В конце прошлого месяца появилась информация об успешном испытании в США электромагнитной пушки (railgun), у нас эту разработку называют рельсотроном. Статью по этому поводу опубликовало весьма уважаемое издание The Wall Street Journal, разместив в нем видеоматериал с испытаниями электромагнитной пушки. Разработкой этого оружия занимаются корпорации General Atomics и BAE Systems. Американцы уже заявили, что это оружие после его доработки приведет к настоящей революции в военном деле и сможет защитить союзников США от посягательств Китая и России.
Эта новость вызвала громадный резонанс в российской прессе. СМИ патриотической направленности разразились целым потоком материалов, которые можно объединить в две большие группы: «американцы опять безбожно пилят военный бюджет» и «российский рельсотрон все равно будет лучше». Однако давайте попытаемся спокойно разобраться, что в действительности представляет собой данная технология, и каковы ее потенциальные возможности. Есть ли перспективы у нового оружия, действительно ли это революционный прорыв?
Что такое электромагнитная пушка рельсотрон?
Рельсотрон – это система, которая для придания скорости снаряду использует электромагнитное поле. Снаряд, изготовленный из материала проводящего ток, разгоняется между двух направляющих (рельсы), которые подключены к мощному источнику постоянного тока. Сила тока такова, что между рельсами образуется плазменная дуга.
Человечество почти тысячу лет знакомо с порохом и использует энергию сгорающих пороховых газов для метания различных снарядов на весьма приличные дистанции. Зачем же городить огород, и выбрасывать миллиарды долларов на непонятные электромагнитные пушки?
Дело в том, что в сегодня мы практически подошли к пределу возможности пороха. Разогнать снаряд до скорости выше 2,5 км/секунду ему уже не под силу. Это стало понятно давно, поиски оружейных систем, построенных на иных физических принципах, идут уже много десятилетий.
Еще одной проблемой, связанной с традиционной артиллерией , является ресурс орудийных стволов. При выстреле они испытывают огромные нагрузки. Естественно, что современная металлургия предлагает конструкторам материалы с большим потенциалом и ресурсом, их нельзя сравнить с тем, что было сто или даже пятьдесят лет назад. Но и здесь мы подошли к пределу.
Физический принцип, на котором основан рельсотрон, предельно прост: снаряд замыкает электрическую цепь и движется вперед благодаря силе Лоуренца. Эти физические законы изучаются детьми в школьном курсе физики. Однако воплотить их в реальности оказалось очень непросто. Все дело в материалах и технологиях и, конечно же, в источниках энергии, которой на один выстрел нужно столько, что хватит освещать небольшой город.
В чем сила рельсотрона?
Какими же преимуществами будут обладать вооруженные силы , имеющие в своем арсенале рельсотроны? Их несколько, и они действительно впечатляют. Вот полный список:
- высокая скорость, а значит и разрушительная сила снаряда;
- значительная дальность стрельбы;
- сравнительно низкая стоимость одного выстрела;
- более высокая безопасность рельсотрона по причине отсутствия пороха;
- больший боезапас, по сравнению с ракетным оружием .
Давайте пройдемся по всем вышеуказанным пунктам.
Одним из недостатков традиционных артиллерийских система является тот факт, что снаряд получает импульс только непосредственно после взрыва пороха. То есть, время его разгона весьма невелико. Рельсотрон же разгоняет снаряд на протяжении всей длины направляющих, поэтому он может получить чудовищное ускорение, достигающее 60 G. Этот параметр и определяет остальные «прорывные» характеристики этого оружия.
Скорость снаряда, вылетающего из подобной электромагнитной пушки, может достигать 6-8 Махов, что позволяет поражать цели на дистанциях до 400 км. При стрельбе прямой наводкой (8-9 км) не нужно считать поправки, делать упреждения – снаряд из рельсотрона преодолевает такую дистанцию меньше, чем за секунду. Увернуться от него невозможно.
Подобный снаряд не нуждается во взрывчатом веществе , поражение объектов происходит за счет его кинетической энергии. Российский экспериментальный образец рельсотрона разогнал трехграммовый снаряд до скорости 6 км/с, что позволило испарить стальной лист-мишень.
Еще одним важным преимуществом подобного оружия является низкая стоимость одного выстрела. Сегодня она составляет примерно 25 тыс. долларов. По сравнению с современными управляемыми ракетами, некоторые из которых имеют ценник в 10 млн долларов, – это настоящие копейки.
Снаряды для рельсотрона имеют небольшой размер, что значительно увеличивает боезапас. Современный американский корабль с сотней ракет вполне может нести на своем борту несколько тысяч снарядов для рельсотрона.
Подобная система не имеет в своем составе взрывоопасных веществ (пороха или ракетного топлива), что значительно повышает безопасность военных объектов.
Нерешенные проблемы электромагнитных пушек
Если этот вид оружия настолько смертоносен, почему он до сих пор не стоит на вооружении ни одной из армий мира? Рельсотрон — это действительно весьма перспективное оружие , но чтобы начать его практическое применение, разработчикам необходимо решить множество сложнейших технических проблем.
Проект электромагнитной пушки впервые был предложен еще в период Первой мировой войны, в честь своего создателя ее назвали «пушкой Гаусса». По понятным причинам данный проект так и остался на бумаге.
Первый рельсотрон был построен учеными Австралийского университета в 70-х годах, он использовался в чисто научных целях. Строили подобные установки и в Советском Союзе. Однако военных не слишком интересовали модели, которые стреляли пульками с весом в несколько грамм, им нужна была более мощная установка. О рельсотроне думали разработчики программы «Звездных войн» во времена президента Рейгана, с его помощью хотели сбивать советские боеголовки. Но материалы и технологии того времени были таковы, что ствол пушки можно было использовать только один раз, потом нужно ставить новый. И это первая самая серьезная проблема, которая и сегодня стоит перед разработчиками рельсотрона. Только представьте себе на мгновенье, что происходит внутри этой пушки: огромные энергии, потоки плазмы, гигантские скорости снаряда.
Сегодня американцы заявляют, что ствол прототипа, который они испытывают, может пережить тысячу выстрелов. Идеальным это оружие стало бы при скорострельности в 5-6 выстрелов в минуту и при ресурсе ствола в несколько тысяч выстрелов.
Не меньшей проблемой является теплоотвод, а также нормальная работа энергетической установки. Также есть проблемы по интеграции оружия в бортовую энергетическую систему.
Источник питания для рельсотрона – это громадная батарея конденсаторов, способных выдать короткий и мощный импульс, а еще сотни кабелей, передающих этот заряд.
В 2012 году прототип был испытан на мощности 32 мегаджоуля, а в будущем (до 2025 года) разработчики планируют увеличить мощность вдвое.
Однако не эти вопросы являются самыми важными, более актуальна проблема возможности управления снарядом рельсотрона в полёте, то есть, повышение его точности.
Американцы заявляют, что они уже могут управлять снарядом, выпущенным из рельсотрона. Речь идет и о дистанционном управлении (радиоволны), и о самоуправлении.
Еще в прошлом году разработчики рельсотрона (General Atomics Electromagnetic Systems) заявили, что снаряд с электронной начинкой не только пережил испытания, но и успешно выполнил свои функции.
Если это соответствует действительности (не верить нет оснований), то американцам удалось создать такую электронную систему управления, которая может выдерживать чудовищные ускорения, плазму и электромагнитное поле с огромным напряжением, а также нагрев поверхности снаряда до нескольких сотен градусов.
В этом случае рельсотрон действительно может стать прорывом в военном деле. Пока что на море, потому что установку с такими размерами и энергопотреблением вряд ли можно использовать иначе.
Американцы планируют к 2020 году спустить на воду несколько эсминцев класса Zumwalt, которые разрабатывались для установки перспективных видов электромагнитного вооружения, в первую очередь рельсотронов.
Перспективы рельсотрона
Если разработчики сумеют решить последние трудности, то мы можем стать свидетелями начала новой эпохи: эры возрождения артиллерии. Эпоха линкоров с их громадными орудиями канула в Лету по причине их малого радиуса боевого поражения. Их вытеснили авианосцы и ракетные корабли. А что будет, если артиллерийские орудия получат возможность стрелять на 300-400 км с высокой точностью?
Вероятно, что подобная технология полностью изменит боевые действия на море.
На суше рельсотроны можно будет использовать в качестве элемента системы ПРО. Они отлично подойдут и для защиты кораблей против крылатых ракет противника.
Огромная скорость и невысокая стоимость позволит уничтожать даже вражеские ядерные боеголовки.
General Atomics уже заявила, что в настоящее время разрабатывает наземный рельсотрон, но здесь все упирается в источники питания.
Многие эксперты считают, что электромагнитные пушки (рельсотроны), твердотельные лазеры и гиперзвуковые боеприпасы – это наиболее перспективные направления развития вооружений в настоящее время. Если хотя бы одно из них доведут до ума – это станет реальным прорывом, а начало практического применения сразу двух технологий – приведет к революции.
Видео о рельсотроне
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Американская компания «General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS)» сообщила на своем сайте об успешных испытаниях пушки-рельсотрона. Тестовые стрельбы производились на наземном полигоне «Dugway» в штате Юта.
Рельсотрон (английское название - railgun), или рельсовый ускоритель масс «Blitzer» с дульной энергией (muzzle velocitie) около трех мегаджоулей выпустил на полигоне пять снарядов класса «guidance electronics unit» (GEU) с высоким начальным ускорением. Сообщается, что снаряды и их критические компоненты показали стабильную и устойчивую «работу» как в электромагнитной среде внутри рельсотрона, так и в полёте.
стати, само словечко «рельсотрон» придумал знаменитый советский физик академик Л.Арцимович.
General Atomics — компания США, занимающаяся проектами в области ядерных технологий и оборонными заказами. Расположена в Сан-Диего, Калифорния. General Atomics разрабатывает широкий спектр систем: от частей цикла ядерного топлива до БПЛА, авиационных сенсоров, современной электроники и лазерных технологий.
Группа электромагнитных систем (EMS, Electromagnetic Systems Group), занимается поставками для оборонных, энергетических и коммерческих применений. В частности, производит линейные двигатели, сверхпроводящие и обычные электродвигатели, инверторы, оборудование для высоковольтных систем и другие приборы конвертации, запасания и передачи энергии. Также EMS разрабатывает электромагнитные системы запуска и торможения летательных аппаратов (EMALS и AAG), электромагнитные пушки (рельсотрон «Blitzer» для ВМФ США и армии, и транспортные системы Maglev.
Компания разработала и успешно испытала два рельсотрона: один, мощностью в 3 МДж по своей инициативе, и второй, мощностью 33 МДж - по заказу Пентагона. Разработан и построен также источник электромагнитных импульсов для обоих орудий и разрабатывается снаряд для противовоздушной и противоракетной обороны и для высокоточной стрельбы.
Рельсотрон — импульсный электродный ускоритель масс, принцип действия которого объясняется с помощью силы Лоренца, направленной на расширение (расталкивание) замкнутого проводника с током и превращающей электрическую энергию в кинетическую энергию. Является перспективным оружием.
Рельсотрон состоит из двух параллельных электродов, называемых рельсами, подключенных к источнику мощного постоянного тока. Разгоняемая электропроводная масса располагается между рельсами, замыкая электрическую цепь, и приобретает ускорение вследствие силы Лоренца, действующей на замкнутый проводник с током в его собственном магнитном поле. Сила Лоренца действует и на рельсы, приводя их к взаимному отталкиванию. Иногда используется подвижная арматура, соединяющая рельсы.
Стоимость выстрела рельсотрона существенно ниже таковой для аналогичной по дальности ракеты корабельного базирования: $25 тыс. долл. США против $1 млн.
Рельсотрон теоретически имеет несомненные преимущества как перед обычными пушками, так и перед ракетами. Рельсотрон разгоняет снаряды до такой громадной скорости, что не нужен даже пороховой заряд. Дульная скорость рельсотронного снаряда массой не свыше 100 граммов может быть 6-10 километров в секунду, Напомним, что это почти вторая космическая скорость (11.2км/с.), что делает траекторию снаряда настильной на очень большом расстоянии. Уже существующие рельсотроны могут стрелять на расстояние до 180 километров, а в перспективе планируется дальность 400 километров.
На таком расстоянии сейчас можно стрелять только ракетами, которые стоят миллионы долларов, кроме того их научились перехватывать.
А трехкилограммовая стальная болванка, летящая со скоростью в семь раз быстрее звука, может потопить крупный корабль за счет своей кинетической энергии. Конечно, попасть с расстояния не то что в несколько сот, даже в несколько десятков километров в движущийся объект непросто.
Простой пример:
Если дистанция стрельбы 180 км, а средняя скорость снаряда 2,5 км/с, то подлетное время составит 72 с. То есть снаряд, выпущенный из «рельсы» с дульной скоростью в 7км/с, долетит до цели через минуту с небольшим.
Скорость атомного ракетного крейсера «Петр Великий» 32 узла или чуть больше 16м/с.
Таким образом за время полета снаряда корабль пройдет 1152 метра на полной ходу или 576 метра на крейсерской скорости. С учетом того, что длина крейсера 262 метра, а снаряд неуправляемый, то стальная болванка промахнется на несколько сот метров.
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.
Современные артиллерийские пушки представляют собой сплав новейших технологий, ювелирной точности поражения и возросшей мощности боеприпасов. И все же, несмотря на колоссальный прогресс, пушки XXI века стреляют также, как и их прабабушки — используя энергию пороховых газов.
Поколебать монополию пороха смогло электричество. Идея создания электромагнитной пушки зародилась практически одновременно в России и Франции в разгар Первой мировой войны. В ее основу легли труды немецкого исследователя Йоганна Карла Фридриха Гаусса, который разработал теорию электромагнетизма, воплотившуюся в необычное устройство — электромагнитную пушку.
Опережая время
Идея создания электромагнитной пушки намного опередила свое время. Тогда в начале минувшего века все ограничилось опытными образцами, показавшими к тому же очень скромные результаты. Так французская модель едва сумела разогнать 50 граммовый снаряд до скорости 200 м/сек, что ни шло ни в какое сравнение с действующими на тот момент обычными артиллерийскими системами. Ее российский аналог – магнитно-фугальная пушка и вовсе осталась в чертежах. И все же главный итог – воплощение идеи в реальное «железо», а подлинный успех был вопросом времени.
Гаусс-пушка
Разработанная немецким ученым пушка Гаусса представляет собой разновидность электромагнитного ускорителя масс. Пушка состоит из соленоида (катушки) с расположенным внутри него стволом из диэлектрического материала. Она заряжается снарядом из ферромагнетика. Чтобы заставить снаряд двигаться, на катушку подается электрический ток, создающий магнитное поле, благодаря которому снаряд втягивается в соленоид. Скорость снаряда тем быстрее, чем мощнее и короче генерированный импульс.
Принцип действия Гаусс-пушки
Преимущества электромагнитной пушки Гаусса по сравнению с другими видами оружия — возможность гибко варьировать начальную скорость и энергию снаряда, а также бесшумность выстрела. Есть и недостаток — низкий КПД, составляющий не более 27 % и связанные с этим крупные затраты энергии. Поэтому в наше время пушка Гаусса имеет перспективы скорее в качестве любительской установки. Однако, идея может получить вторую жизнь в случае изобретения новых компактных и сверхмощных источников тока.
Рельсовая электромагнитная пушка
Рельсотрон – еще один вид электромагнитной пушки. В состав рельсотрона входят источник питания, коммутационная аппаратура и два электропроводящих рельса от 1 до 5 метров, которые одновременно являются электродами, расположенными друг от друга на расстоянии 1 см. В нем энергия электромагнитного поля взаимодействует с энергией плазмы, которая образуется в результате сгорания специальной вставки в момент подачи высокого напряжения.
Принцип действия рельсотрона
Порох на большее не способен
Конечно, рано говорить о том, что время традиционных боеприпасов безвозвратно ушло в прошлое. Однако по оценкам экспертов они достигли своего предела. Скорость выпущенного с их помощью заряда ограничена 2,5 км/сек. Для войн будущего этого явно недостаточно.Рельсовые пушки – больше не фантазия
В США полным ходом идут лабораторные испытания 475-мм рельсотрона, разработанного компаниями General Atomics и BAE Systems. Первые залпы чудо-оружия показали обнадеживающие результаты. 23-кг снаряд вылетал из ствола со скоростью, превышающей 2200 м/сек, что позволит в дальнейшем поражать цели на расстоянии до 160 км. Невероятная кинетическая энергия поражающих элементов электромагнитных орудий делает ненужными метательные заряды, а значит повышается живучесть расчетов. После доводки опытного образца рельсотрон установят на скоростной корабль JHSV Millinocket. Примерно через 5-8 лет US NAVY начнут планомерно оснащаться рельсовыми пушками.
Наш ответ
В нашей стране об электромагнитных пушках вспомнили в 50-е годы, когда началась безумная гонка по созданию очередного сверхоружия. До сих пор эти работы строго засекречены. Советским проектом руководил выдающийся физик академик Л. А. Арцимович, многие годы занимавшийся проблемами плазмы. Именно он заменил громоздкое название «электродинамический ускоритель массы» на всем известное сегодня — «рельсотрон».
В России и сейчас ведутся подобные разработки. Свое видение рельсотрона недавно продемонстрировал коллектив одного из филиалов Объединенного института высоких температур РАН. Для разгона заряда был разработан электромагнитный ускоритель. Пулю весом в несколько грамм здесь удалось разогнать до скорости около 6,3 км/сек.
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.