Очень много людей занимаются конструированием электромагнитных пушек, начиная от военных, занимающимися многомиллиондолларовыми разработками и заканчивая неимоверным количеством маньякофанатов - радиолюбителей.

В то время, как военные помешаны на сбивании снарядами из магнитных ускорителей баллистических ракет, любители, как правило, доводят свою систему до состояния действующего экспериментального прототипа, на чем и бросают. Но ведь изначально идея гауссовки подразумевала именно создание оружия, а не просто настольно – лабораторного образца, демонстрирующего интересный способ применения электромагнетизма!

Данная статья предназначена для тех, кому мало сделать гауссовку лишь для того, чтобы убедится, что железные предметы действительно вылетают из катушки, а хочется продолжить свой путь в “гауссостроении”. Ведь сделать магнитный ускоритель масс и оружие на его основе – совершенно разные вещи!

Оружие, помимо определённой мощности выстрела, которую тоже необходимо обеспечить, подразумевает так же определённую компоновку элементов системы, простоту эксплуатации, надежность и заданные тактико-технические характеристики (ТТХ).

Наиболее остро в конструировании магнитных ускорителей масс, как всегда, стоит проблема получения большой кинетической энергии снаряда – точнее – повышение КПД гауссовки. С этого и начнем.

Как правило, магнитные ускорители масс имеют КПД не боле 1% - т.е. лишь 1 сотая часть энергии конденсаторов переходит в кинетическую энергию снаряда. Поэтому достаточной для оружия энергией обладают лишь большие стационарные пушки, общей массой от 50 и более килограмм, которые, естественно, совершенно непригодны для использования в качестве ручного оружия. Создатели таких тяжеловесных систем любят снимать на видео процесс пробивания многосантиметровых досок, разнесения в пыль кирпичей, а потом с гордостью показывать это всем кому не попадя, пытаясь показать какое мощное оружие гаусс ган. Но стоит вспомнить о массе пушки, как все восхищение от мощности моментально отпадает! Гауссовка массой 50 кг метает железный гвоздь с кинетической энергией не более 100Дж, в то время, как наш “родной” Пистолет Макарова имеет энергию пули 300Дж, а весит вместе с полным магазином 850 грамм! И это при том при всем, что патроны ПМ-а безнадежно устарели и считаются слабыми, а современные пистолетные патроны придают пуле энергию аж в 450-500Дж!... А что уж там говорить о снайперских винтовках!... Снайперская винтовка СВД с расстояния в 100 метров пробивает на вылет до 36 сосновых досок, толщиной 2,5 см каждая, а полный вес винтовки едва достигает 4 кг.

Поэтому при проектировании ручной гауссовки не рассчитывайте на энергию пули как у огнестерла. Рассчитывать вы можете на мощность, аналогичную мощности российских пневматических винтовок – т.е. примерно от 4 до 7 джоулей. Правда не стоит особо расстраиваться – этого вполне достаточно для отстрела мелких птичек и битья бутылок с расстояния до 10-15 метров.

И так, как же получить эти 4-7 джоулей? Можно просто взять побольше конденсаторов, с общей энергоемкостью достаточной для придания гвоздю энергии в 4Дж при КПД 1% и на этом успокоится. Однако масса такой пушки будет достигать 4-5 Кг, что как-то не очень способствует созданию на основе этого ручного оружия.

Поэтому, естественно, было бы очень хорошо поработать над повышением КПД устройства. На одноступенчатой системе вполне реально получить КПД 4,5%, что значительно лучше. Как широко известно, КПД магнитного ускорителя тем выше, чем лучше согласованы параметры соленоида с параметрами конденсаторов и параметрами гвоздя. Т.е. при выстреле к моменту подлета гвоздя к середине обмотки ток в катушке уже близко к нулю и магнитное поле отсутствует, не препятствуя снаряду вылетать из соленоида. Однако на практике получить такое удается редко – малейшее отклонение от теоретического идеала резко снижает КПД.

Остальная энергия конденсаторов, как известно, теряется на активном сопротивлении проводов, а так как удельное сопротивления меди ограничено и постоянно, то уменьшить потери на активном сопротивлении практически нельзя, но все таки возможно за счет варьирования параметров катушки.

Как известно, мощность потерь растет пропорционально квадрату тока. Снаряд ускоряет магнитное поле, величина которого определяется током и индуктивностью катушки. Так как увеличивать ток очень нехорошо, но требуется мощное магнитное поле, да ещё и ограниченное по времени существования, то можно поступить следующим образом.

Длину соленоида можно увеличить, при этом возрастет количество витков и его индуктивность, но так как длина соленоида станет больше, время импульса тоже можно увеличить. При меньшем токе величина магнитного поля будет больше.

Если кому-то трудно представить общий вид ситуации в целом, попробую описать ситуацию на примере крайностей.

Наиболее высокий КПД имеет соленоид, намотанный тонким проводом во много витков, с большим диаметром и большой массой сердечника (или снаряда). Такую конструкцию имеют все электромагнитные ударники, использующиеся в скрепкозабивателях и прочих электроинструментах и обладают КПД от 25 до 50%. Естественно, что для использования в магнитном ускорителе эта штука не подходит по той причине, что снаряд обладает большой массой и низкой скоростью полета, несмотря на существенную кинетическую энергию.

Другая крайность – обмотка малого диаметра из толстого провода в несколько витков и сердечник размером с обрезок иголки. КПД такой штуки чрезвычайно низок, зато иголка при выстреле приобретает огромную скорость. Именно в эту крайность и упираются магнитные ускорители масс!

Примечательно то, что в обоих случаях длина обмотки особой роли, как ни странно, не играет – решающую роль играет толщина проводов и количество витков, которые, в сущности, взаимосвязаны. Увеличивая диаметр провода с целью уменьшить его сопротивление, мы неизбежно сталкиваемся с увеличением диаметра обмотки, что нехорошо сказывается на плотности магнитного поля в её середине.

Из всего вышесказанного вытекает, что экспериментировать надо не только с параметрами обмотки и конденсаторов, но и с параметрами метаемого тела. Есть смысл делать диаметр снаряда больше, правда за счет этого так же возрастет его масса, что отрицательно скажется на его скорости полета. А ведь для стрелкового оружия важна не только мощность, но и настильность траектории.

Очень хорошо на КПД гауссовки может сказаться использование накладок из магнитопроводящего материала – это даст возможность при увеличении толщины провода и соответственно геометрических размеров катушки сохранить плотность магнитного потока внутри соленоида постоянной. Для этого очень эффективно использовать ферритовые чашечки, которые продаются в любых радиотехнических магазинах.

И так, предположим, проблема КПД более менее решена и устройство развивает необходимую мощность. В таком случае следует переходить к созданию на основе магнитного ускорителя оружия. Во первых, разберемся на чем намотана обмотка твоего гаусса? Было бы очень хорошо в качестве ствола использовать гладкую фторопластовую или пластиковую трубу, а не металлическую с пропилом. При чем снаряд должен как можно более плотно прилегать к стенкам трубки, а длина свободного конца после обмотки должна быть больше длины снаряда – все это необходимо для получения высокой точности стрельбы. Что касается стабилизации направления ориентации гвоздя в полете – то тут сказывается интересное свойство гауссовки к стабилизации направления снаряда – дело в том, что в отличие от огнестрельного оружия при вылете из ствола на снаряд действует уже НЕ ускоряющая сила (в огнестреле это газы, вырывающиеся из ствола вслед за пулей), а тормозящая. А так как тормозящая сила приложена к задней части снаряда, то вращение гвоздя в полете оказывается минимальным и на дальностях прицельной стрельбы им можно и вовсе пренебречь. Однако, если гвоздь будет уж очень плотно прилегать к стенкам ствола, то такого эффекта стабилизации наблюдаться не будет. Если вы уже экспериментировали с гауссовками и стреляли из них, то наверняка обращали внимание, что несмотря на отсутствие каких-либо устройств для стабилизации направления ориентации гвоздя в полете, последний, тем не менее, летит довольно ровно и не кувыркается, при чем соосность направления полета и продольной оси гвоздя столь велика, что даже при упругом ударе о препятствие гвоздь часто отскакивает с той же пространственной ориентацией, в которой прилетел – т.е. совершенно не кувыркаясь!

Так же при создании оружия необходимо изготовить источник питания для заряда конденсаторов, а источником первичного электропитания легко послужит небольшая батарея Ni-Cd аккумуляторов из 4-6 банок. При малой массе и габаритах (не более 12х8х2 см) она сможет обеспечивать скорость зарядки конденсаторов на энергию до 150 Дж в течение 5-10 секунд, а их ёмкости хватит на несколько сотен выстрелов! И забудь про автомобильные аккумуляторы – они здесь совершенно неоправданны.

Сами конденсаторы необходимо оснастить индикаторным светодиодом для контроля их заряда. Нет смысла при эксплуатации пушки постоянно контролировать напряжение конденсаторов при помощи вольтметра, если известно максимальное напряжение преобразователя и время полного заряда конденсаторов.

Кроме того, было бы дуростью не использовать такое преимущество гауссовки, как бесшумность выстрела. Это предполагает обязательное использование для коммутации конденсаторов на катушку полупроводниковых ключей, так же необходима хорошая фиксация обмотки на амортизирующую основу. Кроме того, в качестве триггера (спускового крючка) можно использовать не микропереключатель, а сенсорную кнопку. А для достижения АБСОЛЮТНОЙ бесшумности снаряд необходимо покрыть либо слоем густого масла, либо каким-либо лаком так, чтобы в полете он не звенел, что особенно характерно для снарядов с большой длиной. В итоге ты получишь самое бесшумное в мире оружие, у которого нет даже звука от работы ударно-спускового механизма (наличествующего практически у всех современных огнестрелов) который, к слову говоря, в темное время суток слышно аж на 50 метров. Из гауссовки же можно будет выстрелить из кустов в 1 метре от человека и он ничего не заметит, кроме звука от попадания снаряда в препятствие. Правда, при высокой скорости полета снаряд будет создавать довольно слышимый свист, а при сверхзвуковой скорости и того хуже – грохот как у огнестрела. Грохот от баллистической волны, генерируемой сверхзвуковыми пулями, создает больше половины (!!!) того шума, который возникает при выстреле из огнестрельного оружия!