Railgun, działo elektromagnetyczne

Railgun – działo elektromagnetyczne. Zasada działania

Inżynieria

Świat fantastyki jest bliżej nas, niż może się to nam wydawać. Działo elektromagnetyczne railgun znane fanom gier komputerowych z serii Quake, słynie z niszczycielskiej mocy i nadawania pociskom niesamowicie wysokich prędkości. Niewiele osób zdaje sobie jednak sprawę z tego, że ten typ uzbrojenia jest aktualnie w użyciu przez marynarkę wojenną USA. Na jakiej zasadzie działa railgun, jak jest zbudowane i z jakimi prędkościami poruszają się pociski opuszczające lufę tego działa? Na wszystkie te pytania odpowiemy w dzisiejszym artykule.

Co to jest działo railgun?

Railgun (inaczej działo elektromagnetyczne, elektryczne, szynowe) to rodzaj artyleryjskiej broni kinetycznej, która działa w oparciu o silnik liniowy i wykorzystuje siłę elektromagnetyczną do miotania pocisków. Działo railgun jest w stanie wystrzelić pocisk z prędkością wylotową ponad 3 km/s (średnio ok. 2700 m/s, czyli Ma = 8), co w przypadku klasycznych broni jest wartością nieosiągalną i zamyka się w prędkościach max. do 2 km/s.

Działo elektromagnetyczne zostało opracowane głównie z myślą o okrętach amerykańskiej marynarki wojennej (United States Navy). Potencjalnie rozważa się zastosowanie tego typu broni również w armii USA (United States Army). Ponadto aktualnie trwają badania nad tym, aby wdrożyć system wystrzeliwania pocisków za pomocą dział elektromagnetycznych w broni przeciwlotniczej.

Zasada działania

W skrócie działo railgun działa w oparciu o silne pole magnetyczne i tzw. siły Lorentza. Pocisk wykonany z materiału przewodzącego energię elektryczną, umieszczany jest pomiędzy dwiema szynami, których początek podłącza się do zasilania. Trzeba zaznaczyć, że zarówno pocisk, jak i same szyny prowadzące muszą być wykonane z dobrego przewodnika elektrycznego. W momencie podania napięcia wytwarza się obwód szyna-pocisk-szyna, przez który przepływa prąd elektryczny. Wtedy zarówno na pocisk, jak i same szyny działa spora siła elektrodynamiczna. Z racji tego, że szyny są stabilnie unieruchomione, energia ta w całości przekazywana jest na pocisk, który z ogromną prędkością opuszcza lufę działa.

Patrząc na to pod kątem typowo technicznym, budowa działa railgun jest o wiele bardziej skomplikowana i co gorsza – wymaga do działania ogromnych pokładów energii elektrycznej.

Budowa

Elektromagnetyczne działo railgun w swojej podstawowej formie, dosyć znacząco różni się od typowych silników elektrycznych. Podstawowa konfiguracja działa składa się z pojedynczej pętli podłączonej pod źródło zasilania. Mowa tutaj o dosyć pokaźnych wartościach prądu elektrycznego, a dokładniej mocy 15 MW i natężeniu prądu sięgającego 1 mln A. Tak wysokie wymagania skłoniły inżynierów do poszukiwania udoskonalonego rozwiązania.

Obecnie stosowana jest wersja rozszerzona działa (ang. augumented railgun), która znacząco obniżyła wymagania względem tak ogromnego natężenia prądu elektrycznego. Niektóre działa elektromagnetyczne wykorzystują w swojej budowie silne magnesy neodymowe, których siła działa prostopadle do przepływającego prądu elektrycznego, wzmacniając przy tym siłę wyrzutu pocisku.

Prędkość pocisków railgun

Warto wspomnieć, że siłą niszczącą pocisków wystrzeliwanych przy pomocy działa elektromagnetycznego jest ich wysoka energia kinetyczna. Nie ma tu potrzeby stosowania żadnych głowic bojowych czy ładunków wybuchowych. Dzięki niskiej masie miotanych pocisków i prędkościom ich wystrzeliwania rzędu 2-3 km/s, efektywny zasięg tego typu broni szacuje się na ponad 550 km (300 mil morskich).

Docelowo konstrukcja typowego działa typu railgun powinna miotać pociski z prędkościami rzędu nawet 3,5 km/s, dostarczając przy tym energię od 5 do 50 MJ. Dla porównania tak wysoka energia odpowiada autobusowi o masie 5 ton, który porusza się z prędkością 509 km/h. Niestet,y tak jak wspomnieliśmy wcześniej, do uzyskania takich prędkości niezbędne staje się wytworzenie ogromnego prądu elektrycznego o natężeniu 5 MA i jego dostarczenie w czasie kilku milisekund.

Railgun w marynarce wojennej USA

Budowa działa elektromagnetycznego (EMRG) przez marynarkę wojenną USA pochłonęła ok. 500 milionów dolarów. Rozpoczęła się w 2005 roku by po 7 latach w 2012 roku przejść pierwsze, praktyczne testy. Zrealizowano je w Naval Surface Warfare Center Dahlgren Division w stanie Virginia. Marynarka zapowiedziała wtedy o planach zamontowania działa na pokładzie statku transportowego należącego do klasy Spearhead – USNS Trenton.

W 2017 roku światło dziennie ujrzał film, który obrazuje salwę pocisków wystrzeliwanych przez omawiane działo elektromagnetyczne.

Niestety konserwacja tego typu uzbrojenia okazała się zbyt kosztowna i zgodnie z założeniami, w 2021 roku ma ona pochłonąć nawet 9,5 miliona dolarów, które popłyną z budżetu państwa. Działo zostało przetransportowane do White Sands Missile Range w stanie Nowy Meksyk, gdzie dalej będzie poddawane testom.

Historia

Działa elektromagnetyczne mają całkiem pokaźną historię, aczkolwiek ich masa oraz ilość energii potrzebna do zasilenia działa sprawiają, że broń tego typu jest bardzo mało popularna i praktyczna pod wieloma względami.

Co ciekawe początki dział elektromagnetycznych sięgają już początków XX wieku. W 1918 roku francuski wynalazca Louis Octave Fauchon-Villeplee wynalazł pierwsze działo elektryczne, które należy uznać za pierwowzór obecnego railgun’a. 1 kwietnia 1919 roku Louis złożył wniosek do urzędu patentowego USA, który został zaakceptowany w lipcu 1922 roku. Tym samym pod numerem patentowym 1,421,435 znalazła się pozycja o oryginalnej nazwie: “Electric Apparatus for Propelling Projectiles“, co można przetłumaczyć jako “Elektryczny przyrząd do miotania pocisków“.

Kolejną próbę zbudowania w pełni funkcjonalnego działa typu railgun, wykonał Joachim Hänsler, który pracował dla niemieckiej agencji wojskowej (ang. Germany’s Ordnance Office). Zaproponował on wykorzystanie technologii elektromagnetycznej w działach przeciwlotniczych. Pod koniec roku 1944 dowództwo armii Luftwaffe postanowiło zderzyć teorię z praktyką i rozpocząć produkcję dział elektromagnetycznych. Zgodnie z dostarczoną specyfikacją, pociski z ładunkiem wybuchowym o masie 0,5 kg miały być miotane z prędkością ok. 2 km/s. Bateria miała składać się z 6 sztuk dział elektromagnetycznych, które wystrzeliwałyby w sumie 12 pocisków w ciągu minuty. W tym celu miano posłużyć się dotychczasową konstrukcją dział 12.8 cm FlaK 40.

Niestety plany konstrukcyjne nie doszły do skutku. Dokładniejsze badania nad budową tej innowacyjnej broni, zwieńczył w 1947 roku specjalny raport. Według ustaleń zawartych w dokumencie, budowa działa elektromagnetycznego była w teorii całkiem możliwa w realizacji, aczkolwiek zasilenie pojedynczej sztuki wymagałoby gigantycznych zasobów energii elektrycznej. Oszacowano, że ilość ta wystarczyłaby do zasilenia poły miasta wielkości Chicago.

Railgun w grze Quake 3

Działko elektromagnetyczne jest doskonale znane fanom gier z serii Quake 3. Broń ta była na tyle potężna, że potrafiła zabić nieopancerzonego przeciwnika zaledwie jednym strzałem. Niestety operowanie tego rodzaju sprzętem wymagało od gracza sporej wprawy, ponieważ częstotliwość strzałów (ang. rate of fire) wynosiła zaledwie 1 pocisk na 1,5 sekundy. To w połączeniu z ekstremalną prędkością poruszania się pocisku sprawiało, że gracz musiał przewidzieć ruch przeciwnika i bardzo precyzyjnie w niego wycelować. Czy jednak konstrukcja tego typu działa byłaby w pełni wykonalna i użyteczna w prawdziwym życiu?

Przenośne działo railgun – czy jest możliwe?

Patrząc na podstawowe wymagania konstrukcyjne i schemat działania broni Railgun jesteśmy niemal pewni tego, że działko elektromagnetyczne w wersji przenośnej na obecną chwilę nie ma prawa bytu. Powodów jest całkiem sporo, a głównie chodzi o samo zaopatrzenie w energię tego typu działa. Wystrzelenie pocisku wymaga sporych nakładów energii elektrycznej, a zatem żołnierz musiałby dźwigać pokaźny zapas naładowanych akumulatorów. Dodajmy do tego wagę samej broni i amunicji, a okaże się, że postać musiałaby wspomagać się solidnym egzoszkieletem.

Kolejny powód to mierne właściwości bojowe samego uzbrojenia. Jeżeli wielkość pocisków do ręcznego działka elektromagnetycznego musiałaby przypominać wymiarami konwencjonalną amunicję, to w żaden sposób nie zagrażałaby ona celom opancerzonym.

Redaktor naczelny w serwisie Joblife.pl

Od 11 lat tworzy specjalistyczne treści o charakterze poradnikowym. Jego wiedza czerpana jest z wielojęzycznych kanałów informacyjnych oraz encyklopedii naukowych. Osobiście miłośnik górskich podróży i pasjonat działań marketingowych.

0 komentarzy
Inline Feedbacks
Zobacz wszystkie komentarze