เรลกัน

ปืนรางหรือปืนรางไฟฟ้าบางครั้งเรียกว่าปืนใหญ่ ราง เป็น อุปกรณ์ มอเตอร์เชิงเส้นที่ออกแบบมาเป็นอาวุธระยะไกล ซึ่งใช้แรงแม่เหล็กไฟฟ้าในการยิงกระสุน ความเร็ว สูง กระสุนโดยปกติจะไม่บรรจุวัตถุระเบิด แต่จะอาศัยพลังงานจลน์ สูงของกระสุน ในการสร้างความเสียหาย^[²^] ปืนรางใช้ ตัวนำรูปรางคู่ขนาน(เรียกง่ายๆ ว่าราง) ซึ่งกระสุนที่เลื่อนได้เรียกว่า อาร์มาเจอร์จะถูกเร่งความเร็วโดยผลกระทบทางแม่เหล็กไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้าที่ไหลลงรางหนึ่ง เข้าไปในอาร์มาเจอร์ แล้วไหลกลับไปตามรางอีกรางหนึ่ง มันมีพื้นฐานมาจากหลักการที่คล้ายคลึงกับมอเตอร์โฮโมโพลาร์^[³^]

ในปี 2020 มีการวิจัยเกี่ยวกับปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้า (railgun) ในฐานะอาวุธที่ใช้แรงแม่เหล็กไฟฟ้าในการส่งพลังงานจลน์ สูงมาก ให้กับกระสุน (เช่นกระสุนลูกดอก ) แทนการใช้ดินปืนแบบดั้งเดิม ในขณะที่ปืนทางทหารที่ใช้แรงระเบิดไม่สามารถทำความเร็วปากกระบอกปืนได้เกิน ≈ 2 กม./วินาที (Mach 5.9) แต่ปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถทำความเร็วได้เกิน 3 กม./วินาที (Mach 8.8)ได้อย่างง่ายดายสำหรับกระสุนที่มีขนาดใกล้เคียงกัน ระยะยิงของปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าอาจไกลกว่าปืนแบบดั้งเดิม แรงทำลายล้างของกระสุนขึ้นอยู่กับพลังงานจลน์ (แปรผันตรงกับมวลและกำลังสองของความเร็ว) ณ จุดที่กระทบเป้าหมาย เนื่องจากความเร็วที่อาจสูงกว่าของปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้า แรงของมันจึงอาจมากกว่ากระสุนที่ยิงด้วยวิธีดั้งเดิมที่มีมวลเท่ากันมาก การไม่มีดินปืนหรือหัวรบที่ต้องจัดเก็บและจัดการ รวมถึงต้นทุนของกระสุนที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับอาวุธแบบดั้งเดิม ก็เป็นข้อได้เปรียบเช่นกัน^[⁴^]

พื้นฐาน

ปืนรางในรูปแบบที่ง่ายที่สุดจะแตกต่างจากมอเตอร์ไฟฟ้าแบบดั้งเดิม^{[ 5 ]}ตรงที่ไม่มีการใช้ขดลวดสนามเพิ่มเติม (หรือแม่เหล็กถาวร) การกำหนดค่าพื้นฐานนี้เกิดจากวงจรไฟฟ้าเพียงวงเดียว ดังนั้นจึงต้องการกระแสไฟฟ้าสูง (ประมาณหนึ่งล้านแอมแปร์ ) เพื่อสร้างอัตราเร่ง (และความเร็วปากกระบอกปืน) ที่เพียงพอ รูปแบบที่พบได้ทั่วไปของการกำหนดค่านี้คือปืนรางเสริมซึ่งกระแสไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนจะถูกส่งผ่านตัวนำคู่ขนานเพิ่มเติม จัดเรียงเพื่อเพิ่ม ('เสริม') สนามแม่เหล็กที่อาร์มาเจอร์เคลื่อนที่ได้รับ^{[ 6 ]}การจัดเรียงเหล่านี้ช่วยลดกระแสไฟฟ้าที่ต้องการสำหรับอัตราเร่งที่กำหนด ในศัพท์ทางมอเตอร์ไฟฟ้า ปืนรางเสริมมักจะเป็นการ กำหนดค่า แบบขดลวด อนุกรม ปืน รางบางชนิดยังใช้แม่เหล็กนีโอไดเมียม ที่แข็งแรง โดยมีสนามตั้งฉากกับการไหลของกระแสไฟฟ้าเพื่อเพิ่มแรงบนกระสุน^{[ 7 ]}

ตัวอาร์มาเจอร์อาจเป็นส่วนประกอบสำคัญของกระสุน แต่ก็อาจถูกกำหนดค่าให้เร่งความเร็วกระสุนที่แยกจากกันทางไฟฟ้าหรือกระสุนที่ไม่นำไฟฟ้าได้เช่นกัน ตัวนำเลื่อนที่เป็นโลหะแข็งมักเป็นรูปแบบอาร์มาเจอร์ที่นิยมใช้ในปืนราง แต่ก็สามารถใช้อาร์มาเจอร์พลาสมา หรือ 'ไฮบริด' ได้เช่นกัน ^{[ 8 ]}อาร์มาเจอร์พลาสมาเกิดจากส่วนโค้งของก๊าซไอออนไนซ์ที่ใช้ในการผลักดันน้ำหนักบรรทุกที่เป็นของแข็งที่ไม่นำไฟฟ้าในลักษณะเดียวกับแรงดันก๊าซขับดันในปืนทั่วไป อาร์มาเจอร์ไฮบริดใช้หน้าสัมผัสพลาสมาคู่หนึ่งเพื่อเชื่อมต่ออาร์มาเจอร์โลหะกับรางปืน อาร์มาเจอร์ที่เป็นของแข็งอาจ 'เปลี่ยน' เป็นอาร์มาเจอร์ไฮบริดได้ โดยทั่วไปหลังจากเกินเกณฑ์ความเร็วที่กำหนด กระแสไฟฟ้าสูงที่จำเป็นในการขับเคลื่อนปืนรางสามารถจัดหาได้โดยเทคโนโลยีแหล่งจ่ายไฟต่างๆ เช่น ตัวเก็บประจุ ระบบ พลังงานแบบพัล ส์ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบจาน^{[ 9 ]}

สำหรับการใช้งานทางทหาร ปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้ามักเป็นที่น่าสนใจ เนื่องจากสามารถทำความเร็วปากกระบอกปืนได้สูงกว่าปืนที่ใช้เชื้อเพลิงเคมีแบบดั้งเดิม ความเร็วปากกระบอกปืนที่เพิ่มขึ้นพร้อมกับกระสุนที่มีรูปทรงตามหลักอากาศพลศาสตร์ที่ดีขึ้น สามารถเพิ่มระยะการยิงได้ ในขณะที่ในแง่ของผลกระทบต่อเป้าหมาย ความเร็วปลายทางที่เพิ่มขึ้นจะช่วยให้สามารถใช้กระสุนพลังงานจลน์ที่มีระบบนำทางแบบยิงตรงเป้าหมายได้ แทนที่กระสุนระเบิดดังนั้น การออกแบบปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าทางทหารโดยทั่วไปจึงมุ่งเป้าไปที่ความเร็วปากกระบอกปืนในช่วง2,000–3,500 เมตร/วินาที (4,500–7,800 ไมล์ต่อชั่วโมง; 7,200–12,600 กิโลเมตร/ชั่วโมง)โดยมีพลังงานปากกระบอกปืน 5–50 เมกะจูล (MJ) เพื่อเปรียบเทียบ 50 MJ เทียบเท่ากับพลังงานจลน์ของรถโรงเรียนที่มีน้ำหนัก 5 เมตริกตัน ซึ่งวิ่งด้วยความเร็ว509 กม./ชม. (316 ไมล์/ชม.; 141 ม./วินาที) [ ¹⁰^]^{สำหรับ}ปืนรางแบบวงเดี่ยว ข้อกำหนดภารกิจเหล่านี้ต้องการกระแสปล่อยหลายล้านแอมแปร์ดังนั้นแหล่งจ่ายไฟปืนรางทั่วไปอาจได้รับการออกแบบให้ส่งกระแสปล่อย 5 MA เป็นเวลาไม่กี่มิลลิวินาที เนื่องจากความแรงของสนามแม่เหล็กที่จำเป็นสำหรับการปล่อยดังกล่าวโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 10 เทสลา (100 กิโลเกาส์ ) การออกแบบปืนรางในปัจจุบันส่วนใหญ่จึงมีแกนอากาศ กล่าวคือ ไม่ได้ใช้วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกเช่น เหล็ก เพื่อเพิ่มฟลักซ์แม่เหล็กหากกระบอกปืนทำจากวัสดุที่ยอมให้สนามแม่เหล็กผ่านได้ ความแรงของสนามแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของค่าการซึมผ่าน ( μ₀ * μrโดยที่ μ คือค่าการซึมผ่านที่มีประสิทธิภาพμ₀คือค่าคงที่การซึมผ่าน และμrคือค่าการซึมผ่านสัมพัทธ์ของกระบอกปืน $\mathbf {B} =\mu \mathbf {H}$ สนามที่ตัวอาร์มาเจอร์ 'รับรู้' นั้นเป็นสัดส่วนกับ $\mathbf {B}$ ดังนั้นสนามแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้นจึงเพิ่มแรงกระทำต่อวัตถุที่ถูกยิง

โดยทั่วไปแล้ว ความเร็วของปืนรางจะอยู่ในช่วงที่สามารถทำได้โดยปืนแก๊สเบา แบบสองขั้นตอน อย่างไรก็ตาม ปืนแบบหลังนั้นโดยทั่วไปถือว่าเหมาะสมสำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการเท่านั้น ในขณะที่ปืนรางถูกพิจารณาว่ามีศักยภาพในการพัฒนาเป็นอาวุธทางทหาร ปืนแก๊สเบาCombustion Light Gas Gunใน รูปแบบต้นแบบขนาด 155 มม. คาดว่าจะสามารถทำความเร็วได้ถึง 2500 ม./วินาที ด้วยลำกล้องขนาด 70 คาลิเบอร์^{[ 11 ]}ใน โครงการวิจัย ความเร็วสูง บาง โครงการ กระสุนจะถูก 'ฉีดล่วงหน้า' เข้าไปในปืนราง เพื่อหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการเริ่มต้นจากจุดหยุดนิ่ง และทั้งปืนแก๊สเบาแบบสองขั้นตอนและปืนดินปืนแบบดั้งเดิมถูกนำมาใช้ในบทบาทนี้ โดยหลักการแล้ว หากเทคโนโลยีการจ่ายพลังงานของปืนรางสามารถพัฒนาให้ได้หน่วยที่มีความปลอดภัย กะทัดรัด เชื่อถือได้ ทนทานต่อการต่อสู้ และมีน้ำหนักเบา ปริมาตรและมวลรวมของระบบที่จำเป็นในการรองรับแหล่งจ่ายพลังงานดังกล่าวและเชื้อเพลิงหลักก็จะน้อยกว่าปริมาตรและมวลรวมที่ต้องการสำหรับปริมาณเชื้อเพลิงขับดันและกระสุนระเบิดแบบดั้งเดิมที่เทียบเท่ากับภารกิจ อาจกล่าวได้ว่าเทคโนโลยีดังกล่าวได้รับการพัฒนาจนสมบูรณ์แล้วด้วยการนำเครื่องยิงแม่เหล็กไฟฟ้า มาใช้ (ถึงแม้ว่าปืนรางจะต้องใช้กำลังระบบที่สูงกว่ามาก เนื่องจากต้องส่งพลังงานที่ใกล้เคียงกันภายในไม่กี่มิลลิวินาที แทนที่จะเป็นไม่กี่วินาที) การพัฒนาดังกล่าวจะนำมาซึ่งข้อได้เปรียบทางทหารเพิ่มเติม เนื่องจากการกำจัดวัตถุระเบิดออกจากคลังกระสุน ของเรือ จะช่วยลดความเสี่ยงที่กองเรือจะตกอยู่ภายใต้การโจมตีของศัตรู^{[ 12 ]}

ประวัติศาสตร์

แนวคิดของปืนรางไฟฟ้าได้รับการแนะนำครั้งแรกโดยนักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส André Louis Octave Fauchon-Villeplee ซึ่งสร้างแบบจำลองขนาดเล็กที่ใช้งานได้ในปี 1917 โดยได้รับความช่วยเหลือจากSociété anonyme des accumulateurs Tudor (ปัจจุบันคือTudor Batteries ) ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 Jules-Louis Brentonผู้อำนวยการฝ่ายสิ่งประดิษฐ์ของกระทรวงอาวุธยุทโธปกรณ์ ของฝรั่งเศส ได้มอบหมายให้ Fauchon-Villeplee พัฒนาปืนใหญ่ไฟฟ้าขนาด 30 มม. ถึง 50 มม. ในวันที่ 25 กรกฎาคม 1918 หลังจากที่ผู้แทนจากคณะกรรมการสิ่งประดิษฐ์ได้ชมการทดสอบแบบจำลองที่ใช้งานได้ในปี 1917 อย่างไรก็ตาม โครงการนี้ถูกยกเลิกเมื่อสงครามโลกครั้งที่ 1สิ้นสุดลงในวันที่ 11 พฤศจิกายน 1918 ^[¹⁴^] Fauchon-Villeplee ยื่นขอสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาในวันที่ 1 เมษายน 1919 ซึ่งออกให้ในเดือนกรกฎาคม 1922 เป็นสิทธิบัตรเลขที่ 14 1,421,435 "อุปกรณ์ไฟฟ้าสำหรับขับเคลื่อนกระสุน" ^[¹⁵^]ในอุปกรณ์ของเขาบัสบาร์ คู่ขนานสองอัน เชื่อมต่อกันด้วยปีกของกระสุน และอุปกรณ์ทั้งหมดถูกล้อมรอบด้วยสนามแม่เหล็กเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านบัสบาร์และกระสุน จะเกิดแรงเหนี่ยวนำซึ่งขับเคลื่อนกระสุนไปตามบัสบาร์และบินขึ้นไป^[¹⁶^]

ในปี พ.ศ. 2466 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย AL Korol'kov ได้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับการวิจารณ์การออกแบบของ Fauchon-Villeplee โดยโต้แย้งข้ออ้างบางประการที่ Fauchon-Villeplee กล่าวอ้างเกี่ยวกับข้อดีของสิ่งประดิษฐ์ของเขา ในที่สุด Korol'kov ก็สรุปว่า แม้ว่าการสร้างปืนไฟฟ้าระยะไกลจะเป็นไปได้ แต่การใช้งานจริงของปืนรางไฟฟ้าของ Fauchon-Villeplee นั้นถูกขัดขวางโดยการใช้พลังงานไฟฟ้า จำนวนมหาศาล และความจำเป็นต้องใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพิเศษที่มีกำลังการผลิตสูงเพื่อจ่ายพลังงาน^{[ 14 ]}^{[ 17 ]}

ในปี พ.ศ. 2487 ระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 2โยอาคิม ฮันส์เลอร์ จากสำนักงานสรรพาวุธของเยอรมนีได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับปืนรางไฟฟ้าที่สามารถใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรก^{[ 14 ]}^{[ 18 ]}ในช่วงปลายปี พ.ศ. 2487 ทฤษฎีเบื้องหลังปืนต่อต้านอากาศยานไฟฟ้าของเขาได้รับการพัฒนาจนเพียงพอที่จะทำให้ กองบัญชาการต่อต้านอากาศยานของ ลุฟท์วาฟเฟ่สามารถออกข้อกำหนด ซึ่งต้องการความเร็วปากกระบอกปืน2,000 เมตร/วินาที (4,500 ไมล์ต่อชั่วโมง; 7,200 กิโลเมตร/ชั่วโมง; 6,600 ฟุต/วินาที)และกระสุนที่มี วัตถุระเบิด 0.5 กิโลกรัม (1.1 ปอนด์) ปืนเหล่านี้จะต้องติดตั้งเป็นชุดละหกกระบอก ยิงได้สิบสองนัดต่อนาที และจะต้องติดตั้งบนฐานปืนต่อต้านอากาศยาน 12.8 ซม. FlaK 40ที่มีอยู่แล้ว แต่ปืนนี้ไม่เคยถูกสร้างขึ้นจริง เมื่อมีการค้นพบรายละเอียดหลังสงคราม ทำให้เกิดความสนใจอย่างมากและมีการศึกษาเพิ่มเติมอย่างละเอียด ซึ่งจบลงด้วยรายงานในปี 1947 ที่สรุปว่าในทางทฤษฎีแล้วเป็นไปได้ แต่ปืนแต่ละกระบอกจะต้องมีพลังงานมากพอที่จะส่องสว่างได้ครึ่งหนึ่งของชิคาโก^[¹⁶^]

ในช่วงปี พ.ศ. 2493 เซอร์ มาร์ค โอลิแฟนท์นักฟิสิกส์ชาวออสเตรเลียและผู้อำนวยการคนแรกของโรงเรียนวิจัยวิทยาศาสตร์กายภาพที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย แห่งใหม่ ได้ริเริ่มการออกแบบและก่อสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโฮโมโพลาร์ ที่ใหญ่ที่สุดในโลก (500 เมกะจูล ) ^{[ 19 ]}เครื่องนี้ใช้งานได้ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2505 และต่อมาได้ถูกนำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนปืนรางขนาดใหญ่ที่ใช้ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์^{[ 20 ]}

ในปี 1980 ห้องปฏิบัติการวิจัยขีปนาวุธ (ซึ่งต่อมาได้รวมกันเป็นห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบกสหรัฐฯ ) ได้เริ่มโครงการวิจัยเชิงทฤษฎีและเชิงทดลองระยะยาวเกี่ยวกับปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้า งานวิจัยส่วนใหญ่ดำเนินการที่สนามทดสอบอะเบอร์ดีนและงานวิจัยในช่วงแรกส่วนใหญ่ได้รับแรงบันดาลใจจากการทดลองปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดำเนินการโดยมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย^{[ 21 ]}^{[ 22 ]}หัวข้อการวิจัยรวมถึงพลศาสตร์ของพลาสมา^{[ 23 ]}สนามแม่เหล็กไฟฟ้า^{[ 24 ]}การวัดระยะทาง^{[ 25 ]}และการขนส่งกระแสไฟฟ้าและความร้อน^{[ 26 ]}ในขณะที่การวิจัยทางทหารเกี่ยวกับเทคโนโลยีปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าในสหรัฐอเมริกายังคงดำเนินต่อไปอย่างต่อเนื่องในทศวรรษต่อมา ทิศทางและจุดเน้นของการวิจัยได้เปลี่ยนไปอย่างมากเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในระดับเงินทุนและความต้องการของหน่วยงานรัฐบาลต่างๆ ในปี 1984 การก่อตั้งองค์การริเริ่มการป้องกันเชิงกลยุทธ์ทำให้เป้าหมายการวิจัยเปลี่ยนไปสู่การสร้างกลุ่มดาวเทียมเพื่อสกัดกั้นขีปนาวุธข้ามทวีป ด้วยเหตุนี้ กองทัพสหรัฐฯ จึงมุ่งเน้นไปที่การพัฒนากระสุนนำวิถีขนาดเล็กที่สามารถทนต่อแรง G สูงจากการยิงด้วยปืนรางพลาสมาความเร็วสูงพิเศษ แต่หลังจากมีการตีพิมพ์ผลการศึกษาที่สำคัญของคณะกรรมการวิทยาศาสตร์กลาโหมในปี 1985 กองทัพ บกสหรัฐฯ นาวิกโยธินและDARPAได้รับมอบหมายให้พัฒนาเทคโนโลยีการยิงด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าต่อต้านเกราะสำหรับยานรบภาคพื้นดินเคลื่อนที่^{[ 27 ]}ในปี 1990 กองทัพบกสหรัฐฯ ได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสตินเพื่อจัดตั้งสถาบันเทคโนโลยีขั้นสูง (IAT) ซึ่งมุ่งเน้นการวิจัยเกี่ยวกับอาร์มาเจอร์แบบแข็งและแบบผสม ปฏิสัมพันธ์ระหว่างรางและอาร์มาเจอร์ และวัสดุสำหรับเครื่องยิงแม่เหล็กไฟฟ้า^{[ 28 ]} สถานที่แห่งนี้กลายเป็น ศูนย์วิจัยและพัฒนาที่ได้รับทุนสนับสนุนจากรัฐบาลกลางแห่งแรกของกองทัพบกและเป็นที่ตั้งของเครื่องยิงแม่เหล็กไฟฟ้าของกองทัพบกบางส่วน เช่น เครื่องยิงขนาดกลาง^{[ 27 ]}^{[ 29 ]}

ตั้งแต่ปี 1993 รัฐบาลอังกฤษและอเมริกาได้ร่วมมือกันในโครงการปืนรางที่ศูนย์ทดสอบอาวุธ Dundrennanซึ่งสิ้นสุดลงด้วยการทดสอบในปี 2010 ที่BAE Systemsยิงกระสุนหนัก3.2 กก. (7.1 ปอนด์)ด้วยพลังงาน 18.4 เมกะจูล ( 3,390 ม./วินาที[7,600 ไมล์ต่อชั่วโมง; 12,200 กม./ชม.; 11,100 ฟุต/วินาที] ) ^[³⁰^]ในปี 1994 สถาบันวิจัยและพัฒนาอาวุธยุทโธปกรณ์ของDRDO ของอินเดีย ได้พัฒนาปืนรางที่มีชุดตัวเก็บประจุเหนี่ยวนำต่ำ 240 กิโลจูลที่ทำงานที่กำลังไฟ 5 กิโลโวลต์ ซึ่งสามารถยิงกระสุนที่มีน้ำหนัก 3–3.5 กรัมด้วยความเร็วมากกว่า2,000 ม . /วินาที (4,500 ไมล์ต่อชั่วโมง; 7,200 กม./ชม.; 6,600 ฟุต/วินาที) ^[³¹^]ในปี พ.ศ. 2538 ศูนย์แม่เหล็กไฟฟ้าแห่งมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสตินได้ออกแบบและพัฒนาเครื่องยิงรางแบบยิงเร็วที่เรียกว่าCannon-Caliber Electromagnetic Gunต้นแบบเครื่องยิงนี้ได้รับการทดสอบในภายหลังที่ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบกสหรัฐฯซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการยิงมากกว่า 50 เปอร์เซ็นต์^[³²^]^[³³^]

ในปี 2010 กองทัพเรือสหรัฐฯได้ทดสอบปืนรางขนาดกะทัดรัดที่ออกแบบโดย BAE Systems สำหรับติดตั้งบนเรือ ซึ่งเร่ง ความเร็วของกระสุน ขนาด 3.2 กก. (7.1 ปอนด์)ให้มี ความเร็ว เหนือเสียงประมาณ3,390 ม./วินาที (7,600 ไมล์ต่อชั่วโมง; 12,200 กม./ชม.; 11,100 ฟุต/วินาที)หรือประมาณMach 10ด้วยพลังงานจลน์ 18.4 เมกะจูล นับเป็นครั้งแรกที่สามารถบรรลุประสิทธิภาพในระดับดังกล่าวได้^[³⁰^]^[³⁴^]ปืนรางรุ่นก่อนหน้าที่มีขนาด 32 เมกะจูลซึ่งมีดีไซน์เดียวกันนี้ตั้งอยู่ที่ศูนย์ทดสอบอาวุธ Dundrennan ในสหราชอาณาจักร^[³⁵^]

ปืนรางไฟฟ้ากำลังต่ำขนาดเล็กยังได้รับความนิยมในหมู่นักศึกษาและนักศึกษาสมัครเล่นอีกด้วย นักศึกษาสมัครเล่นหลายคนทำการวิจัยเกี่ยวกับปืนรางไฟฟ้าอย่างจริงจัง^{[ 36 ]}^{[ 37 ]}

ออกแบบ

ทฤษฎี

ปืนรางประกอบด้วย รางโลหะ คู่ขนาน สอง ราง (จึงเป็นที่มาของชื่อ) ที่ปลายด้านหนึ่งของรางเหล่านี้เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟเพื่อสร้างส่วนท้ายของปืน จากนั้น หากใส่กระสุนนำไฟฟ้าเข้าไประหว่างราง (เช่น โดยการใส่เข้าไปในส่วนท้าย) จะทำให้วงจรสมบูรณ์ อิเล็กตรอนจะไหลจากขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟขึ้นไปตามรางลบ ผ่านกระสุน และลงมาตามรางบวก กลับไปยังแหล่งจ่ายไฟ^{[ 38 ]}

กระแสไฟฟ้าในปัจจุบันทำให้ปืนรางทำงานเหมือนแม่เหล็กไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กภายในวงจรที่เกิดจากความยาวของรางจนถึงตำแหน่งของแกนหมุน ตามกฎมือขวาสนามแม่เหล็กจะหมุนวนรอบตัวนำแต่ละตัว เนื่องจากกระแสไฟฟ้ามีทิศทางตรงกันข้ามไปตามรางแต่ละราง สนามแม่เหล็กสุทธิระหว่างราง ( B ) จึงตั้งฉากกับระนาบที่เกิดจากแกนกลางของรางและแกนหมุน เมื่อรวมกับกระแสไฟฟ้า ( I ) ในแกนหมุน จะทำให้เกิดแรงลอเรนซ์ซึ่งเร่งความเร็วของกระสุนไปตามราง โดยออกจากวงจรเสมอ (โดยไม่คำนึงถึงขั้วของแหล่งจ่ายไฟ) และห่างจากแหล่งจ่ายไฟ ไปยังปลายกระบอกปืนของราง นอกจากนี้ยังมีแรงลอเรนซ์กระทำต่อรางและพยายามผลักให้รางแยกออกจากกัน แต่เนื่องจากรางถูกติดตั้งอย่างแน่นหนา จึงไม่สามารถเคลื่อนที่ได้

ตามนิยามแล้ว หากกระแสไฟฟ้าหนึ่งแอมแปร์ไหลผ่านตัวนำขนานในอุดมคติที่มีความยาวอนันต์สองเส้นซึ่งอยู่ห่างกันหนึ่งเมตร ขนาดของแรงที่กระทำต่อตัวนำแต่ละเมตรจะมีค่าเท่ากับ 0.2 ไมโครนิวตันพอดีนอกจากนี้ โดยทั่วไปแล้ว แรงจะแปรผันตรงกับกำลังสองของขนาดกระแสไฟฟ้า และแปรผันตรงกับระยะห่างระหว่างตัวนำ ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า สำหรับปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีมวลกระสุนไม่กี่กิโลกรัมและความยาวลำกล้องไม่กี่เมตร จะต้องใช้กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่มากเพื่อเร่งความเร็วกระสุนให้มีความเร็วประมาณ 1000 เมตร/วินาที

แหล่งจ่ายไฟขนาดใหญ่มาก ซึ่งให้กระแสไฟฟ้าประมาณหนึ่งล้านแอมแปร์ จะสร้างแรงมหาศาลต่อกระสุน ทำให้เร่งความเร็วไปถึงหลายกิโลเมตรต่อวินาที (กม./วินาที) แม้ว่าความเร็วเหล่านี้จะเป็นไปได้ แต่ความร้อนที่เกิดจากการขับเคลื่อนของวัตถุนั้นมากพอที่จะกัดกร่อนรางได้อย่างรวดเร็ว ภายใต้สภาวะการใช้งานสูง ปืนรางในปัจจุบันจะต้องเปลี่ยนรางบ่อยครั้ง หรือใช้วัสดุที่ทนความร้อนซึ่งนำไฟฟ้าได้ดีพอที่จะสร้างผลเช่นเดียวกัน ในขณะนี้เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าจะต้องมีการพัฒนาครั้งสำคัญในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุและสาขาวิชาที่เกี่ยวข้องเพื่อผลิตปืนรางกำลังสูงที่สามารถยิงได้มากกว่าสองสามนัดจากรางชุดเดียว ลำกล้องจะต้องทนต่อสภาวะเหล่านี้ได้ถึงหลายรอบต่อนาทีเป็นจำนวนหลายพันนัดโดยไม่เกิดความเสียหายหรือการเสื่อมสภาพอย่างมีนัยสำคัญ พารามิเตอร์เหล่านี้เกินกว่าเทคโนโลยีปัจจุบันในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุ^{[ 39 ]}^{[ 40 ]}

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ

แหล่งจ่ายไฟต้องสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าปริมาณมากได้อย่างต่อเนื่องและควบคุมได้ในระยะเวลาที่ใช้งานได้จริง ตัวชี้วัดที่สำคัญที่สุดของประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟคือพลังงานที่สามารถจ่ายได้ ณ เดือนธันวาคม 2010 พลังงานสูงสุดที่ทราบที่ใช้ในการขับเคลื่อนกระสุนจากปืนรางคือ 33 เมกะจูล^{[ 41 ]}แหล่งจ่ายไฟที่ใช้กันทั่วไปในปืนรางคือตัวเก็บประจุและตัวกระตุ้นซึ่งจะถูกชาร์จอย่างช้าๆ จากแหล่งพลังงานต่อเนื่องอื่นๆ

รางต้องทนต่อแรงผลักมหาศาลในระหว่างการยิง และแรงเหล่านี้จะผลักรางให้แยกออกจากกันและห่างจากกระสุน เมื่อระยะห่างระหว่างรางกับกระสุนเพิ่มขึ้น จะเกิด การอาร์คซึ่งทำให้พื้นผิวรางและฉนวนระเหยอย่างรวดเร็วและเกิดความเสียหายอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ ปืนรางไฟฟ้าในงานวิจัยรุ่นแรกๆ จึงถูกจำกัดให้ยิงได้เพียงครั้งเดียวต่อรอบการใช้งาน

ค่าความเหนี่ยวนำและความต้านทานของรางและแหล่งจ่ายไฟเป็นปัจจัยจำกัดประสิทธิภาพของการออกแบบปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้า ปัจจุบันมีการทดสอบรูปทรงรางและโครงสร้างปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าที่แตกต่างกันหลายแบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยกองทัพเรือสหรัฐฯ ( ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือ ) สถาบันเทคโนโลยีขั้นสูงแห่งมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสตินและบริษัท BAE Systems

วัสดุที่ใช้

รางและกระสุนต้องสร้างจาก วัสดุ ตัวนำ ที่แข็งแรง รางต้องทนต่อแรงกระแทกจากกระสุนที่เร่งความเร็ว และความร้อนเนื่องจากกระแสไฟฟ้าและแรงเสียดทานจำนวนมาก งานวิจัยที่ผิดพลาดบางชิ้นแนะนำว่าแรงสะท้อนกลับในปืนรางสามารถเปลี่ยนทิศทางหรือกำจัดได้ การวิเคราะห์ทางทฤษฎีและการทดลองอย่างละเอียดเผยให้เห็นว่าแรงสะท้อนกลับกระทำต่อการปิดท้ายลำกล้องเช่นเดียวกับในปืนเคมี^{[ 42 ]}^{[ 43 ]}^{[ 44 ]}^{[ 45 ]}รางยังผลักตัวเองออกไปโดยแรงด้านข้างที่เกิดจากการที่รางถูกผลักโดยสนามแม่เหล็ก เช่นเดียวกับกระสุน รางต้องทนต่อสิ่งนี้โดยไม่โค้งงอและต้องติดตั้งอย่างแน่นหนามาก ข้อมูลที่ตีพิมพ์ในปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าต้องมีความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุก่อนที่จะสามารถพัฒนารางที่ทำให้ปืนรางสามารถยิงได้มากกว่าสองสามนัดเต็มกำลังก่อนที่จะต้องเปลี่ยนราง

การระบายความร้อน

ในการออกแบบปัจจุบัน ความร้อนจำนวนมหาศาลเกิดขึ้นจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านราง รวมถึงแรงเสียดทานของกระสุนที่ออกจากตัวปืน ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาหลักสามประการ ได้แก่ การหลอมละลายของอุปกรณ์ ความปลอดภัยของบุคลากรลดลง และการถูกตรวจจับโดยกองกำลังศัตรูเนื่องจากสัญญาณอินฟราเรด ที่เพิ่มขึ้น ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น แรงกดดันที่เกิดขึ้นจากการยิงอุปกรณ์ประเภทนี้จำเป็นต้องใช้วัสดุที่ทนความร้อนสูงมาก มิเช่นนั้น ราง ลำกล้อง และอุปกรณ์ทั้งหมดที่ติดอยู่จะหลอมละลายหรือเสียหายอย่างไม่สามารถซ่อมแซมได้

ในทางปฏิบัติ รางที่ใช้กับการออกแบบปืนรางส่วนใหญ่จะสึกกร่อนจากการยิงแต่ละครั้ง นอกจากนี้ กระสุนอาจสึกกร่อน ได้ในระดับหนึ่ง ซึ่งอาจจำกัดอายุการใช้งานของปืนราง ในบางกรณีอาจรุนแรงมาก^{[ 46 ]}

แอปพลิเคชัน

ปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้ามีศักยภาพในการนำไปประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติได้หลายด้าน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการทหาร อย่างไรก็ตาม ยังมีการประยุกต์ใช้ในเชิงทฤษฎีอื่นๆ ที่กำลังอยู่ระหว่างการวิจัยอีกด้วย

การปล่อยหรือการสนับสนุนการปล่อยยานอวกาศ

มีการศึกษาเกี่ยวกับการช่วยเหลือทางไฟฟ้าในการปล่อยจรวด^{[ 47 ]}การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ในอวกาศน่าจะเกี่ยวข้องกับขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า ที่ขึ้นรูปเป็นพิเศษ และแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด [ ^{48 ] วัสดุ}คอมโพสิตน่าจะถูกนำมาใช้สำหรับการใช้งานนี้^{[ 49 ]}

สำหรับการปล่อยยานอวกาศจากโลก ระยะเร่งความเร็วที่ค่อนข้างสั้น (น้อยกว่าไม่กี่กิโลเมตร) จะต้องใช้แรงเร่งความเร็วที่สูงมาก เกินกว่าที่มนุษย์จะทนได้ การออกแบบอื่นๆ ได้แก่ ราง เกลียว (แบบเกลียว) ที่ยาวกว่า หรือการออกแบบวงแหวนขนาดใหญ่ โดยยานอวกาศจะวนรอบวงแหวนหลายครั้ง ค่อยๆ เพิ่มความเร็ว ก่อนที่จะถูกปล่อยเข้าสู่เส้นทางปล่อยที่มุ่งหน้าสู่ท้องฟ้า อย่างไรก็ตาม หากเป็นไปได้ทางเทคนิคและคุ้มค่าที่จะสร้าง การเพิ่มความเร็วหลุดพ้นที่สูงมากให้กับวัตถุที่ปล่อยจากระดับน้ำทะเล ซึ่งเป็นระดับที่มีความหนาแน่นของบรรยากาศมากที่สุด อาจทำให้ความเร็วในการปล่อยส่วนใหญ่สูญเสียไปกับแรงต้านอากาศพลศาสตร์นอกจากนี้ วัตถุอาจยังคงต้องการการนำทางและการควบคุมบนยานบางรูปแบบเพื่อให้ได้มุมการแทรกเข้าสู่วงโคจรที่มีประโยชน์ ซึ่งอาจไม่สามารถทำได้โดยอาศัยเพียงมุมเงยของตัวปล่อยเทียบกับพื้นผิวโลก (ดูข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติของความเร็วหลุดพ้น )

ในปี 2546 เอียน แมคนับได้ร่างแผนการที่จะเปลี่ยนแนวคิดนี้ให้เป็นเทคโนโลยีที่ใช้งานได้จริง^{[ 50 ]} เนื่องจากการเร่งความเร็วที่สูง ระบบนี้จะปล่อยเฉพาะวัสดุที่แข็งแรง เช่น อาหาร น้ำ และที่สำคัญที่สุดคือเชื้อเพลิง ภายใต้สถานการณ์ที่เหมาะสม (เส้นศูนย์สูตร ภูเขา มุ่งหน้าไปทางทิศตะวันออก) ระบบนี้จะมีราคา 528 ดอลลาร์/กก. ^{[ 50 ]}เมื่อเทียบกับ 5,000 ดอลลาร์/กก. สำหรับจรวดแบบดั้งเดิม^{[ 51 ]}ปืนรางของแมคนับสามารถปล่อยได้ประมาณ 2,000 ครั้งต่อปี รวมน้ำหนักสูงสุด 500 ตันต่อปี เนื่องจากรางปล่อยมี ความยาว 1.6 กม. พลังงานจะถูกจ่ายโดยเครือข่ายแบบกระจายของเครื่องจักรหมุน 100 เครื่อง (คอมพัลเซเตอร์) ที่กระจายอยู่ตามราง เครื่องจักรแต่ละเครื่องจะมีโรเตอร์คาร์บอนไฟเบอร์หนัก 3.3 ตันหมุนด้วยความเร็วสูง เครื่องจักรสามารถชาร์จใหม่ได้ในเวลาไม่กี่ชั่วโมงโดยใช้ พลังงาน 10 เมกะวัตต์ เครื่องจักรนี้สามารถจ่ายไฟได้จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเฉพาะ น้ำหนักรวมของชุดปล่อยจะเกือบ 1.4 ตัน น้ำหนักบรรทุกต่อการปล่อยในสภาวะเหล่านี้เกิน 400 กก. ^{[ 50 ]}จะมีสนามแม่เหล็กใช้งานสูงสุด 5 T โดยครึ่งหนึ่งมาจากราง และอีกครึ่งหนึ่งมาจากแม่เหล็กเสริม ซึ่งจะทำให้กระแสไฟฟ้าที่ต้องการผ่านรางลดลงครึ่งหนึ่ง ส่งผลให้กำลังไฟฟ้าลดลงสี่เท่า

นาซาเสนอให้ใช้ปืนรางเพื่อปล่อย "เครื่องบินรูปทรงลิ่มที่มีเครื่องยนต์สแครมเจ็ต " ขึ้นสู่ระดับความสูงที่ Mach 10 จากนั้นจึงปล่อยสัมภาระขนาดเล็กขึ้นสู่วงโคจรโดยใช้ระบบขับเคลื่อนจรวดแบบดั้งเดิม^{[ 52 ]}แรงโน้มถ่วงมหาศาลที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยจากพื้นดินสู่อวกาศโดยตรงด้วยปืนรางอาจจำกัดการใช้งานให้เหลือเพียงสัมภาระที่แข็งแรงที่สุดเท่านั้น หรืออาจใช้ระบบรางที่ยาวมากเพื่อลดอัตราเร่งในการปล่อยที่จำเป็น^{[ 50 ]}

อาวุธยุทโธปกรณ์

ปืน รางแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังอยู่ระหว่างการวิจัยในฐานะอาวุธที่มีกระสุนที่ไม่บรรจุวัตถุระเบิดหรือดินปืน แต่มีความเร็วสูงมาก: 2,500 เมตร/วินาที (8,200 ฟุต/วินาที) (ประมาณมัค 7 ที่ระดับน้ำทะเล) หรือมากกว่านั้น เพื่อเปรียบเทียบปืนไรเฟิล M16มีความเร็วปากกระบอกปืน930 เมตร/วินาที (3,050 ฟุต/วินาที)และปืน Mark 7 ขนาด 16 นิ้ว/50 คาลิเบอร์ที่ติดตั้งบนเรือรบอเมริกันในสงครามโลกครั้งที่ 2 มีความเร็วปากกระบอกปืน760 เมตร/วินาที (2,490 ฟุต/วินาที)ซึ่งเนื่องจากมวลกระสุนที่มากกว่ามาก (สูงสุด 2,700 ปอนด์) ทำให้เกิดพลังงานปากกระบอกปืน 360 เมกะจูล และแรงกระแทกจลน์ในระยะไกลที่มีพลังงานมากกว่า 160 เมกะจูล (ดูเพิ่มเติมที่โครงการ HARP ) ด้วยการยิงกระสุนขนาดเล็กด้วยความเร็วสูงมาก ปืนรางอาจสร้างพลังงานจลน์ที่เท่ากับหรือสูงกว่าพลังงานทำลายล้างของปืนใหญ่เรือ Mark 45 ขนาด 5 นิ้ว/54 (ซึ่งมีพลังงานสูงถึง 10MJ ที่ปากกระบอกปืน) แต่มีระยะยิงที่ไกลกว่า สิ่งนี้ช่วยลดขนาดและน้ำหนักของกระสุน ทำให้สามารถบรรทุกกระสุนได้มากขึ้น และขจัดอันตรายจากการบรรทุกวัตถุระเบิดหรือดินปืนในรถถังหรือแท่นอาวุธทางเรือ นอกจากนี้ ด้วยการยิงกระสุนที่มีรูปทรงตามหลักอากาศพลศาสตร์มากขึ้นด้วยความเร็วที่สูงขึ้น ปืนรางอาจมีระยะยิงที่ไกลขึ้น ใช้เวลาน้อยลงในการเล็งเป้าหมาย และในระยะสั้นจะได้รับผลกระทบจากลมน้อยลง ซึ่งเป็นการหลีกเลี่ยงข้อจำกัดทางกายภาพของอาวุธปืนทั่วไป: "ข้อจำกัดของการขยายตัวของก๊าซทำให้ไม่สามารถยิงกระสุนโดยไม่ได้รับความช่วยเหลือด้วยความเร็วมากกว่าประมาณ 1.5 กม./วินาที และระยะยิงมากกว่า50 ไมล์ [80 กม.]จากระบบปืนทั่วไปที่ใช้งานได้จริง" ^[⁵³^]

ระบบ Blitzer ของ General Atomicsซึ่งเป็นปืนรางไฟฟ้าติดอาวุธรุ่นแรกที่วางแผนไว้สำหรับการผลิตเริ่มการทดสอบระบบเต็มรูปแบบในเดือนกันยายน 2010 อาวุธนี้ยิงกระสุนแบบทิ้งปลอกหุ้มที่ออกแบบโดยPhantom Works ของโบอิ้ง ด้วย ความเร็ว1,600 เมตร/วินาที (5,200 ฟุต/วินาที) (ประมาณ Mach 5) ด้วยความเร่งเกิน 60,000 g ^[⁵⁴^]ในระหว่างการทดสอบครั้งหนึ่ง กระสุนสามารถเดินทางได้ไกลขึ้นอีก7 กิโลเมตร (4.3 ไมล์) หลังจากทะลุ แผ่นเหล็กหนา 1/8นิ้ว (3.2 มม.) บริษัทหวังว่าจะมีการสาธิตระบบแบบบูรณาการภายในปี 2016 ตาม ด้วยการผลิตภายในปี 2019 ขึ้นอยู่กับการจัดหาเงินทุน จนถึงขณะนี้ โครงการนี้ได้รับเงินทุนสนับสนุนด้วยตนเอง^[⁵⁵^]

ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2556 General Atomics ได้เปิดตัวปืนราง Blitzer รุ่นใช้งานบนบก เจ้าหน้าที่ของบริษัทอ้างว่าปืนดังกล่าวอาจพร้อมสำหรับการผลิตใน "สองถึงสามปี" ^{[ 56 ]}

กำลังมีการตรวจสอบปืนรางเพื่อใช้เป็น อาวุธ ต่อต้านอากาศยานเพื่อสกัดกั้นภัยคุกคามทางอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งขีปนาวุธร่อนต่อต้านเรือนอกเหนือจากการระดมยิงบนบก ความเร็ว ต้นทุน และข้อได้เปรียบเชิงปริมาณของระบบปืนรางอาจทำให้สามารถทดแทนระบบต่างๆ หลายระบบในแนวทางการป้องกันแบบหลายชั้นในปัจจุบันได้^{[ 57 ]} กองทัพเรือวางแผนให้ปืนรางสามารถสกัด กั้นขีปนาวุธ ข้ามชั้นบรรยากาศภัยคุกคามทางอากาศล่องหน ขีปนาวุธความเร็วเหนือเสียง และภัยคุกคามจากเรือผิวน้ำแบบฝูง ระบบต้นแบบสำหรับการสนับสนุนภารกิจสกัดกั้นจะพร้อมใช้งานภายในปี 2018 และใช้งานได้จริงภายในปี 2025 ^[⁵⁸^]

BAE Systems เคยสนใจที่จะติดตั้งปืนรางบนยานรบแห่งอนาคต ของพวก เขา^{[ 59 ]}^{[ 60 ]}^{[ 61 ]}

อินเดียได้ทดสอบปืนรางของตนเองสำเร็จแล้ว^{[ 62 ]}รัสเซีย [ ⁶³^]จีน^[⁶⁴^]^[⁶⁵^]บริษัทASELSANของตุรกี^[⁶⁶^]และ Yeteknoloji ^{[ 67}^]^ก็^{กำลัง}พัฒนาปืนรางเช่นกัน^[⁶⁸^]

เยอรมนี ฝรั่งเศส และญี่ปุ่นจะร่วมกันพัฒนาอาวุธรางปืน^{[ 69 ]}

ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2568 ประธานาธิบดีโดนัลด์ ทรัมป์ของสหรัฐฯ ประกาศเรือรบชั้นใหม่ซึ่งอาจติดตั้งปืนรางได้^{[ 70 ]}

ปืนรางเกลียว

ปืนรางเกลียว^{[ 71 ]}เป็นปืนรางหลายรอบที่ลดกระแสรางและแปรงลงด้วยปัจจัยที่เท่ากับจำนวนรอบ รางสองรางถูกล้อมรอบด้วยลำกล้องเกลียว และกระสุนหรือตัวพาที่ใช้ซ้ำได้ก็เป็นเกลียวเช่นกัน กระสุนจะได้รับพลังงานอย่างต่อเนื่องจากแปรงสองตัวที่เลื่อนไปตามราง และแปรงเพิ่มเติมสองตัวขึ้นไปบนกระสุนทำหน้าที่ให้พลังงานและสลับทิศทางการพันของลำกล้องเกลียวหลายรอบด้านหน้าและ/หรือด้านหลังกระสุน ปืนรางเกลียวเป็นการผสมผสานระหว่างปืนรางและปืนขดลวดปัจจุบันยังไม่มีอยู่ในรูปแบบที่ใช้งานได้จริง

ปืนรางไฟฟ้าแบบเกลียวถูกสร้างขึ้นที่MITในปี 1980 โดยใช้พลังงานจากตัวเก็บประจุขนาดใหญ่หลายชุด (ประมาณ 4 ฟารัด ) ซึ่งถือว่าใหญ่มากในสมัยนั้น ปืนนี้มีความยาวประมาณ 3 เมตร ประกอบด้วยขดลวดเร่งความเร็ว 2 เมตร และขดลวดลดความเร็ว 1 เมตร สามารถยิงเครื่องร่อนหรือวัตถุได้ไกลประมาณ 500 เมตร

ปืนรางพลาสม่า

ปืนรางพลาสมาเป็นเครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้นและอาวุธพลังงาน พลาสมา ซึ่งเช่นเดียวกับปืนรางแบบใช้กระสุน ใช้ขั้วไฟฟ้าขนานยาวสองขั้วเพื่อเร่งอาร์มาเจอร์ "แบบเลื่อนสั้น" อย่างไรก็ตาม ในปืนรางพลาสมา อาร์มาเจอร์และกระสุนที่ถูกยิงออกมาประกอบด้วยพลาสมา หรืออนุภาคคล้ายก๊าซที่มีความร้อนและแตกตัวเป็นไอออน แทนที่จะเป็นวัสดุที่เป็นของแข็งMARAUDER ( Magnetically Accelerated Ring to Achieve Ultra-high Directed Energy and Radiation ) เป็นโครงการของห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพอากาศสหรัฐฯเกี่ยวกับการพัฒนาปืนรางพลาสมาแบบแกนร่วม เป็นหนึ่งใน ความพยายาม ของรัฐบาลสหรัฐฯ หลายประการ ในการพัฒนากระสุนที่ใช้พลาสมา การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 1990 และการทดลองที่ตีพิมพ์ครั้งแรกปรากฏขึ้นเมื่อวันที่ 1 สิงหาคม 1993 ^[⁷²^]^[⁷³^]

การทดสอบ

มีการสร้างและทดสอบปืนจำลองขนาดเต็มรูปแบบแล้ว รวมถึง ปืนที่มีลำกล้องขนาด 90 มม. (3.5 นิ้ว)และพลังงานจลน์ 9 เมกะจูล ซึ่งพัฒนาโดยDARPA ของสหรัฐฯ อย่างไรก็ตาม ปัญหาการสึกหรอของรางและฉนวนยังคงต้องได้รับการแก้ไขก่อนที่ปืนรางจะสามารถเข้ามาแทนที่อาวุธแบบดั้งเดิมได้ ระบบที่ประสบความสำเร็จอย่างต่อเนื่องที่เก่าแก่ที่สุดน่าจะเป็นระบบที่สร้างโดยหน่วยงานวิจัยด้านการป้องกัน ประเทศของสหราชอาณาจักร ที่สนามทดสอบดันเดรนแนนในเมืองเคิร์กคัดไบรท์ประเทศสกอตแลนด์ระบบนี้ก่อตั้งขึ้นในปี 1993 และใช้งานมานานกว่า 10 ปีแล้ว

ปัจจุบันจีนเป็นหนึ่งในผู้เล่นหลักในด้านเครื่องยิงแม่เหล็กไฟฟ้า โดยในปี 2012 จีนเป็นเจ้าภาพจัดการประชุมสัมมนานานาชาติว่าด้วยเทคโนโลยีการยิงแม่เหล็กไฟฟ้าครั้งที่ 16 (EML 2012) ที่ปักกิ่ง^{[ 74 ]}ภาพถ่ายดาวเทียมในช่วงปลายปี 2010 ชี้ให้เห็นว่ามีการทดสอบที่สนามฝึกยานเกราะและปืนใหญ่ใกล้เมืองเป่าโถวในเขตปกครองตนเองมองโกเลียใน^{[ 75 ]}

กองทัพสหรัฐอเมริกา

กองทัพสหรัฐฯ แสดงความสนใจในการวิจัยเทคโนโลยีปืนไฟฟ้ามาตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 20 เนื่องจากปืนแม่เหล็กไฟฟ้าไม่จำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงในการยิงเหมือนระบบปืนทั่วไป ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยของลูกเรือและลดต้นทุนด้านโลจิสติกส์ได้อย่างมาก รวมทั้งยังให้ระยะยิงที่ไกลกว่า นอกจากนี้ ระบบปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้ายังแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการให้ความเร็วของกระสุนที่สูงขึ้น ซึ่งจะเพิ่มความแม่นยำสำหรับการต่อต้านรถถัง ปืนใหญ่ และการป้องกันภัยทางอากาศโดยการลดเวลาที่กระสุนจะไปถึงเป้าหมาย ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 กองทัพบกสหรัฐฯได้ทุ่มเงินกว่า 150 ล้านดอลลาร์ในการวิจัยปืนไฟฟ้า^{[ 76 ]}ที่ ศูนย์อิเล็กโทรเมคานิกส์ มหาวิทยาลัยเท็กซัส ออสติน ได้มีการพัฒนา ปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าทางทหารที่สามารถส่งกระสุน เจาะ เกราะทังสเตน ที่มีพลังงานจลน์ 9 เมกะจูล (9 MJ) ได้^[⁷⁷^]พลังงานเก้าเมกะจูลเพียงพอที่จะส่งกระสุนหนัก2 กก. (4.4 ปอนด์) ด้วยความเร็ว 3 กม./วินาที (1.9 ไมล์/วินาที) —ด้วยความเร็วดังกล่าว แท่งทังสเตนหรือโลหะที่มีความหนาแน่นสูงอื่นๆ ที่ยาวพอสมควรสามารถเจาะรถถัง ได้อย่างง่ายดาย และอาจทะลุผ่านได้ (ดูAPFSDS )

ศูนย์ปฏิบัติการสงครามผิวน้ำทางทะเล กองดาลเกรน

ศูนย์ปฏิบัติการสงครามผิวน้ำของกองทัพเรือ สหรัฐฯแผนกดาลเกรนได้สาธิตปืนรางพลังงาน 8 เมกะจูล ที่ยิงกระสุน หนัก 3.2 กิโลกรัม (7.1 ปอนด์)ในเดือนตุลาคม 2549 ซึ่งเป็นต้นแบบของอาวุธพลังงาน 64 เมกะจูล ที่จะนำไปประจำการบนเรือรบของกองทัพเรือ ปัญหาหลักที่กองทัพเรือสหรัฐฯ ประสบในการนำระบบปืนใหญ่รางพลังงานมาใช้คือ ปืนสึกหรอเนื่องจากแรงดัน ความเครียด และความร้อนมหาศาลที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าหลายล้านแอมแปร์ที่จำเป็นในการยิงกระสุนที่มีพลังงานหลายเมกะจูล แม้ว่าจะไม่ทรงพลังเท่าขีปนาวุธร่อนอย่างBGM-109 Tomahawkที่ส่งพลังงาน 3,000 เมกะจูลไปยังเป้าหมาย แต่ในทางทฤษฎีแล้ว อาวุธดังกล่าวจะช่วยให้กองทัพเรือสามารถส่งกำลังการยิงที่แม่นยำยิ่งขึ้นในราคาที่ต่ำกว่าขีปนาวุธ และจะยากต่อการยิงสกัดมากกว่าระบบป้องกันในอนาคต เพื่อให้เห็นภาพรวม การเปรียบเทียบที่เกี่ยวข้องอีกอย่างหนึ่งคือปืน Rheinmetall ขนาด 120 มม. ที่ใช้ในรถถังหลัก ซึ่งมีพลังงานปากกระบอกปืน 9 เมกะจูล

ในปี พ.ศ. 2550 BAE Systems ได้ส่งมอบต้นแบบขนาด 32 MJ (พลังงานปากกระบอกปืน) ให้กับกองทัพเรือสหรัฐฯ^{[ 78 ]}พลังงานจำนวนเท่ากันนี้ถูกปล่อยออกมาจากการระเบิดของC4 ขนาด 4.8 กก . (11 ปอนด์)

เมื่อวันที่ 31 มกราคม พ.ศ. 2551 กองทัพเรือสหรัฐฯ ได้ทดสอบปืนรางที่ยิงกระสุนด้วยพลังงาน 10.64 เมกะจูล โดยมีความเร็วปากกระบอกปืน2,520 เมตร/วินาที (8,270 ฟุต/วินาที) [ ⁷⁹^]^{พลังงาน} ดังกล่าวมาจาก ชุด ตัวเก็บประจุ ต้นแบบขนาด 9 เมกะจูลใหม่ ที่ใช้สวิตช์โซลิดสเตทและตัวเก็บประจุความหนาแน่นพลังงานสูงซึ่งส่งมอบในปี พ.ศ. 2550 และระบบพลังงานพัลส์ขนาด 32 เมกะจูลรุ่นเก่าจากศูนย์วิจัยและพัฒนาปืนไฟฟ้ากรีนฟาร์มของกองทัพบกสหรัฐฯ ซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1980 และได้รับการปรับปรุงใหม่โดยแผนกระบบแม่เหล็กไฟฟ้า (EMS) ของ General Atomics ^[⁸⁰^]คาดว่าจะพร้อมใช้งานระหว่างปี พ.ศ. 2563 ถึง พ.ศ. 2568 ^[⁸¹^]

การทดสอบปืนรางเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม พ.ศ. 2553 โดยกองทัพเรือสหรัฐฯ ที่ศูนย์ปฏิบัติการสงครามผิวน้ำแห่งกองทัพเรือ Dahlgren Division ^{[ 82 ]} ในระหว่างการทดสอบ สำนักงานวิจัยกองทัพเรือได้สร้างสถิติโลกด้วยการยิงพลังงาน 33 MJ จากปืนรางซึ่งสร้างโดย BAE Systems ^{[ 41 ]}^{[ 83 ]}

การทดสอบอีกครั้งเกิดขึ้นในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2555 ณ ศูนย์ปฏิบัติการสงครามผิวน้ำของกองทัพเรือ Dahlgren Division แม้ว่าจะมีพลังงานใกล้เคียงกับการทดสอบที่กล่าวถึงข้างต้น แต่ปืนรางที่ใช้มีขนาดกะทัดรัดกว่ามาก และมีลำกล้องที่ดูธรรมดากว่า ต้นแบบที่สร้างโดย General Atomics ถูกส่งมาเพื่อทดสอบในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2555 ^{[ 84 ]}

ในปี 2014 กองทัพเรือสหรัฐฯ มีแผนที่จะติดตั้งปืนรางที่มีระยะยิงมากกว่า160 กิโลเมตร (100 ไมล์)บนเรือภายในปี 2016 ^[⁸⁵^]อาวุธชนิดนี้ แม้จะมีรูปร่างที่คล้ายกับปืนใหญ่ของกองทัพเรือ แต่ก็ใช้ส่วนประกอบส่วนใหญ่ที่เหมือนกับที่พัฒนาและสาธิตที่ Dahlgren ^[⁸⁶^]กระสุนความเร็วสูงมีน้ำหนัก10 กิโลกรัม (23 ปอนด์)ยาว18 นิ้ว (460 มิลลิเมตร)และยิงด้วยความเร็ว Mach 7 ^[⁸⁷^]

เป้าหมายในอนาคตคือการพัฒนากระสุนนำวิถีด้วยตนเอง ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่จำเป็นในการโจมตีเป้าหมายที่อยู่ไกลหรือสกัดกั้นขีปนาวุธ^{[ 88 ]}เมื่อมีการพัฒนากระสุนนำวิถีแล้ว กองทัพเรือคาดการณ์ว่ากระสุนแต่ละนัดจะมีราคาประมาณ 25,000 ดอลลาร์^{[ 89 ]}แม้ว่าการพัฒนากระสุนนำวิถีสำหรับปืนจะมีประวัติที่ทำให้ต้นทุนเริ่มต้นเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าหรือสามเท่าก็ตาม กระสุนความเร็วสูงบางชนิดที่พัฒนาโดยกองทัพเรือมีการควบคุมด้วยคำสั่ง แต่ความแม่นยำของการควบคุมด้วยคำสั่งนั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด หรือแม้แต่ว่าจะสามารถทนต่อการยิงเต็มกำลังได้หรือไม่

ในปี 2014 เรือรบของกองทัพเรือสหรัฐฯ เพียงลำเดียวที่สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้เพียงพอเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพตามที่ต้องการคือเรือพิฆาต ชั้น Zumwalt จำนวน 3 ลำ (ซีรีส์ DDG-1000) ซึ่งสามารถผลิตพลังงานได้ 78 เมกะวัตต์ ซึ่งมากกว่าที่จำเป็นในการขับเคลื่อนปืนราง อย่างไรก็ตาม โครงการ Zumwalt ได้ถูกยกเลิกและจะไม่มีการสร้างเพิ่มอีก วิศวกรกำลังทำงานเพื่อนำเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นสำหรับเรือซีรีส์ DDG-1000 มาใช้กับระบบแบตเตอรี่เพื่อให้เรือรบอื่นๆ สามารถใช้งานปืนรางได้^[⁹⁰^]ณ ปี 2014 เรือพิฆาตส่วนใหญ่สามารถสำรองไฟฟ้าเพิ่มเติมได้เพียง 9 เมกะวัตต์ ในขณะที่ต้องใช้พลังงาน 25 เมกะวัตต์ในการขับเคลื่อนกระสุนไปยังระยะสูงสุดที่ต้องการ^[⁹¹^] (เช่น การยิงกระสุน 32MJ ในอัตรา 10 นัดต่อนาที) แม้ว่าเรือ เช่น เรือพิฆาต ชั้น Arleigh Burkeจะสามารถอัพเกรดด้วยพลังงานไฟฟ้าที่เพียงพอต่อการใช้งานปืนรางได้ แต่พื้นที่ที่ใช้ไปบนเรือจากการติดตั้งระบบอาวุธเพิ่มเติมอาจทำให้ต้องถอดระบบอาวุธที่มีอยู่เดิมออกเพื่อให้มีพื้นที่ว่าง^[⁹²^]การทดสอบบนเรือครั้งแรกจะเป็นการทดสอบปืนรางที่ติดตั้งบนเรือขนส่งเร็วเพื่อการปฏิบัติการ (EPF) ชั้น Spearheadแต่ต่อมาได้เปลี่ยนเป็นการทดสอบบนบกแทน^[⁹³^]

แม้ว่า กระสุนขนาด 23 ปอนด์จะไม่มีวัตถุระเบิด แต่ความเร็ว Mach 7 ของพวกมันทำให้มีพลังงาน 32 เมกะจูล แต่พลังงานจลน์ที่กระทบเป้าหมายในระยะไกลโดยทั่วไปจะมีเพียง 50 เปอร์เซ็นต์หรือน้อยกว่าพลังงานที่ปากกระบอกปืน กองทัพเรือได้พิจารณาการใช้งานอื่นๆ สำหรับปืนรางไฟฟ้า นอกเหนือจากการระดมยิงภาคพื้นดิน เช่น การป้องกันภัยทางอากาศ ด้วยระบบกำหนดเป้าหมายที่เหมาะสม กระสุนสามารถสกัดกั้นเครื่องบิน ขีปนาวุธร่อน และแม้แต่ขีปนาวุธข้ามทวีปได้ กองทัพเรือยังกำลังพัฒนาอาวุธพลังงานแบบกำหนดทิศทางสำหรับการป้องกันภัยทางอากาศ แต่จะต้องใช้เวลาหลายปีหรือหลายทศวรรษกว่าจะใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 94 ]}^{[ 95 ]}^{[ 96 ]}

ปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าจะเป็นส่วนหนึ่งของกองเรือกองทัพเรือที่มองเห็นภาพความสามารถในการรุกและป้องกันในอนาคตที่จัดเตรียมไว้เป็นชั้นๆ ได้แก่ เลเซอร์สำหรับการป้องกันระยะใกล้ ปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับการโจมตีและป้องกันระยะกลาง และขีปนาวุธร่อนสำหรับการโจมตีระยะไกล แม้ว่าปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าจะสามารถครอบคลุมเป้าหมายได้ไกลถึง 100 ไมล์ ซึ่งก่อนหน้านี้ต้องใช้ขีปนาวุธ^{[ 97 ]}ในที่สุดกองทัพเรืออาจพัฒนาเทคโนโลยีปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าให้สามารถยิงได้ไกลถึง200 ไมล์ทะเล (230 ไมล์; 370 กิโลเมตร)และมีพลังงานกระทบ 64 เมกะจูล การยิงหนึ่งครั้งต้องใช้กระแสไฟฟ้า 6 ล้านแอมป์ ดังนั้นจึงต้องใช้เวลานานในการพัฒนาตัวเก็บประจุที่สามารถสร้างพลังงานได้เพียงพอและวัสดุปืนที่แข็งแรงพอ^[⁷⁵^]

การประยุกต์ใช้ปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าและปืนแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีศักยภาพสูงในระยะใกล้ น่าจะเป็นการใช้งานบนเรือรบที่มีกำลังการผลิตไฟฟ้าสำรองและพื้นที่จัดเก็บแบตเตอรี่เพียงพอ ในทางกลับกัน ความอยู่รอดของเรืออาจเพิ่มขึ้นได้จากการลดปริมาณสารเคมีและวัตถุระเบิดที่เป็นอันตรายลง อย่างไรก็ตาม กองกำลังภาคพื้นดินอาจพบว่าการติดตั้งแหล่งจ่ายไฟฟ้าเพิ่มเติมในสนามรบสำหรับระบบปืนทุกระบบ อาจไม่คุ้มค่าทั้งในด้านน้ำหนักและพื้นที่ ความอยู่รอด หรือความสะดวกในการเป็นแหล่งพลังงานสำหรับการยิงกระสุนในทันที เท่ากับสารขับเคลื่อนแบบดั้งเดิม ซึ่งผลิตอย่างปลอดภัยหลังแนวรบและส่งไปยังอาวุธในรูปแบบบรรจุภัณฑ์สำเร็จรูป ผ่านระบบโลจิสติกส์ที่แข็งแกร่งและกระจายตัวอยู่ทั่วพื้นที่

ในเดือนกรกฎาคม 2017 Defensetech รายงานว่ากองทัพเรือต้องการผลักดันต้นแบบปืนรางไฟฟ้าของสำนักงานวิจัยกองทัพเรือจากการทดลองทางวิทยาศาสตร์ไปสู่การเป็นอาวุธที่มีประโยชน์ เป้าหมายตามที่ Tom Beutner หัวหน้าฝ่ายสงครามทางอากาศและอาวุธของกองทัพเรือ ONR กล่าวคือ ยิงได้ 10 นัดต่อนาทีที่ 32 เมกะจูล การยิงปืนรางไฟฟ้า 32 เมกะจูลเทียบเท่ากับประมาณ 23,600,000 ฟุต-ปอนด์ ดังนั้นการยิง 32 MJ เพียงครั้งเดียวจึงมีพลังงานปากกระบอกปืนเท่ากับการยิงกระสุน .22 ประมาณ 200,000 นัดพร้อมกัน^{[ 98 ]}ในหน่วยพลังงานทั่วไป การยิง 32 MJ ทุก 6 วินาทีจะมีพลังงานสุทธิ 5.3 MW (หรือ 5300 kW) หากสมมติว่าปืนรางไฟฟ้ามีประสิทธิภาพ 20% ในการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานจลน์ แหล่งจ่ายไฟฟ้าของเรือจะต้องจ่ายพลังงานประมาณ 25 MW ตราบเท่าที่การยิงยังคงดำเนินต่อไป

ข้อมูล ณ ปี 2020กองทัพเรือได้ใช้เงิน 500 ล้านดอลลาร์ในการพัฒนาระบบปืนรางไฟฟ้าในช่วง 17 ปีที่ผ่านมา กองทัพเรือมุ่งเน้นไปที่การยิง กระสุน ความเร็วเหนือเสียงจากปืนธรรมดาที่มีอยู่แล้วจำนวนมาก^{[ 99 ]}เมื่อวันที่ 1 มิถุนายน 2021 The Driveรายงานว่างบประมาณปีงบประมาณ 2022 ที่กองทัพเรือสหรัฐฯ เสนอนั้นไม่มีงบประมาณสำหรับการวิจัยและพัฒนาระบบปืนรางไฟฟ้า^{[ 100 ]}ความท้าทายทางเทคนิคไม่สามารถเอาชนะได้ เช่น แรงยิงมหาศาลทำให้ลำกล้องสึกหรอหลังจากยิงเพียงหนึ่งหรือสองโหลนัด และอัตราการยิงต่ำเกินไปที่จะเป็นประโยชน์สำหรับการป้องกันขีปนาวุธ ลำดับความสำคัญก็เปลี่ยนไปตั้งแต่เริ่มการพัฒนาระบบปืนรางไฟฟ้า โดยกองทัพเรือให้ความสำคัญกับขีปนาวุธความเร็วเหนือเสียงระยะไกลมากกว่ากระสุนปืนรางไฟฟ้าที่มีระยะยิงค่อนข้างสั้น^{[ 101 ]}

ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบก

การวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีปืนรางเป็นหัวข้อหลักที่ห้องปฏิบัติการวิจัยขีปนาวุธ (BRL) ให้ความสำคัญ ตลอดช่วงทศวรรษ 1980 นอกจากการวิเคราะห์ประสิทธิภาพและคุณสมบัติทางไฟฟ้าและอุณหพลศาสตร์ของปืนรางในสถาบันอื่น ๆ (เช่นปืนราง CHECMATE ของห้องปฏิบัติการแม็กซ์เวลล์ ) แล้ว BRL ยังจัดหาปืนรางของตนเองมาศึกษา เช่น ปืนรางขนาดหนึ่งเมตรและปืนรางขนาดสี่เมตร^{[ 102 ]}^{[ 103 ]}^{[ 104 ]}ในปี 1984 นักวิจัยของ BRL ได้คิดค้นเทคนิคในการวิเคราะห์สารตกค้างที่เหลืออยู่บนพื้นผิวลำกล้องหลังจากการยิง เพื่อตรวจสอบสาเหตุของการเสื่อมสภาพของลำกล้องอย่างต่อเนื่อง^{[ 105 ]}ในปี 1991 พวกเขาได้กำหนดคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาชุดยิงที่มีประสิทธิภาพ รวมถึงเกณฑ์การออกแบบที่จำเป็นสำหรับปืนรางที่จะรวมเอาหัวกระสุนแบบแท่งยาวที่มีครีบ^{[ 106 ]}^{[ 107 ]}

การวิจัยเกี่ยวกับปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้ายังคงดำเนินต่อไปหลังจากที่ห้องปฏิบัติการวิจัยขีปนาวุธถูกรวมเข้ากับห้องปฏิบัติการอิสระของกองทัพบกอีก 6 แห่งเพื่อจัดตั้ง เป็น ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบกสหรัฐ (ARL)ในปี 1992 หนึ่งในโครงการสำคัญในการวิจัยปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ ARL มีส่วนร่วมคือโครงการปืนแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดลำกล้องปืนใหญ่ (CCEMG)ซึ่งดำเนินการที่ศูนย์กลศาสตร์ไฟฟ้าแห่งมหาวิทยาลัยเท็กซัส (UT-CEM) และได้รับการสนับสนุนจากนาวิกโยธินสหรัฐและศูนย์วิจัยพัฒนาและวิศวกรรมอาวุธยุทโธปกรณ์กองทัพบกสหรัฐ^{[ 108 ]}ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการ CCEMG UT-CEM ได้ออกแบบและพัฒนาเครื่องยิงแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดลำกล้องปืนใหญ่ ซึ่งเป็นเครื่องยิงปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าแบบยิงเร็ว ในปี 1995 ^{[ 32 ]}เครื่องยิงนี้มีลำกล้องกลมขนาด 30 มม. สามารถยิงกระสุนได้ 3 ชุด ชุดละ 5 นัด น้ำหนัก 185 กรัม ด้วยความเร็วปากลำกล้อง 1850 ม./วินาที และอัตราการยิง 5 เฮิรตซ์ การทำงานแบบยิงเร็วทำได้โดยการขับเคลื่อนตัวปล่อยด้วยพัลส์สูงสุด 83544 หลายครั้งที่จัดหาโดยคอมพัลเซเตอร์ CCEMG ปืนราง CCEMG มีคุณสมบัติหลายประการ ได้แก่ ผนังด้านข้างเซรามิก การโหลดล่วงหน้าแบบกำหนดทิศทาง และการระบายความร้อนด้วยของเหลว^{[ 33 ]} ARL รับผิดชอบในการประเมินประสิทธิภาพของตัวปล่อย ซึ่งได้รับการทดสอบที่ ARL Transonic Experimental Facility ในAberdeen Proving Ground รัฐแมริแลนด์^{[ 109 ]}

ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบกสหรัฐฯ ยังได้ติดตามการพัฒนาเทคโนโลยีปืนแม่เหล็กไฟฟ้าและปืนความร้อนไฟฟ้าที่สถาบันเทคโนโลยีขั้นสูง (IAT) ที่มหาวิทยาลัยเท็กซัส ออสตินซึ่งเป็นหนึ่งในห้าห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยและอุตสาหกรรมที่ ARL รวมเข้าด้วยกันเพื่อจัดหาการสนับสนุนทางเทคนิค ห้องปฏิบัติการแห่งนี้เป็นที่ตั้งของเครื่องยิงแม่เหล็กไฟฟ้าสองเครื่อง ได้แก่ Leander OAT และ AugOAT รวมถึงเครื่องยิงขนาดกลาง นอกจากนี้ สถานที่ดังกล่าวยังมีระบบพลังงานซึ่งประกอบด้วยชุดตัวเก็บประจุ 1 MJ จำนวน 13 ชุด อุปกรณ์ยิงแม่เหล็กไฟฟ้าหลากหลายชนิด และอุปกรณ์วินิจฉัยต่างๆ กิจกรรมการวิจัยมุ่งเน้นไปที่การออกแบบ ปฏิสัมพันธ์ และวัสดุที่จำเป็นสำหรับเครื่องยิงแม่เหล็กไฟฟ้า^{[ 110 ]}

ในปี 1999 ความร่วมมือระหว่าง ARL และ IAT นำไปสู่การพัฒนาวิธีการวัดรังสีเพื่อวัดการกระจายอุณหภูมิของอาร์มาเจอร์ของปืนรางไฟฟ้าในระหว่างการปล่อยประจุไฟฟ้าแบบพัลส์โดยไม่รบกวนสนามแม่เหล็ก^{[ 111 ]}ในปี 2001 ARL เป็นแห่งแรกที่ได้รับชุดข้อมูลความแม่นยำของกระสุนที่ยิงด้วยปืนแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้การทดสอบแบบกระโดด^{[ 112 ]}ในปี 2004 นักวิจัยของ ARL ได้ตีพิมพ์เอกสารที่ตรวจสอบปฏิสัมพันธ์ของพลาสมาอุณหภูมิสูงเพื่อวัตถุประสงค์ในการพัฒนาตัวจุดระเบิดปืนรางไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ^{[ 113 ]}เอกสารในช่วงแรกอธิบายถึงกลุ่มปฏิสัมพันธ์ระหว่างพลาสมาและเชื้อเพลิงที่ ARL และความพยายามของพวกเขาในการทำความเข้าใจและแยกแยะความแตกต่างระหว่างผลกระทบทางเคมี ความร้อน และรังสีของพลาสมาที่มีต่อเชื้อเพลิงแข็งแบบดั้งเดิม โดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนและเทคนิคการวินิจฉัยอื่นๆ พวกเขาได้ประเมินผลกระทบของพลาสมาต่อวัสดุเชื้อเพลิงเฉพาะอย่างละเอียด^{[ 114 ]}^{[ 113 ]}^{[ 115 ]}

สาธารณรัฐประชาชนจีน

จีนกำลังพัฒนาระบบปืนรางของตนเอง^{[ 116 ]}ตาม รายงานของ CNBCจากหน่วยข่าวกรองของสหรัฐฯ ระบบปืนรางของจีนถูกเปิดเผยครั้งแรกในปี 2011 และเริ่มการทดสอบภาคพื้นดินในปี 2014 ระหว่างปี 2015 ถึง 2017 ระบบอาวุธนี้ได้รับความสามารถในการโจมตีในระยะไกลขึ้นด้วยความรุนแรงที่เพิ่มขึ้น ระบบอาวุธนี้ได้รับการติดตั้งบน เรือ ของกองทัพเรือจีน สำเร็จ ในเดือนธันวาคม 2017 โดยมีการทดสอบในทะเลในภายหลัง^{[ 117 ]}

ในช่วงต้นเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2561 ภาพที่อ้างว่าเป็นปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าของจีนถูกเผยแพร่ทางออนไลน์ ในภาพ ปืนดังกล่าวติดตั้งอยู่บนหัวเรือของเรือยกพลขึ้นบกชั้น Type 072III ชื่อ Haiyangshanสื่อต่างๆ ชี้ว่าระบบนี้พร้อมสำหรับการทดสอบแล้วหรือกำลังจะพร้อมในเร็วๆ นี้^{[ 118 ]}^{[ 119 ]}ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2561 มีรายงานว่าจีนยืนยันว่าได้เริ่มทดสอบปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าในทะเลแล้ว^{[ 120 ]}^{[ 121 ]}

อินเดีย

ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2560 องค์การวิจัยและพัฒนาการป้องกันประเทศของอินเดียได้ทำการทดสอบปืนแม่เหล็กไฟฟ้าแบบ ลำกล้องสี่เหลี่ยมขนาด 12 มม. ได้สำเร็จ มีการวางแผนที่จะทดสอบรุ่นขนาด 30 มม. อินเดียตั้งเป้าที่จะยิงกระสุนหนัก 1 กิโลกรัมด้วยความเร็วมากกว่า 2,000 เมตร/วินาที โดยใช้ชุดตัวเก็บประจุขนาด 10 เมกะจูล^[¹²²^]^[⁶²^]ปืนแม่เหล็กไฟฟ้าและอาวุธพลังงานแบบกำหนด ทิศทาง เป็นหนึ่งในระบบที่กองทัพเรืออินเดียตั้งเป้าที่จะจัดหาในแผนการปรับปรุงให้ทันสมัยจนถึงปี พ.ศ. 2563 ^[¹²³^]

ญี่ปุ่น

กระทรวงกลาโหมของญี่ปุ่นเริ่มทำการสำรวจเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับปืนรางทั้งในประเทศและต่างประเทศในปี 2558 โดยดำเนินการวิจัยพื้นฐานโดยใช้ปืนรางขนาดเล็กที่มีลำกล้องขนาด 16 มม. ^{[ 124 ]}^{[ 125 ]}

ภายในปี 2016 รัฐบาลญี่ปุ่นได้สรุปว่าความร่วมมือทางเทคโนโลยีกับสหรัฐอเมริกาเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานปืนราง และความร่วมมือดังกล่าวจะต้องอาศัยความรู้ทางเทคโนโลยีจากฝ่ายญี่ปุ่น^{[ 125 ]}ดังนั้น การพัฒนาอย่างเต็มรูปแบบจึงเริ่มต้นขึ้นในปีนั้น^{[ 125 ]}ตั้งแต่ปีงบประมาณ 2016 ถึงปีงบประมาณ 2022 ได้มีการวิจัยเกี่ยวกับระบบเร่งความเร็วด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า และตั้งเป้าหมายที่จะเพิ่มความเร็ว เริ่มต้นของกระสุน และปรับปรุงความทนทานของรางในปืนรางขนาด 40 มม. แบบยิงทีละนัด^{[ 124 ]}ผลการทดสอบที่เผยแพร่ในภายหลังแสดงให้เห็นว่าปืนรางมีความเร็วเริ่มต้นที่เสถียรมากกว่า 2,000 ม./วินาที ในระหว่างการยิงซ้ำ 120 นัด ซึ่งเป็นความเร็วเป้าหมาย ปืนรางยังไม่แสดงความเสียหายอย่างมีนัยสำคัญบนรางใกล้ตำแหน่งเริ่มต้นของกระสุน ในขณะที่การศึกษาครั้งก่อนๆ แสดงให้เห็นถึงการกัดเซาะอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นการยืนยันถึงการลดความเสียหายของราง^{[ 126 ]}การทดสอบใช้ตู้คอนเทนเนอร์ ขนาด 20 ฟุตหนึ่ง ตู้เป็นเครื่องชาร์จ และตัวเก็บประจุความจุ 5 MJซึ่งประกอบด้วยตู้คอนเทนเนอร์ขนาด 20 ฟุตสามตู้เพื่อยิงกระสุน สองประเภท (ความยาวรวมประมาณ 160 มม. มวลประมาณ 320 กรัม): กระสุนแยกส่วน (分離弾) ซึ่งจะคล้ายกับการใช้งานจริงและคำนึง ถึง การเจาะ เกราะและกระสุนรวม (一体弾) ซึ่งถูกทำให้ง่ายขึ้นจากกระสุนแยกส่วนเพื่อลดต้นทุน ปืนมีความยาวประมาณ 6 เมตรและมีมวล8 ตัน^[¹²⁷^]

ในการประเมินโครงการเบื้องต้นสำหรับปีงบประมาณ 2021 ซึ่งเผยแพร่โดยกระทรวงกลาโหมเมื่อวันที่ 2 กันยายน 2022 ได้มีการประกาศว่าจะดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับปืนรางตั้งแต่ปีงบประมาณ 2022 ถึงปีงบประมาณ 2026 ^{[ 128 ]}การวิจัยนี้มุ่งเน้นไปที่ "ปืนรางในอนาคตที่สามารถยิง กระสุนความเร็ว เหนือเสียงด้วยอัตราการยิงสูงเพื่อต่อต้านภัยคุกคามเช่นขีปนาวุธความเร็วเหนือเสียง " ^{[ 129 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การวิจัยเกี่ยวกับกลไกสำหรับการยิงต่อเนื่อง เสถียรภาพการบินนอกลำกล้อง การควบคุมการยิง และความเสียหายของปืนรางได้รับการกล่าวถึงว่าเป็นประเด็นที่น่าสนใจ^{[ 127 ]}

เมื่อวันที่ 17 ตุลาคม พ.ศ. 2566 หน่วยงานจัดซื้อ เทคโนโลยี และโลจิสติกส์ (ATLA) ประกาศใน บัญชี X อย่างเป็นทางการ ว่า พวกเขาได้ "ทำการทดสอบยิงปืนรางไฟฟ้าบนเรือเป็นครั้งแรกของโลก" ( sic ) ^{[ 130 ]}พร้อมวิดีโอภาพปืนรางไฟฟ้าที่ยิงกระสุนลงสู่มหาสมุทรจากเรือ^{[ 131 ]} ต่อมา กองเรือป้องกันตนเองของกองทัพเรือญี่ปุ่นได้บอกเป็นนัยในข่าวประชาสัมพันธ์ว่าJS Asuka มีส่วนร่วม ในการทดสอบยิงบนเรือ^[¹³²^]

ปัญหา

ปัญหาใหญ่

ต้องมีการแก้ไขอุปสรรคทางเทคโนโลยีและการปฏิบัติงานที่สำคัญหลายประการก่อนที่จะสามารถนำปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าไปใช้งานได้:

ความทนทานของปืนราง:จนถึงปัจจุบัน การสาธิตปืนรางต่อสาธารณะยังไม่แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการยิงกระสุนเต็มกำลังหลายนัดจากรางชุดเดียวกัน อย่างไรก็ตาม กองทัพเรือสหรัฐฯ อ้างว่าสามารถยิงได้หลายร้อยนัดจากรางชุดเดียวกัน ในแถลงการณ์เมื่อเดือนมีนาคม 2557 ต่อคณะอนุกรรมการข่าวกรอง ภัยคุกคามที่เกิดขึ้นใหม่ และขีดความสามารถของคณะกรรมการบริการกองทัพสภาผู้แทนราษฎร พลเรือเอกแมทธิว คลันเดอร์ หัวหน้าฝ่ายวิจัยกองทัพเรือ กล่าวว่า "อายุการใช้งานของลำกล้องเพิ่มขึ้นจากหลายสิบนัดเป็นมากกว่า 400 นัด โดยมีเส้นทางโครงการที่จะบรรลุ 1,000 นัด" ^{[ 86 ]} อย่างไรก็ตาม สำนักงานวิจัยกองทัพเรือ (ONR) ไม่ยืนยันว่า 400 นัดนั้นเป็นการยิงเต็มกำลัง นอกจากนี้ ยังไม่มีการเผยแพร่สิ่งใดที่บ่งชี้ว่ามีปืนรางระดับเมกะจูลสูงใด ๆ ที่มีความสามารถในการยิงกระสุนเต็มกำลังหลายร้อยนัดในขณะที่ยังคงอยู่ภายในพารามิเตอร์การปฏิบัติงานที่เข้มงวดซึ่งจำเป็นต่อการยิงปืนรางอย่างแม่นยำและปลอดภัย ปืนรางควรจะสามารถยิงได้ 6 นัดต่อนาที โดยมีอายุการใช้งานรางประมาณ 3,000 นัด ทนต่อแรงเร่งในการยิงหลายหมื่นจี แรงดันสูงมาก และกระแสไฟฟ้าระดับเมกะแอมแปร์ แต่สิ่งนี้ยังไม่สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน^{[ 133 ]}^{[ 134 ]}
การนำทางกระสุน:ความสามารถในอนาคตที่สำคัญต่อการใช้งานอาวุธรางปืนจริงคือการพัฒนาระบบนำทางที่มีประสิทธิภาพซึ่งจะช่วยให้รางปืนสามารถยิงเป้าหมายที่อยู่ไกลออกไปหรือยิงขีปนาวุธที่เข้ามาได้ การพัฒนาระบบดังกล่าวเป็นความท้าทายอย่างมาก RFP Navy SBIR 2012.1 – หัวข้อ N121-102 ^{[ 135 ]} ของกองทัพเรือสหรัฐฯ สำหรับการพัฒนาระบบดังกล่าวให้ภาพรวมที่ดีเกี่ยวกับความท้าทายในการนำทางกระสุนของรางปืน:
บรรจุภัณฑ์ต้องมีขนาดที่พอดีกับข้อจำกัดด้านมวล (< 2 กก.) เส้นผ่านศูนย์กลาง (< 40 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก) และปริมาตร (200 ซม. ^³ ) ของกระสุน และต้องไม่ทำให้จุดศูนย์ถ่วงเปลี่ยนแปลง นอกจากนี้ยังต้องสามารถทนต่อแรงเร่งอย่างน้อย 20,000 g (เกณฑ์ขั้นต่ำ) / 40,000 g (เป้าหมาย) ในทุกแกน สนามแม่เหล็กไฟฟ้าสูง (E > 5,000 V/m, B > 2 T) และอุณหภูมิพื้นผิว > 800 องศาเซลเซียส บรรจุภัณฑ์ต้องสามารถทำงานได้ในสภาวะที่มีพลาสมาที่อาจเกิดขึ้นในลำกล้องหรือที่ปากกระบอกปืน และต้องทนต่อรังสีเนื่องจากการบินนอกชั้นบรรยากาศ การใช้พลังงานทั้งหมดต้องน้อยกว่า 8 วัตต์ (เกณฑ์ขั้นต่ำ) / 5 วัตต์ (เป้าหมาย) และแบตเตอรี่ต้องมีอายุการใช้งานอย่างน้อย 5 นาที (นับจากเริ่มยิง) เพื่อให้สามารถใช้งานได้ตลอดการต่อสู้ เพื่อให้มีราคาที่เหมาะสม ต้นทุนการผลิตต่อกระสุนหนึ่งนัดต้องต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยมีเป้าหมายอยู่ที่ต่ำกว่า 1,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อหน่วย

เมื่อวันที่ 22 มิถุนายน 2558 บริษัท General Atomics' Electromagnetic Systems ได้ประกาศว่ากระสุนที่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในตัวสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมการยิงของปืนรางได้ทั้งหมด และปฏิบัติหน้าที่ตามที่ตั้งใจไว้ในการทดสอบต่อเนื่อง 4 ครั้ง ในวันที่ 9 และ 10 มิถุนายน ที่สนามทดสอบ Dugway Proving Ground ของกองทัพบกสหรัฐฯ ในรัฐยูทาห์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในตัวสามารถวัดความเร่งภายในลำกล้องและพลศาสตร์ของกระสุนได้สำเร็จ เป็นระยะทางหลายกิโลเมตร ซึ่งจำเป็นสำหรับการนำทางที่แม่นยำ ระบบเชื่อมโยงข้อมูลแบบบูรณาการยังคงทำงานต่อไปได้แม้หลังจากที่กระสุนตกกระทบพื้นทะเลทรายแล้ว^{[ 136 ]}

ดูเพิ่มเติม

ตัวเร่งความเร็วแรม
โครงการบาบิโลน
การปล่อยจรวดขึ้นสู่อวกาศ
เทคโนโลยีไฟฟ้าความร้อนเคมี
ปืนรางพลาสม่า
คอยล์กัน
การระดมยิงจลน์
ปืนใหญ่ V-3 : ปืนขับเคลื่อนแบบหลายขั้นตอนอีกชนิดหนึ่ง
USNS Trenton (T-EPF-5) เรือลำแรกที่ติดตั้งปืนราง^{[ 137 ]}
เทเลฟอร์ซ (Teleforce ) คืออุปกรณ์ที่คล้ายกันซึ่งคิดค้นโดยนิโคลา เทสลาโดยใช้แรงผลักทางไฟฟ้าสถิตในการเร่งความเร็วของวัตถุที่พุ่งออกไป

ลิงก์ภายนอก

"ชมการยิงปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าของกองทัพเรือจากทุกมุมมอง ปืนรางแม่เหล็กไฟฟ้าทำการยิงนัดแรกในชุดการทดสอบประจำการ"นิตยสารPopular Mechanics 21 มีนาคม 2017รวมวิดีโอจาก YouTube เมื่อเดือนพฤศจิกายน 2559

[ 1 ]

[

[

[

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

10

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[

[

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 28 ]

[ 29 ]

[

[

[

[

[ 36 ]

[ 37 ]

[ 38 ]

[ 39 ]

[ 40 ]

[ 41 ]

[ 42 ]

[ 43 ]

[ 44 ]

[ 45 ]

[ 46 ]

[ 47 ]

48 ] วัสดุ

[ 49 ]

[ 50 ]

[ 51 ]

[ 52 ]

[

[

[

[ 56 ]

[ 57 ]

[

[ 59 ]

[ 60 ]

[ 61 ]

63

64

65

[

[ 67

[

[ 69 ]

[ 70 ]

[ 71 ]

[

[

[ 74 ]

[ 75 ]

[ 76 ]

[

[ 78 ]

79

[

[

[ 82 ]

[ 83 ]

[ 84 ]

[

[

[

[ 88 ]

[ 89 ]

[

[

[

[

[ 94 ]

[ 95 ]

[ 96 ]

[ 97 ]

[ 98 ]

[ 99 ]

[ 100 ]

[ 101 ]

[ 102 ]

[ 103 ]

[ 104 ]

[ 105 ]

ไม่มีชื่อบทความ