Пушка Гаусса

Не следует путать с рельсотроном.

Иллюстрация принципа действия

Пушка Гаусса (англ. Gauss gun, Coil gun, Gauss cannon) — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма. Следует иметь ввиду, что данный метод ускорения масс используется в основном в любительских установках, так как данный метод не является достаточно эффективным для практической реализации. По своему принципу работы (создание бегущего магнитного поля) сходна с устройством известным как линейный двигатель.

Принцип действия

Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, ориентированные согласно полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится. В любительских схемах иногда в качестве снаряда используют постоянный магнит так как с возникающей при этом ЭДС индукции легче бороться. Такой же эффект возникает при использовании ферромагнетиков, но выражен он не так ярко благодаря тому что снаряд легко перемагничивается (коэрцитивная сила).

Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электролитические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.

Параметры ускоряющих катушек, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индукция магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала. Стоит заметить что возможны разные алгоритмы работы ускоряющих катушек.

Кинетическая энергия снаряда

$E = {mv^2 \over 2}$
$~m$ — масса снаряда
$~v$ — его скорость

Энергия запасаемая в конденсаторе

$E = {CU^2 \over 2}$
$~U$ — напряжение конденсатора

$~C$ — ёмкость конденсатора

Время разряда конденсаторов

Это время за которое конденсатор полностью разряжается. Оно равно четверти периода:
$~T = {\pi\sqrt{LC} \over 2}$
$~L$ — индуктивность
$~C$ — ёмкость

Время работы катушки индуктивности

Это время за которое ЭДС катушки индуктивности возрастает до максимального значения (полный разряд конденсатора) и полностью падает до 0. Оно равно верхнему полупериоду синусоиды.
$~T = \pi\sqrt{LC}$
$~L$ — индуктивность
$~C$ — ёмкость

Применение

Теоретически возможно применение пушек Гаусса для запуска лёгких спутников на орбиту. Основное применение — любительские установки, демонстрация свойств ферромагнетиков. Также достаточно активно используется в качестве детской игрушки или развивающей техническое творчество самодельной установки (простота и относительная безопасность).

Преимущества и недостатки

Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе начальной скорости и энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает скорости звука) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая отдача (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша́я надежность и теоретически износостойкость, а также возможность работы в любых условиях, в том числе в космическом пространстве.

Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями.

Первая и основная трудность — низкий КПД установки. Лишь 1-7 % заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27 %. В основном в любительских установках энергия запасенная в виде магнитного поля никак не используется, а является причиной использования мощных ключей (часто применят доступные IGBT модули) для размыкания катушки (правило Ленца).

Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД).

Третья трудность (следует из первых двух) — большой вес и габариты установки при её низкой эффективности.

Четвёртая трудность — достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею), а также высокая их стоимость. Можно, теоретически, увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что приносит дополнительные проблемы, и серьёзно влияет на область применения установки.

Пятая трудность — с увеличением скорости снаряда время действия магнитного поля, за время пролёта снарядом соленоида, существенно сокращается, что приводит к необходимости не только заблаговременно включать каждую следующую катушку многоступенчатой системы, но и увеличивать мощность её поля пропорционально сокращению этого времени. Обычно этот недостаток сразу обходится вниманием, так как большинство самодельных систем имеет или малое число катушек, или недостаточную скорость пули.

В условиях водной среды применение пушки без защитного кожуха также серьезно ограничено — дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе с образованием агрессивных (растворяющих) сред что требует дополнительного магнитного экранирования.

Таким образом, на сегодняшний день у пушки Гаусса нет перспектив в качестве оружия, так как она значительно уступает другим видам стрелкового оружия, и вряд ли перспективы появятся в будущем, так как она не может составить конкуренцию установкам, работающим на других принципах. Теоретически, перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К). Однако, установка, подобная пушке Гаусса, может использоваться в космическом пространстве, так как в условиях вакуума и невесомости многие недостатки подобных установок нивелируются. В частности, в военных программах СССР и США рассматривалась возможность использования установок, подобных пушке Гаусса, на орбитальных спутниках для поражения других космических аппаратов (снарядами с большим количеством мелких поражающих деталей), или объектов на земной поверхности.

В литературе

Для улучшения этой статьи желательно?: Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии. Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей.

Довольно часто в литературе научно-фантастического жанра упоминается пушка Гаусса. Она выступает там в роли высокоточного смертоносного оружия. Примером такого литературного произведения являются книги из серии «S.T.A.L.K.E.R.», написанные по серии игр S.T.A.L.K.E.R., где Гаусс-пушка была одним из мощнейших видов оружия. Но первым в научной фантастике пушку Гаусса воплотил в реальность Гарри Гаррисон в своей книге «Месть Стальной Крысы» (неправда, задолго до Гаррисона, А. Казанцев, «Пылающий остров», возможно, были ещё более ранние упоминания). Цитата из книги: «Каждый имел при себе гауссовку — многоцелевое и особо смертоносное оружие. Его мощные батареи накапливали впечатляющий заряд. Когда нажимали на спуск, в стволе генерировалось сильное магнитное поле, разгоняющее снаряд до скорости, не уступающей скорости снаряда любого другого оружия с реактивными патронами. Но гауссовка имела то превосходство, что обладала более высокой скорострельностью, была абсолютно бесшумной и стреляла любыми снарядами, от отравленных иголок до разрывных пуль.»

В компьютерных играх

• В игре Crimsonland присутствует пушка Гаусса, которая бесшумно пронизывает врагов, нанося тяжёлые повреждения.
• В Warzone 2100 при развитии до 70 % открывается доступ к пушке Гаусса.
• В BattleTech, в сериях MechWarrior и MechCommander.
• В стратегиях Command & Conquer 3: Tiberium Wars и Command & Conquer 3: Kane’s Wrath существует улучшение «Пушки Гаусса», увеличивающее урон для танков «Хищник» и «Мамонт», роботов «Титан» и защитных орудий «Страж». Также Спецназ ГСБ в игре вооружены Скорострельными Гаусс-винтовками.
• В игре S.T.A.L.K.E.R. гаусс-пушка имеет огромную мощность и медленно перезаряжается. Она работает на батареях, которые используют энергию артефакта «Вспышка». В игре «S.T.A.L.K.E.R Зов Припяти» под аномалией «Железный лес» есть помещение где проводились её испытание, там же стоит огромная пушка Гаусса.
• В «StarCraft» пехотинцы вооружены автоматической винтовкой Гаусса C-14 «Impaler». Призраки также имеют винтовки C-10, которые называются «Картечные винтовки».
• В «Crysis» винтовка Гаусса представляет собой снайперское оружие, наносящее максимальный урон.
• В «Crysis 2» пушка Гаусса представляет собой модификацию для штурмовой винтовки, наряду с подствольным гранатомётом. Обладает большим уроном и медленной перезарядкой.
• В «Fallout 2» винтовка Гаусса является самым мощным оружием с высокой дальностью стрельбы, почти не уступающей снайперским винтовкам.
• В «Fallout 3» и в «Fallout New Vegas» винтовка Гаусса — энергетическая снайперская винтовка, оснащённая оптическим прицелом и отличающаяся высокой эффективностью на средних и больших дистанциях. Наносит очень большой урон.
• В «Fallout Tactics» есть гаусс-пистолет, гаусс-винтовка и четырёхствольный гаусс-пулемёт.
• В игре X-COM: Terror From The Deep орудие Гаусса является одной из первых разработок для уничтожения инопланетян под водой.
• В играх X³: Reunion/X³: Terran Conflict Гаусс-пушка — мощное оружие для эсминцев, обладающее хорошей дальностью, но низкой скоростью полёта снарядов. Энергии практически не тратит, но требует специальных боеприпасов.
• B Ogame пушка Гаусса — мощное оборонительное сооружение.
• В Red Faction: Guerrilla Гауссова винтовка является оружием высокой мощности, но обладает средней разрушающей силой по сравнению с другими видами оружия, несущими разрушающий характер.
• В MMOTPS игре S4 League пушка Гаусса представляет из себя пулемет, у которого при беспрерывной стрельбе постепенно снижается точность.
• В серии игр Warhammer 40.000 пушки Гаусса активно используются некронами.

  Под пушкой Гаусса в этом случае подразумевается энергетическое оружие стреляющее зелеными молниями и разрушающее межмолекулярные связи, в некоторых случаях утверждается, что жертва подвергается аннигиляции.

См. также

• Рельсотрон

Ссылки

• Выстрел в будущее: Пушка Гаусса своими руками
• Видеоролик. Пушка Гаусса в игре S.T.A.L.K.E.R., в игре Fallout 2 и самодельная реальная пушка Гаусса
• Coilgun systems
• Another Coilgun Site — Single/Multiple and portable coilguns
• Coil gun на HV-wiki
• Coilgun.ru
• Gauss2k
• Оружие будущего
• Теория индукционного ускорения (не Гаусс, а Томпсоган)
• США тестируют электромагнитную пушку
• «Месть крысы из нержавеющей стали»
• «Российская Империя. Гаусс-пушка. Исследования.»
• Open-source модуль для пушки Гаусса.

Примечания