Винтовка Гаусса

Не следует путать с рельсотроном.

Пушка Гаусса (англ. Gauss gun, Gauss cannon) — одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени учёного Гаусса, исследовавшего физические принципы электромагнетизма, на которых основано данное устройство.

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 симметричные полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, т.е. тормозится.

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

Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к середине обмотки ток в последней уже успевал бы уменьшится до минимального значения, то есть заряд конденсаторов был бы уже полностью израсходован. В таком случае КПД одноступенчатой пушки Гаусса будет максимальным.

Расчёты

Энергия запасаемая в конденсаторе

$E = {U^2 C \over 2}$
$~U$ - напряжение конденсатора (в Вольтах)
$~C$ - ёмкость конденсатора (в Фарадах)

Энергия запасаемая при последовательном и параллельном соединении конденсаторов равна.

Кинетическая энергия снаряда

$E = {mv^2 \over 2}$
$~m$ - масса снаряда (в килограммах)
$~v$ - его скорость (в м/с )

Время разряда конденсаторов

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

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 (в Генри)
$~C$ - ёмкость (в Фарадах)

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, а так же скорострельности орудия, возможность бесшумного выстрела (если скорость 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 износостойкость, а так же возможность работы в любых условиях, в том числе космического пространства.

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

Первая 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 даже 27 %. Поэтому пушка Гаусса по силе выстрела проигрывает даже пневматическому оружию.

Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею). Можно значительно увеличить эффективность, если использовать сверхпроводящие соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса.

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

Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса не имеет особых перспектив в качестве оружия, так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия. Перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К).

Пушка Гаусса в научной фантастике

Пушка Гаусса весьма популярна в научной фантастике, где выступает в качестве персонального высокоточного смертоносного оружия, а также стационарного высокоточного и (реже) высокоскорострельного оружия.

Кроме того, пушка Гаусса фигурирует в ряде компьютерных игр. Забавно то, что в основном оружие наделено спецэффектами, которых быть не должно.

• В Master of Orion и Master of Orion 2 космические корабли могут вооружаться пушками Гаусса. Урон, наносимый снарядами в случае попадания, не уменьшается с расстоянием до цели.
• В
• В Fallout 2 существуют ружьё Гаусса и пистолет Гаусса, самое точное и мощное оружие из "легкого" (по классификации игры) оружия из вселенной Fallout Tactics есть четырёхствольный пулемёт Гаусса, собранный по системе Гатлинга. Так же гаусс-винтовка появилась в Fallout 3 (если установить мини-дополнение Operation Anchorage), только теперь она относится к энергетическому оружию. По свойствам осталась прежней.
• В второй части игры такую пушку устанавливают на песчаном багги Гордона Фримена, а также она работает в бета-версии игры и в модификации SMod.
• Во вселенной Battletech (цикл книг, игры серий
• В Ogame пушка Гаусса является одним из возможных планетарных оборонительных сооружений, уступая по мощности только плазменному орудию.
• В Savage: The Battle For Newerth есть оружие Coil Rifle, действующее по принципу Гаусса.
• В S.T.A.L.K.E.R. есть снайперская винтовка «Гаусс пушка» — оружие, имеющее очень низкую скорострельность, но максимальную мощность. По описанию, она использует энергию аномальных образований Зоны: «Источником энергии является капсулированный фрагмент артефакта „Вспышка“».
• В
• В Supreme Commander многие войска UEF вооружены пушкой Гаусса.
• В X-COM: Terror From The Deep имеется ручная пушка Гаусса, которая может стрелять под водой.
• В игровой вселенной Warhammer 40,000 воины Некронов вооружены пушками Гаусса. Надо учесть, что хотя оружие и носит название «Пушка Гаусса», его функции отличаются, так как пушка Некронов создаёт электромагнитное излучение, разрушающее молекулярные связи цели.
• В
• В Gun Metal пушка Гаусса выдаётся как последнее оружие для костюма, имеет большую мощность, но малую скорострельность из-за перегрева.
• B Command & Conquer 3 Пушка Гаусса ставится на танки "Мамонт", улучшая убойную силу машин.Так же оно имеется в базовом снаряжении пехоты под названием "Штурмовики".
• В Halo Wars джип "Бородавочник" можно оснастить Гаусс-пушками, стреляющими лучами красной энергии.
• В Space Siege
• В Lierro Gauss gun - самое мощное стрелковое оружие, однако с низкой скорострельностью

Ссылки

• Выстрел в будущее. Пушка Гаусса своими руками
• Всё об электромагнитных ускорителях (блог в журнале "Популярная механика")
• 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
• Форум Гаусс-клуба