Испытания российского рельсотрона прошли успешно: ru_polit — LiveJournal

Уникальная российская разработка, рельсовый ускоритель масс (называемый также рельсотроном) успешно прошел очередной этап испытаний, сообщает телеканал «Звезда». Тестирование проходило в лаборатории филиала Объединенного института высоких температур Российской академии наук в подмосковной Шатуре.

Согласно официальным данным, прошедший этап испытания в очередной раз подтвердил  высокие характеристики и потенциал рельсотрона. Так, запущенный в ходе тестирования пластиковый цилиндр весом всего 15 граммов пробил алюминиевую заготовку толщиной в несколько сантиметров. Как сообщают разработчики, новейшее устройство позволяет выпущенному снаряду пробивать практически любую броню.

Рельсотрон представляет собой электромагнитный ускоритель, который разгоняет токопроводящий снаряд вдоль двух металлических направляющих; в основе принципа работы установки лежит использование так называемой «силы Лоренца» — силы, действующей на точечную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. В результате этого создаваемое между направляющими силовое поле придает запускаемому «ядру» огромную скорость. Эта же сила за счет энергии постоянного тока заставляет работать электродвигатели. Так, во время прошедших испытаний снаряд был разогнан до скорость 3 километра в секунду (примерно 11 тысяч километров в час). И разработчики утверждают, что это далеко не предел — при обеспечении аппарата соответствующим оборудованием он сможет выводить полезную нагрузку в космос.

Прошедшие испытания уже не первые — ранее предварительный этап тестирования рельсотрона проводился в Лаборатории импульсных энергетических воздействий на вещество во всей той же Шатуре. Как отметил тогда президент РАН Владимир Фортов, одной из задач разработки можно всерьез считать получение системы с большим давлением и исследование с ее помощью Вселенной. Не стоит забывать также и о защите Земли от высокоскоростных космических тел, в том числе космического мусора и комет. Имеется и план-максимум — вывод спутников на орбиту.

Конечно, разработчики отдают себе полный отчет в том, что до достижения запланированных вершин пока далеко — присутствуют и некоторые проблемы. Так, энергия, затрачиваемая на запуск ядра настолько высока, что детали выходят из строя в кратчайшие сроки, а посему на первый план выходит решение проблемы износа компонентов. Еще одна первостепенная задача для разработчиков — поиск компактных источников энергии, способных обеспечить требуемые параметры работы аппарата.

Впрочем, если с покорением Вселенной стоит пока подождать, то с точки зрения оборонной промышленности дела обстоят очень и очень неплохо. Дело в том, что разработка оружия, основанного на принципе рельсотрона, в последнее время является своеобразным трендом для ВПК ведущих мировых держав. Так, в США уже практически приступили к созданию сверхмощной электромагнитной пушки RailGun, способной придавать ускорение снаряду до 7,5 Маха. Дальность полета снарядов заявленной разработки при этом должна составить порядка 400 километров. На данный момент на практическое внедрение RailGun в оборонном бюджете США уже выделена кругленькая сумма, составляющая 1,3 миллиарда долларов. Тем не менее, все прошедший испытания нового американского вооружения пока указывают лишь на полную недоработанность системы — энергопортебление пушки превышает 25 МВт на один выстрел, что сводит ее эксплуатацию к минимуму.

Как отмечает известный политолог, кандидат исторических наук Михаил Ургалкин, испытания российского рельсотрона выглядят гораздо разумнее по сравнению с американскими коллегами. Ведь в отличие от RailGun, в отечественной разработке уже решена проблема падения кинетической скорости снаряда, что позволяет избежать ослабления удара на дальних расстояниях.

Сообщается, что испытания, проводимые Объединенным институтом высоких температур, еще не став «оружейным прорывом», уже заняли свое место в истории. Эксперты отнесли их к числу наиболее крупных достижений российской науки за 2016 год. Это отмечают и сторонние наблюдатели — так, ряд стран уже делают ставку на применение российского рельсотрона в качестве оружия.



Другие названия: : рельса, рэйл-ган (Reil Gan).

Рельсотрон, как и гаусс-пушка, 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.


Нерешенные проблемы

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

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


ru-polit.livejournal.com

Шатурское чудо — рельсотрон Арцимовича

Несмотря на губительные реформы в наших Вооруженных силах, армейский научно-технический интеллект не стоит на месте, продолжаются разработки новых видов оружия, способных коренным образом изменить не только характер современного боя, но и соотношение сил в системе военного противостояния на мировой арене.

Испытания электромагнитной пушки ошеломили военных – трёхграммовый снаряд, поразивший стальную пластину, превратил её в плазму.

Шатурское чудо

• Недавно в лаборатории Шатурского филиала Объединённого 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 трёх граммов. Однако разрушительные способности такой «горошины» поразительны. Достаточно сказать, что поставленная на её пути стальная пластина просто-напросто испарилась, превратившись в плазму. Всё дело в гигантской скорости, придаваемой снаряду электромагнитным ускорителем, используемым вместо традиционного пороха.

• После испытаний директор Шатурского филиала Объединённого 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?

Принцип Гаусса

• 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.

Считается, что первыми выдвинули идею электромагнитной пушки французские инженеры Фашон и Виллепле еще в 1916 году. Основываясь на принципе индукции Карла Гаусса, они использовали в качестве ствола цепочку катушек-соленоидов, на которые последовательно подавался ток. Их действующая модель индукционной пушки разогнала снаряд массой 50 грамм до скорости 200 метров в секунду. По сравнению с пороховыми артиллерийскими установками результат, конечно, получился достаточно скромный, однако показавший принципиальную возможность создания оружия, в котором снаряд разгоняется без помощи пороховых газов.

На самом деле, ещё за год до Фашона и Виллепле русские инженеры Подольский и Ямпольский разработали проект 50-метровой «магнитно-фугальной» пушки, действующей по аналогичному принципу. Однако финансирования для воплощения своей идеи в жизнь им получить не удалось. Впрочем, и у французов дальше модели «пушки Гаусса» дело не пошло, поскольку для того времени разработки казались слишком фантастическими. К тому же эта новинка, как уже отмечалось, не давала преимуществ относительно пороха.

• «Систематические научные работы по созданию принципиально новых электродинамических ускорителей массы (ЭДУМ) начались в мире в 50-х годах XX века, — рассказал эксперт инфоцентра «Оружие России» полковник запаса Александр Ковлер. — Одним из родоначальников отечественных разработок в этой области был выдающийся советский ученый, исследователь плазмы Л.А. Арцимович, который ввел в отечественную терминологию понятие «рельсотрон» (в англоязычной литературе принят термин «railgun») для обозначения одной из разновидностей ЭДУМ».

• Идея рельсотрона была прорывной в области развития электромагнитных ускорителей. Он представляют собой систему, состоящую из источника электроэнергии, коммутационной аппаратуры и электродов в виде параллельных электропроводящих рельсов длиной от 1 до 5 метров, находящихся в стволе на небольшом расстоянии 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. В момент подачи высокого напряжения на рельсы вставка моментально сгорает, превращаясь в облако плазмы (его называют «плазменным поршнем» или «плазменной арматурой»). Ток, протекающий в рельсах и поршне, образует между рельсами сильное магнитное поле. Взаимодействие магнитного потока с током, протекающим через плазму, генерирует электромагнитную силу Лоренца, толкающую ускоряемое тело вдоль рельсов.

Рельсотроны позволяют ускорять небольшие тела (до 100 г) до скоростей 6-10 км/сек. Собственно, можно обойтись вообще без снаряда и разгонять плазменный поршень сам по себе. В этом случае плазма вырывается из ускорителя с поистине фантастической скоростью — до 50 км/сек.

Что это даст?

• В годы холодной войны работы по созданию электромагнитных пушек активно велись и в СССР и в США. Они до сих пор строго засекречены. Известно только, что к середине 80-х годов прошлого века обе стороны вплотную приблизились к возможности размещения рельсотронной пушки с автономным источником питания на мобильном носителе – гусеничном или колесном шасси. Есть информация и о том, что разрабатывалось индивидуальное стрелковое оружие на этом принципе.

• «Общая длина винтовок была небольшой, однако того, кто видел такое оружие впервые, поражала 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 мощный, аккумулятор. Винтовка была плазменная, без электричества она стрелять не могла.
Из-за безгильзовой механики она имела недоступную другим видам автоматов скорострельность. А за счет разгона пуль плазмой они получали солидное ускорение, однозначно недостижимое пороховыми устройствами… И только после третьего-четвертого бесшумного и невидимого залпа дошло понимание случившегося… кто-то вскрикнул, пораженный пулей, прошившей вначале впередиидущего товарища, а то и двух. Страшная штука – плазменный разгон!» — так описывает применение в недалеком будущем электромагнитного оружия писатель-фантаст, «певец высоких оружейных технологий» Фёдор Березин в своем романе «Красный рассвет».

• К этому можно добавить, что такое оружие способно легко сбивать военные спутники и ракеты, а поставленное на танк, оно делает боевую машину неуязвимой. К тому же от неё практически не будет защиты. Снаряд с космической скоростью пробьет всё, что угодно. Военный эксперт Павел Фельгенгауэр добавляет: «Можно будет резко сократить калибр, по меньшей мере, в два раза. А значит, больше боезапас, меньше вес. Не будет артиллерийского пороха на борту, а это защита самого танка, он будет менее уязвим. Взрываться будет нечему».

• Недавно в прессе была опубликована информация о том, что 10 декабря 2010 года ВМС США провели испытание рельсотрона, которые были признаны успешными. Проверка оружия проводилась на мощности в 33 мегаджоуля. Согласно расчётам ВМС США, такая мощность позволяет выстреливать металлическим снарядом на расстояние до 204 километров, причём в конечной точке скорость болванки составляет около 5,6 тысячи километра в час.

Предполагается, что к 2020 году будут созданы орудия с дульной энергией в 64 МДж. Эти орудия должны поступить на вооружение строящихся в США эсминцев серии DDG1000 Zumwalt, чья модульная конструкция и электрическая трансмиссия рассчитывались с прицелом на перспективные ЭМ-пушки. 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

• Рыночные реформы в России резко затормозили работы по созданию рельсотрона. Но, несмотря на сокращение финансирования военных разработок электромагнитного оружия, отечественная наука также не стоит на месте. Свидетельством тому – систематическое появление русских фамилий в материалах ежегодной международной конференции по электромагнитному разгону EML Technology Symposium.

Испытания в Шатуре также свидетельствуют о нашем движении вперёд в этом направлении. О сравнительном соотношении возможностей России и США в этой области можно судить по конкретным показателям испытаний. Трехкилограммовый снаряд американцы разогнали до 2,5 километра в секунду (что близко к пороховому ускорителю). Наш снаряд в тысячу раз меньше (3 грамма), но его скорость в два с половиной раза выше (6,25 км,/сек.)

По-разному звучат и оценки перспектив. «На современных кораблях — и американских, и российских — использовать такое оружие нельзя. Для него просто не хватит энергии. Потребуется создание нового поколения кораблей с энергетической системой, которая обеспечит как двигатели судов, так и их оружие», — говориться в опубликованном в печати заявлении управления вооружения и эксплуатации ВМФ России.
• В то же время американские военные журналы уже публикуют макеты первого корабля, который может получить новое оружие. Эсминец XXI века DDX должен появиться к 2020 году.

/Сергей Турченко, topwar.ru/

army-news.ru

Рельсотрон - это... Что такое Рельсотрон?

Рельсотрон (рельсовый ускоритель масс, рельсовая пушка, англ. railgun) — импульсный электродный ускоритель масс, принцип действия которого основан на силе Лоренца, превращающей электрическую энергию в кинетическую энергию. Является перспективным оружием.

Принцип действия

Принцип действия.

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 под действием силы Лоренца, которая возникает при замыкании цепи в возбужденном нарастающим током магнитном поле. Сила Лоренца (cила Ампера) действует и на рельсы, приводя их к взаимному отталкиванию. Иногда используется подвижная арматура, соединяющая рельсы.

Преимущества и недостатки

С изготовлением рельсотрона связан ряд серьёзных проблем: импульс тока должен быть настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел испариться и разлететься, но возникла бы ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. На снаряд или плазму действует сила Лоренца, поэтому сила тока важна для достижения необходимой индукции магнитного поля и важен ток, протекающий через снаряд перпендикулярно силовым линиям индукции магнитного поля. При протекании тока через снаряд, материал снаряда (часто используется ионизированный газ сзади легкого полимерного снаряда) и рельса должны обладать:

Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверхбольших скоростей (скорость снаряда в огнестрельном оружии ограничивается кинетикой проходящей в оружии химической реакции). На практике рельсы изготавливают из бескислородной меди, покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые брусочки или проволоку, может использоваться полимер в сочетании с проводящей средой, в качестве источника питания — батарею высоковольтных электрических конденсаторов которая заряжается от генератора Маркса, ударных униполярных генераторов, компульсаторов, и прочих источников электрического питания с высоким рабочим напряжением, 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 проводящая среда, после подачи напряжения на рельсы снаряд разогревается и сгорает, превращаясь в токопроводную плазму, которая далее также разгоняется. Таким образом, рельсотрон может стрелять плазмой, однако вследствие её неустойчивости она быстро дезинтегрируется. При этом необходимо учитывать, что движение плазмы, точнее, движение разряда (катодные, анодные пятна), под действием силы Лоренца возможно только в воздушной или иной газовой среде не ниже определенного давления, так как в противном случае, например, в вакууме, плазменная перемычка рельсов движется в направлении обратном силе Лоренца — т. н. обратное движение дуги. При использовании в рельсотронных пушках непроводящих снарядов, снаряд помещается между рельсами, сзади снаряда тем или иным способом между рельсами зажигается дуговой разряд, и тело начинает ускоряться вдоль рельсов. Механизм ускорения в этом случае отличается от вышеизложенного: сила Лоренца прижимает разряд к задней части тела, которая, интенсивно испаряясь, образует реактивную струю, под действием которой и происходит основное ускорение тела.[1]

Существующие образцы

Испытания рельсотрона в Naval Surface Warfare Center, ВМС США, январь 2008 года

Первый крупный рельсотрон был спроектирован и построен в 1970-х годах Джоном П. Барбером из Канады и его научным руководителем Ричардом А. Маршаллом из Новой Зеландии в Исследовательской школе физических наук Австралийского национального университета.

В середине 80-х советскими учёными был создан прототип рельсотрона который на данный момент мощнее аналогичных систем нашего времени. Скорость снаряда изготовленного из пластмассы размером сравнимым с бутылочной пробкой достигала 9960м/с и прошибала 3 слоя дюралюминия толщиной 4 см.[источник?]

В феврале 2008 года ВМС США продемонстрировали рельсотрон с дульной энергией 10 МДж и дульной скоростью 2520 м/с (9000 км/час).[2] 10 декабря 2010 года в Центре разработки надводного вооружения ВМС США в Дальгрене, штат Вирджиния было проведено успешное испытание рельсотрона с дульной энергией 33 МДж.[3] Масса используемых в тестах снарядов вариировалась между 2 и 3,2 кг. В феврале 2012 года близкий к серийному образцу прототип промышленного рельсотрона от BAE Systems был доставлен в Дальгрен и испытан на 32 мегаджоулях[4]. Серийный образец этой системы должен иметь дальность до 180 км, а в перспективе — до 400 км; инженеры разрабатывают системы автоматической подачи снарядов, охлаждения и питания установки.[5]

К 2018 году планируется произвести первые испытания на воде. К 2020 году эти орудия должны поступить на вооружение строящихся в США эсминцев типа «Замволт», их модульная конструкция и электрическая трансмиссия рассчитывались с учетом перспективного ЭМ-вооружения. К 2025 году планируется достичь дульной энергии 64 МДж.

В массовой культуре

В литературе

  • В книгах серии Halo рельсотронами оборудованы некоторые космические корабли людей.
  • В фантастической книге Армагеддон серий Империя автор Роман Злотников описывает рельсовые станковые пулемёты а также пушки установленные на доспехах Латников

Кинематограф

  • В фильме «Трансформеры: Месть падших» рельсотрон установлен на корабле ВМС США.
  • В фильме «Стиратель» протагонист борется с нелегальным распространением ручных рельсотронов.
  • В сериале «Звездные врата SG-1» на земные корабли устанавливались рельсотроны.
  • В аниме и манге «To Aru Majutsu no Index» эспер Мисака Микото благодаря своей силе может использовать способность схожую с выстрелом рельсотрона.
  • В фильме «Терминатор» сам терминатор стреляет из двух рельсотронов

Компьютерные игры

  • В Quake II, Quake III Arena и Quake 4 рельсотрон стреляет снарядами из обедненного урана и является популярным снайперским оружием вследствие высокой точности стрельбы и убойной силы. Во всех трех играх выстрел имеет характерный закрученный винтом дымный след (в Quake III Arena — опционально).
  • В игре Mass Effect 3 спаренные рельсотроны представляют собой колоссальное оружие класса "земля-космос", установленные на родине расы кроганов - планете Тучанка.
  • В игре Eve Online рельсотроны являются штатным оружием рас Галленте и Калдари.
  • В игре Санитары подземелий также используется рельсотрон. Подразумевается, что это «тот самый» Рэйлган из Quake.
  • В Command & Conquer: Tiberian Sun рельсотроном вооружены GDI Mammoth Mk. 2 и ghost stalker. Также рельсотрон присутствует в Command & Conquer: Renegade.
  • В Command & Conquer 3: Tiberium Wars и Command & Conquer 3: Kane's Wrath рельсотрон можно установить на танки: "Мамонт" и "Раптор", оборонительную структуру GDI "Гуардиан" им вооружены штурмовики по умолчанию, а также он добавляется на эпический юнит СТ-ТМ.
  • В Metal Gear Solid рельсотроном вооружен передвижной пусковой комплекс Metal Gear REX; в Metal Gear Solid 2: Sons of Liberty и Metal Gear Solid 4: Guns of the Patriots встречается переносной рельсотрон, причём в последней он доступен игроку в качестве личного оружия.
  • В Warhammer 40000 рельсотроны используются Империей Тау.
  • Рельсотрон ("Рельса") присутствует в Танки Онлайн
  • В играх серии Red Faction (первой и второй части) в качестве личного переносного вооружения присутствует рельсотрон («railgun» / «rail driver»), а в третьей части (Red Faction: Guerrilla) — болтер («bolter»), по принципу действия напоминающий рельсовую пушку.
  • В игре Metro 2033 в качестве личного переносного вооружения присутствует рельсотрон.
  • В MMOTPS игре S4 League в качестве снайперского оружия используется рейлган.
  • В игре Ace Combat X2: Joint Assault присутствует вражеский рельсотрон, способный стрелять на огромное расстояние.
  • В игре Duke Nukem Forever есть рельсотрон со снайперским прицелом.
  • В игре Shadow_Warrior есть прекрасно выглядящий и довольно мощный рэйлган.
  • В игре Warzone 2100 можно разработать и использовать как рельсотроны, так и пушки Гаусса (впрочем, судя по описанию и внешнему виду, все они на самом деле — разновидности пушки Гаусса).
  • В игре Resident Evil 3: Nemesis главная героиня Джил уничтожает выстрелом из рельсотрона финального босса.
  • Космическая стратегия «Sins of a Solar Empire» демонстрирует путаницу между рельсотроном и пушкой Гаусса во всей красе: линкоры и стационарные спутники-батареи оснащены «рельсовыми пушками Гаусса» (англ. Gauss Rail Guns).
  • В игре (Galaxy on fire 2) в качестве основного оружия

См. также

Примечания

Ссылки

dic.academic.ru

Рельсотрон Википедия

Рельсотро́н (англ. railgun — рельсовая пушка) — электромагнитный ускоритель масс, разгоняющий токопроводящий снаряд вдоль двух металлических направляющих с помощью силы Лоренца.

Испытания рельсотрона в Naval Surface Warfare Center, ВМС США.
Январь 2008 года

Принцип действия[ | ]

Рельсотрон состоит из двух параллельных электродов, называемых рельсами, подключённых к источнику мощного постоянного тока. Разгоняемая электропроводная масса располагается между рельсами, замыкая электрическую цепь, и приобретает ускорение вследствие силы Ампера, действующей на замкнутый проводник с током в его собственном магнитном поле. Сила Ампера действует и на рельсы, приводя их к взаимному отталкиванию.

История[ | ]

Термин рельсотрон был предложен в конце 1950-х годов советским академиком Львом Арцимовичем для замены существовавшего громоздкого названия «электродинамический ускоритель массы»[1]. Причиной разработки подобных устройств, являющихся перспективным оружием[2], стало то, что, по оценкам экспертов, использование порохов для стрельб достигло своего предела — скорость выпущенного с их помощью заряда ограничена 2,5 км/сек[1].

В 1970-х годах рельсотрон был спроектирован и построен Джоном П. Барбером из Канады и его научным руководителем Ричардом А. Маршаллом из Новой Зеландии в Исследовательской школе физических наук Австралийского национального университета.[источник не указан 1593 дня]

Теория[ | ]

В физике рельсотрона модуль вектора силы может быть вычислен через закон Био — Савара — Лапласа и формулу силы Ампера. Для вычисления потребуются:

  • μ0{\displaystyle \mu _{0}} - магнитная постоянная,
  • d{\displaystyle d} - диаметр рельсов (подразумевается круглое сечение),
  • r{\displaystyle r} - расстояние между осями рельсов,
  • I{\displaystyle I} - сила протекающего в систе

ru-wiki.ru

Что такое рельсотрон и зачем он нужен — Российская газета

Испытания уникального устройства - рельсотрона - вчера были проведены в Шатурском филиале Объединенного института высоких температур РАН. Это электромагнитная пушка выстрелила снарядом весом в 2 грамма, придав ему скорость 3,2 км/с. А в принципе она способна разогнать снаряд массой до 100 грамм до первой космической скорости - 8 км/с и даже превысить ее.

По словам директора института, президента РАН Владимир Фортов, у такой пушки несколько сфер применения. Например, исследовать поведение вещества при экстремально высоких температурах и давлении и понять, как устроена Вселенная. Еще одна сфера - защита от космической угрозы и прежде всего астероидов и комет, а также от космического мусора. Кроме того, рельсотрон может применяться для вывода спутников на орбиту Земли.

Президент РАН отметил, что академия занимается только "физическими вопросами", исследуя механику разрушений, что имеет применение в фундаментальной науке.

Но надо напомнить, что рельстроны являются базой для создания принципиально новых систем вооружения, над ними работают крупнейшие компании мира. Так, в США в 2005 году стартовала программа по созданию такого оружия. В СМИ периодически сообщается про испытания, а к 2020 году планируется поставить их на вооружение американской армии.

Что же такое рельсотрон? Кстати, именно так в конце 50-х годов советский физик Лев Арцимовичем назвал "электродинамический магнитный ускоритель массы". Он напоминает орудийный ствол, внутри которого расположены два длинных электрода или рельса. Ствол должен выдержать огромные нагрузки: давление более 1000 атмосфер, температуру 20-30 тысяч градусов. Между рельсами с помощью мощного электромагнитного поля и разгоняется снаряд. Сила электрического разряда превышает энергию молнии более чем в 100 раз.

Вылетающий с огромной скоростью снаряд способен пробивать любую броню. Ему нет преград. Он способен попадать в цель на расстоянии до 400 километров, что примерно в 10 раз превышает дистанцию стрельбы традиционными корабельными орудиями. Кроме того, снаряды не содержат в себе взрывчатки, что позволит сделать новые корабли более безопасными за счёт сокращения количества находящихся на них взрывчатых веществ. Стоимость выстрела значительно ниже, чем из аналогичной по дальности ракеты, выпущенной из корабельного орудия.

Казалось бы, достоинства "рельсотрона" столь очевидны, что его надо срочно ставить на вооружение. И, тем не менее, многие специалисты сомневаются в эффективности этого "чудо-оружия". Во всяком случае, они уверены, что потребуется минимум десяток лет и сотни миллионов долларов, чтобы реально выпустить его в боевые условия. Словом, не случайно от идеи до нынешних испытаний рельсотрона прошло 100 лет. Считается, что первыми выдвинули идею электромагнитной пушки французские инженеры Фашон и Виллепле еще в 1916 году. Но дальше модели "пушки" дело не пошло, поскольку для того времени разработки казались слишком фантастическими. Систематические научные работы по созданию принципиально новых электродинамических ускорителей массы начались в мире в 50-х годах XX века.

rg.ru

Рельсотрон

TR | UK | KK | BE | EN |
рельсотрон, рельсотрон своими руками
Рельсотрон (рельсовый ускоритель масс, рельсовая пушка, англ. railgun) — 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.

Содержание

  • 1 Принцип действия
  • 2 Теория
  • 3 Преимущества и недостатки
    • 3.1 Физика
    • 3.2 Тактика
    • 3.3 Экономика
  • 4 История
  • 5 Программа ВМС США
  • 6 См. также
  • 7 Примечания
  • 8 Ссылки

Принцип действия

Принцип действия.

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 (сила Ампера) действует и на рельсы, приводя их к взаимному отталкиванию. Иногда используется подвижная арматура, соединяющая рельсы.

Теория

В физике рельсотрона модуль вектора силы может быть вычислен через закон Био — Савара — Лапласа и формулу силы Лоренца. Для вычисления потребуются магнитная постоянная (), диаметр рельс (подразумевается круглое сечение) (), расстояние между серединами рельс () и текущая сила тока в системе ().

Из закона Био — Савара — Лапласа следует, что магнитное поле на определённой дистанции () от бесконечного провода с током вычисляется как:

Следовательно в пространстве между двумя бесконечными проводами, расположенными на расстоянии друг от друга, модуль магнитного поля имеет формулу:

Для того, чтобы уточнить среднее значение для магнитного поля на арматуре рельсотрона, предположим, что диаметр рельса намного меньше расстояния и, считая, что рельсы могут считаться парой полубесконечных проводников, мы можем вычислить следующий интеграл:

По закону Лоренца, магнитная сила на проводе с током равна ; предполагая ширину снаряда-проводника , мы получим:

Формула основывается на допущении, что расстояние между точкой, в которой измеряется сила , и началом рельс больше, чем расстояние между рельсами () в 3-4 раза (). Также были сделаны некоторые другие допущения; чтобы описать силу более точно, требуется учитывать геометрию рельс и снаряда.

Преимущества и недостатки

Физика

С изготовлением рельсотрона связан ряд серьёзных проблем: импульс тока должен быть настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел испариться и разлететься, но возникла бы ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. На снаряд или плазму действует сила Лоренца, поэтому сила тока важна для достижения необходимой индукции магнитного поля и важен ток, протекающий через снаряд перпендикулярно силовым линиям индукции магнитного поля. При протекании тока через снаряд, материал снаряда (часто используется ионизированный газ сзади легкого полимерного снаряда) и рельса должны обладать:

  • как можно более высокой проводимостью,
  • снаряд — как можно меньшей массой,
  • источник тока — как можно большей мощностью и меньшей индуктивностью.

Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверхбольших скоростей (скорость снаряда в огнестрельном оружии ограничивается кинетикой проходящей в оружии химической реакции). На практике рельсы изготавливают из бескислородной меди, покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые брусочки или проволоку, может использоваться полимер в сочетании с проводящей средой, в качестве источника питания — батарею высоковольтных электрических конденсаторов, которая заряжается от ударных униполярных генераторов, компульсаторов, и прочих источников электрического питания с высоким рабочим напряжением, 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 проводящая среда, после подачи напряжения на рельсы снаряд разогревается и сгорает, превращаясь в токопроводную плазму, которая далее также разгоняется. Таким образом, рельсотрон может стрелять плазмой, однако вследствие её неустойчивости она быстро дезинтегрируется. При этом необходимо учитывать, что движение плазмы, точнее, движение разряда (катодные, анодные пятна), под действием силы Лоренца возможно только в воздушной или иной газовой среде не ниже определенного давления, так как в противном случае, например, в вакууме, плазменная перемычка рельсов движется в направлении обратном силе Лоренца — т. н. обратное движение дуги. При использовании в рельсотронных пушках непроводящих снарядов, снаряд помещается между рельсами, сзади снаряда тем или иным способом между рельсами зажигается дуговой разряд, и тело начинает ускоряться вдоль рельсов. Механизм ускорения в этом случае отличается от вышеизложенного: сила Лоренца прижимает разряд к задней части тела, которая, интенсивно испаряясь, образует реактивную струю, под действием которой и происходит основное ускорение тела.

Тактика

  • Использование рельсотрона исключает необходимость хранить на кораблях боезапас обычных снарядов, что повышает живучесть корабля.
  • Сравнительно небольшие размеры снарядов для рельсотрона позволяют увеличить боезапас.
  • Дальность эффективного огня рельсотрона не менее 100 км, но фактически позволяет вести стрельбу с расстояния прямого выстрела по наземной или морской цел

www.turkaramamotoru.com

Рельсотрон до ума доведён | Keddr.com

Эксперименты с электромагнитным орудием, оно же railgun, продолжаются уже довольно давно. Разгоняющая цельнометаллический снаряд без какого-либо участия взрывчатых веществ установка позволяет последнему развить скорость, семикратно превышающую скорость звука. Таким образом оперативность и дальность поражения цели при помощи рельсотрона превосходят аналогичные показатели у серийных крылатых ракет в разы. А об экономии на снарядах (простая металлическая болванка против напичканного электроникой сложного комплекса) и вовсе говорить не приходится. Так вот, судя по имеющейся информации, ВМС США решили сократить программу наземных испытаний такого рода вооружения и перейти к непосредственному вводу рельсотронов в строй как одной из штатных систем эсминцев класса Zumwalt.

Внимание! Если ты пацифист до мозга костей (как и я сам), рекомендую обратиться сразу ко второй ее части во избежание подгорания стула, как это отображено на заглавной иллюстрации. Остальные же могут смело знакомиться с этой несколько атипичной для keddr-а статьей целиком. И не говори потом, что я не предупреждал!

Концепция эффективного боеспособного орудия, работающего по принципу рельсотрона на текущем этапе развития науки и техники подразумевает относительно крупные габариты самой установки и существенные затраты энергии на каждый залп. Создать что-либо меньшего размера, способного демонстрировать удовлетворительные ТТХ, пока что не удалось. А потому изначальными орудийными платформами для railgun-ов были избраны корабли ВМС и корпуса морской пехоты США в частности. Первыми “обнову” должны получить новейшие эсминцы класса Zumwalt. Как наиболее мобильные и универсальные боевые единицы. Именно эти корабли традиционно применяются как автономно, так и в составе крупных флотских соединений. Включая эскорт авианесущих групп. Первым в очереди на собственный рельсотрон отмечен USS “Линдон Джонсон”. Эпохальное событие должно состояться в 2018 году. Коснется ли такой апгрейд всех кораблей серии – пока неизвестно.

Наглядный принцип работы рельсотрона

Так чем же рельсотрон столь примечателен? Во-первых такая установка, как уже упоминалось выше, способна кардинально сократить затраты на каждый залп и уничтоженный объект, исключив во множестве случаев необходимость применения ракет и прочих дорогостоящих видов высокоточного оружия. Определенные сомнения в поражающем эффекте снарядов рельсотрона у некоторых вызывала их цельнометаллическая, исключающая какие-либо взрывчатые вещества структура. Однако не следует забывать о том, с какой скоростью такой снаряд движется в атмосфере. Нагрев от трения о воздух в совокупности со скоростью столкновения с целью приводит к эффекту, полностью аналогичному падению метеорита. Мощный взрыв и поражение широкой номенклатуры даже серьезно укрепленных позиций гарантирован. Летящий со скоростью ~2.3 км/с раскаленный кусок металла – это не игрушки.

Снаряд для railgun-а. В тысячи раз дешевле крылатой ракеты. При той же поражающей способности

В рамках ряда стратегических программ по перевооружению именно рельсотроны в сочетании с боевыми лазерами обязаны заменить традиционные виды на флоте. А их дальнейшее совершенствование неизбежно приведет к миниатюризации и возможности оснащения такого рода установками наземных и воздушных подразделений. А освободившиеся средства из военного бюджета смогут наконец направить на перспективные научно-исследовательские программы, в том числе и двойного назначения.

Громоздкий и прожорливый. Современный рельсотрон

Однако оставим военное применение рельсотрона за скобками. Нас интересуют его мирные возможности. Первым в очереди на конверсионное применение военных разработок стоит транспорт. Железнодорожный состав, будучи заключенным в замкнутый туннель и единоразово получивший импульс от рельсотрона, способен развить во-истину недостижимые ранее скорости. Трение о воздух и, как следствие, нагрев поверхности можно исключить путем организации вакуума в туннеле. Контакт с рельсами так же можно оставить в прошлом, “пересадив” такой состав на магнитную подушку. Трансконтинентальные наземные вояжи с гиперзвуковой скоростью перестанут быть научной фантастикой.

Примеры мирного использования технологии

Ну и, пожалуй, самый очевидный способ применения рельсотронов – запуски космических аппаратов. Такая стартовая установка вполне способна придать кораблю-“снаряду” скорость, даже превышающую необходимую для преодоления земной гравитации “первую космическую”. Ракеты-носители с их химическими твердо- и жидкотопливными двигателями, имеют все шансы раз и навсегда остаться в прошлом.

Да, эти и многие другие возможности гражданского применения перспективной технологии требует решения еще массы инженерных задач. Но, тем не менее, 21-й век вполне может оказаться эпохой транспортной революции. Мне лично по крайней мере этого бы очень хотелось. В той же мере, как не хочется и наблюдать последствия даже единичных применений railgun-а в войне. До скорого!

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

keddr.com

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *