Prąd zamiast prochu, czyli dlaczego Europa buduje railguna?

Railgun nie potrzebuje do działania prochu czy innego ładunku miotającego. Wystrzeliwuje pocisk za sprawą elektromagnetyzmu, łącząc bardzo prostą zasadę działania z bardzo dużymi trudnościami, aby zastosować ją w praktyce.

W dużym uproszczeniu railgun to dwie przewodzące prąd szyny, pomiędzy którymi znajduje się pocisk, także będący przewodnikiem. Włączenie zasilania sprawia, że powstaje pole magnetyczne, a działające wówczas siły usiłują rozsunąć szyny i wypchnąć spomiędzy nich pocisk.

Ponieważ szyny są przymocowane na stałe, jedynym ruchomym elementem pozostaje pocisk, który może być rozpędzany do bardzo dużych prędkości (nawet ośmiokrotnie przekraczając prędkość dźwięku), wielokrotnie przekraczających te, uzyskiwane dzięki materiałom wybuchowym.

Dzięki bardzo dużej prędkości nawet stosunkowo niewielki pocisk może dysponować bardzo dużą energią kinetyczną, pozwalającą na niszczenie zróżnicowanych celów samym impetem uderzenia, bez potrzeby stosowania eksplodujących głowic.

Teoria brzmi nieskomplikowanie, ale problemy zaczynają się przy próbach zbudowania broni, która działa w taki sposób (choć istnieje już broń ręczna korzystająca z tej technologii, jak GR-1 Anvil). Wyzwania dotyczą m.in. potrzeby dostarczenia w krótkim czasie bardzo dużej energii czy samej konstrukcji lufy, która za sprawą powstającej przy wystrzale plazmy ulega bardzo szybkiemu zużyciu.

Przez długie lata doniesienia o pracach nad railgunem pochodziły głównie ze Stanów Zjednoczonych, gdzie wielkie nadzieje wyrażała w tej kwestii marynarka. Prowadzone na jej rzecz badania toczyły się ze zmiennym powodzeniem – od początkowych sukcesów, po późniejsze całkowite porzucenie projektu w połowie 2021 r., aż po ponowny wzrost zainteresowania działem szynowym, jak nazywany jest railgun.

Prace nad taką bronią prowadzą także Chiny, a bardzo duże nadzieje wiąże z railgunami Japonia. Kraj ten prowadzi badania nad wykorzystaniem tej broni w roli systemu antybalistycznego, zdolnego do precyzyjnego trafiania i niszczenia energią kinetyczną zarówno pocisków balistycznych, jak i broni hipersonicznej.

Zdaniem Japończyków wystarczy do tego rozpędzenie pocisków do około 2,2 tys. metrów na sekundę. Atutem takiego rozwiązania ma być m.in. niska – w porównaniu z pociskami przeciwlotniczymi – cena strzału, pozwalająca na wystrzelenie dużej ilości pocisków, co zwiększy szanse trafienia.

Podczas targów Eurosatory 2022 własne prace nad railgunem przedstawił także francusko-niemiecki Instytut badawczy Saint-Louis ISL, zajmujący się programami badawczymi z zakresu obronności. ISL zaprezentował model działa elektromagnetycznego, umieszczony na makiecie dziobu okrętu wojennego.

Europejski railgun nie jest jeszcze gotową bronią – to na razie makieta. Strzelający demonstrator technologii ma być gotowy, jak informuje serwis Defence24, w 2028 roku.

Na razie projekt może pochwalić się dość skromnym sukcesem, jakim jest rozpędzenie pocisku o przekroju 5×5 mm do prędkości 120 m/s. Dalsze prace są możliwe m.in. dzięki instalacji SIBREF (Soft In-Bore REcovery Facility), która pozwala na badania w locie obiektów, na które działają przeciążenia rzędu do 25000 g.

Docelowo tworzona przez ILS działo elektromagnetyczne ma wystrzeliwać pociski z prędkością 3000 m/s, zapewniając możliwość rażenia celów odległych nawet o 200 km.

Prowadzone w Stanach Zjednoczonych, Chinach, Japonii czy Europie prace nad railgunami wpisują się w znacznie szerszy trend – powolny, ale nieustanny rozwój broni energetycznych. Prace są prowadzone nawet w Polsce, gdzie Studenckie Koło Naukowe Fizyków Bozon zaprezentowało w 2020 roku działo elektromagnetyczne Hydra.

Historia takich rozwiązań jest bardzo długa – od lat 60. ubiegłego wieku pojawiają się zapowiedzi, że już niebawem, w bliskiej przyszłości pola walki zostaną zrewolucjonizowane choćby za sprawą bojowych laserów. Ponad pół wieku później takie zapowiedzi nadal dotyczą przyszłości, ale rozwój technologii sprawia, że praktyczne, powszechne wykorzystanie broni energetycznej staje się coraz bardziej realne.

Dotyczy to wspomnianych wcześniej dział szynowych – railgunów, ale także bojowych laserów czy broni rażącej cel przy pomocy impulsu elektromagnetycznego, jak choćby niektóre "strzelby antydronowe". Wszystkie te rozwiązania łączy jedno: duże zapotrzebowanie na energię.

Nie bez przyczyny nowe, amerykańskie okręty (jak m.in. kontrowersyjne ze względu na liczne problemy niszczyciele Zumwalt) projektowane są tak, aby wytwarzać znacznie więcej energii, niż aktualnie potrzeba. To przykład perspektywicznego planowania: budowane dzisiaj konstrukcje mogą zostać w przyszłości wyposażone w broń energetyczną. Albo – jak lotniskowiec Gerald R. Ford – w elektromagnetyczne katapulty, które także potrzebują do działania ogromnych ilości energii.

Po co w ogóle opracowywać coś tak skomplikowanego, gdy aktualne, sprawdzone od lat rozwiązania sprawdzają się całkiem dobrze? Kluczem są nie tylko parametry nowych broni, jak zasięg czy szybkość strzału, ale także logistyka.

Okręt wyposażony w wydajne źródło energii będzie w stanie prowadzić ogień w zasadzie bez końca – bez potrzeby uzupełniania amunicji czy wymiany zużywających się, mechanicznych elementów.

Nawet w przypadku railgunów, wystrzeliwujących fizyczne pociski, są to niewielkie, metalowe obiekty, nie tylko tańsze od klasycznej amunicji artyleryjskiej, ale zajmujące znacznie mniej miejsca, przez co ich zapas może być radykalnie zwiększony.

Kluczową kwestią jest także ekonomia: broń energetyczna, choć jej opracowanie i budowa pochłaniają na razie ogromne środki, ma być bardzo tania w eksploatacji. Strzał z lasera to w gruncie rzeczy koszt potrzebnego do tego zadania prądu.

Co to oznacza w praktyce, świetnie pokazuje choćby izraelska Żelazna Kopuła – system przeciwlotniczy, służący do zwalczania budowanych w chałupniczych warunkach kassamów – prymitywnych rakiet.

Działanie Żelaznej Kopuły w obecnej postaci jest możliwe wyłącznie dzięki ekonomiczne przepaści, jaka dzieli Izrael i Autonomię Palestyńską. Jedna izraelska rakieta przeciwlotnicza to koszt dziesiątek tysięcy dolarów.

Koszt budowy kassama to zaledwie kilkaset dolarów, więc każde udane zestrzelenie wiąże się z poważnymi wydatkami. Planowane zastąpienie rakiet laserem ma tę sytuację radykalnie zmienić, a jednocześnie zapewnić możliwość prowadzenia bardzo intensywnego ognia, niezbędnego m.in. w przypadku ataku roju dronów.

Ten sam trend widać wśród producentów broni, gdzie wśród rozwiązań przeciwlotniczych, przeciwbalistycznych czy antydronowych coraz częściej pojawiają się propozycje zastosowania broni energetycznej. Dobrym przykładem jest m.in. testowany wiosną 2022 roku antydronowy laser, zbudowany przez niemiecki koncern Rheinmetall.

Z takiej perspektywy przyszłe, futurystyczne pole walki to w praktyce starcie producentów prądu: wygra ten, kto będzie w stanie wyprodukować i dostarczyć więcej energii.

Łukasz Michalik, dziennikarz Wirtualnej Polski