전자총이란 무엇인가요? 최근 전자총 연구가 부활한 이유는 무엇인가요?

화약은 오랫동안 발사체를 발사하는 무기의 추진체로 사용되어 왔습니다. 그러나 화약에는 세 가지 주요 제한 사항이 있었습니다. 화약을 포탄과 함께 운반해야 했기 때문에 포탄 전체가 더 무거워졌습니다. 흑색 화약을 기반으로 한 무기는 불안정하여 취급 및 운반이 어려웠습니다. 화약 추진 발사체의 총구 속도는 일반적으로 초당 약 1,219m로 제한됩니다.

이런 어려움을 극복하는 것이 가능할까요? 한 가지 해결책은 전자기 레일건, 줄여서 레일건, 줄여서 레일건입니다. 전자기 총은 전자기장을 사용하여 금속 발사체를 가속하는데, 이는 발사체를 초당 16,000미터까지 가속할 수 있습니다. 현행 해군 전자포의 최대 사거리는 100㎞지만, 철도 열차의 전자포는 6분 만에 400㎞ 떨어진 목표물을 명중할 수 있다.

이 답변에서는 레일건의 작동 방식과 사용 방법, 기술의 한계에 대해 논의하겠습니다.

전자총의 구성 요소

전자총은 기본적으로 전원 공급 장치, 한 쌍의 평행 레일 및 이동식 전기자의 세 부분으로 구성된 대형 회로입니다. ?

전원공급장치는 전자총의 전류원이다. 일반적으로 중대형 구경의 레일건은 수백만 암페어를 사용합니다. 가이드 레일은 구리와 같은 전도성 금속으로 구성되며 길이는 1.2m에서 9m까지입니다.

철자는 레일 사이의 간격을 연결합니다. 전도성 금속으로 된 단단한 조각일 수도 있고, 펠릿이나 기타 발사체를 고정하는 캐리어인 전도성 맞대일 수도 있습니다. 일부 레일건은 플라즈마 뼈대를 사용합니다. 이 장치에서는 비전도성 발사체 뒷면에 얇은 금속 호일이 배치됩니다. 에너지가 포일을 통해 흐르면 증발하여 전류를 전달하는 플라즈마로 변합니다.

부품이 함께 작동하는 방식은 다음과 같습니다.

전류는 전원 공급 장치의 양극 단자에서 양극 전원선을 거쳐 전기자를 거쳐 다시 전원 공급 장치에서 전원 공급 장치로 흐릅니다. 음극 전원선.

모든 전선에 흐르는 전류는 전선 주위에 자기장, 즉 자기가 유도되는 영역을 생성합니다. 이 힘은 크기와 방향을 모두 가지고 있습니다. 레일건에서는 두 개의 레일이 와이어처럼 작동하며 각 레일 주위에 자기장이 순환합니다. 자기장의 자력선은 양극 궤도를 따라 시계 반대 방향으로 회전하고 음극 궤도를 따라 시계 방향으로 회전합니다. 궤도 사이의 순 자기장의 방향은 수직을 가리킵니다.

전기장 속의 대전된 전선처럼 로렌츠 힘(네덜란드 물리학자 헨드릭 A. 로렌츠의 이름을 따서 명명)이라는 힘이 발사체에 작용합니다. 로렌츠 힘은 자기장 및 뼈대를 통해 흐르는 전류의 방향에 수직입니다. 아래 이미지에서 이것이 어떻게 작동하는지 확인할 수 있습니다.

로렌츠 힘은 동력원에서 멀어지는 궤도와 평행하다는 점에 유의하세요. 힘의 크기는 방정식 F=(i)*(L)*(B)에 의해 결정됩니다. 여기서 F는 로렌츠 힘, i는 전류, L은 트랙 길이, B는 자기장입니다. 이 힘은 레일의 길이를 늘리거나 레일을 통해 흐르는 전류의 양을 늘리면 증가할 수 있습니다.

긴 레일은 설계상의 어려움을 야기하기 때문에 대부분의 레일건은 엄청난 양의 힘을 생성하기 위해 약 백만 암페어에 달하는 강한 전류를 사용합니다. 로렌츠 힘의 영향으로 발사체는 전원 반대쪽 트랙 끝까지 가속되어 구멍을 통해 방출됩니다. 회로가 분리되면 전류가 사라지고 자기장도 사라집니다.

최근 전자총 연구가 부활한 이유는 무엇일까?

현재 대형 포병을 대체할 무기로 군에서는 특히 전자총에 관심이 많다. 소형 텅스텐 미사일 형태의 레일건 탄약은 상대적으로 가볍고 운반 및 취급이 쉽습니다. 그리고 속도가 빠르기 때문에 레일건 미사일은 현재의 포탄보다 낙하하는 포탄과 바람에 덜 민감합니다. 경로 수정은 중요하지만 레일건에서 발사되는 모든 미사일은 위성의 유도를 받습니다.

주로 반동으로 인해 소형 팔 장착형 전자총을 설계하기가 더 어려울 것입니다. 총이 발사되었을 때 총이 후퇴하는 동작인 반동은 방출된 발사체의 운동량에 따라 결정됩니다. 발사체의 질량에 속도를 곱하면 고속 전자기포 발사체의 반동이 매우 큽니다. 해결책은 매우 작은 총알을 발사하는 휴대용 대포를 사용하는 것입니다. 작은 총알은 반동이 제한되어 있지만 여전히 심각한 피해를 입힐 만큼 충분한 운동 에너지를 가지고 있습니다.

전자총은 전략방위구상(통칭 스타워즈)의 중요한 구성요소로 제안됐다. 스타워즈(Star Wars)는 전략 탄도 미사일로부터 미국을 보호하기 위해 우주 기반 시스템의 연구 및 개발을 담당하는 미국 정부 프로그램입니다. 전자기 총은 포탄을 발사하여 다가오는 미사일을 요격할 수 있습니다.

일부 과학자들은 레일건이 궤도에서 고속 발사체를 발사함으로써 악성 소행성으로부터 지구를 보호할 수도 있다고 믿습니다. 충격을 받으면 이 발사체는 다가오는 소행성을 파괴하거나 궤도를 변경합니다.

전자기 총은 비군사적으로도 흥미로운 용도로 사용됩니다. 첫째, 대기가 없는 지구 위로 로켓이 위성이나 우주 왕복선을 발사하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 또한 달과 같이 대기가 없는 물체에서 전자기 총은 공기가 필요한 화학 추진제 없이 우주로 발사체를 발사할 수 있습니다.

전자총을 사용하여 융합 반응을 유발할 수도 있습니다. 융합은 두 개의 작은 핵이 결합하여 더 큰 핵을 형성할 때 발생하며, 이 과정에서 많은 양의 에너지가 방출됩니다. 이를 달성하려면 원자핵이 극도로 빠른 속도로 움직여야 합니다. 일부 과학자들은 두 개의 전자기 총을 사용하여 서로에게 융합 가능한 물질의 발사체를 발사할 것을 제안했습니다. 고속 발사체의 충격은 엄청난 온도와 압력을 생성하여 융합이 일어날 수 있게 합니다.

아직 많은 응용이 이론, 실험, 개발 영역에 있습니다. 예를 들어, 현재의 레일건은 핵융합을 수행할 만큼 충분한 전력을 생성하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 이 기술은 가능성을 갖고 있습니다. 2003년 영국 국방부는 전자기 레일건의 8차 규모 시험을 실시했고 총구 속도는 마하 6(초당 약 2,040m)에 달했다. 현재 우리 중국 전자총은 포구 속도가 마하 6이고 사거리가 100km에 달한다. 이것은 현재 가장 빠른 전자포이다.

이런 일이 계속 성공하면 언젠가는 전자총이 나올 것이다. 선택하는 무기이자 발사대에서 선택하는 추진체의 필수적인 부분이 될 수 있습니다.

레일건에는 문제가 있습니다

이론적으로 레일건은 단거리 및 장거리 화력 모두에 이상적인 솔루션입니다. 실제로 여기에는 몇 가지 심각한 문제가 있습니다. 전력: 레일건 발사체를 가속하는 데 필요한 전력을 생성하는 것은 정말 어려운 일입니다. 커패시터는 충분히 큰 전류가 축적될 수 있을 때까지 전하를 저장해야 합니다. 일부 응용 분야에서는 커패시터가 작을 수 있지만 레일건에 사용되는 커패시터의 크기는 수 입방미터입니다. 저항 가열: 전류가 도체를 통해 흐를 때 전도성 물질(이 경우 레일)의 저항을 만나게 됩니다. 전류는 레일의 분자를 자극하여 가열하게 합니다. 레일건에서는 이 동작으로 인해 많은 양의 열이 발생합니다. 용융: 전기자의 빠른 속도와 저항 가열로 인한 열로 인해 레일 표면이 손상될 수 있습니다. 반발력: 전자총의 각 트랙에 전류의 방향이 반대입니다. 이는 전류에 비례하는 반발력을 생성하여 레일을 밀어내려고 합니다. 전자총의 전류는 매우 크기 때문에 두 트랙 사이의 반발력은 매우 큽니다. 레일건 마모는 심각한 문제입니다. 여러 번 사용한 후에는 사용을 중단해야 했고 때로는 한 번만 사용할 수도 있었습니다.