Transformer's railguns

ภาพประกอบ

บทความ เนื้อเรื่อง หรือ คำอธิบาย โดยละเอียด

Railguns as weapons ข้อมูลที่เราจะได้เห็น ต่อไปนี้ จะทำให้พวกเรารู้ว่า อาวุธนี้มีตัวตนอยู่จริง และได้เคยทดลองใช้โดยกองทัพเรือสหรัฐได้เคยทดสอบการย ิงแถว Virginia ซึ่งเป็นการยิงด้วยกระสุนด้วยพลังแม่เหล็กไฟฟ้า อาวุธภาพของมันร้ายแแรงหรือเทียบเท่าได้กับ BGM-109 Tomahawk missile กล่าวคือ มีประสิทธิภาพการทำลายล้างสูงมากพอสมควร อย่างไรก็ตามอาวุธชนิดนี้ยังไม่สามารถนำมาใช้ได้จริง

อาวุธชนิดนี้มีหลักการเดียว กับรถไฟแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้แรงดูด-แรงผลักของแม่เหล้กในการเคลื่อนที่ แต่กระทำในความเร็วที่มากกว่า โดยใช้กระสุนเหล็กเป็นหัวรบ แล้วถูกยิงส่งจากเรือรบไปยังเป้าหมายดังภาพ

Test round from the railgun impacting a target.

All photos above are U.S. Navy photos by John F. Williams (Released)

วงจรไฟฟ้าของปืนสนามแม่เหล็กแบบ Rail Gun

รูปที่ 1 รูปวงไฟฟ้าสำหรับ Rail Gun


รูปที่ 2 แสดงการทำงานปืนสนามแม่เหล็กแบบ Rail Gun

รูปที่ 3 รูปแบบจำลองของปืนสนามแม่เหล็กแบบ Rail Gun

หลักการทำงาน เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าไหลเข้าไปในเส้นลวดตัวนำจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า รอบ ๆ บริเวณเส้นลวดตัวนำและจะทำให้เกิดแรงพุ่งออกมาตามรูปที่ 2 และทิศทางของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนี้ จะเป็นไปตามกฎมือขวา

วงจรไฟฟ้าของปืนสนามแม่เหล็กแบบ Coil Gun

รูปที่ 4 วงจรไฟฟ้าของปืนสนามแม่เหล็กแบบ Coil Gun



รูปที่ 5 ระยะทางที่ยิงลูกกระสุนปืนจากปลายกระบอกปืนจนถึงจุดตก



รูปที่ 6 รูปแบบจำลองของปืนสนามแม่เหล็กแบบ Coil Gun



รูปที่ 7 นำคาปาซิเตอร์มาต่อขนานกันเพื่อเพิ่มความจุให้ได้ตามที่ต้องการ



รูปที่ 8 การเก็บประจุคาปาซิเตอร์

หลักการทำงาน ปิด Switch S1 เพื่อ ชาร์จประจุให้กับ ตัว เก็บประจุ C เมื่อชาร์จได้ที่ กด Switch ยิง ซึ่งจะทำให้ S1 เปิดวงจรแล้ว S2 ปิดวงจร ทำให้กระแสไฟฟ้าไหล เมื่อกระแสไหลผ่านขดลวดจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้ารอบๆขดลวดโซเลนอยด์และ ทิศทางของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะเป็นไปตามกฎมือขวา

ปืนพลังงานแม่เหล็ก ไฟฟ้ากำลังเป็นงานวิจัยที่เป็นที่สนใจของ ทร.สหรัฐฯ เป็นอย่างมากในขณะนี้ ปืนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ใช้ส่วนประกอบของดินขับในการสร้างแรงขับลูกปืน แต่ใช้พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าแทน การทำงานของปืนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าอาศัยหลักการสำคัญทางฟิสิกส์สองประการ กล่าวคือกฎของแอมแปร์ (Ampere’s Law) และแรงลอเรนซ์ (Lorentz Force)

              กฎของ แอมแปร์ กล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก โดยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำ จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบตัวนำนั้น ซึ่งค่าของสนามแม่เหล็กจะขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสไฟฟ้าในตัวนำ และระยะห่างจากตัวนำนั้น

               ส่วนแรงลอเรนซ์ คือแรงที่เกิดกับประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก โดยแรงที่เกิดขึ้นเป็นผลคูณเวคเตอร์ระหว่างการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า (V) กับทิศทางของสนามแม่เหล็ก (B) ดังนั้นแรงลอเรนซ์จึงมีทิศทางตั้งฉากกับทั้งทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุและ ทิศทางของสนามแม่เหล็ก และขนาดของแรงลอเรนซ์จะมีค่าสูงที่สุดเมื่อการเคลื่อนที่ของประจุมีทิศทาง ตั้งฉากกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก

Magentic Rail Gun

หลักการทำงานของปืนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าใช้ลำกล้องปืนซึ่งประกอบด้วยรางนำ ไฟฟ้า 2 ข้าง และลูกปืนที่เป็นตัวนำไฟฟ้า โดยกระแสไฟฟ้าจะถูกทำให้ครบวงจรด้วยตัวลูกปืนในลำกล้อง ซึ่งการไหลของกระแสไฟฟ้าจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กในลำกล้องตามกฎของแอมแปร์ และสนามแม่เหล็กนี้จะตัดกับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวลูกปืน ทำให้เกิดแรงผลักลูกปืนออกจากลำกล้อง โครงการ ทดลองปืนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าของ ทร.สหรัฐฯ ในปัจจุบันสามารถเร่งความเร็วต้นของลูกปืนขนาด 250 กรัม ได้ถึง 1000 เมตร/วินาที (ประมาณ 3 เท่าของความเร็วเสียง) ในความยาวลำกล้อง 1.2 เมตร ของปืนทดลอง โดยเป้าหมายของโครงการปืนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าของ ทร.สหรัฐฯ อยู่ที่การทำความเร็วต้นของลูกปืนขนาด 20 กิโลกรัม ที่ 2500 เมตร/วินาที ในความยาวลำกล้องประมาณ 10 เมตร ซึ่งหากทำได้สำเร็จจะทำให้ปืนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้ามีระยะยิงสูงสุดไกลกว่า 200 ไมล์ทะเล นอกจากนี้ความเร็วของลูกปืนที่สูงมาก ยังทำให้ตัวลูกปืนเองมีพลังงานจลน์สูงเพียงพอที่จะทำลายเป้าหมายได้โดยไม่ ต้องใช้หัวกระสุนบรรจุดินระเบิด ดังนั้นลูกปืนแบบนี้จึงถูกเรียกว่าลูกปืนพลังงานจลน์ หรือ Kinetic Energy Projectile ซึ่งลูกปืนพลังงานจลน์ที่ไม่ต้องใช้ดินขับและหัวกระสุน ยังช่วยประหยัดน้ำหนักและขนาดของลูกปืน ทำให้เรือสามารถเก็บลูกปืนได้มากขึ้นในพื้นที่คลังขนาดเท่าเดิม

 

ถึงแม้เทคโนโลยีปืนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจะสามารถเพิ่มขีดความสามารถในการยิง ฝั่งได้เป็นอย่างมาก แต่ปืนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้ายังคงอยู่ในช่วงของการวิจัยและพัฒนาในปัจจุบัน โดยปัญหาที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีนี้ที่ยังอยู่ในระหว่างการพัฒนาหนทาง แก้ไขได้แก่ 1.) ปัญหาการสึกหรอของลำกล้อง เนื่องจากปืนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าใช้พลังงานในการขับเคลื่อนลูกปืนสูงมาก ทำให้เกิดการเสียดสีและเกิดความร้อนที่สูงมากภายในลำกล้อง นอกจากนี้สนามแม่เหล็กที่ใช้ขับเคลื่อนลูกปืนยังตัดกับกระแสไฟฟ้าในลำกล้อง ทำให้เกิดแรงที่จะพยายามพลังรางนำไฟฟ้าภายในลำกล้องออกจากกันทุกครั้งที่ทำ การยิง 2.) ปัญหาความแม่นยำ เนื่องจากลูกปืนมีอัตราเร่งภายในลำกล้องสูงมาก ทำให้การบรรจุระบบระบบนำวิถีภายในตัวลูกปืนเป็นไปได้ยาก ซึ่งระบบนำวิถีด้วย GPS ในปัจจุบันสามารถทนต่ออัตราเร่งสูงสุดได้เพียง 1/3 ของอัตราเร่งเป้าหมายของโครงการลูกปืนพลังงานจลน์ และ 3.) ปัญหาเรื่องแหล่งพลังงาน พลังงานที่ต้องการสำหรับปืนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าอาจสูงถึง 40-60 เมกะวัตต์ และแหล่งพลังงานจะต้องมีขนาดและน้ำหนักที่เหมาะสมที่จะติดตั้งบนเรือรบได้