В 1957 году в Журнале экспериментальной и теоретической физики вышла статья «Электродинамическое ускорение сгустков плазмы» под авторством Льва Арцимовича. Он описал схему разгона плазмы с помощью магнитного поля проводников. Эта технология легла в основу перспективного «оружия будущего» — рельсотрона.
Рельсотрон, или электродинамический ускоритель массы, представляет собой пушку, в которой для разгона снаряда используется не химическая реакция, а электромагнитная сила. Основными частями орудия являются мощный источник электропитания, электрокабели, различная аппаратура и сама пусковая установка. Пушка состоит из двух параллельных электродов (рельс), стянутых усилителями прочности, и электропроводящего объекта (снаряда), замыкающего электрическую цепь.
Принцип действия можно рассмотреть поэтапно. На рельсы подаётся мгновенный токовый импульс огромной мощности. Газ между электродами нагревается до нескольких тысяч градусов и превращается в плазму — четвёртое агрегатное состояние вещества, способное проводить ток.
Устройство работы рельсотронной пушки (на переднем плане) и её составные части (на заднем плане)
Течение тока между рельсами способствует возникновению мощного электромагнитного поля. Электромагнитное поле, воздействуя на плазму, разгоняет её до огромной скорости (около 50 км/с) и превращает в так называемый «плазменный поршень». Плазменный поршень играет роль порохового заряда. Снаряд получает импульс от поршня и вылетает из ствола со скоростью в несколько километров в секунду.
Стоит отметить, что наличие снаряда вовсе не обязательно. Ускоренный сгусток плазмы, сохранивший кинетическую энергию из-за отсутствия препятствия в виде снаряда, способен развить скорость в десятки километров в секунду. Однако из-за неустойчивости плазмы в атмосферном воздухе она быстро распадается.
Такая схема рельсотрона распространена в Европе и в США. Однако она имеет несколько существенных недостатков. При использовании проводящих ток снарядов есть вероятность возникновения плазменного поршня перед объектом. А ещё технология плазменного поршня весьма энергозатратна.
Поэтому была разработана другая схема ускорителя на основе реактивной струи. В данном случае используются снаряды, которые не проводят электрический ток. Дуговой разряд, возникающий вследствие мощного токового импульса, ускоряет объект вдоль рельс. Задняя часть снаряда под действием разряда быстро испаряется, и образуется реактивная струя. Вот она-то и разгоняет снаряд до сверхвысоких скоростей.
Один из двух рельсотронов, испытанных ВМС США в Далгрене, производства компании General Atomics
В 2005 году американское агентство DARPA запустило программу под названием Velocitas Eradico (лат. «Скорость уничтожает»), в которую вошли две корпорации, занимающиеся проектами в области ядерных технологий и оборонных вооружений.
Главной предпосылкой к созданию электромагнитных орудий является стоимость выстрела, которая в десятки раз ниже, чем запуск ракеты. Кроме того, рельсотрон позволяет разогнать снаряд до сверхвысокой скорости. При таком ускорении дальность стрельбы рельсовой пушки превышает 200 километров, а кинетическая энергия в будущем, возможно, позволит пробивать все виды брони и наносить чудовищные повреждения. Но разработка ускорителя сопряжена со сложными техническими задачами, которые до сих пор не решены.
В первую очередь, для подачи достаточного электрического импульса требуется очень мощный источник питания. Так, для разгона килограммового снаряда плазменным поршнем требуется ток силой в сотни тысяч ампер. Самым распространённым источником энергии рельсотронов являются батареи конденсаторов, которые накапливают ток в течение нескольких часов, а затем дают мощный, резкий импульс на рельсы. Но батареи подобных мощностей с учётом остального оборудования весьма громоздки (предполагаемый вес 130 тонн) и могут быть установлены лишь на корабли.
Для мгновенной подачи мощного заряда также необходимы специальные кабели, способные удержать энергию и не расплавиться. Пусковая система во время токового импульса также испытывает колоссальные нагрузки: внутреннее давление в сотни атмосфер и температуру в несколько тысяч градусов. По этой причине ресурс электродов крайне мал. Так, американские рельсы, изготовленные из бескислородной меди с серебряным покрытием, рассчитаны на три выстрела.
Сам снаряд представляет собой заострённый стержень из вольфрама и располагается на алюминиевом поддоне. Вольфрам — самый тугоплавкий металл. К тому же он имеет высокую плотность, благодаря которой даже малогабаритный снаряд имеет большую массу. Поэтому вольфрам уже нашёл широкое применение в производстве различных типов артиллерийских снарядов. Иными материалами, использующимися в конструкции рельсовых орудий, являются различные полимеры.
Американская электромагнитная рельсовая пушка на полигоне управления исследований ВМС США, Далгрен, штат Вирджиния, 2017 год
Конечной целью проекта Velocitas Eradico являлся рельсотрон с дульной энергией в 64 мегаджоуля. На данный момент это недостижимая цифра: пушка подобной мощности требует подачи шести миллионов ампер в секунду. При скорострельности в шесть выстрелов в минуту требуется в общей сложности 16 МВт электроэнергии — это примерно пятая часть всей мощности энергоустановки эсминца типа Zumwalt.
Самый мощный рельсотрон мощностью 33 МДж был создан в лаборатории ВМС США в Далгрене. Начальная скорость снаряда составляет 1,5 км/с, дальность стрельбы — свыше 300 километров. Однако о серийном производстве подобных орудий и использовании их в военных целях говорить не приходится.
Разработка рельсотрона и мощных источников питания продолжается. Научный и технический прогресс не стоят на месте, и, вполне вероятно, когда-нибудь корабли получат подобное вооружение. На данный же момент перспективное электромагнитное оружие так и остаётся «оружием будущего».
0
