Пушка дура, рельс — молодец? Как российские академики пытаются догнать армию США

Сегодня утром на полигоне в подмосковной Шатуре российским журналистам представили отечественную электромагнитную пушку, или рельсотрон. Многим это оружие больше знакомо по серии игр Quake под названием "рейлган". И, вопреки многочисленным заявлениям восхищённой отечественной прессы, скорее всего рельсотроны так и останутся уделом компьютерных игр и научно-фантастических фильмов. Ни в США, ни тем более в России рейлганы в обозримой перспективе не станут оружием поля боя. В то же время будущее вполне может оказаться за подобными установками. Вот только чтобы увидеть это будущее, нам надо что-то делать уже сейчас.

Сообщение об испытаниях рельсотрона в подмосковной Шатуре наделало немало шума. "Первая российская электромагнитная пушка", "уникальное устройство" и прочие восхищённые эпитеты в российских СМИ. На деле все немного не так, а точнее — сильно не так и куда менее бравурно. Рельсотрон в Шатуре — далеко не первый в России, а это его испытание — отнюдь не самое впечатляющее. Наконец, на фоне того, что уже сделано в этой области за океаном, всё это выглядит довольно бледно, если не сказать жёстче — на любительском уровне.

Что такое рельсотрон?

Современный рельсотрон состоит из "ствола", длиной от нескольких до полутора десятка метров. Внутри него на удалении в один сантиметр друг от друга проложены два рельса. Между ними находится снаряд, помещённый в плавкий электропроводный поддон, через который ток может идти от первого рельса ко второму.

Когда на рельсы подаётся постоянный ток высокого напряжения, вставка-поддон моментально ионизируется, её окружает облачко плазмы. Ток, текущий через плазму и рельсы, образует в межрельсовом пространстве сильнейшее магнитное поле. Оно взаимодействует с током, протекающим через плазму, и генерирует электромагнитную силу Лоренца, толкающую ускоряемое тело вдоль рельсов.

Благодаря поддону — металлическим пластинам, чаще всего алюминиевым, — также решается ещё одна задача: электрическое изолирование снаряда, что позволяет начинить его собственной электроникой, необходимой для наводки на цель. Также поддон доводит общий калибр заряда до калибра орудия, а после покидания ствола разлетается в разные стороны, выпуская снаряд наружу.  

Как легко заметит даже школьник, принцип работы устройства настолько банален, что его можно было сделать ещё в прошлом веке. Более того, именно так и случилось — по отрывочным сведениям, первая подобная установка была задумана во Франции в 1916 году, ровно сто лет назад. Рэйлганы "современного" типа впервые были предложены в 1944 году в Германии, откуда документы по проекту и попали в США. Так было со многими видами оружия — от ПТУР до баллистических ракет, и в большинстве случаев Штаты и СССР всё это успешно скопировали и развивали. Почему же с рельсотронами вышла осечка, и они всё еще не заполонили мир?

Поясним на примере. В российском устройстве, испытывавшемся в Шатуре во время демонстрационного залпа "для прессы", пуля из поликарбоната в 2-2,5 грамма разгоняется между двух рельсов до 3,2 километров в секунду. Это энергия пули обычного тяжелого пулемёта. Да, максимальная скорость снарядов отечественных рельсотронов достигает 11 километров в секунду (со слов академика Фортова). Теоретически этого хватит, чтобы добросить снаряд до Луны. Но практически она достигается лишь для очень лёгких снарядов. Испытания, показанные на видео ниже, дают скорость порядка 3 километров в секунду для пластиковой пули, которая легче, чем пуля АК-74.

Проблемы этого бесспорно перспективного устройства сегодня так велики, что оно непригодно для поля боя в обозримом будущем, несмотря на то, что американские военные постоянно утверждают обратное. Во время показательных испытаний в Шатуре у небольшого, фактически "настольного" рельсотрона, несопоставимого по мощности с рэйлганами ВМФ США, сломались шпильки, крепящие его к основанию. Причины просты: отдача действует на него не меньше, чем на пушку. Пуля рельсотрона, летящая хотя бы втрое быстрее пули АК-74, имеет в девять раз больше кинетической энергии, а значит, и отдача от неё куда сильнее.

Беда не только в отдаче. Чтобы разогнать пулю, её поддон током превращается в плазму, причём за миллисекунды. Естественно, рельсы, через которые ток в миллионы ампер подаётся на поддон, тоже резко нагреваются. Охлаждать их очень сложно: обычные системы охлаждения так быстро просто не работают. Поэтому рельсы испытывают мощную тепловую деградацию после каждого залпа. Что у нас, что в США обслуживающий персонал рельсотрона вынужден менять их через каждые несколько выстрелов, а ремонтировать другие детали рельсотронных установок (помните вылетевшие шпильки?) — и того чаще.

Третьей проблемой рельсотронов является энергия. Сила постоянного тока скромной в сравнении с американскими установки в Шатуре — миллион ампер. Даже электростанция под боком не поможет. Тока нужных параметров можно добиться лишь центнерами суперконденсаторов, выдающих нужные параметры постоянного тока в мгновенном импульсе. Но конденсаторы сильно уступают литиевым батареям по ёмкости. А те не могут выдать нужный ток в доли секунды. В итоге рельсотрону для стрельбы нужна небольшая электростанция (как на американских эсминцах "Замволт"), а также просто-таки трюмы суперконденсаторов в стойках.

Теперь окинем взглядом показанную на видео лабораторию в Шатуре. Обстановка из серии "бедненько, но чистенько", небольшой рельсотрон, прикреплённый к стальному основанию, которое на приличном заводе посчитали бы хлипковатым даже для конвейера... Никаких сверхъестественных достижений от этого сугубо экспериментального образца ждать не стоит. Его демонстрационное выступление примечательно только тем, что раньше нашей публике и такое не показывали. В США вышеприведённое видео вряд ли вызвало бы фурор. Их пиарщики от обороны — не чета пресс-службе РАН. Они умеют снимать более впечатляюще, да и снаряд у них намного серьёзнее поликарбонатной пули.

Чтобы понять, откуда такие результаты, напомним: наука бедна, зато военные богаты. Только ВМС США и только с 2005-го по 2011 год выделили на рельсотроны 250 миллионов долларов. С большой долей вероятности вся российская лаборатория, что показана на видео выше, стоила куда дешевле. Американские ВМС не стоят на месте: с 2011 года до настоящего времени они потратили на эту технику ещё столько же. Аналогичные программы есть и у других родов войск в США. За океаном на рельсотрон делают главную ставку в обороне от наших сверхзвуковых и будущих гиперзвуковых противокорабельных ракет.

Отечественные затраты на рельсотроны куда скромнее. Пока ими занимается в основном РАН — организация, откровенно говоря, довольно бедная. Оборудование, которое можно увидеть в показанной лаборатории, выглядит соответственно. Облупившаяся краска, пятна ржавчины на деталях. В принципе, нечто подобное можно наблюдать на YouTube в лабораториях самодеятельных изобретателей, нашедших часть деталей на свалке, а часть — в ближайшем хозяйственном магазине. И дело не только в деньгах: неумение выгодно подать свои работы в плане внешних эффектов тоже сказывается. Как ни крути, серьёзная в техническом плане разработка на видео выглядит хуже, чем вот этот почти игрушечный рэйлган "гаражного" изобретателя-американца.

Пока скромны и наши технические результаты. По заявлениям американских военных, их рельсотроны стреляют снарядами по 10 килограмм со скоростями до 8 километров в секунду. А наши учёные всё ещё разгоняют пули с характерным весом до 2,5 грамм.

Отметим — и слово "рельсотрон", и само устройство появились в СССР ещё полвека назад. Как видим, за это время наши успехи в их развитии весьма скромны. Американские вроде бы куда больше — в 2016 году Штаты намерены провести морские стрельбы из рейлганов на расстояние до 180 километров. Определённо, "настольный" рельсотрон из Шатуры такого не может. Однако при ближайшем рассмотрении "успехи" американцев так же далеки от поля боя, как и наши. Между каждым выстрелом они будут делать длинные промежутки для охлаждения и перезарядки конденсаторов (а то и ремонта самой установки). Обыкновенную пушку с такими параметрами никто даже не стал бы выставлять на испытания.

Значит ли это, что от российских и американских рельсотронов не стоит ждать ничего значительного? Отнюдь. Первое пороховое оружие XIII века не пробивало даже нагрудный доспех, ствол его приходилось часто менять, а заряжалось оно минуту. Однако после изобретения колесцового замка, пыжа и ряда других мелочей огнестрельное оружие навсегда изменило наш мир. За рельсотроном может быть очень большое будущее, хотя ни в этом, ни в следующем десятилетии он не станет оружием, сравнимым с обычными пушками по совокупности параметров. Но чтобы это будущее стало настоящим, нужно подобрать и создать принципиально новые термостойкие материалы для рельсов, куда более совершенные конденсаторы и прочее, и прочее. У США явно есть деньги, и, судя по их военным, воля на то, чтобы вложить их в нужные НИОКР. Есть ли такая воля у нас — покажет лишь будущее.