Podstawowa zasada działania broni palnej nie zmieniła się od czasów hakownicy – wybuch prochu wyrzuca umieszczony w lufie pocisk - Upowszechnienie się broni palnej związane było ze zmianą formuły prowadzenia wojen. Pod koniec średniowiecza coraz mniejsze znaczenie na polu bitwy miało rycerstwo, coraz większe zaś: piechota formowana z plebejuszy czy mieszczan – wskazuje Przemysław Mrówka, publicysta portalu HistMag - Ręczna broń palna, zaczynająca się upowszechniać w XV wieku, była optymalna dla tego rodzaju wojsk. Uzbrojony w arkebuz piechur wymagał tylko podstawowego szkolenia z obsługi broni. Wyszkolenie żołnierza używającego broni białej wymagało dłuższego i kosztowniejszego procesu.
Wyzwanie epoce prochu chce rzucić amerykańska Marynarka Wojenna, dzięki działu szynowemu, które energię prochu zastępuje elektrycznością. Prace nad nowym typem uzbrojenia trwają od 2006 roku. W 2016 mają być przeprowadzone pierwsze testy artylerii okrętowej.
Science-fiction zaczyna się dziś
Działa railgun są często wykorzystywanym motywem w literaturze science-fiction i grach komputerowych wykorzystujących takie realia. Jednak sam pomysł nie jest nowy. W 1919 roku francuski wynalazca Andre Louis Octavo Fauchon-Villeplee opatentował „elektryczny aparat miotający pociski”.
- Najprostsze działo elektromagnetyczne składa się z dwóch przewodzących, zamocowanych na sztywno, równolegle w niewielkiej odległości prętów, owych "szyn" z nazwy oray pocisku, również przewodnika, włożonego pomiędzy szyny, tak, że ma kontakt z obiema. Konieczne jest także zasilanie podłączone do obu szyn z tej samej strony – tłumaczy Bartłomiej Szczygieł z Instytutu Fizyki UW - Po uruchomieniu zasilania prąd płynie przez szynę aż do pocisku, przez pocisk, a następnie wraca drugą szyną. Płynący prąd wytwarza pole magnetyczne, które w okolicach pocisku kierowane jest pionowo, zakładając, że szyny leżą poziomo. Przez pocisk prąd płynie w bok, przez co powstająca siła Lorentza działa w kierunku szyn. Zawsze odpycha od obszaru, gdzie płynie prąd – mówi.
Działo wykorzystujące tę zasadę można bez większego wysiłku zbudować własne działo w domu, czego dowodem są dziesiątki filmów na YT wrzucone przez majsterkowiczów. Według szacunków US Navy wystrzelony w ten sposób pocisk ma szansę osiągnąć siedmiokrotną prędkość dźwięku - Znacznie większa prędkość wylotowa umożliwia większy zasięg. Zmniejsza też czas dolotu pocisku do celu, co zmniejszana reakcję i ułatwia celowanie. Jest to szczególnie istotne przy zwalczaniu celów powietrznych. Istotne jest również wyeliminowanie potrzeby składowania materiału miotającego, przez co okręt jest mniej wrażliwy na ostrzał.
Nie takie proste…
- Mimo bardzo prostej zasady działania i prostoty samej podstawowej konstrukcji, ciężko mi wymienić łatwy aspekt budowy takiego urządzenia, jeśli budujemy je nie w skali zabawki, a działa okrętowego - wskazuje Szczygieł – Zwykła armata, czyli zamknięta z jednej strony rura z prochem i pociskiem, też nie brzmi jak skomplikowana konstrukcja. A zaprojektowanie dobrego działa nie jest łatwe.
Według Szczygła strzelanie z takiej broni wymaga ogromnej mocy, której pozyskanie może być dużym problemem w warunkach polowych- Trzeba w ciągu milisekund przekazać energię co najmniej kilku MJ, co jest równe tonom trotylu. Wymagane jest natężenie kilku milionów amperów– mówi Szczygieł i wskazuje, że w przeciętnym mieszkaniu główny bezpiecznik ogranicza pobór do 25A - Taka energia musi być zgromadzona do strzału w specjalnych kondensatorach, następnie błyskawicznie wyzwolona. Kondensatory te muszą mieć bardzo mały opór, wytrzymywać duże prądy i mieć możliwość odprowadzenia znacznych ilości ciepła.
Ta sama siła, która wyrzuca pocisk stara się rozepchnąć szyny, powodując ogromne naprężenia - Na cały układ działa siłą reakcji pocisku. Tak ogromne prądy powodują nagrzewanie się szyn. Konstrukcja musi więc być mocna i dobrze chłodzona.
Problemem jest także plazma, która wytwarza się wokół silnie naelektryzowanych szyn i powoduje ich erozję. Z tego powodu często konieczna jest wymiana szyn, nawet po jednym strzale. Zdaniem Szczygła budowę coraz bardziej przydatnych w warunkach bojowych dział tego typu umożliwia przede wszystkim postęp w dziedzinie materiałów oraz dobra znajomość tego typu konstrukcji - Pierwsze działo elektromagnetyczne typu railgun powstało w 1918, ale i działa bojowe powstawały wcześniej niż tylko w ostatnich latach. Marynarka USA, czyli lider tej dziedziny, przeprowadza udane wysokoenergetyczne strzały od 9 lat. Brytyjczycy kontrują swoje działo od 1993. Jugosłowiański projekt miał osiągnąć 3km/s pociskiem o masie 0.7kg już w 1987!
Odpowiednia moc konieczna do miotania pocisków jest osiągalna dzięki „łodziom elektrycznym” takim jak zwodowany niedawno niszczyciel nowej generacji USS Zumwalt. Niektóre krążowniki tej klasy mają być napędzane energią jądrową.
Prędkość zabija tanio
Nowy typ działa pozwoli wystrzelić dziesięciokilogramowy pocisk z prędkością około 2,5 km na sekundę, co odpowiada około siedmiokrotnej prędkości dźwięku. Dzięki takiej prędkości pociski nie muszą mieć głowicy. Energia wynosząca ponad 32 megadżule odpowiada energii kinetycznej niedużego samochodu rozpędzonego do 900 kilometrów na godzinę.
Taka prędkość pozwala także bombardować cele znajdujące się nawet 110 mil morskich od okrętu. To znacznie dalej niż większość dzisiejszych systemów uzbrojenia, także tego przeciwokrętowego. Jedna z analiz przygotowanych dla marynarki USA wskazuje, że możliwe jest wykorzystanie takich dział jako alternatywy dla bombardowania przy użyciu samolotów.
Przewagą okrętu wyposażonego w działa kinetyczne jest także większe bezpieczeństwo. Pozbawione głowic i spłonek naboje nie eksplodowałyby po trafieniu przez pocisk przeciwnika. Sam kształt pocisków ułatwia także ich składowanie.
Jednak największą przewagą dział kinetycznych jest ich niski koszt. Obecnie jedna rakieta wystrzelona przez okręt może kosztować nawet milion dolarów. Pojedynczy strzał z działa kinetycznego to nie więcej niż 25 tys. dolarów.
- Nowy rodzaj broni upowszechnia się, gdy dotychczas używany przestaje spełniać swoją rolę, powstaje zaś, lub rozwój technologiczny pozwalana na zaprojektowanie, jego skuteczniejszej, tańszej alternatywy – mówi Mrówka zapytany o proces upowszechniania się broni - Jeśli wykaże swoją przydatność, podejrzewam, że dość szybko zostanie zastosowana przez wojska lądowe w charakterze broni przeciwpancernej lub jako główne uzbrojenie czołgów. Wątpię natomiast, by railguny prędko stały się uzbrojeniem piechoty.
Równolegle do amerykańskich naukowców, nad rozwojem działa kinetycznego pracują Chińczycy. Jeśli uda się w pełni dopracować projekt, epoka prochu strzelniczego prawdopodobnie dobiegnie końca.
