Иллюстрация принципа действия
- Не следует путать с Рельсотроном.
Пушка Гаусса - одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма.
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, то есть 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 соленоиду индуктивность магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала.
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, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого 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, большая надежность и износостойкость, а также 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 даже в 23-м столетии было сопряжено с серьёзными трудностями.
Первая трудность — низкий КПД установки. Лишь 1-7% заряда конденсаторов переходят в кинетическую энергию снаряда. Отчасти этот недостаток можно было компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, усовершенствованные версии которых установлены на современных ОМУ, но в любом случае КПД приборов тех времен редко достигал 27%. Поэтому ранние разработки пушки Гаусса по силе выстрела проигрывали даже пневматическому оружию.
Вторая трудность — большой расход энергии (из-за низкого КПД) и достаточно длительное время накопительной 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.
В условиях водной среды применение пушки без толстого защитного кожуха-диэлектрика также серьезно ограничено — дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе на сверхкороткое время с образованием агрессивных (растворяющих) сред.
Итак, примерно до середины 23-го столетия пушка Гаусса не имела особых перспектив в качестве оружия, так как значительно уступала другим видам огнестрельного оружия. Однако с движением научно-технического прогресса и развитием энергетической промышленности, в частности, когда были созданы компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300К), пушка Гаусса стала рассматриваться как актуальный проект мощного оборонительного оружия, при всей своей высокой стоимости вполне оправдывающие все затраты. Развитие и усовершенствование конструкции пушки Гаусса привело к созданию в начале 24-го столетия проекта орудия магнитного ускорения (ОМУ), которое, за небольшими дополнениями и усовершенствованиями, сохранилось неизменным до наших дней.
Также пушки Гаусса применяются для запуска легких спутников на орбиту.