Pusztító, mint egy rakéta, de pontosabb

Az amerikai haditengerészet évtizedek óta foglalkozik a railgun technológiájának fejlesztésével. Egy, a közelmúltban elhangzott nyilatkozat szerint a legmodernebb rakétavédelmi rendszer alapja is a railgun lenne. Bár a technológia nem új, minden esély megvan rá, hogy a mostanra sokat finomított eszköz hamarosan tömeggyártásba kerüljön. Ha ez sikerül, a railgun a modern hadviselés egyik legfontosabb haditechnikai eszköze lehet.

A gyilkos elektromágnes

A railgun működéséhez két, párhuzamosan futó sínre van szükség. (Innen származik a név is: a rail angolul sínt jelent.) A sínek az elektromos hálózatból kapnák az áramot; a sínek töltése pozitív (katód), illetve negatív (anód), a behelyezett lövedék pedig zárja az áramkört. Ilyenkor az elektronok az áramforrás negatív végétől a lövedéken át átáramlanak a pozitív sínen az áramforráshoz, a railgun pedig elektromágnesként kezd viselkedni, mivel a sínek között mágneses mező alakul ki.

A mágneses indukciónál megfigyelhető jobbkézszabály miatt a feszültség hatására kialakuló, ellentétes irányú, lineáris mágneses mező minden esetben a vezetők körül kezd el keringeni. A lövedék körül szintén elektromágneses mező alakul ki, majd a Lorentz-erő hatására a lövedék mozgásba jön: végighalad a síneken, és távolodni kezd az energiaforrástól.

Lekapcsolni fél Chicagót

Mindez nem csak elmélet: több gyakorlati teszt igazolja, hogy megfelelő körülmények között a railgun pusztító fegyver lehet. Maga az ötlet nem új, egy francia feltaláló, Louis Octave Fauchon-Villeplee már 1918-ban lefektette az elméleti alapokat, majd 1919. április 1-jén levédette a szabadalmat, amit 1922. július 4-én be is jegyeztek. Fauchon-Villeplee tervein két párhuzamos gyűjtősín szerepelt, amiket mágneses mező vett körül, és egy lövedék kötötte össze őket. Amikor a gyűjtősíneket feszültség alá helyezték, az energia feltöltötte a síneket és a lövedéket, ami ennek hatására kirepült a fegyver csövéből.

A náci Németország komoly potenciált látott a railgunban. Joachim Hansler, a német hadsereg lőszergyártással foglalkozó szervezetének egyik vezető tisztje elektromos légvédelmi eszközként használta volna a railgunokat. A Hansler által tervezett prototípus egy tízgrammos lövedéket tudott kilőni, másodpercenként 1 kilométeres sebességgel. 1944 végén a Luftwaffe FlaK parancsnoksága már a hivatalos specifikációkat is bemutatta; akkor úgy tervezték, hogy 2000 méter per szekundumos torkolati sebességű fegyvert gyártanának, ami fél kilogramm robbanóanyagot tartalmazó lövedéket lőne ki. A fegyvereket hat telephez kötötték volna, tűzgyorsaságuk pedig – legalábbis papíron – 12 lövés lett volna percenként. A német hadsereg úgy tervezte az új eszközöket, hogy a 12,8 centiméteres lövedékeket használó FlaK 40-esek foglalataiba lehessen szerelni őket.

A németek elvesztették a háborút, így a fegyverek megépítésére már sosem került sor. A tervvel azonban nem ez volt az egyetlen probléma: amikor 1947-ben felülvizsgálták az eredeti dokumentumokat, és a kutatók megállapították, hogy a fegyver működtetéséhez annyi energiára lett volna szükség, amennyivel fél Chicagót ki lehetett volna világítani.

Az ötvenes években Sir Mark Oliphant, az Ausztrál Nemzeti Egyetem fizikusa javaslatot tett a világ legnagyobb, 500 megajoule-os homopoláris generátorának megépítésére. Az eszköz 1962-re készült el; a generátort egy tudományos kísérletekhez használt railgun működtetéséhez használták. Az amerikai hadsereg a hatvanas évektől kezdett el komolyabban foglalkozni az eszközzel: úgy vélték, hogy az új fegyvertípussal leválthatók lennének a rendszerben álló rakéták. Ez a lehetőség Ronald Reagant is felvillanyozta: az amerikai elnök a csillagháborús tervhez is felhasználta volna az új eszközt.

Torkolattűz és dörrenés is van

A railgun egyik legnagyobb előnye a sebességéből fakadó pusztító ereje; mivel az áramerősség függvényében a töltet sebessége akár 10-100 kilométer is lehet másodpercenként, akár kisebb kaliberű lövedék is akkora rombolást okozhat, mint egy rakéta. A railgun lövedékeihez azonban nincs szükség gyúlékony üzemanyagra vagy robbanóanyagra, így a kisebb töltetekből származó logisztikai előny nemcsak a szállítást könnyíti meg, hanem biztonságosabbá is teszi azt. Az energiaigényt leszámítva a railgunnal lövöldözni olcsóbb, mint méregdrága rakétákkal tenni ugyanezt, de legalább annyira hatékony: a lövedék gyorsasága és a lőtáv miatt a környezeti erők kevésbé befolyásolják a röppályát, vagyis a fegyver pontosabb lesz.

A railgun látszólag úgy viselkedik, mint egy hagyományos tüzérségi ágyú. Sokan gondolhatnák, hogy nem is dörren, elvégre az elsütésekor nem alakul ki kémiai reakció; ez igaz is, de a railgunnak valójában mennydörgésszerű hangja van. Mivel a lövedék a hangsebesség sokszorosával repülhet, a hangrobbanás szintén jelentős zajt csaphat. A kilövéskor látható torkolattűz is emlékeztet a meggyulladó lőporra, de ez természetesen nem puskapor: amikor a vezetősínek áram alá kerülnek, az áramerősség akár az egymillió ampert is elérheti. Ez a lövedéket akár ezer Celsius-fokra is hevítheti, így a kilövés után az izzó alumíniumrészecskék lángcsóvát húznak maguk után.

Amilyen egyszerű, olyan érzékeny

A lövéskor keletkezett hő elvezetése kritikus fontosságú a fegyverek fejlesztésénél. A lövedékeket és síneket erős, hőálló anyagból kell építeni, ugyanis a jelentős áramerősségből és a lövedék súrlódásából fakadó hőhatás egy nagy teljesítményű railgun esetén akár akkora is lehet, hogy az a kezelőszemélyzetet is megölheti. A túl gyors lövedékek ráadásul akkora súrlódást kelthetnek, hogy az a railgun megolvadásához is vezethet. A jelenleg használt kísérleti modellek nem termelnek akkora hőt, ami problémát jelentene, de az már most látszik, hogy a hőelosztásra is oda kell figyelni. A hűtés azért is fontos, mert éles harci helyzetben a forró railgun könnyen észlelhető infrakamerákkal vagy infratávcsövekkel, és ez tiszta célponttá teheti.

A hatékony hűtésre több elméleti megoldás is született. Az egyik elképzelés szerint alumíniummal vonnák be a fegyver csövét, ami az áram és a hő hatására plazmává változna; ez megakadályozná a fizikai kontaktust a sín és a lövedék között, de nem szakítaná meg az áramkört, mert a lövéskor képződő plazma vezetné az áramot. Szintén megoldást jelenthet a folyékony nitrogén, illetve más, a jelenleg használt, nagy tűzgyorsaságú fegyverek hűtésére használt hűtőgáz.

Mint a fentiekből kiderülhetett, a railgunok állandó, folyamatos karbantartást igényelnek: a sínek és a szigetelések minden lövéssel kopnak, és a fegyver visszarúgása is a teljesítménnyel arányosan növekszik. A fegyver elsütésekor fellépő hajtóerő irányával ellentétes visszarúgó erő a magasabb torkolati sebesség miatt jóval nagyobb, mint egy hagyományos lövedék esetén, így a fegyvert erősen rögzíteni kell. Nagy figyelmet kell fordítani a mágneses mezők erejének kompenzációjára is: ha az azonos pólusú mezők taszító hatását nem sikerül kiegyenlíteni, az magát a fegyvert is szétvetheti.

Problémás az energiaforrás biztosítása is. Egy lövéshez sok energiát kell tárolni, lehetőleg kis méretű helyen, így a fegyver energiaellátása egyelőre problémákba ütközik. A Texas Egyetem munkatársa, Jon Kitzmiller, aki az elektromechanikai rendszerek szakértőjeként már korábban is dolgozott railgunokkal, elmondta, hogy az amerikai haditengerészet kutatócsoportja jelenleg is ennek a problémának az elhárításán dolgozik. A railgun működtetéséhez szükséges energiát jelenleg kondenzátorbankokban tárolják, de egy gyorstüzelő railgunhoz egy repülőgép-hordozót tele kéne pakolni ezekkel. Kitzmiller szerint megoldást jelenthet, ha nem hagyományos kondenzátorokat, hanem speciális impulzusgenerátorokat használnának.

Élet a puskapor után

Ha a fent részletezett akadályokat sikerrel elhárítják, a railgun komoly hatással lehet a jövő hadviselésére. A lövedékek kinetikus energiája ugyanis hatalmas: míg egy M-16-os gépkarabély lövedéke 930 métert tesz meg másodpercenként, egy railgun akár 7 Mach sebességre – vagyis a hangsebesség hétszeresére – is felgyorsíthat egy húszkilós lövedéket. Egy ilyen töltet kinetikus energiája legalább akkora pusztítást végezne, mint egy robbanótöltet, de a műholdas segítséggel célra vezethető lövedék nem rombolná szét a környezetét, csak a célpontot találná el. A railgun tehát a rakéta pusztító erejét kombinálhatná a mesterlövészpuskák precizitásával.

Charles Garnett, az amerikai haditengerészet fegyverfejlesztéssel foglalkozó központjának menedzsere bízik az új eszközben. A központban már 2008-ban is teszteltek egy railgunt, ami egy hétfontos (3,18 kilogrammos) lövedéket lőtt ki; a töltet kinetikus energiája 10,6 megajoule volt. Garnett elmondta, hogy bár sokáig a rakéták voltak a haditengerészet elsődleges fegyverei, valószínű, hogy ez a helyzet a jövőben megváltozhat; mint fogalmazott, a puskapornak megvannak a maga korlátai, és egy idő után kevés lehet az a maximális gyorsulás, illetve hajtó- és rombolóerő, amit a lőpor biztosíthat.

Egy minőségi railgun ezzel szemben akár negyvenfontos (18,14 kilogrammos) töltetet is kilőhet 200 tengeri mérföldes (370 kilométeres) távolságra, mindössze 6 perc alatt; ez tízszer pusztítóbb lenne, mint a jelenleg használt Mark 45-ös ágyú. A haditengerészet célja, hogy egy 64 megajoule-os kinetikus energiájú railgunt építsenek: ennek a hatóereje nagyobb lenne, mint a BGM-109-es Tomahawk rakétáé. A railgun azonban nemcsak olcsóbb, de gyorsabb alternatívát is kínál: míg egy Tomahawk célba ér, addig egy railgun akár tucatnyi lövést is leadhat. A célkitűzés nem tűnik irreálisnak; két éve már sikerült egy 33 megajoule-os railgunnal 7 Mach sebességre gyorsítani egy lövedéket.

Brutális önvédelem

Az elektromágneses fegyvereket a haditengerészet szívesen hasznosítaná rakétavédelmi célokra és csapásmérésre is, de a közelmúltban csökkentett költségek miatt fontolóra kell venniük, hogy melyiket választják. Robert Work, a haditengerészet államtitkára szerint az eszközt érdemes lenne a ballisztikus- és cirkálórakétákkal szembeni védekezésre használni; Work ezt azzal indokolta, hogy a haditengerészetnek több, szárazföldi csapásmérésre alkalmas eszköze is van, így célszerűbb lenne a rakétavédelemre koncentrálni.

A döntéshozók egyelőre kivárnak, de a Pentagon számára egyre fontosabbnak tűnik egy hatékony rakétavédelmi rendszer kiépítése. Azt az izraeli Vaskupola példája is bizonyítja, hogy akár házi készítésű rakétákról, akár profi hadászati eszközökről van szó, ezek egyre nagyobb fenyegetést jelentenek. És bár a railgun felhasználási területéről még nem döntöttek, az már most biztosnak látszik, hogy az eszköz komoly szerepet fog betölteni a jövő hadviselésében.