Проект Пушка Гаусса 2012 PDF

[**[https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0\_%D0%93%D0%B0%D1%83%D1%81%D1%81%D0%B0\#/media/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Coilgun\_animation.gif]**](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0_%D0%93%D0%B0%D1%83%D1%81%D1%81%D0%B0#/media/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Coilgun...

[**[https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0\_%D0%93%D0%B0%D1%83%D1%81%D1%81%D0%B0\#/media/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Coilgun\_animation.gif]**](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0_%D0%93%D0%B0%D1%83%D1%81%D1%81%D0%B0#/media/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Coilgun_animation.gif) **П р о е к т** **Пушка Гаусса.** **Электромагнитный ускоритель масс (ЭМУМ)** **Выполненный, учениками 9г класса** **ГБОУ СОШ 717, САО, города Москвы** **Полякова Марина** **Литвиненко Руслан** **Руководитель проекта, учитель физики:** **Дмитриева Ольга Александровна** **МОСКВА, 2012** **ОГЛАВЛЕНИЕ** **ВВЕДЕНИЕ..............................................................3** ГЛАВА I ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ (ОБЩИЙ)..............................5 --------------------------------------------------------------- 1. НЕОХОДИМЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА..........................7 --------------------------------------------------------- 2. **АЛГОРИТМ И ОПИСАНИЕ СБОРКИ МОДЕЛИ......................8** 3. СХЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ................................................11 --------------------------------------------------------------------- 4. ПРИНЦИП СОЗДАННОЙ МОДЕЛИ...............................\......11 ---------------------------------------------------------------- ГЛАВА II ПРИМЕНЕНИЕ ДАННОГО УСТРОЙСТВА...............\....13 ------------------------------------------------------------ 2.1 В КОСМОСЕ И МИРНЫХ ЦЕЛЯХ........................................14 ---------------------------------------------------------------------- 2.2 В ВОЕННЫХ ЦЕЛЯХ..........................................................15 ------------------------------------------------------------------------------- 2.3 НАШЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ......................................................16 ---------------------------------------------------------------------------- ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................18 ----------------------------------------------------------------------------------- ЛИТЕРАТУРА......................................................\...................21 -------------------------------------------------------------------------------------- ПРИЛОЖЕНИЕ ---------- **ВВЕДЕНИЕ** **Принцип устройства был разработан Карлом Гауссом, немецким физиком, астрономом и математиком.** Проект посвящен изобретению под названием Пушка Гаусса (Гаусс Ган или Коил Ган, как его называют на западный манер), по фамилии выдающегося немецкого математика, астронома и физика\ XIX века, сформулировавшего основные принципы работы оружия, основанного на электромагнитном ускорении масс, гаусс гана.\ Многие слышали о пушке Гаусса из фантастических книг или компьютерных игр, так как Пушка Гаусса весьма популярна в научной фантастике, где выступает в качестве персонального\ высокоточного смертоносного оружия, а также стационарного высокоточного и высокоскорострельного оружия. Среди игр пушка Гаусса появлялась в Fallout 2, Fallout Tactics, Half-life (есть экпериментальное оружие, именуемое Тау-пушкой), в StarCraft пехотинцы вооружены автоматической винтовкой Гаусса C-14 «Impaler». Также оружие похожее на пушку Гаусса появлялось в серии игр Quake, но в сознании многих эта пушка остается просто выдумкой фантастов, которая в лучшем случае имеет высокогабаритные прототипы в реальности. **[Цель работы]**: изучить устройство электромагнитного ускорителя масс (пушки Гаусса), а также принципы его действия и применение. Собрать действующую модель Пушки Гаусса. **[Основные задачи]**: 1. Рассмотреть устройство по чертежам и макетам. 2. Изучить устройство и принцип действия электромагнитного ускорителя масс. 3. Создать действующую модель. 4. Применение данной модели. **[Практическая часть работы]**: Создание функционирующей модели ускорителя масс в условиях школы. Компьютерная презентация проекта в формате Power Point. **[Гипотеза]**: возможно ли создание простейшей функционирующей модели Пушки Гаусса в условиях школы? **[Актуальность проекта]**: данный проект является междисциплинарным и охватывает большое количество материала. ГЛАВА I ------- ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ (ОБЩИЙ) ------------------------ Пушка Гаусса состоит из [соленоида](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%B8%D0%B4), внутри которого находится ствол (как правило, из [диэлектрика](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%BA)). В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из [ферромагнетика](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B5%D1%80%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA)). При протекании электрического тока в соленоиде возникает [магнитное поле](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5), которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, симметричные полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится. Для наибольшего эффекта [импульс](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BC%D0%BF%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%81) тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются [электрические конденсаторы](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80) с высоким рабочим [напряжением](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D0%BF%D1%80%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5). Параметры обмотки, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индуктивность магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала. В случае КПД одноступенчатой пушки Гаусса будет максимальным (это что касается одноступенчатого Магнитного ускорителя). Если усложнить конструкцию и использовать для разгона сразу несколько соленоидов, то можно добиться намного большей эффективности оружия. Что же касается преимуществ оружия, работающего по принципу электромагнитного ускорения снаряда, то**[: ]** 1. Это бесшумность выстрела (разумеется, если скорость снаряда не превышает скорость звука) 2. Отсутствие отдачи, 3. Возможность стрельбы в в бескислородной атмосфере и без неё вообще. Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды [стрелкового оружия](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%BB%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B8%D0%B5). Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе [начальной скорости](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D1%87%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%BF%D1%83%D0%BB%D0%B8), энергии [боеприпаса](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D0%B5%D0%B2%D1%8B%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BF%D0%B0%D1%81%D1%8B), возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает [скорости звука](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%B7%D0%B2%D1%83%D0%BA%D0%B0)) в том числе без смены [ствола](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B2%D0%BE%D0%BB_(%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B5%D0%B9%D0%BD%D1%8B%D0%B9)) и боеприпаса, относительно малая [отдача](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%82%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0_%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B8%D1%8F) (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), больша́я надежность и [износостойкость](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%B7%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B9%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C), а также возможность работы в любых условиях, в том числе в [космическом пространстве](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE). Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными **трудностями**. Таким образом, приходим к выводу: **установка подобная пушке Гаусса актуальна для использования в космическом пространстве, так как в условиях вакуума и невесомости многие недостатки подобных установок нивелируются.** Кроме того, конструирование оружия переживает упадок. Технология отточена уже до предела и сколько-нибудь заметных\ продвижений нет уже на протяжении многих лет. Интерес к альтернативным технологиям возрастает с каждым годом.\ Среди прочих пушка Гаусса легче других на сегодняшний день поддается миниатюризации, требует меньших затрат при изготовлении и позволяет получить при малых габаритах мобильное и эффективное оружие, разумеется если приложить к уже известному принципу собственную изобретательность и проделать изыскания в этой области. ##### 1.1 НЕОБХОДИМЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ###### Энергия запасаемая в конденсаторе 0c5e5195b37f88527fce8a2dabbdf00e\ ***V*** - напряжение конденсатора (в Вольтах)\ ***C*** - ёмкость конденсатора (в Фарадах). Энергия запасаемая при последовательном и параллельном соединении конденсаторов равна: ###### Кинетическая энергия снаряда \ ***m*** - масса снаряда (в килограммах)\ ***u*** - его скорость (в м/с ) ###### Время разряда конденсаторов Это время за которое конденсатор полностью разряжается. Оно равно четверти периода:\ 0c5e5195b37f88527fce8a2dabbdf00e2\ ***L*** - индуктивность (в Генри)\ ***C*** - ёмкость (в Фарадах) ###### Время работы катушки индуктивности Это время за которое ЭДС катушки индуктивности возрастает до максимального значения (полный разряд конденсатора) и полностью падает до 0. Оно равно верхнему полупериоду синусоиды.\ \ ***L*** - индуктивность (в Генри)\ ***C*** - ёмкость (в Фарадах) 2. **[АЛГОРИТМ И ОПИСАНИЕ СБОРКИ МОДЕЛИ]** Перед тем, как начать делать магнитный ускоритель масс, можно примерно рассчитать его основные параметры и характеристики, на которые можно рассчитывать собрав его. 1.Как правило, основой для начала конструирования пушки гаусса являются имеющиеся в наличии **[конденсаторы]**, параметры которых, в сущности, и определяют параметры будущей магнитной пушки. Любой электрический конденсатор характеризуется электрической емкостью и максимальным напряжением, до которого его можно заряжать. Кроме того, конденсаторы бывают полярные и неполярные -- практически все конденсаторы большой емкости, используемые в магнитных ускорителях, электролитические и являются полярными. Т.е. очень важно правильное его подключение -- положительный заряд подаем к выводу "+", а отрицательный к "-". Алюминиевый корпус электролитического конденсатора, кстати, так же является выводом "-". Зная емкость конденсатора и его максимальное напряжение можно найти энергию, которую может накапливать этот конденсатор. Умножаем емкость (не забыть перевести в Фарады! 1Ф=1000000мКф) на квадрат напряжения и делим все это на два. E=(C\*U\^2)/2 \[Дж\] Полученная энергия будет в джоулях -- т.е. сколько джоулей электрической энергии содержится в конденсаторе, если его зарядить на напряжение U. 2.Зная энергию конденсатора (если конденсаторов несколько, то их энергии можно сложить) можно найти ориентировочную кинетическую энергию снаряда -- или попросту мощность будущего магнитного ускорителя. 3.Кинетическая энергия снаряда находится по формуле E=(m\*V\^2)/2 \[Дж\]. Зная кинетическую энергию гвоздя и его массу (m) можно найти его скорость полета. Умножаем энергию на 2, раздели на массу (в Кг) и извлекаем квадратный корень, получаем скорость полета гвоздя в м\\с. 4.Ориентировочную скорость полета конкретного гвоздя уже знаем. Так как длина гвоздя известна, то можно найти примерную длину обмотки соленоида. Она равна длине снаряда-гвоздя. Теперь рассчитаем параметры обмотки. Обмотка должны быть такова, чтобы при выстреле к моменту подлета гвоздя к её середине ток в ней уже был бы минимален, и магнитное поле не мешало бы гвоздю вылетать с другого конца обмотки. 5.Система «конденсаторы -- обмотка» это колебательный контур. Найдем его период колебаний. Время первого полупериода колебаний равно времени, которое гвоздь летит от начала обмотки до её середины, а т.к. гвоздь изначально покоился, то примерно это время равно длине обмотки разделить на скорость полета гвоздя, которые уже рассчитали из предыдущих пунктов. С другой стороны, как известно, период свободных колебаний равен 2 Пи умножить на квадратный корень из L\*C. Время полупериода колебаний знаем, емкость конденсаторов тоже -- осталось лишь выразить из формулы индуктивность катушки. 6.На практике индуктивность катушки возьмем несколько меньше в связи с тем, что период колебаний из-за наличия в цепи активного сопротивления будет больше. Раздели индуктивность на 1,5 , для оценочного расчета. Теперь найдем через индуктивность и длину параметры катушки -- число витков и т.д. 7.Индуктивность соленоида находится по формуле L=m\*m0\*(N\^2\*S)/l \[Гн\]. Где m -- относительная магнитная проницаемость сердечника, m0 -- магнитная проницаемость вакуума = 4\*Пи\*10\^-7, S -- площадь поперечного сечения соленоида, l -- длина соленоида, N-число витков. Найти площадь поперечного сечения соленоида довольно просто -- зная параметры будущего снаряда, который мы уже использовали в расчете. Диаметр трубки легко измерить, примерно прикинь толщину будущей намотки и рассчитай площадь поперечного сечения. Индуктивность взята с учетом наличия внутри катушки гвоздя. Поэтому относительную магнитную проницаемость возьмем примерно 100-500 (больше можно, меньше нельзя!) хотя можешь посмотреть по справочнику и разделить это значение на два (гвоздь не все время находится внутри соленоида). 8.Зная длину соленоида, площадь поперечного сечения, магнитную проницаемость сердечника из формулы индуктивности легко выразим количество витков. 9.Оценим параметры самого провода. Как известно, сопротивление провода рассчитывается как удельное сопротивления материала умножить на длину проводника и разделить на площадь поперечного сечения проводника. Удельное сопротивление меди намоточного провода, кстати, несколько больше табличного значения, данного для ЧИСТОЙ меди. 10.Чем меньше сопротивление, тем лучше. Т.е. вроде как провод большего диаметра предпочтителен, однако это вызовет увеличение геометрических размеров катушки и уменьшение плотности магнитного поля в её середине, так что тут придется искать свою золотую середину. В общем случае типичным для "домашних" гаусс ганов, на энергию порядка 100-500Дж и напряжение 150-400в медный намоточный провод диаметром 0,8-1,2 мм является вполне приемлемым. 11.Мощность активных потерь находится по формуле P=I\^2\*R \[Вт\] Где: I -- ток в амперах, R -- активное сопротивление проводов в омах. 12.Как правило, 50% энергии конденсаторов ВСЕГДА теряется на активном сопротивлении гауссовки. Зная это, найти максимальный ток катушки можно довольно просто. Энергия катушки равна квадрату тока умножить на индуктивность и поделить на 2, по аналогии с конденсатором. 13.Индуктивность знаем, энергию тоже -- максимум 50% от энергии конденсаторов. Можно взять цифру меньше чем 50% - расчет будет более реалистичным. Ну и находим ток. Вот, собственно, и весь оценочный расчет. В любом случае после изготовления доводить магнитный ускоритель до законченного образца с хорошим КПД придется вручную. **1.3 СХЕМА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ** 1. **поставить все выключатели в позицию 0** 2. **воткнуть вилку в розетку** 3. **соединить крокодилы с батарейкой** 4. **соединить крокодилы с вилкой паяльника** 5. **поставить зеленый выключатель в позицию 1** 6. **поместить в ствол снаряд.** 7. **подождать 40сек-1 мин.** 8. **поставить зеленый выключатель в позицию 0** 9. **произвести выстрел, поставив красный выключатель в позицию 1** 10. **поставить красный выключатель в позицию 0** 11. **можно начинать снова.** Данная модель питается от сетевого тока 220в 50гц. Силовые конденсаторы заряжаются от постоянного тока, поэтому в начале цепи стоит диодный выпрямитель. После выполнения пункта 5, конденсаторы начинают заряжаться. Паяльник в начале цепи является токоограничивающей нагрузкой, предотвращая слишком быструю зарядку конденсаторов. Конденсаторы рассчитаны на 400в, но с их зарядом увеличивается внутреннее сопротивление, которое не дает зарядить конденсатор больше 300-302 вольт (на это уходит примерно минута). Когда красный выключатель переводится в положение 1, потенциал с батарейки переходит на сток тиристора, открывая затвор. Силовая цепь замыкается, и кратковременный импульс тока в 300в, и 100-150А, проходит через катушку. Магнитное поле втягивает снаряд, а затем отпускает двигаться по инерции. Перевести красный выключатель в позицию 0 после выстрела необходимо для того, что бы закрыть затвор тиристора и разомкнуть силовую цепь. ГЛАВА II ПРИМЕНЕНИЕ ДАННОГО УСТРОЙСТВА -------------------------------------- 1. **В космосе и мирных целях** **Ее еще называют [Космическая пушка]** --- метод запуска объекта в [космическое пространство](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE) с помощью [огнестрельного оружия](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B8%D0%B5) типа огромной [пушки](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0) или [электромагнитной пушки](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD). Относится к [безракетным методам вывода объектов на орбиту](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D0%B7%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D0%BF%D1%83%D1%81%D0%BA). В [проекте высотных исследований](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%B2%D1%8B%D1%81%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D1%85_%D0%B8%D1%81%D1%81%D0%BB%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B9) [Военно-морских сил США](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE-%D0%BC%D0%BE%D1%80%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8B_%D0%A1%D0%A8%D0%90) использовалась 16-[дюймовая](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%8E%D0%B9%D0%BC) (406 мм) пушка с длиной ствола 100 [калибров](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D1%80) (40 м), стрелявшая 180-[килограммовыми](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC) снарядами без разрывного заряда, имевшими начальную скорость 3600 [метров в секунду](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D1%80_%D0%B2_%D1%81%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BD%D0%B4%D1%83), которые достигали максимальной высоты 180 километров. Следовательно, эта пушка позволяет снаряду выполнить [суборбитальный космический полёт](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%83%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%B1%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%91%D1%82). Однако пока ни одна космическая пушка ни разу не осуществила успешный запуск объекта на орбиту. Космическая пушка сама по себе не способна доставить объект на стационарную орбиту вокруг планеты без выполнения корректировки курса объекта после запуска, поскольку сама пушка является точкой траектории, а орбита --- это замкнутая траектория. То есть снаряд всё таки должен быть «немного ракетой». Технические аспекты ------------------- Большие [перегрузки](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B3%D1%80%D1%83%D0%B7%D0%BA%D0%B0_%28%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0%29), испытываемые снарядом, означают, что, скорее всего, космические пушки не смогут благополучно вывести на орбиту человека или хрупкие инструменты, а будут ограничиваться доставкой грузов или спутников повышенной прочности. Исключение составляют **[[электромагнитные пушки]](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%BE%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD),** в которых время разгона теоретически не ограничено и отсутствует ствол, создающий чрезвычайно высокую силу сопротивления воздуха на носовую часть снаряда. Сопротивление атмосферы создаёт дополнительные трудности и по управлению траекторией полёта уже выпущенного снаряда. Если ствол космической пушки достигает нижних слоёв тропосферы, где атмосфера менее плотная, то частично эти проблемы решаются. Если будут найдены приемлемые решения этих основных проблем, то космическая пушка может обеспечить вывод грузов в космическое пространство по беспрецедентно низкой цене 550\$ за килограмм. ### Вывод на орбиту Космическая пушка сама по себе не способна к размещению объекта на стабильной орбите. Законы тяготения не позволяют достичь стабильной орбиты без активной полезной нагрузки, которая выполняет коррекцию полёта после запуска. Траектория может быть параболической, гиперболической (если скорость движения будет достигать или превышать [скорость убегания](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C)) или эллиптической ([Первая космическая скорость](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C)). Последняя заканчивается на поверхности планеты в точке запуска или в другой точке, учитывая вращение планеты и сопротивление атмосферы. Это означает, что неоткорректированная баллистическая траектория будет всегда заканчиваться падением на планету в пределах первого витка. [Исаак Ньютон](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D1%81%D0%B0%D0%B0%D0%BA_%D0%9D%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%BE%D0%BD) в своём мысленном эксперименте избегает этого возражения, предполагая наличие невероятно высокой горы, с которой его пушка будет стрелять. Однако, снаряд и в этом случае будет, как правило, делать виток вокруг планеты и возвращаться к точке старта. Полезная нагрузка, предназначенная для достижения замкнутой орбиты, позволит, по крайней мере, выполнить некоторую корректировку курса, чтобы выйти на новую орбиту, не пересекающуюся с поверхностью планеты. Кроме того, ракета может использоваться для дополнительного изменения высоты, как это запланировано в проекте Quicklaunch. Вполне возможно, что в гравитационной системе нескольких тел, каковой является система Земля-Луна, могут существовать траектории, которые не пересекают поверхности Земли, но эти пути, скорее всего, не будут очень простыми и удобными и потребует гораздо больше энергии. ### Ускорение Если космическая пушка имеет [ствол](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B2%D0%BE%D0%BB_%28%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B5%D0%B9%D0%BD%D1%8B%D0%B9%29) длиной (*l*), а требуемую скорость обозначить (*v~e~*), то ускорение (*a*) в стволе можно вычислить по формуле: Например, в космической пушке с вертикальным [стволом](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B2%D0%BE%D0%BB_%28%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B5%D0%B9%D0%BD%D1%8B%D0%B9%29) протяжённостью от [земной поверхности](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B0) до [тропосферы](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%BE%D0%BF%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B0), что составляет длину (*l*) \~60 км, а скорость (*v~e~*), достаточная для преодоления земного тяготения ([вторая космическая скорость](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C)), составляет 11.2 км/с на Земле, тогда ускорение (*a*) теоретически будет более 1000 м/с^2^, что составляет [перегрузку](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B3%D1%80%D1%83%D0%B7%D0%BA%D0%B0_%28%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0%29) более 100 *g*. Это более чем в 3 раза превышает предельно допустимую перегрузку для человека, которая равна от 20 до 35 *g* в течение \~10 секунд. Удвоение длины ствола теоретически снижает перегрузку на четверть. 2. **В военных целях** Пушка Гаусса в качестве оружия обладает преимуществами, которыми не обладают другие виды стрелкового оружия. Это отсутствие гильз и неограниченность в выборе [начальной скорости](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D1%87%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%BF%D1%83%D0%BB%D0%B8) и энергии боеприпаса, возможность бесшумного выстрела (если скорость достаточно обтекаемого снаряда не превышает [скорости звука](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%B7%D0%B2%D1%83%D0%BA%D0%B0)) в том числе без смены ствола и боеприпаса, относительно малая [отдача](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%82%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0_%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B8%D1%8F) (равная импульсу вылетевшего снаряда, нет дополнительного импульса от пороховых газов или движущихся частей), теоретически, больша́я надежность и износостойкость, использование дешёвых источников энергии (батареек типа АА или ААА), а также возможность работы в любых условиях, в том числе космического пространства. Однако, несмотря на кажущуюся простоту пушки Гаусса и её преимущества, использование её в качестве оружия сопряжено с серьёзными трудностями. **[Первая трудность]** --- низкий [КПД установки](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B7%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D1%8F). Лишь 10 % заряда конденсаторов переходят в [кинетическую энергию](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F) снаряда. Отчасти этот недостаток можно компенсировать использованием многоступенчатой системы разгона снаряда, но в любом случае КПД редко достигает 27 %. **[Вторая трудность]** --- большой расход энергии (из-занебольшого КПД). **[Третья трудность]** (следует из первых двух) --- большой вес и габариты. **[Четвёртая трудность]** --- достаточно длительное время накопительной перезарядки конденсаторов, что заставляет вместе с пушкой Гаусса носить и источник питания (как правило, мощную аккумуляторную батарею), а также высокая их стоимость. Можно значительно увеличить эффективность, если использовать [сверхпроводящие](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%85%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA) соленоиды, однако это потребует мощной системы охлаждения, что значительно уменьшит мобильность пушки Гаусса. В условиях водной среды применение пушки без толстого защитного кожуха-диэлектрика также серьезно ограничено --- дистанционной индукции тока достаточно, чтобы раствор солей диссоциировал на кожухе на сверхкороткое время с образованием агрессивных (растворяющих) сред. Таким образом, на сегодняшний день пушка Гаусса не имеет особых перспектив в качестве оружия так как значительно уступает другим видам стрелкового оружия. Перспективы возможны лишь в будущем, если будут созданы компактные и мощные источники электрического тока и [высокотемпературные сверхпроводники](http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%8B%D1%81%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%85%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C) (200---300К). **[НАШЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ]** В результате работы над проектом, мы пришли к выводу, что данное устройство рациональнее было бы использовать на других планетах (например, Марс) и спутниках (например, Луна) при построении или установке различных сооружений или станций, установка необходимого исследовательского оборудования в условиях отсутствия атмосферы и в полном вакууме (например, сваи им забивать, или мощные гвозди). Т.к. на данных космических объектах достаточно низкая температура, то решается вопрос с охлаждением. Помимо "гаусс ганов", существует ещё как минимум 2 типа электромагнитных ускорителей масс -- индукционные ускорители масс (катушка Томпсона или дискомет Томпсона, как её иногда называют)\ и рельсовые ускорители масс, так же известные как "рэйл ганы" (от англ. "Rail gun" -- рельсовая пушка). В основу функционирования индукционного ускорителя масс (катушки Томпсона) положен принцип электромагнитной индукции.\ В плоской обмотке создается быстро нарастающий электрический ток, который вызывает в пространстве вокруг переменное\ магнитное поле. В обмотку вставлен ферритовый сердечник, на свободный конец которого надето кольцо из проводящего материала.\ Под действием переменного магнитного потока, пронизывающего кольцо в нём возникает электрический ток, создающий магнитное\ поле противоположной направленности относительно поля обмотки. Своим полем кольцо начинает отталкиваться от поля обмотки\ и ускоряется, слетая со свободного конца ферритового стержня. Чем короче и сильнее импульс тока в обмотке, тем с большей\ кинетической энергией вылетает кольцо. Иначе функционирует рельсовый ускоритель масс.\ В нем проводящий снаряд движется между двух рельс - электродов (откуда и получил свое название - рельсотрон), по которым подается ток. Источник тока подключается к рельсам у их основания, поэтому ток течет как бы в догонку снаряду и магнитное поле, создаваемое вокруг проводников с током, полностью сосредоточенно за проводящим снарядом. В данном случае снаряд является проводником с током, помещённым в перпендикулярное магнитное поле, созданное рельсами. На\ снаряд по всем законам физики действует сила Лоренца, направленная в сторону противоположную месту подключения рельс и ускоряющая снаряд. С изготовлением рельсотрона связан ряд серьезных проблем - импульс тока должен быть настолько мощным и резким, чтобы снаряд не успел бы испарится (ведь через него протекает огромный ток!), но возникла бы ускоряющая сила, разгоняющая его вперед. Поэтому материал снаряда и рельс должен обладать как можно более высокой\ проводимостью, снаряд как можно меньшей массой, а источник тока как можно большей мощностью и меньшей индуктивность.\ Однако особенность рельсового ускорителя в том, что он способен разгонять сверхмалые массы до сверх больших скоростей.\ На практике рельсы изготавливают из безкислородной меди покрытой серебром, в качестве снарядов используют алюминиевые\ брусочки, в качестве источника питания - батарею высоковольтных конденсаторов, а самому снаряду перед вхождением на\ рельсы стараются придать как можно большую начальную скорость, используя для этого пневматические или огнестрельные орудия.\ Тут известная уже многим фотография действующего рельсотрона. Но Пушка Гаусса обладает неоспоримым преимуществом перед ними обоими: **во-первых**, она наиболее проста в изготовлении,\ **во-вторых**, она имеет довольно высокий по сравнению с другими электромагнитными ускорителями КПД и, **в-третьих**, может работать на относительно низких напряжениях. Кроме того, пушка Гаусса, несмотря на свою простоту, обладает неимоверно большим простором для конструкторских решений и инженерных изысканий - так что это направление довольно интересное и перспективное. Такую позицию разделяют очень многие и среди них не только радиоэлектроники-любители, собирающие Пушки Гаусса\ Пушка Гаусса весьма популярна в научной фантастике, где выступает в качестве персонального высокоточного смертоносного оружия, а также стационарного высокоточного и (реже) высокоскорострельного оружия. Первым, пожалуй, в научной фантастике пушку Гаусса воплотил в реальность Гарри Гаррисон. В книге \"Месть Крысы из Нержавеющей Стали\" солдаты планеты Клизанд были вооружены \"гауссовками\" (в других вариантах перевода - \"гаусс-ган\", \"гаусс-винтовка\"). Цитата из книги: \"Каждый имел при себе гауссовку --- многоцелевое и особо смертоносное оружие. Его мощные батареи накапливали впечатляющий заряд. Когда нажимали на спуск, в стволе генерировалось сильное магнитное поле, разгоняющее снаряд до скорости, не уступающей скорости снаряда любого другого оружия с реактивными патронами. Но гауссовка имела то превосходство, что обладала более высокой скорострельностью, была абсолютно бесшумной и стреляла любыми снарядами, от отравленных иголок до разрывных пуль.\" **ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:** 1. **Википедия ** 2. Основные виды ЭМО (2010) 3. Электромагнитное оружие \"Мифы и реальность\"\ \ (Лекция Александр Прищепенко Доктор физико-математических наук 11 ноября 2010г) 4. Новое электромагнитное оружие 2010 5. Пушка Гаусса в домашних условиях 6. Все о Пушке Гаусса\ [[http://catarmorgauss.ucoz.ru/forum/6-38-1]](http://catarmorgauss.ucoz.ru/forum/6-38-1) 7. Мы-самоДелкины [[http://ru.halo.wikia.com/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0\_%D0%93%D0%B0%D1%83%D1%81%D1%81%D0%B0]](http://ru.halo.wikia.com/wiki/%D0%9F%D1%83%D1%88%D0%BA%D0%B0_%D0%93%D0%B0%D1%83%D1%81%D1%81%D0%B0) 8. Учебник Мякишев Г.Я., Буховцев ББ, «Физика 11» 9. Учебник Касьянов В.А. «Физика 11» 10. Учебник Пурышева Н.С. «Физика 11» 11. Физическая энциклопедия: \[в 5 т.\]/ Гл. ред. А. М. Прохоров, редкол.: Д. М. Алексеев \[и др.\].  --- М., 1988 12. Энциклопедия по физике http://www.phys-encyclopedia.net/