Пушка Гаусса (англ. Gauss gun, Coil gun, Gauss cannon) - одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма.
Принцип действия
Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. (На концах снаряда при этом образуются полюса симметричные полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится)- Это распространённое заблуждение. На самом деле снаряд втягивается и ускоряется до самого конца катушки.
Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электрические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.
Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к середине обмотки ток в последней уже успевал бы уменьшится до минимального значения, то есть заряд конденсаторов был бы уже полностью израсходован. В таком случае КПД одноступенчатой пушки Гаусса будет максимальным. Кпд «однокатушечных» систем растёт с повышением напряжения и увеличением индуктивности катушки.
Преимущества и недостатки
Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша́я надежность и износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе космического пространства.
Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса и её преимущества, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями.
Первая трудность - низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27 %. Поэтому пушка Гаусса по силе выстрела проигрывает даже пневматическому оружию.
Вторая трудность - большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею). Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.
Третья трудность (следует из первых двух) - большой вес и габариты установки при её низкой эффективности.
Видеоролик. Пушка Гаусса в игре S.T.A.L.K.E.R., в игре Fallout 2 и самодельная реальная пушка Гаусса
Всем привет. В данной статье рассмотрим, как изготовить портативную электромагнитную пушку Гаусса, собранную с применением микроконтроллера. Ну, насчет пушки Гаусса я, конечно, погорячился, но то, что это – электромагнитная пушка, нет сомнения. Данное устройство на микроконтроллере было разработано для того, чтобы обучить начинающих программированию микроконтроллеров на примере конструирования электромагнитной пушки своими руками.Разберем некоторые конструктивные моменты как в самой электромагнитной пушке Гаусса, так и в программе для микроконтроллера.
С самого начала нужно определиться с диаметром и длиной ствола самой пушки и материалом, из которого она будет изготовлена. Я применил пластиковый футляр диаметром 10 мм из-под ртутного термометра, поскольку он у меня валялся без дела. Вы можете использовать любой доступный материал, обладающий не ферромагнитными свойствами. Это стекло, пластик, медная трубка и т. д. Длина ствола может зависеть от количества применяемых электромагнитных катушек. В моем случае используется четыре электромагнитных катушки, длина ствола составила двадцать сантиметров.
Что касается диаметра применяемой трубки, то в процессе работы электромагнитная пушка показала, что нужно учитывать диаметр ствола относительно применяемого снаряда. Проще говоря, диаметр ствола не должен намного превышать диаметр применяемого снаряда. В идеале, ствол электромагнитной пушки должен подходить под сам снаряд.
Материалом для создания снарядов послужила ось от принтера диаметром пять миллиметров. Из данного материала и были изготовлены пять болванок длиной 2,5 сантиметра. Хотя также можно применять стальные болванки, скажем, из проволоки или электрода – что найдется.
Нужно уделить внимание и весу самого снаряда. Вес по возможности должен быть небольшим. Мои снаряды слегка тяжеловаты получились.
Перед созданием данной пушки были проведены эксперименты. В качестве ствола использовалась пустая паста от ручки, в качестве снаряда – иголка. Иголка с легкостью пробивала обложку журнала, установленного неподалеку от электромагнитной пушки.
Поскольку оригинальная электромагнитная пушка Гаусса строится по принципу заряда конденсатора большим напряжением, порядка трехсот вольт, то в целях безопасности начинающим радиолюбителям следует запитывать её низким напряжением, порядка двадцати вольт. Низкое напряжение приводит к тому, что дальность полета снаряда не очень большая. Но опять же, всё зависит от количества применяемых электромагнитных катушек. Чем больше электромагнитных катушек применяется, тем больше получается ускорение снаряда в электромагнитной пушке. Также имеют значение диаметр ствола (чем меньше диаметр ствола, тем снаряд летит дальше) и качество намотки непосредственно самих электромагнитных катушек. Пожалуй, электромагнитные катушки – самое основное в устройстве электромагнитной пушки, на это нужно обратить серьёзное внимание, чтобы добиться максимального полета снаряда.
Я приведу параметры своих электромагнитных катушек, у вас они могут быть другими. Катушка наматывается проводом диаметром 0,2 мм. Длина намотки слоя электромагнитной катушки составляет два сантиметра и содержит шесть таких рядов. Каждый новый слой я не изолировал, а начинал намотку нового слоя на предыдущий. Из-за того, что электромагнитные катушки запитываются низким напряжением, вам нужно получить максимальную добротность катушки. Поэтому все витки наматываем плотно друг другу, виток к витку.
Что касается подающего устройства, то тут особые пояснения не нужны. Все паялось из отходов фольгированного текстолита, оставшегося от производства печатных плат. На рисунках все подробно отображено. Сердцем подающего устройства является сервопривод SG90, управляемый микроконтроллером.
Подающий шток изготовлен из стального прутка диаметром 1,5 мм, на конце штока запаяна гайка м3 для сцепления с сервоприводом. На качалке сервопривода для увеличения плеча установлена загнутая с двух концов медная проволока диаметром 1,5 мм.
Данного нехитрого устройства, собранного из подручных материалов, вполне хватает, чтобы подать снаряд в ствол электромагнитной пушки. Подающий шток должен полностью выходить из загрузочного магазина. В качестве направляющей для подающего штока послужила треснувшая латунная стойка с внутренним диаметром 3 мм и длиной 7 мм. Жалко было выбрасывать, вот и пригодилось, собственно, как и кусочки фольгированного текстолита.
Программа для микроконтроллера atmega16 создавалась в AtmelStudio, и является полностью открытым проектом для вас. Рассмотрим некоторые настройки в программе микроконтроллера, которые придется произвести. Для максимально эффективной работы электромагнитной пушки вам понадобится настроить в программе время работы каждой электромагнитной катушки. Настройка производится по порядку. Сначала подпаиваете в схему первую катушку, все остальные не подключаете. Задаете в программе время работы (в миллисекундах).
PORTA |=(1<<1); // катушка 1
_delay_ms(350); / / время работы
Прошиваете микроконтроллер, и запускаете программу на микроконтроллере. Усилия катушки должно хватать на то, чтобы втянуть снаряд и придать начальное ускорение. Добившись максимального вылета снаряда, подстраивая время работы катушки в программе микроконтроллера, подключаете вторую катушку и также настраиваете по времени, добиваясь еще большей дальности полета снаряда. Соответственно, первая катушка остается включенной.
PORTA |=(1<<1); // катушка 1
_delay_ms(350);
PORTA &=~(1<<1);
PORTA |=(1<<2); // катушка 2
_delay_ms(150);
Таким способом настраиваете работу каждой электромагнитной катушки, подключая их по порядку. По мере увеличения количества электромагнитных катушек в устройстве электромагнитной пушке Гаусса скорость и, соответственно, дальность снаряда должны также увеличиваться.
Данную кропотливую процедуру настройки каждой катушки можно избежать. Но для этого придется модернизировать устройство самой электромагнитной пушки, установив датчики между электромагнитными катушками для отслеживания перемещения снаряда от одной катушки к другой. Датчики в сочетании с микроконтроллером позволят не только упростить процесс настройки, но и увеличат дальность полета снаряда. Данные навороты я не стал делать и усложнять программу микроконтроллера. Целью было реализовать интересный и несложный проект с применением микроконтроллера. Насколько он интересен, судить, конечно, вам. Скажу честно, я радовался, как ребенок, «молотя» из данного устройства, и у меня созрела идея более серьезного устройства на микроконтроллере. Но это уже тема для другой статьи.
Программа и схема -
Научно-технический прогресс стремительно развивается. К сожалению, его результаты проводят не только к улучшению нашей жизни, к новым удивительным открытиям или победам над опасными недугами, но и к появлению нового, более совершенного оружия.
На протяжении всего прошлого столетия человечество «ломало голову» над созданием новых, еще более эффективных средств уничтожения. Отравляющие газы, смертоносные бактерии и вирусы, межконтинентальные ракеты, термоядерное оружие . Не бывало еще такого периода в человеческой истории, чтобы ученые и военные сотрудничали так тесно и, к сожалению, эффективно.
Во многих странах мира активно проводятся разработки оружия на основе новых физических принципов. Генералы весьма внимательно наблюдают за последними достижениями науки и стараются поставить их себе на службу.
Одним из наиболее перспективных направлений оборонных исследований являются работы в области создания электромагнитного оружия. В желтой прессе оно обычно называется «электромагнитная бомба». Подобные исследования стоят весьма недешево, поэтому позволить их себе могут только богатые страны: США, Китай, Россия, Израиль.
Принцип действия электромагнитной бомбы заключается в создании мощного электромагнитного поля, что выводит из строя все устройства, работа которых связана с электричеством.
Это не единственный способ использования электромагнитных волн в современном военном деле: созданы передвижные генераторы электромагнитного излучения (ЭМИ), которые могут вывести из строя электронику противника на расстоянии до нескольких десятков километров. Работы в этой области активно проводятся в США, России, Израиле.
Существуют и еще более экзотические способы военного применения электромагнитного излучения, чем электромагнитная бомба. Большая часть современного оружия использует энергию пороховых газов для поражения противника. Однако все может измениться уже в ближайшие десятилетия. Для запуска снаряда также будут использованы электромагнитные токи.
Принцип действия такой «электрической пушки» довольно прост: снаряд, сделанный из проводящего материала, под воздействием поля выталкивается с большой скоростью на довольно большое расстояние. Эту схему планируют применять на практике уже в ближайшее время. Наиболее активно в этом направлении работают американцы, об успешных разработках оружия с таким принципом действия в России неизвестно.
Как вы представляете себе начало Третьей мировой войны? Ослепительные вспышки термоядерных зарядов? Стоны людей, умирающих от сибирской язвы? Удары гиперзвуковых летательных аппаратов из космоса?
Все может быть совсем по-другому.
Вспышка действительно будет, но не очень сильная и не испепеляющая, а похожая, скорее, на раскат грома. Самое «интересное» начнется потом.
Загорятся даже выключенные люминесцентные лампы и экраны телевизоров, в воздухе повиснет запах озона , а проводка и электрические приборы начнут тлеть и искриться. Гаджеты и бытовые приборы, в которых есть аккумуляторы, нагреются и выйдут из строя.
Перестанут работать практически все двигатели внутреннего сгорания. Отключится связь, не будут работать средства массовой информации, города погрузятся во тьму.
Люди не пострадают, в этом отношении электромагнитная бомба – очень гуманный вид оружия. Однако подумайте сами, во что превратится жизнь современного человека, если убрать из него устройства, принцип действия которых основан на электричестве.
Общество, против которого будет применено орудие подобного действия, окажется отброшенным на несколько веков назад.
Как это работает
Как можно создать столь мощное электромагнитное поле, которое способно оказывать подобное действие на электронику и электрические сети? Электронная бомба фантастическое оружие или подобный боеприпас можно создать на практике?
Электронная бомба уже была создана и уже два раза применялась. Речь идет о ядерном или термоядерном оружии. При подрыве подобного заряда одним из поражающих факторов является поток электромагнитного излучения.
В 1958 году американцы взорвали над Тихим океаном термоядерную бомбу, что привело к нарушению связи во всем регионе, ее не было даже в Австралии, а на Гавайских островах пропал свет.
Гамма-излучение, которое в избытке образуется при ядерном взрыве, вызывает сильнейший электронный импульс, что распространяется на сотни километров и выключает все электронные приборы. Сразу после изобретения ядерного оружия, военные занялись разработкой защиты собственной аппаратуры от подобного действия взрывов.
Работы, связанные с созданием сильного электромагнитного импульса, как и разработки средств защиты от него проводятся во многих странах (США, Россия, Израиль, Китай), но почти везде они засекречены.
Можно ли создать работающее устройство, на других менее разрушительных принципах действия, чем ядерный взрыв. Оказывается, что можно. Более того, подобными разработками активно занимались в СССР (продолжают и в России). Одним из первых, кто заинтересовался данным направлением, был знаменитый академик Сахаров.
Именно он первым предложил конструкцию конвенционного электромагнитного боеприпаса. По его задумке высокоэнергетическое магнитное поле можно получить путем сжатия магнитного поля соленоида обычным взрывчатым веществом . Подобное устройство можно было поместить в ракету, снаряд или бомбу и отправить на объект неприятеля.
Однако у подобных боеприпасов есть один недостаток: их малая мощность. Преимуществом подобных снарядов и бомб является их простота и низкая стоимость.
Можно ли защититься?
После первых испытаний ядерного оружия и определения электромагнитного излучения, как одного из его основных поражающих факторов, в СССР и США начали работать над защитой от ЭМИ.
К этому вопросу в СССР подходили очень серьезно. Советская армия готовилась воевать в условиях ядерной войны, поэтому вся боевая техника изготавливалась с учетом возможного воздействия на нее электромагнитных импульсов. Сказать, что защиты от него нет совсем – это явное преувеличение.
Вся военная электроника оборудовалась специальными экранами и надежно заземлялась. В ее состав включались специальные предохранительные устройства, разрабатывалась архитектура электроники максимально устойчивая к ЭМИ.
Конечно, если попасть в эпицентр применения электромагнитной бомбы большой мощности, то защита будет пробита, но на определенном расстоянии от эпицентра, вероятность поражения будет существенно ниже. Электромагнитные волны распространяются во все стороны (как волны на воде) поэтому их сила убывает пропорционально квадрату расстояния.
Кроме защиты, разрабатывались и средства радиоэлектронного поражения. С помощью ЭМИ планировали сбивать крылатые ракеты, есть информация об успешном применении этого метода.
В настоящее время разрабатывают передвижные комплексы, что могут испускать ЭМИ высокой плотности, нарушая работу вражеской электроники на земле и сбивая летательные аппараты.
Видео об электромагнитной бомбе
Если вам надоела реклама на этом сайте - скачайте наше мобильное приложение тут: https://play.google.com/store/apps/details?id=com.news.android.military или ниже, кликнув на логотип Google Play. Там мы уменьшили кол-во рекламных блоков специально для нашей постоянной аудитории.
Также в приложении:
- еще больше новостей
- обновление 24 часа в сутки
- уведомления о главных событиях
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Не пугайтесь, в рубрике «опыт» мы не станем предлагать вам выпиливать из дерева пистолет. Оружие мы соорудили просто так, для красоты, под впечатлением от элементарного и в то же время зрелищного физического фокуса. Чтобы провести собственный эксперимент, вам понадобится всего лишь пара линеек, мощный магнит и несколько металлических шариков.
Этот опыт - что-то вроде физической загадки. В принципе его работы нет ничего сложного и загадочного. Однако происходящее выглядит настолько неожиданным и эффектным, что вводит даже сообразительных зрителей в замешательство. Положите на стол две линейки так, чтобы между ними образовалась дорожка. Ширина дорожки должна быть такой, чтобы по ней мог прямо катиться металлический шарик. Положите на дорожку магнит и прицепите к нему с одной стороны несколько шариков.
С другой стороны плавно подкатите к магниту еще один шарик. Как только он докатится до магнита, крайний шарик с другой стороны будет буквально отстрелен от конструкции с совершенно неожиданной скоростью. Откуда взялась энергия для такого залпа? Мало кто способен сразу ответить на этот вопрос.
Разгадка более чем проста. Первый шарик в колонне очень сильно притягивается к магниту. Следующий - уже слабее. Крайний шарик практически не притягивается, и, чтобы отделить его, требуется минимум энергии.
Шарик, который мы подкатываем к магниту сзади, попадая в поле притяжения, интенсивно разгоняется. Невооруженному глазу это почти незаметно, так как максимальное ускорение развивается на малом расстоянии от магнита. Импульс удара передается крайнему шарику, который, как мы выяснили, практически ничто не удерживает на месте.
Обратите внимание на рамку, нависшую над каналом «ствола». С ее помощью мы попытались побороть трение: четыре мощных магнита подвешены над дорожкой на ниточках. Если захотите повторить наш опыт, учтите, что дерево не лучший вариант в плане трения качения. Оптимальный материал для изготовления дорожки - пластик, например короб для скрытой проводки. Металл по понятным причинам неуместен.
Количество магнитов и шариков - это обширное поле для экспериментов. С одной стороны, чем больше магнитов, тем больше их совместное притяжение, а значит, и импульс, передаваемый снаряду. Большее количество шариков удаляет снаряд от магнитов, тем самым уменьшая энергию, необходимую для отрыва снаряда от конструкции. Однако с увеличением количества элементов растет масса и инертность установки, увеличивается сила трения. Так что в итоге более легкая конструкция может разогнать снаряд лучше, чем более мощная.
Мощные неодимовые магниты любого размера и формы сейчас свободно продаются в интернет-магазинах. Объясняется это тем, что любители «сэкономить за чужой счет» пытаются с их помощью остановить счетчики воды в квартирах, не повредив пломбу и сам прибор. Шарики можно раздобыть в автомагазине в составе крупного подшипника или в товарах для охоты - их продают в качестве снарядов для рогатки.
