Pistola gauss

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El cañón Gauss ( eng.  Gauss gun, Coil gun, Gauss cannon ) es una de las variedades de acelerador de masa electromagnético. Lleva el nombre del científico alemán Karl Gauss , quien sentó las bases de la teoría matemática del electromagnetismo . Debe tenerse en cuenta que este método de aceleración de masas se utiliza principalmente en instalaciones de aficionados, ya que no es lo suficientemente eficiente para su implementación práctica. Por su principio de funcionamiento (creación de un campo magnético viajero) es similar a un dispositivo conocido como motor lineal .

Cómo funciona

La pistola de Gauss consta de un solenoide , dentro del cual hay un cañón (generalmente hecho de un dieléctrico ). Un proyectil hecho de un ferroimán se inserta en un extremo del cañón . Cuando una corriente eléctrica fluye en el solenoide, surge un campo electromagnético , que acelera el proyectil, "empujándolo" hacia el solenoide. En este caso, los polos se forman en los extremos del proyectil, orientados de acuerdo con los polos de la bobina, por lo que, después de pasar por el centro del solenoide, el proyectil es atraído en dirección opuesta, es decir, frena. abajo. En los circuitos de aficionados, a veces se utiliza un imán permanente como proyectil, ya que es más fácil lidiar con la EMF de inducción que se produce en este caso. El mismo efecto ocurre cuando se usan ferroimanes , pero no es tan pronunciado debido a que el proyectil se remagnetiza fácilmente ( fuerza coercitiva ).

Para obtener el mayor efecto, el pulso de corriente en el solenoide debe ser breve y potente. Como regla general, para obtener dicho impulso, se utilizan condensadores electrolíticos de gran capacidad y con un alto voltaje de funcionamiento .

Los parámetros de las bobinas de aceleración, el proyectil y los condensadores deben coordinarse de tal manera que durante el disparo, cuando el proyectil se acerque al solenoide, la inducción del campo magnético en el solenoide sea máxima, pero disminuya bruscamente a medida que se acerca el proyectil. Vale la pena señalar que son posibles diferentes algoritmos para el funcionamiento de las bobinas de aceleración.

Energía cinética del proyectil.  - peso del proyectil  - su velocidad Energía almacenada en un capacitor  - tensión del condensador  - capacitancia del capacitor Tiempo de descarga del condensador

Este es el tiempo que tarda el condensador en descargarse por completo:

 - inductancia  - capacidad Tiempo de funcionamiento del inductor.

Este es el tiempo durante el cual la FEM del inductor alcanza su valor máximo (descarga total del capacitor) y cae completamente a 0. Es igual al semiciclo superior de la sinusoide.

 - inductancia  - capacidad

Vale la pena señalar que en la forma presentada, las dos últimas fórmulas no se pueden usar para calcular el cañón de Gauss, aunque solo sea por la razón de que a medida que el proyectil se mueve dentro de la bobina, su inductancia cambia todo el tiempo.

Aplicación

Teóricamente, es posible utilizar cañones Gauss para poner en órbita satélites ligeros , ya que en uso estacionario es posible disponer de una gran fuente de energía. La principal aplicación son las instalaciones de aficionados, demostración de las propiedades de los ferromagnetos . También se usa bastante activamente como juguete para niños o como una instalación hecha a sí misma que desarrolla la creatividad técnica (simplicidad y relativa seguridad)

Creación

Las estructuras más simples se pueden ensamblar a partir de materiales improvisados ​​incluso con conocimientos escolares de física [1]

Hay muchos sitios web que detallan cómo montar un cañón Gauss. Pero vale la pena recordar que la creación de armas en algunos países puede ser procesada. Por lo tanto, antes de crear un cañón Gauss, vale la pena considerar cómo lo usará.

Ventajas y desventajas

El Cañón Gauss como arma tiene ventajas que otras armas pequeñas no tienen . Esta es la ausencia de proyectiles y la elección ilimitada de la velocidad inicial y la energía de la munición , la posibilidad de un disparo silencioso (si la velocidad de un proyectil suficientemente aerodinámico no supera la velocidad del sonido ), incluso sin cambiar el cañón y la munición . , retroceso relativamente bajo (igual al impulso del proyectil que ha salido volando, no hay impulso adicional de los gases en polvo o partes móviles), teóricamente, mayor confiabilidad y, en teoría, resistencia al desgaste , así como la capacidad de trabajar en cualquier condición, incluso en el espacio ultraterrestre .

Sin embargo, a pesar de la aparente simplicidad del cañón Gauss, su uso como arma está plagado de serias dificultades, la principal de las cuales es el alto costo de la energía.

La primera y principal dificultad es la baja eficiencia de la instalación. Solo el 1-7% de la carga del condensador se convierte en energía cinética del proyectil. En parte, esta desventaja se puede compensar mediante el uso de un sistema de aceleración de proyectiles de varias etapas, pero en cualquier caso, la eficiencia rara vez alcanza el 27%. Básicamente, en las instalaciones de aficionados, la energía almacenada en forma de campo magnético no se utiliza de ninguna manera, pero es la razón por la que se utilizan llaves potentes (a menudo se utilizan módulos IGBT ) para abrir la bobina ( regla de Lenz ).

La segunda dificultad es el alto consumo de energía (debido a la baja eficiencia).

La tercera dificultad (derivada de las dos primeras) es el gran peso y dimensiones de la instalación con su baja eficiencia.

La cuarta dificultad es el tiempo bastante largo de recarga acumulativa de los condensadores , lo que hace necesario llevar junto con la pistola Gauss una fuente de alimentación (normalmente una potente batería recargable ), así como su elevado coste. En teoría, es posible aumentar la eficiencia si se utilizan solenoides superconductores , sin embargo, esto requeriría un sistema de enfriamiento potente , lo que trae problemas adicionales y afecta seriamente el alcance de la instalación. O utilice baterías de condensadores reemplazables.

La quinta dificultad es que con un aumento en la velocidad del proyectil, la duración del campo magnético durante el vuelo del solenoide por el proyectil se reduce significativamente, lo que lleva a la necesidad no solo de encender cada bobina siguiente del multietapa sistema de antemano, sino también para aumentar el poder de su campo en proporción a la reducción de este tiempo. Por lo general, esta desventaja se ignora de inmediato, ya que la mayoría de los sistemas caseros tienen una pequeña cantidad de bobinas o una velocidad de bala insuficiente.

En las condiciones del entorno acuático, el uso de una pistola sin carcasa protectora también está seriamente limitado: la inducción de corriente remota es suficiente para que la solución salina se disocie en la carcasa con la formación de medios agresivos (que se disuelven), lo que requiere magnético adicional blindaje

Por lo tanto, hoy en día, el arma Gauss no tiene perspectivas como arma, ya que es significativamente inferior a otros tipos de armas pequeñas que funcionan con otros principios. En teoría, las perspectivas son, por supuesto, posibles si se crean fuentes compactas y potentes de corriente eléctrica y superconductores de alta temperatura (200-300 K). Sin embargo, una configuración similar a la pistola Gauss se puede usar en el espacio exterior, ya que muchas de las desventajas de tales configuraciones se nivelan bajo el vacío y la ingravidez. En particular, los programas militares de la URSS y los EE. UU. Consideraron la posibilidad de utilizar instalaciones similares a la pistola Gauss en satélites en órbita para destruir otras naves espaciales (proyectiles con una gran cantidad de pequeñas piezas dañinas) u objetos en la superficie terrestre.

En la literatura

Muy a menudo en la literatura del género de ciencia ficción , se menciona la pistola Gauss. Ella actúa allí como un arma mortal de alta precisión.

Un ejemplo de tal obra literaria son los libros de la serie STALKER, escritos en base a la serie de juegos STALKER , donde el cañón Gauss era una de las armas más poderosas. A su vez, la idea de tales armas en el universo de la serie se tomó prestada de la serie de juegos Fallout .

Pero el primero en ciencia ficción, el cañón Gauss, fue llevado a la realidad por Harry Harrison en su libro " La venganza de la rata de acero ". Cita del libro: “Todos tenían un rifle Gauss con él, un arma multipropósito y especialmente mortal. Sus potentes baterías acumulaban una carga impresionante. Cuando se presionaba el gatillo, se generaba un fuerte campo magnético en el cañón, acelerando el proyectil a una velocidad que no era inferior a la velocidad del proyectil de cualquier otra arma con cartuchos reactivos. Pero el gaussiano tenía la ventaja de que tenía una mayor cadencia de tiro, era absolutamente silencioso y disparaba cualquier proyectil, desde agujas envenenadas hasta balas explosivas.

Véase también

Enlaces

Notas

  1. ↑ Braga N. Creando robots en casa. - M.: NT Press, 2007. - Pág. 141 - ISBN 5-477-00749-4 .