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 , 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.
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.
Относится к электромагнитным ускорителям масс (или, если мыслить понятиями военных, пуль и снарядов). Правда рассчитывать на применение рельсотрона в легком стрелковом вооружении пока не приходится, этот вопрос так и остается прерогативой писателей-фантастов. Однако если говорить об оснащении им тяжелой боевой техники и кораблей ВМФ, то здесь дела обстоят совершенно иначе. Уже через какие-то 5-6 лет боевые рельсотроны могут быть запущены в серию, после чего интенсивно начнут вытеснять пороховые артиллерийские системы.
Но начнем все по порядку, для чего выясним, что именно представляет собой рельсотрон и как он работает.
Основными частями установки являются:
1. Источник электропитания. Он представляет собой батарею конденсаторов, которая создает короткий токовый импульс огромной мощности (Речь идет о сотнях или даже тысячах килоджоулей).
2. Коммутирующая аппаратура. Иными словами это десятки толстенных кабелей, способных передать накопленную энергию и при этом не расплавиться.
3. Пусковая установка. Устройство напоминает орудийный ствол, стянутый многочисленными усилителями прочности. Они необходимы чтобы система могла выдержать внутреннее давление более 1000 атмосфер и температуру 20000-30000 градусов. Внутри ствола, вдоль всей его длины, расположены два длинных параллельных электрода или рельса (Отсюда и название).
Принцип действия:
На рельсы подается мощнейший токовый импульс. Сила разряда превышает энергию молнии более чем в сотню раз. Между рельсами (электродами) тут же загорается плазменная дуга. Некоторые разработчики предлагают перед подачей напряжения помещать в ствол легкоплавкую металлическую вставку. Она поспособствует зажиганию дуги, а расплавившись, превратится в плазму, чем значительно увеличит ее количество. От одного рельса к другому через плазму потечет ток. Ток вызывает возникновение мощнейшего электромагнитного поля, которое будет воздействовать на все устройство. Так как рельсы закреплены жестко, то единственным подвижным элементом системы окажется плазма, через которую, словно через обычный металлический проводник, продолжает течь ток. Под действием силы Лоренца этот самый проводник (плазма) начнет быстро перемещаться вдоль ствола.
Сгусток плазмы называют «плазменным поршнем», он как бы является аналогом порохового заряда в огнестрельном оружии. Если впереди поршня был размещен метательный снаряд, то его скорость при выходе из ствола может составить до 13-15 км/с (Для справки, современные артиллерийские орудия способны разгонять снаряд максимум до 2 км/с). Любопытно, что рельсотрон может оставаться смертоносным оружием и без применения снарядов. В этом случае установка сможет стрелять плазменными сгустками, и скорость их будет воистину фантастической ― порядка 50 км/с.
Достоинства оружия:
1. Огромная скорость снаряда. В боевых системах она должна составлять до 10 км/с. Как говорилось выше, рельсотрон может обеспечить и гораздо большую скорость разгона, но из-за резко возрастающего сопротивления воздуха, которое будет буквально останавливать выпущенный снаряд, добиваться этого не имеет смысла. Огромная скорость ускоряемого тела ― это основное свойство рельсотрона, ради которого он и создавался. Из этого свойства и вытекают большинство других достоинств данного оружия.
2. Огромная пробивная сила. На лабораторных испытаниях, проведенных на настольном экземпляре рельсотрона, двухграммовая мягкая полимерная пулька пробивала толстые металлические пластины. При этом часть металла превращалась в плазму и просто испарялась. Из этого примера отчетливо видно, что настоящий боевой рельсотрон способен пробивать любые ныне существующие материалы и виды брони. От него практически нет защиты. Не спасет даже мощная активная защита, так как гексоген, используемый в ней, просто не успеет взорваться.
3. Большая дальность прямого выстрела. Она может составлять 8-9 км, причем это расстояние снаряд преодолевает меньше, чем за секунду. Само собой увернуться от такого удара практически невозможно. Кроме того значительно упрощается прицеливание. При стрельбе из рельсотрона не требуется давать поправки на упреждение, силу ветра и т. д. Бей в то, что видишь и не промахнешься.
4. Большая дальность стрельбы. Снаряд, выпущенный из рельсотрона, может преодолеть до 400 километров. Понятно, что с такими показателями это оружие отправляет в прошлое не только традиционную артиллерию, но и все виды тактических ракет.
5. Дешевизна, простота изготовления, безопасность хранения боеприпасов. Рельсотроны, предназначенные для боя в прямой видимости (например, танковые или зенитные), будут оснащаться снарядами без взрывчатого вещества. По своей сути это просто болванки. Дело в том, что при скорости 4 км/с и выше снаряд уже не нуждается во взрывчатке. Его кинетическая энергия столь велика, что при попадании в цель происходит не удар, а настоящий взрыв, по своей мощи превышающий взрыв любого из ныне существующих взрывчатых веществ.
Недостатки и проблемы современных рельсотронов:
1. Огромные размеры и недостаточная мощность источников питания. Для питания ныне существующих рельсотронов используются батареи конденсаторов, занимающие целые комнаты. Именно поэтому они могут устанавливаться лишь на боевых кораблях и в укрепрайонах. Однако американская компания General Atomics уже ведет разработку передвижного сухопутного комплекса Blitzer, который будет размещаться на базе грузового автомобиля. Правда для питания этой пушки планируется применять мобильные электростанции, которые займут еще два грузовика.
2. Быстрый износ ствола. Гигантские перегрузки и воздействие плазмы практически уничтожают ствол. Его ресурс пока удалось довести лишь до тысячи выстрелов. Стоимость одного выстрела (с учетом стоимости износа ствола) по некоторым данным составляет 25000 долларов. Чтобы продлить жизнь дорогостоящему орудию, конструкторы экспериментируют с передовыми композитными материалами, разрабатывают новые системы охлаждения.
3. Нагрузка на боеприпасы в момент выстрела. Эта проблема особо касается боеприпасов, содержащих взрывчатое вещество.
4. Мощный шумовой эффект. При выстреле рельсотрона грохот сравним с раскатом грома. Возникает он, когда вырвавшаяся из ствола плазма оказывается на открытом воздухе и резко расширяется.
5. Низкая скорострельность. Пока по всем перечисленным выше причинам говорить о скорострельности рельсотрона не приходится. Но американские военные поставили перед разработчиками задачу: в ближайшие пять лет довести скорострельность установки до 6-10 выстрелов в минуту.
Подводя итог, хочется сказать, что современные рельсотроны еще далеки от совершенства, но они уже существуют и не просто существуют, а развиваются, модернизируются семимильными шагами. Над ними работают крупнейшие мировые производители оружия, и результат этого должен сказаться уже в самое ближайшее время. Так ВМФ США уже в 2020 году планирует оснастить боевыми рельсотронами специально спроектированные для этого эсминцы серии DDG-1000 «Zumwalt». Израильские танкостроители спят и видят, как поставят «рельсы» на свои новые боевые машины, чем сделают их практически непобедимыми. Так же существуют проекты размещения электромагнитных пушек на орбите. Что ж, поживем ― увидим, не так уж и долго осталось.
Олег Шовкуненко
Отзывы и комментарии:
Эдуард
03.04.14
Не думал, что это такая мощная "машина". Казался маленьким.
читатель
02.12.14
Примерно знаю как это соорудить, для этого подойдут разработки 2-3 физиков и холодный ядерный синтез, плазма разгонит хоть до 3 световой скорости снаряд.
интересующийся
22.02.15
Что что, а ХЯС ещё нужно доказать, а в России это врятли произойдёт - комиссия по лженаукам непозволит, инквизиторы хреновы!
николай
18.12.15
Есть возможность поднять энергию снаряда в разы при условии сохранения силы тока, пропускаемой через снаряд
Олег Шовкуненко
Николай, наверняка действительно существуют возможности увеличить скорость разгона снаряда в рельсотроне, но как я уже писал в статье, делать ее выше 10 км/сек просто нет смысла. Причина – резкое увеличение сопротивления воздуха. Вопрос станет актуальным только после разработки новых снарядов, использующих принцип плазменной рубашки или воздушной кавитации или еще что-нибудь другое.
Критик
26.05.16
Какие нафиг 10 км/с! Выше 6-7 махов в реальных условиях, а не в стерильных, снаряды еще не летали.
Олег Шовкуненко
Критик, возможность поднять скорость снаряда с 2 км/с до 10 км/с – в этом-то и заключается изюминка рельсотрона, его превосходство над обычной артиллерией.
Pasha
30.05.16
Озадачивает количество потребляемой электроэнергии. Как-то с трудом представляю во время боевых действий танк, оснащенный рельсотроном, едущий с двумя прицепленными к нему сзади толстенным кабелем генераторами. Касаемо баз - тоже трудно это понять - все тактические ракеты давно поставлены "на колеса", от стационарных давным-давно отказались ввиду известных причин.
Мне кажется это больше имело бы смысл где-нить в космосе, недурно было бы изучить возможность вывода на орбиту чего бы то ни было без использования топлива. К сожалению пока эта штука может стрелять только расплавленными бесформенными кусками металла. В общем энергии ест много, стоит дорого, технологий требует серьёзных (во время войны с этим всегда проблемы) а эффект при таких затратах явно недостаточный. Получится что при эксплуатации на одну такую пушку будет необходима целая бригада обслуживающих ее инженеров, причем очень высокой квалификации, я уж молчу про производство.
фуад
31.05.16
это может быть еффективным как системма пво даже можно создать системму про и затрат будет меньше
Ол
07.06.16
Большая скорость нужна прежде всего для большой дальности. А при большой дальности прицеливание "дула" не имеет смысла - случайные микрофакторы рассеяния все равно исключат точность попадания. Значит снаряд должен иметь свои органы управления и мозги для позиционирования и управления полетом. Какая же электроника выдержит такие ускорения?! Это ж посильнее, чем кувалдой фигачить по микросхемам.
Олег Шовкуненко
Ол, не сомневайтесь, умные головы что-нибудь да придумают, ведь уже есть опыт корректируемых боеприпасов типа «Краснополь» и «Сантиметр». А скорость снаряда требуется не только для дальности. Например, представьте какой кайф мочить из рельсотрона цели на дальности 2-5 км. От такого «подарочка» не увернуться ни кораблю, ни танку, ни вертолету, да и самолету придется очень постараться, чтобы унести ноги… вернее шасси:))
Это может быть еффективным как системма пво даже можно создать системму про и затрат будет меньше
Roman
28.11.16
Стрелять на большие расстояния прямой наводкой не получится потому что g = 9,8 м/с2) , а линия горизонта с высоты 2,5 м менее
6 км (и это при идеальных условиях, не учитывающих рельеф местности и прочих подобных факторов) так что это не более чем байки для несведующих, что мол при стрельбе из рельсотрона не нужно никаких баллистических расчётов)
Олег Шовкуненко
Дальность прямого выстрела – это вообще-то характеристика оружия, а вовсе не указание для артиллеристов бить прямой наводкой по целям, удаленным на 8-9 км. Уловите разницу!
Влад
01.04.17
Ну, ок, стрельба прямой наводкой, допустим с танка очень интересно. Но если стрелять на дистанции 10+ км, там уже нужна точность, а точность=управляемость снаряда. И второй вопрос попадание болванки со скоростью 5-7 км/с сколки кг в тротиловом эквиваленте соответствует?
Олег Шовкуненко
Влад, на мой взгляд (говорить за разработчиков современных боевых рельсотронов я, конечно же, не могу) данный тип оружия наиболее эффективен в 2-х случаях:
первый – бой в прямой видимости, примерно до 5 км;
второй – это обстрел военных баз и прочих стратегических объектов на дистанциях свыше 100 км.
Разумеется, для поражения целей, находящихся на удалении 5+ км., необходимы управляемые или самонаводящиеся ракеты. Глупо считать, что рельсотрон станет универсальным оружием и вытеснит все другие боевые системы.
Если же говорить о мощности взрыва от не снаряженного снаряда рельсотрона, то ее можно легко прикинуть. Воспользуемся формулой кинетической энергии из школьного курса физики. Получается, что энергия снаряда весом в 1 кг. при скорости 5 км/с равна 12,5 106 Дж. В любом справочнике можно отыскать значение для энергии взрыва тротилового заряда. Например, для тринитротолуола она равна 4,184 106 Дж. Сравниваем. Получается, что не снаряженный снаряд (или попросту болванка) в три раза мощнее взрывчатки. И это без учета той страшной пробивной мощи, которой обладает снаряд рельсотрона.
Denis Grabov
31.07.17
Сопротивление воздуха зависит в третьей степени от скорости. А кинетическая энергия – во второй. Уже через десять километров скорость снаряда будет как у обычных снарядов и понадобится взрывчатка в снаряде. Но калибр его невелик, значит это должен быть ядерный снаряд. Единственное преимущество перед ракетой – даже теоретически невозможно сбить. Но нафига это надо, когда рельсотрон применим только на флоте, а у противокорабельных ракет намного больше дальность. Да и если начнут применять ЯО, то по флоту выстрелят МБР а не орудия или ракеты тактической дальности вражеского флота того же театра военных действий. Да и залп РСЗО тоже вряд ли кто собьет.
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. Снаряд при этом получает на концах полюса симметрично полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, т.е. тормозится. Но если в момент прохождения снаряда через середину соленоида отключить в нём ток, то магнитное поле исчезнет, и снаряд вылетит из другого конца ствола. Но при выключении источника питания в катушке образуется ток самоиндукции, который имеет обратное направление тока, и поэтому меняет полярность катушки. А это значит, что при резком выключении источника питания снаряд, пролетевший центр катушки, будет отталкиваться и получать ускорение дальше. В ином случае, если снаряд не достиг центра, он будет тормозиться.Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электрические конденсаторы. Если используется полярный конденсатор (напр. на электролите), то в цепи обязательно должны быть диоды, которые защитят конденсатор от тока самоиндукции и взрыва.
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.
Расчёты
Энергия запасаемая в конденсаторе
V - напряжение конденсатора (в Вольтах)C - ёмкость конденсатора (в Фарадах)
Энергия запасаемая при последовательном и параллельном соединении конденсаторов равна.
Кинетическая энергия снаряда
m - масса снаряда (в килограммах)
u - его скорость (в м/с)
Время разряда конденсаторов
Это время за которое конденсатор полностью разряжается. Оно равно четверти периода:L - индуктивность (в Генри)
C - ёмкость (в Фарадах)
Время работы катушки индуктивности
Это время за которое ЭДС катушки индуктивности возрастает до максимального значения (полный разряд конденсатора) и полностью падает до 0. Оно равно верхнему полупериоду синусоиды.L - индуктивность (в Генри)
C - ёмкость (в Фарадах)
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, а так же скорострельности орудия, возможность бесшумного выстрела (если скорость 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 так же 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 даже 27 %. Поэтому пушка Гаусса по силе выстрела проигрывает даже пневматическому оружию.
Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время 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.
Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса не имеет особых перспектив в качестве оружия, так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия. Перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные, но мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К).
RailGun
Рельсовая пушка (англ. Railgun ) — форма оружия, основанная на превращении электрической энергии в кинетическую энергию снаряда. Другие названия: рельсовый ускоритель масс, рельсотрон, рейлган (Railgun). Не путать с пушкой Гаусса.Принцип действия
Рельсовая пушка использует электромагнитную силу, называемую силой Ампера, 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 .Преимущества и недостатки
С изготовлением рельсотрона связан ряд серьёзных проблем: импульс тока должен быть настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел бы испариться и разлететься, но возникла бы ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. Поэтому материал снаряда и рельс должен обладать как можно более высокой проводимостью, снаряд как можно меньшей массой, а источник тока как можно большей мощностью и меньшей индуктивностью. Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверхбольших скоростей. На практике рельсы изготавливают из бескислородной меди, покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые брусочки или проволоку, в качестве источника питания — батарею высоковольтных электрических конденсаторов, генераторы Маркса, ударные униполярные генераторы, компульсаторы, а самому снаряду перед вхождением на рельсы стараются придать как можно большую начальную скорость, используя для этого пневматические или огнестрельные пушки. В тех рельсотронах, где снарядом является проволока, после подачи напряжения на рельсы проволока разогревается и сгорает, превращаясь в токопроводную плазму, которая далее также разгоняется. Таким образом рельсотрон может стрелять плазмой, однако вследствие её неустойчивости она быстро дезинтегрируется.Неужели резерв для дальнейшего развития разных видов оружия близок к исчерпанию и придать ему новый импульс способно только появление его разновидностей, действующих на основании совершенно иных физических принципов? Да, это так, но первые кандидаты на роль оружия будущего уже имеются. Наиболее перспективными из них считаются "рельсотроны".
Сегодня у публицистов и футурологов стало хорошим тоном рассказывать про остановку прогресса. "Техническая история человечества, — говорят они — прекратила течение свое. В каждое новое открытие приходится вкладывать миллионы денег, сотни тысяч человеко-часов, а прогресс в результате уже не идет семимильными шагами, а ползет с скоростью миллиметр в год ".
В отношении огнестрельного оружия это утверждение отчасти кажется справедливым. Если мысленно положить рядом китайское "огненное копье" X века (бамбуковую палку с трубкой., начиненную порохом и камешками) и современную штурмовую винтовку — прогресс кажется очевидным. А уж если мысленно поставить неподалеку, скажем, французскую кулеврину "Убийцу" образца XIV века и САУ "Коалиция -СВ", то все эти орудия из музеев и вовсе начинают казаться чем-то вроде дубины неандертальца.
А вот если "разобрать и посмотреть что там внутри", то выяснится что огнестрельное оружие за 7 веков своего развития прошло куда меньший путь чем авиация со времен опытов Бартоломеу де Гусмана и полета братьев Монгольфье, и никаких "революций", подобных появлению летательных аппаратов тяжелее воздуха в его истории не наблюдалось. Фактически и САУ "Коалиция" и "огненное копье" используют один и тот же принцип — вместо мускульной или механической энергии, снаряд в сторону противника выбрасывается при помощи газа, образующегося в ограниченном объеме в ходе химической реакции самоокисления, то есть сгорания вещества, из которого состоит метательный заряд. Все инновации в этой области можно пересчитать по пальцам: многовековая эволюция системы заряжания от засыпки пороха прямо в ствол до унитарных зарядов, путь от вставлявшегося в отверстие фитиля до современной автоматики, обеспечивающей скорострельность в 6000 выстрелов в минуту, нарезка канала ствола, изобретение нитроцеллюлозы и баллистита…
Сегодня инженерная мысль нацелена на решение трех основных проблем: полного сгорания гильзы, совершенствования активно-реактивных боеприпасов и создания пуль с корректируемой траекторией полета для ручного огнестрельного оружия. Общий принцип остается точно таким же, каким он был в X веке. Резерв для дальнейшего развития и модернизации близок к исчерпанию и придать развитию новый импульс способно только появление оружия, действующего на основании совершенно иных физических принципов.
Первую попытку сойти в сторону с проторенного пути предпринял не кто иной, как Леонардо да Винчи, предложивший выталкивать снаряд из ствола при помощи пара. С тех пор паровую пушку пытались изобрести неоднократно, но каждый новый образец по своим баллистическим характеристикам, надежности и сложности изготовления бесславно проигрывал соревнование с "традиционными" пороховыми системами. Скорострельность наиболее известного экземпляра отечественного парового орудия — 7-линейной (17,5 мм) пушки Карелина по меркам 1829 года, была впечатляющей — 50 выстрелов в минуту и все равно она осталась экспонатом Артиллерийского музея в Санкт-Петербурге, существующим в единственном экземпляре. Такая же судьба постигла и современную ей паровую пушку Перкинса, делавшую на 10 выстрелов в минуту больше.
Интереснее сложилась история орудий, принцип действия которых основывался на выталкивании метательного снаряда из ствола при помощи силы сжатого газа. Но, несмотря на то, что дело дошло до вооружения специальных подразделений и даже до корабельной артиллерии, понятие "пневматика" у нас в большей степени ассоциируется в основном с игрушечным, спортивным и охотничьим оружием, но никак не с боевым. Почему так сложилось — тема для отдельной публикации, пока лишь можно заметить, что одним из важнейших препятствий на пути внедрения "воздушек" стал непреложный закон, выявившийся в ходе конструирования всех подобных систем: при достижении баллистических характеристик сходных с пороховым аналогом, вес пневматического орудия увеличивается в три раза.
Одним словом, ни пар, ни сжатый газ на роль "оружия будущего" не подходят хотя бы потому, что основной принцип действия паровых пушек и пневматики фактически просто имитирует порох другими средствами. Период бурного развития науки и техники в конце XIX-первой половине XX века породил совершенно новые концепции того, чем предстоит заменить привычный "огнестрел", но их практическое воплощение пока что остается уделом авторов фантастических романов и создателей компьютерных игр. Инженерная мысль пока лишь осторожными шагами приближается к практическому воплощению оружия на новых физических принципах и существует оно,в основном, в виде лабораторных установок. Но "тройка лидеров" уже определилась — это лазер, пушка Гаусса и рельсовая пушка, она же "рельсовый ускоритель массы".
"Рельсотроны" и "гауссы" наиболее близки к нашим устоявшимся представлениям об оружии. Поражение цели в них осуществляется материальным снарядом, а не "лучами смерти", действенность которых ограничивается прежде всего самой атмосферой Земли, и, например, тем, что человеческое тело более чем на 70% состоит из воды, нагреть которую тепловым лучом на порядок сложнее. Зато электромагнитное оружие, способное выбросить снаряд со скоростью почти девятикратно превышающей скорость звука дает множество неоспоримых преимуществ в сравнении с "традиционным" огнестрелом.
"Гауссы", несмотря на внешнюю простоту схемы пока что безнадежно проигрывают соревнование "рельсотронам" и, скорее всего, боевое оружие, основанное на данном принципе вряд ли появится вообще. Разгон снаряда обеспечивается за счет прохождения пули, сделанной из электропроводящего материала, по стволу из диэлектрика, через ряд создающих магнитное поле катушек. На примере домашних поделок, способных загнать гвоздик в мишень для дартса с расстояния в несколько метров, выглядит эффектно, но при этом дает крайне низкий КПД (1-2 процента).
Даже при применении многоступенчатой системы разгона с последовательным переключением катушек, в кинетическую энергию переходит только 27 процентов заряда (для сравнения — у современного огнестрельного оружия этот показатель колеблется в районе 30-35 процентов). Достаточно высокий расход энергии в сочетании с большим весом установки и относительно низкой разгонной скоростью снаряда, делает развитие "гауссов" делом бесперспективным, по крайней мере — на нынешнем уровне технологий.
Схема рельсовых ускорителей дает конструкторам оружия будущего куда больше преимуществ над порохом, в первую очередь за счет возможности разгонять сверхмалые массы до сверхвысоких скоростей. В общем виде схема выглядит следующим образом: по двум электродам, подключенным к источнику постоянного тока, силой воздействия электромагнитного поля разгоняется, снаряд, одновременно замыкая цепь. Сам принцип, согласно которому электрическая энергия переходит в кинетическую в физике называется "силой Лоренца" .
Первый патент на рельсовое оружие был получен французом Андрэ Луи-Октавом Фошоном Виепле еще в 1902 году. Испытания проводились с 1916 по 1918-й год, причем велись крайне небрежно, измерения силы тока и начальной скорости снаряда не проводились, и в результате удалось установить только саму возможность создания такого оружия.
Во время следующей мировой войны трофейными материалами по рельсовым пушкам заинтересовалось руководство германского Управления вооружений, судорожно хватавшееся за любой проект, который мог бы сыграть роль чудо-оружия. Тема по электромагнитному оружию (включавшая как рельсотроны, так и пушки Гаусса) была поручена доктору Иоахиму Хэнслеру, испытания проводились в 1944-45 годах в железнодорожном тоннеле близ города Клайс в Верхней Баварии. Первый созданный группой Хэнслера прототип рельсовой пушки LM-2 с длиной направляющих в 2 метра разгонял алюминиевый цилиндр весом в 10 граммов до скорости в 1080 м/с; при наращивании длины ствола вдвое, скорость возросла до 1200 м/c. Для сравнения — лучшее германское зенитное орудие периода Второй мировой войны — 12,8 sm. Flak 40 имело начальную скорость всего в 880 м/c.
Неудивительно что результатами испытаний очень заинтересовалось командование Люфтваффе, выдавшее Хэнслеру заказ на рельсовое зенитное орудие, способное вести огонь снарядами, содержащими по полкило взрывчатого вещества, со скоростью разгона в 2000 м/c и скорострельностью в 10-15 выстрелов в минуту. Однако такое орудие так и не было построено, а прототип LM-2 в 1945 году был захвачен американцами, выдавшими после новой серии испытаний следующее заключение: баллистические характеристики безусловно выдающиеся, однако для каждого выстрела требуется количество электроэнергии, "которого хватило бы на освещение половины Чикаго".
И тем не менее попытки продолжались. Новые модели рельсотронов разрабатывались в США, Австралии, Великобритании, СССР и даже в Югославии. Но о том что эпоха оружия без пороха все-таки уже видна на горизонте, все заговорили только после того, как 10 декабря 2010 года в США успешно прошли испытания рельсовой пушки разработки компании BAE Systems мощностью в 33 мегаджоуля с начальной скоростью снаряда в 2520 м/с. С тех пор прототип успел сделать более десятка тысяч выстрелов (видео можно посмотреть на Youtube) и речь уже идет об установке первого поколения таких орудий на эсминцы типа DDG-1000 Zumwalt.
Скорость снаряда в дальнейшем планируется довести до 5,8 тысячи м/c, скорострельность — до 6-15 выстрелов в минуту, а дальность прицельного огня — до 370 километров. Мощность приэтом возрастет до 64 мегаджоулей и энергии такая установка будет потреблять не менее 16 Мвт, что существенно даже по меркам корабельных 72 Мвт газотурбинных генераторов, которые планируется установить на "Цумвальты". Пока же энергетическая установка, необходимая для произведения выстрела из рельсотрона, занимает небольшой зал в Центре разработки надводного вооружения ВМС США Дальгрен, где проходят его испытания. Судя по тому, что программу до сих пор не подвели под сокращение военного бюджета — результаты были признаны значимыми и появления рельсовых орудий на вооружении американского флота следует ожидать в течении 10-15 лет.
В России разработкой рельсового оружия занимаются ученые из Шатурского филиала Объединенного института высоких температур РАН, причем там пошли по пути несколько отличному от американского. Создатели отечественной "рельсы", не мудрствуя лукаво, решили что все новое — это хорошо забытое старое и предложили для решения проблемы подачи энергии устройство, в чем-то напоминающее о привычных нам артиллерийских снарядах. Роль гильзы с порохом в "рельсотроне Арцимовича" играет взрывомагнитный генератор, полное сгорание которого создает мощный электромагнитный импульс, необходимый для разгона снаряда силой Лоренца.
Внутри генератора находится… еще одна пушка, на сей раз — электротермическая, в которую изначально и помещен снаряд. От рельсовой пушки она отличается отсутствием собственно "рельс", разгон осуществляется при помощи давления, создаваемого мгновенным выбросом высокотемпературной плазмы. Кадры с испытаний, хоть и выглядят не столь красочно как у американцев, тем не менее, впечатляют: отлитая из легких полимеров пулька весом всего в 2 грамма насквозь прошибает несколько поставленных в ряд мишеней из сплава стали с дюралем, оставляя в каждой из них огромные рваные дыры.
Сотрудники шатурского филиала, кстати, предлагают использовать свои "гильзы" отдельно от рельсовой пушки — в качестве боевых частей зенитных ракет, что даст возможность не только наносить воздушным целям физические повреждения, но и выжигать всю их электронную "начинку" импульсом от подрыва взрывомагнитного генератора.
На сей оптимистической ноте заставим фанфары умолкнуть и поговорим о тех проблемах, к решению которых разработчики "рэйлганов" и "рельсотронов" еще не приступали. Источниками энергии их список далеко не исчерпывается, для нового оружия понадобятся еще и новые материалы. Дело в том что пресловутая сила Лоренца в момент выстрела действует не только на снаряд, но еще и на сами рельсы, стремясь развести их в разные стороны. Кроме того, разгоняющийся снаряд от нагревания расширяется и, ускоряясь, буквально снимает с рельсов стружку.
Направляющие у американской пушки сделаны из покрытой серебром бескислородной меди, и после каждых двух-трех выстрелов их приходится менять, так что скорострельность в 10-15 выстрелов в минуту может быть достигнута лишь теоретически. Кроме того, не очень понятно из чего должен быть сделан снаряд, учитывая что даже наиболее тугоплавкие из используемых нами материалов, на скорости, превышающей 7500 м/с, попросту разрушаются от трения о воздух, превращаясь в сгустки плазмы. А еще придется создать совершенно иные системы наведения и прицелы, пригодные для решения задачи "попасть пулей в пулю". Работы, как говорится — непочатый край.
Осталось ответить на последний вопрос — а зачем вообще все это нужно? Зачем тратить огромные средства на создание оружия на новых физических принципах, если существуют проверенные сотнями войн пороховые пушки и винтовки для которых, к тому же, активно разрабатываются "умные" снаряды и пули, способные достать цель практически при любых обстоятельствах?
Главное преимущество "рельсового оружия" заключается в его способности поражать цель снарядом относительно малого калибра на скорости, превышающей скорость распространения звука в материале, из которого состоит эта цель. И, разумеется, в возможности регулировать скорость полета снаряда в зависимости от того эффекта, которого мы хотим добиться.
К примеру при стрельбе из "рэйлгана" по танку по желанию можно будет пробить броню, устроить взрыв на ее поверхности или добиться такой силы соударения, что снаряд превратится в поток ионизированных частиц, гарантированно уничтожающих всю электронику, а заодно и весь экипаж. Того же эффекта можно будет добиться и при стрельбе по укрытым живым целям.
Еще можно будет создать зенитные орудия для того чтобы "снимать" спутники с низкой орбиты. И рельсовые катапульты для того чтобы их же туда запускать. Как видите, осталось всего-то навсего решить пару десятков физических и инженерных проблем — и будущее уже не за горами.
