Cañón de riel
Un cañón de riel (también escrito cañón de riel) es un dispositivo de motor lineal, típicamente diseñado como un arma, que utiliza la fuerza electromagnética para lanzar proyectiles de alta velocidad. El proyectil normalmente no contiene explosivos, sino que depende de la alta energía cinética del proyectil para infligir daño. El cañón de riel usa un par de conductores paralelos (rieles), a lo largo de los cuales una armadura deslizante es acelerada por los efectos electromagnéticos de una corriente que fluye por un riel, hacia la armadura y luego regresa a lo largo del otro riel. Se basa en principios similares a los del motor homopolar.
A partir de 2020, los cañones de riel se han investigado como armas que utilizan fuerzas electromagnéticas para impartir una energía cinética muy alta a un proyectil (por ejemplo, APFSDS) en lugar de usar propulsores convencionales. Mientras que los cañones militares de propulsión explosiva no pueden alcanzar fácilmente una velocidad inicial de más de ≈2 km/s (Mach 5,9), los cañones de riel pueden superar fácilmente los 3 km/s (Mach 8,8). Para un proyectil similar, el alcance de los cañones de riel puede exceder el de los cañones convencionales. La fuerza destructiva de un proyectil depende de su energía cinética (la masa del proyectil multiplicada por su velocidad al cuadrado, dividida por 2) en el punto de impacto. Debido a la velocidad potencialmente más alta de un proyectil lanzado con un cañón de riel, su fuerza puede ser mucho mayor que la de los proyectiles lanzados convencionalmente de la misma masa. También son ventajosas la ausencia de propulsores explosivos o ojivas para almacenar y manipular, así como el bajo costo de los proyectiles en comparación con el armamento convencional.
Los cañones de riel aún se encuentran en la etapa de investigación después de décadas de investigación y desarrollo, y queda por ver si se implementarán como armas militares prácticas en el futuro previsible. Cualquier análisis de compensación entre los sistemas de propulsión electromagnéticos (EM) y los propulsores químicos para aplicaciones de armas también debe tener en cuenta su durabilidad, disponibilidad y economía, así como la novedad, el volumen, la alta demanda de energía y la complejidad de las fuentes de alimentación pulsada que se utilizan. necesario para los sistemas de lanzamiento electromagnéticos.
Conceptos básicos
El cañón de riel en su forma más simple se diferencia de un motor eléctrico tradicional en que no se utilizan devanados de campo adicionales (o imanes permanentes). Esta configuración básica está formada por un solo bucle de corriente y, por lo tanto, requiere corrientes altas (del orden de un millón de amperios) para producir suficientes aceleraciones (y velocidades de salida). Una variante relativamente común de esta configuración es el cañón de riel aumentado en el que la corriente de conducción se canaliza a través de pares adicionales de conductores paralelos, dispuestos para aumentar ('aumentar') el campo magnético experimentado por la armadura móvil. Estos arreglos reducen la corriente requerida para una aceleración dada. En la terminología de motores eléctricos, los cañones de riel aumentados suelen ser configuraciones de bobinado en serie. Algunos cañones de riel también usan fuertes imanes de neodimio con el campo perpendicular al flujo de corriente para aumentar la fuerza sobre el proyectil.
La armadura puede ser una parte integral del proyectil, pero también puede estar configurada para acelerar un proyectil separado, eléctricamente aislado o no conductor. Los conductores deslizantes metálicos sólidos son a menudo la forma preferida de armadura de cañón de riel, pero el plasma o 'híbrido' También se pueden utilizar armaduras. Una armadura de plasma está formada por un arco de gas ionizado que se utiliza para empujar una carga útil sólida no conductora de manera similar a la presión del gas propulsor en un arma convencional. Una armadura híbrida utiliza un par de contactos de plasma para conectar una armadura metálica a los rieles de las armas. Las armaduras sólidas también pueden 'transición' en armaduras híbridas, generalmente después de que se exceda un umbral de velocidad particular. La alta corriente requerida para alimentar un cañón de riel puede ser proporcionada por varias tecnologías de suministro de energía, como condensadores, generadores de pulsos y generadores de discos.
Para aplicaciones militares potenciales, los cañones suelen ser de interés porque pueden alcanzar velocidades mucho mayores que las armas propulsadas por propulsores químicos convencionales. El aumento de las velocidades de boquilla con mejores proyectiles aerodinámicamente aerodinámicos puede transmitir los beneficios del aumento de los rangos de disparos, mientras que, en términos de efectos objetivos, el aumento de las velocidades de las terminales puede permitir el uso de rondas de energía cinética que incorporan la orientación de golpes a matar, como sustitutos de los proyectiles explosivos. Por lo tanto, los diseños típicos de férulas militares apuntan a velocidades de boquilla en el rango de 2.000–3,500 m/s (4,500–7,800 mph; 7,200–12,600 km/h) con energías de boquilla de 5–50 megajoules (MJ). Para comparación, 50MJ es equivalente a la energía cinética de un autobús escolar que pesa 5 toneladas métricas, viajando a 509 km/h (316 mph; 141 m/s). En el caso de las pistolas únicas, estos requisitos de la misión requieren corrientes de lanzamiento de unos pocos millones de amperios, por lo que una fuente de alimentación típica de las pistolas ferroviarias podría diseñarse para ofrecer una corriente de lanzamiento de 5 MA por unos pocos milisegundos. Como las fortalezas de campo magnético requeridas para tales lanzamientos normalmente serán aproximadamente 10 tesla (100 kilogauss), la mayoría de los diseños de pistolas contemporáneas son efectivamente acorazados por aire, es decir, no utilizan materiales ferromagnéticos como el hierro para mejorar el flujo magnético. Sin embargo, si el barril está hecho de un material permeable magnéticamente, la fuerza de campo magnético aumenta debido al aumento de la permeabilidad (μ = μ0*μr, donde μ es la permeabilidad efectiva, μ0 es la permeabilidad constante y μr es la relativa permeabilidad del barril, y B=μ μ H{displaystyle mathbf {B} =mu mathbf {H}). El campo "sentido" por la armadura es proporcional a B{displaystyle mathbf {B}, por lo que el aumento del campo aumenta la fuerza en el proyectil.
Las velocidades de los cañones de riel generalmente caen dentro del rango de las alcanzables por los cañones de gas ligero de dos etapas; sin embargo, estos últimos generalmente solo se consideran adecuados para uso en laboratorio, mientras que se considera que los cañones de riel ofrecen algunas perspectivas potenciales de desarrollo como armas militares. Se proyectó un cañón de gas ligero, el cañón de gas ligero de combustión en forma de prototipo de 155 mm para alcanzar 2500 m/s con un cañón de calibre 70. En algunos proyectos de investigación de hipervelocidad, los proyectiles se 'preinyectan' en cañones de riel, para evitar la necesidad de un arranque parado, y para esta función se han utilizado tanto cañones de gas ligero de dos etapas como cañones de pólvora convencionales. En principio, si la tecnología de suministro de energía de cañones de riel puede desarrollarse para proporcionar unidades ligeras, seguras, compactas, confiables y con capacidad de supervivencia en combate, entonces el volumen y la masa totales del sistema necesarios para acomodar dicho suministro de energía y su combustible principal pueden ser menores que los requeridos. volumen total y masa para una cantidad equivalente de misión de propulsores convencionales y municiones explosivas. Podría decirse que dicha tecnología ha madurado con la introducción del Sistema de lanzamiento de aeronaves electromagnéticas (EMALS) (aunque los cañones de riel requieren potencias de sistema mucho más altas, porque se deben entregar energías aproximadamente similares en unos pocos milisegundos, en lugar de unos pocos segundos). Tal desarrollo entonces transmitiría una ventaja militar adicional en el sentido de que la eliminación de explosivos de cualquier plataforma de armas militares disminuirá su vulnerabilidad al fuego enemigo.
Historia
El concepto del cañón de riel fue introducido por primera vez por el inventor francés André Louis Octave Fauchon-Villeplée, quien creó un pequeño modelo de trabajo en 1917 con la ayuda de la Société anonyme des Accumulurs Tudor (ahora Tudor Batteries). Durante la Primera Guerra Mundial, el director francés de Invenciones del Ministerio de Armamentos, Jules-Louis Brenton, encargó a Fauchon-Villeplee que desarrollara un cañón eléctrico de 30 mm a 50 mm el 25 de julio de 1918, después de que los delegados de la Comisión de Invenciones presenciaran pruebas de prueba del modelo de trabajo en 1917. Sin embargo, el proyecto se abandonó una vez que terminó la Primera Guerra Mundial ese mismo año, el 11 de noviembre de 1918. Fauchon-Villeplee solicitó una patente estadounidense el 1 de abril de 1919, que se emitió en julio de 1922 como patente no. 1.421.435 "Aparatos Eléctricos para Propulsar Proyectiles". En su dispositivo, dos barras colectoras paralelas están conectadas por las alas de un proyectil, y todo el aparato está rodeado por un campo magnético. Al pasar la corriente a través de las barras colectoras y el proyectil, se induce una fuerza que impulsa el proyectil a lo largo de las barras colectoras y lo pone en vuelo.
En 1923, el científico ruso A. L. Korol'kov detalló sus críticas al diseño de Fauchon-Villeplee, argumentando en contra de algunas de las afirmaciones de Fauchon-Villeplee sobre las ventajas de su invento. Korol'kov finalmente llegó a la conclusión de que, si bien la construcción de un cañón eléctrico de largo alcance estaba dentro del ámbito de la posibilidad, la aplicación práctica del cañón de riel de Fauchon-Villeplee se vio obstaculizada por su enorme consumo de energía eléctrica y la necesidad de un dispositivo eléctrico especial. generador de considerable capacidad para alimentarlo.
En 1944, durante la Segunda Guerra Mundial, Joachim Hänsler, de la Oficina de Artillería de Alemania, propuso el primer cañón de riel teóricamente viable. A fines de 1944, la teoría detrás de su cañón antiaéreo eléctrico se había desarrollado lo suficiente como para permitir que el Flak Command de la Luftwaffe emitiera una especificación que exigía una velocidad inicial de 2000 m/s (4500 mph; 7200 km/ h; 6.600 ft/s) y un proyectil que contiene 0,5 kg (1,1 lb) de explosivo. Las armas debían montarse en baterías de seis disparando doce rondas por minuto, y debían adaptarse a las monturas FlaK 40 de 12,8 cm existentes. Nunca se construyó. Cuando se descubrieron los detalles después de la guerra, despertó mucho interés y se hizo un estudio más detallado, que culminó con un informe de 1947 que concluyó que era teóricamente factible, pero que cada arma necesitaría suficiente potencia para iluminar la mitad de Chicago.
Durante 1950, Sir Mark Oliphant, físico australiano y primer director de la Escuela de Investigación de Ciencias Físicas de la nueva Universidad Nacional de Australia, inició el diseño y la construcción del generador homopolar más grande del mundo (500 megajulios). Esta máquina estuvo operativa desde 1962 y luego se usó para impulsar un cañón de riel a gran escala que se usó como experimento científico.
En 1980, el Laboratorio de Investigación Balística (posteriormente consolidado para formar el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU.) inició un programa a largo plazo de investigación teórica y experimental sobre cañones de riel. El trabajo se llevó a cabo principalmente en Aberdeen Proving Ground, y gran parte de la investigación inicial se inspiró en los experimentos con cañones de riel realizados por la Universidad Nacional de Australia. Los temas de investigación incluyeron la dinámica del plasma, los campos electromagnéticos, la telemetría y el transporte de corriente y calor. Si bien la investigación militar sobre tecnología de cañones de riel en los Estados Unidos se produjo de manera continua en las décadas siguientes, la dirección y el enfoque que tomó cambió drásticamente con cambios importantes en los niveles de financiación y las necesidades de las diferentes agencias gubernamentales. En 1984, la formación de la Organización de Iniciativa de Defensa Estratégica provocó que los objetivos de investigación cambiaran hacia el establecimiento de una constelación de satélites para interceptar misiles balísticos intercontinentales. Como resultado, el ejército de los EE. UU. se centró en desarrollar pequeños proyectiles guiados que pudieran resistir el lanzamiento de alta G de los cañones de riel con armadura de plasma de ultra alta velocidad. Pero después de la publicación de un importante estudio de la Junta de Ciencias de la Defensa en 1985, se asignó al Ejército de EE. UU., el Cuerpo de Marines y DARPA para desarrollar tecnologías de lanzamiento electromagnético antiblindaje para vehículos de combate terrestres móviles. En 1990, el Ejército de EE. UU. colaboró con la Universidad de Texas en Austin para establecer el Instituto de Tecnología Avanzada (IAT), que se centró en la investigación de armaduras sólidas e híbridas, interacciones entre rieles y armaduras y materiales de lanzamiento electromagnéticos. La instalación se convirtió en el primer Centro de Investigación y Desarrollo financiado con fondos federales del Ejército y albergó algunos de los lanzadores electromagnéticos del Ejército, como el Lanzador de calibre medio.
Desde 1993, los gobiernos británico y estadounidense han colaborado en un proyecto de cañón de riel en el Centro de pruebas de armas de Dundrennan que culminó en la prueba de 2010 en la que BAE Systems disparó un proyectil de 3,2 kg (7 libras) a 18,4 megajulios [3390 m/s (7600 mph; 12 200 km/h; 11 100 ft/s)]. En 1994, el DRDO's Armament Research and Development Establishment de la India desarrolló un cañón de riel con un banco de condensadores de baja inductancia de 240 kJ que operaba a 5 kV de potencia capaz de lanzar proyectiles de 3–3,5 g de peso a una velocidad de más de 2000 m/s (4500 mph; 7200 km/h; 6600 pies/s). En 1995, el Centro de Electromagnetismo de la Universidad de Texas en Austin diseñó y desarrolló un lanzador de cañón de riel de fuego rápido llamado cañón electromagnético de calibre Cannon. El prototipo del lanzador se probó más tarde en el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU., donde demostró una eficiencia de recámara superior al 50 por ciento.
En 2010, la Marina de los Estados Unidos probó un cañón de riel de tamaño compacto diseñado por BAE Systems para el emplazamiento de barcos que aceleró un proyectil de 3,2 kg (7 libras) a velocidades hipersónicas de aproximadamente 3390 m/s (7600 mph; 12 200 km/h).; 11.100 ft/s), o aproximadamente Mach 10, con 18,4 MJ de energía cinética. Era la primera vez en la historia que se alcanzaban tales niveles de rendimiento. Le dieron al proyecto el lema "Velocitas Eradico", en latín "I, [who am] speed, erradicate"—o en la lengua vernácula, "Speed Kills". Un cañón de riel anterior del mismo diseño (32 megajulios) reside en el Centro de Pruebas de Armas de Dundrennan en el Reino Unido.
Los cañones de riel pequeños y de baja potencia también se han hecho populares en proyectos universitarios y de aficionados. Varios aficionados realizan activamente investigaciones sobre cañones de riel.
Diseño
Teoría
Un cañón de riel consta de dos rieles de metal paralelos (de ahí el nombre). En un extremo, estos rieles están conectados a una fuente de alimentación eléctrica para formar el extremo de la recámara del arma. Luego, si se inserta un proyectil conductor entre los rieles (por ejemplo, insertándolo en la recámara), completa el circuito. Los electrones fluyen desde el terminal negativo de la fuente de alimentación hacia arriba por el riel negativo, a través del proyectil y hacia abajo por el riel positivo, de regreso a la fuente de alimentación.
Esta corriente hace que el cañón de riel se comporte como un electroimán, creando un campo magnético dentro del bucle formado por la longitud de los rieles hasta la posición del inducido. De acuerdo con la regla de la mano derecha, el campo magnético circula alrededor de cada conductor. Como la corriente va en dirección opuesta a lo largo de cada riel, el campo magnético neto entre los rieles (B) se dirige en ángulo recto con el plano formado por los ejes centrales de los rieles y la armadura. En combinación con la corriente (I) en la armadura, esto produce una fuerza de Lorentz que acelera el proyectil a lo largo de los rieles, siempre fuera del bucle (independientemente de la polaridad del suministro) y lejos de la fuente de alimentación. suministro, hacia el extremo de la boca de los rieles. También hay fuerzas de Lorentz que actúan sobre los rieles e intentan separarlos, pero dado que los rieles están montados firmemente, no se pueden mover.
Por definición, si una corriente de un amperio fluye en un par de conductores paralelos ideales infinitamente largos que están separados por una distancia de un metro, entonces la magnitud de la fuerza en cada metro de esos conductores será exactamente 0,2 micro- newtons Además, en general, la fuerza será proporcional al cuadrado de la magnitud de la corriente e inversamente proporcional a la distancia entre los conductores. También se deduce que, para cañones de riel con masas de proyectiles de unos pocos kg y longitudes de cañón de unos pocos m, se requerirán corrientes muy grandes para acelerar los proyectiles a velocidades del orden de 1000 m/s.
Una fuente de alimentación muy grande, del orden de un millón de amperios de corriente, creará una tremenda fuerza en el proyectil, acelerándolo a una velocidad de muchos kilómetros por segundo (km/s). Aunque estas velocidades son posibles, el calor generado por la propulsión del objeto es suficiente para erosionar los rieles rápidamente. En condiciones de mucho uso, los cañones de riel actuales requerirían el reemplazo frecuente de los rieles o el uso de un material resistente al calor que sería lo suficientemente conductor para producir el mismo efecto. En este momento, generalmente se reconoce que se necesitarán grandes avances en la ciencia de los materiales y disciplinas relacionadas para producir cañones de riel de alta potencia capaces de disparar más de unos pocos tiros desde un solo juego de rieles. El cañón debe resistir estas condiciones hasta varios disparos por minuto para miles de disparos sin fallar o degradarse significativamente. Estos parámetros están mucho más allá del estado del arte en ciencia de materiales.
Consideraciones de diseño
La fuente de alimentación debe poder suministrar grandes corrientes, sostenidas y controladas durante un período de tiempo útil. El indicador más importante de la efectividad del suministro de energía es la energía que puede entregar. En diciembre de 2010, la mayor energía conocida utilizada para impulsar un proyectil de un cañón de riel fue de 33 megajulios. Las fuentes de alimentación más comunes que se utilizan en los cañones de riel son los condensadores y los compulsadores que se cargan lentamente a partir de otras fuentes de energía continua.
Los rieles deben resistir enormes fuerzas de repulsión durante el disparo, y estas fuerzas tenderán a separarlos y alejarlos del proyectil. A medida que aumentan las holguras entre rieles y proyectiles, se desarrollan arcos, lo que provoca una rápida vaporización y daños extensos en las superficies de los rieles y del aislador. Esto limitó algunos cañones de riel de investigación temprana a un disparo por intervalo de servicio.
La inductancia y la resistencia de los rieles y la fuente de alimentación limitan la eficiencia de un diseño de cañón de riel. Actualmente, se están probando diferentes formas de rieles y configuraciones de cañones de riel, en particular por parte de la Marina de los EE. UU. (Laboratorio de Investigación Naval), el Instituto de Tecnología Avanzada de la Universidad de Texas en Austin y BAE Systems.
Materiales utilizados
Los rieles y los proyectiles deben construirse con materiales conductores fuertes; los rieles deben sobrevivir a la violencia de un proyectil acelerado y al calentamiento debido a las grandes corrientes y la fricción involucradas. Algunos trabajos erróneos han sugerido que la fuerza de retroceso en los cañones de riel se puede redirigir o eliminar; Un cuidadoso análisis teórico y experimental revela que la fuerza de retroceso actúa sobre el cierre de la recámara como en un arma de fuego química. Los rieles también se repelen a sí mismos a través de una fuerza lateral causada por el campo magnético que empuja los rieles, al igual que el proyectil. Los rieles deben sobrevivir a esto sin doblarse y deben montarse de manera muy segura. El material publicado actualmente sugiere que se deben realizar importantes avances en la ciencia de los materiales antes de que se puedan desarrollar rieles que permitan que los cañones de riel disparen más de unos pocos disparos a plena potencia antes de que sea necesario reemplazar los rieles.
Disipación de calor
En los diseños actuales, la electricidad que fluye a través de los rieles genera enormes cantidades de calor, así como la fricción del proyectil que sale del dispositivo. Esto causa tres problemas principales: fusión del equipo, disminución de la seguridad del personal y detección por parte de las fuerzas enemigas debido al aumento de la firma infrarroja. Como se discutió brevemente anteriormente, las tensiones involucradas en disparar este tipo de dispositivo requieren un material extremadamente resistente al calor. De lo contrario, los rieles, el cañón y todo el equipo conectado se derretirían o sufrirían daños irreparables.
En la práctica, los rieles que se usan con la mayoría de los diseños de cañones de riel están sujetos a erosión con cada lanzamiento. Además, los proyectiles pueden estar sujetos a cierto grado de ablación, y esto puede limitar la vida útil del cañón de riel, en algunos casos severamente.
Aplicaciones
Los cañones de riel tienen una serie de posibles aplicaciones prácticas, principalmente para el ejército. Sin embargo, actualmente se están investigando otras aplicaciones teóricas.
Lanzamiento o asistencia de lanzamiento de naves espaciales
Se ha estudiado la asistencia electrodinámica al lanzamiento de cohetes. Las aplicaciones espaciales de esta tecnología probablemente implicarían bobinas electromagnéticas especialmente formadas e imanes superconductores. Es probable que se utilicen materiales compuestos para esta aplicación.
Para los lanzamientos espaciales desde la Tierra, las distancias de aceleración relativamente cortas (menos de unos pocos kilómetros) requerirían fuerzas de aceleración muy fuertes, más altas de lo que los humanos pueden tolerar. Otros diseños incluyen una pista helicoidal (espiral) más larga o un diseño de anillo grande en el que un vehículo espacial daría la vuelta al anillo varias veces, ganando velocidad gradualmente, antes de ser liberado en un corredor de lanzamiento que conduce hacia el cielo. Sin embargo, si es técnicamente factible y rentable de construir, impartir una velocidad de escape de hipervelocidad a un proyectil que se lanza al nivel del mar, donde la atmósfera es más densa, puede provocar que gran parte de la velocidad de lanzamiento se pierda debido a la resistencia aerodinámica. Además, el proyectil aún podría requerir alguna forma de guía y control a bordo para lograr un ángulo de inserción orbital útil que tal vez no se pueda lograr basándose simplemente en el ángulo de elevación hacia arriba del lanzador en relación con la superficie de la tierra (ver consideraciones prácticas de la velocidad de escape).
En 2003, Ian McNab esbozó un plan para convertir esta idea en una tecnología concreta. Debido a la fuerte aceleración, este sistema lanzaría solo materiales resistentes, como alimentos, agua y, lo más importante, combustible. Bajo circunstancias ideales (ecuador, montaña, dirección este) el sistema costaría $528/kg, comparado con $5,000/kg en el cohete convencional. El cañón de riel McNab podría realizar aproximadamente 2000 lanzamientos por año, para un total máximo de 500 toneladas lanzadas por año. Debido a que la pista de lanzamiento tendría 1,6 km de largo, la energía será suministrada por una red distribuida de 100 máquinas rotativas (compulsador) repartidas a lo largo de la pista. Cada máquina tendría un rotor de fibra de carbono de 3,3 toneladas girando a altas velocidades. Una máquina puede recargarse en cuestión de horas con una potencia de 10 MW. Esta máquina podría ser alimentada por un generador dedicado. El paquete de lanzamiento total pesaría casi 1,4 toneladas. La carga útil por lanzamiento en estas condiciones supera los 400 kg. Habría un campo magnético operativo máximo de 5 T, la mitad de esto proveniente de los rieles y la otra mitad de los imanes en aumento. Esto reduce a la mitad la corriente requerida a través de los rieles, lo que reduce la potencia cuatro veces.
La NASA ha propuesto utilizar un cañón de riel para lanzar "aviones en forma de cuña con scramjets" a gran altitud a Mach 10, donde luego lanzaría una pequeña carga útil en órbita usando propulsión de cohete convencional. Las fuerzas g extremas involucradas con el lanzamiento directo desde tierra del cañón de riel al espacio pueden restringir el uso solo a las cargas útiles más resistentes. Alternativamente, se pueden usar sistemas de rieles muy largos para reducir la aceleración de lanzamiento requerida.
Armas
Los cañones de riel se están investigando como armas con proyectiles que no contienen explosivos ni propulsores, pero que alcanzan velocidades extremadamente altas: 2500 m/s (8200 pies/s) (aproximadamente Mach 7 al nivel del mar) o más. A modo de comparación, el rifle M16 tiene una velocidad inicial de 930 m/s (3050 pies/s) y el cañón Mark 7 de 16 pulgadas/calibre 50 que armó a los acorazados estadounidenses de la Segunda Guerra Mundial tiene una velocidad inicial de 760 m/s (2,490 ft/s), que debido a su masa de proyectil mucho mayor (hasta 2,700 libras) generó una energía inicial de 360 MJ y un impacto cinético de energía de rango inferior de más de 160 MJ (ver también Proyecto HARP). Al disparar proyectiles más pequeños a velocidades extremadamente altas, los cañones de riel pueden producir impactos de energía cinética iguales o superiores a la energía destructiva de los cañones navales Mark 45 de calibre 5 y 54 (que alcanzan hasta 10 MJ en la boca), pero con mayor alcance.. Esto reduce el tamaño y el peso de las municiones, lo que permite transportar más municiones y elimina los peligros de transportar explosivos o propulsores en un tanque o plataforma de armas navales. Además, al disparar proyectiles más aerodinámicos aerodinámicos a mayores velocidades, los cañones de riel pueden lograr un mayor alcance, menos tiempo para alcanzar el objetivo y, a distancias más cortas, menos deriva del viento, evitando las limitaciones físicas de las armas de fuego convencionales: "los límites de la expansión del gas prohíben el lanzamiento". un proyectil sin ayuda a velocidades superiores a aproximadamente 1,5 km/s y alcances de más de 50 millas [80 km] desde un sistema práctico de cañón convencional."
Las tecnologías actuales de cañones de riel requieren un cañón largo y pesado, pero la balística de un cañón de riel supera con creces a los cañones convencionales de la misma longitud de cañón. Los cañones de riel también pueden generar daño de área de efecto al detonar una carga explosiva en el proyectil que libera un enjambre de proyectiles más pequeños sobre un área grande.
Suponiendo que se superen los muchos desafíos técnicos que enfrentan los cañones de riel de campo, incluidos problemas como la guía del proyectil del cañón de riel, la resistencia del riel y la capacidad de supervivencia en combate y la confiabilidad del suministro de energía eléctrica, las mayores velocidades de lanzamiento de los cañones de riel pueden brindar ventajas sobre las armas más convencionales para una variedad de escenarios ofensivos y defensivos. Los cañones de riel tienen un potencial limitado para usarse contra objetivos tanto de superficie como aéreos.
El primer cañón de riel armado planificado para la producción, el sistema Blitzer de General Atomics, comenzó la prueba completa del sistema en septiembre de 2010. El arma lanza una ronda de sabot de descarte optimizada diseñada por Phantom Works de Boeing a 1600 m/s (5200 pies). /s) (aproximadamente Mach 5) con aceleraciones superiores a 60.000 gn. Durante una de las pruebas, el proyectil pudo viajar 7 kilómetros (4,3 mi) más hacia abajo después de penetrar un 1 Placa de acero de ⁄8 pulgadas (3,2 mm) de espesor. La empresa espera tener una demostración integrada del sistema para 2016 seguida de producción para 2019, pendiente de financiación. Hasta el momento, el proyecto es autofinanciado.
En octubre de 2013, General Atomics presentó una versión terrestre del cañón de riel Blitzer. Un funcionario de la compañía afirmó que el arma podría estar lista para la producción en "dos o tres años".
Los cañones de riel están siendo examinados para su uso como armas antiaéreas para interceptar amenazas aéreas, en particular misiles de crucero antibuque, además del bombardeo terrestre. Un misil antibuque supersónico que roza el mar puede aparecer en el horizonte a 20 millas de un buque de guerra, dejando un tiempo de reacción muy corto para que un barco lo intercepte. Incluso si los sistemas de defensa convencionales reaccionan lo suficientemente rápido, son costosos y solo se puede transportar una cantidad limitada de interceptores grandes. Un proyectil de cañón de riel puede alcanzar varias veces la velocidad del sonido más rápido que un misil; debido a esto, puede alcanzar un objetivo, como un misil de crucero, mucho más rápido y más lejos del barco. Los proyectiles también suelen ser mucho más baratos y pequeños, lo que permite transportar muchos más (no tienen sistemas de guía y dependen del cañón de riel para suministrar su energía cinética, en lugar de proporcionarla ellos mismos). La velocidad, el costo y las ventajas numéricas de los sistemas de cañones de riel pueden permitirles reemplazar varios sistemas diferentes en el enfoque actual de defensa en capas. Un proyectil de cañón de riel sin la capacidad de cambiar de rumbo puede golpear misiles de movimiento rápido a un alcance máximo de 30 nmi (35 mi; 56 km). Como es el caso con el Phalanx CIWS, las rondas de cañones de riel no guiados requerirán múltiples/muchos disparos para derribar misiles antibuque supersónicos maniobrables, y las probabilidades de golpear el misil mejoran dramáticamente a medida que se acerca. La Marina planea que los cañones de riel puedan interceptar misiles balísticos endoatmosféricos, amenazas aéreas sigilosas, misiles supersónicos y amenazas de superficie en enjambre; un sistema prototipo para apoyar las tareas de intercepción estará listo para 2018 y operativo para 2025. Este plazo sugiere que se planea instalar las armas en los combatientes de superficie de próxima generación de la Armada, que se espera que comiencen a construirse para 2028.
BAE Systems estuvo en un momento interesado en instalar cañones de riel en su Future Fighting Vehicle.
India ha probado con éxito su propio cañón de riel. Rusia, China, ASELSAN de Turquía y Yeteknoloji también están desarrollando cañones de riel.
Cañón de riel helicoidal
Los cañones de riel helicoidales son cañones de riel de varias vueltas que reducen la corriente del riel y de la escobilla en un factor igual al número de vueltas. Dos rieles están rodeados por un cañón helicoidal y el portador del proyectil o reutilizable también es helicoidal. El proyectil es energizado continuamente por dos escobillas que se deslizan a lo largo de los rieles, y dos o más escobillas adicionales en el proyectil sirven para energizar y conmutar varias vueltas de la dirección del cilindro helicoidal delante y/o detrás del proyectil. El cañón de riel helicoidal es un cruce entre un cañón de riel y un cañón de bobina. Actualmente no existen en una forma práctica y utilizable.
Un cañón de riel helicoidal fue construido en el MIT en 1980 y fue alimentado por varios bancos de, para el momento, grandes condensadores (aproximadamente 4 faradios). Tenía unos 3 metros de largo, y constaba de 2 metros de bobina de aceleración y 1 metro de bobina de desaceleración. Era capaz de lanzar un planeador o proyectil a unos 500 metros.
Cañón de riel de plasma
Un cañón de riel de plasma es un acelerador lineal y un arma de energía de plasma que, como un cañón de riel de proyectiles, utiliza dos electrodos largos paralelos para acelerar un "deslizamiento corto" armadura. Sin embargo, en un cañón de riel de plasma, la armadura y el proyectil expulsado consisten en plasma, o partículas calientes, ionizadas, parecidas a un gas, en lugar de una babosa sólida de material. MARAUDER (Anillo acelerado magnéticamente para lograr radiación y energía ultradirigida) es, o fue, un proyecto del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos relacionado con el desarrollo de un cañón de plasma coaxial. Es uno de varios esfuerzos del gobierno de los Estados Unidos para desarrollar proyectiles a base de plasma. Las primeras simulaciones por computadora ocurrieron en 1990 y su primer experimento publicado apareció el 1 de agosto de 1993. A partir de 1993, el proyecto parecía estar en las primeras etapas experimentales. El arma era capaz de producir anillos de plasma en forma de rosquilla y bolas de rayos que explotaban con efectos devastadores al dar en el blanco. El éxito inicial del proyecto hizo que se clasificara y solo aparecieron unas pocas referencias a MARAUDER después de 1993.
Pruebas
Se han construido y disparado modelos a gran escala, incluido un cañón de energía cinética de 9 megajulios y 90 mm (3,5 pulgadas) de diámetro interior desarrollado por la DARPA de EE. UU. Los problemas de desgaste de rieles y aisladores aún deben resolverse antes de que los cañones de riel puedan comenzar a reemplazar las armas convencionales. Probablemente el sistema más antiguo y consistentemente exitoso fue construido por la Agencia de Investigación de Defensa del Reino Unido en Dundrennan Range en Kirkcudbright, Escocia. Este sistema se estableció en 1993 y se ha operado durante más de 10 años.
El Instituto de Tecnología Militar de Yugoslavia desarrolló, dentro de un proyecto denominado EDO-0, un cañón de riel con una energía cinética de 7 kJ en 1985. En 1987 se creó un sucesor, el proyecto EDO-1, que utilizaba proyectiles con una masa de 0,7 kg. (1,5 lb) y alcanzó velocidades de 3000 m/s (9800 ft/s), y con una masa de 1,1 kg (2,4 lb) alcanzó velocidades de 2400 m/s (7900 ft/s). Usó una longitud de pista de 0,7 m (2,3 pies). Según quienes trabajaron en él, con otras modificaciones pudo alcanzar una velocidad de 4500 m/s (14 800 pies/s). El objetivo era lograr una velocidad de proyectil de 7000 m/s (23 000 pies/s).
China es ahora uno de los principales actores en lanzadores electromagnéticos; en 2012 acogió el 16º Simposio Internacional sobre Tecnología de Lanzamiento Electromagnético (EML 2012) en Beijing. Las imágenes de satélite de finales de 2010 sugirieron que se estaban realizando pruebas en un campo de tiro blindado y de artillería cerca de Baotou, en la Región Autónoma de Mongolia Interior.
Fuerzas Armadas de los Estados Unidos
El ejército de los Estados Unidos ha expresado su interés en continuar con la investigación en tecnología de armas eléctricas a finales del siglo XX, ya que las armas electromagnéticas no requieren propulsores para disparar un tiro como lo hacen los sistemas de armas convencionales, lo que aumenta significativamente la seguridad de la tripulación y reduce los costos de logística, como así como proporcionar una mayor gama. Además, se ha demostrado que los sistemas de cañones de riel proporcionan potencialmente una mayor velocidad de los proyectiles, lo que aumentaría la precisión de la defensa antitanque, de artillería y aérea al disminuir el tiempo que tarda el proyectil en llegar a su destino objetivo. A principios de la década de 1990, el ejército de los EE. UU. dedicó más de 150 millones de dólares a la investigación de armas eléctricas. En el Centro de Electromecánica de la Universidad de Texas en Austin, se han desarrollado cañones de riel militares capaces de lanzar balas perforantes de tungsteno con energías cinéticas de nueve megajulios (9 MJ). Nueve megajulios es energía suficiente para lanzar 2 kg (4,4 lb) de proyectil a 3 km/s (1,9 mi/s); a esa velocidad, una barra suficientemente larga de tungsteno u otro metal denso podría penetrar fácilmente un tanque y potencialmente pasar a través de él, (ver APFSDS).
División Dahlgren del Centro Naval de Guerra de Superficie
La División Dahlgren del Centro Naval de Guerra de Superficie de los Estados Unidos demostró un cañón de riel de 8 MJ que disparaba proyectiles de 3,2 kg (7,1 lb) en octubre de 2006 como prototipo de un arma de 64 MJ que se desplegaría a bordo de los buques de guerra de la Armada. El principal problema que ha tenido la Marina de los EE. UU. con la implementación de un sistema de cañones de cañón de riel es que los cañones se desgastan debido a las inmensas presiones, tensiones y calor que generan los millones de amperios de corriente necesarios para disparar proyectiles con megajulios de energía. Si bien no es tan poderoso como un misil de crucero como un BGM-109 Tomahawk, que entregará 3,000 MJ de energía a un objetivo, tales armas, en teoría, permitirían a la Marina entregar una potencia de fuego más granular a una fracción del costo de un misil, y será mucho más difícil de derribar en comparación con los futuros sistemas defensivos. Por contexto, otra comparación relevante es el cañón Rheinmetall de 120 mm utilizado en los tanques de batalla principales, que genera 9 MJ de energía de boca.
En 2007, BAE Systems entregó un prototipo de 32 MJ (energía de boca) a la Marina de los EE. UU. La misma cantidad de energía se libera con la detonación de 4,8 kg (11 lb) de C4.
El 31 de enero de 2008, la Marina de los EE. UU. probó un cañón de riel que disparaba un proyectil a 10,64 MJ con una velocidad inicial de 2520 m/s (8270 pies/s). La energía fue proporcionada por un nuevo prototipo de banco de capacitores de 9 megajulios que utiliza interruptores de estado sólido y capacitores de alta densidad de energía entregados en 2007 y un sistema de energía de pulsos de 32-MJ más antiguo de Green Farm Electric Gun Research del Ejército de EE. UU. y Facilidad de Desarrollo desarrollada a fines de la década de 1980 que fue restaurada previamente por la División de Sistemas Electromagnéticos (EMS) de General Atomics. Se espera que esté listo entre 2020 y 2025.
El 10 de diciembre de 2010, la Marina de los EE. UU. llevó a cabo una prueba de un cañón de riel en la División de Dahlgren del Centro Naval de Guerra de Superficie. Durante la prueba, la Oficina de Investigación Naval estableció un récord mundial al realizar un disparo de 33 MJ desde el cañón de riel, que fue construido por BAE Systems.
Otra prueba tuvo lugar en febrero de 2012, en la División de Dahlgren del Centro Naval de Guerra de Superficie. Aunque similar en energía a la prueba antes mencionada, el cañón de riel utilizado era considerablemente más compacto, con un cañón de aspecto más convencional. Un prototipo construido por General Atomics fue entregado para pruebas en octubre de 2012.
En 2014, la Marina de los EE. UU. tenía planes para integrar un cañón de riel con un alcance de más de 160 km (100 mi) en un barco para 2016. Esta arma, aunque tenía un factor de forma más típico de un cañón naval, debía utilizar componentes en gran parte en común con los desarrollados y demostrados en Dahlgren. Los proyectiles de hipervelocidad pesan 10 kg (23 lb), miden 18 in (460 mm) y se disparan a Mach 7.
Un objetivo futuro era desarrollar proyectiles que fueran autoguiados, un requisito necesario para alcanzar objetivos distantes o interceptar misiles. Cuando se desarrollen los proyectiles guiados, la Marina proyecta que cada uno cueste alrededor de $25,000, aunque el desarrollo de proyectiles guiados para armas tiene un historial de duplicar o triplicar las estimaciones de costos iniciales. Algunos proyectiles de alta velocidad desarrollados por la Marina tienen guía de comando, pero se desconoce la precisión de la guía de comando, ni siquiera si puede sobrevivir a un disparo de potencia completa.
Los únicos barcos de la Marina de los EE. UU. que pueden producir suficiente energía eléctrica para obtener el rendimiento deseado son los tres destructores de la clase Zumwalt (serie DDG-1000); pueden generar 78 megavatios de potencia, más de lo necesario para alimentar un cañón de riel. Sin embargo, el Zumwalt ha sido cancelado y no se construirán más unidades. Los ingenieros están trabajando para derivar tecnologías desarrolladas para los barcos de la serie DDG-1000 en un sistema de batería para que otros barcos de guerra puedan operar un cañón de riel. A partir de 2014, la mayoría de los destructores pueden ahorrar solo nueve megavatios de electricidad adicional, mientras que se necesitarían 25 megavatios para impulsar un proyectil al alcance máximo deseado (es decir, para lanzar proyectiles de 32 MJ a una velocidad de 10 disparos por minuto). Incluso si los barcos, como el destructor de la clase Arleigh Burke, pueden mejorarse con suficiente energía eléctrica para operar un cañón de riel, el espacio ocupado en los barcos por la integración de un sistema de armas adicional puede forzar la eliminación de los sistemas de armas existentes para hacer habitación disponible. Las primeras pruebas a bordo iban a ser de un cañón de riel instalado en un transporte rápido expedicionario (EPF) de clase Spearhead, pero esto se cambió más tarde a pruebas en tierra.
Aunque los proyectiles de 23 lb no tienen explosivos, su velocidad Mach 7 les proporciona 32 megajulios de energía, pero la energía cinética de impacto en el rango inferior suele ser el 50 % o menos de la energía inicial. La Armada investigó otros usos para los cañones de riel, además del bombardeo terrestre, como la defensa aérea; con los sistemas de orientación correctos, los proyectiles podrían interceptar aviones, misiles de crucero e incluso misiles balísticos. La Armada también está desarrollando armas de energía dirigida para uso de defensa aérea, pero pasarán años o décadas antes de que sean efectivas.
El cañón de riel sería parte de una flota de la Marina que prevé que las futuras capacidades ofensivas y defensivas se brinden en capas: láseres para brindar defensa de corto alcance, cañones de riel para brindar ataque y defensa de mediano alcance y misiles de crucero para brindar ataque de largo alcance; aunque los cañones de riel cubrirán objetivos a una distancia de hasta 100 millas que antes necesitaban un misil. La Marina puede eventualmente mejorar la tecnología de los cañones de riel para permitirle disparar a un rango de 200 nmi (230 mi; 370 km) e impactar con 64 megajulios de energía. Un disparo requeriría 6 millones de amperios de corriente, por lo que llevará mucho tiempo desarrollar condensadores que puedan generar suficiente energía y materiales de armas lo suficientemente fuertes.
La aplicación a corto plazo más prometedora para los cañones de riel y los cañones electromagnéticos aptos para armas, en general, es probablemente a bordo de buques de guerra con suficiente capacidad de generación eléctrica adicional y espacio de almacenamiento de batería. A cambio, la capacidad de supervivencia del buque puede mejorarse mediante una reducción comparable de las cantidades de propulsores y explosivos químicos potencialmente peligrosos empleados. Las fuerzas de combate terrestres, sin embargo, pueden encontrar que la ubicación conjunta de un suministro de energía eléctrica adicional en el campo de batalla para cada sistema de armas puede no ser una fuente de energía de lanzamiento de proyectiles inmediata, eficiente en cuanto a peso y espacio, supervivencia o conveniente como los propulsores convencionales, que se fabrican de forma segura detrás de las líneas y se entregan al arma, preempaquetados, a través de un sistema logístico robusto y disperso.
En julio de 2017, Defensetech informó que la Marina deseaba llevar el prototipo de cañón de riel de la Oficina de Investigación Naval de un experimento científico a un territorio de armas útiles. El objetivo, según Tom Beutner, jefe de Armas y Guerra Aérea Naval de la ONR, era diez disparos por minuto a 32 megajulios. Un disparo de cañón de riel de 32 megajulios equivale a aproximadamente 23 600 000 libras-pie, por lo que un solo disparo de 32 MJ tiene la misma energía inicial que aproximadamente 200 000,22 disparos simultáneos. En unidades de potencia más convencionales, un disparo de 32 MJ cada 6 s es una potencia neta de 5,3 MW (o 5300 kW). Si se supone que el cañón de riel tiene una eficiencia del 20 % para convertir la energía eléctrica en energía cinética, los suministros eléctricos del barco deberán proporcionar alrededor de 25 MW mientras continúe el disparo.
Hasta 2020, la Marina había gastado 500 millones de dólares en el desarrollo de cañones de riel durante 17 años. La Marina se estaba enfocando en disparar proyectiles hipersónicos desde armas convencionales existentes que ya estaban disponibles en cantidades. El 1 de junio de 2021, The Drive informó que el presupuesto propuesto para el año fiscal 2022 de la Marina de los EE. UU. no tenía fondos para la investigación y el desarrollo de cañones de riel. Los desafíos técnicos no se pudieron superar, como las enormes fuerzas de disparo que desgastaron el cañón después de solo una o dos docenas de disparos, y una velocidad de disparo demasiado baja para ser útil para la defensa antimisiles. Las prioridades también habían cambiado desde que comenzó el desarrollo del cañón de riel, y la Armada se centró más en los misiles hipersónicos de mayor alcance en comparación con los proyectiles de cañón de riel de alcance comparativamente más corto.
Laboratorio de Investigación del Ejército
La investigación sobre tecnología de cañones de riel sirvió como un área importante de enfoque en el Laboratorio de Investigación Balística (BRL) durante la década de 1980. Además de analizar el rendimiento y las propiedades electrodinámicas y termodinámicas de los cañones de riel en otras instituciones (como el cañón de riel CHECMATE de Maxwell Laboratories), BRL adquirió sus propios cañones de riel para el estudio, como su cañón de riel de un metro y su cañón de riel de cuatro metros. En 1984, los investigadores de BRL idearon una técnica para analizar los residuos que quedan en la superficie del ánima después de disparar un tiro para investigar la causa de la degradación progresiva del ánima. En 1991, determinaron las propiedades requeridas para desarrollar un paquete de lanzamiento efectivo, así como los criterios de diseño necesarios para que un cañón de riel incorpore proyectiles de varilla larga con aletas.
La investigación sobre los cañones de riel continuó después de que el Laboratorio de Investigación Balística se consolidó con otros seis laboratorios independientes del Ejército para formar el Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. Caliber Electromagnetic Gun (CCEMG), que tuvo lugar en el Centro de Electromecánica de la Universidad de Texas (UT-CEM) y fue patrocinado por el Cuerpo de Marines de EE. UU. y el Centro de Ingeniería y Desarrollo de Investigación de Armamento del Ejército de EE. UU. Como parte del programa CCEMG, UT-CEM diseñó y desarrolló el lanzador electromagnético Cannon-Calibre, un lanzador de cañón de riel de fuego rápido, en 1995. Con un calibre redondo de 30 mm, el lanzador era capaz de disparar tres salvas de cinco rondas de Paquetes de lanzamiento de 185 g a una velocidad inicial de 1850 m/s y una velocidad de disparo de 5 Hz. La operación de fuego rápido se logró impulsando el lanzador con múltiples pulsos máximos de 83544 proporcionados por el compulsador CCEMG. El cañón de riel CCEMG incluía varias características: paredes laterales de cerámica, precarga direccional y refrigeración líquida. ARL fue responsable de evaluar el rendimiento del lanzador, que se probó en las instalaciones experimentales transónicas de ARL en Aberdeen Proving Ground, Maryland.
El Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. también supervisó el desarrollo de tecnología de armas electromagnéticas y electrotérmicas en el Instituto de Tecnología Avanzada (IAT) de la Universidad de Texas en Austin, uno de los cinco laboratorios universitarios e industriales que ARL federó para obtener soporte técnico. Albergaba los dos lanzadores electromagnéticos, el Leander OAT y el AugOAT, así como el lanzador de calibre medio. La instalación también proporcionó un sistema de energía que incluía trece bancos de capacitores de 1 MJ, una variedad de dispositivos de lanzamiento electromagnético y aparatos de diagnóstico. La actividad de investigación se centró en los diseños, las interacciones y los materiales necesarios para los lanzadores electromagnéticos.
En 1999, una colaboración entre ARL e IAT condujo al desarrollo de un método radiométrico para medir la distribución de temperatura de las armaduras de los cañones de riel durante una descarga eléctrica pulsada sin perturbar el campo magnético. En 2001, ARL se convirtió en el primero en obtener un conjunto de datos de precisión sobre proyectiles lanzados con armas electromagnéticas mediante pruebas de salto. En 2004, los investigadores de ARL publicaron artículos que examinaban la interacción de plasmas de alta temperatura con el propósito de desarrollar encendedores de cañón de riel eficientes. Los primeros artículos describen el grupo de interacción plasma-propulsor en ARL y sus intentos de comprender y distinguir entre el efecto químico, térmico y de radiación de los plasmas en los propulsores sólidos convencionales. Usando microscopía electrónica de barrido y otras técnicas de diagnóstico, evaluaron en detalle la influencia de los plasmas en materiales propulsores específicos.
República Popular China
China está desarrollando su propio sistema de cañones de riel. Según un informe de CNBC de la inteligencia de EE. UU., el sistema de cañón de riel de China se reveló por primera vez en 2011 y las pruebas en tierra comenzaron en 2014. Entre 2015 y 2017, el sistema de armas ganó la capacidad de atacar en rangos extendidos con mayor letalidad. El sistema de armas se montó con éxito en un barco de la Armada china en diciembre de 2017, y las pruebas en el mar se realizaron más tarde.
A principios de febrero de 2018, se publicaron en línea imágenes de lo que se afirma que es un cañón de riel chino. En las imágenes, el arma está montada en la proa de un barco de desembarco de clase Tipo 072III Haiyangshan. Los medios sugieren que el sistema está o pronto estará listo para la prueba. En marzo de 2018, se informó que China confirmó que había comenzado a probar su cañón de riel electromagnético en el mar.
India
En noviembre de 2017, la Organización de Investigación y Desarrollo de la Defensa de la India llevó a cabo con éxito una prueba de un cañón de riel electromagnético de ánima cuadrada de 12 mm. Está previsto realizar pruebas de una versión de 30 mm. India tiene como objetivo disparar un proyectil de un kilogramo a una velocidad de más de 2.000 m/s utilizando un banco de condensadores de 10 megajulios. Las armas electromagnéticas y las armas de energía dirigida se encuentran entre los sistemas que la Armada de la India pretende adquirir en su plan de modernización hasta 2030.
Problemas
Grandes dificultades
Se deben superar importantes obstáculos tecnológicos y operativos antes de que se puedan desplegar los cañones de riel:
- Durabilidad de la pistola: Hasta la fecha, las manifestaciones públicas de armas de fuego no han demostrado la capacidad de disparar múltiples tomas de potencia completa del mismo conjunto de raíles. Sin embargo, la Armada de los Estados Unidos ha cobrado cientos de disparos del mismo conjunto de carriles. En una declaración de marzo de 2014 a la Inteligencia, el Subcomité de Amenazas Emergentes y Capacidades del Comité de Servicios Armados de la Cámara, el Jefe del Almirante de Investigación Naval Matthew Klunder declaró: "La vida de la Barrel ha aumentado de decenas de disparos a más de 400, con un camino de programa para alcanzar 1000 disparos". Sin embargo, la Oficina de Investigación Naval (ONR) no confirmará que los 400 disparos sean de pleno poder. Además, no hay nada publicado que indique que hay ningún cañón de alta clase de megajoule con la capacidad de disparar cientos de disparos de plena potencia mientras se mantiene dentro de los estrictos parámetros operativos necesarios para disparar disparos de pistola de forma precisa y segura. Las pistolas deben ser capaces de disparar 6 rondas por minuto con una vida ferroviaria de alrededor de 3000 rondas, tolerando aceleraciones de lanzamiento de decenas de miles de g, presiones extremas y corrientes de megaampere, pero esto no es factible con la tecnología actual.
- Orientación proyectil: Una capacidad futura crítica para armar un arma real de cañones está desarrollando un paquete de orientación robusto que permitirá que el cañón dispare a objetivos distantes o golpear los misiles entrantes. Desarrollar este paquete es un verdadero desafío. El RFP Navy SBIR 2012.1 – Tema N121-102 para el desarrollo de un paquete de este tipo da una buena visión de cómo la orientación de proyecto de arma de fuego es desafiante:
El paquete debe encajar dentro de la masa (2 kg), diámetro (diámetro exterior de 40 mm) y volumen (200 cm)3) restricciones del proyectil y hacerlo sin alterar el centro de gravedad. También debe ser capaz de sobrevivir aceleraciones de al menos 20.000 g (lugar) / 40.000 g (objetivo) en todos los ejes, campos electromagnéticos altos (E √≥ 5,000 V/m, B √≥ 2 T), y temperaturas superficiales de нели 800 deg C. El paquete debe ser capaz de operar en presencia de cualquier plasma que pueda formarse en el bore o en la salida de vuelo exfoliado. El consumo total de energía debe ser inferior a 8 vatios (detenido)/5 vatios (objetivo) y la duración de la batería debe ser al menos 5 minutos (desde el lanzamiento inicial) para permitir la operación durante todo el compromiso. Para ser asequible, el costo de producción por proyectil debe ser lo más bajo posible, con un objetivo de menos de $1,000 por unidad.
El 22 de junio de 2015, General Atomics' Electromagnetic Systems anunció que los proyectiles con componentes electrónicos a bordo sobrevivieron a todo el entorno de lanzamiento de cañones de riel y realizaron sus funciones previstas en cuatro pruebas consecutivas el 9 y 10 de junio en el campo de pruebas de Dugway del Ejército de EE. UU. en Utah. La electrónica de a bordo midió con éxito las aceleraciones internas y la dinámica de los proyectiles, durante varios kilómetros, y el enlace de datos integral siguió funcionando después de que los proyectiles impactaron en el suelo del desierto, lo cual es esencial para una guía de precisión.
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