Огнестрельное оружие

Когда слышишь слова «рейлган» или «рельсотрон», практически сразу на ум приходит одна из ранних игр серии Quake — именно там можно встретить это смертоносное оружие. В умелых руках оно открывало дорогу к безоговорочной победе, в неумелых же оказывалось бесполезной штукой. Ну а кто-то вспомнит «винтовку Гаусса» из Fallout. Наверное, инженеры, вдоволь наигравшись, решили попробовать реализовать нечто подобное в жизни.

Короткий экскурс в историю

Конечно, идея и концепция подобного оружия появились давно — говорят, где-то в середине позапрошлого века. Первый шаг к созданию установки, которая для разгона снаряда использует электромагнитное поле, сделал физик Кристиан Биркеланд. Позже, уже в 1901 году, он описывал метод ускорения предмета с помощью электромагнитного поля и, как утверждают некоторые источники, смог выпустить из собранного прототипа снаряд массой 500 г с начальной скоростью 50 м/с.

Более реалистичную концепцию «электрической пушки» придумал француз Андре Луис-Октав Фошон-Вилюпле, оформивший в 20-х годах прошлого века несколько патентов. Идея не получила развития из-за технических ограничений, да и военным было достаточно мощности существовавшего тогда оружия, которое можно было производить массово и недорого. По своей эффективности оно всех устраивало.

Под концепцией рельсотрона, к слову, объединены различные технологии и их комбинации: нельзя однозначно утверждать, что существует единственный способ запуска снаряда, — упоминаются семь базовых типов.

В определенный момент казалось возможным дополнительно применять твердые и жидкие виды топлива для получения более мощного импульса, а под конец Второй мировой войны в Германии предложили задействовать плазму в качестве компонента для разгона снаряда.

Во время экспериментов немецким инженерам якобы удалось запустить 10-граммовый алюминиевый цилиндр с начальной скоростью 1210 м/с.

Тогда же появился концепт аналога пушки Гаусса, однако построить его не удалось. Как выяснилось уже после войны (когда ученые провели более подробные изыскания), для запуска снарядов потребовалось бы невероятное по тем временам количество энергии. С тех пор мало что изменилось.

В 60-х годах ученые смогли сконструировать рейлган для научных целей — благо появился мощнейший униполярный генератор. Вышел массивный, потребляющий много энергии эксперимент. Военные пока оставались ни с чем.

По отдельным данным, которые сложно проверить, советские ученые якобы смогли разогнать 1,3-граммовый снаряд до скорости 4900 м/с. Не исключено, что это ошибка, подобная случившейся в 2016 году. Тогда в СМИ появилась информация об успешном испытании российского рейлгана: реальная скорость в 10 800 км/ч по каким-то причинам превратилась в 11 км/с и с тех пор тиражируется некоторыми изданиями.

Активная же разработка рейлганов для военных началась с середины нулевых. До этого существовал ряд проектов — в 80-х и 90-х годах, — однако заметно продвинуться инженеры-физики не смогли. Дело сдвинулось с мертвой точки лишь после 2011 года, но сейчас прогресс оценивают как спорный и недостаточный. Почему спорный? Потому что характерные для оружия проблемы решить так и не удалось.

Что касается термина «рельсотрон», то его автором называют советского физика Льва Арцимовича.

Как это работает?

Если совсем просто, в рейлгане есть две «рельсы» с положительным и отрицательным зарядом, энергия подается из внешнего источника тока. Установленный между направляющими рельсами снаряд замыкает цепь. Создается электромагнитное поле, по которому и разгоняется болванка. Плазма позади нее может использоваться в качестве дополнительного «ускорителя». Не исключено ее применение как собственно «снаряда», но малоэффективного — он быстро «растворяется».

На запуск легкого снаряда с высокой скоростью требуется сравнительно мало энергии, однако миниатюрные шарики диаметром в несколько миллиметров или сантиметров интересны ученым, а не военным. Может, когда придумают ручные рейлганы, такие «пули» как раз и понадобятся, но пока речь об этом не идет.

С зарядами потяжелее, обладающими необходимой для уничтожения защиты массой, начинаются проблемы, но ведь именно благодаря накопленной кинетической энергии летящая «гиря» способна нанести серьезный ущерб (или, если судить по демонстрационным роликам, сделать набор аккуратных дырок). Сейчас говорят о 15—25 МВт на установку. Это очень много — больше, чем может обеспечить средних размеров военный корабль.

Оптимистично настроенные сторонники нового типа оружия из военных стараются показать как можно более впечатляющие цифры: скорость — выше 10 махов, дальность — чуть ли не 360 км. Но это из разряда совсем уж фантастики. Пока результаты намного скромнее — до 7 махов. Данные о дальности очень различаются, но до «проектных» совсем не дотягивают.

Зачем военным нужен рельсотрон?

Рельсотрон позволяет запустить снаряд с небольшим весом на скорости, превышающей 2500 м/с. Данное ограничение актуально для существующей артиллерии, что обусловлено ее конструкционными особенностями, а также свойствами материалов, которые подвергаются серьезной нагрузке при каждом выстреле.

Эффективная дальность стрельбы из рейлганов, говорят реалисты, в теории может достигать 200 км, а скорость полета снаряда в 7 махов значительно затруднит защиту от него. Расчет, обслуживающий рельсотрон, находится далеко за линией фронта. Плюс высокая точность. Если цель неподвижна.

При размещении на корабле повышается общая безопасность судна, ведь отпадает необходимость перевозить значительные запасы взрывчатки. Боеприпасы занимают меньше места и весят не так много, как традиционные, к тому же могут стоить дешевле.

Рейлганы, лелеют надежду американские военные, смогут использоваться и в составе систем ПВО — вероятно, любой пилотируемый самолет из существующих имеет скорость ниже, чем у железной чушки, выпущенной из «оружия будущего». Впрочем, то же касается и беспилотных летательных аппаратов, а также ракет разных типов, но на сравнительно небольшой дистанции (остается вопрос точности на большом расстоянии).

Минусы рейлганов

В первую очередь — чрезвычайно высокое энергопотребление. Да, эскадренный миноносец класса Zumwalt имеет запас на 58 МВт, половину которого заберет рельсотрон, но таких кораблей мало (3 вместо 32) и вряд ли их повально будут оснащать рейлганами.

Кроме того, существующие установки имеют значительные габариты. Дальность (гипотетическая) стрельбы хоть и впечатляющая, однако траектория полета болванки не корректируется — на снаряде нельзя разместить какие-либо системы управления. По этой причине выстрел за горизонт может оказаться неточным, ведь придется учитывать больше факторов, в том числе рельеф — выстрелить по прямой не получится. Нельзя и «навесить» на болванку взрывчатое вещество для увеличения ее поражающей силы.

Но самый главный минус рейлганов — существующие прототипы способны сделать лишь пару выстрелов до выхода «ствола» из строя.

Что уже существует сегодня?

Крупнейшие инвестиции в оружие нового поколения, как нетрудно догадаться, направляют США. По крайней мере, официально. Не так давно в дело включился Китай, уже добившийся заметных успехов (но это не точно). Россия тоже проводила несколько испытаний.

Как говорилось выше, практически каждый шаг для достижения цели сопровождается противовесом «но». И вот доказательства.

В 2014 году американский адмирал Джонатан Гринерт многообещающе заявил: военно-морские силы намерены начать использование электромагнитных пушек в 2016 году, а первым кораблем, оснащенным рельсотроном, должен стать USNS Millinocket. Он действительно получил установку, но лишь на рендерах, а также в качестве очень дорогостоящего муляжа. Военные не смогли придумать, как обеспечить питание и охлаждение футуристичного орудия. Да и места для размещения всей системы не нашлось.

В 2017-м компания General Atomics с гордостью сообщила о создании нового типа импульсного «аккумулятора» — системы, способной высвобождать огромное количество энергии за очень короткий промежуток времени. То, что требуется военным для обеспечения скорострельности рейлганов. Вопрос отчасти решен, однако появление орудий с «бесконечными» боеприпасами все так же ожидается не ранее 2025 года.

В 2018 году уже Китай объявил о создании мощнейшего рельсотрона. Точнее, источника энергии для него. Местная пресса ограничилась похвальбой в адрес ученых и сообщением об успешных испытаниях. На этом все: никаких технических подробностей — не было информации даже о количестве выстрелов.

Не спят и в Турции:

На разработку рейлганов тратятся сотни миллионов долларов. Только на «преодоление технических сложностей» в последний год в США направлено $45,8 млн. Американцы хотели поставить рельсотрон на «уставший» M2 Bradley. Видимо, этому не суждено случиться. Постепенно военные разочаровываются в инициативе, направляя средства на разработку других типов перспективного оружия — лазеров и так называемых Hyper Velocity Projectile (HPV) — управляемых снарядов, использование которых возможно не только в существующих системах ведения огня, но и в рейлганах (пока не ясно как). Кроме того, вокруг рельсотронов больше тайн, чем откровений — так бывает, когда что-то не получается, но надо надувать щеки. Если коротко: «оружие будущего» оружием будущего и остается.

Не исключено, что постепенно то, что задумывалось как рейлган, превратится в нечто иное — менее дорогое, более простое в реализации, но, возможно, не обладающее описанными фантастическими возможностями. Зато реализуемое. Пока же геймер, вооруженный рельсотроном, страшит больше, чем экспериментальные установки на американских кораблях и тестовых полигонах.

Список источников: TheDrive, Extremetech, ABC, ONR, Naval Technology, The Independent, Techcrunch, Realcleardefense, Nationalinterest, Wired.

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.

Недавно ВМС США объявили о прекращении работ по созданию рельсовой пушки, в результате чего 15 лет разработок и 500 миллионов долларов, затраченных на научно-исследовательские расходы, пошли коту под хвост.

Согласно официальному заявлению ВМС, они намерены перенаправить свои усилия на разработку гиперзвуковых ракет и оружия направленной энергии, поскольку эти виды оружия всё более активно применяются ведущими странами мира.

Однако, возможно, это не единственная причина, по которой ВМС решили отказаться от создания рейлгана. На протяжении всего периода разработки ВМС пытались сделать прототипы рельсотрона «более энерго- и ресурсосберегающими». Так как при каждом выстреле одного из этих прототипов тратилось огромное количество энергии корабля, на котором он был смонтирован.

Кроме того, у рельсотронов ВМФ была еще одна большая проблема — низкая надежность. Из-за огромной отдачи от выстрела, ствол и направляющие очень быстро изнашивались, со временем снижая эффективность и точность оружия без постоянной замены деталей.

Прототип электромагнитного рельсотрона на борту корабля ВМС США Millinocket. Wikimedia Commons

Что такое рельсовая пушка?

Но что же такое рельсотрон? В научной фантастике рельсовая пушка имеют множество названий. Её называли масс-драйвером, электродинамическим магнитным ускорителем массы, а в Doom — пушкой Гаусса.  Но как бы их ни называли авторы, они неизменно изображаются как кинетическое оружие, использующее электромагнитную энергию для запуска снарядов на чрезвычайно высоких скоростях.

С какой скоростью стреляет рельсовая пушка?

По своей концепции рельсовые пушки должны стать одними из самых мощных пусковых установок в мире. Электромагнитный рельсотрон предназначен для запуска снарядов со скоростью на несколько порядков превышающей скорость звука.

Для примера, прототип рельсотрона ВМС США был способен запускать снаряды со скоростью 7 Махов — в шесть раз быстрее скорости звука. Это примерно 5 324 мили в час или (8 570 километров в час), то есть быстрее, чем практически любое другое оружие на планете.

Как далеко может стрелять рельсовая пушка?

Эффективная дальность стрельбы рельсотрона тесно связана со скоростью, с которой он может запустить снаряд. Считается, что наземные или корабельные рельсовые пушки, способные развивать скорость 7 Махов, имеют эффективную дальность стрельбы — примерно 126 миль (202,7 километров или 110 морских миль).

Принцип действия в рельсотрона

Краткая история рельсотрона

Когда французский изобретатель Андре Луи Октав Фошон-Вилле впервые представил миру концепцию электромагнитного рельсотрона, создав в 1918 году функциональный малогабаритный прототип электрической пушки, сразу несколько оружейных компаний по всему миру заинтересовались этой идеей и начали разработку собственных футуристических устройств.

Но только во время Второй мировой войны были представлены первые планы по созданию полностью функциональной, боеспособной рельсовой пушки.  Немецкий инженер Иоахим Хенслер предложил создать  противовоздушную пушку с электромагнитным приводом. Это должна была быть своеобразная интерпретация проекта Виллеплея, разработанного десятилетиями ранее, — «пушки, которая использовала заряд тока для перемещения своих снарядов».

Однако эти идеи так и остались проектом. Рельсовая пушка Хенслера так и не была построена. Несмотря на это, слухи о новом революционном оружии быстро распространились по свету. Но вот в чем проблема?  Несмотря на теоретическую возможность создания такого оружия, его энергетические затраты и эксплуатационные характеристики сделали невозможным разработку этого вида вооружения в ближайшем будущем.

Гипотетическое рельсовое оружие, согласно предложенным техническим характеристикам, потребляло бы при одном выстреле энергию, достаточную для питания половины Чикаго. С того времени вооруженные силы ведущих стран мира неоднократно пытались создать рабочий прототип рельсотрона и испытать его в боевых условиях.

Возможно, самым последним и громким примером попытки военных внедрить в свой арсенал действующую рельсовую пушку является проект ВМС США, стоимостью 500 миллионов долларов. И все же, несмотря на то, что исследования и разработки продвинулись настолько, что было создано несколько функциональных прототипов, ВМС США решили свернуть свой амбициозный проект.

Как работает электромагнитный рельсотрон?

Как следует из названия, электромагнитный рейлган использует электромагнитную энергию для запуска своих боеприпасов. Таким образом, по своей конструкции он больше похож на большой электрический контур, чем на пушку. Рельсотрон состоит из трех основных частей: источника мощного постоянного тока, двух параллельных электродов выполненных в виде рельсов, и размещенного между ними якоря.

Внешний источник электроэнергии поставляет ток к рельсотрону. Этот ток обладает напряжением в миллионы вольт. Миллионы вольт электричества поступают от источника питания на положительный электрод (рельс).

Рельсы (отсюда и название рельсотрона) – это шины из металла с высокой проводимостью, по которым проходит электрический ток. По сути, это гигантский электромагнит, в котором  один рельс положительный, а другой отрицательный.

После того, как ток проходит через положительный рельс, он направляется к якорю, который служит мостом между двумя шинами. Далее ток движется к отрицательному рельсу и, в конечном итоге, возвращаться к источнику питания.

Когда в системе циркулирует ток, образуется сильное магнитное поле, и вместе с ним магнитная сила. Как и любая другая сила, оно имеет величину и направление. В рельсовом орудии эта магнитная сила заряжается до критической точки и используется для выброса снаряда с колоссальной энергией.

Несмотря на огромный потенциал рельсотрона как в морском, так и в воздушном бою, ВМС США так и не смогли устранить многочисленные недостатки рельсотрона. Из-за особенностей работы электромагнитных пушек многие из этих недостатков, в настоящее время, к сожалению, просто не преодолимы.

Испытания рельсотрона в Naval Surface Warfare Center, ВМС США.

Потенциальное будущее рельсотронов

Согласно последним сообщениям, Китай намерен продолжить дело ВМС США и создать свой собственный вариант рельсотрона. Более того, китайские специалисты уже разработали и испытали в открытом море работоспособные прототипы. Дело осталось за малым — сделать его достаточно надежным, чтобы он полностью соответствовал необходимым требованиям эффективности.

Чтобы создать не только функциональную, но действительно практичную и  эффективную конструкцию, китайские ученые использовали разработки предыдущих проектов. Например, чтобы обойти проблему износа ствола, с которой столкнулись рельсотроны ВМС США, они экспериментировали с жидкими металлами — высокопроводящими охлаждающими материалами, которые значительно уменьшают процессы разрушения конструкции.

По их словам китайских экспертов, новый концепт не только более практичен, чем рельсотрон ВМС, но и позволяет запускать снаряды с более высокой скоростью и на большие расстояния. Так, согласно докладу, опытный прототип запустил снаряд на скорости более 7,5 Махов, поразив цель на дистанции 155 миль (250 километров).

Также известно, что китайские снаряды стоят от $25 000 до $35 000 каждый. При этом у китайцев они получились дешевле, чем стоимость американского боеприпаса (около 88 000 долларов).

В планах Китая поставить на вооружение свою первую электромагнитную пушку уже к 2025 году. В связи с этим разведка США бьет тревогу, а Конгресс намерен выяснить, на что именно были потрачены  полмиллиарда долларов. Ну, в итоге, конечно же, всё спишут, на национальную безопасность и угрозы со стороны Российской Федерации.