Un cañón de riel o cañón de riel es un dispositivo de motor lineal , típicamente diseñado como arma, que utiliza 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. [2] El cañón de riel utiliza 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 . [3]
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 utilizar propulsores convencionales. Mientras que los cañones militares propulsados por explosivos 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 al de los cañones convencionales. La fuerza destructiva de un proyectil depende de su energía cinética (proporcional a su masa y al cuadrado de su velocidad) en el punto de impacto. Debido a la velocidad potencialmente mayor de un proyectil lanzado con un cañón de riel, su fuerza puede ser mucho mayor que la de los proyectiles de la misma masa lanzados convencionalmente. También son ventajosas la ausencia de propulsores explosivos u ojivas para almacenar y manipular, así como el bajo coste de los proyectiles en comparación con el armamento convencional. [4]
Los cañones de riel todavía 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 energía pulsadas que se utilizan. necesario para los sistemas de lanzamiento electromagnético.
El cañón de riel en su forma más simple se diferencia de un motor eléctrico tradicional [5] en que no se utilizan devanados de campo adicionales (o imanes permanentes). Esta configuración básica está formada por un único bucle de corriente y, por lo tanto, requiere altas corrientes (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 impulsora se canaliza a través de pares adicionales de conductores paralelos, dispuestos para aumentar ("aumentar") el campo magnético experimentado por la armadura en movimiento. [6] Estas disposiciones reducen la corriente necesaria para una aceleración determinada. En la terminología de motores eléctricos, los cañones de riel aumentados suelen ser configuraciones enrolladas en serie . Algunos cañones de riel también utilizan potentes 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 suelen ser la forma preferida de armadura de cañón de riel, pero también se pueden usar armaduras de plasma o "híbridas". [7] Una armadura de plasma está formada por un arco de gas ionizado que se utiliza para empujar una carga útil sólida y 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 del arma. Las armaduras sólidas también pueden "transicionar" a armaduras híbridas, generalmente después de que se excede un umbral de velocidad particular. La alta corriente necesaria para alimentar un cañón de riel puede proporcionarse mediante diversas tecnologías de suministro de energía, como condensadores, generadores de impulsos y generadores de discos. [8]
Para posibles aplicaciones militares, los cañones de riel suelen ser de interés porque pueden alcanzar velocidades de salida mucho mayores que los cañones propulsados por propulsores químicos convencionales. El aumento de las velocidades de salida con proyectiles mejor aerodinámicamente aerodinámicos puede transmitir los beneficios de mayores alcances de disparo mientras que, en términos de efectos sobre el objetivo, el aumento de las velocidades terminales puede permitir el uso de proyectiles de energía cinética que incorporan una guía para matar, como reemplazo de los proyectiles explosivos . Por lo tanto, los diseños típicos de cañones de riel militares apuntan a velocidades de salida en el rango de 2000 a 3500 m/s (4500 a 7800 mph; 7200 a 12 600 km/h) con energías de salida de 5 a 50 megajulios (MJ). En comparación, 50 MJ equivalen a la energía cinética de un autobús escolar que pesa 5 toneladas métricas y viaja a 509 km/h (316 mph; 141 m/s). [9] Para cañones de riel de bucle único, estos requisitos de misión requieren corrientes de lanzamiento de unos pocos millones de amperios , por lo que una fuente de alimentación típica de cañón de riel podría diseñarse para entregar una corriente de lanzamiento de 5 MA durante unos pocos milisegundos. Como la intensidad del campo magnético necesaria para tales lanzamientos suele ser de aproximadamente 10 tesla (100 kilogauss ), la mayoría de los diseños de cañones de riel contemporáneos tienen efectivamente un núcleo de aire, es decir, no utilizan materiales ferromagnéticos como el hierro para mejorar el flujo magnético. Sin embargo, si el cañón está hecho de un material magnéticamente permeable, la intensidad del campo magnético aumenta debido al aumento de la permeabilidad ( μ = μ 0 * μ r , donde μ es la permeabilidad efectiva, μ 0 es la constante de permeabilidad y μ r es la permeabilidad relativa del barril, y ). El campo "sentido" por la armadura es proporcional a , por lo que el aumento del campo aumenta la fuerza sobre el proyectil.
Las velocidades de los cañones de riel generalmente caen dentro del rango de las alcanzables por 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 combustión de gas ligero, en forma de prototipo de 155 mm, para alcanzar 2500 m/s con un cañón de calibre 70. [10] En algunos proyectos de investigación de hipervelocidad , los proyectiles se 'preinyectan' en cañones de riel, para evitar la necesidad de empezar desde parado, y para esta función se han utilizado tanto cañones de gas ligero de dos etapas como cañones de pólvora convencionales. En principio, si se puede desarrollar una tecnología de suministro de energía para cañones de riel para proporcionar unidades livianas, seguras, compactas, confiables y con capacidad de supervivencia en combate, entonces el volumen y la masa total del sistema necesarios para acomodar dicho suministro de energía y su combustible principal pueden llegar a ser menores que los requeridos. Volumen y masa totales para una misión. Cantidad equivalente de propulsores convencionales y municiones explosivas. Podría decirse que dicha tecnología ha madurado con la introducción del Sistema de Lanzamiento de Aeronaves Electromagnético (EMALS) (aunque los cañones de riel requieren potencias del sistema mucho mayores, porque energías aproximadamente similares deben entregarse en unos pocos milisegundos, en lugar de unos pocos segundos). Semejante avance transmitiría entonces una ventaja militar adicional en el sentido de que la eliminación de explosivos de cualquier plataforma de armas militares disminuiría su vulnerabilidad al fuego enemigo. [ cita necesaria ]
El concepto de cañón de riel fue introducido por primera vez por el inventor francés André Louis Octave Fauchon-Villeplée, quien creó un pequeño modelo funcional en 1917 con la ayuda de la Société anonyme des acumulaurs Tudor (ahora Tudor Baterías ). [11] [12] Durante la Primera Guerra Mundial, el director francés de Invenciones del Ministerio de Armamento , Jules-Louis Brenton , encargó a Fauchon-Villeplee el desarrollo de un cañón eléctrico de 30 mm a 50 mm el 25 de julio de 1918, después de que los delegados de la Commission des Inventions fue testigo de pruebas de prueba del modelo funcional en 1917. Sin embargo, el proyecto fue abandonado una vez que terminó la Primera Guerra Mundial ese mismo año, el 11 de noviembre de 1918. [12] Fauchon-Villeplee solicitó una patente estadounidense el 1 de abril de 1919, que fue emitida en julio de 1922 como patente no. 1.421.435 "Aparato eléctrico para propulsar proyectiles". [13] 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 hacer pasar 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 lanza al vuelo. [14]
En 1923, el científico ruso AL Korol'kov detalló sus críticas al diseño de Fauchon-Villeplee, argumentando en contra de algunas de las afirmaciones que Fauchon-Villeplee hizo 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 lo posible, la aplicación práctica del cañón de riel de Fauchon-Villeplee se veía obstaculizada por su enorme consumo de energía eléctrica y la necesidad de un generador eléctrico especial de considerable capacidad. para alimentarlo. [12] [15]
En 1944, durante la Segunda Guerra Mundial , Joachim Hänsler, de la Oficina de Artillería de Alemania, propuso el primer cañón de riel teóricamente viable. [12] [16] A finales de 1944, la teoría detrás de su cañón antiaéreo eléctrico se había elaborado lo suficiente como para permitir que el Comando Antiaéreo de la Luftwaffe emitiera una especificación que exigía una velocidad inicial de 2000 m/s (4500 mph). ; 7.200 km/h; 6.600 pies/s) y un proyectil que contiene 0,5 kg (1,1 lb) de explosivo. Los cañones debían montarse en baterías de seis que dispararan doce disparos por minuto y debían adaptarse a los soportes FlaK 40 de 12,8 cm existentes . Nunca fue construido. Cuando se descubrieron detalles después de la guerra, despertó mucho interés y se realizó 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. [14]
Durante 1950, Sir Mark Oliphant , físico australiano y primer director de la Escuela de Investigación en Ciencias Físicas de la nueva Universidad Nacional de Australia , inició el diseño y construcción del generador homopolar más grande del mundo (500 megajulios) . [17] Esta máquina estuvo operativa desde 1962 y más tarde se utilizó para impulsar un cañón de riel de gran escala que se utilizó como experimento científico. [18]
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 predominantemente en el campo de pruebas de Aberdeen , y gran parte de las primeras investigaciones se inspiraron en los experimentos con cañones de riel realizados por la Universidad Nacional de Australia . [19] [20] Los temas de investigación incluyeron la dinámica del plasma, [21] campos electromagnéticos, [22] telemetría, [23] y transporte de corriente y calor. [24] Si bien la investigación militar sobre la tecnología de los cañones de riel en los Estados Unidos se desarrolló continuamente en las décadas siguientes, la dirección y el enfoque que tomó cambiaron dramáticamente con cambios importantes en los niveles de financiamiento 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 estadounidense se centró en desarrollar pequeños proyectiles guiados que pudieran resistir el lanzamiento de alta G desde cañones de riel con armadura de plasma de velocidad ultra alta. Pero después de la publicación de un importante estudio de la Junta Científica de Defensa en 1985, se asignó al Ejército de los EE. UU. , el Cuerpo de Marines y DARPA el desarrollo de tecnologías de lanzamiento electromagnético y antiblindaje para vehículos móviles de combate terrestre . [25] En 1990, el Ejército de los EE. UU. colaboró con la Universidad de Texas en Austin para establecer el Instituto de Tecnología Avanzada (IAT), que se centró en la investigación sobre armaduras sólidas e híbridas, interacciones entre rieles y armaduras y materiales de lanzadores electromagnéticos. [26] La instalación se convirtió en el primer Centro de Investigación y Desarrollo del Ejército financiado con fondos federales y albergó algunos de los lanzadores electromagnéticos del Ejército, como el Lanzador de calibre medio. [25] [27]
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 pies/s)]. [28] [ verificación fallida ] En 1994, el Establecimiento de Investigación y Desarrollo de Armamento del DRDO de la India desarrolló un cañón de riel con un banco de capacitores de baja inductancia de 240 kJ que operaba a una potencia de 5 kV capaz de lanzar proyectiles de 3 a 3,5 g de peso a una velocidad de más de 2000 m/s (4500 mph; 7200 km/h; 6600 pies/s). [29] En 1995, el Centro de Electromagnética de la Universidad de Texas en Austin diseñó y desarrolló un lanzador de cañón de riel de fuego rápido llamado Cañón Electromagnético Calibre Cannon . El prototipo del lanzador fue probado posteriormente en el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU ., donde demostró una eficiencia de recámara superior al 50 por ciento. [30] [31]
En 2010, la Armada de los Estados Unidos probó un cañón de riel de tamaño compacto diseñado por BAE Systems para el emplazamiento de barcos que aceleraba un proyectil de 3,2 kg (7 libras) a velocidades hipersónicas de aproximadamente 3390 m/s (7600 mph; 12200 km/h; 11100 pies). /s), o aproximadamente Mach 10, con 18,4 MJ de energía cinética. Fue la primera vez en la historia que se alcanzaron tales niveles de desempeño. [28] [32] [ verificación fallida ] Le dieron al proyecto el lema "Velocitas Eradico", que en latín significa "Yo, [que soy] velocidad, erradico", o en lengua vernácula, "La velocidad mata". Un cañón de riel anterior del mismo diseño (32 megajulios) se encuentra en el Centro de pruebas de armas de Dundrennan en el Reino Unido. [33]
Los cañones de riel de pequeña escala y baja potencia también se han convertido en proyectos populares para universitarios y aficionados. Varios aficionados investigan activamente los cañones de riel. [34] [35]
Un cañón de riel consta de dos rieles metálicos paralelos (de ahí el nombre). En un extremo, estos rieles están conectados a una fuente de alimentación eléctrica, para formar la recámara del arma. Luego, si se inserta un proyectil conductor entre los rieles (por ejemplo, insertándolo en la recámara), se 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 bajan por el riel positivo, de regreso a la fuente de alimentación. [36]
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 de la armadura. Según la regla de la mano derecha , el campo magnético circula alrededor de cada conductor. Dado que 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 al 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 circuito (independientemente de la polaridad de la alimentación) y lejos de la fuente de alimentación, hacia el extremo de la boca del arma. los rieles. También hay fuerzas de Lorentz que actúan sobre los rieles e intentan separarlos, pero como los rieles están montados firmemente, no pueden moverse.
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 sobre cada metro de esos conductores será exactamente 0,2 micronewtons. 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 necesitarán corrientes muy grandes para acelerar los proyectiles a velocidades del orden de 1000 m/s.
Una fuente de alimentación muy grande, que proporcione del orden de un millón de amperios de corriente, creará una fuerza tremenda sobre 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 uso intensivo, los cañones de riel actuales requerirían el reemplazo frecuente de los rieles o el uso de un material resistente al calor que fuera lo suficientemente conductor como para producir el mismo efecto. En este momento, se reconoce generalmente que se necesitarán grandes avances en la ciencia de los materiales y disciplinas relacionadas para producir cañones de rieles de alta potencia capaces de disparar más de unos pocos tiros desde un solo conjunto de rieles. El cañón debe soportar estas condiciones durante hasta varios disparos por minuto durante miles de disparos sin fallas ni degradación significativa. Estos parámetros están mucho más allá del estado del arte en ciencia de materiales. [37] [38]
La fuente de alimentación debe ser capaz de entregar grandes corrientes, sostenidas y controladas durante un período de tiempo útil. El indicador más importante de la eficacia del suministro de energía es la energía que puede entregar. En diciembre de 2010, la mayor energía conocida utilizada para impulsar un proyectil desde un cañón de riel era de 33 megajulios. [39] Las formas más comunes de fuentes de alimentación utilizadas en los cañones de riel son condensadores y compulsadores que se cargan lentamente a partir de otras fuentes de energía continua. [ cita necesaria ]
Los rieles deben resistir enormes fuerzas repulsivas durante el disparo, y estas fuerzas tenderán a separarlos y alejarlos del proyectil. A medida que aumentan las distancias entre los rieles y los proyectiles, se desarrollan arcos que causan una rápida vaporización y daños extensos a las superficies de los rieles y a las superficies aislantes. Esto limitó algunos cañones de riel de investigación inicial a un disparo por intervalo de servicio.
La inductancia y resistencia de los rieles y la fuente de alimentación limitan la eficiencia del diseño de un cañón de riel. Actualmente se están probando diferentes formas de rieles y configuraciones de cañones de riel, sobre todo por 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.
Los rieles y los proyectiles deben construirse con materiales conductores fuertes; los rieles necesitan sobrevivir a la violencia de un proyectil que se acelera 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 puede redirigirse o eliminarse; Un cuidadoso análisis teórico y experimental revela que la fuerza de retroceso actúa sobre el cierre de la recámara del mismo modo que en un arma de fuego química. [40] [41] [42] [43] Los rieles también se repelen a través de una fuerza lateral causada por el campo magnético empujado por los rieles, tal como lo hace el proyectil. Los rieles deben resistir esto sin doblarse y deben montarse de manera muy segura. El material publicado actualmente sugiere que se deben realizar avances importantes en la ciencia de los materiales antes de que se puedan desarrollar rieles que permitan a los cañones disparar más de unos pocos tiros a máxima potencia antes de que sea necesario reemplazar los rieles.
En los diseños actuales se generan enormes cantidades de calor debido a la electricidad que fluye a través de los rieles, así como a la fricción del proyectil que sale del dispositivo. Esto causa tres problemas principales: fusión de equipos, disminución de la seguridad del personal y detección por parte de las fuerzas enemigas debido al aumento de la firma infrarroja . Como se analizó brevemente anteriormente, las tensiones involucradas al encender este tipo de dispositivo requieren un material extremadamente resistente al calor. De lo contrario, los rieles, el cañón y todo el equipo adjunto se derretirían o sufrirían daños irreparables.
En la práctica, los rieles utilizados 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 gravemente. [44]
Los Railguns tienen una serie de posibles aplicaciones prácticas, principalmente para el ejército. Sin embargo, actualmente se están investigando otras aplicaciones teóricas.
Se ha estudiado la asistencia electrodinámica para el lanzamiento de cohetes. [45] Las aplicaciones espaciales de esta tecnología probablemente involucrarían bobinas electromagnéticas e imanes superconductores especialmente formados . [46] Es probable que se utilicen materiales compuestos para esta aplicación. [47]
Para los lanzamientos espaciales desde la Tierra, distancias de aceleración relativamente cortas (menos de unos pocos kilómetros) requerirían fuerzas de aceleración muy fuertes, superiores a las que los humanos pueden tolerar. Otros diseños incluyen una pista helicoidal (espiral) más larga o un diseño de anillo grande mediante el cual un vehículo espacial rodearía el anillo numerosas veces, ganando velocidad gradualmente, antes de ser lanzado a 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 resultar en que gran parte de la velocidad de lanzamiento se pierda debido a la resistencia aerodinámica . Además, el proyectil aún podría requerir algún tipo 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 (véanse las consideraciones prácticas de velocidad de escape ).
En 2003, Ian McNab esbozó un plan para convertir esta idea en una tecnología realizada. [48] Debido a la fuerte aceleración, este sistema lanzaría sólo materiales resistentes, como alimentos, agua y, lo más importante, combustible. En circunstancias ideales (ecuador, montaña, dirección este), el sistema costaría 528 dólares/kg, [48] en comparación con los 5.000 dólares/kg del cohete convencional. [49] El cañón de riel McNab podría realizar aproximadamente 2000 lanzamientos por año, para un total máximo de 500 toneladas lanzadas por año. Dado que la pista de lanzamiento tendría una longitud de 1,6 km, la energía será suministrada por una red distribuida de 100 máquinas rotativas (compulsadores) repartidas a lo largo de la pista. Cada máquina tendría un rotor de fibra de carbono de 3,3 toneladas que gira a altas velocidades. Una máquina puede recargarse en cuestión de horas utilizando 10 MW de potencia. 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. [48] Habría un campo magnético operativo máximo de 5 T; la mitad de este provendría de los rieles y la otra mitad de los imanes aumentadores. 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 a órbita utilizando propulsión de cohete convencional. [50] Las fuerzas G extremas involucradas con el lanzamiento directo desde tierra con cañón de riel al espacio pueden restringir el uso solo a las cargas útiles más resistentes. Alternativamente, se pueden utilizar sistemas ferroviarios muy largos para reducir la aceleración de lanzamiento requerida. [48]
Se están investigando los cañones de riel como armas con proyectiles que no contienen explosivos ni propulsores, pero que reciben 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 de salida 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 de salida de 760 m/s. (2490 pies/s), que debido a su masa de proyectil mucho mayor (hasta 2700 libras) generó una energía de boca de 360 MJ y un impacto cinético de energía 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"/54 (que alcanzan hasta 10 MJ en la boca), pero con mayor alcance. Disminuye 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 y a mayores velocidades, los cañones de riel pueden alcanzar un mayor alcance, menos tiempo para objetivo, y a distancias más cortas, menor deriva del viento, evitando las limitaciones físicas de las armas de fuego convencionales: "los límites de la expansión del gas prohíben lanzar un proyectil sin ayuda a velocidades superiores a aproximadamente 1,5 km/s y alcances de más de 50 millas [80 km] desde un práctico sistema de armas convencional." [51]
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 con cañones de igual longitud. Los cañones de riel también pueden causar daño de área de efecto al detonar una carga explosiva en el proyectil que desata un enjambre de proyectiles más pequeños sobre un área grande. [52] [53]
Suponiendo que se superen los numerosos desafíos técnicos que enfrentan los cañones de riel, 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 proporcionar ventajas sobre los cañones 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 planeado para producción, el sistema General Atomics Blitzer, comenzó las pruebas completas del sistema en septiembre de 2010. El arma lanza una ronda de sabot de descarte aerodinámica diseñada por Phantom Works de Boeing a 1.600 m/s (5.200 pies/s) (aproximadamente Mach 5 ) con aceleraciones superiores a 60.000 g n . [54] Durante una de las pruebas, el proyectil pudo viajar 7 kilómetros (4,3 millas) adicionales hacia abajo después de penetrar una placa de acero de 1 ⁄ 8 de pulgada (3,2 mm) de espesor. La compañía espera tener una demostración integrada del sistema para 2016, seguida de la producción en 2019, pendiente de financiación. Hasta el momento, el proyecto es autofinanciado. [55]
En octubre de 2013, General Atomics presentó una versión terrestre del cañón de riel Blitzer. Un responsable de la empresa afirmó que el arma podría estar lista para su producción en "dos o tres años". [56]
Se está examinando el uso de cañones de riel como armas antiaéreas para interceptar amenazas aéreas, en particular misiles de crucero antibuque , además de bombardeos terrestres. 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 sólo se puede transportar un número limitado 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 más 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 proporcionársela 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 actual enfoque de defensa en capas. [57] Un proyectil de cañón de riel sin la capacidad de cambiar de rumbo puede alcanzar misiles que se mueven rápidamente a un alcance máximo de 30 millas náuticas (35 millas; 56 km). [58] Como es el caso con el Phalanx CIWS, las rondas de cañón de riel no guiadas requerirán múltiples disparos para derribar misiles antibuque supersónicos en maniobra, y las probabilidades de impactar el misil mejoran dramáticamente cuanto más se acerca. La Armada planea que los cañones de riel puedan interceptar misiles balísticos endoatmosféricos , amenazas aéreas furtivas, misiles supersónicos y amenazas de superficie enjambres; un sistema prototipo para apoyar las tareas de interceptación 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, cuya construcción se espera que comience en 2028. [59]
BAE Systems estuvo en un momento interesado en instalar cañones de riel en su Future Fighting Vehicle . [60] [61] [62]
La India ha probado con éxito su propio cañón de riel. [63] Rusia , [64] China , [65] [66] ASELSAN [67] y Yeteknoloji [68] de Turquía también están desarrollando cañones de riel. [69]
Los cañones de riel helicoidales [70] son cañones de rieles de múltiples vueltas que reducen la corriente del riel y de las escobillas en un factor igual al número de vueltas. Dos carriles están rodeados por un cañón helicoidal y el proyectil o portador reutilizable también es helicoidal. El proyectil se activa continuamente mediante dos escobillas que se deslizan a lo largo de los carriles, y dos o más escobillas adicionales en el proyectil sirven para activar y conmutar varias espiras de la dirección del cañón 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 estaba alimentado por varios bancos de, en ese momento, condensadores grandes (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. Pudo lanzar un planeador o un proyectil a unos 500 metros.
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 una armadura "corta deslizante". Sin embargo, en un cañón de riel de plasma, la armadura y el proyectil expulsado consisten en plasma, o partículas calientes, ionizadas y similares a gases, en lugar de una masa sólida de material. MARAUDER ( Anillo magnético acelerado para lograr radiación y energía dirigida ultraalta ) es, o era, un proyecto del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos relativo al desarrollo de un cañón de riel de plasma coaxial. Es uno de varios esfuerzos del gobierno de los Estados Unidos para desarrollar proyectiles basados en plasma. Las primeras simulaciones por computadora se produjeron en 1990 y su primer experimento publicado apareció el 1 de agosto de 1993. [71] [72] En 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 relámpagos que explotaban con efectos devastadores al alcanzar su objetivo. [73] El éxito inicial del proyecto lo llevó a ser clasificado, y sólo aparecieron unas pocas referencias a MARAUDER después de 1993.
Se han construido y disparado modelos a escala real, incluido un cañón de energía cinética de 90 mm (3,5 pulgadas) de diámetro y 9 megajulios desarrollado por la DARPA estadounidense . Los problemas de desgaste de los rieles y de los 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 ha estado en funcionamiento 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 energía cinética de 7 kJ, en 1985. En 1987 se creó un sucesor, el proyecto EDO-1, que utilizaba un proyectil con una masa de 0,7 kg (1,5 lb). ) y alcanzó velocidades de 3.000 m/s (9.800 pies/s), y con una masa de 1,1 kg (2,4 lb) alcanzó velocidades de 2.400 m/s (7.900 pies/s). Utilizó una longitud de vía de 0,7 m (2,3 pies). Según quienes trabajaron en él, con otras modificaciones pudo alcanzar una velocidad de 4.500 m/s (14.800 pies/s). El objetivo era alcanzar una velocidad del proyectil de 7.000 m/s (23.000 pies/s).
China es ahora uno de los principales actores en lanzadores electromagnéticos; en 2012 fue sede del 16º Simposio Internacional sobre Tecnología de Lanzamiento Electromagnético (EML 2012) en Beijing. [74] Imágenes satelitales de finales de 2010 sugirieron que se estaban realizando pruebas en un campo de tiro de artillería y blindados cerca de Baotou , en la Región Autónoma de Mongolia Interior . [75]
El ejército de los Estados Unidos ha expresado interés en continuar la investigación en tecnología de armas eléctricas a lo largo de finales del siglo XX, ya que las armas electromagnéticas no requieren propulsores para disparar como lo hacen los sistemas de armas convencionales, lo que aumenta significativamente la seguridad de la tripulación y reduce los costos de logística, además de proporcionar un rango mayor. 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 estadounidense dedicó más de 150 millones de dólares a la investigación de armas eléctricas. [76] En el Centro de Electromecánica de la Universidad de Texas en Austin , se han desarrollado cañones de riel militares capaces de disparar balas perforantes de tungsteno con energías cinéticas de nueve megajulios (9 MJ). [77] 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 varilla de tungsteno u otro metal denso lo suficientemente larga podría penetrar fácilmente un tanque . y potencialmente pasar a través de él (ver APFSDS ).
La División Dahlgren del Centro de Guerra Naval 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 buques de guerra de la Armada. El principal problema que ha tenido la Marina de los EE. UU. al implementar un sistema de cañones 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 son tan poderosas como un misil de crucero como un BGM-109 Tomahawk , que entregará 3.000 MJ de energía a un objetivo, tales armas permitirían, en teoría, a la Armada entregar una potencia de fuego más granular a una fracción del costo de un misil, y será mucho más difícil de derribar que los futuros sistemas defensivos. A modo de 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. [78] La misma cantidad de energía se libera mediante 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). [79] 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 impulsos más antiguo de 32 MJ del Green Farm Electric Gun Research and Instalación de desarrollo desarrollada a finales de la década de 1980 que anteriormente fue renovada por la División de Sistemas Electromagnéticos (EMS) de General Atomics. [80] Se espera que esté listo entre 2020 y 2025. [81]
El 10 de diciembre de 2010, la Armada de los EE. UU. llevó a cabo una prueba de un cañón de riel en la División Dahlgren del Centro de Guerra Naval de Superficie. [82] 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. [39] [83]
Otra prueba tuvo lugar en febrero de 2012, en la División Dahlgren del Centro de Guerra Naval 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. En octubre de 2012 se entregó un prototipo construido por General Atomics para realizar pruebas .
En 2014, la Marina de los EE. UU. tenía planes de integrar un cañón de riel con un alcance de más de 160 km (100 millas) en un barco para 2016. [85] Esta arma, si bien tenía un factor de forma más típico de un cañón naval, iba a utilizan componentes en gran medida en común con los desarrollados y demostrados en Dahlgren. [86] Los proyectiles de hipervelocidad pesan 10 kg (23 lb), miden 18 pulgadas (460 mm) y se disparan a Mach 7. [87]
Un objetivo futuro era desarrollar proyectiles autoguiados, un requisito necesario para alcanzar objetivos distantes o interceptar misiles. [88] Cuando se desarrollen las rondas guiadas, la Armada proyecta que cada ronda costará alrededor de $ 25,000, [89] 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 Armada tienen guía de comando, pero se desconoce la precisión de la guía de comando, ni siquiera si pueden sobrevivir a un disparo a máxima potencia.
En 2014, los únicos barcos de la Armada de EE. UU. que podían producir suficiente energía eléctrica para obtener el rendimiento deseado eran los tres destructores de 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 convertir las tecnologías desarrolladas para los barcos de la serie DDG-1000 en un sistema de batería para que otros buques de guerra puedan operar un cañón de riel. [90] A partir de 2014, la mayoría de los destructores pueden ahorrar solo nueve megavatios de electricidad adicional, mientras que se necesitarían 25 megavatios para propulsar un proyectil al alcance máximo deseado [91] (es decir, lanzar proyectiles de 32 MJ a una velocidad de 10 disparos por minuto). ). Incluso si los barcos, como el destructor de clase Arleigh Burke , pueden actualizarse 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 obligar a eliminar los sistemas de armas existentes para hacer habitación disponible. [92] Las primeras pruebas a bordo iban a realizarse con un cañón de riel instalado en un transporte rápido expedicionario (EPF) clase Spearhead , pero esto luego se cambió a pruebas en tierra. [93]
Aunque los proyectiles de 23 libras no tienen explosivos, su velocidad Mach 7 les da 32 megajulios de energía, pero el rango de energía cinética del impacto generalmente será el 50 por ciento o menos de la energía de boca. La Armada estudió otros usos de los cañones de riel, además del bombardeo terrestre, como la defensa aérea; Con los sistemas de puntería adecuados, los proyectiles podrían interceptar aviones, misiles de crucero e incluso misiles balísticos. La Armada también está desarrollando armas de energía dirigida para uso en defensa aérea, pero pasarán años o décadas antes de que sean efectivas. [94] [95] [96]
El cañón de riel sería parte de una flota de la Armada que prevé que las futuras capacidades ofensivas y defensivas se proporcionen en capas: láseres para proporcionar defensa de corto alcance, cañones de riel para proporcionar ataque y defensa de mediano alcance, y misiles de crucero para proporcionar ataques de largo alcance; aunque los cañones de riel cubrirán objetivos a hasta 100 millas de distancia que antes necesitaban un misil. [97] La Armada puede eventualmente mejorar la tecnología del cañón de riel para permitirle disparar a una distancia de 200 millas náuticas (230 millas; 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 arma lo suficientemente fuertes. [75]
La aplicación más prometedora a corto plazo para los cañones de riel aptos para armas y los cañones electromagnéticos, en general, es probablemente a bordo de buques de guerra con suficiente capacidad de generación eléctrica y espacio de almacenamiento de baterías. A cambio, la capacidad de supervivencia de los buques puede mejorarse mediante una reducción comparable en las cantidades empleadas de propulsores químicos y explosivos potencialmente peligrosos. Sin embargo, las fuerzas de combate terrestres 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 inmediato de proyectiles tan eficiente en cuanto a peso y espacio, ni tan fácil de sobrevivir o tan conveniente como los propulsores convencionales, que se fabrican de forma segura detrás de las líneas y se entregan al arma, preenvasados, a través de un sistema logístico robusto y disperso.
En julio de 2017, Defensetech informó que la Armada deseaba llevar el prototipo del 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 de salida que aproximadamente 200.000 balas de calibre .22 disparadas simultáneamente. [98] 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 aproximadamente 25 MW mientras continúe el disparo.
En 2020 [actualizar], la Armada había gastado 500 millones de dólares en el desarrollo de cañones sobre rieles durante 17 años. La Armada se estaba centrando en disparar proyectiles hipersónicos desde armas convencionales existentes que ya estaban disponibles en cantidades. [99] El 1 de junio de 2021, The Drive informó que el presupuesto propuesto para el año fiscal 2022 de la marina estadounidense no tenía fondos para la investigación y el desarrollo de cañones de riel. [100] Los desafíos técnicos no pudieron superarse, como las enormes fuerzas de disparo que desgastaban el cañón después de sólo 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 misiles hipersónicos de mayor alcance en comparación con proyectiles de cañón de riel comparativamente de menor alcance. [101]
La investigación sobre la tecnología de los cañones de riel fue 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 estudiar, como su cañón de riel de un metro y su cañón de riel de cuatro metros. [102] [103] [104] En 1984, los investigadores de BRL idearon una técnica para analizar los residuos que quedan en la superficie del orificio después de un disparo con el fin de investigar la causa de la degradación progresiva del orificio. [105] 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. [106] [107]
La investigación sobre cañones de riel continuó después de que el Laboratorio de Investigación Balística se consolidara con otros seis laboratorios independientes del Ejército para formar el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. (ARL) en 1992. Uno de los principales proyectos en la investigación de cañones de riel en el que participó ARL fue el Cañón Electromagnético de Calibre de Cañón. (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, Desarrollo e Investigación de Armamento del Ejército de EE. UU . [108] Como parte del programa CCEMG, UT-CEM diseñó y desarrolló el lanzador electromagnético de calibre de cañón, un lanzador de cañón de riel de fuego rápido, en 1995. [30] Con un calibre de 30 mm, el lanzador era capaz de disparar tres , salvas de cinco disparos de paquetes de lanzamiento de 185 g a una velocidad inicial de 1850 m/s y una frecuencia de disparo de 5 Hz. La operación de disparo rápido se logró impulsando el lanzador con múltiples pulsos máximos 83544 proporcionados por el compulsador CCEMG. El cañón de riel CCEMG incluía varias características: paredes laterales de cerámica, precarga direccional y refrigeración líquida. [31] ARL fue responsable de evaluar el rendimiento del lanzador, que fue probado en las instalaciones experimentales transónicas de ARL en Aberdeen Proving Ground, Maryland . [109]
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 la ARL federó para obtener apoyo 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 lanzadores electromagnéticos y aparatos de diagnóstico. La actividad de investigación se centró en los diseños, las interacciones y los materiales necesarios para los lanzadores electromagnéticos. [110]
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 alterar el campo magnético. [111] En 2001, ARL se convirtió en el primero en obtener un conjunto de datos de precisión sobre proyectiles electromagnéticos lanzados con armas mediante pruebas de salto. [112] En 2004, investigadores de ARL publicaron artículos que examinaban la interacción de plasmas de alta temperatura con el fin de desarrollar encendedores de cañón de riel eficientes. [113] 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 sobre los propulsores sólidos convencionales. Utilizando microscopía electrónica de barrido y otras técnicas de diagnóstico, evaluaron en detalle la influencia de los plasmas en materiales propulsores específicos. [114] [113] [115]
China está desarrollando su propio sistema de cañones de riel. [116] Según un informe de CNBC de la inteligencia estadounidense, 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 adquirió 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. [117]
A principios de febrero de 2018, se publicaron en línea imágenes de lo que se dice que es un cañón de riel chino. En las imágenes, el arma está montada en la proa de un barco de desembarco Haiyangshan de clase Tipo 072III . Los medios sugieren que el sistema está o pronto estará listo para ser probado. [118] [119] En marzo de 2018, se informó que China confirmó que había comenzado a probar su cañón de riel electromagnético en el mar. [120] [121]
En noviembre de 2017, la Organización de Investigación y Desarrollo de Defensa de la India llevó a cabo una prueba exitosa de un cañón de riel electromagnético de calibre cuadrado de 12 mm. Está previsto realizar pruebas de una versión de 30 mm. La India pretende disparar un proyectil de un kilogramo a una velocidad de más de 2.000 m/s utilizando un banco de condensadores de 10 megajulios. [122] [63] 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. [123]
El Ministerio de Defensa japonés comenzó su estudio sobre la tecnología relacionada con los cañones de riel a nivel nacional e internacional en 2015, mientras realizaba investigaciones básicas utilizando un cañón de riel de pequeño calibre con un diámetro de 16 mm. [124] [125]
En 2016, el gobierno de Japón había llegado a la conclusión de que la cooperación tecnológica con Estados Unidos era necesaria para el despliegue de cañones de riel, y que dicha cooperación requeriría conocimientos tecnológicos por parte japonesa. [125] Por lo tanto, el desarrollo a gran escala comenzó en ese año. [125] Desde el año fiscal 2016 al año fiscal 2022, se llevaron a cabo investigaciones sobre sistemas de aceleración electromagnética y se fijó el objetivo de aumentar la velocidad inicial del proyectil y mejorar la durabilidad del riel en un cañón de riel de calibre 40 mm de un solo disparo. [124] Los resultados de las pruebas publicados más tarde mostraron que el cañón de riel tenía una velocidad inicial estable de más de 2000 m/s durante 120 disparos repetidos, que era la velocidad objetivo. El cañón de riel tampoco presentó daños significativos en el riel cerca de la posición inicial del proyectil, mientras que estudios anteriores han demostrado una erosión significativa, lo que confirma la reducción de los daños en el riel. [126] La prueba utilizó un único contenedor de carga de 20 pies que sirvió como cargador y un condensador de 5 MJ de capacidad que constaba de tres contenedores de carga de 20 pies para disparar dos tipos de proyectiles (longitud total de aproximadamente 160 mm, masa de aproximadamente 320 g). ): un proyectil separado (分離弾), que sería similar al uso real y tiene en mente la perforación de armaduras , y un proyectil integrado (一体弾), que fue simplificado a partir del proyectil separado para reducir costos. El arma mide aproximadamente 6 metros de largo y tiene una masa de 8 toneladas . [127]
En la Evaluación preliminar del proyecto para el año fiscal 2021, publicada por el Ministerio de Defensa el 2 de septiembre de 2022, se anunció que llevará a cabo investigaciones sobre cañones de riel desde el año fiscal 2022 al año fiscal 2026. [128] La investigación tiene como objetivo "futuros cañones de riel capaces de disparar proyectiles hipersónicos con una alta velocidad de disparo para contrarrestar amenazas como los misiles hipersónicos ". [129] Específicamente, se habían mencionado como puntos de interés la investigación sobre el mecanismo para disparos continuos, la estabilidad de vuelo fuera del cañón, el control de fuego y el daño del cañón de riel. [127]
El 17 de octubre de 2023, la Agencia de Adquisición, Tecnología y Logística (ALTA) anunció en su cuenta oficial X que habían "realizado la prueba de disparo del cañón de riel a bordo de un barco por primera vez en el mundo" ( sic ) [130] con imágenes de vídeo de un cañón de riel que dispara balas al océano desde un barco. [131] La Flota de Autodefensa de la JMSDF había insinuado más tarde en un comunicado de prensa la participación del JS Asuka en la prueba de disparo a bordo del barco. [132]
Se deben superar importantes obstáculos tecnológicos y operativos antes de poder desplegar los cañones de riel:
El paquete debe ajustarse a las limitaciones de masa (< 2 kg), diámetro (< 40 mm de diámetro exterior) y volumen (200 cm 3 ) del proyectil y hacerlo sin alterar el centro de gravedad. También debería poder resistir aceleraciones de al menos 20.000 g (umbral) / 40.000 g (objetivo) en todos los ejes, campos electromagnéticos elevados (E > 5.000 V/m, B > 2 T) y temperaturas superficiales de > 800 grados. C. El bulto debería poder funcionar en presencia de cualquier plasma que pueda formarse en el orificio o en la salida de la boca y también debe estar endurecido por radiación debido al vuelo exoatmosférico. El consumo total de energía debe ser inferior a 8 vatios (umbral)/5 vatios (objetivo) y la duración de la batería debe ser de al menos 5 minutos (desde el lanzamiento inicial) para permitir el funcionamiento durante todo el compromiso. Para que sea asequible, el coste de producción por proyectil debe ser lo más bajo posible, con el objetivo de ser inferior a 1.000 dólares por unidad.
El 22 de junio de 2015, Electromagnetic Systems de General Atomics anunció que los proyectiles con electrónica incorporada sobrevivieron a todo el entorno de lanzamiento del cañón de riel y realizaron sus funciones previstas en cuatro pruebas consecutivas los días 9 y 10 de junio en el campo de pruebas 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 de distancia, y el enlace de datos integral continuó funcionando después de que los proyectiles impactaron el suelo del desierto, lo cual es esencial para una guía de precisión. [136]
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