Рельсотрон – зброя майбутнього
Невже резерв для подальшого розвитку різних видів зброї близький до вичерпання і надати йому нового імпульсу здатна лише поява його різновидів, що діють на підставі інших фізичних принципів? Так, це так, але перші кандидати на роль зброї майбутнього вже є. Найбільш перспективними з них вважаються "рельсотрони".
Сьогодні у публіцистів та футурологів стало гарним тоном розповідати про зупинку прогресу. "Технічна історія людства, - кажуть вони - припинила свій перебіг. У кожне нове відкриття доводиться вкладати мільйони грошей, сотні тисяч людино-годин, а прогрес у результаті вже не йде семимильними кроками, а повзе зі швидкістю міліметр на рік".
Щодо вогнепальної зброї це твердження частково здається справедливим. Якщо подумки покласти поруч китайське "вогняне спис" X століття (бамбукову палицю з трубкою, начинену порохом і камінчиками) і сучасну штурмову гвинтівку - прогрес здається очевидним. А якщо подумки поставити неподалік, скажімо, французьку кулеврину "Вбивцю" зразка XIV століття і САУ "Коаліція -СВ", то всі ці гармати з музеїв і зовсім починають здаватися чимось на зразок дубини неандертальця.
А от якщо "розібрати і подивитися що там усередині", то з'ясується що вогнепальна зброя за 7 століть свого розвитку пройшла куди менший шлях ніж авіація з часів дослідів Бартоломеу де Гусмана та польоту братів Монгольф'є, і ніяких "революцій", подібних до появи літальних апаратів важче повітря у його історії не спостерігалося. Фактично і САУ "Коаліція" та "вогняний спис" використовують один і той же принцип - замість м'язової або механічної енергії, снаряд у бік противника викидається за допомогою газу, що утворюється в обмеженому обсязі в ході хімічної реакціїсамоокислення, тобто згоряння речовини, з якої складається метальний заряд. Всі інновації в цій галузі можна перерахувати на пальцях: багатовікова еволюція системи заряджання від засипання пороху прямо в стовбур до унітарних зарядів, шлях від вставлявся в отвір гніт до сучасної автоматики, що забезпечує скорострільність в 6000 пострілів в хвилину, нарізка каналу …
Сьогодні інженерна думка націлена на вирішення трьох основних проблем: повного згоряння гільзи, удосконалення активно-реактивних боєприпасів та створення куль з коригуваною траєкторією польоту для ручної вогнепальної зброї. Загальний принцип залишається таким самим, яким він був у X столітті. Резерв для подальшого розвитку та модернізації близький до вичерпання та надати розвитку новий імпульс здатна лише поява зброї, що діє на підставі зовсім інших фізичних принципів.
Першу спробу зійти убік з второваного шляху зробив не хто інший, як Леонардо да Вінчі, який запропонував виштовхувати снаряд зі ствола за допомогою пари. З того часу парову гармату намагалися винайти неодноразово, але кожен новий зразок за своїми балістичними характеристиками, надійністю та складністю виготовлення безславно програвав змагання з "традиційними" пороховими системами. Швидкострільність найвідомішого екземпляра вітчизняної парової зброї — 7-лінійної (17,5 мм) гармати Кареліна за мірками 1829 року, була вражаючою — 50 пострілів за хвилину і все одно вона залишилася експонатом Артилерійського музею в Санкт-Петербурзі, що існує в єдиному екземплярі. Така ж доля спіткала і сучасну їй парову гармату Перкінса, яка робила на 10 пострілів за хвилину більше.
"Рельсотрони" та "гауси" найбільш близькі до наших усталенихуявленням про зброю. Поразка мети у них здійснюється матеріальним снарядом, а чи не " променями смерті " , дієвість яких обмежується передусім самої атмосферою Землі, і, наприклад, тим, що людське тіло більш ніж 70% складається з води, нагріти яку тепловим променем значно складніше. Зате електромагнітна зброя, здатна викинути снаряд зі швидкістю майже дев'ятиразово перевищує швидкість звуку, дає безліч незаперечних переваг у порівнянні з "традиційним" вогнестрілом.
"Гаусси", незважаючи на зовнішню простоту схеми, поки що безнадійно програють змагання "рельсотронам" і, швидше за все, бойова зброя, заснована на даному принципі, навряд чи з'явиться взагалі. Розгін снаряда забезпечується за рахунок проходження кулі, зробленої з електропровідного матеріалу, по стволу з діелектрика, через ряд котушок, що створюють магнітне поле. На прикладі домашніх виробів, здатних загнати гвоздик в ціль для дартса з відстані кілька метрів, виглядає ефектно, але при цьому дає вкрай низький ККД (1-2 відсотки).
Навіть при застосуванні багатоступінчастої системи розгону з послідовним перемиканням котушок, у кінетичну енергію переходить лише 27 відсотків заряду (для порівняння — у сучасної вогнепальної зброї цей показник коливається близько 30-35 відсотків). Досить висока витрата енергії в поєднанні з великою вагою установки і відносно низькою швидкістю снаряда, робить розвиток "гауссів" справою безперспективною, принаймні — на нинішньому рівні технологій.
Схема рейкових прискорювачів дає конструкторам зброї майбутнього значно більше переваг над порохом, насамперед за рахунок можливості розганяти надмалі маси до надвисоких швидкостей. У загальному вигляді схема виглядає так: по двохелектродам, підключеним до джерела постійного струму, силою впливу електромагнітного поля розганяється, снаряд одночасно замикає ланцюг. Сам принцип, згідно з яким електрична енергія переходить у кінетичну у фізиці називається "силою Лоренца".
Перший патент на рейкову зброю було отримано французом Андре Луї-Октавом Фошоном Вієпле ще 1902 року. Випробування проводилися з 1916 по 1918 рік, причому велися вкрай недбало, вимірювання сили струму та початкової швидкості снаряда не проводилися, і в результаті вдалося встановити тільки саму можливість створення такої зброї.
Під час наступної світової війни трофейними матеріалами по рейкових гарматах зацікавилося керівництво німецького Управління озброєнь, яке судомно хапалося за будь-який проект, який міг би зіграти роль чудо-зброї. Тема з електромагнітної зброї (що включала як рельсотрони, так і гармати Гаусса) була доручена доктору Йоахіму Хенслеру, випробування проводились у 1944-45 роках у залізничному тунелі поблизу міста Клайс у Верхній Баварії. Перший створений групою Хенслера прототип рейкової гармати LM-2 з довжиною напрямних 2 метри розганяв алюмінієвий циліндр вагою 10 грамів до швидкості 1080 м/с; при нарощуванні довжини стовбура вдвічі швидкість зросла до 1200 м/c. Для порівняння – найкраща німецька зенітна зброя періоду Другої світової війни – 12,8 sm. Flak 40 мало початкову швидкість всього 880 м/c.
Не дивно, що результатами випробувань дуже зацікавилося командування Люфтваффе, що видав Хенслеру замовлення на рейкову зенітну зброю, здатне вести вогонь снарядами, що містять по півкіло вибухової речовини, зі швидкістю розгону в 2000 м/c і скорострільністю 10-1. Однак така зброя так і не була побудована, а прототип LM-2 у 1945 р.році був захоплений американцями, які видали після нової серії випробувань наступний висновок: балістичні характеристики безумовно видатні, проте для кожного пострілу потрібна кількість електроенергії, "якого вистачило б на освітлення половини Чикаго".
Швидкість снаряду надалі планується довести до 5,8 тисячі м/c, скорострільність – до 6-15 пострілів за хвилину, а дальність прицільного вогню – до 370 кілометрів. Потужність при цьому зросте до 64 мегаджоулів і енергії така установка споживатиме не менше 16 МВт, що суттєво навіть за мірками корабельних 72 МВт газотурбінних генераторів, які планується встановити на Цумвальті. Поки що енергетична установка, необхідна для проведення пострілу з рельсотрону, займає невелику залу в Центрі розробки надводного озброєння ВМС США Дальгрен, де проходять його випробування. Зважаючи на те, що програму досі не підвели під скорочення військового бюджету — результати були визнані значущими і появи рейкових гармат на озброєнні американського флоту слід очікувати протягом 10-15 років.
В Україні розробкою рейкової зброї займаються вчені з Шатурської філії Об'єднаного інституту високих температур РАН, причому там пішли дорогою дещо відмінною від американської. Творці вітчизняної "рейки", не мудруючи лукаво, вирішили, що все нове - це добре забуте старе і запропонували для вирішення проблеми подачі енергії пристрій, який у чомусь нагадує про звичні нам артилерійські снаряди. Роль гільзи з порохом у "рельсотроні Арцимовича" грає вибухомагнітний генератор, повне згоряння якого створює потужний електромагнітний імпульс, необхідний розгону снаряда силою Лоренца.
Усередині генератора знаходиться ще одна гармата, цього разу — електротермічна, в якуспочатку і вміщено снаряд. Від рейкової гармати вона відрізняється відсутністю власне "рейка", розгін здійснюється за допомогою тиску, створюваного миттєвим викидом високотемпературної плазми. Кадри з випробувань, хоч і виглядають не так яскраво як у американців, проте, вражають: відлита з легких полімерів кулька вагою всього в 2 грами наскрізь пробиває кілька поставлених у ряд мішеней зі сплаву сталі з дюралем, залишаючи в кожній з них величезні рвані дірки.
Співробітники шатурської філії, до речі, пропонують використовувати свої "гільзи" окремо від рейкової гармати - як бойові частини зенітних ракет, що дасть можливість не тільки завдавати повітряним цілям фізичних пошкоджень, але й випалювати всю їх електронну "начинку" імпульсом від підриву вибухомагнітного генератора.
На цій оптимістичній ноті змусимо фанфари замовкнути і поговоримо про ті проблеми, вирішення яких розробники "рейлганів" і "рельсотронів" ще не приступали. Джерелами енергії їх список не вичерпується, для нової зброї знадобляться ще й нові матеріали. Справа в тому, що горезвісна сила Лоренца в момент пострілу діє не тільки на снаряд, але ще й на самі рейки, прагнучи розвести їх у різні боки. Крім того, снаряд, що розганяється, від нагрівання розширюється і, прискорюючись, буквально знімає з рейок стружку.
Направляючі в американської гармати зроблені з сріблом безкисневої міді, і після кожних двох-трьох пострілів їх доводиться міняти, так що скорострільність в 10-15 пострілів за хвилину може бути досягнута лише теоретично. Крім того, не дуже зрозуміло з чого повинен бути зроблений снаряд, враховуючи що навіть найбільш тугоплавкі матеріали, що використовуються нами, на швидкості, що перевищує 7500 м/с, просто руйнуються від тертяповітря, перетворюючись на згустки плазми. А ще доведеться створити зовсім інші системи наведення та приціли, придатні для вирішення завдання "потрапити кулею в кулю". Роботи, як кажуть, непочатий край.
Залишилося відповісти на останнє запитання — а навіщо все це потрібно? Навіщо витрачати величезні кошти на створення зброї на нових фізичних принципах, якщо існують перевірені сотнями воєн порохові гармати та гвинтівки для яких, до того ж, активно розробляються "розумні" снаряди та кулі, здатні дістати мету практично за будь-яких обставин?
Головна перевага "рейкової зброї" полягає в її здатності вражати ціль снарядом щодо малого калібру на швидкості, що перевищує швидкість поширення звуку в матеріалі, з якого складається ціль. І, зрозуміло, у можливості регулювати швидкість польоту снаряда в залежності від того ефекту, якого ми хочемо досягти.
При стрільбі з "рейлгана" по танку за бажанням можна буде пробити броню, влаштувати вибух на її поверхні або домогтися такої сили зіткнення, що снаряд перетвориться на потік іонізованих частинок, що гарантовано знищують всю електроніку, а заразом і весь екіпаж. Того ж ефекту можна буде добитися і при стрільбі за прихованим живим цілям.
Ще можна буде створити зенітні знаряддя для того, щоб "знімати" супутники з низької орбіти. І рейкові катапульти для того, щоб їх туди запускати. Як бачите, залишилося всього лише вирішити пару десятків фізичних та інженерних проблем — і майбутнє вже не за горами.