Катапульта в космос: на что будет способен гигантский российский рельсотрон


Испытания рельсотрона в Объединенном институте высоких температур РАН
Источник: Сергей Савостьянов/ТАСС

Российский аналог «рельсотрона» — пушки, использующей вместо порохового заряда энергию магнитного поля, — может быть использован в мирных целях. Такого мнения, в частности, придерживаются разработчики этого устройства из Объединенного института высоких температур РАН. Как считает президент Российской академии наук Владимир Фортов, испытания устройства, проведенные недавно на полигоне Шатурского филиала, показали, что с помощью рельсотрона можно, к примеру, проследить за поведением вещества при экстремально высоких температурах и давлении, «приручить» термоядерную энергию и даже — понять, как устроена Вселенная. В будущем же разработка сможет заменить ракеты-носители, ведь скорости, развиваемой при помощи «рельсотрона», будет вполне достаточно для вывода полезного груза на орбиту.

По принципу направляющих

Принципиальная схема устройства предельно проста. Два параллельных электрода, напоминающие металлические рельсы (отсюда и название — «рельсотрон»), подключаются к мощному источнику электроэнергии. Тело, размещенное между направляющими, получает ускорение за счет замыкания электрической цепи и воздействия силы Лоренца (тот же эффект заставляет крутиться электродвигатели). В итоге электромагнитное поле разгоняет снаряд силой разряда, которая более чем в 30 раз превышает силу удара молнии — около миллиона ампер.

Интересно, что сам термин — «рельсотрон», был в конце 1950-х годов предложен советским академиком Львом Арцимовичем для замены существовавшего громоздкого названия «электродинамический ускоритель массы». Ученые тогда бились над созданием оригинальной системы, способной в перспективе заменить в качестве оружия обычные боевые средства, использующие энергию пороха. Было подсчитано, что скорость выпущенного при помощи пороховых зарядов выстрела никогда не сможет превысить 2,5 километра в секунду. Требовалось новое решение. И оно появилось — в виде идеи применять в качестве разгонного средства энергию электромагнитного поля.

Правда, ученые из подмосковной Шатуры акцентируют внимание именно на гражданском характере применения созданного ими устройства. В частности, завлабораторией плазмодинамических процессов Объединенного института, кандидат физико-математических наук Владимир Полищук полагает, что подобные исследования расширят возможности в работе с физикой больших энергий. «Мы выходим на новый уровень параметров в плане энергетики», — отмечает ученый.

Задача со многими неизвестными

Исследования возможностей электромагнитных ускорителей масс, разгоняющих снаряд с помощью силы Лоренца, ведутся в мире уже более полувека. Первый же действующий масштабный рельсотрон был спроектирован и построен в 1970-х годах в Исследовательской школе физических наук Австралийского национального университета. В отличие от России ставка на развитие рельсотронов за рубежом делается в последние годы только применительно к их боевым возможностям. Так, в 2005 году в рамках специальной программы военно-морских сил США была запущена программа по разработке рельсовых орудий, в которой были задействованы корпорации General Atomics и BAE Systems.

В феврале 2008 года орудие с дульной скоростью более 2,5 тысяч метров в секунду (9 тысяч километров в час) было продемонстрировано. Масса используемого снаряда составила 2 кг. Еще один испытанный образец использовал снаряд уже массой более 3 кг. В американской прессе тогда же прошли сообщения, что к 2020 году прототипы рельсотронов могут поступить на вооружение и боевых кораблей, в частности, новых эсминцев типа Zumwalt.

Однако практические испытания нового оружия на первом построенном корабле этой серии если и стартовали, то без особого прорыва. Такой вывод можно сделать, если принять во внимание отсутствие сколько-нибудь значимых сообщений в СМИ на данную тему. По мнению ряда специалистов, постановке рельсотронов на вооружение может препятствовать важное обстоятельство — отсутствие в необходимом количестве энергии, требуемой для эксплуатации такой пушки. В частности, как ранее подчеркивал в интервью «Звезде» военный эксперт Алексей Леонков, «запитать на корабле пушку, для стрельбы которой нужно 25 мегаватт энергии — очень сложная задача. Именно поэтому возникают огромные сложности с ее установкой на корабль. Разработать и внедрить исправно работающую энергетическую установку, обеспечивающую потребности не только оружия, но и всего корабля с его многочисленными электронными системами — задача практически невыполнимая».

Более того — выстрел из рельсотрона, влекущий гигантский расход энергии, мгновенно раскроет корабль в радиолокационном поле. А ведь именно технологии невидимости изначально были сделаны «фирменным коньком» Zumwalt. Как считает другой российский военный эксперт, полковник в отставке Виктор Литовкин, в этой ситуации особенно остро встает вопрос боевой эффективности. «Сможет ли эсминец одновременно вести стрельбу из такого оружия и защищаться от входящих угроз», — задается вопросом он, добавляя, что для эффективной боевой работы эсминцу потребуется как минимум несколько кораблей охранения.

С прицелом на космос

В России создание устройств типа рельсотрона вполне осуществимо. Как подчеркивает директор Шатурского филиала ОИВТ РАН, кандидат физико-математических наук Алексей Шурупов, «в нашей науке есть все необходимое, чтобы создать такую систему». При этом, по словам ученого, российские специалисты готовы к внедрению устройств, работающих на скоростях более 4-4,5 тысяч метров в секунду, то есть превосходящих по своим характеристикам разработки General Atomics и BAE Systems. Максимум гиперзвуковых скоростей, который нам уже удалось извлечь — 11 км/с. По словам главы РАН академика Владимира Фортова, сейчас идет работа над тем, чтобы преодолеть трудности, связанные с износом материалов конструкции. Дело в том, что энергия пуска настолько высока, что детали устройства быстро выходят из строя. Найти оптимальное решение — одна из приоритетных задач разработчиков.

Зато уже определены сферы мирного использования рельсотрона. Как подчеркивает тот же Владимир Фортов, это может быть защита от высокоскоростных космических тел, представляющих угрозу, в том числе космического мусора и комет. А вот проблему астероидов, угрожающих Земле, рельсотрон не решит. Как считает академик Фортов, сдвинуть траекторию или разрушить это небесное тело пока невозможно — не хватит мощности. Зато куда более реальное применение устройства может стать вывод спутников на орбиту Земли. Об этом также заявляют в РАН. Кстати, интересный факт. Отец Владимира Фортова в свое время проходил службу в бывшем 30-м центральном научно-исследовательском институте Министерства обороны. Эта научная организация военного ведомства была головной по авиационной и космической технике, а проводимые здесь исследования касались как раз перспектив развития авиационно-космических комплексов, их двигателей и оборудования.

К слову, имеется информация, что разработки гигантского рельсотрона, способного доставлять на орбиту полезные грузы (а в перспективе — и людей) ведутся в Троицком институте инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ), входящем в состав «Росатома». По имеющимся сведениям, «катапульта в космос» поможет более чем в два раза снизить затраты на доставку грузов на околоземную орбиту. Правда, проблемой здесь становится то обстоятельство, что при подобной транспортировке перегрузки могут составить запредельные цифры — до 60g. То есть здесь ученым также есть над чем поработать, чтобы найти какое-то решение.

Что же касается перспектив использования рельсотронов как электромагнитных пушек, то, по мнению экспертов, возможности их более-менее эффективного применения проявятся не ранее, чем через полвека. Такого мнения, в частности, придерживается глава российского Фонда перспективных исследований Андрей Григорьев. Что же касается новостей о разработке такого оружия в США, то по его убеждению, все это — не более чем элемент борьбы за военный бюджет. Как подчеркивает Андрей Григорьев, не решены не только явные «болячки» рельсотрона, среди которых основная — необходимость наличия мощного источника энергии, но и скрытые. А это, к примеру, отсутствие соответствующей системы наведения (рельсотрон, как полагают разработчики, может стрелять на 400 километров). В общем, все нынешние заявления США об успехах в плане продвижения электромагнитного оружия — не более чем желание показать «научно-технические подвиги» на форе противостояния за военный бюджет, полагает эксперт.

Дмитрий Сергеев

Источник