IPB

Здравствуйте, гость ( Вход | Регистрация )

 
Ответить в эту темуОткрыть новую тему
> электромагнитная пушка , ФАНТАСТИКА ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ?
Поделиться
СверХновое Время
сообщение 27.10.2010, 23:55
Сообщение #1


Специалист
****

Группа: Пользователь
Сообщений: 234
Регистрация: 2.9.2010
Вставить ник
Цитата
Из: Гвардейск
Пользователь №: 1914
Страна: Россия
Город: Калининград
Пол: Муж.



Репутация: 0


электромагнитная пушка

ФАНТАСТИКА ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ?

автор: ЕВГЕНИЙ КЛЮЕВ

«Солдаты... были облачены в кевларовые шлемы и такие же
доспехи. В руках, облаченных в трехслойные перчатки, они держали
легкие автоматические винтовки, производящие впечатление
игрушечных».





«Общая длина винтовок была небольшой, однако того, кто видел такое оружие впервые, по
ражала массивность приклада. Но именно там и помещались основные механизмы; туда же, позади
рукоятки управления огнем, пристыковывался очень толстый магазин. Он имел такие параметры не
за счет бесчисленности патронов. Просто в нем же находился добавочный, причем достаточно мощ
ный, аккумулятор. Винтовка была плазменная, без электричества она стрелять не могла. Изза без
гильзовой механики она имела недоступную другим видам автоматов скорострельность. А за счет
разгона пуль плазмой они получали солидное ускорение, однозначно недостижимое пороховыми уст
ройствами... И только после третьегочетвертого бесшумного и невидимого залпа дошло понимание
случившегося... ктото вскрикнул, пораженный пулей, прошившей вначале впередиидущего товари
ща, а то и двух. Страшная штука – плазменный разгон!»
Так описывает применение в недалеком будущем электромагнитного оружия замечательный
современный писательфантаст, «певец высоких оружейных технологий» Федор Березин в своем ро
мане «Красный рассвет». И среди своих коллег он не одинок в своих мечтах «поженить пулю с элект
ричеством». Пожалуй, первым был знаменитый Жюль Верн, еще в XIX веке вооруживший экипаж сво
его «Наутилуса» бьющими наповал даже под водой электрическими винтовками. Можно еще вспом
нить фантастический роман Михаила Булгакова «Роковые яйца», герои которого лихо, хотя и не всег
да успешно, стреляли в чудовищных рептилий из портативных смертоубийственных электрических ре
вольверов.
Но, конечно, возможность применения электромагнитных сил для разгона пули или артилле
рийского снаряда всегда волновала не только писателей, но и ученых. Одним из первых опытов тако
го рода был эксперимент, проведенный в 1916 году французами Фашоном и Виллепле. Используя в
качестве ствола цепочку катушексоленоидов, на которые последовательно подавался ток, их
действующая модель чудопушки успешно разогнала снаряд массой 50 г до скорости 200 м/с По срав
нению
с настоящими артиллерийскими установками результат, конечно, получился
достаточно скромный, однако показавший принципиальную воз
можность создания оружия, в котором снаряд
разгоняется без помощи пороховых газов.
Справедливости ради следует отме
тить, что талантливые русские инженеры По
дольский и Ямпольский со своим проектом 50
метровой «магнитнофугальной» пушки, дейст
вующей по аналогичному принципу, опередили
французских коллег на целый год. Однако фи
нансирования для воплощения своего проекта
им получить так и не удалось. Впрочем, и у
французов тогда дальше модели дело так и не
пошло, что, впрочем, и неудивительно – для то
го времени разработки казались слишком фан
тастическими.



Проект электромагнитной пушки Фашона и Виллепле (журнал «Техника молодежи» №5/1987).

Систематические научные работы по
созданию электродинамических ускорителей
массы (ЭДУМ) начались в мире в 50х годах XX
века. Одним из родоначальников отечествен
ных разработок в этой области был выдающий
ся советский ученый, исследователь плазмы,
Л.А. Арцимович, который, повидимому, и ввел
в отечественную терминологию понятие «рель
сотрон» (в англоязычной литературе принят тер
мин «railgun») для обозначения одной из разно
видностей ЭДУМ.
Что же не устраивало создателей
ЭДУМ в существующем уже несколько столе
тий, простом и надежном оружии, работающем
на эффекте разгона снаряда под действием
расширения пороховых газов? Прежде всего,
конечно, скорость. Пороховые газы обладают
достаточно большим молекулярным весом и,
как следствие, относительно малой скоростью
расширения. На практике это означает, что пре
дельная скорость, достигаемая снарядом в тра
диционных артиллерийских системах, ограниче
на величиной порядка 22,5 км/с. Это совсем
немного, если мы хотим выстрелом прошивать
броню вражеского танка как масло или сбивать
с орбиты военные спутники противника. Однако
прежде чем говорить о достижениях и перспек
тивах в области создания ЭДУМ, рассмотрим
физические принципы их действия.
Различают ЭДУМ индукционного и
кондукционного типов. Принцип действия пер
вых основан на движении проводящего тела
под воздействием внешнего магнитного поля,
создаваемого системой обмоток, включаемых
синхронно с движением ускоряемого тела для
создания бегущей магнитной волны.
Показанная на рисунке разновидность
ЭДУМ индукционного типа получила в литерату
ре название «пушка Гаусса» (Gauss gun, coilgun).
Как видим, никаких принципиальных новшеств
по сравнению с французской конструкцией 1916 года, та же самая многоступенчатая схема из
соленоидов, поочередно втягивающих в себя
ускоряемое тело из ферромагнетика. На прак
тике при создании таких систем приходится ре
шать задачу синхронизации работы соленои
дов. Вопервых, напряжение на каждую катуш
ку должно подаваться в момент подхода к ней
разгоняемого тела, вовторых, необходимо вов
ремя прерывать ток в катушке – ведь как толь
ко тело минует ее геометрический центр, маг
нитное поле вместо придания ускорения начнет
препятствовать его движению. Значит, нужна
система датчиков положения и достаточно хит
роумная электронная схема управления. Лучше
всего поручить эту задачу микропроцессору, но
и в этом случае понадобится кропотливый рас
чет и целая серия экспериментов, прежде чем
разгон будет происходить оптимальным обра
зом: как с точки зрения достигаемой скорости,
так и с точки зрения КПД преобразования
электрической энергии в механическую (пос
ледний показатель особенно важен для порта
тивных носимых устройств, у которых емкость
источника питания сильно ограничена).
«Пушка Гаусса» отличается просто
той конструкции, неудивительно, что идея ее
создания появилась почти 100 лет назад. Прос
тейшую действующую модель одноступенчато
го индукционного ЭДУМ сможет за полчаса со
орудить в домашних условиях даже школьник,
имеющий хотя бы минимальные познания в
электротехнике. Намотанная на бумажном кар
касе катушка из нескольких десятков витков,
конденсатор, примитивное устройство зарядки
и железный гвоздь подходящих размеров в ка
честве снаряда. Замыкаем провода и «снаряд»
благополучно приземляется в нескольких мет
рах от точки старта. Обратите внимание –
«выстрел» происходит абсолютно бесшумно!
Действительно, если речь идет о дозвуковых
скоростях разгона, «пушка Гаусса» не имеет в
этом себе равных. Даже пневматическому ору
жию по этому показателю трудно с ней тягать
ся. При экспериментах необходимо, конечно,
соблюдать элементарные правила техники бе
зопасности и помнить, что при неудачном вы
боре исходного положения «снаряда» он может неожиданно полететь не вперед, а назад, к «ка
зенной части» – прямо в незадачливого экспе
риментатора. Следует также помнить об огра
ничениях, накладываемых российским законо
дательством на кинетические параметры по
добных самоделок. Желающим узнать больше
о домашних экспериментах с ЭДУМ, можно по
рекомендовать посетить ресурс www.coilgun.ru,
ставший в последнее время настоящей Меккой
любительского «гауссганеростроения» в Рос
сии.

Электромагнитный пистолет конструкции Евгения Васильева.

Многоступенчатые индукционные
ЭДУМ способны разгонять сравнительно мас
сивные тела (до 35 кг) до скоростей 1,52 км/с.
При этом ствол пушки не испытывает больших
нагрузок и может быть выполнен из не очень
прочного материала (главное требование – он
не должен являться ферромагнетиком).
Собственно, можно вообще обойтись без ство
ла как такового, но в этом случае необходимо
принять дополнительные меры по центровке
разгоняемого тела в процессе разгона, обеспе
чив снаряду магнитный подвес. Прибегнув к ря
ду технических ухищрений в принципе можно
придать снаряду вращательное движение для
обеспечения его устойчивости в полете, как в
настоящей артиллерийской установке с нарез
ным стволом. Однако главным камнем преткно
вения для конструкторов ЭДУМ индукционного
типа остается скорость. К сожалению, достиг
нутых значений пока явно недостаточно, чтобы
на равных конкурировать с традиционными по
роховыми системами. Впрочем, ожидающиеся
в ближайшие годы очередные практические
достижения в области высокотемпературной
сверхпроводимости позволяют рассчитывать
на создание ускорительных соленоидов, эф
фективность которых будет на порядок выше
существующих. Кроме того, определенные
перспективы сулит идея использовать индукци
онный ЭДУМ в качестве второй ступени разго
на снаряда, выпускаемого из пороховой или
легкогазовой пушки. Так что надеемся, индук
ционные ЭДУМ еще поборются за место под
солнцем. А пока перейдем ко второй разновид
ности электромагнитных пушек – кондукцион
ным ЭДУМ.
Принцип действия одной из разновидностей
кондукционных ЭДУМ представлен на рисунке 4. Такие
ЭДУМ, называемые иногда рельсовыми ускорителями
или рельсотронами, представляют собой систему, сос
тоящую из источника электроэнергии (батареи конден
саторов, МГДгенератора, униполярного генератора и
др.), коммутационной аппаратуры и электродов в виде
параллельных электропроводящих рельсов длиной от 1
до 5 метров, находящихся в стволе на небольшом рас
стоянии друг от друга (порядка 1 см). Электрический ток
от источника энергии подводится к одному рельсу и
возвращается через плавкую вставку, находящуюся за
ускоряемым телом и замыкающую электрическую цепь
на второй рельс. Чаще всего в качестве снаряда для
экспериментов с рельсотроном используют пластико
вый контейнер с металлическим сердечником. На зад
нюю стенку контейнера наклеивается медная фольга,
играющая роль плавкой вставки. В момент подачи вы
сокого напряжения на рельсы (десятки кВ) вставка мо
ментально сгорает, превращаясь в облако плазмы (его
называют «плазменным поршнем» или «плазменной
арматурой»). Причем плазмы электропроводящей! А
это означает, что гигантский ток (сотни кА) в цепи, обра
зованной рельсами и плазменным облаком продолжает
течь. Ток, протекающий в рельсах и поршне, образует
между рельсами сильное магнитное поле. Взаимодей
ствие магнитного потока с током, протекающим через
плазму, генерирует электромагнитную силу Лоренца,
толкающую ускоряемое тело вдоль рельсов.
Весь процесс ускорения занимает считанные
миллисекунды. В качестве коммутационной аппаратуры
обычно используются сверхбыстродействующие взрыв
ные коммутаторы. Рельсовые ускорители позволяют ус
корять небольшие тела (до 100 г) до весьма и весьма
значительных скоростей (610 км/с). Собственно, можно
обойтись вообще без снаряда и разгонять плазменный
поршень сам по себе. В этом случае плазма вырывает
ся из ускорителя с поистине фантастической ско
ростью – до 50 км/с. В качестве оружия от такого уско
рителя проку не много, зато ускорители плазмы имеют
целый ряд вполне мирных профессий – как исследова
тельских, так и вполне утилитарных.
Попытки увеличить массу снаряда при сохра
нении высокой скорости разгона приводят к значитель
ному увеличению габаритов установки и предъявляют
жесткие требования к мощности источника питания. В
свое время в США существовал полуфантастический
проект по подключению гигантского супермощного
рельсотрона непосредственно к высоковольтной линии
электропередач. Таким образом, в течение кратковре
менного процесса разгона на ускоритель работает вся
энергосистема огромной страны. Расчеты показали
принципиальную возможность такого решения, однако
до его практического воплощения дело, кажется, так и
не дошло.

Выстрел рельсотрона это всегда исключитель
но эффектное зрелище (Рис. 5) – оглушительный гро
хот, огненный выхлоп, капли расплавленного металла.
И весьма дорогостоящее притом. Ведь при взаимодей
ствии с раскаленной плазмой рельсы неизбежно разру
шаются. На практике уже после 35 запусков из лабора
торной установки необходимо проводить трудоемкий
комплекс работ по замене рельсов.


Выстрел из лабораторного рельсотрона конструкции Сэма Бэрроза.

Принцип действия рельсотрона предъявляет
также жесткие требования к его конструкции, ведь в от
личие от «пушки Гаусса», давление в стволе кондукци
онного ЭДУМ достигает весьма значительных величин,
да и рельсы под воздействием протекающего по ним
гигантского тока изо всех сил стремятся «разбежать
ся» друг от друга. Сделать такую конструкцию прочной
и вместе с тем разборной – непростая инженерная за
дача.
Есть и еще один недостаток, присущий рель
сотронам с плазменной арматурой – нестабильность
скорости. Ускоряемая магнитным полем плазма – очень
капризный и непредсказуемый объект. Ширина плаз
менного поршня в процессе разгона постоянно меняет
ся – плазма пульсирует. Иногда часть плазменного об
лака просачивается в промежуток между ускоряемым
телом и рельсами и возникает т.н. «плазменный ли
дер». Эрозия рабочей поверхности рельсов также влия
ет на стабильность характеристик разгона. В результа
те скорость снаряда на выходе из установки подверже
на случайным колебаниям, а значит, и траектория поле
та снаряда может сильно меняться от выстрела к выст
релу. Решить проблему позволяет управляемый разгон.
Анализируя информацию с датчиков положения ускоря
емого объекта, микропроцессорное устройство управ
ления подает команды на подключение или отключение
дополнительных источников энергии. Целью является
достижение строго заданной скорости на выходе снаря
да из ствола. Технически проблема не выглядит совсем
уж непреодолимой, но ее решение потребует еще дол
гих лет кропотливой исследовательской работы.

Выстрел из экспериментальной рельсотронной установки Sandia National Research Laboratories на колесной платформе.

В годы холодной войны работы по созданию
электромагнитных пушек активно велись и в СССР и в
США. Предпочтение отдавалось ускорителям кондукци
онного типа, позволяющим достичь больших скоростей
разгона. К середине 80х годов прошлого века обе сто
роны вплотную приблизились к возможности размеще
ния рельсотронной пушки с автономным источником пи
тания на мобильном носителе – гусеничном или колес
ном шасси (Рис. 6).
Однако после развала СССР отечественные
разработки в области военных применений ЭДУМ были
практически полностью свернуты. В то же время есть
признаки, что США активно продолжают эти работы. Известен, например, проект, финансируемый ВМФ США и
разрабатываемый компанией General Atomics из СанДи
его. Электромагнитная пусковая установка на базе рель
сотрона будет размещена на надводном корабле и позво
лит поражать цели на дистанции до 300 миль при помощи
управляемых ракет, запускаемых на скорости до 7 махов.
Ввиду огромной скорости такие ракеты будут практичес
ки неуязвимы для ПВО противника на участке от старта
до подхода к цели, когда ракета включает собственный
двигатель и начинает маневрировать (Рис. 7).
Правда возможность создания ракеты, начин
ка которой способна выдерживать ускорение порядка
100 000 g вызывает определенные сомнения, однако
уже к началу 2009 года General Atomics обещает проде
монстрировать свои достижения.
С выходом США из договора по ПРО возобно
вились и работы по размещению электромагнитных пу
шек на орбите. В этой области известны разработки
компаний General Electric, General Research, Aerojet,
Alliant Techsystems и других по контрактам с управлени
ем DARPA ВВС США.
Несмотря на прекращение финансирования
военных разработок электромагнитного оружия, отече
ственная наука также не стоит на месте. Ведь электро
динамические ускорители имеют и целый ряд «мирных
профессий» – исследования физики высокоскоростного
удара, создание покрытий со специальными свойства
ми методом плазменного напыления, запуск микрокос
мических аппаратов. Свидетельством тому – система
тическое появление русских фамилий в материалах
ежегодной международной конференции по электро
магнитному разгону EML Technology Symposium
(www.emlsymposium.org). А раз так, то и возобновление
отечественных работ по созданию оружия будущего
вполне возможно, прояви наше государство вновь инте
рес к этой перспективной теме. Х


Переход на официальный сайт журнала "Сверхновая Реальность": http://www.sverxnova.com/index.php?cid=1
Вернуться в начало страницы
 
+Ответить с цитированием данного сообщения

Ответить в эту темуОткрыть новую тему
( Гостей: 1 )
Пользователей: 0

 



RSS Текстовая версия Сейчас: 19.11.2018, 21:27