность артиллерийских систем и кинетическую энергию заряда (а следовательно, и поражающую способность боевого элемента) необходимо увеличить начальную скорость снаряда до 3-4 км/сек, а существующие системы на это не способны. Для этого нужны принципиально новые решения.

Идея создания электромагнитной пушки зародилась практически одновременно в России и Франции в разгар Первой мировой войны. В её основу легли труды немецкого исследователя Йоганна Карла Фридриха Гаусса, который разработал теорию электромагнетизма, воплотившуюся в необычное устройство — электромагнитную пушку.

Тогда, в начале ХХ века всё ограничилось опытными образцами, показавшими, к тому же, довольно посредственные результаты.

Так французский опытный образец ЭМП смог разогнать 50-граммовый снаряд лишь до скорости 200 м/сек, что ни шло ни в какое сравнение с существовавшими на тот момент пороховыми артиллерийскими системами.

Её российский аналог — «магнитно-фугальная пушка» и вовсе осталась лишь «на бумаге», — дальше чертежей дело не пошло. Всё дело в особенностях данного вида вооружения. Пушка Гаусса стандартной конструкции состоит из соленоида (катушки) с расположенным внутри него стволом из диэлектрического материала.

Пушка Гаусса заряжается снарядом из ферромагнетика.

Чтобы заставить снаряд двигаться, на катушку подаётся электрический ток, создающий магнитное поле, благодаря действию которого снаряд «втягивается» в соленоид, — и скорость снаряда на выходе из «ствола» тем больше, чем мощнее сгенерированный электромагнитный импульс.

В настоящее время ЭМ-пушки Гаусса и Томпсона, вследствие ряда принципиальных (и на данный момент неустранимых) недостатков, не рассматриваются с точки зрения практического применения, основным видом ЭМ-пушек, разрабатываемых для постановки на вооружение, являются «рельсотроны».

В состав рельсотрона входят мощный источник питания, коммутационная и управляющая аппаратура и два электропроводящих «рельса» длиной от 1 до 5 метров, которые являются своего рода «электродами», расположенными друг от друга на расстоянии примерно 1 см.

В основу действия рельсотрона положен кумулятивный эффект, когда энергия электромагнитного поля взаимодействует с энергией плазмы, которая образуется в результате «сгорания» специальной вставки в момент подачи высокого напряжения.

В нашей стране об электромагнитных пушках заговорили в 50-е годы, когда началась гонка вооружений, и тогда же начались работы по созданию ЭМП — «сверхоружия», способного в корне изменить расстановку сил в противостоянии с США. Советским проектом руководил выдающийся физик академик Л. А. Арцимович, один из ведущих мировых специалистов по изучению плазмы.

Именно он заменил громоздкое название «электродинамический ускоритель массы» на всем известное сегодня — «рельсотрон».

Разработчики рельсотронов сразу с толкнулись серьезной проблемой: электромагнитный импульс должен быть настолько мощным, чтобы возникла ускоряющая сила, способная разогнать снаряд до скорости, как минимум 2М (около 2,5 км/с), и вместе с тем настолько кратковременным, чтобы снаряд не успел «испариться» или разлететься на куски.

Поэтому снаряд и рельс должны обладать как можно более высокой электрической проводимостью, а источник тока — как можно большей электрической мощностью и как можно меньшей индуктивностью. В данный момент эта фундаментальная проблема, проистекающая из принципа действия рельсотрона, до конца не устранена, но вместе с тем разработаны инженерные решения, способные до определенной степени нивелировать ее негативные последствия и создать действующие прототипы ЭМ-пушки рельсотронного типа.

В США с начала двухтысячных идут лабораторные испытания 475-мм рельсотроной пушки, разработанной компаниями General Atomics и BAE Systems. Первые залпы из «пушки будущего», как ее уже окрестили в ряде СМИ, показали довольно обнадёживающие результаты.

Снаряд массой 23-кг вылетал из ствола со скоростью, превышающей 2200 м/сек, что позволило бы поражать цели на расстоянии до 160 км.

Невероятная кинетическая энергия поражающих элементов электромагнитных орудий делает боевые части снарядов, по сути, ненужными, так как сам снаряд при попадании в цель производит разрушения, сравнимые с тактической ядерной боеголовкой.

После доводки опытного образца рельсотрон планировали установить на скоростной корабль JHSV Millinocket. Однако планы эти отложили до 2020 года, так как с установкой ЭМП именно на боевые корабли возник ряд принципиальных сложностей, устранить которые пока не удалось.

Та же судьба постигла и ЭМ-пушку на передовом американском эсминце «Zumwalt». В начале 90-х годов вместо артиллерийской системы 155 калибра на перспективных кораблях типа DD(X) / GG(X) планировалось устанавливать электромагнитную пушку, но потом от этой идеи решили отказаться.

В том числе потому, что при стрельбе из ЭМП пришлось бы на время отключать большую часть электроники эсминца, в том числе системы ПВО и ПРО, а также останавливать ход корабля и системы жизнеобеспечения, иначе мощности энергосистемы не хватает для обеспечения стрельбы.

К тому же ресурс ЭМ-пушки, которая испытывалась на эсминце, оказался крайне невелик, — всего несколько десятков выстрелов, после чего ствол выходит из строя из-за огромных магнитных и температурных перегрузок. Данную проблему решить пока не удалось.

Исследования и испытания, а точнее сказать, «освоение бюджета», по программе разработки электромагнитного оружия для эсминцев типа DD(X) в данный момент продолжаются, но вряд ли ЭМП с теми характеристиками, которые заявлялись на старте данной программы, появится на вооружении армии США в обозримой перспективе.

Есть ли у электромагнитных пушек будущее? Безусловно. И вместе с тем, не стоит ожидать, что уже завтра ЭМП заменят привычные нам артиллерийские системы. Многие ученые и эксперты в начале 80-х годов ХХ века всерьез заявляли, что не пройдет и 30-ти лет, как лазерное оружие изменит «лицо войны» до неузнаваемости.

Но заявленный срок вышел, а мы до сих пор не видим на вооружении армий мира ни бластеров, ни лазерных пушек, ни генераторов силовых полей. Все это пока остается фантастикой и темой для футуристических дискуссий, хотя работы в данном русле ведутся, и по ряду направлений достигнут серьезный прогресс.

Но порой между открытием и серийным образцом проходят долгие десятилетия, а бывает и так, что разработка, поначалу казавшаяся необычайно перспективной, в итоге совершенно не оправдывает ожидания, становясь очередной «технологией будущего», так и не ставшей «реальностью».

И какая судьба ждет электромагнитное оружие — покажет только время!

Андрей Князев

Источник: http://www.pravda-tv.ru/2016/03/07/213631/oruzhie-budushhego-elektromagnitnaya-pushka

Рельсовая электромагнитная пушка ВМС США

Специалисты центра разработки надводного вооружения ВМС США в Далгрен (штат Виргиния) создали экспериментальный образец электромагнитной пушки, которая, согласно планом войдет в состав вооружения перспективных боевых кораблей, в частности эсминцев DDG-1000 «Замволт».

Рельсовая электромагнитная пушка (Electromagnetic Railgun), это оружие, воздействующее на цель посредством разогнанного до скорости несколько километров в секунду снаряда. Свое название оружие получило из-за воздействия на цель кинетической энергией поражающих элементов.

Командование ВМС США занимается вопросами разработки систем артиллерийского вооружения сверхдальнего поражения для надводных кораблей, которые войдут в состав флота после 2016 года. Одним из наиболее перспективных направлений и является создание электромагнитных рельсовых пушек.

В рамках проводимых научных исследований фирма «BAE Systems» в январе 2012 года поставила в Центр наземных военных исследований ВМС США полноразмерный демонстрационный образец рельсовой электромагнитной пушки с кинетической энергией разогнанного снаряда в конце канала ствола около 32 МДж. С помощью этой пушки снаряды массой 18 кг будут лететь со скоростью до 2,5 км/с на дальность от 89 и до 161 км.

Испытания различных моделей электромагнитных пушек начались в США в марте 2007 года. За все время проведения тестов были проверены различные конфигурации ствола и конструкции направляющих рельсового типа. При этом производились и испытания сплавов, из которых изготовлены различные элементы пушки.

Проектированием и изготовлением импульсного источника энергии, который должен обеспечить работу на борту корабля электромагнитной пушки и других систем оружия, занимается американская компания «Рейтеон».

В настоящее время соответствующие научные исследования возглавляет управление по военно-морским исследованиям ВМС страны, которое реализует план исследований и разработок с дальнейшим принятием на вооружение нового вида оружия.

Испытания будут продолжаться вплоть до 2017 года. По заявлению представителя фирмы «BAE Systems», пока стрельба ведется снарядами не аэродинамической формы. Их форма оптимизирована для наиболее эффективного разгона в канале ствола.

Читайте также  Анонсирована станция визуально-оптических помех «Грач»

В дальнейшем ожидается, что в качестве боеприпасов будут использоваться управляемые снаряды. При этом поражение цели должно происходить не за счет использования обычных взрывчатых веществ, а за счет высокой кинетической энергии самого снаряда.

Целью специалистов но данном этапе является проверка работы всех систем и узлов установки. В дальнейшем планируется начать испытания на дальность стрельбы до 160 км, а затем это расстояние будет увеличено до 350 км.

Читайте также:  Блок питания 0...12 вольт

В 2013 году командование ВМС США заключило контракт с компанией «BAE Systems» на разработку нового образца рельсовой пушки, который будет способен вести огонь очередями без перегрева ствола.

В 2016 году, согласно его планам, будут проведены испытания новой рельсовой пушки с борта корабля. Предполагается установить опытный образец электронной пушки на быстроходный транспорт JHSV-3 «Millinocket» и продемонстрировать работу пушки.

Исходя из анализа совокупности работ, проводимых в этой области, можно сделать вывод, что в настоящее время они находятся на этапе натурных испытаний промышленно произведенных демонстрационных прототипов, результаты которых предсказать невозможно.

Кроме того, разработчикам еще предстоит окончательно решить проблемы скорострельности и стрельбы очередями, а также живучести ствола при сохранении им требуемых параметров. В связи с этим техническая готовность рельсовых электромагнитных пушек, создаваемых по заказу ВМС США, ожидается не ранее 2025 года.

/По материалам warfiles.ru/

Источник: http://army-news.ru/2016/05/relsovaya-elektromagnitnaya-pushka-vms-ssha/

Электромагнитная пушка – фантастика или реальность?

Евгений Клюев, 2007

       «Солдаты… были облачены в кевларовые шлемы и такие же доспехи. В руках, облачённых в трёхслойные перчатки, они держали легкие автоматические винтовки, производящие впечатление игрушечных.
       Общая длина винтовок была небольшой, однако того, кто видел такое оружие впервые, поражала массивность приклада.

Но именно там и помещались основные механизмы; туда же, позади рукоятки управления огнем, пристыковывался очень толстый магазин. Он имел такие параметры не за счет бесчисленности патронов. Просто в нем же находился добавочный, причем достаточно мощный, аккумулятор. Винтовка была плазменная, без электричества она стрелять не могла.

Из-за безгильзовой механики она имела недоступную другим видам автоматов скорострельность. А за счет разгона пуль плазмой они получали солидное ускорение, однозначно недостижимое пороховыми устройствами… И только после третьего-четвертого бесшумного и невидимого залпа дошло понимание случившегося…

кто-то вскрикнул, пораженный пулей, прошившей вначале впередиидущего товарища, а то и двух. Страшная штука – плазменный разгон!»

Так описывает применение в недалеком будущем электромагнитного оружия замечательный современный писатель-фантаст, «певец высоких оружейных технологий» Федор Березин в своем романе «Красный рассвет». И среди своих коллег он не одинок в своих мечтах «поженить пулю с электричеством».

Пожалуй, первым был знаменитый Жюль Верн, еще в XIX веке вооруживший экипаж своего «Наутилуса» бьющими наповал даже под водой электрическими винтовками.

Можно еще вспомнить фантастический роман Михаила Булгакова «Роковые яйца», герои которого лихо, хотя и не всегда успешно, стреляли в чудовищных рептилий из портативных смертоубийственных электрических револьверов.

Но, конечно, возможность применения электромагнитных сил для разгона пули или артиллерийского снаряда всегда волновала не только писателей, но и ученых. Одним из первых опытов такого рода был эксперимент, проведенный в 1916 году французами Фашоном и Виллепле.

Используя в качестве ствола цепочку катушек-соленоидов, на которые последовательно подавался ток, их действующая модель чудо-пушки успешно разогнала снаряд массой 50 г до скорости 200 м/с По сравнению с настоящими артиллерийскими установками результат, конечно, получился достаточно скромный, однако показавший принципиальную возможность создания оружия, в котором снаряд разгоняется без помощи пороховых газов.

Справедливости ради следует отметить, что талантливые русские инженеры Подольский и Ямпольский со своим проектом 50-метровой «магнитно-фугальной» пушки, действующей по аналогичному принципу, опередили французских коллег на целый год.

Однако финансирования для воплощения своего проекта им получить так и не удалось. Впрочем, и у французов тогда дальше модели дело так и не пошло, что, впрочем, и неудивительно – для того времени разработки казались слишком фантастическими.

Систематические научные работы по созданию электродинамических ускорителей массы (ЭДУМ) начались в мире в 50-х годах XX века.

Одним из родоначальников отечественных разработок в этой области был выдающийся советский ученый, исследователь плазмы, Л.А.

Арцимович, который, по-видимому, и ввел в отечественную терминологию понятие «рельсотрон» (в англоязычной литературе принят термин «railgun») для обозначения одной из разновидностей ЭДУМ.

Что же не устраивало создателей ЭДУМ в существующем уже несколько столетий, простом и надежном оружии, работающем на эффекте разгона снаряда под действием расширения пороховых газов? Прежде всего, конечно, скорость. Пороховые газы обладают достаточно большим молекулярным весом и, как следствие, относительно малой скоростью расширения.

На практике это означает, что предельная скорость, достигаемая снарядом в традиционных артиллерийских системах, ограничена величиной порядка 2-2,5 км/с. Это совсем немного, если мы хотим выстрелом прошивать броню вражеского танка как масло или сбивать с орбиты военные спутники противника.

Однако прежде чем говорить о достижениях и перспективах в области создания ЭДУМ, рассмотрим физические принципы их действия.

Различают ЭДУМ индукционного и кондукционного типов. Принцип действия первых основан на движении проводящего тела под воздействием внешнего магнитного поля, создаваемого системой обмоток, включаемых синхронно с движением ускоряемого тела для создания бегущей магнитной волны.

Показанная на рисунке разновидность ЭДУМ индукционного типа получила в литературе название «пушка Гаусса» (Gauss gun, coilgun).

Как видим, никаких принципиальных новшеств по сравнению с французской конструкцией 1916 года, та же самая многоступенчатая схема из соленоидов, поочередно втягивающих в себя ускоряемое тело из ферромагнетика. На практике при создании таких систем приходится решать задачу синхронизации работы соленоидов.

Во-первых, напряжение на каждую катушку должно подаваться в момент подхода к ней разгоняемого тела, во-вторых, необходимо вовремя прерывать ток в катушке – ведь как только тело минует ее геометрический центр, магнитное поле вместо придания ускорения начнет препятствовать его движению.

Значит, нужна система датчиков положения и достаточно хитроумная электронная схема управления.

Лучше всего поручить эту задачу микропроцессору, но и в этом случае понадобится кропотливый расчет и целая серия экспериментов, прежде чем разгон будет происходить оптимальным образом: как с точки зрения достигаемой скорости, так и с точки зрения КПД преобразования электрической энергии в механическую (последний показатель особенно важен для портативных носимых устройств, у которых емкость источника питания сильно ограничена).

«Пушка Гаусса» отличается простотой конструкции, неудивительно, что идея ее создания появилась почти 100 лет назад. Простейшую действующую модель одноступенчатого индукционного ЭДУМ сможет за полчаса соорудить в домашних условиях даже школьник, имеющий хотя бы минимальные познания в электротехнике.

Намотанная на бумажном каркасе катушка из нескольких десятков витков, конденсатор, примитивное устройство зарядки и железный гвоздь подходящих размеров в качестве снаряда. Замыкаем провода и «снаряд» благополучно приземляется в нескольких метрах от точки старта.

Обратите внимание – «выстрел» происходит абсолютно бесшумно! Действительно, если речь идет о дозвуковых скоростях разгона, «пушка Гаусса» не имеет в этом себе равных. Даже пневматическому оружию по этому показателю трудно с ней тягаться.

При экспериментах необходимо, конечно, соблюдать элементарные правила техники безопасности и помнить, что при неудачном выборе исходного положения «снаряда» он может неожиданно полететь не вперед, а назад, к «казенной части» – прямо в незадачливого экспериментатора.

Следует также помнить об ограничениях, накладываемых российским законодательством на кинетические параметры подобных самоделок. Желающим узнать больше о домашних экспериментах с ЭДУМ, можно порекомендовать посетить ресурс www.coilgun.ru, ставший в последнее время настоящей Меккой любительского «гауссганеростроения» в России.

Многоступенчатые индукционные ЭДУМ способны разгонять сравнительно массивные тела (до 3-5 кг) до скоростей 1,5-2 км/с. При этом ствол пушки не испытывает больших нагрузок и может быть выполнен из не очень прочного материала (главное требование – он не должен являться ферромагнетиком).

Собственно, можно вообще обойтись без ствола как такового, но в этом случае необходимо принять дополнительные меры по центровке разгоняемого тела в процессе разгона, обеспечив снаряду магнитный подвес.

Прибегнув к ряду технических ухищрений в принципе можно придать снаряду вращательное движение для обеспечения его устойчивости в полете, как в настоящей артиллерийской установке с нарезным стволом. Однако главным камнем преткновения для конструкторов ЭДУМ индукционного типа остается скорость.

К сожалению, достигнутых значений пока явно недостаточно, чтобы на равных конкурировать с традиционными пороховыми системами. Впрочем, ожидающиеся в ближайшие годы очередные практические достижения в области высокотемпературной сверхпроводимости позволяют рассчитывать на создание ускорительных соленоидов, эффективность которых будет на порядок выше существующих.

Кроме того, определенные перспективы сулит идея использовать индукционный ЭДУМ в качестве второй ступени разгона снаряда, выпускаемого из пороховой или легкогазовой пушки. Так что надеемся, индукционные ЭДУМ еще поборются за место под солнцем. А пока перейдем ко второй разновидности электромагнитных пушек – кондукционным ЭДУМ.

Принцип действия одной из разновидностей кондукционных ЭДУМ представлен на рисунке 4. Такие ЭДУМ, называемые иногда рельсовыми ускорителями или рельсотронами, представляют собой систему, состоящую из источника электроэнергии (батареи конденсаторов, МГД-генератора, униполярного генератора и др.

), коммутационной аппаратуры и электродов в виде параллельных электропроводящих рельсов длиной от 1 до 5 метров, находящихся в стволе на небольшом расстоянии друг от друга (порядка 1 см).

Электрический ток от источника энергии подводится к одному рельсу и возвращается через плавкую вставку, находящуюся за ускоряемым телом и замыкающую электрическую цепь на второй рельс. Чаще всего в качестве снаряда для экспериментов с рельсотроном используют пластиковый контейнер с металлическим сердечником.

На заднюю стенку контейнера наклеивается медная фольга, играющая роль плавкой вставки. В момент подачи высокого напряжения на рельсы (десятки кВ) вставка моментально сгорает, превращаясь в облако плазмы (его называют «плазменным поршнем» или «плазменной арматурой»).

Причем плазмы электропроводящей! А это означает, что гигантский ток (сотни кА) в цепи, образованной рельсами и плазменным облаком продолжает течь. Ток, протекающий в рельсах и поршне, образует между рельсами сильное магнитное поле. Взаимодействие магнитного потока с током, протекающим через плазму, генерирует электромагнитную силу Лоренца, толкающую ускоряемое тело вдоль рельсов.

Весь процесс ускорения занимает считанные миллисекунды. В качестве коммутационной аппаратуры обычно используются сверхбыстродействующие взрывные коммутаторы. Рельсовые ускорители позволяют ускорять небольшие тела (до 100 г) до весьма и весьма значительных скоростей (6-10 км/с).

Собственно, можно обойтись вообще без снаряда и разгонять плазменный поршень сам по себе. В этом случае плазма вырывается из ускорителя с поистине фантастической скоростью– до 50 км/с.

В качестве оружия от такого ускорителя проку не много, зато ускорители плазмы имеют целый ряд вполне мирных профессий – как исследовательских, так и вполне утилитарных.

Попытки увеличить массу снаряда при сохранении высокой скорости разгона приводят к значительному увеличению габаритов установки и предъявляют жесткие требования к мощности источника питания.

В свое время в США существовал полуфантастический проект по подключению гигантского супермощного рельсотрона непосредственно к высоковольтной линии электропередач. Таким образом, в течение кратковременного процесса разгона на ускоритель работает вся энергосистема огромной страны.

Расчеты показали принципиальную возможность такого решения, однако до его практического воплощения дело, кажется, так и не дошло.

Выстрел рельсотрона это всегда исключительно эффектное зрелище (Рис. 5) – оглушительный грохот, огненный выхлоп, капли расплавленного металла. И весьма дорогостоящее притом. Ведь при взаимодействии с раскаленной плазмой рельсы неизбежно разрушаются. На практике уже после 3-5 запусков из лабораторной установки необходимо проводить трудоемкий комплекс работ по замене рельсов.

Принцип действия рельсотрона предъявляет также жесткие требования к его конструкции, ведь в отличие от «пушки Гаусса», давление в стволе кондукционного ЭДУМ достигает весьма значительных величин, да и рельсы под воздействием протекающего по ним гигантского тока изо всех сил стремятся «разбежаться» друг от друга. Сделать такую конструкцию прочной и вместе с тем разборной – непростая инженерная задача.

Читайте также:  Антенна с активным рефлектором

Есть и еще один недостаток, присущий рельсотронам с плазменной арматурой – нестабильность скорости. Ускоряемая магнитным полем плазма – очень капризный и непредсказуемый объект. Ширина плазменного поршня в процессе разгона постоянно меняется – плазма пульсирует.

Иногда часть плазменного облака просачивается в промежуток между ускоряемым телом и рельсами и возникает т.н. «плазменный лидер». Эрозия рабочей поверхности рельсов также влияет на стабильность характеристик разгона.

В результате скорость снаряда на выходе из установки подвержена случайным колебаниям, а значит, и траектория полета снаряда может сильно меняться от выстрела к выстрелу. Решить проблему позволяет управляемый разгон.

Анализируя информацию с датчиков положения ускоряемого объекта, микропроцессорное устройство управления подает команды на подключение или отключение дополнительных источников энергии. Целью является достижение строго заданной скорости на выходе снаряда из ствола. Технически проблема не выглядит совсем уж непреодолимой, но ее решение потребует еще долгих лет кропотливой исследовательской работы.

В годы холодной войны работы по созданию электромагнитных пушек активно велись и в СССР и в США. Предпочтение отдавалось ускорителям кондукционного типа, позволяющим достичь больших скоростей разгона.

К середине 80-х годов прошлого века обе стороны вплотную приблизились к возможности размещения рельсотронной пушки с автономным источником питания на мобильном носителе – гусеничном или колесном шасси.

Однако после развала СССР отечественные разработки в области военных применений ЭДУМ были практически полностью свернуты. В то же время есть признаки, что США активно продолжают эти работы. Известен, например, проект, финансируемый ВМФ США и разрабатываемый компанией General Atomics из Сан-Диего.

Электромагнитная пусковая установка на базе рельсотрона будет размещена на надводном корабле и позволит поражать цели на дистанции до 300 миль при помощи управляемых ракет, запускаемых на скорости до 7 махов.

Ввиду огромной скорости такие ракеты будут практически неуязвимы для ПВО противника на участке от старта до подхода к цели, когда ракета включает собственный двигатель и начинает маневрировать.

Правда возможность создания ракеты, начинка которой способна выдерживать ускорение порядка 100 000 g вызывает определенные сомнения, однако уже к началу 2009 года General Atomics обещает продемонстрировать свои достижения.

С выходом США из договора по ПРО возобновились и работы по размещению электромагнитных пушек на орбите. В этой области известны разработки компаний General Electric, General Research, Aerojet, Alliant Techsystems и других по контрактам с управлением DARPA ВВС США.

Несмотря на прекращение финансирования военных разработок электромагнитного оружия, отечественная наука также не стоит на месте.

Ведь электродинамические ускорители имеют и целый ряд «мирных профессий» – исследования физики высокоскоростного удара, создание покрытий со специальными свойствами методом плазменного напыления, запуск микрокосмических аппаратов.

Свидетельством тому – систематическое появление русских фамилий в материалах ежегодной международной конференции по электромагнитному разгону EML Technology Symposium (www.emlsymposium.org). А раз так, то и возобновление отечественных работ по созданию оружия будущего вполне возможно, прояви наше государство вновь интерес к этой перспективной теме.

(продолжение в выпусках 2 и 3)

Источник: http://www.sverxnova.ru/onas/chitat-1/emw-1/

Рельсотрон – электромагнитная пушка (ускоритель), рельсовое, гиперзвуковое оружие нового поколения, испытания и перспективы, размер снаряда

В конце прошлого месяца появилась информация об успешном испытании в США электромагнитной пушки (railgun), у нас эту разработку называют рельсотроном.

Статью по этому поводу опубликовало весьма уважаемое издание The Wall Street Journal, разместив в нем видеоматериал с испытаниями электромагнитной пушки. Разработкой этого оружия занимаются корпорации General Atomics и BAE Systems.

Американцы уже заявили, что это оружие после его доработки приведет к настоящей революции в военном деле и сможет защитить союзников США от посягательств Китая и России.

Что такое электромагнитная пушка рельсотрон?

Рельсотрон – это система, которая для придания скорости снаряду использует электромагнитное поле. Снаряд, изготовленный из материала проводящего ток, разгоняется между двух направляющих (рельсы), которые подключены к мощному источнику постоянного тока. Сила тока такова, что между рельсами образуется плазменная дуга.

Человечество почти тысячу лет знакомо с порохом и использует энергию сгорающих пороховых газов для метания различных снарядов на весьма приличные дистанции. Зачем же городить огород, и выбрасывать миллиарды долларов на непонятные электромагнитные пушки?

Дело в том, что в сегодня мы практически подошли к пределу возможности пороха. Разогнать снаряд до скорости выше 2,5 км/секунду ему уже не под силу. Это стало понятно давно, поиски оружейных систем, построенных на иных физических принципах, идут уже много десятилетий.

Еще одной проблемой, связанной с традиционной артиллерией, является ресурс орудийных стволов. При выстреле они испытывают огромные нагрузки. Естественно, что современная металлургия предлагает конструкторам материалы с большим потенциалом и ресурсом, их нельзя сравнить с тем, что было сто или даже пятьдесят лет назад. Но и здесь мы подошли к пределу.

В чем сила рельсотрона?

Какими же преимуществами будут обладать вооруженные силы, имеющие в своем арсенале рельсотроны? Их несколько, и они действительно впечатляют. Вот полный список:

  • высокая скорость, а значит и разрушительная сила снаряда;
  • значительная дальность стрельбы;
  • сравнительно низкая стоимость одного выстрела;
  • более высокая безопасность рельсотрона по причине отсутствия пороха;
  • больший боезапас, по сравнению с ракетным оружием.

Давайте пройдемся по всем вышеуказанным пунктам.

Одним из недостатков традиционных артиллерийских система является тот факт, что снаряд получает импульс только непосредственно после взрыва пороха. То есть, время его разгона весьма невелико.

Рельсотрон же разгоняет снаряд на протяжении всей длины направляющих, поэтому он может получить чудовищное ускорение, достигающее 60 G.

Этот параметр и определяет остальные «прорывные» характеристики этого оружия.

Скорость снаряда, вылетающего из подобной электромагнитной пушки, может достигать 6-8 Махов, что позволяет поражать цели на дистанциях до 400 км. При стрельбе прямой наводкой (8-9 км) не нужно считать поправки, делать упреждения – снаряд из рельсотрона преодолевает такую дистанцию меньше, чем за секунду. Увернуться от него невозможно.

Подобный снаряд не нуждается во взрывчатом веществе, поражение объектов происходит за счет его кинетической энергии. Российский экспериментальный образец рельсотрона разогнал трехграммовый снаряд до скорости 6 км/с, что позволило испарить стальной лист-мишень.

Еще одним важным преимуществом подобного оружия является низкая стоимость одного выстрела. Сегодня она составляет примерно 25 тыс. долларов. По сравнению с современными управляемыми ракетами, некоторые из которых имеют ценник в 10 млн долларов, – это настоящие копейки.

Снаряды для рельсотрона имеют небольшой размер, что значительно увеличивает боезапас. Современный американский корабль с сотней ракет вполне может нести на своем борту несколько тысяч снарядов для рельсотрона.

Подобная система не имеет в своем составе взрывоопасных веществ (пороха или ракетного топлива), что значительно повышает безопасность военных объектов.

Нерешенные проблемы электромагнитных пушек

Если этот вид оружия настолько смертоносен, почему он до сих пор не стоит на вооружении ни одной из армий мира? Рельсотрон — это действительно весьма перспективное оружие, но чтобы начать его практическое применение, разработчикам необходимо решить множество сложнейших технических проблем.

Проект электромагнитной пушки впервые был предложен еще в период Первой мировой войны, в честь своего создателя ее назвали «пушкой Гаусса». По понятным причинам данный проект так и остался на бумаге.

Первый рельсотрон был построен учеными Австралийского университета в 70-х годах, он использовался в чисто научных целях. Строили подобные установки и в Советском Союзе.

Однако военных не слишком интересовали модели, которые стреляли пульками с весом в несколько грамм, им нужна была более мощная установка.

О рельсотроне думали разработчики программы «Звездных войн» во времена президента Рейгана, с его помощью хотели сбивать советские боеголовки.

Но материалы и технологии того времени были таковы, что ствол пушки можно было использовать только один раз, потом нужно ставить новый. И это первая самая серьезная проблема, которая и сегодня стоит перед разработчиками рельсотрона. Только представьте себе на мгновенье, что происходит внутри этой пушки: огромные энергии, потоки плазмы, гигантские скорости снаряда.

Не меньшей проблемой является теплоотвод, а также нормальная работа энергетической установки. Также есть проблемы по интеграции оружия в бортовую энергетическую систему.

Источник питания для рельсотрона – это громадная батарея конденсаторов, способных выдать короткий и мощный импульс, а еще сотни кабелей, передающих этот заряд.

В 2012 году прототип был испытан на мощности 32 мегаджоуля, а в будущем (до 2025 года) разработчики планируют увеличить мощность вдвое.

Однако не эти вопросы являются самыми важными, более актуальна проблема возможности управления снарядом рельсотрона в полёте, то есть, повышение его точности.

Американцы заявляют, что они уже могут управлять снарядом, выпущенным из рельсотрона. Речь идет и о дистанционном управлении (радиоволны), и о самоуправлении.

Еще в прошлом году разработчики рельсотрона (General Atomics Electromagnetic Systems) заявили, что снаряд с электронной начинкой не только пережил испытания, но и успешно выполнил свои функции.

Если это соответствует действительности (не верить нет оснований), то американцам удалось создать такую электронную систему управления, которая может выдерживать чудовищные ускорения, плазму и электромагнитное поле с огромным напряжением, а также нагрев поверхности снаряда до нескольких сотен градусов.

В этом случае рельсотрон действительно может стать прорывом в военном деле. Пока что на море, потому что установку с такими размерами и энергопотреблением вряд ли можно использовать иначе.

Американцы планируют к 2020 году спустить на воду несколько эсминцев класса Zumwalt, которые разрабатывались для установки перспективных видов электромагнитного вооружения, в первую очередь рельсотронов.

Перспективы рельсотрона

Если разработчики сумеют решить последние трудности, то мы можем стать свидетелями начала новой эпохи: эры возрождения артиллерии. Эпоха линкоров с их громадными орудиями канула в Лету по причине их малого радиуса боевого поражения. Их вытеснили авианосцы и ракетные корабли. А что будет, если артиллерийские орудия получат возможность стрелять на 300-400 км с высокой точностью?

Вероятно, что подобная технология полностью изменит боевые действия на море.

На суше рельсотроны можно будет использовать в качестве элемента системы ПРО. Они отлично подойдут и для защиты кораблей против крылатых ракет противника.

Огромная скорость и невысокая стоимость позволит уничтожать даже вражеские ядерные боеголовки.

Многие эксперты считают, что электромагнитные пушки (рельсотроны), твердотельные лазеры и гиперзвуковые боеприпасы – это наиболее перспективные направления развития вооружений в настоящее время. Если хотя бы одно из них доведут до ума – это станет реальным прорывом, а начало практического применения сразу двух технологий – приведет к революции.

Видео о рельсотроне

Источник: https://MilitaryArms.ru/voennaya-texnika/artilleriya/elektromagnitnaya-pushka-relsotron/

Рельсотрон (RailGun) — электромагнитная пушка будущего

Наука не стоит на месте, в гонке за мировым господством люди изобретают все более совершенное оружие, угрожающее стабильности земного шара и держащее в узде врагов и недоброжелателей.

Американские ученые в очередной раз собираются удивить весь мир, представив новое оружие, которое уже окрестили «Оружием двадцать первого века». Под этим страшным и многообещающим названием скрывается промышленный прототип электромагнитной пушки. Самая мощная в мире электромагнитная пушка носит название «Рельсотрон» и планирует начать абсолютно новую главу мирового вооружения.

RailGun, будучи импульсным электродным ускорителем масс, позволяет превратить электрическую энергию в кинетическую. Название устройства родилось из-за внешнего вида системы.

Читайте также:  Установка ламп в цветомузыкальном устройстве

Строго говоря, то, что называют «рельсами», на самом деле параллельно расположенные электроды, подключенные к источнику постоянного тока. Снаряд располагают между ними, и замыкают электрическую цепь, чтоб придать ускорение.

Основная цель разработки подобной технологии заключается в перспективном оснащении подобным оружием ВМФ США. Предполагается, что дальность выстрела будет достигать четырехсот километров.

Рельсовая пушка для разгона снаряда, являющегося частью цепи изначально, использует электромагнитную силу (силу Лоуренца).

Преимущества использования рельсотрона несомненны:

  • Высокая разрушительная сила выстрела;
  • Внушительная дальность стрельбы (от 150 до 350 км);
  • Безопасность данного вида оружия в связи с отсутствием пороха/взрывоопасного топлива;
  • Сниженный вес позволит укомплектовать технику бОльшим количеством зарядов;
  • Скорость снаряда может достигать девяти тысяч километров в час.

Промышленный прототип будет отличаться большей износостойкостью. Однако, при кажущейся перспективности, проект множество ограничений, препятствующих быстрому оснащению военных кораблей США:

  • Необходим четкий резкий импульс, который снаряд разгонит и толкнет до того, как он разлетится, или испарится;
  • Огромное количество энергии, с помощью которой будет приводиться в действие импульсная пушка;
  • Неблагоприятное воздействие влаги и соли, подвергающее систему коррозии;
  • Стабилизация системы;
  • Полная демаскировка пусковой установки, возникающая уже после первого выстрела;

Большие суммы, затрачиваемые на испытания и усовершенствование лабораторного образца с неясными сроками полномасштабного внедрения. Для того чтобы решить задачу оснащения RailGun энергией, параллельно ведутся дополнительные исследования. Снаряд должен обладать минимальной массой, материал для изготовления снаряда и рельс должен обладать высокой проводимостью.

Работы над рельсотроном продолжаются

Параллельно с работой над источником энергии, позволяющим совершать многократные выстрелы без полной замены, ученые работают над усовершенствованием системы: ее компактными размерами, материалами, из которых изготавливают части пушки, ее безопасностью.

Если результаты испытания пушки будут успешными, то это станет, поистине, настоящим прорывом в организации военных действий на воде. Американцы, добившись успехов в области внедрения рельсотрона, смогут без проблем доминировать в военной сфере.

Станет возможным высокоточное поражение целей на большом расстоянии, а огромная скорость, достигаемая снарядом, будет способствовать огромному разрушительному действию.

Немаловажен тот факт, что стоимость снаряда для рельсотрона в разы ниже стоимости прочих противокорабельных снарядов, а обслуживание системы может обеспечиваться всего одним человеком – наводчиком.

Работа над совершенствованием рельсотрона ведется в Соединенных Штатах с переменным успехом. В 2011 году возникла серьезная угроза закрытия проекта, как бесперспективного и «футуристического». Однако, Барак Обама отстоял «оружие 21 века», подписав соответствующий указ.

На сегодняшний день над проектом работают ряд крупных компаний, таких как General Atomics и BAE Systems), предполагающих оснащение военных кораблей рельсотронами через десять лет. Для реализации этой программы необходимо доработать источник энергии, приводящий в действие RailGun.

Он должен работать по принципу аккумулятора, запасая достаточно большое количество энергии, и полумеры не решат проблемы: какой смысл в дорогостоящем оружии, способном произвести несколько единичных выстрелов? Кроме того, заявленная скорострельность пушки от 6 до 10 выстрелов в минуту является лишь теорией, да и то недостаточной.

Работа над увеличением скорострельности сопряжена с поиском более износостойких материалов: направляющие в пушке приходится менять после каждого второго выстрела.

Работа над увеличением скорости приводит к разрушению снарядов в полете, и это тоже становится серьезным препятствием для широкомасштабного внедрения рельсотрона.

К этому списку можно добавить необходимость высокоточной системы наведения и прицела, и становится очевидным, что планы американцев можно смело назвать излишне оптимистичными.

История создания RailGun

А ведь первыми испытаниями подобного оружия занимались еще немцы во время второй мировой войны.

Оружие испытывалось в железнодорожном тоннеле в Баварии, и результаты внушали надежду на создание грозного электромагнитного оружия.

Прототип пушки разгонял десятиграммовый алюминиевый цилиндрик до скорости свыше 4 тысяч км/ч, но был захвачен американцами, которые оценили задумку по достоинству.

Мысли о создании подобного оружия приходили в головы канадских, австралийских, английских ученых. В годы «холодной войны» подобные работы велись и советскими учеными.

Эти разработки были строго секретными, однако слухи о достижениях и планируемом вооружении советской армии оружием, основанном на подобном принципе велись до развала державы. У России не хватило экономических возможностей для продолжения работ в этом направлении, и проект был свернут на долгое время.

На сегодняшний день работы по созданию электромагнитного оружия ведутся и в нашей стране, а параллельно ведутся дебаты о целесообразности внедрения подобного оружия.

Державе, которой удастся реализовать идею вооружения армии импульсным оружием, сможет диктовать свои условия миру, но пока речь идет лишь о теоретическом господстве.

Источник: http://www.sciencedebate2008.com/railgun/

Испытание магнитной пушки (текстовая трансляция)

Российские ученые проводят испытания «рельсотрона» — гиперзвукового ускорителя для запуска твердых тел в космос.

На полигоне в подмосковной Шатуре прессе представлена магнитная пушка, или рельсотрон — используя мощное магнитное поле, она способна разогнать снаряд до первой и даже до второй космической скоростей.

Первая космическая скорость — скорость запуска, необходимая для выхода на орбиту небесного тела, — применительно к Земле составляет почти восемь км/сек, вторая — скорость преодоления притяжения — чуть больше одиннадцати км в секунду. Это означает, что аппарат теоретически способен выводить на орбиту полезную нагрузку.

О новом устройстве рассказывает один из основных разработчиков и глава РАН Владимир Фортов. Мы не могли пройти мимо такого значимого события и предлагаем читателям текстовую трансляцию испытаний.

В качестве предисловия.

В общем виде схема устройства сравнительно проста: два параллельных электрода — их-то и называют рельсами, отсюда «рельсотрон» — подключены к источнику мощного постоянного тока. Снаряд расположен между рельсами и замыкает собой электрическую цепь. Воздействие силы Лоренца (она же заставляет работать электродвигатели, например) мгновенно разгоняет снаряд.

На практике, однако, имеется ряд инженерных сложностей. Например, нужно сделать электрический импульс одновременно мощным и быстрым, иначе либо разгона не получится, либо снаряд будет поврежден (или и вовсе испарится) под воздействием тока. Кроме того, детали очень быстро изнашиваются, буквально за пару десятков использований.

Изначально, конечно, устройство разрабатывали как оружие — порох не может дать начальную скорость выше примерно 2,5 км/сек. Это чрезвычайно перспективное орудие разрушения — «ядро» рельсотрона летит дальше обычных снарядов и быстрее ракет, при этом не может взорваться и занимает меньше места, и, наконец, выстрел стоит на порядок дешевле запуска современной корабельной ракеты.

Но будем надеяться — это тот случай, когда запросы военных дарят обществу еще один мирный прибор.

Название изображения

10:45 Перед началом официальной презентации Алексей Васильевич Шурупов — директор Шатурского филиала Объединенного института высоких температур РАН — объясняет механизмы действия рельсотрона и демонстрирует отдельные его детали.

10:49 «Мы готовы к внедрению устройств, работающих на скоростях более 4-4,5 км/сек».

10:56 Журналистам сообщили о том, что созданием рельсотрона мы расширяем наши возможности в работе с физикой больших энергий. Тем не менее нужно отличать экспериментальный запуск от фактического использования — это совсем разные вещи.

11:05 Владимир Полищук, заведующий лабораторией плазмодинамических процессов ОИВТ РАН: «мы выходим на новый уровень параметров в плане энергетики».

Название изображения

11:09 Президент РАН Владимир Фортов прибыл в Лабораторию импульсных энергетических воздействий на вещество

11:11 «Получение высоких скоростей связано с большими трудностями», — сказал он.

11:16 «Наша задача — получать системы с большими давлениями и исследовать с их помощью Вселенную. Вторая задача — защита от высокоскоростных космических тел, представляющих для нас угрозу, в том числе космический мусор, кометы и прочее».

11:18 «Следующая задача — вывод спутников на орбиту Земли».

Название изображения

11:19 «Мы пытаемся выйти на гиперзвуковые режимы скоростей. Максимум, который нам удалось извлечь из устройства — 11 км/с».

11:22 Энергии настолько высоки, объясняет академик Фортов, что детали конструкции выходят из строя и изнашиваются в кратчайшие сроки. Мы столкнулись с проблемой материалов. Напряжение в устройстве в 30 раз превышает мощность тока, возникающую при ударе молнии — около 1 млн ампер. Цель — найти способы преодолеть трудности, связанные с износом материалов.

Название изображения

11:25 Мы занимаемся исключительно физическими вопросами и механикой разрушений, продолжает Фортов, но совершенно ясно, что рельсотрон имеет прямое отношение к оружию.

11:26 Начинается подготовка к запуску рельсотрона.

Отсюда управляют устройством

11:29 Журналистов попросили покинуть помещение. Операторы отправились в защищенный зал.

11:40 Продолжается суета перед запуском.

11:49 Тем временем, журналисты стоят из металлической перегородкой и ждут выстрела.

11:50 Выстрел состоялся!

11:50 Он произвел на присутствовавших сильнейшее впечатление — был необычайно  громким. К сожалению, журналисты могли его только слышать, но и этого более чем достаточно, судя по возгласам присуствующих.

11:54 Дверь открывается и закрывается, но никто не выходит, журналисты по-прежнему стоят в своего рода «бронированной камере».

12.03 Запустили. Комната полна дыма и сильных запахов. Заглушка разлетелась вдребезги. На фотографии ниже она еще цела — это зеленый цилиндр на первом плане.

Название изображения

12:06 Сам рельсотрон остался более-менее цел, хотя оторвались две крепежные шпильки — настолько мощным был выстрел.

12:10 «Давление в рельсотроне — 1 тыс атмосфер. На дне марианской впадины — около 1300», — прокомментировал Владимир Полищук.

12:14 Владимир Фортов обещает каждому журналисту выдать флэшку с записью действия аппарата.

12:15 Если стрелять с земли — снаряд будет тормозить, объясняет Владимир Фортов. Но стоит поднять его на вертолете, где давление будет меньше — и он улетит далеко

12:17 Если речь идет о боевом применении — то вопрос износа снимается. Это уже не так важно.

12:20 Такие состояния матери для нас экстремальны, продолжает глава РАН. Но в природе все подобные состояния и события, связанные с плазмой, нормальны. Пока мы будем плохо понимать, что происходит во вселенной — мы не сможем использовать полученные знания по назначению. Это касается и вопроса с плазмой. Рождения и взрывы звезд — это все оттуда.

12:22 Программа термоядерных исследований ведется в Ран уже давно. Наша цель — не оставить себя без источников энергии. Когда будет истощаться органическое топливо, цена будет расти. Когда цена будет высока, появится термоядерные источники. Термояд — это плазма. А плазма — это рельсотрон.

(Заметим в сторону, что рельсотрон может прямо стрелять плазмой — но только на небольшие расстояния. И еще не в космосе, к сожалению — движение разряда возможно только в газовой среде и не ниже определенного давления)

12:24 Владимир Фортов рассказывает об устройстве электромагнитной пушки.

12:25 Проблему астероидов рельсотрон не решит, говорит академик Фортов. Если астероид попадет в землю, пыль заэкранирует солнце. Мы можем увидеть его, но сдвинуть его траекторию или разрушить мы не можем — не располагаем мощностью.

12:28 Первые попытки сделать электромагнитный ускоритель были сделаны еще в Первую Мировую.

12:30 Раз шпильки вылетели — значит мы на правильном пути, это значит, что мы работаем на пределе возможностей, объясняет Фортов, и обещает к вечеру починить аппарат.

12:31 3,2 км в секунду — такова была скорость снаряда. Хотя систему модернизировали и рассчитывали на 3,6. Но все равно это хороший результат.

12:33 Неплохо было бы собраться и поговорить радиоударном оружии, говорит Фортов.

12:35 На этом официальная часть закончена, и мы прощаемся с вами.

Источник: https://scientificrussia.ru/articles/ispytanie-relsotrona-tekstovaya-translyatsiya

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector