В продолжение вчерашнего спора. Кому не интересно - не читайте, но для общего развития полезно.
Рельсотрон (railgun), он же - электромагнитная пушка - это импульсный электродный ускоритель масс. Первые образцы подобного устройства были изобретены в 1970-х годах и вскоре привлекли внимание военных, заинтересованных возможностью использовать рельсотрон в своих целях.
В 2008 году в США прошло первое испытание военного рельсотрона, окрещенного "самой мощной пушкой в мире". Тогда тестовые стрельбы показали, что устройство способно разгонять заряд до скорости, характеризующейся числом Маха, равным 8, или девяти тысяч километров в час. Начальная кинетическая энергия заряда при выходе из ствола пушки (дульная энергия) составила 10 мегаджоулей. В конце 2010 года американцы провели новое показательное испытание рельсотрона. На этот раз более мощного - значение дульной энергии оценили в 33 мегаджоуля. Этот выстрел стал юбилейным - тысячным с начала лабораторных и открытых испытаний.
Цель подобных тестов - создание нового ударного оружия для надводных кораблей. Предполагается, что дальность полета снарядов будет достигать 400 км. Главное достоинство электромагнитной пушки - безопасность для экипажа (не нужна взрывчатка) и высокая точность стрельбы.
В настоящее время над разработкой военных рельсотронов работают, помимо Raytheon, еще две компании. Минобороны подписало контракты с американской General Atomics и британской оборонной компанией BAE Systems. По мнению командования ВМС США, подобная диверсификация позволит снизить риск срыва проекта. Предполагается, что первые рельсотроны будут установлены на боевых кораблях к 2025 году, сообщает CNET News.
(Это была реклама, теперь разберемся что же мы имеем на самом деле)
Разогнать снаряд в стволе рельсотрона можно тремя способами:
1. Снаряд замыкает рельсы и разгоняется силой Лоренца.
2. Снаряд разгоняется плазмой, которая являясь токопроводной, замыкает рельсы.
3. Снаряд разгоняется реактивной плазменной струей при испарении токопроводящего поддона дуговым разрядом.
При любом способе стволу после нескольких выстрелов потребуется замена. Но пусть для них не проблема, так что пропустим этот момент.
Что мы имеем?
(Для начала я считаю что разгонять снаряд до девяти тысяч км в час это ошибка журналистов, это всего 2500 метров в секунду. Это не так много, для сравнения снаряд из танковой пушки вылетает со скоростью больше 1000 метров в секунду.)
Все просто: рассчитываем сначала сколько энергии приобретет снаряд весом 10 кг, разогнавшись до 5 км/с по формуле E=mV2/2. Вот 10*50002/2 = 125 МДж.
(Это почти в 4 раза мощнее чем то, что есть сейчас, но не суть, продолжим подсчеты.)
Затем рассчитываем, за какое время снаряд разгонят в стволе пушки (пусть ствол будет длинной 100 метров), но сначала найдем ускорение снаряда в стволе: а=V/2S2; a= 125 км/с2; теперь найдем время на рельсе t2= 2S/a ; t=0.04 с. Теперь представим идеальную электромагнитную пушку, то есть вся ЭМ энергия конвертируется в кинетическую, то есть предположим, что за 0.04 с мы передаем 125 МДж. То есть мощность можно высчитать формулой P= A/t , где А это та самая энергия, только в виде работы, которую мы сосчитали; P=3125 МВт. Можно также можем рассчитать токи и напряжения, плюс мы пренебрегли потерями, но зато получили порядок величины (для справки, текущие ЯЭУ на кораблях ~ 100-200МВт)
Далее, Электрохимическая система на данном этапе развития не может обеспечить таких передач мощности в столь короткое время, тогда остается физическая система, то есть электрический конденсатор, ну и мы можем рассчитать емкость такой конденсаторной системы, ну и заряжающего устройства к нему.
Вот такие делают у нас:
http://www.elton-cap.ru/products/kondensatornye-moduli/225кдж в габарите 350Х200Х250 или 0,0175м3. Пусть нам надо сделать сборку для 500МДж., это будет батарея из 2500шт, объёмом, чуть более 40м3. С учётом возможности обслуживания инфраструктуры и прочего, умножим вдвое. 80м3. С учётом того, что разряд не полный, а, в лучшем случае четверть, умножим ещё на 4. 320 м3. Страшно?
Вроде нет. Но если прикинуть что мы рассчитали идеальную систему, да еще для скорострельности надо таких батарей несколько…
Получаем пушку со стволом в 100 метров, для которой требуется под 1000 кубометров батарей, атомный реактор в придачу и все для чего?
Вес снаряда 10 кг. Даже если он полетит по прямой 400 км и не будет терять скорость в полете, то долетит до цели за 80 секунд. Какое либо управление в этот снаряд вставить не получится – ускорение в стволе и мощное электромагнитное поле, а вес снаряда очень мал, к тому же на таких скоростях аэродинамические рули уже не столь эффективны, нужны газодинамические. Плюс надо засунуть управляющий компьютер и голову самонаведения. Незабываем про то, что снаряд нагреется от полета на огромной скорости в нижних слоях атмосферы.
То есть по движущейся цели стрелять вообще бесполезно, можно стрелять только по стационарным объектам и то не слишком точно.
Вспоминаем Колоссаль и немножко думаем, а стоит ли оно того?