us navy

Coilguny, railguny a jejich potenciál v současném světě

Štítky:

Vojenství a vojenská technologie patří k oborům lidské činnosti, které se mění a vyvíjejí nejdramatičtěji, a to obzvlášť v období posledních sta let. Z hlediska celé lidské historie je to včera, kdy bojiště první světové války brázdily látkou potažené dvojplošníky a první neohrabané tanky. Dnešní stealth stíhačky páté generace a moderní tanky s reaktivním pancířem jen velmi vzdáleně odkazují ke svým ne tak vzdáleným kořenům. Ale je zde jedna konstanta, která zůstává: palné zbraně.


Historie palných zbraní

První palné zbraně s dochovanými historickými záznamy jsou čínská ohnivá kopí z 12. století. Jednalo se o kopí, které mělo k hlavě přivázanou pyrotechnickou patronu, chrlící oheň na protivníka. Někdy v tomto období se rovněž objevuje nápad nechat touto patronou vymršťovat kovové kuličky, a tak se zrodila palná zbraň. V Evropě zažily palné zbraně rozmach v období italské renesance, kdy rozpoutaly chaos v tehdejším válečnictví. Hrady, po staletí nedobytné, se drolily, a zažité vojenské principy braly za své. Další významnou změnou byl až vynález nedýmícího střelného prachu, který umožnil použití palných zbraní v masovém měřítku. V 19. století pak přišly pušky nabíjené zezadu. V průmyslové revoluci se zrodily pušky s vývrtem, a hlavně dnešní nábojnice. Na ně navázaly automatické zbraně, které přetvořily tvář válčení v moderním věku. Dnes máme k dispozici houfnice naváděné počítačem, které vystřelí několik projektilů po různých drahách tak, aby dopadly současně nebo naváděné projektily. Přesto se princip palné zbraně od čínského ohnivého kopí praktiky nezměnil. Pořád se jedná o chemickou výbušninu, která svou rychlou expanzí vymrští projektil. A až dnes, se možná blížíme k bodu, kdy se tato situace změní. A tou změnou by mohl být magnetismus.

Coilgun

Myšlenka použití elektromagnetů k vymršťování projektilů není nic nového. Konceptem, který se nejvíce přiblížil realitě, je koncept takzvaného „coilgunu“, do češtiny přeloženo jako cívkové dělo. Je možné se rovněž setkat s názvem Gaussova puška, jelikož teorie coilgunu čerpá z prací o magnetismu Carla Friedricha Gausse. „Gaussovu pušku“ si ovšem patentoval Kristian Birkeland v roce 1904. Princip coilgunu je velmi jednoduchý. Jedná se o cívku, obtočenou kolem hlavně zbraně, do které je-li přiveden elektrický proud, začne přitahovat projektil směrem k sobě. V okamžiku kdy projektil projde středem cívky, a byl by následně přitahován opačným směrem, se cívka vypne, a projektil vyletí ven. Pro zvýšenou efektivitu se počítá v konceptu coilgunu se soustavou cívek, které se zapínají v sekvenci, kdy v okamžiku, kdy projektil projde jednou cívkou, ona cívka se vypne a projektil se „předá“ následující cívce která se aktivuje za ní.

cpolgun
Fyzikální princip coilgunu. (zdroj: Stackexchange).

Taková to sekvence by zrychlovala až ke konci hlavně, a mohla by tak dát projektilu významnou rychlost. Coilgun není nic nerealizovatelného. Na serveru Youtube je možno najít videa mnoha domácích kutilů, kteří si postavili svou malou Gaussovu pušku v doslova v garáži. Vojenské využití však potápí její neefektivita. K tomu aby byl projektil vymrštěn skutečně vysokou rychlostí by byla potřeba hlaveň mnohem větší délky než srovnatelná palná zbraň. Odpalovací sekvence by při takových rychlostech rovněž musela být neskutečně rychlá a hlavně přesná, protože deaktivace cívky i jen nepatrný moment po průchodu projektilu jej naopak zpomalí. Taková zbraň je rovněž velmi náročná na údržbu, a hlavně zdroj energie. Gaussova puška je tedy sice realizovatelná, ale její výkony zdaleka neospravedlňují její náročnost a problémy, a tak tedy koncept klasické palné zbraně první útok ze strany magnetismu ustál.

Railgun

Toto však hodlá do budoucna změnit nový vyzyvatel, railgun[i] (Kolejnicové dělo). Místo sady cívek railgun tvoří dvě kolejnice pod proudem, které, jsou-li spojeny vodivým „vozíčkem“, generují takzvaný valivý efekt a pohánějí vozíček vpřed. Takováto zbraň, je-li jí poskytnut dostatek elektřiny, je schopná urychlit projektil na hypersonické[ii] rychlosti, znatelně tak převyšujíc možnosti dnešních palných zbraní.

Fyzikální princip railgunu. (zdroj: wikimedia).

Fyzika railgunu je již výrazně složitější než coilgun, a pro potřeby tohoto článku nepodstatná. Pro případné zájemce bude ve zdrojích článku několik odkazů na vědecké pozadí valivého efektu. Railgun však v teorii není taky úplně novou myšlenkou. Jako první jeho návrh představil v hypotetické rovině francouzský vynálezce Louis Octave Fauchon-Villeplee již v roce 1919. Nejblíže se k jeho konstrukci dostalo Německo za druhé světové války, kdy v roce 1944 byl vypracován návrh protiletadlového kanonu na principu railgunu. Nikdy však nebyl realizován. Když spojenci po válce získaly plány, jejich studie došla k závěru, že je taková zbraň realizovatelná, ale její energetické nároky obrovské. První skutečně funkční railguny se datují až ke konci 20. století.

Výhody

Hlavní devízou railgunu je úsťová rychlost. Railgun je schopen urychlit projektil na rychlosti palnými zbraněmi nedosažitelné. Z rychlosti vychází i ničivý potenciál zbraně. Při rychlostech přesahující několikrát rychlost zvuku je schopný kovový hřeb, i bez jakékoliv výbušné hlavice, způsobit masivní škody, srovnatelné s dvěma kilogramy TNT. To se nemusí na první pohled zdát jako mnoho, ale je třeba si uvědomit, že veškerá tato energie je koncentrována do hrotu projektilu při dopadu. Ne nadarmo má vývojový program námořnictva Spojených států motto „Rychlost zabijí“. Jedná se o stejný, ale mnohonásobně účinnější efekt penetrátorových šipek z tankové munice, kdy obrovská síla koncentrovaná na malý bod způsobí víc škod, než pomalejší projektil s explozivní hlavicí. Z absence hlavice a pohonné nálože vyplývá další výhody railgunů: logistika a bezpečnost. Railgunový projektil je mnohem menší, lehčí, a s minimálními speciálními nároky na skladování. Laicky řečeno, je to prostě kovový hřeb.

Railgunový projektil. (zdroj: youtube).

Z toho plyne větší bezpečnost. Zásah skladu munice je největší noční můra každé lodě či tanku, ale railgunová munice je naprosto inertní. Toto snižuje i cenu projektilů, byť tato výhoda není až tak jednoznačná, jak si ukážeme níže. Pozitivní vlivy by pak taková munice měla i na nároky kladené na posádku při manipulaci s municí, a celkově by se tak pozitivně odrazila v nákladech na logistiku. Velká rychlost projektilu slibuje railgunu zářné zítřky i na straně defenzivní. V obraně před letadly, ale hlavně raketami, je rychlost reakce klíčová, a instantně akcelerovaný projektil by mohl výrazně zvýšit čas na zareagování obránců.

Problémy railgunu

První slabou stránkou je onen na chatrných nohou stojící argument ceny projektilu. Railgun je na první pohled splněným snem lidí, brojících proti dnešnímu vedení války, kdy ne ozbrojence používající 50 let staré zbraně a žádné dražší vybavení využíváme rakety za stovky tisíc dolarů dolarů. Ačkoliv má představa opětovat palbu železným hřebíkem jisté kouzlo, jako vždy je to složitější. Prvním problémem je navádění. Nejdražším komponentem dnešních řízených střel není výbušnina, ale naváděcí počítače a senzory. A minimálně v části využití, na které railgun aspiruje, se otevřeně počítá s naváděcími systémy. Problém s railgunem je ale ten, že ohromné zrychlení, a další jevy v hlavni, klade extrémní nároky na tuto povětšinou citlivou elektroniku. Námořnictvo kromě „hloupých“ projektilů má zájem i o projektily naváděné, jejichž řídicí systémy se tak musí vměstnat do relativně malého projektilu, a ustát podmínky v hlavni. Vyvinout takové naváděcí systémy, co ustojí nemilosrdnou akceleraci a další jevy, bude náročné, a náklady na vývoj se jistě promítnou do ceny projektilu. Druhým problémem je cena zbraně samotné a jejího provozu. Do ceny se totiž promítá jeden z aktuálně největších problémů railgunu, a to jeho opotřebení. Kolejnice se totiž vyrábí z dobře vodivých a poměrně vzácných materiálů jako je například wolfram. V aktuálních testech však kolejnice nevydrží víc než několik málo výstřelů, než musí byt vyměněny. To je způsobeno obrovskými silami působícími na zbraň při výstřelu. Masivní magnetická pole totiž působí i na kolejnice samotné, ohýbají je, a tlačí je proti stěnám hlavně. Druhým faktorem opotřebení jsou extrémní teploty, které při výstřelu vznikají. Fyzikální jevy v hlavni generují významná množství žhavé plazmy, která klade mimořádné nároky na životnost kolejnic. Plazma rovněž tvoří problém pro bojové nasazení railgunu. V laickém povědomí figurují magnetické zbraně jako tiché a inertní zařízení, co tiše vystřelují projektily. Realita je ovšem taková, že díky plazmě a okamžitému překročení rychlosti zvuku je výstřel z railgunu více spektakulární podívaná než námořní kanón.  Ve světě, kde je však velká část senzorů postavená na detekci tepla, muže být tento jev velmi problematický. Poslední velkou potíží je pak energetická náročnost zbraně. Aktuálně testované railguny potřebují 25 megawattů na výstřel.

Výstřel z railgunu a následný výron plazmy. (zdroj: youtube).

Možnosti nasazení

Z energetické a materiálové náročnosti zatím vyplývá, že railguny zažijí svůj debut na palubě lodí, které se svými jadernými reaktory poskytují dostatečný energetický výkon. To je také důvod, proč hlavním průkopníkem railgunu je právě námořnictvo Spojených států. S (dodatečným) nainstalováním railgunů se již od počátku počítalo pro třídu Zumwalt, kde by railgun nahradil jeden z dosavadních 155mm kanónů. Aktuální stav railgunů v americkém námořnictvu je možno označit jako fáze pokročilého testování. Námořnictvo testovalo 25 MW railguny na pevninské střelnici Dahlgren division Naval Surface Warfare Center ve Virginii. K dispozici byly dva prototypy, od dvou různých dodavatelů: General Atomics a britská zbrojovka BAE systems. Z veřejně dostupných dat není známo, který prototyp si vedl lépe, ale testy první fáze dopadly úspěšně, a railgun by měl ještě letos projít (nebo již prochází) testováním na moři. Otázkou je, na jaké lodi. Původní varianta počítala s upravenou nákladní lodí, ale hlasy v Pentagonu hovořily o zbytečném prodlužování, a o instalaci přímo na Zumwalt. Původní varianta se zdá reálnější, ale musíme počkat na odtajnění dat, chceme-li se vyhnout pouhým spekulacím.

Zumwalt sice nemá jaderný reaktor, ale jeho pohonná jednotka v podobě plynové turbíny o výkonu 78MW, a na ní navázaná rozvodná síť, je navržena na to, aby byla vhodná pro zbraně 21. století, ať už railguny či lasery.  Je však pravděpodobné, že by na railgunovou výzbroj mohly bát konvertovány i starší lodě, jelikož například dva reaktory letadlové lodě třídy Nimitz poskytují výkon 100 MW každý. Letadlové lodě však mohou paradoxně díky railgunům ustoupit své staré nemesis, kterou kdysi vytlačily do smetiště dějin: bitevní lodi. Divočejší představy vojenských plánovačů mluví totiž o tom, že by se tato třída lodě mohla vrátit, osvědčí-li se právě railguny. Bitevní lodě, tedy velké lodě s mohutnou kanónovou výzbrojí, byly vytlačeny za druhé světové války letadlovými loděmi, protože nabízely větší operační rádius a multifunkčnost. Railgun má potenciál mnoho těchto nedostatků odstranit, a bitevní loď tak hypoteticky může zažít návrat na výsluní, i když je nepravděpodobné že by zcela vytlačila letadlové lodě. Jako reálná možnost se jeví i kombinace obojího, protože minimálně na obranu před raketami jeví railgun na letadlových lodích velký potenciál. Co se týče nasazení mimo moře, bude budoucnost elektromagnetických zbraní asi o něco komplikovanější. Je možné si představit railgun jako dalekonosnou dělostřeleckou podporu. Ačkoliv railgun potřebuje velké zázemí, účinný dostřel 200 km davá možnost umístit railgun daleko od případného nebezpečí. Výrazně problematičtější bude instalace elektromagnetických zbraní do vozidel. Energetický zdroj do tak malé platformy se při dnešních technologických možnostech zdá nereálný. Je ovšem třeba zmínit, že když Pentagon projevil zájem o nástupce APC vozidel Bradley, výše zmíněný koncern BAE systems představil propozice, že by bylo v jeho silách dodat vozidlo vyzbrojené railgunem. Jak by byl ovšem řešen zdroj energie, už se neuvádí. Je však třeba uznat, že slovo BAE systems, jakožto technologického průkopníka elektromagnetických zbraní, má jistou váhu. Jestli je však možné něco v blízké době téměř s absolutní jistotou vyloučit, je to railgun pěchotní. Potřeby energie, chlazení, ale i spolehlivosti zbraně v tvrdých podmínkách jsou dnes nedosažitelné, a pěchotní magnetické zbraně mohou přijít v potaz až tehdy, kdy technologie skutečně postoupí na zcela novou úroveň.

Vizualizace railgunu na upravené transportní lodi. (zdroj: us navy).

Co se týče proliferace mezi zeměmi, railguny však do budoucna nemusí být čistě americký klub. BAE Systems je britská zbrojovka, dodávající zbraně nejen britským ozbrojeným složkám, ale i mnoha dalším členům NATO. Není proto vyloučeno, že by v případě zájmu mohlo být magnetickými zbraněmi vybaveno i Královské námořnictvo, anebo i další země Aliance. Rusko se v této situaci pohybuje ve standardním módu, kdy propaganda Kremlu vypouští jisté kusé informace, že se na podobných projektech pracuje, ale bez žádného hmatatelného důkazu. Rovněž tak z Číny existují jisté zkazky. Je bezpečné prohlásit, že obě země pravděpodobně na nějakém projektu magnetických zbraní pracují, ale v obou případech je nepravděpodobné že by předehnaly západní technologii.  Je však jisté, že dřív nebo později i tato technologie svou exkluzivitu ztratí. Je proto tedy možné, že námořní válčení projde v 21. století stejně radikálními proměnami, jako ve století minulém.


[i] Je důležité nezaměňovat s děly z první a druhé světové války, které se vozila a střílela z vlakových kolejí, a jejich obecný název je railway gun, často rovněž zkracován na railgun.

[ii] Rychlosti vyšší než Mach 5 (1 701.45 m/s)

 

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *