Рельсовая пушка на электромагнитной силе

Что такое рельсотрон и когда от него отваливаются шпильки

Президент РАН Владимир Фортов рядом с рельсотроном на полигоне в Шатурском филиале ОИВТ РАН. Выстрелом из ускорителя вырвало пару крепежных шпилек на вертикальных стенках прибора. Фото: Сергей Савостьянов / ТАСС

В Шатуре прошел показательный запуск рельсотрона — электромагнитной пушки, разгоняющей снаряд до высоких скоростей. «Чердак» разбирался, для каких целей сейчас над ним ведут работу российские ученые, и наблюдал за выстрелом.

В небольшом полигоне филиала Объединенного института высоких температур РАН (ОИВТ РАН) в Шатуре людно: ученые собираются провести демонстрационный запуск рельсотрона. Интерес подогрело и разлетевшееся по Интернету видео демонстрации опытного образца рельсотрона для военно-морских сил США в конце мая. Впрочем, при длине американской пушки в 10 метров и весе снаряда более 10 килограмм (если быть точнее, то 25 фунтов) российский рельсотрон выглядит куда скромнее. Длина его ствола составляет 70 сантиметров, а вес ударников, как ученые называют снаряды, пока не доходит даже до десятков граммов. Тем не менее такая компактность не мешает достигать высоких, близких к космическим, скоростей. По словам заведующего лабораторией плазмодинамических процессов ОИВТ РАН Владимира Полищука, максимальная скорость, с которой в России рельсотрон разгонял снаряд, была 5,5 километра в секунду.

Где у пушки рельсы

Наш рельсотрон выглядит довольно неожиданно: это металлическое устройство прямоугольной формы, утыканное крепежами, без какого-либо намека на рельсы. Но они есть. Внутри. Это две металлические пластины внутри бандажа, к которым подсоединена батарея. Электрический ток течет от электрода к электроду, а магнитный импульс выталкивает зажатый между рельсами снаряд. Его делают из диэлектрика, то есть материала, не проводящего ток. В ОИВТ РАН его изготавливают из поликарбоната — пластика, из которого часто делают зубные протезы.

Ударники рельсотрона в Шатурском филиале ОИВТ РАН
Размер ударников, которыми стреляют из рельсотрона в Шатурском филиале ОИВТ РАН, не превышает нескольких сантиметров. Фото: Сергей Савостьянов / ТАСС


«С этим рельсотроном мы можем выйти на массу снаряда в десятки грамм. У нас увеличилась емкость источника энергии в полтора раза. Есть еще четыре секции, но мы их увезли на полигон, — сказал Полищук. — Сейчас у нас здесь запасенной энергии 1 мегаджоуль. В полном комплекте у нас 4 мегаджоуля. Американский накопитель на большую пушку — 32 мегаджоуля, но они собираются его увеличить до 64 мегаджоулей».

Не новая разработка

«Это разработка не новая, мы сейчас выходим на новый уровень энергетики. Мы увеличили энергию примерно в пять раз», — сказал Полищук. Действительно, рельсовые ускорители известны уже более 50 лет. Однако интерес к ним, по словам ученого, появился лет 40 назад, когда научное сообщество заинтересовалось достижением скоростей, близких к космическим, — от 7,9 км/с (первая космическая скорость) и выше.

Мишени, пробитые ударником рельсотрона
Мишени, пробитые ударником рельсотрона. Фото: Сергей Савостьянов / ТАСС


«Мировой рекорд, чему можно верить, где-то 6,5 км/с. По нашим представлениям, максимально достижимая скорость — 10-12 км/с. Это очень интересно, такие параметры не освоены», — сказал Полищук.

Физика высоких скоростей

Над лежащей в основе рельсотрона технологией активно работает Китай. По словам участвовавшего в демонстрации на полигоне ОИВТ РАН президента РАН Владимира Фортова, китайские ученые за год опубликовали около 150 статей в этой области. В то же время США сконцентрировались на метании больших масс, а не на увеличении скорости, отмечает Полищук.

«Американцы задачи получения сверхвысоких скоростей свернули. Они занимаются метанием больших масс. Цель — электромагнитная пушка и, что более реально, катапульты для разгона ракет. А пушка — это перспективы, лет через 10, не раньше», — сказал ученый, добавив, что СССР в 80-х годах достиг хороших результатов в разработке катапульт, но технология не получила развития, поскольку у страны почти не было авианосцев, на которых ее можно было бы использовать.

Российские же ученые сейчас заинтересованы не массами, а высокими скоростями и давлением.

«Наша задача — попытаться получить в лабораторных условиях при помощи таких систем такие большие давления и исследовать поведение вещества при экстремальных высоких температурах и давлениях. Это надо для понимания того, как устроена Вселенная, потому что 95% всего видимого вещества Вселенной находится как раз в сильно сжатом и разогретом состоянии. Мы пытаемся при помощи этих систем получать состояния со многими миллионами атмосфер», — сказал Фортов.

От сварки до астероидов

Рельсотрон можно применять не только в военных целях, но и в мирных, даже «благородных». Например, изучение того, как снаряд на очень больших скоростях сталкивается с мишенью, поможет изучить историю обстрела метеоритами планет, включая нашу, и в перспективе создать систему защиты космических аппаратов от небольших частиц в межзвездном пространстве.

Правда, Фортов сильно сомневается в возможности использовать рельсотрон для защиты Земли от крупных астероидов и метеоритов. А Полищук, наоборот, уверен, что выпущенный рельсотроном снаряд со скоростью 10—15 км/с мог бы отклонить с курса астероид размером в десятки или даже сотни метров. Кроме того, принцип рельсотрона в будущем можно будет использовать для ввода термоядерного топлива в реактор.


Выстрел ударником весом 2 грамма со скоростью 3,2 км/с из рельсотрона на полигоне филиала ОИВТ РАН. Видео: ОИВТ РАН

«Нужно вводить частицы дейтерий-тритиевой смеси внутрь токамака (тороидальная камера с магнитными катушками, удерживающая плазму, чтобы создать условия для протекания управляемого термоядерного синтеза — прим. «Чердака»), скорость должна быть большая: километры в секунду, иначе оно просто не влетит, а испарится по дороге», — сказал Полищук.

Если из рельсотрона убрать ударник, то вылетающий из него сгусток плазмы можно использовать для упрочнения материалов в 3-4 раза, заметил Фортов.

«Кроме того, есть такое направление, как сварка взрывом, когда ударяются две пластины, которые обычно не свариваются, но из-за воздействия больших, хоть и краткосрочных, давлений они дают очень прочную сварку. Эта сварка используется, например, для изготовления ракетных сопел», — добавил президент РАН.

Большой ба-бах

По словам Фортова, российские ученые пока «очень далеки от световых скоростей».
«Ток, который течет по схеме, создает очень большое магнитное давление, оно находится на уровне нескольких тысяч атмосфер. Эти силы пытаются «раздвинуть» электроды. Поэтому конструкция очень мощная. И часто, когда что-то идет не так, то винты разрывает. Есть и другая проблема, связанная с тем, что плазма неустойчива. Когда она разгоняет ударник, она сама расслаивается на элементы и снижается скорость ускорения», — сказал президент РАН.

Президент РАН Владимир Фортов рядом с рельсотроном на полигоне в Шатурском филиале ОИВТ РАН
Президент РАН Владимир Фортов рядом с рельсотроном. Выстрелом из ускорителя вырвало пару крепежных шпилек на вертикальных стенках прибора. Фото: Сергей Савостьянов / ТАСС


Видимо, в этот раз что-то действительно пошло не так. После оглушительного взрыва, пробившись через облако пыли, журналисты увидели, что выстрел двухграммовым ударником, скорость которого была 3,2 км/ч, начисто вырвал пару увесистых крепежных шпилек из рельсотрона.

«Оторвались крепежные шпильки, потому что слишком большое усилие было. Бандаж используется многократно, десятки раз, — сказалась усталость», — объяснил Полищук.

В то же время Фортов заявил, что ученые «на правильном пути» и уже через несколько часов устройство починят.

Алиса Веселкова

Алиса Веселкова
Теги:

Читать еще на Чердаке: