Наша цивилизация во многом кустарна. Человечество открыло несколько простейших законов физики и до сих пор их эксплуатирует. По сути, весь прогресс сводится к модификациям электромагнитной индукции и железным полоскам, которые выгибаются от нагрева и замыкают (размыкают) контакты.
Впускной клапан воды в стиральной машине и клапан впрыска бензина дорогой иномарки одинаковы. И там, и там – медная катушка со стальным сердечником. В нужное время на катушку подается напряжение, образуется электромагнитное поле, стальной сердечник втягивается внутрь, открывает отверстие – и вода или бензин поступают в агрегат. Когда напряжение пропадает, обычная пружина возвращает сердечник на место. Если убрать специальные утяжелители внутри стиралки и поставить ее на колеса, то во время отжима она рванет с места с начальной скоростью в 140 километров в час. Если бы она поехала вертикально, то через два часа с копейками вышла бы на орбиту Земли. Наши ракеты и космические корабли – это те же стиральные машины с петардами по бокам.
Главная проблема этой разновидности прогресса – материалы. Человечество так и не научилось делать по-настоящему прочные, легкие, ударостойкие вещи. Данное проклятие преследует нас до сих пор и вот теперь встало на пути рельсотрона.
И вечный запас патронов
Первую электромагнитную пушку еще в 1916 году собрали друзья французы Фашон и Виллепле. Их орудие разгоняло 50-граммовый снаряд до 200 метров в секунду. Отличный результат для того времени, однако открытие не оценили вплоть до того момента, пока порох не исчерпал себя окончательно (пороховой заряд может разогнать снаряд максимум до 2,5 км в секунду).
Как это часто бывает, принцип действия чудо-оружия незатейлив и прост. Представим себе два железных рельса. К ним нужно подключить электричество, но то, что у нас в розетках, не подойдет – нужен постоянный ток. Нашли, подключили, ничего не происходит. Но потом Хендрик Лоренц взял некий токопроводящий снаряд (например, котика), замкнул им рельсы, и котик пулей вылетел параллельно рельсам аккурат в стену. Что же произошло?
Когда снаряд замкнул оба рельса, ток потек сначала по рельсу с плюсом, потом по снаряду, потом по рельсу с минусом. Вокруг проводников с током устанавливается электромагнитное поле, оно как бы закручивается линиями вокруг проводника. Силовые линии одного поля сталкиваются с силовыми линиями другого поля, и оба поля упираются в силовые линии вокруг снаряда. Возникает сила Лоренца, которая и швыряет котиков об стену.
Данный эффект был известен давно. Но только недавно на рельсы решили положить снаряд и пульнуть им по противнику. Оказалось, электродвижущая сила разгоняет снаряд до таких скоростей, что не нужно никакой взрывчатки – болванка разрушает бронеобъекты противника силой кинетической энергии, а это страшная сила. Все помнят пример из физики о бейсбольном мяче, летящем со скоростью света – в итоге случится взрыв наподобие ядерного. Скорость у рельсотронных снарядов поменьше, но мало никому не покажется.
Отсюда вытекает целый ряд преимуществ рейлгана. Боеприпас рельсотрона – это всего лишь чушка. Ей не нужны взрыватели и взрывчатка. Чушка никогда не сдетонирует при попадании вражеского снаряда. По сравнению со снарядами и ракетами, чушки занимают на корабле значительно меньше места. Это повышает и живучесть корабля, и его возможный боезапас.
В перспективе гиперзвуковые чушки можно использовать в качестве зенитных ракет.
Одна крылатая ракета стоит плюс-минус миллион долларов. В современной войне таких ракет требуется много. Например, за 78 дней операции НАТО в Югославии США выпустили порядка 218 крылатых ракет морского базирования и 60 крылатых ракет воздушного базирования, а Британия добавила от себя еще 20 крылатых ракет с подводной лодки. В итоге порядка 300 миллионов долларов буквально улетели в трубу. А если война растянется на год? На два? Только на одних крылатых ракетах разоришься.
Рельсовая пушка может стрелять по целям с еще большим поражающим эффектом, но обычными трехкопеечными чушками. Можно даже кусок корабля отодрать и выстрелить им по противнику. Такое понятие, как «кончились патроны», исчезает вовсе.
При этом, в отличие от ракеты, летящую на гиперзвуковой скорости чушку крайне трудно перехватить силами ПРО и ПВО.
По расчетам ученых, пушка с дульной энергией 32 мегаджоуля стреляет десятикилограммовой чушкой примерно на 400 километров. 64-мегаджоульное орудие выстреливает снаряд более чем на 500 километров. Скорострельность рейлгана – восемь выстрелов в минуту.
В 2018 году несколько таких пушек планировали поставить на боевые корабли проекта Zumwalt. Но проблемы технического свойства обнаружились уже сегодня.
У снаряда огромное ускорение, и после восьми выстрелов рельсы приходят в негодность. То есть ствол надо менять, и при темпе стрельбы восемь выстрелов в минуту – менять каждую минуту. Следовательно, нужны новые, более прочные материалы для изготовления ствола, а их пока нет и вроде бы не предвидится.
Тем не менее, по расчетам военных моряков, первые полноценные рельсотроны должны встать на вооружение в 2020 году.
«Я из пушки в небо уйду»
Очень часто с рельсотронами путают еще одно перспективное оружие будущего – пушку Гаусса (Gauss gun). Немудрено, принцип действия у него такой же – электромагнитное ускорение масс. Только стрельба этими массами происходит немного по-другому.
|
Принцип действия Гаусс-пушки, нажмите для раскрытия (фото: ZeroOne/Wikipedia)
|
Представим себе несколько соленоидов (катушек индуктивности), через которые проходит ствол оружия. Сам ствол является диэлектриком, поэтому при подаче напряжения на катушку никак не реагирует на магнитное поле. Зато на это поле прекрасно реагирует снаряд внутри ствола. Когда включается первая катушка, магнитное поле втягивает болванку внутрь соленоида, что тоже напоминает работу клапана подачи воды у стиральной машины.
Когда снаряд зашел внутрь, первая катушка отключается и мгновенно включается второй соленоид. Снаряд летит вперед с нарастающей скоростью – и так далее. Чем мощнее и короче импульс катушки, тем быстрее летит снаряд.
Гаусс-ган несравненно лучше любого порохового оружия. Ручная штурмовая винтовка Гаусса может стрелять обычными стальными шариками, ей не нужны дорогостоящие патроны, и она может изменять скорость и кинетическую энергию пули по желанию стрелка. Это означает, что вы можете варьировать степень ущерба по своему усмотрению.
Например, вы поставили регулятор оружия на сверхзвуковую скорость – и пуля проделает в руке противника аккуратную дырочку, которую можно залепить пластырем. Если установить дозвуковую скорость, руку оторвет напрочь.
Еще одно достоинство пушки Гаусса – бесшумность выстрела на дозвуковых скоростях. Кому приходилось стрелять в плохих людей, прекрасно знают, что под каждый случай надо иметь особенный патрон. Для бесшумной стрельбы – дозвуковой с утяжеленной пулей на 9 мм. Для боя на 300–400 метров хватит обычного боеприпаса 5,45. На дистанции в 1000 и более метров нужны уже винтовочные патроны 7,62 или вообще крупнокалиберный пулеметный вариант 12,7 мм. Отдача от последнего боеприпаса такая, что ломает прикладом ключицы и выворачивает плечо. Нужно быть здоровым мясистым мужиком, чтобы вообще браться за такое оружие.
Для пушки Гаусса всё едино – и убивать кого-то бесшумно, и стрелять на 1200 метров. Знай себе рычажок мощности меняй. При этом отдачи почти никакой, стрелять может даже младенец. Поступив в школу, бывший младенец может собрать Гаусс-ган из подручных материалов – ему для этого хватит начальных знаний по физике.
Пушки Гаусса можно применять даже для запуска легких спутников на орбиту Земли. Для российской космической промышленности это более чем актуально, и наши ученые уже работают в этом направлении.
Представители Российской академии наук заявляли, что им удалось разогнать снаряд того же рельсотрона до ускорения в 11 километров в секунду. Этого достаточно, чтобы преодолеть притяжение Земли и выйти на ее орбиту. Для выхода в открытый космос не хватает совсем чуть-чуть. Во время тренировочной стрельбы российские ученые столкнулись с теми же проблемами, что и американцы: быстро изнашивается «ствол» рельсотрона.
Посреди этого пиршества знаний и научных прорывов американцы вдруг заявляют, что сворачивают проект, сдают ключи вахтерше и расходятся по домам. Навсегда.
Как пишет профильное издание Task&Purpose со ссылкой на источники в Конгрессе, рельсотрон должен был разгонять снаряд до 8 тысяч км в час, причем с дальностью полета в 160 километров, но нынешние показатели вдвое хуже, несмотря на 500 млн долларов, вложенных в проект начиная с 2005 года. Теперь проект свернут ради чего-нибудь более перспективного, например, радиоэлектронного.
На самом деле, кто там что сворачивает, достоверно не известно. Сейчас идет вторая серия холодной войны, в эту пору никому верить нельзя. В советские времена американцы не раз обманывали нашу оборонку: дадут информацию, будто бы добились невероятных успехов в какой-то области, и сидят – ждут, пока советские ученые истратят кучу народных денег и наконец-то выяснят, что исследования ведут в тупик. Бывает и наоборот: что-то объявляется бесперспективным и тихо дорабатывается до состояния боевой готовности.
Американцам можно верить, можно не верить. Но сама логика жизни все равно заставит оружейников создать мощные рельсотроны и Гаусс-ганы. Пусть и несколько позже, чем казалось еще недавно.