что такое рельсотронная пушка
Рельсотрон. И вечный запас патронов.
Согласно утечкам в американские СМИ, Конгресс сворачивает проект создания рельсотрона – заказчиков не устроили дальность полета снаряда и скорость перезарядки. Теперь у России есть шанс успеть первой, тем более что появление этого чудо-оружия неизбежно в любом случае. Если, конечно, удастся решить главную проблему, связанную с ним.
Наша цивилизация во многом кустарна. Человечество открыло несколько простейших законов физики и до сих пор их эксплуатирует. По сути, весь прогресс сводится к модификациям электромагнитной индукции и железным полоскам, которые выгибаются от нагрева и замыкают (размыкают) контакты.
Впускной клапан воды в стиральной машине и клапан впрыска бензина дорогой иномарки одинаковы. И там, и там – медная катушка со стальным сердечником. В нужное время на катушку подается напряжение, образуется электромагнитное поле, стальной сердечник втягивается внутрь, открывает отверстие – и вода или бензин поступают в агрегат. Когда напряжение пропадает, обычная пружина возвращает сердечник на место. Если убрать специальные утяжелители внутри стиралки и поставить ее на колеса, то во время отжима она рванет с места с начальной скоростью в 140 километров в час. Если бы она поехала вертикально, то через два часа с копейками вышла бы на орбиту Земли. Наши ракеты и космические корабли – это те же стиральные машины с петардами по бокам.
Главная проблема этой разновидности прогресса – материалы. Человечество так и не научилось делать по-настоящему прочные, легкие, ударостойкие вещи. Данное проклятие преследует нас до сих пор и вот теперь встало на пути рельсотрона.
И вечный запас патронов
В перспективе гиперзвуковые чушки можно использовать в качестве зенитных ракет.
Одна крылатая ракета стоит плюс-минус миллион долларов. В современной войне таких ракет требуется много. Например, за 78 дней операции НАТО в Югославии США выпустили порядка 218 крылатых ракет морского базирования и 60 крылатых ракет воздушного базирования, а Британия добавила от себя еще 20 крылатых ракет с подводной лодки. В итоге порядка 300 миллионов долларов буквально улетели в трубу. А если война растянется на год? На два? Только на одних крылатых ракетах разоришься.
При этом, в отличие от ракеты, летящую на гиперзвуковой скорости чушку крайне трудно перехватить силами ПРО и ПВО.
В 2018 году несколько таких пушек планировали поставить на боевые корабли проекта Zumwalt. Но проблемы технического свойства обнаружились уже сегодня.
Тем не менее, по расчетам военных моряков, первые полноценные рельсотроны должны встать на вооружение в 2020 году.
«Я из пушки в небо уйду»
Пушки Гаусса можно применять даже для запуска легких спутников на орбиту Земли. Для российской космической промышленности это более чем актуально, и наши ученые уже работают в этом направлении.
Посреди этого пиршества знаний и научных прорывов американцы вдруг заявляют, что сворачивают проект, сдают ключи вахтерше и расходятся по домам. Навсегда.
Американцам можно верить, можно не верить. Но сама логика жизни все равно заставит оружейников создать мощные рельсотроны и Гаусс-ганы. Пусть и несколько позже, чем казалось еще недавно.
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.
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.
Рельсотрон
Начиная приблизительно со второй половины XIX столетия, в СМИ периодически появляется информация о различных видах «чудо-оружия», способного мгновенно сделать устаревшими все остальные средства ведения войны. Можно вспомнить о «передаче энергии взрыва посредством радиоволн», о «лучах смерти Гринделла Мэтьюса», а если говорить о более поздних временах, то нельзя не упомянуть про «красную ртуть» и «гафниевую бомбу». На поверку все эти сенсации оказались полной чепухой. В последние годы много пишут и говорят про «рэйлган» или рельсотрон. Порой этому «оружию будущего» приписывают удивительные свойства, в то время как скептики утверждают, что и на сей раз никакой практической отдачи военные не получат.
История разработки электромагнитной пушки рельсотрон
Еще до начала Первой мировой войны стало заметно, что традиционная артиллерия подходит всё ближе к пределу своего развития. Орудия еще можно было делать более мощными и дальнобойными, но это давалось слишком большой ценой. Своего рода символами этого концептуального тупика стали неимоверно дорогие и при этом практически бесполезные немецкие пушки «Колоссаль» и «Дора».
Всё дело в том, что возможности пороха, как метательного средства, лимитированы скоростью расширения газов при его взрыве. Поэтому для того, чтобы осуществить «артиллерийскую революцию», необходимо применить что-то иное, причем речь не идет о более сильной взрывчатке, а о другой форме энергии, например, об электричестве.
Первым проектом такого рода была магнитная пушка Гаусса, представлявшая собой обыкновенный соленоид, который при включении тока стремительно втягивал в себя магнитный сердечник, исполнявший одновременно роль выключателя. Как только этот «снаряд» начинал своё движение, цепь размыкалась. В результате, набравший скорость сердечник, вылетал с противоположной стороны соленоида.
Рельсотрон стал альтернативным, и, как поначалу казалось, более простым проектом «электродинамического ускорителя масс». Название «оружие будущего» было придумано в Советском Союзе в конце 50-х годов, автором термина стал академик Лев Арцимович. Есть несколько разных версий относительно того, кто, когда и где собрал первый опытный образец, однако, это не так уж важно, поскольку теоретическая база, на основе которой создавалась «рельсовая пушка», не являлась секретной, так что соорудить нечто подобное в лабораторных условиях могли бы многие страны.
Первые упоминания о «рэйлгане» появились в западной прессе в 70-е годы. Предполагалось, что такие установки будут изготавливаться для вооружения военных космических «шаттлов». Затем рельсотрон рассматривали как часть проекта, известного под названием СОИ («стратегическая оборонная инициатива»). Электромагнитная пушка должна была уничтожать советские баллистические ракеты на заатмосферных участках их траектории. Как известно, до практической реализации СОИ дело не дошло.
В самом начале 2020 года в целом ряде изданий появились статьи с фотографиями китайского десантного корабля, в носовой части которого можно было увидеть загадочную установку, идентифицированную как «рельсовое оружие». Некоторые эксперты считают, что Китаю удалось опередить США и создать боеспособный образец «рэйлгана», пригодного к размещению на морских судах. Так ли это на самом деле, неизвестно, но ясно, что в ближайшие годы разнообразный информационный шум вокруг этого «чудо-оружия» едва ли утихнет.
Особенности конструкции
Разумеется, вся эта простота – кажущаяся. Огромное значение имеет, в частности, молекулярная структура всех использованных материалов, а также геометрические размеры и точное расположение каждого из элементов. Кроме того, самая «ответственная» часть рельсотрона и вовсе скрыта от глаз. Это источник энергии, который должен обладать весьма впечатляющими характеристиками, и при этом оставаться довольно компактным.
Значительный интерес вызывают и рельсотронные снаряды. Первоначально предполагалось, что это будут просто вольфрамовые болванки, однако, компания BAE Systems утверждает, что ей удалось оснастить их приборами, позволяющими корректировать траекторию полета.
Принцип работы рельсотрона
«Рэйлган» действует следующим образом:
При этом необходимо, чтобы и направляющие и перемычка имели высокую электропроводность, в противном случае установка очень быстро перегреется и расплавится. По этой причине рельсы делают из бескислородной меди, покрытой слоем серебра. Но это не только дорого, но и непрактично, поскольку эти металлы быстро изнашиваются. В итоге «ствол» приходится менять уже через 3-4 выстрела.
Испытание электромагнитной пушки
Первые выстрелы из «рэйлгана» были сделаны в лабораторных условиях. В частности, еще в 80-е годы в СССР проводились опыты, в ходе которых небольшие пластиковые снаряды весом в несколько грамм удавалось разгонять до скорости в 8-10 километров в секунду. При этом полученной кинетической энергии хватило для того, чтобы буквально испарить мишень, представлявшую собой стальной лист. Подробностей об этих тестах известно крайне мало.
В 2010 году была проведена демонстрация усовершенствованного рельсового орудия. Вес снаряда увеличили до 3,2 кг, а дульная энергия при этом выросла до 32-33 МДж.
Перспектива рельсотрона
Конечно, рельсотрон обладает целым рядом весомых преимуществ:
Таким образом, рельсотрон вроде бы сулит заманчивые перспективы, однако, на пути к успеху есть много препятствий.
Главное и самое труднопреодолимое из них – это проблемы энергообеспечения. Расчеты показывают, что для придания трёхкилограммовому снаряду энергии в 32 МДж мощность необходимого электромагнитного импульса составит 1,6 гигаватта – в полтора с лишним раза больше, чем у типичного ядерного реактора. Разумеется, постоянное подключение пушки к столь могучему источнику не требуется, но нужно каким-то образом накопить этот запас, а затем сразу, мгновенно, «выстрелить» им.
В лабораторных условиях рельсотроны оснащались целым набором конденсаторов. Этот же принцип, по всей видимости, был использован и на военных образцах. Правда, там применялись какие-то иные по своей конструкции емкостные приборы, а также импульсные генераторы. Это позволило ограничиться электростанцией «умеренной» мощности в 32-35 мегаватт.
Есть и другие недостатки, которые в значительной мере снижают практическую ценность «рэйлгана»:
Что самое неприятное, каждый из недостатков рельсотрона представляет собой настоящую ловушку: при попытке решения проблемы трудности начинают нарастать буквально в геометрической прогрессии. Например, попытка увеличить вес болванок неизбежно вызовет необходимость в многократно более мощной энергетической установке.
Оборудование снарядов модулем самонаведения (американцы утверждают, что им это удалось, что крайне сомнительно) неизбежно приводит к резкому росту стоимости выстрела. В итоге возникает вопрос, а не проще ли использовать обычную управляемую ракету?
«Рэйлган» станет намного более реалистичным проектом после создания новых по своему принципу, очень мощных и при этом компактных источников или ёмкостей электроэнергии.
Недавно в лаборатории Шатурского филиала Объединенного института высоких температур Российской академии наук были проведены испытания уникального устройства – рельсотрона Арцимовича, который представляет собой электромагнитную пушку, стреляющую пока очень маленькими снарядами – массой до трех граммов. Однако разрушительные способности такой «горошины» поразительны. Достаточно сказать, что поставленная на её пути стальная пластина просто-напросто испарилась, превратившись в плазму. Все дело в гигантской скорости, придаваемой снаряду электромагнитным ускорителем, используемым вместо традиционного пороха.
После испытаний директор Шатурского филиала Объединенного института высоких температур РАН Алексей Шурупов сообщил присутствовавшим
журналистам:
— В наших лабораторных испытаниях максимальная скорость достигла 6,25 километра в секунду при массе снаряда в несколько грамм (примерно три грамма). Это очень близко к первой космической скорости.
Что же это за пушка, и какие возможности она сулит?
Для начала нужно отметить, что поиски альтернативы использованию пороха в качестве рабочего вещества для разгона снаряда в стволе орудия начались еще в начале прошлого века. Как известно, пороховые газы обладают достаточно большим молекулярным весом и, как следствие, относительно малой скоростью расширения. Предельная скорость, достигаемая снарядом в традиционных артиллерийских системах, ограничена величиной порядка 2-2,5 км/с. Это не так уж много, если стоит задача одним выстрелом прошивать броню вражеского танка или корабля.
С выходом США из договора по ПРО возобновились и работы по размещению электромагнитных пушек на орбите. В этой области известны разработки компаний General Electric, General Research, Aerojet, Alliant Techsystems и других по контрактам с управлением DARPA ВВС США.
Мы отстали, но не безнадежно
Олег Шовкуненко
Официальный сайт писателя
Фантастика и реальность
Рельсотрон
Другие названия: : рельса, рэйл-ган (Reil Gan).
Но начнем все по порядку, для чего выясним, что именно представляет собой рельсотрон и как он работает.
Отзывы и комментарии:
Эдуард 03.04.14
Не думал, что это такая мощная «машина». Казался маленьким.
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.
фуад 31.05.16
это может быть еффективным как системма пво даже можно создать системму про и затрат будет меньше
это может быть еффективным как системма пво даже можно создать системму про и затрат будет меньше