Из электронной пушки — по астероидам

Одной из популярных тем современной околонаучной прессы является рельсотрон или "электронная пушка". Причем одни журналисты пишут о том, что это прорыв в военном деле и в будущем рельсотронами будут вооружены чуть ли не все боевые корабли. Другие — что это очередной фейк и ничего путного из этого — прежде всего, конечно, у американцев! — не выйдет. Вот у нас в России рельсотрон — "это да!", а "там, у них" ничего не получится. Как же на самом деле обстоят дела с рельсотроном? Какова его история?

Фото: Фото: Архив Pravda.Ru

Напомним, что технически сложные для своего времени объекты создавались не один год и даже не одно десятилетие. Возьмем хотя бы… каменный топор наших далекий предков. Сначала это был просто обработанный камень, зажатый в расщепе ветки дерева, которую обматывали полосками кожи или сухожилиями. Уже и это был прогресс, но сколько тысячелетий понадобилось, прежде чем этот же самый топор люди научились просверливать и надевать на палку. Это порядок увеличило его эффективность. Понятно, что разница между рельсотроном и каменным топором достаточно велика, однако и не слишком принципиальна, если рассматривать эти предметы с точки зрения возможностей своего времени.

Пожалуй, первым сообщением и чем-то похожим на электрическое орудие была заметка в бостонской газете "Littell's Living Age" 1845 года, озаглавленная "Электрическая пушка", в которой сообщалось об испытании скорострельного орудия, напоминавшего пулемет. Для метания пуль в нем использовались гальванические элементы. А во время испано-американской войны в 1898 году другой американский изобретатель предложил обстреливать Гавану с помощью мощной токовой катушки, которая должна была располагаться на побережье в штате Флорида и стрелять крупнокалиберными снарядами на дальность около 230 километров.

Российский ученый Н. Н. Бенардос и американский изобретатель Л. С. Гарднер также предлагали проекты "электрической", или "магнитной" пушки. О гарднеровском орудии газета "Oswego Daily Times" 27 февраля 1900 года писала так: "Новый ужас для войны: южанин разработал электрическую пушку". Затем проекты "электромагнитных пушек", стрелявших на десятки и сотни километров, посыпались как из рога изобилия в самых разных странах.

В СССР в 1940-41 годах был опубликован впервые, а затем в течении рядя лет с переработками издавался роман писателя-фантаста Александра Казанцева "Пылающий остров", в котором описывались сверхмощные электромагнитные орудия, способные стрелять на межконтинентальную дальность. Правда, таковые возможности они получили благодаря особому металлу — "радию-дельта", который нашему ученому передала попавшая на Землю после взрыва космического корабля в тунгусской тайге в 1908 году марсианка Таимба.

Словом, как и положено в романе, закручено все было очень лихо. Причем в предисловии к тексту автор написал, что он даже построил макет такого орудия, стрелявшего гвоздем и… продырявил им даже деревянную обшивку в кабинете наркома Орджоникидзе.

То есть идеи были. Носились, можно сказать, в воздухе и постепенно, шаг за шагом, хотя и очень медленно, претворялись в жизнь.

Само слово "рельсотрон", кстати, придумал знаменитый советский физик, академик Л. Арцимович. Еще его называют электромагнитный ускоритель или рэйлган. Это такая специальная установка, которая благодаря силе электричества и магнитных полей может разгонять тела до космических скоростей. Снаряд вместе с легкоплавкой металлической вставкой помещается между двумя так называемыми рельсами, представляющими собой два параллельных электрода. В нужный момент времени на электроды подается мощный токовый импульс, под действием которого вставка превращается в плазму. Цепь замыкается, и, благодаря возникающей силе Лоренца, плазма мгновенно приобретает ускорение, выталкивая тем самым снаряд из ствола.

При помощи рэйлгана пластиковая пуля весом всего несколько граммов после выстрела может приобрести скорость до 10-12 километров в секунду. Выпущенный из такой пушки крошечный кусочек пластика обладает огромной разрушительной силой и способен с легкостью пробить броню среднего танка. Впечатляет, не так ли?

Обычные артиллерийские снаряды просто физически не могут разгоняться до таких скоростей. Конечно, у этого устройства есть и недостатки, например, быстрый износ ствола и низкая скорострельность. А одна из самых главных его проблем заключается в том, что для ведения огня из такого оружия требуются источники питания с огромной мощностью, которые занимают большое пространство.

Впервые с такой трудностью столкнулись еще в 1977 году, когда в Австралии собирали первый в мире крупный рельсотрон. В то время встал вопрос о подаче энергии для устройства. Ричард Маршалл и Джон Барбер решили эту проблему за счет униполярного импульсного генератора, разработанного в 19503–1960 годах Маркусом Лоренсом и Элвином Олифантом. Этот генератор был способен давать нужные ток и напряжение, и именно его ученые подсоединили к рельсовой пушке.

Получившаяся конструкция в общей сложности весила около полутора тысячи тонн и занимала огромное пространство. Даже в наши дни для одного выстрела из рельсотрона требуется энергия, генерируемая большим количеством батарей конденсаторов, которые занимают целые комнаты.

В своём эксперименте Маршаллу и Барберу удалось с помощью созданной ими рельсовой пушки придать телу массой около трех грамм скорость равную шести километрам в секунду. Полученный результат был признан более чем успешным. Эти достижения дали старт началу большого количества исследований по разработке рельсовых орудий во многих точках нашей планеты.

В 19803–1985 годах созданием рельсотронов занимались многие ученые из разных стран, включая США и СССР, но превзойти успехи Маршалла долгое время не удавалось. В конце концов, в 19903–1992 годах большинство программ по исследованию и разработке электромагнитного оружия были полностью остановлены.

С развитием технологий интерес к рельсотронам в Штатах вновь возродился, особенно со стороны армии, нуждавшейся в новых видах оружия. В 2005 году военно-морские силы США объявили о начале исследований по разработке электромагнитного оружия, а уже к 2009 году компания "Дженерал Атомикс" сообщила о создании нового рэйлгана и успешных его испытаниях.

Разработанное орудие было способно придавать снаряду весом в 10 килограммов начальную скорость, примерно равную двум километрам в секунду. Уже во второй половине 2009 года компания "БАЕ Системс" представила усовершенствованный рельсотрон, мощность которого составила 32 МДж. Новая рельсовая пушка сумела разогнать 10-килограммовый брусок до скорости равной три километра в секунду. Дальность выстрела такого орудия составляла, по разным данным, от 85 до 160 километров. Также специально для такого рэйлгана был разработан новый источник питания, представляющий собой батарею конденсаторов, способную запасать энергию в 100 МДж. В будущем ВМС США планируют устанавливать такие электромагнитные пушки на свои боевые корабли.

В последние десять лет российские ученые тоже достигли определенных успехов в разработке электромагнитных ускорителей масс. Именно в России, в Троицком институте инновационных и термоядерных исследований были спроектированы первые в мире многовитковые рельсотроны. Их отличительной особенностью является увеличенное количество пар рельсов. Большее число электродов позволило более равномерно распределять между ними ток, тем самым снизить нагрузку, приходящуюся на рельсы, а также повысить КПД установки. В институте представлен уникальный прототип 5-виткового рэйлгана, способного разгонять снаряд весом в 1,1 килограмма до одного километра в секунду. В июле 2016 года в одном из филиалов объединенного института высоких температур РАН рельсовая пушка разогнала снаряд до скорости 6,25 километров в секунду.

В отличие от американских коллег, российские ученые говорят о мирном применении электромагнитных ускорителей. Их планируется использовать для защиты поверхности планеты от астероидов, комет или других космических тел. В Роскосмосе с помощью рельсовых пушек рассчитывают выводить спутники на орбиту Земли. А если удастся разместить рельсотрон на орбите планеты, то появится возможность изучения поведения плазмы в космосе.

Конечно, современные рельсотроны далеко не идеальны, и им еще предстоит пройти долгий путь. Но с уверенностью можно сказать, что в ближайшие десятилетия электромагнитные ускорители откроют перед человеком множество новых возможностей как на научном, так и на военном поприще.