Электромагнитная пушка: рельсотрон и его перспективы
Обсудить 0
Высокий показатель рельсотронного разгона обусловлен работой электромагнитных сил Лоренца в механизме пушки. Они возникают и начинают действовать на снаряд при коротком замыкании двух параллельных токонесущих (со знаком минус и со знаком плюс) направляющих рельсов после подачи на них очень мощного, но очень короткого импульса тока. В качестве токозамыкательного элемента используется специальная арматура со встроенным в нее снарядом или сам снаряд, лежащий на рельсах и их замыкающий. Силы Лоренца направлены так, чтобы вытолкнуть снаряд из пушки, и он вылетает из ствола с гиперзвуковой скоростью. Разгону снаряда также способствует давление плазмы, которая образуется за снарядом от действия мощного дугового разряда. Плазма со скоростью 50−100 км/ч действует на снаряд, как своеобразная мощная реактивная струя.
Рельсы — дорогие и уязвимые
В американских опытах по созданию электромагнитного оружия в качестве арматуры, как правило, используется специальной формы «башмак», в котором закреплен снаряд. Такая конструкция исключает контакт снаряда с рельсами. Направляющие, изготовленные из бескислородной меди с серебряным покрытием, сильно подвержены износу от трения и эрозии. При использовании металлических снарядов, выполняющих замыкание своим «телом», замена рельсов требуется после двух-трех выстрелов.
Название «рельсотрон» в 50-е годы прошлого века придумал академик Л. Арцимович, мировой специалист в области термояда и физики высокотемпературной плазмы. Изобретенный им ускоритель плазмы был выдвинут на Нобелевскую премию, но СССР снял кандидатуру ученого с обсуждения из-за секретности разработки.
Сам снаряд изготавливают из тугоплавкого вольфрама. Высокая плотность этого металла позволяет даже тяжелый снаряд сделать малогабаритным, что решает проблему размещения боеприпасов в ограниченных объемах зарядных отделений или снарядных погребов.
Однако не только быстрый износ рельсов мешает рельсотрону превратиться в супероружие, есть и другие препятствия. Прежде всего это источники питания. Рельсотрон требует мощной системы электропитания в виде униполярных генераторов, компульсаторов, мегаваттных конденсаторов-ионисторов. Эти устройства позволяют формировать очень мощный короткий электрический импульс, передаваемый на рельсы. В лабораторных условиях можно мириться с солидными по размеру и весу блоками аппаратуры. На флоте фактор веса и объема тоже не столь существен: у корабля вполне хватит водоизмещения, чтобы упаковать 130 т оборудования вдобавок к самим стволам пушек.
Для наземных же армейских рельсотронов проблема представляется более сложной. Если разместить оборудование на танковых шасси, пришлось бы вести в бой 78-тонного монстра. Выходом стало распределение установки между двумя автомобильными трейлерами (на одном сама пушка, на другом — «энергетика»), этот вариант был реализован в американской армейской пушке Blitzer. Еще один тягач с прицепом отдали станции управления. Для питания корабельных рельсотронов (на напичканных хай-теком эсминцах проекта Zumwalt их предположительно будет два) предусмотрен запас мощности судовой установки (зарезервированный только для рельсотронов) не менее 35−45 МВт. Энергии должно хватить, чтобы обеспечить разгон снаряда до 2000−2500 м/с. Тогда он, получив дульную энергию в 64 МДж, сможет улететь на расстояние до 400 км и, сохранив 20 МДж энергии, поразить цель мощным кинетическим ударом. Уже подсчитано, что попадание такого снаряда весом 18−20 кг в авианосец произведет эффект ядерного удара.
32 «Гольфа» по цели
У армейских пушек меньшая дальность стрельбы — 80−160 км, отчего «энергетики» на выстрелы потребуется примерно вдвое меньше корабельной. Для справки: энергией 1 МДж обладает легковой Golf при скорости 160 км/ч. Снаряд рельсотрона весом 10 кг с дульной энергией 32 МДж при скорости 2500 м/с способен пробить три бетонные стенки или шесть 12-миллиметровых стальных листов, что по эффекту равносильно взрыву 150 кг тротила.
Серьезными препятствиями на пути широкого использования рейлганов являются резонансные явления в рельсовой системе и эффект расталкивания рельсов от действия сил Лоренца, электромагнитная совместимость с электронными системами пушки, необходимость охлаждения ствола и блоков электроники и др.
В процессе натурных испытаний была выявлена также необходимость в быстром перезаряжании пушки для увеличения темпа стрельбы по крайней мере до 6−10 выстрелов в минуту. В этом году работающая в кооперации с американским ВПК британская компания BAE Systems провела огневые испытания на полигоне ВМС США в штате Виргиния. Как заявляют британцы, они рассчитывают в ближайшие пару лет увеличить скорострельность своей установки до 10 выстрелов в минуту при весе снаряда 16 кг, так что эта проблема постепенно находит решение.
Неубиваемая электроника
Снаряд имеет наиболее приемлемую для гиперзвука коническую удлиненную форму с небольшим затуплением носка — это своего рода заостренный стержень. Стабилизатор в хвостовой части позволяет удерживать снаряд на траектории полета. Создание такого боеприпаса — это еще одна проблемная область рельсотронной программы.
США с 2012 года ведет разработку унифицированного гиперзвукового снаряда HVP, сегодня он уже проходит испытания стрельбой. Унифицированный он потому, что будет использоваться не только в рельсотронах, но и в обычных корабельных пушках разных калибров, которые хотят оставить в смешанном составе с рельсотронами на эсминцах Zumwalt. Эти же боеприпасы будут применяться и в наземных пушках.
Чтобы HVP подходил для пушек разных калибров, его будут изготавливать в вариантах подкалиберных выстрелов со снарядом в поддоне под каждый конкретный калибр. Поддон при вылете сборки из ствола разбивается на части, дальше летит только снаряд. В испытаниях 2015 года стреляли HVP калибром 90 мм и длиной 609 мм. Собственно снаряд весит 12,7 кг, а вся сборка — 18,5 кг. Остальные 5,8 кг — это поддон.
Снаряды HVP планируют сделать корректируемыми в полете, для чего их оснастят модулем точного наведения, работающим с системой GPS. Американцы заявили, что у них уже имеются работоспособные электронные системы управления, выдерживающие перегрузки 30 000 — 40 000 g при разгоне, воздействие плазмы температурой 20 000 — 25 000 градусов и электромагнитные поля сверхвысокой мощности. Есть данные об успешных испытаниях подобных снарядов в 2016 году. Ожидается, что полная отработка HVP завершится к 2020 году, а в серию они будут переданы к 2025 году. Блок управления приведет к удорожанию снаряда, который и в исходном (без электроники) варианте стоит 25 тысяч долларов. Но все равно это существенно дешевле корабельных управляемых ракет ценой 0,5−1,5 млн.
Три грамма чудовищной мощи
Особенность американского подхода к разработке рельсотрона состоит в поэтапном наращивании возможностей с последовательным достижением улучшенных параметров: скорости разгона снаряда от 2000 до 3000 м/с, дальности стрельбы с 80−160 до 400−440 км, дульной энергии снаряда от 32 до 124 МДж, веса снаряда от 2−3 до 18−20 кг, скорострельности от 2−3 выстрелов в минуту до 8−12, мощности источников энергии от 15 до более чем 40−45 МВт, ресурса ствола от промежуточных 100 выстрелов к 2018 году до 1000 выстрелов к 2025 году, длины ствола от начальной 6 м до конечной 10 м.
Подобных сведений официально в России не публикуют, однако в прошлом году первый заместитель председателя Комитета Совета Федерации по обороне Франц Клинцевич за-явил, что в нашей стране активно ведутся работы в области создания электромагнитного оружия.
Хорошо известны успешные испытания рельсотрона (правда, не боевого, а лабораторного класса) в подмосковной Шатуре, которые провели в филиале Объединенного института высоких температур РАН под руководством академика В. Фортова. Рельсотрон с длиной ствола 2 м стрелял пульками массой в единицы-десятки граммов. Российское ноу-хау — предварительный разгон снаряда перед подачей в ствол — позволяет получать дульные скорости выше американских. Так, в январе 2017 года снаряд из плотного пластика весом 15 г был разогнан до скорости 3000 м/с и пробил мишень из металла толщиной во много сантиметров. Несколько раньше снаряд весом 3 г был разогнан до скорости 6250 м/с (почти первая космическая) и при попадании в стальную мишень попросту ее испарил.
Китай, по сообщениям прессы, находится на стадии НИР и НИЭР, которые сосредоточены в специально созданной корпорации CASIC в научном центре Ухань (WUHAN). Представители КНР заявили, что разрабатывают наземный рельсотрон наподобие американского Blitzer и обещают по проекту 055А к 2020 году создать орудие калибра 130 мм.
