Зброя майбутнього буде створено на підставі інших фізичних властивостей

Невже резерв для подальшого розвитку різних видів зброї близький до вичерпання і надати йому новий імпульс здатне тільки поява його різновидів, що діють на підставі зовсім інших фізичних принципів? Так, це так, але перші кандидати на роль зброї майбутнього вже є. Найбільш перспективними з них вважаються "рельсотрони".

Сьогодні у публіцистів і футурологів стало хорошим тоном розповідати про зупинку прогресу. "Технічна історія людства, - кажуть вони - припинила протягом своє. У кожне нове відкриття доводиться вкладати мільйони грошей, сотні тисяч людино-годин, а прогрес в результаті вже не йде семимильними кроками, а повзе з швидкістю міліметр на рік".

Відносно 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 вже якщо подумки поставити неподалік, скажімо, французьку кулеврини "Вбивцю" зразка XIV століття і САУ "Коаліція -СВ", то всі ці знаряддя з музеїв і зовсім починають здаватися чимось на зразок палиці неандертальця.

А ось якщо "розібрати і подивитися що там всередині", то з'ясується що вогнепальна зброя за 7 століть свого розвитку пройшло куди менший шлях ніж авіація з часів дослідів Бартоломеу де Гусмана і польоту братів Монгольф'є, і ніяких "революцій", подібних появи літальних апаратів важче повітря в його історії не спостерігалося. Фактично і САУ "Коаліція" і "вогняне спис" використовують один і той же принцип - замість мускульної або механічної енергії, снаряд в сторону противника викидається за допомогою газу, що утворюється в обмеженому обсязі в ході хімічної реакції самоокисления, тобто згоряння речовини, з якого складається метальний заряд. Всі інновації в цій області можна перерахувати по пальцях: багатовікова еволюція системи заряджання від засипання пороху прямо в стовбур до унітарних зарядів, шлях від вставляти в отвір гніту до сучасної автоматики, що забезпечує скорострільність в 6000 пострілів в хвилину, нарізка каналу ствола, винахід нітроцелюлози і Баллістіти ...

Читайте також: Пістолет в 3D зможе мати кожен

Сьогодні інженерна думка націлена на вирішення трьох основних проблем: повного згоряння гільзи, вдосконалення активно-реактивних боєприпасів і створення куль з корректируемой траєкторією польоту для ручної вогнепальної зброї. Загальний принцип залишається точно таким же, яким він був в X столітті. Резерв для подальшого розвитку і модернізації близький до вичерпання і надати розвитку нового потужного імпульсу здатне тільки поява зброї, що діє на підставі зовсім інших фізичних принципів.

Першу спробу зійти в сторону з второваним шляхом зробив не хто інший, як Леонардо да Вінчі, який запропонував виштовхувати снаряд зі ствола за допомогою пари. З тих пір парову гармату намагалися винайти неодноразово, але кожен новий зразок за своїми балістичними характеристиками, надійності і складності виготовлення безславно програвав змагання з "традиційними" пороховими системами. Скорострільність найбільш відомого екземпляра вітчизняного парового знаряддя - 7-лінійної (17,5 мм) гармати Кареліна за мірками 1829 року, було вражаючою - 50 пострілів в хвилину і все одно вона залишилася експонатом Артилерійського музею в Санкт-Петербурзі, існуючим в єдиному екземплярі. Така ж доля спіткала і сучасну їй парову гармату Перкінса, що робила на 10 пострілів в хвилину більше.

Цікавіше склалася історія знарядь, принцип дії яких грунтувався на виштовхуванні метальної снаряда зі стовбура за допомогою сили стислого газу. Але, не дивлячись на те, що справа дійшла до озброєння спеціальних підрозділів і навіть до корабельної артилерії, поняття "пневматика" у нас в більшій мірі асоціюється в основному з іграшковим, спортивним і мисливською зброєю, але ніяк не з бойовим. Чому так склалося - тема для окремої публікації, поки лише можна помітити, що одним з найважливіших перешкод на шляху впровадження "воздушек" став непорушний закон, виявився в ході конструювання всіх подібних систем: при досягненні балістичних характеристик подібних з пороховим аналогом, вага пневматичного знаряддя збільшується У три рази.

Одним словом, ні пар, ні стиснений газ на роль "зброї майбутнього" не підходять хоча б тому, що основний принцип дії парових гармат і пневматики фактично просто імітує порох іншими засобами. Період бурхливого розвитку науки і техніки в кінці XIX-першій половині XX століття породив абсолютно нові концепції того, чим має бути замінити звичний "вогнестріл", але їх практичне втілення поки що залишається справою авторів фантастичних романів і творців комп'ютерних ігор. Інженерна думка поки лише обережними кроками наближається до практичного втілення зброї на нових фізичних принципах і існує воно, в основному, у вигляді лабораторних установок. Але "трійка лідерів" вже визначилася - це лазер, гармата Гауса і рейкова гармата, вона ж "рейковий прискорювач маси".

"Рельсотрони" і "Гс" найбільш близькі до наших усталеним уявленням про зброю. Поразка мети в них здійснюється матеріальним снарядом, а не "променями смерті", дієвість яких обмежується насамперед самою атмосферою Землі, і, наприклад, тим, що людське тіло більш ніж на 70% складається з води, нагріти яку тепловим променем на порядок складніше. Зате електромагнітне зброю, здатне викинути снаряд зі швидкістю майже дев'ятиразовий перевищує швидкість звуку дає безліч незаперечних переваг у порівнянні з "традиційним" вогнестрілів.

"Гс", незважаючи на зовнішню простоту схеми поки що безнадійно програють змагання "рельсотрони" і, швидше за все, бойова зброя, засноване на даному принципі навряд чи з'явиться взагалі. Розгін снаряда забезпечується за рахунок проходження кулі, зробленої з електропровідного матеріалу, по стовбуру з діелектрика, через ряд створюють магнітне поле котушок. На прикладі домашніх виробів, здатних загнати гвоздик в мішень для дартсу з відстані в кілька метрів, виглядає ефектно, але при цьому дає вкрай низький ККД (1-2 відсотка).

Навіть при застосуванні багатоступінчастої системи розгону з послідовним перемиканням котушок, в кінетичну енергію переходить тільки 27 відсотків заряду (для порівняння - у сучасного вогнепальної зброї цей показник коливається в районі 30-35 відсотків). Досить висока витрата енергії в поєднанні з великою вагою установки і відносно низькою розгінної швидкістю снаряда, робить розвиток "гаусів" справою безперспективною, принаймні - на нинішньому рівні технологій.

Схема рейкових прискорювачів дає конструкторам зброї майбутнього куди більше переваг над порохом, в першу чергу за рахунок можливості розганяти сверхмалі маси до надвисоких швидкостей. У загальному вигляді схема виглядає наступним чином: по двох електродів, підключеним до джерела постійного струму, силою впливу електромагнітного поля розганяється, снаряд, одночасно замикаючи ланцюг. Сам принцип, згідно з яким електрична енергія переходить в кінетичну в фізиці називається "силою Лоренца".

Перший патент на рейковий зброю було отримано французом Андре Луї-Октавом Фошоном Віепле ще в 1902 році. Випробування проводилися з 1916 по 1918-й рік, причому велися вкрай недбало, вимірювання сили струму і початкової швидкості снаряда не проводилися, і в результаті вдалося встановити тільки саму можливість створення такої зброї.

Читайте також: Гіперболоїд інженера Гаріна побудований

Під час наступної світової війни трофейними матеріалами по рейкових гармат зацікавилося керівництво німецького Управління озброєнь, судорожно хапається за будь-який проект, який міг би зіграти роль чудо-зброї. Тема по електромагнітному зброї (що включала як рельсотрони, так і гармати Гаусса) була доручена доктору Іоахіму Хенслеру, випробування проводилися в 1944-45 роках в залізничному тунелі поблизу міста Клайс у Верхній Баварії. Перший створений групою Хенслера прототип рейкової гармати LM-2 з довжиною напрямних в 2 метри розганяв алюмінієвий циліндр вагою в 10 грамів до швидкості в 1080 м / с; при нарощуванні довжини стовбура вдвічі, швидкість зросла до 1200 м / c. Для порівняння - краще німецьке зенітне знаряддя періоду Другої світової війни - 12,8 sm. Flak 40 мала початкову швидкість всього в 880 м / c.

Не дивно що результатами випробувань дуже зацікавилося командування Люфтваффе, яке видало Хенслеру замовлення на рейковий зенітне знаряддя, здатне вести вогонь снарядами, що містять по півкіло вибухової речовини, зі швидкістю розгону в 2000 м / c і скорострільністю в 10-15 пострілів в хвилину. Однак таке знаряддя так і не було побудовано, а прототип LM-2 в 1945 році був захоплений американцями, які видали після нової серії випробувань наступний висновок: балістичні характеристики безумовно видатні, проте для кожного пострілу потрібно кількість електроенергії, "якого вистачило б на освітлення половини Чикаго ".

І тим не менше спроби тривали. Нові моделі рельсотрони розроблялися в США, Австралії, Великобританії, СРСР і навіть у Югославії. Але про те що епоха зброї без пороху все-таки вже видно на горизонті, всі заговорили тільки після того, як 10 грудня 2010 року в США успішно пройшли випробування рейкової гармати розробки компанії BAE Systems потужністю в 33 мегаджоуля з початковою швидкістю снаряда в 2520 м / с. З тих пір прототип встиг зробити більше десятка тисяч пострілів (відео можна подивитися на Youtube) і мова вже йде про встановлення першого покоління таких знарядь на есмінці типу DDG -1000 Zumwalt.

Швидкість снаряда в подальшому планується довести до 5,8 тисячі м / c, скорострільність - до 6-15 пострілів в хвилину, а дальність прицільного вогню - до 370 кілометрів. Потужність прицьому зросте до 64 мегаджоулей і енергії така установка буде споживати не менше 16 Мвт, що істотно навіть за мірками корабельних 72 Мвт газотурбінних генераторів, які планується встановити на "Цумвальти". Поки ж енергетична установка, необхідна для твору пострілу з рельстрона, займає невеликий зал в Центрі розробки надводного озброєння ВМС США Дальгрен, де проходять його випробування. Судячи з того, що програму досі не підвели під скорочення військового бюджету - результати були визнані значущими і появи рейкових знарядь на озброєнні американського флоту слід очікувати протягом 10-15 років.

У Росії розробкою рейкового зброї займаються вчені з Шатурського філії Об'єднаного інституту високих температур РАН, причому там пішли по шляху кілька відмінному від американського. Творці вітчизняної "рейки", не мудруючи лукаво, вирішили що все нове - це добре забуте старе і запропонували для вирішення проблеми подачі енергії пристрій, в чем-то нагадує про звичні нам артилерійських снарядах. Роль гільзи з порохом в "рельсотрони Арцимовича" грає взривомагнітних генератор, повне згорання якого створює потужний електромагнітний імпульс, необхідний для розгону снаряда силою Лоренца.

Усередині генератора знаходиться ... ще одна гармата, на цей раз - електротермічна, в яку спочатку і поміщений снаряд. Від рейкової гармати вона відрізняється відсутністю власне "рейок", розгін здійснюється за допомогою тиску, створюваного миттєвим викидом високотемпературної плазми. Кадри з випробувань, хоч і виглядають не настільки барвисто як у американців, проте, вражають: відлита з легких полімерів кулька вагою всього в 2 грами наскрізь пробиває кілька поставлених в ряд мішеней зі сплаву стали з дюралем, залишаючи в кожній з них величезні рвані діри.

Співробітники Шатурського філії, до речі, пропонують використовувати свої "гільзи" окремо від рейкової гармати - в якості бойових частин зенітних ракет, що дасть можливість не тільки наносити повітряних цілях фізичні ушкодження, а й випалювати всю їх електронну "начинку" імпульсом від підриву взривомагнітних генератора.

Цього оптимістичній ноті змусимо фанфари замовкнути і поговоримо про ті проблеми, до вирішення яких розробники "рейлганов" і "рельсотрони" ще не приступали. Джерелами енергії їх список далеко не вичерпується, для нового зброї знадобляться ще і нові матеріали. Справа в тому що горезвісна сила Лоренца в момент пострілу діє не тільки на снаряд, але ще і на самі рейки, прагнучи розвести їх в різні боки. Крім того, що розганяється снаряд від нагрівання розширюється і, прискорюючись, буквально знімає з рейок стружку.

Напрямні у американської гармати зроблені з покритою сріблом безкисневої міді, і після кожних двох-трьох пострілів їх доводиться міняти, так що скорострільність в 10-15 пострілів в хвилину може бути досягнута лише теоретично. Крім того, не дуже зрозуміло з чого повинен бути зроблений снаряд, враховуючи що навіть найбільш тугоплавкі з використовуваних нами матеріалів, на швидкості, що перевищує 7500 м / с, просто руйнуються від тертя об повітря, перетворюючись в згустки плазми. А ще доведеться створити зовсім інші системи наведення і приціли, придатні для вирішення завдання "потрапити кулею в кулю". Роботи, як то кажуть - непочатий край.

Залишилося відповісти на останнє запитання - а навіщо взагалі все це потрібно? Навіщо витрачати величезні кошти на створення зброї на нових фізичних принципах, якщо існують перевірені сотнями воєн порохові гармати і гвинтівки для яких, до того ж, активно розробляються "розумні" снаряди і кулі, здатні дістати мета практично при будь-яких обставинах?

Головна перевага "рейкового зброї" полягає в його здатності вражати ціль снарядом щодо малого калібру на швидкості, що перевищує швидкість поширення звуку в матеріалі, з якого складається ця мета. І, зрозуміло, в можливості регулювати швидкість польоту снаряда в залежності від того ефекту, якого ми хочемо домогтися.

Наприклад при стрільбі з "рейлгана" по танку за бажанням можна буде пробити броню, влаштувати вибух на її поверхні або добитися такої сили зіткнення, що снаряд перетвориться в потік іонізованих частинок, що гарантовано знищують всю електроніку, а заодно і весь екіпаж. Того ж ефекту можна буде добитися і при стрільбі по укритим живим цілям.

Читайте також: Крилата бомба і куля-вертоліт

Ще можна буде створити зенітні знаряддя для того щоб "знімати" супутники з низької орбіти. І рейкові катапульти для того щоб їх же туди запускати. Як бачите, залишилося всього-навсього вирішити пару десятків фізичних та інженерних проблем - і майбутнє вже не за горами.

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"