Рельсовая винтовка – Пушка дура, рельс — молодец? Как российские академики пытаются догнать армию США

Рельсотрон — оружие будущего / Habr

Привет от Quake 3 Arena
Рельсотрон (Railgun), или в простонародье «рельса» — импульсный электродный ускоритель масс, принцип действия которого объясняется с помощью силы Лоренца, превращающей электрическую энергию в кинетическую. Является перспективным оружием, имеющим ряд преимуществ перед классической компоновкой на базе химического взрыва. И боевые испытания этой красавицы уже не за горами.

Принцип действия и ограничения

Рельсовая пушка использует электромагнитную силу, называемую силой Лоренца, чтобы разогнать электропроводный снаряд, который изначально является частью цепи. Иногда используется подвижная арматура, соединяющая рельсы. Ток I, идущий через рельсы, возбуждает магнитное поле B между ними, перпендикулярно току, проходящему через снаряд и смежный рельс. В результате происходит взаимное отталкивание рельсов и ускорение снаряда под действием силы F.

Одна из проблем рельсотрона заключается в том, что для изготовления его снарядов необходим материал с максимально возможной проводимостью, т.к. для создания движущей силы по рельсам пускается очень мощный моментальный разряд тока. Если материал снаряда обладает недостаточной проводимостью, он может испариться в рельсотроне под воздействием силы тока еще до выхода из пушки.

Второй ограничитель — источник питания. В ближайшее время ВМФ США планируют провести испытания рельсотрона на базе корабля (только корабль на сегодняшний день может выдержать выстрел из этого оружия). Для залпа из современного рельсотрона требуется импульс в 25 (!) мегаватт. Один из кораблей ВМФ США, который проектировался специально с учетом возможности комплектации рельсотроном, оснащен силовыми установками на 78 мегаватт, а самым распространенным значением эл. мощности установки на корабле является цифра в 9 мегаватт. Для одного выстрела рельсотрона требуется почти 30% мощности установки спец. корабля флота. Об использовании данного типа вооружения на рядовых судах и думать не стоит.

Видео с экспериментальной установки ВМС США:


Вопрос в зал: откуда взялась огненная вспышка на выходе? 🙂

Иногда, для придания снаряду рельсотрона наибольшей начальной скорости, при наличии которой выстрел будет более эффективен, производят химический взрыв (детонация пороха, к примеру). Утрируя, рельсотрон можно использовать как «ускоряющую насадку» для орудий, повышающую скорость снаряда на выходе. Но я бы не рискнул пропускать такой ток через взрывчатку.

Непроводящий снаряд

Существует еще одна разновидность рельсотрона, в которой используется непроводящий снаряд. В описываемом случае рельсы замыкаются не самим снарядом, что ведет к образованию силы Лоренца, а отдельно, за снарядом, образуя дуговой разряд. Последний приводит к испарению снаряда и образованию реактивной струи, которая, продвигая снаряд по рельсам, разгоняет его.

Не путать с пушкой Гаусса

Пушку Гаусса и рельсотрон очень часто путают. Причина тому сходная природа работы этих устройств, но они используют разные подходы и электро-физические законы для разгона снаряда. В рельсотроне реализовано использование силы Лоренца или реактивной струи, а в пушке Гаусса — использование электромагнитных полей. Снаряд из ферромагнетика разгоняется по диэлектрической трубке через ряд соленоидов, при включении образующих магнитное поле, которое «проталкивает» снаряд из ферромагнетика вперед.


Пушка Гаусса имеет КПД значительно ниже, чем рельсотрон, поэтому военными данный принцип для создания оружия не рассматривается.

Так почему же такой сложный рельсотрон такой вкусный для военных?

Все до банального просто — деньги. «Рельса» способна вести огонь на дистанцию до 180 км уже сегодня, а в будущем планируется выход на показатели до 400 км. На подобные расстояния вести огонь возможно только при помощи ракет, каждая из которых стоит миллионы долларов, плюс ко всему с ними умеют бороться. Рельсотрон уже сейчас может вести огонь снарядами массой 2-3 кг, что при скорости до 2000-2500 м/с приводит к колоссальным разрушениям. Сам же снаряд стоит порядка $20-25 тыс, по сравнению со стоимостью ракет — бесплатно, а транспортировка и эксплуатация подобных боеприпасов — одно удовольствие: боекомплект не сдетонирует, никаких проблем с погрузкой, никаких ЧП из-за человеческого фактора (если, конечно, кто-нибудь ее не уронит себе на ногу).

Ученым осталось решить вопрос только с источником питания, т.к. строить корабли конкретно под «рельсу» очень затратно (энергоустановка в 70 мегаватт — это энергопотребление небольшого города). Как только будет решен вопрос питания мы сможем увидеть рельсотроны на вооружении. И как бороться с трехкилограммовой болванкой, летящей на скорости в 7 Махов и способной потопить корабль — не понятно.

Так и живем.

habr.com

Рельсотрон — Lurkmore

Сабж в действии на первой миллисекунде

Сабж в действии на баттхёрте

Рельсотрон (рельсовая пушка, англ. railgun, укр. рейкова гармата) — перспективная фундервафля, способная стрелять предметами размером с подшипник[1] на расстояния от 30 до 200 км со скоростями, которым позавидует даже этот ваш мутант Ртуть. Эффективность данной вундервафли в теории многократно превосходит большинство распространённых типов оружия.

[править] И тут не обошлось без нацистов

Почти во всём огнестрельном оружии с древнейших времён и до наших дней, чтобы пустить снаряд в цель, используется порох: порох сгорает, в результате чего образовавшиеся газы выталкивают снаряд из ствола. Об использовании электричества для запуска снаряда начали задумываться ещё в бородатые времена в XIX веке. Но только в 1902 году расовый француз Андрэ Луи-Октавом Фошоном Виепле решил получил патент на этот тип оружия. Испытания проводились с 1916 по 1918, причем по причине то ли криворукости, то ли распиздяйства, то ли отсутствия амперметра, измерения силы тока и начальной скорости снаряда не проводились, и в результате удалось установить только саму возможность создания такого оружия. Первыми реальными испытаниями подобной супер-пушки начали заниматься немцы во время второй мировой войны. Испытания, проводившиеся расовым немцем Иоахимом Хэнслером в железнодорожном тоннеле в Баварии, вселяли надежду на создание грозного электромагнитного оружия: прототип пушки разгонял десятиграммовую алюминиевую пипетку до 4 махов и более, что стало рождать в умах командования Люфтваффе влажные эротические фантазии. Ну сам посуди, мой юный друг: с такой скоростью можно было доставать американские крепости, устраивающие зерг-раши на Фаттерлянд, на любой высоте, и не особо ебясь с упреждениями[2]. А посему, ввиду неиллюзорной перспективы быть опиздюленными, выдали Хэнслеру заказ на рельсовое зенитное орудие, правда способное вести огонь снарядами, содержащими по полкило взрывчатого вещества, со скоростью разгона в 2000 м/c и скорострельностью в 10-15 выстрелов в минуту. Но получили дырку от бублика, ввиду причин, указанных ниже, заказ так и не был выполнен, да и вермахт вскоре приказал долго жить. В итоге прототип был захвачен американцами, которые оценили задумку по достоинству, сказав: «Йоба, мы тоже хотим такое…».

В годы холодной войны подобные работы велись и советским сумрачным гением. Разумеется, все разработки были строго секретными, однако слухов было достаточно вплоть до развала империи. У рашки же, в свою очередь, тупо не было бабла на развитие данного вооружения, и проект был свёрнут на долгое время. Сейчас в рашке разработка данного оружия возобновилась, при этом параллельно ведутся дебаты о целесообразности внедрения подобного оружия.

Сабж в действии на баттхёртеСуть™ в одной схеме

«

Короче, берём два проводиника под напряжением и замыкаем их

»
— Анонимус поясняет суть рельсотрона и электрической сварки

Вундервафля состоит из двух параллельных электродов, называемых рельсами. Разгоняемый снаряд также является проводником электричества и располагается между рельсами. Замыкая электрическую цепь, снаряд приобретает ускорение вследствие силы Ампера, действующей на замкнутый проводник с током. Помимо прочего, эта же самая сила действует и на сами рельсы приводя их к взаимному отталкиванию.

При определённых условиях снаряд разогревается и сгорает нахуй, превращаясь в токопроводную плазму, которая продолжает разгоняется. Однако вследствие её неустойчивости она быстро дезинтегрируется. При этом нельзя забывать, что движение плазмы, под действием силы Лоренца возможно только в воздушной или иной газовой среде не ниже определенного давления. Например, в вакууме плазменная перемычка рельсов движется в направлении обратном силе Лоренца, что может уебать стрелка.

При использовании снарядов, непроводящих электричество, сзади снаряда между рельсами зажигается дуговой разряд, и снаряд начинает ускоряться вдоль рельсов. Механизм ускорения в этом случае отличается от вышеизложенного: сила Лоренца прижимает разряд к задней части снаряда, которая начинает гореть/испаряться и в итоге приводит её в движение.

[править] Преимущества и недостатки

С точки зрения компьютерных игр рельсотрон — оружие очень перспективное и интересное, но давайте вернёмся на землю.

Преимуществ у рельсотрона всего два, но зато какие:

  • перед ствольной артиллерией — теоретически неограниченная скорость снаряда. У пороховых пушек теоретическая скорость снаряда максимум 2,5 км/с, а практически — около 2 км/с. У экспериментальных, но рабочих пушек Гаусса достигается 2,5 км/с. Отсюда вывод: рельсотрон имеет смысл, только если умеет разгонять снаряд существенно быстрее 2,5 км/с.
  • перед ракетами — в сторону противника улетает только неуправляемая болванка под названием «боевая часть», а не вундервафля с ИИ и закрылками за 100500 денег.

А вот минусов у рельсторона, чуть менее, чем дохуя. Разберем некоторые из них.

Пусть болванка вылетает со скоростью 5 км/c (меньше — нет смысла, см. выше), тогда при массе 3 килограмма её энергия будет 32,2 мегаджоуля (при массе 10 кг, соответственно, 125 мегаджоулей). При длине ствола, скажем, 10 метров, ускорение будет 250 000 м/c² или 25 000 g. А мощность импульса должна быть 1,6 гигаватта для трехкилограммовой болванки и 6,2 гигавата для 10 килограммовой. Это средняя мощность в импульсе, пиковая еще больше, и при 100% КПД (КПД военных образцов неизвестен, но существенно меньше 100%). На минуточку, 1 ГВт — это мощность среднего ядерного энергоблока. Поэтому нам нужна какая-то хитрая штука, которая накопит эту кучу энергии, пусть от источника существенно меньшей мощности, а потом очень быстро высадит её в виде электрического тока. В кустарных рельсотронах используется батарея конденсаторов, но для военной пушки нужны какие-то специальные конденсаторы, так как у бытовых электролитов большое емкостное сопротивление, и быстрого импульса не получается. Хитрые русские юзают под это дело одноразовые пьезогенераторы, но пока с переменным успехом.

Следствие высоких перегрузок — это сложность изготовления управляемых снарядов, да и точность стрельбы неуправляемыми болванками на сотни километров оставляет желать лучшего, мягко говоря.

При выстреле образуется электрическая дуга, которая прижигает не только снаряд, но и сами «рельсы», разрушая внутреннюю поверхность ствола рельсотрона. Поэтому после нескольких выстрелов ствол приходится менять, что снижает скорострельность и повышает стоимость эксплуатации этого чудо-оружия.

Снаряд должен иметь электрический контакт с рельсами и иметь хорошую электропроводность, как и рельсы. Иначе накопленная энергия будет не закачиваться в магнитное поле, а выделяться в тепло, что при таких мощностях приводит к биг-бада-буму. Хорошо проводят ток алюминий, медь, серебро и золото, но всё это мягкие металлы, (а два последних ещё и дорогие, поэтому не рассматриваются), в связи с чем рельсы будут быстро-быстро изнашиваться. И что-то с этим надо делать. Пока хитро ебутся с бескислородной медью, покрытой серебром.

Хреначить во врага алюминиевой болванкой тоже мало хорошего — металл мало того, что мягкий, так ещё и легкий, поэтому будет сильнее тормозиться о воздух. Но это решается следующим образом: полем разгоняется алюминиевая шайба, которая толкает вольфрамовый (или, как вариант, урановый) лом с крылышками, который уже и летит к врагу с приветом и демократией.

В общем минусов много, но они имеют характер инженерных задач. Нерды работают над этим.

Алсо, из перспективных ебилдов озвучиваются планы швырять вольфрамовые/урановые ломы ажно с орбиты. При этом прямой наводкой огонь вести никто не обещает — напротив, обязанность накапливать кинетическую энергию выполняет как раз крутящаяся вокруг Земли на хотя бы первой космической скорости в ОВЕР 28000 км/ч орбитальная станция, в которую заранее зарядили как уран топливный (ионный двигатель запитывать, например), так и уран швырятельный. По ПРОФИТУ обещают и кузькину мать уделать, и космическую точность обеспечить, и конвенцию ООН от 1953-го года наебать по причине «нет превращения одного элемента/изотопа в другой»: вольфрамовый лом, сделанный из космического мусора на орбитальном заводе, таки может разом устроить локальный Челябинский метеорит, только не на высоте, а уже при втыкании в землю.

bСобственно, стрельба ломом

Вообще-то ещё с древних времён повелось так, что вооружение производится под конкретные цели и задачи. Создать можно всякие фундервафли, а идут в серийное производство и используются именно те, под которые есть задачи. А теперь давайте попробуем на минутку представить, что противокорабельные ракеты с радиусом действия 200 и более км, которыми вооружёна почти каждая посудина построенная после 1980 года, запрещены как читерский приём, ибо «так не честно» и разберёмся, что может этот ваш рельсотрон.

  • Стрелять с корабля по земле. Ну стрельнули болванку весом 10 килограмм на 100 км, упала она у кого-то там на заднем дворе. Дальше что? Пёрнули в лужу. Вывод: нужна нормальная боевая часть. А если ещё пошевелить головой и учесть, что при увеличении дальности увеличивается разлёт снарядов, то нужна не просто нормальная боевая часть, но ещё и корректирумая. А создание корректируемого снаряда с адекватной боевой частью выдерживающего перегрузку 30000g это целая отдельная инженерная задача с ебанистическими ценами на снаряды.
  • Стрелять по другим кораблям. Даже если у нас прицел самого господа Бога и мы до нанометров всё расчитали и попали по вражескому корбалю, то снаряд сделает в корабле две дырки с каждого борта. Проходящий мимо матрос заткнёт увиденную дырку в борту тряпкой, которой он драит пол. Fail
  • Высокая скорость снарядов позволяет использовать рельсотрон в качестве средства ПВО. Но если снаряды не управляемые, то нужна скорострельность, а чтобы достичь нужной скорострельности (нет, не потешные 5-6 выстрелов в минуту от 25 мегаваттного реактора) надо иметь на борту корабля ядерный реактор сопоставимый с какой-нибудь Саяно-Шушенской ГЭС. И не забываем про износ ствола пушки.

Алсо, рельсотрон очень полезен стрелять ломами по танкам, ибо никакая защита не поможет. Вот только придётся сначала изобрести переносной термоядерный реактор как у терминатора или какую-нибудь портативную электростанцию на 2-3 мегаватта. И не забываем про грузовик с запасными стволами для нашего «рельсотанка» с бригадой негров для быстрой замены ствола прямо на поле боя, хотя организовать замену отгоревших направляющих является самой лёгкой задачей. А вот без осколочно-фугасной начинки, наш супер-пупер мега танк становится сильно неэффективен против пехоты и при стрельбе по укрытиям. В итоге при его виде махра будет показывать танкистам Fuck, ржать и пытаться попасть по жопе из гранатомёта без риска для своей шкуры. И тут начинается самая мякотка — в лёгкий снарядик не влезет много взрывчатки, а значит и эффект от его взрыва будет ноль целых хуй десятых, а при увеличении массы ВВ, паровозом растет и масса снаряда, а также размеры миража Саяно-Шушенской ГЭС за каждым таким убертанком (смотри начало статьи).
На фоне перечисленного гомерический смех вызывают публикации в СМИ рассказывающие о рейлгане как об оружии возмездия для сдерживания России от нападения на прибалтийские страны. Особенно смешно это выглядит, когда сами же американские эксперты говорят о малопригодности рельсовой пушки.

[править] В святой пиндосии

Сабж в действии на баттхёртеДолжен был иметь рельсотрон на борту, но не срослось — пиарасты обосрались

По статьям, пиару и обзорам в интернете корабли-вундервафли типа «Зумвальт» планировались сделать орудием возмездия тоталитарной Россиюшки и Китая заодно. Абсурд дошёл то того, что на волне угара в мае 2016 были вбросы о том, что святой американский «рельсотрон» защитит Прибалтику от «агрессии России» [1]. Да-да, на рельсотрон с сомнительными характеристиками и сомнительной эффективностью, который ещё даже нормально не проверен и не испытан в бою, возложена святая миссия по защите прибалтики от «агрессии России». Этот ваш зумвальт планировалось оснастить лазерными и электромагнитными пушками, но США отказались от их производства. В итоге, Zumwalt получил традиционные ракетные и артиллерийские системы, причем такие, что они приемлемы разве что для работы по голожопым папуасам в африканских странах.

В ответ на рельсотроны некто попугал, америкосов «секретными разработками» — плавающими, ядерными какашками. Америкосы не сообразили что это, но сообразили, что это во всех смыслах shitposting и троллинг не удался. Хотя проблема «грязной бомбы» (радиация-only недо-ядерка) до сих стоит IRL, выжимая деньги на сканеры радиации и ядерную науку.

Сабж в действии на баттхёртеСоветские кондесаторы для рельсотрона на фоне президента РАН

Во времена холодной войны совок наравне с США вёл работы по созданию электромагнитных пушек. В середине 80-х в ещё той стране советскими учеными был создан прототип данной вундервафли. Скорость пластмассового снаряда примерно с бутылочную пробку, достигала чуть ли не 10 км в секунду. О других достижениях до сих пор мало что известно, ибо секретно. После развала совка, очевидно, что всё накрылось медным тазом, а, скорее всего, пиздой.

После пиара, угара и содомии американских СМИ о зумвальте и рельсотроне, рашкинские пиарасты тоже решили, что надо поприкалываться, и рассказали про вывод спутников на орбиту с помощью рельсотрона:

Получение высоких скоростей связано с большими трудностями. 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. Следующая задача — вывод спутников на орбиту Земли

Владимир Фортов, президент РАН . [2]

Говоря о рельсотроне нельзя не упомянуть Пушку Гаусса, которую некоторые поциенты путают с рельсотроном. В далёком 1895 году расовый австриец, пионер космонавтики Франц Гефт подумал: «А что если притянуть какую-нибудь железяку очень сильным магнитом, причём притянуть так, что скорость этой железячки будет сопоставима со скоростью пули?» и все заверте… Тогда это было проектом катушечной электромагнитной пушки, предназначенной для запуска космических кораблей на Луну. В полном соответствии с принципом Арнольда пушку назвали именем сумрачного тевтонского математика Карла Гаусса, который рядом с этой пушкой и близко не стоял. Короче, суть такова: берём соленоид, внутрь помещаем ствол из диэлектрика, в один из концов ствола вставляем снаряд из ферромагнетика, пускаем ток на соленоид. В соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида, после чего не забываем резко выключить соленоид, ибо снаряд останется внутри соленоида (на концах снаряда при этом образуются полюса, ориентированные согласно полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд начнёт тянуть в обратном направлении). Для большей мощности и скорости используем несколько соленоидов подряд, поочерёдно включая каждый.

Несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса, у неё есть много минусов, главный из которых — большие затраты энергии и низкий КПД (1-7%), превращает её в совершенно бесперспективное оружие. Добавим к этому большой вес и габариты установки. Более того, с увеличением скорости снаряда время действия магнитного поля существенно сокращается, что приводит к необходимости не только заблаговременно включать каждую следующую катушку многоступенчатой системы, но и увеличивать мощность её поля пропорционально сокращению этого времени. Обычно этот «несущественный недостаток» часто обходится вниманием, так как большинство самодельных систем имеет или малое число катушек, или недостаточную скорость снаряда.

Рельсотрон своими руками
1 3 yes Показать Скрыть


  1. ↑ хотя ничто не мешает стрелять предметами до 10 кг и даже больше
  2. ↑ правда, чтобы вывести из строя бомбардировщик одним попаданием, нужно ОЧЕНЬ постараться — возвращавшиеся на аэродромы «огрызки» после зенитного огня тому доказательство

lurkmore.to

Электромагнитная Пушка Рельсотрон, Или Рэйлган,

16.09.2019

Американский рельсотронАмериканский рельсотрон

Наиболее «продвинутый» образец американского рельсотрона, испытанный в июне 2019 года

Начиная приблизительно со второй половины XIX столетия, в СМИ периодически появляется информация о различных видах «чудо-оружия», способного мгновенно сделать устаревшими все остальные средства ведения войны. Можно вспомнить о «передаче энергии взрыва посредством радиоволн», о «лучах смерти Гринделла Мэтьюса», а если говорить о более поздних временах, то нельзя не упомянуть про «красную ртуть» и «гафниевую бомбу». На поверку все эти сенсации оказались полной чепухой. В последние годы много пишут и говорят про «рэйлган» или рельсотрон. Порой этому «оружию будущего» приписывают удивительные свойства, в то время как скептики утверждают, что и на сей раз никакой практической отдачи военные не получат.

История разработки электромагнитной пушки рельсотрон

Еще до начала Первой мировой войны стало заметно, что традиционная артиллерия подходит всё ближе к пределу своего развития. Орудия еще можно было делать более мощными и дальнобойными, но это давалось слишком большой ценой. Своего рода символами этого концептуального тупика стали неимоверно дорогие и при этом практически бесполезные немецкие пушки «Колоссаль» и «Дора».

Пушка «Дора»Пушка «Дора»

Немецкая пушка «Дора». По выражению Гудериана – «настоящее произведение искусства, однако, бесполезное»

Всё дело в том, что возможности пороха, как метательного средства, лимитированы скоростью расширения газов при его взрыве. Поэтому для того, чтобы осуществить «артиллерийскую революцию», необходимо применить что-то иное, причем речь не идет о более сильной взрывчатке, а о другой форме энергии, например, об электричестве.

Первым проектом такого рода была магнитная пушка Гаусса, представлявшая собой обыкновенный соленоид, который при включении тока стремительно втягивал в себя магнитный сердечник, исполнявший одновременно роль выключателя. Как только этот «снаряд» начинал своё движение, цепь размыкалась. В результате, набравший скорость сердечник, вылетал с противоположной стороны соленоида.

Интересно, что первоначально индукционная «пушка Гаусса» рассматривалась не как оружие, а как способ выведения спутников на околоземную орбиту. Авторы подобных проектов считали, что если создать последовательную цепь из соленоидов, то снаряд можно разогнать до любой скорости.

Публикация о пушке ГауссаПубликация о пушке Гаусса

Одна из старых публикаций, посвященных пушке Гаусса. В отличие от рельсотрона, это «чудо-оружие» должно было стать еще и бесшумным

Рельсотрон стал альтернативным, и, как поначалу казалось, более простым проектом «электродинамического ускорителя масс». Название «оружие будущего» было придумано в Советском Союзе в конце 50-х годов, автором термина стал академик Лев Арцимович. Есть несколько разных версий относительно того, кто, когда и где собрал первый опытный образец, однако, это не так уж важно, поскольку теоретическая база, на основе которой создавалась «рельсовая пушка», не являлась секретной, так что соорудить нечто подобное в лабораторных условиях могли бы многие страны.

Первые упоминания о «рэйлгане» появились в западной прессе в 70-е годы. Предполагалось, что такие установки будут изготавливаться для вооружения военных космических «шаттлов». Затем рельсотрон рассматривали как часть проекта, известного под названием СОИ («стратегическая оборонная инициатива»). Электромагнитная пушка должна была уничтожать советские баллистические ракеты на заатмосферных участках их траектории. Как известно, до практической реализации СОИ дело не дошло.

Новую и несколько неожиданную популярность «рэйлган» получил после появления в 90-е годы компьютерных игр «от первого лица». На этот раз он превратился в мощное ручное оружие, способное уничтожить самого сильного противника одним точным выстрелом. Всё это, разумеется, не имело никакой связи с реальностью, как и «гаусс-ружья» в руках главного героя голливудского фильма «Стиратель».

Электромагнитное оружие в киноЭлектромагнитное оружие в кино

Кадр из фильма «Стиратель». В руках у главного героя – сразу два электромагнитных ружья

Разработка первых настоящих боевых рельсотронов началась в США в середине «нулевых годов». Создателем нового оружия является компания General Atomics. Американские военные планировали использовать электромагнитные пушки для оснащения своих кораблей. В первую очередь речь шла о перспективных эсминцах Zumwalt. После первых пресс-релизов последовал ряд «показательных выступлений», однако, морская версия американского рельсотрона не появилась до сих пор.

В самом начале 2019 года в целом ряде изданий появились статьи с фотографиями китайского десантного корабля, в носовой части которого можно было увидеть загадочную установку, идентифицированную как «рельсовое оружие». Некоторые эксперты считают, что Китаю удалось опередить США и создать боеспособный образец «рэйлгана», пригодного к размещению на морских судах. Так ли это на самом деле, неизвестно, но ясно, что в ближайшие годы разнообразный информационный шум вокруг этого «чудо-оружия» едва ли утихнет.

Китайский корабль с рельсотрономКитайский корабль с рельсотроном

Китайский десантный корабль. Носовая башенная установка, предположительно, представляет собой рельсотрон

Особенности конструкции

«Рэйлган» не отличается значительной сложностью устройства. Он представляет собой две параллельные металлические направляющие (те самые «рельсы»), между которыми размещается токопроводная перемычка, «подпирающая» снаряд. Вся эта конструкция может быть прикрыта сверху защитным кожухом, придающим всей установке внешний вид традиционного крупнокалиберного орудия.

Разумеется, вся эта простота – кажущаяся. Огромное значение имеет, в частности, молекулярная структура всех использованных материалов, а также геометрические размеры и точное расположение каждого из элементов. Кроме того, самая «ответственная» часть рельсотрона и вовсе скрыта от глаз. Это источник энергии, который должен обладать весьма впечатляющими характеристиками, и при этом оставаться довольно компактным.

Значительный интерес вызывают и рельсотронные снаряды. Первоначально предполагалось, что это будут просто вольфрамовые болванки, однако, компания BAE Systems утверждает, что ей удалось оснастить их приборами, позволяющими корректировать траекторию полета.

Схема рельсотронаСхема рельсотрона

Принципиальная схема конструкции рельсотрона

Принцип работы рельсотрона

«Рэйлган» действует следующим образом:

  1. Направляющие подключаются к источнику постоянного электрического тока;
  2. Перемычка, расположенная между рельсами, замыкает цепь;
  3. В появившемся магнитном поле возникает сила Ампера, придающая перемычке и расположенному впереди нее снаряду ускорение;
  4. Между рельсами возникает дуговой разряд, обладающий электротермическим действием и формирующий высокотемпературную плазму. Она оказывает на снаряд огромное давление, придавая ему дополнительное ускорение.

При этом необходимо, чтобы и направляющие и перемычка имели высокую электропроводность, в противном случае установка очень быстро перегреется и расплавится. По этой причине рельсы делают из бескислородной меди, покрытой слоем серебра. Но это не только дорого, но и непрактично, поскольку эти металлы быстро изнашиваются. В итоге «ствол» приходится менять уже через 3-4 выстрела.

Испытание электромагнитной пушки

Первые выстрелы из «рэйлгана» были сделаны в лабораторных условиях. В частности, еще в 80-е годы в СССР проводились опыты, в ходе которых небольшие пластиковые снаряды весом в несколько грамм удавалось разгонять до скорости в 8-10 километров в секунду. При этом полученной кинетической энергии хватило для того, чтобы буквально испарить мишень, представлявшую собой стальной лист. Подробностей об этих тестах известно крайне мало.

Результат выстрела из рельсотронаРезультат выстрела из рельсотрона

Стальная шайба, пробитая снарядом российского экспериментального рельсотрона

Американский военный рельсотрон испытывался уже многократно. Впервые это произошло, видимо, в 2008 году. Согласно заявлению представителей ВМФ США, снаряд весом в 2 килограмма обладал дульной энергией в 10 МДж, вылетая из ствола со скоростью в 2,5 километра в секунду.

В 2010 году была проведена демонстрация усовершенствованного рельсового орудия. Вес снаряда увеличили до 3,2 кг, а дульная энергия при этом выросла до 32-33 МДж.

Испытания этого оружия проводились и в других странах, включая даже Турцию. В ходе одного из последних тестов, состоявшегося в июне 2019 года, американский рельсотрон смог разогнать снаряд до 7,4 километра в секунду, после чего в СМИ заговорили о возможном применении суперпушки при освоении Луны.

Перспектива рельсотрона

Несмотря на весьма впечатляющие результаты, полученные при испытаниях различных образцов «рэйлгана», практическая ценность этого оружия по-прежнему вызывает сомнения.

Конечно, рельсотрон обладает целым рядом весомых преимуществ:

  1. Теоретически неограниченная скорость снаряда. Уже сегодня она такова, что от выстрела из электромагнитной пушки не сможет увернуться даже самолет, находящийся в зоне прямой видимости;
  2. Огромная дальность выстрела, недоступная для обычной артиллерии. В частности, в США утверждают, что их морской рельсотрон сможет уничтожать цели, находящиеся на расстояниях до 400 километров;
  3. Дешевизна снарядов. Болванки из вольфрама обходятся совсем недорого, а их разрушительный эффект, обусловленный огромным запасом кинетической энергии, не требует применения взрывчатки;
  4. Возможность применения пушки для выведения на орбиту космических аппаратов.

Таким образом, рельсотрон вроде бы сулит заманчивые перспективы, однако, на пути к успеху есть много препятствий.

Конденсаторы для рельсотронаКонденсаторы для рельсотрона

Батарея конденсаторов, потребовавшаяся для того, чтобы сделать всего один выстрел из советского рельсотрона «снарядом», вес которого составлял три грамма

Главное и самое труднопреодолимое из них – это проблемы энергообеспечения. Расчеты показывают, что для придания трёхкилограммовому снаряду энергии в 32 МДж мощность необходимого электромагнитного импульса составит 1,6 гигаватта – в полтора с лишним раза больше, чем у типичного ядерного реактора. Разумеется, постоянное подключение пушки к столь могучему источнику не требуется, но нужно каким-то образом накопить этот запас, а затем сразу, мгновенно, «выстрелить» им.

В лабораторных условиях рельсотроны оснащались целым набором конденсаторов. Этот же принцип, по всей видимости, был использован и на военных образцах. Правда, там применялись какие-то иные по своей конструкции емкостные приборы, а также импульсные генераторы. Это позволило ограничиться электростанцией «умеренной» мощности в 32-35 мегаватт.

Есть и другие недостатки, которые в значительной мере снижают практическую ценность «рэйлгана»:

  1. Перегрузки в момент выстрела достигают 25 000 – 30 000 G, что не даёт возможности «начинить» снаряд какой-либо взрывчаткой, тем более детонаторами;
  2. При ведении огня на большие расстояния точность существенно снижается;
  3. Пока не удается обеспечить высокий темп стрельбы, что ограничивает возможности рельсотрона как орудия ПВО и ПРО;
  4. Направляющие изготовлены из дорогих материалов, при этом не выдерживают большого количества выстрелов;
  5. Эффективность поражения крупных целей небольшими болванками вызывает сомнения.

Турецкий рельсотронТурецкий рельсотрон

Турецкий рельсотрон, продемонстрированный весной 2019 года. Его точные характеристики засекречены

Что самое неприятное, каждый из недостатков рельсотрона представляет собой настоящую ловушку: при попытке решения проблемы трудности начинают нарастать буквально в геометрической прогрессии. Например, попытка увеличить вес болванок неизбежно вызовет необходимость в многократно более мощной энергетической установке.

Оборудование снарядов модулем самонаведения (американцы утверждают, что им это удалось, что крайне сомнительно) неизбежно приводит к резкому росту стоимости выстрела. В итоге возникает вопрос, а не проще ли использовать обычную управляемую ракету?

Ко всему прочему, для поражения площадных целей рельсотрон совершенно не подходит. Даже если бы его снаряды и удалось начинить взрывчаткой, они всё равно слишком малы для этого вида стрельбы.

Весьма примечательным фактом стало сворачивание программы Zumwalt. Этот «корабль будущего» пока так и не получил никакого «рэйлгана», а по своей «обычной» боевой эффективности он заметно уступает созданным десятки лет назад эсминцам проекта «Арли Бёрк», не говоря уже о крейсерах «Тикондерога». Построено всего три «Замволта» — продолжения этой серии не будет. Правда, пока что неудача проекта по созданию рельсотрона официально не признана. Более того, аналогичные работы ведутся и в других странах. Что из всего этого выйдет – покажет будущее.

Эсминец ZumwaltЭсминец Zumwalt

Американский эсминец Zumwalt, для вооружения которого разрабатывался рельсотрон

«Рэйлган» станет намного более реалистичным проектом после создания новых по своему принципу, очень мощных и при этом компактных источников или ёмкостей электроэнергии.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

С друзьями поделились:

militaryarms.ru

фантастическое оружие для кораблей будущего

Похоже, американские военные очень любят различные новые вещи, порой даже слишком новые: то носятся со Стратегической оборонной инициативой, то заказывают боевой лазер. Наконец, последние несколько лет компания BAE Systems по заказу агентства DARPA разрабатывает еще один образец оружия, словно пришедший в наш мир из фантастических книг и фильмов. Это рельсовая пушка, также именуемая терминами «рейлган» (от английского railgun) или рельсотрон.

Принцип действия этого чудо-оружия сравнительно прост: на два параллельных электрода (те самые рельсы) устанавливается электропроводящий объект, который и служит снарядом. На электроды подается постоянный ток из-за чего незакрепленный снаряд, замкнув электрическую цепь, под действием силы Лоренца начинает движение. Однако у рельсотрона есть целый набор минусов, который, собственно говоря, и является главной головной болью создателей подобного оружия. Так, рейлган требует источника тока достаточной мощности, зависящей от требуемых характеристик оружия. Кроме того, нужно правильным образом подобрать материалы рельс и снаряда: во-первых, для уменьшения потерь на сопротивлении проводников, а во-вторых, во избежание их перегрева и повреждения. Иными словами, создание практически применимого рельсотрона – занятие непростое, длительное и очень дорогое.

Чем же привлек американских военных новый вид оружия? Дело в том, что рельсовая пушка может разгонять небольшие (до 10-15 килограмм) снаряды до таких скоростей, на которых они могут наносить значительные повреждения технике и объектам противника только за счет собственной кинетической энергии. Кроме явных боевых, у такого оружия есть и преимущества в сфере снабжения: боеприпас для рейлгана получается простым и удобным, а также не подверженным детонации, ведь в нем отсутствует какое-либо взрывчатое вещество.

Агентство DARPA заинтересовалось рельсовыми пушками в середине 90-х годов прошлого века. Тогда, оценив перспективы работ по теме, были определены примерные сроки поставки нового оружия в войска (после 2020 года) и его целевую нишу – замена существующих артиллерийских установок во флоте. Вскоре BAE Systems начали исследования нового направления и строительство первых, маломощных экспериментальных рейлганов. Постепенно были отработаны все нужные технологии и конструкционные находки, в результате чего в конце 2006 года начали строить полноценный опытный экземпляр с дульной энергией в 10 мегаджоулей. Проверки систем и первые пробные запуски начались во второй половине 2007-го, а в феврале следующего года о существовании этого аппарата объявили официально. Тогда же появились первые видео выстрелов и данные о параметрах установки: начальная скорость болванки составила 2520 метров в секунду, что в восемь раз превышает скорость звука. В декабре 2010 года американские конструкторы в очередной раз «похвастались», но теперь дульная энергия была уже более 32 МДж. Эта же пушка произвела юбилейный тысячный выстрел с начала работ по теме. Все эти опыты представляют определенный интерес, но пока исключительно научный. Дело в том, что экспериментальные рельсовые пушки и сами по себе не малы – они представляют собой конструкцию длинной в пару десятков метров и шириной/высотой в 2,5-3 метра. И это только собственно рельсотрон, а ведь к нему «прилагается» еще и соответствующая батарея конденсаторов с генераторами. Иными словами, нынешние рельсовые пушки – не готовое к практическому применению оружие, а сугубо лабораторные экспериментальные образцы.

Американские рельсовые пушки: фантастическое оружие для кораблей будущего

Само собой, такими пушками размером с целое здание никого не заинтересуешь. По такому поводу DARPA недавно привлекли к работам компанию Raytheon. Контракт на 10 миллиардов требует от нее создание и постройку опытного образца новой энергетической установки, способной обеспечить электропитание рельсотрона. Кроме того, задание подразумевает, что энергоустановка будет иметь размеры и массу, пригодные для размещения на кораблях. Если Raytheon удастся сделать систему, получившую название PFN (Pulse Forming Network – Сеть формирования импульса), то в перспективе ее можно будет использовать не только в паре с рейлганами, но и, например, с боевыми лазерами. На разработку и изготовление первого экземпляра PFN у Raytheon не так много времени, ведь начать испытания рельсотрона, установленного на корабль, планируется уже в 2018 году. Тем не менее, нельзя исключать изменения сроков, может быть, даже неоднократного.

К тому же времени от BAE Systems и General Atomics (эту фирму привлекли к проекту для «дублирования» работ) требуют сделать пушку с дульной энергией около 64 МДж, прицельной дальностью запуска девятикилограммового снаряда не меньше 450-500 километров и скорострельностью от 6-7 выстрелов в минуту. По понятным причинам натурные испытания на дальность пока не проводились, но расчеты показывают, что 32-мегаджоульный рельсотрон «закидывает» боеприпас в 10 кг километров на 350-400. Требований к повышению скорости снаряда пока нет: вероятно, в DARPA более приоритетными задачами считают дальность полета и вес болванки. Однако куда большие проблемы ждут разработчиков пушки в сфере «ствола». Дело в том, что огромное начальное ускорение снаряда приводит к полному износу имеющихся рельс за 8-10 выстрелов. Соответственно, помимо улучшения непосредственно боевых качеств BAE Systems и General Atomics должны будут серьезно доработать конструкцию.

Первыми носителями рельсотрона должны будут стать эсминцы проекта Zumwalt. По слухам, эти корабли изначально разрабатывались таким образом, чтобы в состав их оборудования с малыми затратами можно было включить как новые системы, например, PFN, так и новое вооружение. Насколько слухи соответствуют действительности, пока неизвестно. Тем не менее, даже из информации о «Зумволтах» можно сделать соответствующие выводы. Похоже, что американские военные намерены заиметь в своем арсенале оружие со значительной дальностью боя, вдобавок к имеющимся ракетам. От них, надо заметить, рельсотрон в выгодную сторону отличается тем, что каждая ракета стоит немало денег и по достижении своей цели уничтожается. Рельсовая пушка, в свою очередь, стоит еще больше, но расходуются исключительно снаряды, которые на порядки дешевле отдельно взятой ракеты. Кроме того, болванку с гиперзвуковой скоростью почти невозможно перехватить существующими средствами. Также стоит вспомнить американскую тягу к атакам с приличного расстояния, на котором противник не сможет обеспечить адекватный ответ.

Сейчас в качестве срока принятия на вооружение «Зумволта» с рельсовой артиллерией называется середина 20-х годов. Однако для этого требуется продолжение работ, а проект рельсотрона недавно оказывался под угрозой закрытия. Напомним, осенью прошлого года сенат США требовал, как минимум, сократить расходы на «футуристические» программы, а то и вовсе отказаться от них. Военным удалось сохранить в полном объеме проект по созданию рейлганов, а вот лазеру воздушного базирования (Boeing YAL) не было суждено продолжить испытания.

topwar.ru

Рельсотрон на 27 килоджоулей / Habr

Самый мощный любительский рельсотрон

Рельсотрон — это электрический ускоритель масс. Снаряд располагается между двух электродов, которые подключены к источнику постоянного тока. Снаряд замыкает электроды и приобретает ускорение вследствие силы Лоренца. Рельсотрон — это импульсное устройство. На практике часто работа обеспечивается конденсаторами, которые разряжаются в мгновение секунды.

С помощью рельсотрона снаряду можно придать очень большое ускорение. Это ускорение может быть куда выше, чем в традиционном оружии, в котором пуля приводится в движение химической энергией реакции горения пороха. Рельсотрон является перспективным оружием. В некоторых случаях скорость снаряда измеряется тысячами метров в секунду, что сулит колоссальные разрушения, высокую дальность стрельбы и сложность защиты от поражения. На данный момент ни одна страна в мире не имеет рельсотронов на вооружении. Сейчас существуют лишь тестовые образцы. В частности, над рельсотроном для корабельного вооружения работает флот США.

Рельсотрон — это две рельсы, снаряд и источник тока. Общая простота конструкции привлекает любителей. Некто Xtamared собрал свой носимый образец. Энергия выстрела составляет 1,8 килоджоулей энергии. (Это цифра энергии заряда в конденсаторах. Потери огромны, и сравнивать с энергией выстрела патрона АК-74 калибра 5,45×39 мм — около 1,3 кДж — не стоит.) Группа других умельцев собрала свой рельсотрон, и его мощность куда выше — в конденсаторах находится до 27 кДж энергии. Как показали тесты, выстрел из этого рельсотрона уже смертелен.


Общая масса устройства составила примерно 113 кг. На фотографии до ката представлена лишь собственно сама пушка. Огромная батарея из 56 конденсаторов и толстые кабели не показаны. Автор проекта называет себя Ziggy Zee. Проект выполнен на высоком уровне. Автор говорит, что он проработал в оружейной компании три года.


Развёртывание, монтаж и первый тест с энергией выстрела 20,5 кДж.


Второй выстрел. Снаряд застрял, расплавился и испарился. Рельсотрон не пострадал.


Пятый выстрел, тест с баллистическим гелем. Использовался соответствующий натовскому стандарту 20-процентный гель с температурой 10°. Это означает, что его условия были максимально приближены к плотности человеческой плоти. Снаряд вошёл глубоко и показал свою смертоносность. Масса снаряда в три раза выше, чем у пистолетной пули калибра 9 мм, поэтому останавливающее действие выше.


Девятый и десятый выстрелы. Стрельба по десяти и девяти блюдам из фарфора.

Если приложить потенциал к рельсам, на которых находится неподвижный снаряд, то он просто расплавится. Поэтому его нужно разогнать до контакта с рельсами. Умелец Ziggy Zee использовал вполне традиционное для этого решение — баллончик с углекислым газом. После нажатия на спусковой крючок снаряд из алюминия разгоняется до ≈80 км/ч, не очень высокой скорости.

Снаряд входит в контакт с двумя параллельными рельсами из меди. Рельсы плотно сдавливают снаряд, создавая достаточно трения для предотвращения движения. Трение настолько высоко, что холостой выстрел без напряжения заставит снаряд застрять между рельс. За счёт тока во время движения часть алюминия плавится, обеспечивая отличную смазку. Сила Лоренца разгоняет снаряд, и он выходит из пушки на большой скорости.

Часто при создании рельсотронов огромное внимание уделяется пушке и её электрической составляющей. Но важен и снаряд. В качестве материала снаряда был выбран алюминий. Ziggy Zee замечает, что существует недопонимание: многие считают, что нужны ферромагнетики — сталь. Но железо плохо подходит для стрельбы из рельсотрона ввиду высокой температуры плавления и плохой проводимости. Это не пушка Гаусса, ферромагнетизм в рельсотроне не так определяющ.

Снаряд состоит из головы, из которой выходят две ножки. Экспериментально умельцы выяснили, что ножки теряют огромные количества алюминия. Это вполне ожидаемо. В процессе стрельбы ножки прижимаются к рельсам с высокой силой — расчёты указывают на число более 4000 Н. Так обеспечивается отличный контакт с рельсами.

Рельсы закреплены плотно, поэтому снаряд выталкивается, словно вода из сдавленного конца садового шланга. На фотографии выше представлен снаряд массой 22 грамма. После седьмого теста была создана облегчённая версия массой 14 граммов. Голову снаряда урезали для обеспечения лучшего проникновения и понижения вероятности заедания.

Пушка и снаряды не представляют никакой угрозы без конденсаторов. В них и заключается вся опасность и 80 % массы устройства. Для работы пушки понадобилась огромная батарея из 56 конденсаторов. Новенькие стоят 850 $, то есть все обошлись бы в 50 тысяч долларов. Умельцы смогли достать 58 штук (2 запасных на случай выхода из строя) всего за 2600 $. Но на это ушло два года.

Каждый из конденсаторов рассчитан на работу под напряжением до 400 В и имеет ёмкость в 6000 мкФ. Конденсаторы импульсные. Для соединения конденсаторов использовались бруски алюминия толщиной в четверть дюйма (0.64 см). От брусков требовалось выдерживать огромный ток. Нужна механическая прочность, чтобы можно было без повреждений переносить каждый банк конденсаторов массой порядка 22 кг. Ширина брусков тоже имеет значение: концентрированное магнитное поле могло бы разорвать узкие проводники. Конечно, медь могла бы подойти лучше, но авторы проекта посчитали, что она слишком дорога и тяжела.

Дырки в брусках сделали сверлильным станком, конденсаторы закрепили. От соприкосновения бруски отделяет фрагмент из ацеталевого пластика.

Для собственно пушки Ziggy Zee выбрал гаролит G10. В качестве требований предъявлялись экстремально высокая прочность, технологическая обрабатываемость и околонулевая проводимость. Во время пуска рельсы испытывают килоньютоны силы, которые отталкивают их друг от друга. Гаролит хорошо подошёл: он рассчитан на давление до ≈344.7 МПа (50000 psi, сравнимо со сталью) и обладает хорошей теплостойкостью (он горит, а не плавится).

На фотографию попал очень ранний прототип снаряда, который не использовался.

Для крепежа использовалась немагнитная нержавеющая сталь трёхсотой серии. Камеру пневматического ускорителя собрали из ударостойкого АБС-пластика. Гаролит приклеили к бруску дерева 4×4 дюйма клеем E6000.

В качестве спускового механизма используется фрагмент пейнтбольного оружия. Пушку покрасили аэрозолем.

Магнитное поле должно находиться за снарядом. Автор проекта подсчитал, что магнитное поле максимально, когда снаряд проходит примерно 5 сантиметров вдоль рельсов. Контакт между снарядом и рельсами нежелателен, пока снаряд не пройдёт хотя бы дюйм (2,54 см). Нужные части были обработаны ленточной шлифовальной машиной.

Для будущих оптических элементов на пушку закрепили планки Пикатинни и прочий обвес. На рельсотрон поставили сошку-двуногу.

Силовые кабели можно припаять, но Ziggy Zee предположил, что они будут отлетать. (Как показывают видеоролики, они и вправду отлетают при выстреле.) Поэтому было создано крепление, которое можно быстро восстановить.

Результат работы

Для стрельбы конденсаторы нужно заряжать. В полевых условиях для этого используется банк из девятивольтовых батарей. Их хватает на пять выстрелов. Автор проекта надеется в будущем приспособить для зарядки 12-вольтовую автомобильную батарею через инвертор на 120 В, трансформатор для повышения напряжения и выпрямитель.

Напряжение конденсаторов при зарядке возрастает экспоненциально. То есть при приближении к полному потенциалу скорость зарядки становится всё меньше и меньше. Поэтому для зарядки 400-вольтовых конденсаторов Ziggy Zee использовал 450 вольт, а иногда и 500. Но здесь важно вовремя прервать процесс зарядки.

Анализ данных выстрелов показал низкий износ. Ziggy Zee оценивает ресурс рельсов в 50 выстрелов. Медные рельсы почти не стираются, на них лишь нарастает слой алюминия. Его можно удалить.

Ziggy Zee будет улучшать проект и в дальнейшем. В планах автора изменить процесс заталкивания снаряда в ствол (сейчас на это уходит слишком много времени), улучшить конструкцию снарядов, использовать автомобильный аккумулятор для зарядки и попробовать переключать батарею кондесаторов последовательно для достижения 800 вольт на рельсах. Последнее потребует пересмотреть требования безопасности: изоляция кабелей рассчитана всего на 600 В.

Канал на YouTube
Альбом с фотографиями

habr.com

Пушка дура, рельс — молодец? Как российские академики пытаются догнать армию США

Сегодня утром на полигоне в подмосковной Шатуре российским журналистам представили отечественную электромагнитную пушку, или рельсотрон. Многим это оружие больше знакомо по серии игр Quake под названием «рейлган». И, вопреки многочисленным заявлениям восхищённой отечественной прессы, скорее всего рельсотроны так и останутся уделом компьютерных игр и научно-фантастических фильмов. Ни в США, ни тем более в России рейлганы в обозримой перспективе не станут оружием поля боя. В то же время будущее вполне может оказаться за подобными установками. Вот только чтобы увидеть это будущее, нам надо что-то делать уже сейчас.

Сообщение об испытаниях рельсотрона в подмосковной Шатуре наделало немало шума. «Первая российская электромагнитная пушка», «уникальное устройство» и прочие восхищённые эпитеты в российских СМИ. На деле все немного не так, а точнее — сильно не так и куда менее бравурно. Рельсотрон в Шатуре — далеко не первый в России, а это его испытание — отнюдь не самое впечатляющее. Наконец, на фоне того, что уже сделано в этой области за океаном, всё это выглядит довольно бледно, если не сказать жёстче — на любительском уровне.

Что такое рельсотрон?

Современный рельсотрон состоит из «ствола», длиной от нескольких до полутора десятка метров. Внутри него на удалении в один сантиметр друг от друга проложены два рельса. Между ними находится снаряд, помещённый в плавкий электропроводный поддон, через который ток может идти от первого рельса ко второму.

Когда на рельсы подаётся постоянный ток высокого напряжения, вставка-поддон моментально ионизируется, её окружает облачко плазмы. Ток, текущий через плазму и рельсы, образует в межрельсовом пространстве сильнейшее магнитное поле. Оно взаимодействует с током, протекающим через плазму, и генерирует электромагнитную силу Лоренца, толкающую ускоряемое тело вдоль рельсов.

Благодаря поддону — металлическим пластинам, чаще всего алюминиевым, — также решается ещё одна задача: электрическое изолирование снаряда, что позволяет начинить его собственной электроникой, необходимой для наводки на цель. Также поддон доводит общий калибр заряда до калибра орудия, а после покидания ствола разлетается в разные стороны, выпуская снаряд наружу.  

Как легко заметит даже школьник, принцип работы устройства настолько банален, что его можно было сделать ещё в прошлом веке. Более того, именно так и случилось — по отрывочным сведениям, первая подобная установка была задумана во Франции в 1916 году, ровно сто лет назад. Рэйлганы «современного» типа впервые были предложены в 1944 году в Германии, откуда документы по проекту и попали в США. Так было со многими видами оружия — от ПТУР до баллистических ракет, и в большинстве случаев Штаты и СССР всё это успешно скопировали и развивали. Почему же с рельсотронами вышла осечка, и они всё еще не заполонили мир?

Поясним на примере. В российском устройстве, испытывавшемся в Шатуре во время демонстрационного залпа «для прессы», пуля из поликарбоната в 2-2,5 грамма разгоняется между двух рельсов до 3,2 километров в секунду. Это энергия пули обычного тяжелого пулемёта. Да, максимальная скорость снарядов отечественных рельсотронов достигает 11 километров в секунду (со слов академика Фортова). Теоретически этого хватит, чтобы добросить снаряд до Луны. Но практически она достигается лишь для очень лёгких снарядов. Испытания, показанные на видео ниже, дают скорость порядка 3 километров в секунду для пластиковой пули, которая легче, чем пуля АК-74.

Проблемы этого бесспорно перспективного устройства сегодня так велики, что оно непригодно для поля боя в обозримом будущем, несмотря на то, что американские военные постоянно утверждают обратное. Во время показательных испытаний в Шатуре у небольшого, фактически «настольного» рельсотрона, несопоставимого по мощности с рэйлганами ВМФ США, сломались шпильки, крепящие его к основанию. Причины просты: отдача действует на него не меньше, чем на пушку. Пуля рельсотрона, летящая хотя бы втрое быстрее пули АК-74, имеет в девять раз больше кинетической энергии, а значит, и отдача от неё куда сильнее.

Беда не только в отдаче. Чтобы разогнать пулю, её поддон током превращается в плазму, причём за миллисекунды. Естественно, рельсы, через которые ток в миллионы ампер подаётся на поддон, тоже резко нагреваются. Охлаждать их очень сложно: обычные системы охлаждения так быстро просто не работают. Поэтому рельсы испытывают мощную тепловую деградацию после каждого залпа. Что у нас, что в США обслуживающий персонал рельсотрона вынужден менять их через каждые несколько выстрелов, а ремонтировать другие детали рельсотронных установок (помните вылетевшие шпильки?) — и того чаще.

Третьей проблемой рельсотронов является энергия. Сила постоянного тока скромной в сравнении с американскими установки в Шатуре — миллион ампер. Даже электростанция под боком не поможет. Тока нужных параметров можно добиться лишь центнерами суперконденсаторов, выдающих нужные параметры постоянного тока в мгновенном импульсе. Но конденсаторы сильно уступают литиевым батареям по ёмкости. А те не могут выдать нужный ток в доли секунды. В итоге рельсотрону для стрельбы нужна небольшая электростанция (как на американских эсминцах «Замволт»), а также просто-таки трюмы суперконденсаторов в стойках.

Теперь окинем взглядом показанную на видео лабораторию в Шатуре. Обстановка из серии «бедненько, но чистенько», небольшой рельсотрон, прикреплённый к стальному основанию, которое на приличном заводе посчитали бы хлипковатым даже для конвейера… Никаких сверхъестественных достижений от этого сугубо экспериментального образца ждать не стоит. Его демонстрационное выступление примечательно только тем, что раньше нашей публике и такое не показывали. В США вышеприведённое видео вряд ли вызвало бы фурор. Их пиарщики от обороны — не чета пресс-службе РАН. Они умеют снимать более впечатляюще, да и снаряд у них намного серьёзнее поликарбонатной пули.

Чтобы понять, откуда такие результаты, напомним: наука бедна, зато военные богаты. Только ВМС США и только с 2005-го по 2011 год выделили на рельсотроны 250 миллионов долларов. С большой долей вероятности вся российская лаборатория, что показана на видео выше, стоила куда дешевле. Американские ВМС не стоят на месте: с 2011 года до настоящего времени они потратили на эту технику ещё столько же. Аналогичные программы есть и у других родов войск в США. За океаном на рельсотрон делают главную ставку в обороне от наших сверхзвуковых и будущих гиперзвуковых противокорабельных ракет.

Отечественные затраты на рельсотроны куда скромнее. Пока ими занимается в основном РАН — организация, откровенно говоря, довольно бедная. Оборудование, которое можно увидеть в показанной лаборатории, выглядит соответственно. Облупившаяся краска, пятна ржавчины на деталях. В принципе, нечто подобное можно наблюдать на YouTube в лабораториях самодеятельных изобретателей, нашедших часть деталей на свалке, а часть — в ближайшем хозяйственном магазине. И дело не только в деньгах: неумение выгодно подать свои работы в плане внешних эффектов тоже сказывается. Как ни крути, серьёзная в техническом плане разработка на видео выглядит хуже, чем вот этот почти игрушечный рэйлган «гаражного» изобретателя-американца.

Пока скромны и наши технические результаты. По заявлениям американских военных, их рельсотроны стреляют снарядами по 10 килограмм со скоростями до 8 километров в секунду. А наши учёные всё ещё разгоняют пули с характерным весом до 2,5 грамм.

Отметим — и слово «рельсотрон», и само устройство появились в СССР ещё полвека назад. Как видим, за это время наши успехи в их развитии весьма скромны. Американские вроде бы куда больше — в 2016 году Штаты намерены провести морские стрельбы из рейлганов на расстояние до 180 километров. Определённо, «настольный» рельсотрон из Шатуры такого не может. Однако при ближайшем рассмотрении «успехи» американцев так же далеки от поля боя, как и наши. Между каждым выстрелом они будут делать длинные промежутки для охлаждения и перезарядки конденсаторов (а то и ремонта самой установки). Обыкновенную пушку с такими параметрами никто даже не стал бы выставлять на испытания.

Значит ли это, что от российских и американских рельсотронов не стоит ждать ничего значительного? Отнюдь. Первое пороховое оружие XIII века не пробивало даже нагрудный доспех, ствол его приходилось часто менять, а заряжалось оно минуту. Однако после изобретения колесцового замка, пыжа и ряда других мелочей огнестрельное оружие навсегда изменило наш мир. За рельсотроном может быть очень большое будущее, хотя ни в этом, ни в следующем десятилетии он не станет оружием, сравнимым с обычными пушками по совокупности параметров. Но чтобы это будущее стало настоящим, нужно подобрать и создать принципиально новые термостойкие материалы для рельсов, куда более совершенные конденсаторы и прочее, и прочее. У США явно есть деньги, и, судя по их военным, воля на то, чтобы вложить их в нужные НИОКР. Есть ли такая воля у нас — покажет лишь будущее.

life.ru

Новое оружие России: Рельсотрон Арцимовича Новости дня — Свободная Пресса

Несмотря на губительные реформы в наших Вооруженных силах, армейский научно-технический интеллект не стоит на месте, продолжаются разработки новых видов оружия, способных коренным образом изменить не только характер современного боя, но и соотношение сил в системе военного противостояния на мировой арене. О некоторых из них мы расскажем в материалах под рубрикой «Новое оружие России».

Шатурское чудо

Недавно в лаборатории Шатурского филиала Объединенного института высоких температур Российской академии наук были проведены испытания уникального устройства — рельсотрона Арцимовича, который представляет собой электромагнитную пушку, стреляющую пока очень маленькими снарядами — массой до трех граммов. Однако разрушительные способности такой «горошины» поразительны. Достаточно сказать, что поставленная на её пути стальная пластина просто-напросто испарилась, превратившись в плазму. Все дело в гигантской скорости, придаваемой снаряду электромагнитным ускорителем, используемым вместо традиционного пороха.

После испытаний директор Шатурского филиала Объединенного института высоких температур РАН Алексей Шурупов сообщил присутствовавшим журналистам:

— В наших лабораторных испытаниях максимальная скорость достигла 6,25 километра в секунду при массе снаряда в несколько грамм (примерно три грамма). Это очень близко к первой космической скорости.

Что же это за пушка, и какие возможности она сулит?

Принцип Гаусса

Для начала нужно отметить, что поиски альтернативы использованию пороха в качестве рабочего вещества для разгона снаряда в стволе орудия начались еще в начале прошлого века. Как известно, пороховые газы обладают достаточно большим молекулярным весом и, как следствие, относительно малой скоростью расширения. Предельная скорость, достигаемая снарядом в традиционных артиллерийских системах, ограничена величиной порядка 2−2,5 км/с. Это не так уж много, если стоит задача одним выстрелом прошивать броню вражеского танка или корабля.

Считается, что первыми выдвинули идею электромагнитной пушки французские инженеры Фашон и Виллепле еще в 1916 году. Основываясь на принципе индукции Карла Гаусса, они использовали в качестве ствола цепочку катушек-соленоидов, на которые последовательно подавался ток. Их действующая модель индукционной пушки разогнала снаряд массой 50 грамм до скорости 200 метров в секунду. По сравнению с пороховыми артиллерийскими установками результат, конечно, получился достаточно скромный, однако показавший принципиальную возможность создания оружия, в котором снаряд разгоняется без помощи пороховых газов. На самом деле, еще за год до Фашона и Виллепле русские инженеры Подольский и Ямпольский разработали проект 50-метровой «магнитно-фугальной» пушки, действующей по аналогичному принципу. Однако финансирования для воплощения своей идеи в жизнь им получить не удалось. Впрочем, и у французов дальше модели «пушки Гаусса» дело не пошло, поскольку для того времени разработки казались слишком фантастическими. К тому же эта новинка, как уже отмечалось, не давала преимуществ относительно пороха.

— Систематические научные работы по созданию принципиально новых электродинамических ускорителей массы (ЭДУМ) начались в мире в 50-х годах XX века, — рассказал корреспонденту «СП» эксперт инфоцентра «Оружие России» полковник запаса Александр Ковлер. — Одним из родоначальников отечественных разработок в этой области был выдающийся советский ученый, исследователь плазмы Л.А. Арцимович, который ввел в отечественную терминологию понятие «рельсотрон» (в англоязычной литературе принят термин «railgun») для обозначения одной из разновидностей ЭДУМ. Идея рельсотрона была прорывной в области развития электромагнитных ускорителей. Он представляют собой систему, состоящую из источника электроэнергии, 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. В момент подачи высокого напряжения на рельсы вставка моментально сгорает, превращаясь в облако плазмы (его называют «плазменным поршнем» или «плазменной арматурой»). 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.

Рельсотроны позволяют ускорять небольшие тела (до 100 г) до скоростей 6−10 км/сек. 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/сек.

Что это даст?

В годы холодной войны работы по созданию электромагнитных пушек активно велись и в СССР и в США. Они до сих пор строго засекречены. Известно только, что 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. Есть информация и о том, что разрабатывалось индивидуальное стрелковое оружие на этом принципе.

«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 писатель-фантаст, «певец высоких оружейных технологий» Федор Березин в своем романе «Красный рассвет».

К этому можно добавить, что такое оружие способно легко сбивать военные спутники и ракеты, а поставленное на танк, оно делает боевую машину неуязвимой. К тому же от неё практически не будет защиты. Снаряд с космической скоростью пробьет все, что угодно. Военный эксперт Павел Фельгенгауэр добавляет: «Можно будет резко сократить калибр, по меньшей мере, в два раза. А значит, больше боезапас, меньше вес. Не будет артиллерийского пороха на борту, а это защита самого танка, он будет менее уязвим. Взрываться будет нечему».

Недавно в прессу просочилась информация о том, что 10 декабря 2010 года ВМС США провели испытание рельсотрона, которые были признаны успешными. Проверка оружия проводилась на мощности в 33 мегаджоуля. Согласно расчетам ВМС США, такая мощность позволяет выстреливать металлическим снарядом на расстояние до 203,7 километра, причем в конечной точке скорость болванки составляет около 5,6 тысячи километра в час. Предполагается, что к 2020 году будут созданы орудия с дульной энергией в 64 МДж. Эти орудия должны поступить на вооружение строящихся в США эсминцев серии DDG1000 Zumwalt, чья модульная конструкция и электрическая трансмиссия рассчитывались с прицелом на перспективные ЭМ-пушки.

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.

Мы отстали, но не безнадежно

Рыночные реформы в России резко затормозили работы по созданию рельсотрона. Но, несмотря на сокращение финансирования военных разработок электромагнитного оружия, отечественная наука также не стоит на месте. Свидетельством тому — систематическое появление русских фамилий в материалах ежегодной международной конференции по электромагнитному разгону EML Technology Symposium.

Испытания в Шатуре также свидетельствуют о нашем движении вперед в этом направлении. О сравнительном соотношении возможностей России и США в этой области можно судить по конкретным показателям испытаний. Трехкилограммовый снаряд американцы разогнали до 2,5 километра в секунду (что близко к пороховому ускорителю). Наш снаряд в тысячу раз меньше (3 грамма), но его скорость в два с половиной раза выше (6,25 км,/сек.)

По-разному звучат и оценки перспектив. «На современных кораблях и американских, и российских использовать такое оружие нельзя. Для него просто не хватит энергии. Потребуется создание нового поколения кораблей с энергетической системой, которая обеспечит как двигатели судов, так и их оружие», — говориться в опубликованном в печати заявлении управления вооружения и эксплуатации ВМФ РФ. В то же время американские военные журналы уже публикуют макеты первого корабля, который может получить новое оружие. Эсминец XXI века DDX должен появиться к 2020 году.

svpressa.ru

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *