Недавно я делал доклад по физике для дней науки в нашей школе. Темой моего доклада было оружие с электро-магнитным принцыпом разгона снаряда, в частности Пушка Гаусса. Немного подумав я решил написать этот доклад в форум. В конце приведены сайтыинформация с которых была использована.
Мой доклад посвящен изобретению под названием Пушка Гаусса по фамилии выдающегося немецкого математика, астронома и физика
XIX века, сформулировавшего основные принцыпы работы оружия, основанного на электро-магнитном ускорении масс, гаусс гана.
Многие слышали о пушке Гаусса из фантастических книг или компьютерных игр, так как
Пушка Гаусса весьма популярна в научной фантастике, где выступает в качестве персонального
высокоточного смертоносного оружия, а также стационарного высокоточного и высокоскорострельного оружия.
Среди игр пушка Гаусса появлялась в Fallout 2, Fallout Tactics, Half-life (есть экпериментальное оружие, именуемое Тау-пушкой), в StarCraft пехотинцы вооружены автоматической винтовкой Гаусса C-14 «Impaler». Призраки также имели винтовки C-10, именуемыми «Canister Rifles» («Картечными винтовками»). Также оружие похожее на пушку Гаусса появлялось в серии игр Quake, но в сознании многих эта пушка остается просто выдумкой фантастов, которая в лучшем случае имеет высокогабаритные прототипы в реальности.
Я до сих пор не сказал, что же такое пушка Гаусса (Гаусс Ган или Коил Ган, как его называют на западный манер).
Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило из диэлектрика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое «втягивает» внутрь соленоида снаряд (сделанный из ферромагнетика(обычно железа)), который вставляется в один из концов ствола, разгоняя его. Если в момент прохождения снаряда через середину соленоида отключить в нём ток, то магнитное поле исчезнет, и снаряд по инерции вылетит из другого конца ствола. Для наибольшего эффекта ток в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого тока используются электрические конденсаторы.
На практике конструкция простейшеё пушки Гаусса представляет собой намотанную в несколько слоев на диэлектрическую трубку
медную проволоку и конденсатор большой емкости. Внутрь трубки перед самым началом обмотки устанавливается железный снаряд
(часто гвоздь со спиленной шляпкой) и предварительно заряженный конденсатор при помощи электрического ключа замыкается на
обмотку. Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту
подлета снаряда к центру обмотки ток в последней уже успевал бы уменьшится до минимального значения, т.е. заряд
конденсаторов был бы уже полностью израсходован. В таком случае КПД одноступенчатого Магнитного Ускорителя будет
максимальным. (но это что касается одноступенчатого Магнитного ускорителя). Если усложнить конструкцию и использовать для
разгона сразу несколько соленоидов, то можно добиться намного большей эффективности оружия.
Что же касается преимуществ оружия, работающего по принципу электро-магнитного ускорения снаряда, то
они обладают преимуществами перед остальным стрелковым оружием:
1 Это бесшумность выстрела (разумеется, если скорость снаряда не превышает скорость звука),
2 отсутствие отдачи,
3 возможность стрельбы в в бескислородной атмосфере и без неё вообще.
Кроме того, конструирование оружия переживает упадок. Технология отточена уже до предела и сколько-нибудь заметных
продвижений нет уже на протяжении многих лет. Интерес к альтернативным технологиям возрастает с каждым годом.
Среди прочих пушка Гаусса легче других на сегодняшний день поддается миниатюризации, требует меньших затрат при
изготовлении и позволяет получить при малых габаритах мобильное и эффективное оружие, разумеется если приложить
к уже известному принципу собственную изобретательность и проделать собственные изыскания в этой области.
Кстати, об изысканиях и теории:
как уже было сказано, основоположником теоретических основ был Карл Фридрих Гаусс, который изложил принцип работы
этого Оружия, далее работы в области изучения электромагнетизма вели Вебер, Максвелл, Тесла и многие другие...
Одним из самых известных экспериментов по созданию электромагнитного оружия был осуществлен в начале
20 века Кристианом Бирклендом, правда на демонстрации произошел сбой и автор отказался от идеи.
В итоге за оружием закрепилась все же фамилия основоположника.
Помимо “гаусс ганов”, существует ещё как минимум 2 типа электромагнитных ускорителей масс –
индукционные ускорители масс (катушка Томпсона или дискомет Томпсона, как её иногда называют)
и рельсовые ускорители масс, так же известные как “рэйл ганы” (от англ. “Rail gun” – рельсовая пушка).
В основу функционирования индукционного ускорителя масс (катушки Томпсона) положен принцип электромагнитной индукции.
В плоской обмотке создается быстро нарастающий электрический ток, который вызывает в пространстве вокруг переменное
магнитное поле. В обмотку вставлен ферритовый сердечник, на свободный конец которого надето кольцо из проводящего материала.
Под действием переменного магнитного потока, пронизывающего кольцо в нём возникает электрический ток, создающий магнитное
поле противоположной направленности относительно поля обмотки. Своим полем кольцо начинает отталкиваться от поля обмотки
и ускоряется, слетая со свободного конца ферритового стержня. Чем короче и сильнее импульс тока в обмотке, тем с большей
кинетической энергией вылетает кольцо.
Иначе функционирует рельсовый ускоритель масс.
В нем проводящий снаряд движется между двух рельс - электродов (откуда и получил свое название - рельсотрон), по которым подается ток. Источник тока подключается к рельсам у их основания, поэтому ток течет как бы в догонку снаряду и магнитное поле, создаваемое вокруг проводников с током, полностью сосредоточенно за проводящим снарядом. В данном случае
снаряд является проводником с током, помещённым в перпендикулярное магнитное поле, созданное рельсами. На
снаряд по всем законам физики действует сила Лоренца, направленная в сторону противоположную месту подключения
рельс и ускоряющая снаряд. С изготовлением рельсотрона связан ряд серьезных проблем - импульс тока должен быть
настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел бы испарится (ведь через него протекает огромный ток!), но возникла
бы ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. Поэтому материал снаряда и рельс должен обладать как можно более высокой
проводимостью, снаряд как можно меньшей массой, а источник тока как можно большей мощностью и меньшей индуктивность.
Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверх больших скоростей.
На практике рельсы изготавливают из безкислородной меди покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые
брусочки, в качестве источника питания - батарею высоковольтных конденсаторов, а самому снаряду перед вхождением на
рельсы стараются придать как можно большую начальную скорость, используя для этого пневматические или огнестрельные орудия.
Тут известная уже многим фотография действующего рельсотрона.
Но Пушка Гаусса обладает неоспоримым преимуществом перед ними обоими:
во-первых, она наиболее проста в изготовлении,
Во-вторых, она имеет довольно высокий по сравнению с другими электромагнитными ускорителями КПД
и, в-третьих, может работать на относительно низких напряжениях.
Кроме того, пушка Гаусса, несмотря на свою простоту, обладает неимоверно большим простором для конструкторских
решений и инженерных изысканий - так что это направление довольно интересное и перспективное.
Такую позицию разделяют очень многие и среди них не только радиоэлектроники-любители, собирающие Пушки Гаусса
ради собственного интереса, как Jab, собравший вот этот пистолет, или создатель пистолета Pskov 1100.(вот он в разобраном виде)
но и вполне серьезные люди, решившие заняться этой проблемой профессионально.
23 октября 2005 года в интернете прошла информация о том, что
Производственная компания Silent Flash Engineering приступила к производству оружия с электромагнитным принципом разгона пули.
Silent Flash Engineering создали маломощные изделия калибра 4.5 мм EM44A1 "Молнию" и EM52A1 «Иглу».
(Маломощные значит, что кинетическая энергия снаряда, используемого этими изделиями, при вылете меньше 7.5 Дж.)
Внешне они обладают сходством с винтовкой F2000 производства бельгийской фирмы Fabrique Nationale и
пистолетом-пулеметом mp7a1 производства Heckler&Koch. Внутри же это принципиально другие устройства.
Вот что говорят о своей продукции люди из Silent Flash Engineering:
"Основными узлами Гауссовой пушки являются катушки индуктивности, конденсаторы, аккумуляторы и схема управления.
Аккумуляторы используются для заряда конденсаторов до рабочего напряжения, при выстреле производится разряд конденсаторов
на обмотки катушек. Причем в нашем случае используется многоступенчатая схема и по мере продвижения снаряда в стволе энергия
перебрасывается на последующие ступени ускорителя."
Во-первых, это компоновка буллпап. Такое решение позволяет сделать максимально длинный ствол при относительно малой длине
самого орудия, а также удобно разместить достаточно объемистые конденсаторы, аккумуляторы и катушки.
Во-вторых, отличительной особенностью нашего оружия от прочих является использование якоря для разгона, а не разгон
самого снаряда. Для якоря используются специальные сплавы и специальную форму, которая является следствием множества
экспериментов и моделирований. Это потребовало высокой точности изготовления, но зато дало возможность максимально
использовать энергию магнитного поля и резко повысить КПД.
В-третьих, чтобы исключить влияние на ствол индукционных токов и избежать потерь мощности, ствол выполнен также из
сверхпрочного диамагнетика. "
"На сегодняшний день пушка гаусса Silent Flash Engineering существует в двух различных модификациях -
компактное пистолетное исполнение EM52A1 «Игла» и винтовочное EM44A1 "Молния".
Целью Silent Flash Engineering является получение патента на конструкцию и продажа технологии крупному оружейному концерну.
Silent Flash Engineering ведет переговоры с одним из крупных российских оружейных концернов по организации производства
версии их изделия для военного применения.
Оружие с ограниченной мощностью можно приобрести уже сегодня.
К сожалению или к счастью, продукция компании Silent Flash Engineering продается только через интернет из-за
"трений с органами", как выразились на сайте Silent Flash Engineering.
Итак, подведем итог:
Пушка Гаусса - не плод воображения, она реальна и становится с каждым днем все ближе к тому фантастическому представлению о ней.
Сайты:
Википедия
Gauss2k
Сайт Silent Flash Engineering
Сайт посвященный пистолету Pskov 1100
Материалы с Русской Базы Анклава на сайте Vault_13
Хочу особенно отметить сайт Gauss2k и сайт Silent Flash Engineering.
Вот собственно и всё. Я не претендую, что это высоконаучный и очень хороший доклад, но все же.
PS: вы можете найти больше информации на указанных сайтах.
PPS: конкретно этого доклада нигде больше быть не должно.
PPPS: и не надо мне говорить, как это мне не стыдно использовать материалы. Вот не стыдно и всё.=)
pppps: интересно, не переместят ли эту тему в "кольцо времени".