Railgun
Elektromagnetische Kanone
Basiswissen
Als Railgun bezeichnet eine Waffe, die Geschosse normalerweise mit einem stromführenden Schlitten entlang zweier paralleler Schienen beschleunigt. Die Beschleunigungskraft wird dabei durch das entstehende Magnetfeld erzeugt. Je länger die Schienen und je stärker der Stromimpuls, dest schneller die Geschosse.
Wie schnell sind die Geschosse?
Konventionelle Rohrwaffen erreichen Mündungsgeschwindigkeiten von etwa 2 km/s. Bei Experimenten mit Railguns in den USA wurden Geschwindigkeiten von mehr als 35 km/s erreicht. Hier stehen einige Daten zu einer Versuchanlage in Dahlgren (USA):
- 32-Megajoule-Anlage
- Beschleunigung auf 2520 Meter pro Sekunde
- Aluminiumgeschoss von etwas mehr als 3 Kilogramm
- Kinetische Energie des Geschosses von etwa 10,68 Megajoule.
Welche Maße sind gewünscht?
In einer Doktorarbeit aus dem Jahr 2013 zu Railguns[2] werden einige technische Daten angegeben, die als Ziele dienen sollen:
- 15 kg als Geschoss Masse ↗
- 2,5 km/s als Mündungsgeschwindigkeit ↗
- 60 Megajoule für das Geschoss Bewegungsenergie ↗
- 10 Meter als Länge des Rohres (barrel) der Kanone ↗
Was ist das Funktionsprinzip?
Der magnetische Anteil der Lorentzkraft: In zwei parallel zueinander laufenden Schienen fließt ein Strom. Um jede Schiene entsteht dabei nach dem Oerstedschen Gesetz ein Magnetfeld senkrecht zur längsrichtung der Schienen. Durch einen Schlitten, der von den Schienen geführt wird, fließt ein Strom ebenfalls senkrecht zur Schienenrichtung. Der elektrische Strom im Schlitten besteht aus negativ geladenen Elektronen. Bewegte Ladungen im Magnetfeld erfahren immer eine Kraft infolge des magnetischen Anteils der Lorentzkraft. Lies mehr dazu unter Lorentzkraft ↗
Was begrenzt die Geschwindigkeit?
Der begrenzende Faktor ist vor allem die schnelle Verfügbarmachung der nötigen Energie in kürzester Zeit. Die Energiemengen sind als solche nicht besonders hoch. Sie müssen aber in einem Bruchteil einer Sekunde zur Verfügung gestellt werden. Batterien oder übliche Stromnetzte sind dazu nicht geeignet. Verwendet werden stattdessen sogenannte Superkondensatoren.
Fußnoten
- [1] I. R. McNab, "Early electric gun research," in IEEE Transactions on Magnetics, vol. 35, no. 1, pp. 250-261, Jan. 1999, doi: 10.1109/20.738413.
- [2] Aleksey Pavlov: IMPROVEMENT OF ELECTROMAGNETIC RAILGUN BARREL PERFORMANCE AND LIFETIME BY METHOD OF INTERFACES AND AUGMENTED PROJECTILES. A Thesis (Doktorarbeit) Presented to the Faculty of California Polytechnic State University San Luis Obispo. Juni 2013. Dort die Seite 3.
