Działa szynowe
Działa szynowe znamy z literatury naukowej i fantastycznej. Często pojawiały się tam pod innymi potocznie używanymi przez tłumaczy i autorów nazwami jak „działa akcelatorowe” lub „działa elektromagnetyczne”. Wszystkie określenia są wbrew pozorom prawidłowe i opisują albo ogólną zasadę działania urządzenia albo charakterystykę jego budowy.
Jak to działa?
Model działania jest identyczny dla całej rodziny „railgunów” – w wielkim uproszczeniu „działa magnetyczne” przypominają działaniem klasycznie silniki na prąd stały, z tym jednak szczegółem, że jest to silnik liniowy. W wyniku działania pola magnetycznego pocisk zostaje wypychany z szyn przewodzących prąd (najczęściej wykonanych z aluminium, miedzi lub grafitu). Jego powstanie umożliwia konstrukcja „działa”, które poprzez przewodzący „metalowy” pocisk rozładowuje zgromadzone natężenie. Powoduje to powstanie tzw. „siły Lorentza” prostopadłej do przepływu prądu. To ona wyrzuca pocisk w przeciwnym kierunku skąd przypłynął prąd. Im „szyny” są dłuższe i większe, tym przyśpieszenie działa dłużej a więc pociski osiągają większe prędkości. Duże znaczenie ma tu również dostarczona energia – to ona przecież tworzy silne pole magnetyczne i to ona decyduje o wielkości siły Lorentza.
Od czego się zaczęło?
Prawdopodobnie od Australijskiego Uniwersytetu Narodowego w latach siedemdziesiątych kiedy naukowiec Richard A. Marshall stworzył „cywilny”, działający egzemplarz działa szynowego. W teście jaki wtedy przeprowadzono potrzebowano niezwykłych prądów. Zapewniał go potężny generator osiągając 1.6 miliona Amperów i przy pięciometrowej długości akceleratora przyspieszył trzygramowy pocisk do, bagatela, 6 kilometrów/sekundę. Wkrótce wojsko zauważyło możliwości nowej technologii i przyspieszyło prace finansując projekt budowy Systemu Obrony przed Rakietami Balistycznymi. Badania te prowadzone były w największym przystosowanym do tego celu centrum naukowym w bazie Eglin Sił Powietrznych USA na Florydzie. Przeznaczono do dyspozycji naukowców aż 17 tamtejszych budynków na te badania, czego efektem, wkrótce potem było 16 opracowanych projektów dział szynowych. Ich źródłem zasilania było 14000 dwunastowoltowych baterii które zapewniały natężenie rzędu 2.5 miliona Amperów (!). Tamtejsze badania doprowadziły do stworzenia znacznie mniejszych dział szynowych o długości jedynie jednego metra. Początki były bardzo skromne. W pierwszym modelu grafitowe pociski wystrzeliwane były z prędkością (ledwo) 40 metrów na sekundę. Teraz marynarka USA dysponuje sprawnym prototypem wystrzeliwującym je z prędkościami przekraczającymi 2 kilometrów/sekundę. Od roku 1979 również Teksański Uniwersytet wkłada wiele pracy w rozwój technologii dział szynowych. Wynaleźli oni, dziesięciometrowe działo wystrzeliwujące pociski o wadze od 1 do 4 kilogramów z wylotową prędkością od 2 do 4 kilometrów na sekundę, przy energii wylotowej pocisku rzędu 9 MJ (Megadżuli) Więcej, już testują jego możliwości w niszczeniu stałych przeszkód myśląc o zamówieniach wojskowych i zastosowaniu dział akceleratorowych na polach bitew.
Trzeźwa ocena…
Działa szynowe są relatywnie nową technologią i jak na razie mniej sprawną niż palna. Działa szynowe które mają sprawność większą od 2% uważane są za naprawdę efektywną. Niewątpliwą zaletą tej broni jest to, że prędkość wystrzelonych pocisków jest znacznie większa niż tych wystrzelonych metodą tradycyjną – chemiczną. Dla przykładu, pociski obecnie działających dział szynowych bez problemu osiągają prędkości rzędu 10 kilometrów/sekundę. Jednak nawet prędkości rzędu 150 km/s są równie prawdopodobne. W atmosferze dowolny pocisk wystrzelony z tą prędkością zmieniać się będzie w rozgrzaną do niewiarygodnych temperatur plazmę, stąd zastosowanie „tak szybkich” dział akceleratorowych na powierzchni planety jest mało prawdopodobne. Dla porównania maksymalna prędkość pocisku wystrzelonego z „klasycznego” działa nie przekroczyła ośmiu kilometrów na sekundę.
Jak się może to skończyć?
Wygląda na to, że najwdzięczniejszym odbiorcą „dział szynowych” jest finansujące większość badań wojsko, które widzi w tej technologii doskonałe systemy defensywne : obrony antyrakietowej okrętów, skutecznej broni przeciwpancernej, celnej artylerii dalekiego zasięgu a nawet wysyłania w kosmos niskim kosztem różnego rodzaju obiektów. Słynne było również planowane zastosowanie dział akceleratorowych w Programie Gwiezdnych Wojen Ronalda Regana, jako tarcza przeciwko pociskom balistycznym Związku Radzieckiego. Miały być niszczone w początkowej fazie lotu z umieszczonych na orbicie satelitów. Okazało się jednak, że nie ma możliwości przechowywania, i generowania tak wielkich energii bez umieszczenia na orbicie „małych” atomowych elektrowni. Inną sprawą była celność. Być może dopiero teraz, przy użyciu potężnych komputerów, usatysfakcjonowałaby one choć część wojskowych speców z Ministerstwa Obrony USA.
Nie tak dawno głośno mówiono o asteroidzie, który w roku 2028 może uderzyć w Ziemię. Ostatnie obliczenia odrzucają te prognozy. Zagrożenie jest o tyle realne, że asteroidy o ledwo ośmiokilometrowej średnicy są w stanie zagrozić istnieniu rasy ludzkiej na Ziemi. Zagrożenie jest o tyle realne, że takich asteroid przecinających ziemską orbitę są tysiące. Jak przekonać asteroidę by minęła planetę? Metoda siłowa przy użyciu dział akceleratorowych nie jest najgłupszym pomysłem. Miałyby być one umieszczone na platformach orbitalnych i wystrzeliwać kilogramowe pociski z prędkościami powyżej 100 kilometrów/sekundę by zmienić moment obrotowy skalnej bryły tak by minęła Ziemię w bezpiecznej odległości. Inną propozycją było użycie niezwykle lekkich pocisków np. ciężkich jonów wystrzeliwanych z prędkościami bliskimi światłu. Mają one przy małych rozmiarach „relatywnie powiększoną masę” i działały by podobnie. Jednak żeby stało się zadość prawom fizyki Newtona „akcja równa się reakcji” stacje musiałyby mieć aż dwa działa – drugie strzelałoby w przeciwnym kierunku by zrównoważyć odrzut drugiego.
Lepszym pomysłem byłaby jednak instalacja takiego działa na Księżycu. To nie wszystko. Działa szynowe wprost idealnie nadają się jako broń przeciwpancerna. Wojsko od wielu lat pracuje nad działem szynowym, które można by zamontować w czołgu. Ma on się pojawić w roku 2015 i według komandora Beach amerykańskiej marynarki ta technologia zrewolucjonizuje współczesne pole bitwy : „Dwufuntowy (około 1kg) pocisk wystrzelony z prędkością 2 kilometrów na sekundę będzie mógł bez żadnych problemów przebić dowolny pancerz czołgu. Ponadto będzie to niezwykle bezpieczna technologia. Nie będzie magazynów amunicji, żadnych wybuchowych materiałów. Minimalnej wielkości amunicja będzie zajmowała mniej miejsca więc będzie można załadować jej więcej. Nie będzie również problemów z transportem, produkcją i jej magazynowaniem. Pluton wyposażony w działa szynowe byłby nie do pokonania. Jednak na elektromagnetyczne karabiny maszynowe nie mamy na razie na co liczyć nim nie zostaną opracowane baterie o dużo większej pojemności.”.