Рельсотрон

Определение

Рельсотрон — импульсный электродный ускоритель масс, состоящий из двух параллельных электропроводных шин, вдоль которых движется электропроводная масса: снаряд или плазма. Принцип работы основан на превращении электрической энергии в кинетическую энергию снаряда. Другие названия: рельсовый ускоритель масс, рельсовая пушка.

Принцип действия

Официальной физикой считается, что рельсовая пушка использует электромагнитную силу Лоренца или силу Ампера, чтобы разогнать электропроводный снаряд, который изначально является частью цепи. Иногда используется подвижная арматура, соединяющая рельсы. Ток, идущий через рельсы, возбуждает магнитное поле B между ними, перпендикулярно току, проходящему через снаряд и смежный рельс. В результате происходит взаимное отталкивание рельсов и ускорение снаряда под действием силы.

Преимущества и недостатки

С изготовлением рельсотрона связан ряд серьёзных проблем: импульс тока должен быть настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел бы испариться и разлететься, но возникла бы ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. Поэтому материал снаряда и рельс должен обладать как можно более высокой проводимостью, снаряд как можно меньшей массой, а источник тока как можно большей мощностью и меньшей индуктивностью. Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверхбольших скоростей. На практике рельсы изготавливают из бескислородной меди, покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые брусочки или проволоку, в качестве источника питания — батарею высоковольтных электрических конденсаторов, генераторы Маркса, ударные униполярные генераторы, компульсаторы, 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 проволока, после подачи напряжения на рельсы проволока 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, т.к. в противном случае, например, в вакууме, плазменная перемычка рельсов движется в обратном силе Лоренца направлении - т.н. обратное движение дуги. Следует добавить, что в рельсотронных пушках можно ускорять и непроводящие снаряды. Для этого снаряд помещается между рельсами, сзади снаряда тем или иным способом между рельсами зажигается дуговой разряд, и тело начинает ускоряться вдоль рельсов.

Существующие образцы

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

Фотография получена с помощью высокоскоростной видео камеры во время испытаний рельсотрона (EMRG) в Морском военном центре Dahlgren, Вирджиния, 31 января 2008 года, выстреливающего 3.2-кг снаряд в 10.64 мегаджоулей со скоростью 2520 метров в секунду. Офис Морской научно-исследовательской программы EMRG - часть Научного отдела Военно-морского флота и технологических инвестиций США, сосредотачивающегося на разработке новых технологий с целью поддержки Военно-морского флота США.

Первая крупномасштабная рельсовая пушка была спроектирована и построена 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 качестве источника энергии в конструкции был использован униполярный генератор — “Марк Олифант”, с 500 МДж запасённой энергии.

В феврале 2008 года ВМС США продемонстрировали рельсотрон с энергией 10 МДж, снаряд которого развил дульную скорость 2520 м/с (9000 км/час) [3]. ВМС США планирует установку рельсотронов на свои боевые корабли к 2020 году.

10 декабря 2010 года, в Центре разработки надводного вооружения ВМС США в Дальгрене (штат Вирджиния), было проведено успешное испытание рельсотрона, мощность выстрела которого составила 33 мегаджоуля. К 2018 году планируется произвести первое испытание на воде, а к 2020 году начать серийную установку на боевые корабли. Предполагается, что к 2025 году удастся достичь дульной энергии в 64 МДж. Эти орудия должны поступить на вооружение строящихся в США эсминцев серии DDG1000 Zumwalt, чья модульная конструкция и электрическая трансмиссия рассчитывалась с прицелом на перспективные ЭМ-пушки.

Последние новости из США об испытаниях испытали рельсотрона

13 декабря 2010г.

Американские ВМС накануне провели испытание рельсотрона - пушки, снаряду которой ускорение придается электроимпульсами. Испытания проводились 10 декабря 2010 года и по итогам экспериментов были признаны успешными. Ожидается, что новое оружие будет установлено на боевые корабли ВМС США, включая эсминцы от проекта DDG-1000 Zumwalt.

Испытывали новую пушку в Центре Дальгрен по разработке надводного вооружения при МВС Соединенных Штатов. Проверяли специалисты рельсотрон на мощности в 33 мегаджоуля. Согласно расчетам экспертов при МВС, такая мощность впоследствии позволит стрелять металлическим снарядом на расстояния до 203,7 километра. В конечной точке скорость болванки будет достигать пяти чисел Маха (около 5,6 тысячи километров/час).

Состоявшееся испытание нового рельсотрона стало рекордным – потенциальная мощь пушки, как минимум, в три раза превысила аналогичный показатель, установленный в ходе испытания в январе 2008 году .

Отметим, рельсотрон – это специальная пушка, которая использует для разгона электропроводного снаряда электромагнитную силу. Свое название он получил благодаря двум контактным рельсам, между которыми и проходит снаряд. Сегодня использование оружие на боевых кораблях пока невозможно, поскольку выстрел поглощает большое количество энергии, а точность стрельбы пока еще не стопроцентная.

Ссылки:

  1. Плазменные ускорители — статья из Большой советской энциклопедии
  2. Реактивное движение при газовом разряле от внешнего токоподвода (рус.) // Письма в ЖТФ. — 1989. — Т. 13. — № 15.
  3. U.S. Navy Demonstrates World's Most Powerful EMRG at 10 Megajoules.