„Railgunas“ – su šiuo ginklu susidurti teko ne vienam žaidimų ir kovinių ar fantastinių filmų mėgėjui. Visgi daugelis bėginį šautuvą laiko žaidimų ir filmų kūrėjų fantazijos vaisiumi. Iš dalies jie teisūs, ginklai, vaizduojami filmuose ar žaidimuose, yra fantastiniai, bet ne dėl jų veikimo principo, o dėl jų dydžio. 
„Railgunas“ (angl. railgun: rail – bėgis, gun – ginklas) – su šiuo ginklu susidurti teko ne vienam žaidimų ir kovinių ar fantastinių filmų mėgėjui. Šį ginklą, be abejo, pamėgo „Quake“ žaidėjai, filme „Trintukas“ („Eraser“) tokiu ginklu naudojosi Arnoldas Švarcnegeris. Visgi daugelis bėginį šautuvą laiko žaidimų ir filmų kūrėjų fantazijos vaisiumi. Iš dalies jie teisūs, ginklai, vaizduojami filmuose ar žaidimuose, yra fantastiniai, bet ne dėl jų veikimo principo, o dėl jų dydžio.
Bet pradėkime nuo pradžių. Ilgus amžius sviediniui iššauti buvo naudojama deformacijos jėga, tereikėdavo įtempti lanką (arbaletą, balistą ir t. t.), įdėti strėlę ir paleisti (žinoma, šaudymo iš lanko entuziastai man paprieštarautų, ne viskas taip paprasta, bet į tai šiame straipsnyje nesigilinsiu). Vėliau buvo sumanyta panaudoti paraką, o tiksliau – besiplečiančių dujų slėgį, šis būdas naudojamas dabar.
Ateities ginklas „Railgunas“ naudoja elektromagnetinę (Ampero) jėgą. Iš esmės galima sakyti, kad šį ginklą sudaro elektros energijos šaltinis, du bėgiai ir tarp jų padėtas sviedinys (dažniausiai įvorėje). Iš esmės to ir užtenka, kad gautume ginklą, kurio sviediniui pagreitį suteikia Ampero jėga. Pramiegojote fizikos pamokas mokykloje? Tuomet pamėginsiu paaiškinti plačiau. Prie bėgių prijungiamas pastovios srovės šaltinis (prie vieno bėgio +, prie kito -), o tarp jų įdėtas elektrai laidus sviedinys (dažniausiai įtaisomas įvorėje), kuris uždaro grandinę ir leidžia tekėti srovei.
Kaip žinote, tekanti elektros srovė sukuria magnetinį lauką, kuris veikia laidininkus, kuriais teka srovė ir atsiranda Ampero jėga. Sviedinys ar įvorė, kurioje jis yra, taip pat yra laidininkai ir jais teka elektros srovė, todėl juos veikia ši jėga. Ampero jėgos veikimo kryptis yra nukreipta į bėgių galą, prie kurio neprijungtas srovės šaltinis. Taigi sviediniui pagreitį suteikia būtent ši jėga, lygi srovės stiprio (I), laidininko ilgio (L) (šiuo atveju – tai sviedinio arba įvorės plotis), magnetinės indukcijos vektoriaus (B) ir magnetinės indukcijos ir laidininko kampo sinusui (sin a), arba tiesiog F=I x L x B x sin a. Kadangi magnetinės indukcijos ir laidininko kampas visada yra status, šio kampo sinusas lygus 1, formulę galima supaprastinti iki F=I x L x B. Paprastai siekiant sustiprinti jėgą, veikiančią sviedinyje, yra pasirenkamas srovės didinimo variantas.
Dabar šiek tiek apie kiekvieną šio ginklo elementą:
Energijos šaltinis
Kadangi siekiant sviediniui suteikti didesnį pagreitį dažniausiai yra didinama srovė, ji turi būti nepaprastai didelė. Nors didelė įtampa daugeliui atrodo 220 V, čia mes kalbame apie dešimtis tūkstančių voltų ir milijonus amperų. Tai tikrai įspūdingi skaičiai, tokias sroves išgauti yra tikrai nelengva, ir jei galvojote, kad šiam ginklui užteks paprasto AA tipo elemento, tikrai apsirikote. Miniatiūriniams (pvz., rašomojo stalo dydžio) „Railguno“ modeliams aprūpinti elektra yra naudojami didelės talpos kondensatoriai. Dideliems ar praktiškesniems modeliams šis variantas nėra optimalus. Tokiems modeliams dažniausiai naudojami kintamosios srovės generatoriai, galintys kaupti elektros krūvį. Šie generatoriai paprastai būna kelių kubinių metų tūrio.
Bėgiai
„Railguno“ bėgiai yra gaminami iš kuo patvaresnių ir laidesnių medžiagų. Tiems, kurie dar nepamiršo mokyklinio fizikos kurso, tikriausiai nereikia priminti, kad kuo didesnė medžiagos varža (mažesnis laidumas), tuo didesni energijos nuostoliai. Energija prarandama šilumos pavidalu, taigi, jei bėgiai bus gaminami iš medžiagos, kurios varža yra didelė, jie stipriai kais ir gali išsilydyti. Žinoma, bėgiai privalo būti itin patvarūs, nes jie ne tik įkaista, juos gadina ir trintis. Dažnai tam naudojami įvairūs vario lydiniai.
Sviedinys ir įvorė
Dažniausiai „Railguno“ sviedinys yra talpinamas įvorėje, o pats sviedinys padengiamas dielektriku. Įvorė dažnai gaminama iš laidaus ir patvaraus metalo. Tai daroma dėl tų pačių priežasčių kaip ir bėgiuose. Kartais kaip įvorė naudojama plazma. Plazma yra ketvirtoji medžiagos būsena, einanti po dujinės. Sviedinys padengiamas plonu metalo (pavyzdžiui, aliuminio) sluoksniu, tekanti srovė jonizuoja šį metalą ir paverčia jį plazma. Kadangi plazma yra laidi elektros srovei, tai netrukdo tekėti elektros srovei ir sumažina trintį. Sviedinį galima gaminti beveik iš bet tokių medžiagų, svarbu, kad jis neišsilydytų ar nesubyrėtų veikiamas oro pasipriešinimo. Sviedinį paprastai stengiamasi izoliuoti tiek nuo elektros srovės, tiek nuo trinties, tai daroma siekiant jį išlaikyti tvirtą.
Dabar, kai jau susipažinome su „Railguno“ veikimu ir pagrindinėmis dalimis, galime pereiti prie ginklo privalumų ir trūkumų. Pradėsime nuo privalumų.
Šiuolaikinių ginklų kulkos greitis priklauso nuo parako dujų plėtimosi greičio, kuris yra gana ribotas. Taigi ir kulkos greitis yra ribotas. Paprastų automatų ar pistoletų kulkoms užtenka greičio, kurį suteikia ginklo vamzdyje besiplečiančios dujos, bet kaipgi šarvamušės kulkos ir sviediniai. Dėl tobulėjančios šarvuotos technikos šarvų kumuliaciniai sviediniai yra gana neveiksmingi prieš naujausius tankus.
Dėl šios priežasties daugelyje tankų imta naudoti kinetinės energijos sviedinius. Šie sviediniai turi pramušti šarvą naudodami tik savo kinetinę energiją (sviedinyje nėra jokių sprogstamųjų medžiagų). Tie, kurie yra nors kiek susipažinę su fizika, tikriausiai prisimena, kad kinetinė energija yra lygi masės ir greičio kvadrato sandaugai, padalintai iš dviejų. Taigi padidinus sviedinio greitį, jo kinetinė energija padidėja v²/2 kartų. Todėl „Railgunas“ gali suteikti sviediniui neregėtą pramušamąją galią.
Kitas „Railguno“ privalumas yra jo naudojama amunicija. Standartinę šiuolaikinę amuniciją yra gana sudėtinga laikyti ir transportuoti. Nors paprastai imamasi visų saugumo priemonių, su sprogmenimis, esančiais šiuose sviediniuose, vis tiek reikia elgtis itin atsargiai. Kadangi „Railguno“ sviediniams greitį suteikia išorinis energijos šaltinis, o ne parakas, esantis jame, gerokai palengvėja amunicijos laikymas ir transportavimas. Šio ginklo sviediniai taikinį sunaikina tik dėl savo kinetinės energijos, todėl iš esmės šie sviediniai tėra paprasti metalo gabalai, kurie gali būti laikomi beveik bet kokiomis sąlygomis. Be to, „Railguno“ sviediniai yra lengvesni ir mažesni, nes juose nėra nei gilzės, nei parako, todėl jų atsarga gali būti daug didesnė.
Taigi „Railgunas“ yra gerokai galingesnis už dabartinius ginklus, jo amunicija yra paprastesnė ir pigesnė. Atrodo, jog tai tikrai yra daug žadantis ginklas, tai kodėl jis dar nepakeitė įprastų mums ginklų? Ampero jėga žinoma nuo 1820 metų, taigi sugalvoti, kaip ją panaudoti ginklams, buvo užtektinai laiko. Žinoma, galima sakyti, kad iki šiol nebuvo atrasta, kaip sukurti pakankamą srovę, kad būtų galima naudoti „Railguną“. To paneigti negalima, bet visgi tai tėra dalis tiesos. Teoriškai paprastą ir daug žadantį ginklą sukurti ir padaryti jį pakankamai efektyvų praktikoje pasirodė itin sudėtinga.
Vienas iš „Railguno“ trūkumų yra jo energijos šaltinis. Jau minėjau, kad norint sviediniui suteikti didelį greitį reikalinga itin didelė elektros srovė. Nors kompaktiškas „Railguno“ modelis galėtų būti sudėtas į kuprinę, tiesa, to dar nebuvo padaryta, jame nebūtų energijos šaltinio. Nors kondensatoriai ir visą ginklo konstrukcija gali būti sąlyginai nedidelė, deja, tokio mažo ir galingo generatoriaus dar niekas nesukūrė. Taigi kokia nauda iš ginklo, kuris veikia įjungtas tik į elektros tinklą? Vien dėl to, kad iki šiol nesukurtas pakankamai mažas ir galingas generatorius, neįmanoma sukurti įprasto automato ar net kulkosvaidžio dydžio „Railguno“. Net jei tai būtų įmanoma, iškiltų kita, itin svarbi, patikimumo problema. Nors teoriškai „Railguno“ konstrukcija yra gana paprasta, praktiškai yra kiek kitaip. Jame yra daug detalių ir jungčių, kurias apsaugoti nuo aplinkos poveikio yra gana sudėtinga.
Įprasti ginklai neretai nukenčia nuo smūgių, bet dėl jų patikimos konstrukcijos ir tvirtų metalinių dalių, tai jiems sukelia daug sunkumų. „Railgunas“ šiuo aspektu stipriai nusileidžia įprastiems ginklams, juk nuraukti ploną laidą ar jungtį yra gana nesudėtinga. Ginklų gamintojai, norėdami parodyti savo gaminių patikimumą, neretai juos murkdo vandenyje ir purve. Dabar pabandykite įsivaizduoti, kas nutiktų į vandenį panardintam „Railgunui“. Jei jūsų vaizduotė ne tokia laki, tiesiog pabandykite į kibirą vandens įmesti į tinklą įjungtą elektros prietaisą. Žinoma, „Railguną“ galima pasaugoti ir padaryti viską, kad į jį nepatektų vandens, bet pavojus visada išliks.
Kita „Railguno“ problema yra jo nusidėvėjimas. Dėl to kenčia daugelis ginklų. Viena greičiausiai susidėvinčių ginklo dalių yra vamzdis. „Railguno“ atveju dėvisi ne vamzdis, o bėgiai. Tai lemia du veiksniai – per juos tekanti didelė elektros srovė ir trintis. Trintį sukelia judantis sviedinys arba jo įvorė. Žinoma, trinties neišvengia nė vienas ginklas, visgi nereikėtų pamiršti, kad „Railguno“ sviedinio greitis yra daug kartų didesnis nei paprastos kulkos ar sviedinio, todėl ir trintis yra daug didesnė.
Šiuolaikiniai „Railgunai“ gali atlaikyti dešimtis, kai kurie net daugiau nei šimtą šūvių, bet tai yra per mažai. Savaime suprantama, kad nei vienas karys, nei pėstininkas, nei artileristas nenorėtų keisti savo ginklo vamzdžio kas keliasdešimt šūvių, be to, tai būtų labai brangu. Siekiant kiek galima pailginti bėgių tarnavimo laiką, jie gaminami iš kuo laidesnių ir tvirtesnių metalų lydinių. Deja, šiuo metu naudojami lydiniai negali užtikrinti reikiamo bėgių ilgaamžiškumo. Labiausiai bėgiai nusidėvi dėl trinties, todėl norint ją sumažinti sviedinio įvorę galima gaminti iš labai plono lengvai besilydančio metalo sluoksnio. Per jį tekanti srovė šį sluoksnį paverčia plazma, kuri praleidžia elektros srovę, bet sukelia mažesnę trintį.
Tai galėtų išspręsti trinties problemą, bet sukeltų kitą. Po šūvio plazma atvėstų, virstų garais, kondensuotųsi ir galiausiai virstu kietu kūnu. Taigi ant bėgių po kiekvieno šūvio nusėstų plonas metalo sluoksnis, kurį reikėtų pašalinti. Net jei pavyktų efektyviai naudoti plazmą kaip įvorę, bėgiai vis tiek smarkiai kaistų ir juos reikėtų kaip nors aušinti. Aušinimas oru nebūtų pakankamai efektyvus, todėl tekų rinktis kitą variantą. Laivuose tam galima naudoti vandenį, bet greičiausiai aušinimui bus pasirinktas skystas azotas (apie -200 °C). Toks aušinimo būdas dar labiau sumažina tikimybę, kad rankinis „Railgunas“ bus sukurtas artimiausiu metu.
„Railgunas“ susiduria su daugeliu tų pačių problemų kaip ir įprasti ginklai. Taip yra todėl, kad tiek „Railgunui“, tiek įprastiems ginklams galioja tie patys fizikos dėsniai. Vienas šlykščiausių dėsnių, be abejo, yra trečiasis Niutono dėsnis. Tiems, kurie jau spėjo pamiršti mokyklinį fizikos kursą, primenu, kad trečiasis Niutono dėsnis teigia: veikimo ir atoveiksmio jėgos visuomet yra lygios ir priešingų krypčių, bet niekuomet viena kitos neatsveria, nes veikia skirtingus kūnus. Paprasčiau kalbant, tai reiškia atatranką. Taigi, nors įprastų ginklų ir „Railguno“ sviediniams greitį suteikiančios jėgos yra skirtingų prigimčių, jos vis tiek sukelia atatranką.
Dabar pamėginkite paskaičiuoti, kokia jėga veiks tanką, iššaunantį 15 kg sviedinį 3 km/s greičiu. Tokios jėgos užtektų 70 tonų tanką nustumti kelis šimtus metų. Žinoma, šiais laikais yra daugybė atatranką mažinančių sistemų, bet norint nugalėti „Railguno“ atatranką reikės sukurti naujų. Atatranką galima sumažinti ir naudojant lengvesnį sviedinį. Bet tokiu būdu sumažės jo kinetinė energija ir pramušamoji galia. Vienintelis lengvesnių sviedinių privalumas yra tas, kad jų atsarga gali būti didesnė. Įprastų ginklų vamzdžiai turi būti itin tvirti, nes parako dujos didele jėga veikia vamzdžio sieneles. Panaši problema yra ir „Railgune“. Ampero jėga veikia laidininkus, kuriais teka elektros srovė, todėl sviedinys ir juda. Bet nederėtų pamiršti, kad ir bėgius veikia ši jėga. Kadangi ji priklauso nuo laidininko ilgio, tai, kai sviedinys yra bėgių gale, juos veikia daug didesnė jėga nei sviedinį. Ampero jėga, veikianti bėgius, kiekviename bėgyje yra nukreipta į priešingą pusę ir skiria juos.
Nepaisant to, jog praktiškam „Railgunui“ atsirasti yra nepaprastai daug kliūčių, jas pašalinti bando daugybė mokslininkų ir universitetų. „Railguno“ kūrimo ir tobulinimo programas finansuoja JAV, Japonija, Didžioji Britanija, Vokietija ir kitos šalys. Visgi didžiausią žingsnį čia žengė JAV. Šio straipsnio skaitytojams jau turėjo paaiškėti, kad dabartinėmis technologijomis rankinio „Railguno“ varianto sukurti nepavyks, savaime suprantama, kad JAV kariuomenei tai taip pat aišku. Todėl jie nusprendė šį ginklą naudoti savo naujame laive.
Šis laivas pavadintas DD(X). Šiame laive planuojama įdiegti naujausias technologijas, tarp jų „Stealth“. „Railgunui“ elektros energiją tieks generatoriai, kuriuos varys laivo variklis. Kad būtų galima sukaupti pakankamai energijos šūviui, visa variklio galia bus nukreipta į generatorius, tuo metu laivas privalės sustoti. DD(X) „Railgunas“ galės iššauti maždaug 20 kg sviedinį 8200 m/s greičiu. Šis sviedinys į taikinį, esantį už 450 km, įsirėš 5000 m/s greičiu. Žinoma, tokiam sviediniui bus būtina trajektorijos korekcija, kuri bus atliekama iš palydovo. Taip pat planuojama, kad per minutę bus galima iššauti iki 12 sviedinių. Žinoma, tokie duomenys atrodo sunkiai tikėtini dėl didelės atatrankos, bėgių įkaitimo ir nusidėvėjimo ir dėl daug kitų problemų. Kad toks laivas taptų realybe, prireiks nemažai laiko ir daugybės darbo bei pinigų. JAV karinė vadovybė yra realistai ir teigia, kad DD(X) pasirodys ne anksčiau nei 2015 metais.
„Railgunas“, ilgą laiką tebuvęs fantastų vaizduotės vaisiumi, jau gana greitai gali tapti realybe. Žinoma, rankinio „Railguno“ dar teks gerokai palaukti, bet tai, ką gali sugalvoti fantastai, mokslininkai vieną dieną gali paversti realybe.
Be naujienų portalo www.ginklai.net administracijos sutikimo viešas šio straipsnio ar jo dalių publikavimas draudžiamas.
