Рельса — матрица или реальность?

Современный мир — сплав фантазии и технологического прогресса. Разумеется, этой участи не избежали и вооруженные силы. Компьютерные игры, фантастические фильмы вовсю используют как действующие образцы оружия, так и выдуманные. А что же происходит в нашей любимой игре?

Одно из наиболее популярных орудий в игре «Танки Онлайн» — это «Рельса». Мы попытались разобраться, где тут вымысел, а где реальность. Быть может, «Рельса» существует на самом деле?

Самый очевидный реальный аналог «Рельсы» — это так называемые «рельсотроны», ЭМП (электромагнитные пушки), разработки которых ведутся уже много лет во многих странах мира. «Рельсотрон» — вовсе не выдумка, это реально существующая электромагнитная пушка. «Рельсовая пушка» или «рельсотрон» (англ. Railgun) — одна из технологий вооружения, основанная на превращении электромагнитной энергии в кинетическую, используемую для движения снаряда. Также её называют «рельсовым ускорителем масс» или просто электромагнитной пушкой.

Сверхпробиваемость, огромная дульная скорость снаряда, длительное время перезарядки боевых прототипов, да и само название, особенно на английском, — Railgun — всё это даёт нам возможность провести явную аналогию с давними разработками и реалиями нашего проекта.

Принцип устройства «рельсотрона» предельно прост. На рельсы подается сильный электрический ток, между ними располагается подвижный проводящий снаряд. Из курса физики многие помнят, что ток неизбежно создает магнитное поле, которое находится вокруг проводника. Направление поля определяется правилом левой руки. Линии магнитного поля направлены против часовой стрелки вокруг плюсового рельса и по часовой стрелке вокруг минусового. В результате между рельсами создается общее однонаправленное вертикальное магнитное поле и на снаряд начинает действовать сила Лоренца. Именно эта сила разгоняет проводящий снаряд.

На практике рельсы изготовляют из бескислородной посеребренной меди, снаряды — из алюминия. Вследствие воздействия огромных токов снаряд во время разгона может расплавиться или превратиться в плазму, которая дальше разгоняется и летит в цель. Для разгона снаряда до «боевых» скоростей необходима большая энергия, мощный электрический импульс. Энергию можно получить несколькими способами, самый простой из них — накопить в конденсаторе. Правда, батареи конденсаторов занимают немало места, но есть и другие способы получения мощного электрического разряда. Например устройство по преобразованию энергии взрыва (скажем, тротила) в электрическую энергию.

У данного типа оружия есть много неоспоримых преимуществ. Дешевизна и простота снарядов — стрелять можно даже просто куском металла. Относительная бесшумность может быть даже звук выстрела «рельсотрона» не идет ни в какое сравнение с грохотом детонации заряда в стволе крупнокалиберного орудия. Огромнейшие скорости снарядов — до 15 километров в секунду! — и чудовищная пробивающая способность. В отличие от ракет и снарядов, которые можно сбить в воздухе, защититься от куска металла, летящего в тебя со второй космической скоростью, — задача весьма нетривиальная и на данный момент практически нерешаемая.

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 советские учёные создали прототип «рельсотрона», который на данный момент намного мощнее любых аналогичных систем нашего времени. Скорость снаряда, изготовленного из пластмассы, по размерам сравнимого с бутылочной пробкой, достигала 9960м/с и пробивала 3 слоя дюралюминия толщиной 4 см.

Первый промышленный прототип боевого рельсотрона построен известной оружейной корпорацией BAE Systems. Устройство не предназначено для принятия на вооружение, но на данный момент является самым близким к будущей серийной «электропушке» образцом.

В феврале 2008 года ВМС США продемонстрировали рельсотрон с дульной энергией 10 МДж (один мегаджоуль сравним с кинетической энергией однотонного автомобиля, несущегося на скорости 160 км/ч) и дульной скоростью 2520 м/с (9000 км/час).

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. Масса используемых в тестах снарядов варьировалась между 2 и 3,2 кг. При скорости соударения с целью, оцениваемой в 1,6-1,7 км/с, таким снарядам и взрывчатка не нужна.

В феврале 2012 года близкий к серийному образцу прототип промышленного рельсотрона от BAE Systems был доставлен в Дальгрен и испытан на 32 мегаджоулях. 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. Также демонстратор, созданный BAE Systems, использует передовые композитные материалы и должен показать большую живучесть ствола, нежели его лабораторный предшественник.

Вскоре к военным должен поступить и второй прототип боевого рельсотрона, построенный General Atomics.

Инженерам из промышленных компаний дано задание разработать систему автоматической подачи снарядов для таких орудий, систему охлаждения (для «рейлганов» — очень актуальная проблема), а также мощные и энергоёмкие импульсные системы питания. Благодаря перечисленным особенностям, грядущие модели EMRG должны не только обеспечивать высокую начальную скорость снарядов, но и выполнять требование военных по скорострельности, то есть делать по 6-10 выстрелов в минуту без перегрева (знакомая скорострельность, правда?).

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 лаборатории Шатурского филиала Объединенного 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 трех граммов. Однако разрушительные способности такой «горошины» поразительны. Достаточно сказать, что поставленная на её пути стальная пластина просто-напросто испарилась, превратившись в плазму.

Также в России далеко продвинулись в вопросе применения рельсотрона в мирных целях. Федеральный центр двойных технологий «Союз», институт ТРИНИТИ, НИИФА имени Ефремова и Курчатовский институт объединили усилия для создания системы предварительного электродинамического разгона ракеты для вывода полезного груза на околоземную орбиту.

Из рассказа специалиста ГНЦ РФ ТРИНИТИ Анатолия Константиновича Кондратенко, проектный образец разгонной секции, предложенный институтом, представляет собой гигантский многовитковый рельсотрон с размерами канала 1,5х2 м. Ускорительный комплекс будет состоять из набора секций длиной по 10–20 м, к каждой из них будет подводиться коммутируемый импульс от накопителя СПИН (сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии). Общая длина комплекса составит до 3,7 км. Рельсотроны будут разгонять космический аппарат, заключенный в специальный обтекатель, до скорости 2 км/с. Это именно та скорость, до которой сохраняется надежный металлический контакт, необходимый для разгона тяжелой полетной сборки.

Основное препятствие на пути применения систем предварительного разгона — это колоссальные перегрузки (до 60 g), действующие на космический аппарат. Выдержать такие перегрузки не могут не только люди, но и ракетные двигатели. И все же игра стоит свеч: предварительный разгон полетной сборки до 2 км/с обещает вдвое снизить стоимость доставки 1 кг груза на орбиту.

Ну, а пока мы можем зайти в любой бой, и насладиться отличной пробиваемостью, скоростью и мощностью многими любимой пушки «Рельса», в то время как сильные мира сего лишь мечтают о таком оружии.

Авторы: ReaPPeRofDarK & Les_Alterman