Что такое рельсотронная пушка
Принцип действия и ограничения
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? 🙂
Непроводящий снаряд
Не путать с пушкой Гаусса
Так почему же такой сложный рельсотрон такой вкусный для военных?
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.
Гиперзвуковая электромагнитная пушка: все плюсы и минусы
Рельсы – дорогие и уязвимые
Однако не только быстрый износ рельсов мешает рельсотрону превратиться в супероружие, есть и другие препятствия. Прежде всего это источники питания. Рельсотрон требует мощной системы электропитания в виде униполярных генераторов, компульсаторов, мегаваттных конденсаторов-ионисторов. Эти устройства позволяют формировать очень мощный короткий электрический импульс, передаваемый на рельсы. В лабораторных условиях можно мириться с солидными по размеру и весу блоками аппаратуры. На флоте фактор веса и объема тоже не столь существен: у корабля вполне хватит водоизмещения, чтобы упаковать 130 т оборудования вдобавок к самим стволам пушек.
Для наземных же армейских рельсотронов проблема представляется более сложной. Если разместить оборудование на танковых шасси, пришлось бы вести в бой 78-тонного монстра. Выходом стало распределение установки между двумя автомобильными трейлерами (на одном сама пушка, на другом – «энергетика»), этот вариант был реализован в американской армейской пушке Blitzer. Еще один тягач с прицепом отдали станции управления. Для питания корабельных рельсотронов (на напичканных хай-теком эсминцах проекта Zumwalt их предположительно будет два) предусмотрен запас мощности судовой установки (зарезервированный только для рельсотронов) не менее 35–45 МВт. Энергии должно хватить, чтобы обеспечить разгон снаряда до 2000–2500 м/с. Тогда он, получив дульную энергию в 64 МДж, сможет улететь на расстояние до 400 км и, сохранив 20 МДж энергии, поразить цель мощным кинетическим ударом. Уже подсчитано, что попадание такого снаряда весом 18–20 кг в авианосец произведет эффект ядерного удара.
32 «Гольфа» по цели
Серьезными препятствиями на пути широкого использования рейлганов являются резонансные явления в рельсовой системе и эффект расталкивания рельсов от действия сил Лоренца, электромагнитная совместимость с электронными системами пушки, необходимость охлаждения ствола и блоков электроники и др.
В процессе натурных испытаний была выявлена также необходимость в быстром перезаряжании пушки для увеличения темпа стрельбы по крайней мере до 6–10 выстрелов в минуту. В этом году работающая в кооперации с американским ВПК британская компания BAE Systems провела огневые испытания на полигоне ВМС США в штате Виргиния. Как заявляют британцы, они рассчитывают в ближайшие пару лет увеличить скорострельность своей установки до 10 выстрелов в минуту при весе снаряда 16 кг, так что эта проблема постепенно находит решение.
Неубиваемая электроника
США с 2012 года ведет разработку унифицированного гиперзвукового снаряда HVP, сегодня он уже проходит испытания стрельбой. Унифицированный он потому, что будет использоваться не только в рельсотронах, но и в обычных корабельных пушках разных калибров, которые хотят оставить в смешанном составе с рельсотронами на эсминцах Zumwalt. Эти же боеприпасы будут применяться и в наземных пушках.
Снаряды HVP планируют сделать корректируемыми в полете, для чего их оснастят модулем точного наведения, работающим с системой GPS. Американцы заявили, что у них уже имеются работоспособные электронные системы управления, выдерживающие перегрузки 30 000 – 40 000 g при разгоне, воздействие плазмы температурой 20 000 – 25 000 градусов и электромагнитные поля сверхвысокой мощности. Есть данные об успешных испытаниях подобных снарядов в 2016 году. Ожидается, что полная отработка HVP завершится к 2020 году, а в серию они будут переданы к 2025 году. Блок управления приведет к удорожанию снаряда, который и в исходном (без электроники) варианте стоит 25 тысяч долларов. Но все равно это существенно дешевле корабельных управляемых ракет ценой 0,5–1,5 млн.
Три грамма чудовищной мощи
Особенность американского подхода к разработке рельсотрона состоит в поэтапном наращивании возможностей с последовательным достижением улучшенных параметров: скорости разгона снаряда от 2000 до 3000 м/с, дальности стрельбы с 80–160 до 400–440 км, дульной энергии снаряда от 32 до 124 МДж, веса снаряда от 2–3 до 18–20 кг, скорострельности от 2–3 выстрелов в минуту до 8–12, мощности источников энергии от 15 до более чем 40–45 МВт, ресурса ствола от промежуточных 100 выстрелов к 2018 году до 1000 выстрелов к 2025 году, длины ствола от начальной 6 м до конечной 10 м.
Китай, по сообщениям прессы, находится на стадии НИР и НИЭР, которые сосредоточены в специально созданной корпорации CASIC в научном центре Ухань (WUHAN). Представители КНР заявили, что разрабатывают наземный рельсотрон наподобие американского Blitzer и обещают по проекту 055А к 2022 году создать орудие калибра 130 мм.
Кстати, у нас есть канал в Telegram, где можно почитать о самых свежих и интересных новостях из мира науки и техники.
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
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 на 27 килоджоулей
Самый мощный любительский рельсотрон
Развёртывание, монтаж и первый тест с энергией выстрела 20,5 кДж.
Девятый и десятый выстрелы. Стрельба по десяти и девяти блюдам из фарфора.
Как это создавалось
Снаряд состоит из головы, из которой выходят две ножки. Экспериментально умельцы выяснили, что ножки теряют огромные количества алюминия. Это вполне ожидаемо. В процессе стрельбы ножки прижимаются к рельсам с высокой силой — расчёты указывают на число более 4000 Н. Так обеспечивается отличный контакт с рельсами.
Каждый из конденсаторов рассчитан на работу под напряжением до 400 В и имеет ёмкость в 6000 мкФ. Конденсаторы импульсные. Для соединения конденсаторов использовались бруски алюминия толщиной в четверть дюйма (0.64 см). От брусков требовалось выдерживать огромный ток. Нужна механическая прочность, чтобы можно было без повреждений переносить каждый банк конденсаторов массой порядка 22 кг. Ширина брусков тоже имеет значение: концентрированное магнитное поле могло бы разорвать узкие проводники. Конечно, медь могла бы подойти лучше, но авторы проекта посчитали, что она слишком дорога и тяжела.
Дырки в брусках сделали сверлильным станком, конденсаторы закрепили. От соприкосновения бруски отделяет фрагмент из ацеталевого пластика.
Для собственно пушки Ziggy Zee выбрал гаролит G10. В качестве требований предъявлялись экстремально высокая прочность, технологическая обрабатываемость и околонулевая проводимость. Во время пуска рельсы испытывают килоньютоны силы, которые отталкивают их друг от друга. Гаролит хорошо подошёл: он рассчитан на давление до ≈344.7 МПа (50000 psi, сравнимо со сталью) и обладает хорошей теплостойкостью (он горит, а не плавится).
На фотографию попал очень ранний прототип снаряда, который не использовался.
Для крепежа использовалась немагнитная нержавеющая сталь трёхсотой серии. Камеру пневматического ускорителя собрали из ударостойкого АБС-пластика. Гаролит приклеили к бруску дерева 4×4 дюйма клеем E6000.
Для будущих оптических элементов на пушку закрепили планки Пикатинни и прочий обвес. На рельсотрон поставили сошку-двуногу.
Силовые кабели можно припаять, но Ziggy Zee предположил, что они будут отлетать. (Как показывают видеоролики, они и вправду отлетают при выстреле.) Поэтому было создано крепление, которое можно быстро восстановить.
Для стрельбы конденсаторы нужно заряжать. В полевых условиях для этого используется банк из девятивольтовых батарей. Их хватает на пять выстрелов. Автор проекта надеется в будущем приспособить для зарядки 12-вольтовую автомобильную батарею через инвертор на 120 В, трансформатор для повышения напряжения и выпрямитель.
Напряжение конденсаторов при зарядке возрастает экспоненциально. То есть при приближении к полному потенциалу скорость зарядки становится всё меньше и меньше. Поэтому для зарядки 400-вольтовых конденсаторов Ziggy Zee использовал 450 вольт, а иногда и 500. Но здесь важно вовремя прервать процесс зарядки.
Анализ данных выстрелов показал низкий износ. Ziggy Zee оценивает ресурс рельсов в 50 выстрелов. Медные рельсы почти не стираются, на них лишь нарастает слой алюминия. Его можно удалить.