Un cañón de riel o cañón de riel , a veces denominado cañón de riel , es un dispositivo de motor lineal , generalmente diseñado como un 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 en forma de riel (simplemente llamados rieles), a lo largo de los cuales un proyectil deslizante llamado armadura es acelerado por los efectos electromagnéticos de una corriente que fluye por un riel, hacia la armadura y luego de regreso a lo largo del otro riel. Se basa en principios similares a los del motor homopolar . [3]
A partir de 2020, se han investigado los cañones de riel 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. Si bien 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 superar 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 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. 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, también son ventajosos. [4]
Los cañones de riel todavía se encuentran en una etapa de investigación tras décadas de I+D , y aún queda por ver si se utilizarán como armas militares prácticas en el futuro previsible. Cualquier análisis de compensación entre los sistemas de propulsión electromagnética (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 pulsadas que se necesitan para los sistemas de lanzadores electromagnéticos.
El cañón de riel en su forma más simple se diferencia de un motor eléctrico tradicional [5] en que no se hace uso de 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 aceleraciones suficientes (y velocidades iniciales). Una variante relativamente común de esta configuración es el cañón de riel aumentado en el que la corriente de accionamiento 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 requerida para una aceleración dada. En la terminología de los motores eléctricos, los cañones de riel aumentados suelen ser configuraciones de bobinado en serie . Algunos cañones de riel también utilizan 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 sólidos y metálicos suelen ser la forma preferida de armadura de cañón de riel, pero también se pueden utilizar 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 una manera similar a la presión del gas propulsor en un cañón convencional. Una armadura híbrida utiliza un par de contactos de plasma para interconectar una armadura metálica con los rieles del cañón. Las armaduras sólidas también pueden "transformarse" en armaduras híbridas, normalmente después de que se supera 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 pulsos y generadores de disco. [8]
Para posibles aplicaciones militares, los cañones de riel suelen ser de interés porque pueden alcanzar velocidades iniciales mucho mayores que los cañones propulsados por propulsores químicos convencionales. El aumento de las velocidades iniciales 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 munición de energía cinética que incorpore una guía de impacto para matar, como reemplazos de proyectiles explosivos . Por lo tanto, los diseños típicos de cañones de riel militares apuntan a velocidades iniciales en el rango de 2000 a 3500 m/s (4500 a 7800 mph; 7200 a 12 600 km/h) con energías iniciales de 5 a 50 megajulios (MJ). A modo de 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 los cañones de riel de un solo bucle, estos requisitos de misión requieren corrientes de lanzamiento de unos pocos millones de amperios , por lo que una fuente de alimentación de cañón de riel típica podría estar diseñada para proporcionar una corriente de lanzamiento de 5 MA durante unos pocos milisegundos. Como las intensidades de campo magnético requeridas para tales lanzamientos normalmente serán de aproximadamente 10 tesla (100 kilogauss ), la mayoría de los diseños de cañones de riel contemporáneos están efectivamente hechos de 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 cañón, y ). El campo 'sentido' por la armadura es proporcional a , por lo que el campo aumentado aumenta la fuerza sobre 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 de laboratorio, mientras que se juzga que los cañones de riel ofrecen algunas perspectivas potenciales para el desarrollo como armas militares. Se proyectó que un cañón de gas ligero, el cañón de gas ligero de combustión en forma de prototipo de 155 mm, alcanzaría 2500 m/s con un cañón de calibre 70. [10] En algunos proyectos de investigación de hipervelocidad , los proyectiles se "preinyectan" en los cañones de riel, para evitar la necesidad de un arranque parado, y se han utilizado tanto cañones de gas ligero de dos etapas como cañones de pólvora convencionales para esta función. En principio, si se puede desarrollar la tecnología de suministro de energía de los cañones de riel para proporcionar unidades seguras, compactas, confiables, con capacidad de supervivencia en combate y livianas, entonces el volumen y la masa totales del sistema necesarios para acomodar dicha fuente de energía y su combustible primario pueden llegar a ser menores que el volumen y la masa totales requeridos para una cantidad equivalente a la misión de propulsores convencionales y munición explosiva. Se podría decir que esta tecnología ha madurado con la introducción del Sistema Electromagnético de Lanzamiento de Aeronaves (EMALS, por sus siglas en inglés) (aunque los cañones de riel requieren potencias de sistema mucho mayores, porque se deben entregar energías aproximadamente similares en unos pocos milisegundos, en lugar de unos pocos segundos). Este desarrollo aportaría entonces una ventaja militar adicional, ya que la eliminación de explosivos de cualquier plataforma de armas militares reduciría su vulnerabilidad al fuego enemigo. [ cita requerida ]
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 funcional en 1917 con la ayuda de la Société anonyme des Accumuleurs Tudor (ahora Baterías Tudor ). [11] [12] Durante la Primera Guerra Mundial, el Director de Invenciones francés del Ministerio de Armamento , Jules-Louis Brenton , encargó a Fauchon-Villeplée 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 del modelo funcional en 1917. Sin embargo, el proyecto fue abandonado una vez que la Primera Guerra Mundial terminó más tarde ese año, el 11 de noviembre de 1918. [12] Fauchon-Villeplée solicitó una patente estadounidense el 1 de abril de 1919, que se emitió en julio de 1922 como patente n.º. 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 pasar corriente a través de las barras colectoras y el proyectil, se induce una fuerza que propulsa el proyectil a lo largo de las barras colectoras y lo pone en 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 concluyó 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 Flak de la Luftwaffe emitiera una especificación, que exigía una velocidad inicial de 2000 m/s (4500 mph; 7200 km/h; 6600 ft/s) y un proyectil que contenía 0,5 kg (1,1 lb) de explosivo. Los cañones se montarían en baterías de seis que dispararían doce rondas por minuto, y se ajustarían a los montajes FlaK 40 de 12,8 cm existentes . Nunca se construyó. Cuando se descubrieron los detalles después de la guerra, despertaron 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 cañón necesitaría suficiente potencia para iluminar la mitad de Chicago. [14]
Durante 1950, Sir Mark Oliphant , un físico australiano y primer director de la Escuela de Investigación de Ciencias Físicas de la nueva Universidad Nacional Australiana , inició el diseño y la construcción del generador homopolar más grande del mundo (500 megajulios) . [17] Esta máquina estuvo operativa desde 1962 y luego se utilizó para alimentar un cañón de riel a 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 los EE. UU .) comenzó 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 la investigación inicial se inspiró en los experimentos con cañones de riel realizados por la Universidad Nacional de Australia . [19] [20] Los temas de investigación incluyeron 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 cañones de riel en los Estados Unidos se produjo de forma continua en las décadas siguientes, la dirección y el enfoque que tomó cambiaron drásticamente con los principales cambios en los niveles de financiación y las necesidades de diferentes agencias gubernamentales. En 1984, la formación de la Organización de Iniciativa de Defensa Estratégica hizo 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 soportar el lanzamiento de alta G desde cañones de riel de plasma de ultraalta velocidad. Pero después de la publicación de un importante estudio de la Junta de Ciencias de Defensa en 1985, el Ejército de los EE. UU. , el Cuerpo de Marines y la DARPA fueron asignados para desarrollar tecnologías de lanzamiento electromagnético 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 que involucraba armaduras sólidas e híbridas, interacciones riel-armadura y materiales de lanzamiento electromagnético. [26] La instalación se convirtió en el primer Centro de Investigación y Desarrollo Financiado por el Gobierno Federal del Ejército 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, donde 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 condensadores de baja inductancia de 240 kJ que funcionaba 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). [29] En 1995, el Centro de Electromagnetismo de la Universidad de Texas en Austin diseñó y desarrolló un lanzador de cañones de riel de fuego rápido llamado cañón electromagnético calibre cañón . El prototipo del lanzador fue probado posteriormente en el Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU ., donde demostró una eficiencia de cierre 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 emplazamiento en buques que aceleraba 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 alrededor de Mach 10, con 18,4 MJ de energía cinética. Fue la primera vez en la historia que se alcanzaron tales niveles de rendimiento. [28] [32] [ verificación fallida ] Le dieron al proyecto el lema "Velocitas Eradico", que en latín significa "Yo, [quien soy] la velocidad, erradico" o, en la 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 entre universitarios y aficionados. Varios aficionados realizan investigaciones activas sobre 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 el extremo de la recámara del cañón. 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 hacia abajo 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. De acuerdo con la regla de la mano derecha , el campo magnético circula alrededor de cada conductor. Como la corriente está en la dirección opuesta a lo largo de cada riel, el campo magnético neto entre los rieles ( B ) se dirige en ángulos rectos 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 bucle (independientemente de la polaridad de la fuente de alimentación) y lejos de la fuente de alimentación, hacia el extremo de la boca de los rieles. También hay fuerzas de Lorentz que actúan sobre los rieles e intentan separarlos, pero como los rieles están montados firmemente, no se pueden mover.
Por definición, si una corriente de un amperio fluye en un par de conductores ideales, infinitos y paralelos, separados por una distancia de un metro, entonces la magnitud de la fuerza sobre cada metro de esos conductores será exactamente de 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 proyectil 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, que proporcione una corriente del orden de un millón de amperios, creará una fuerza tremenda 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 uso intensivo, los cañones de riel actuales requerirían un reemplazo frecuente de los rieles, o el uso de un material resistente al calor que fuera lo suficientemente conductor 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 riel de alta potencia capaces de disparar más de unos pocos tiros desde un solo juego de rieles. El cañón debe soportar estas condiciones hasta varias rondas por minuto durante miles de disparos sin fallas ni degradación significativa. Estos parámetros están muy por encima del estado del arte en la ciencia de los materiales. [37] [38]
La fuente de alimentación debe ser capaz de suministrar grandes corrientes, sostenidas y controladas durante un tiempo útil. El indicador más importante de la eficacia de la fuente de alimentación es la energía que puede suministrar. En diciembre de 2010, la mayor energía conocida utilizada para propulsar 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 los condensadores y los compresores que se cargan lentamente a partir de otras fuentes de energía continua. [ cita requerida ]
Los rieles deben soportar enormes fuerzas de repulsión durante el disparo, y estas fuerzas tenderán a empujarlos y alejarlos del proyectil. A medida que aumenta la distancia entre el riel y el proyectil, se genera un arco eléctrico , que causa una vaporización rápida y un daño importante en las superficies del riel y del aislador. Esto limitaba algunos de los primeros cañones de riel de investigación a un solo disparo por intervalo de servicio.
La inductancia y la 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 en 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 estar construidos 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 análisis teórico y experimental cuidadoso revela que la fuerza de retroceso actúa sobre el cierre de la recámara al igual que en un arma de fuego química. [40] [41] [42] [43] Los rieles también se repelen a sí mismos a través de una fuerza lateral causada por los rieles que son empujados por el campo magnético, al igual que el proyectil. Los rieles deben sobrevivir a esto sin doblarse y deben estar montados 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 de riel disparar más de unos pocos tiros a plena 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 provoca 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 señal infrarroja . Como se mencionó brevemente anteriormente, las tensiones involucradas en el disparo de 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 utilizados en la mayoría de los diseños de cañones de riel están sujetos a erosión en 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 de manera severa. [44]
Los cañones de riel tienen varias aplicaciones prácticas potenciales, principalmente para el ámbito militar. Sin embargo, existen otras aplicaciones teóricas que actualmente se están investigando.
Se ha estudiado la asistencia electrodinámica para el lanzamiento de cohetes. [45] Las aplicaciones espaciales de esta tecnología probablemente involucrarían bobinas electromagnéticas especialmente formadas e imanes superconductores . [46] Es probable que se utilicen materiales compuestos para esta aplicación. [47]
Para los lanzamientos espaciales desde la Tierra, las 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 daría vueltas alrededor del anillo numerosas 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 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 por 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 puede no ser alcanzable basándose simplemente en el ángulo de elevación ascendente 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 realizada. [48] Debido a la fuerte aceleración, este sistema lanzaría solo materiales resistentes, como alimentos, agua y, lo más importante, combustible. En circunstancias ideales (ecuador, montaña, rumbo al este), el sistema costaría $ 528 / kg, [48] en comparación con los $ 5,000 / 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. Debido a que la pista de lanzamiento tendría 1,6 km de largo, la energía sería suministrada por una red distribuida de 100 máquinas rotativas (compulsador) esparcidas 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 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 es de más de 400 kg. [48] El campo magnético operativo máximo sería de 5 T, la mitad de este campo magnético provendría de los rieles y la otra mitad de imanes adicionales. 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 "aeronaves en forma de cuña con estatorreactores " a gran altitud a Mach 10, desde donde luego lanzarían una pequeña carga útil a la órbita utilizando propulsión de cohetes convencionales. [50] Las fuerzas g extremas involucradas en el lanzamiento directo desde tierra al espacio con un cañón de riel pueden restringir el uso solo a las cargas útiles más resistentes. Alternativamente, se pueden utilizar sistemas de rieles muy largos para reducir la aceleración de lanzamiento requerida. [48]
Los cañones de riel se están investigando 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 a nivel del mar) o más. A modo de comparación, el fusil M16 tiene una velocidad inicial de 930 m/s (3050 pies/s), y el cañón Mark 7 de 16 pulgadas/calibre 50 que armó los acorazados estadounidenses de la Segunda Guerra Mundial tiene una velocidad inicial de 760 m/s (2490 pies/s), que debido a su masa de proyectil mucho mayor (hasta 2700 libras) generó una energía inicial de 360 MJ y un impacto cinético de energía a distancia de más de 160 MJ (véase también el 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 del cañón), pero con mayor alcance. Esto disminuye el tamaño y el peso de la munición, lo que permite transportar más munición y elimina los peligros de llevar explosivos o propulsores en un tanque o plataforma de armas navales. Además, al disparar proyectiles aerodinámicamente más aerodinámicos a mayores velocidades, los cañones de riel pueden lograr un mayor alcance, menos tiempo para apuntar y, a distancias más cortas, menos deriva del viento, eludiendo las limitaciones físicas de las armas de fuego convencionales: "los límites de la expansión del gas prohíben el lanzamiento de un proyectil sin asistencia a velocidades superiores a aproximadamente 1,5 km/s y alcances de más de 50 millas [80 km] desde un sistema de cañón convencional práctico". [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 la de los cañones convencionales con cañones de igual longitud. Los cañones de riel también pueden causar daño en el área de efecto al detonar una carga explosiva en el proyectil que libera un enjambre de proyectiles más pequeños sobre un área grande. [52] [53]
Suponiendo que se superen los numerosos desafíos técnicos a los que se enfrentan los cañones de riel, incluidos problemas como la guía de proyectiles, la resistencia de los rieles, la capacidad de supervivencia en combate y la fiabilidad 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 ser utilizados tanto contra objetivos de superficie como aéreos.
El primer cañón de riel armado planeado para producción, el sistema Blitzer de General Atomics , comenzó las pruebas completas del sistema en septiembre de 2010. El arma lanza un proyectil descartable aerodinámico diseñado 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 adicionales (4,3 millas) 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 para 2019, pendiente de financiación. Hasta ahora, el proyecto se autofinancia. [55]
En octubre de 2013, General Atomics presentó una versión terrestre del cañón de riel Blitzer. Un funcionario de la compañía afirmó que el cañón podría estar listo para producción en "dos o tres años". [56]
Se están estudiando los cañones de riel para su uso 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, lo que deja un tiempo de reacción muy corto para que un barco lo intercepte. Incluso si los sistemas de defensa convencionales reaccionan lo suficientemente rápido, son caros y solo 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 proporcionarla ellos mismos). La velocidad, el costo y las ventajas numéricas de los sistemas de cañón de riel pueden permitirles reemplazar varios sistemas diferentes en el enfoque actual de defensa en capas. [57] Un proyectil de cañón de riel sin la capacidad de cambiar de rumbo puede alcanzar misiles de rápido movimiento a un alcance máximo de 30 millas náuticas (35 millas; 56 km). [58] Como es el caso con el CIWS Phalanx, las rondas de cañón de riel no guiadas requerirán múltiples/muchos disparos para derribar misiles antibuque supersónicos maniobrables, y las probabilidades de alcanzar el misil mejoran drásticamente 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 en enjambre; un sistema prototipo para apoyar las tareas de interceptación debe estar listo para 2018 y operativo para 2025. Este marco de tiempo 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 interesada en un momento 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 de Turquía [67] y Yeteknoloji [68] también están desarrollando cañones de riel. [69]
Alemania, Francia y Japón desarrollarán conjuntamente un arma de cañón de riel. [70]
Los cañones de riel helicoidales [71] son cañones de riel de múltiples vueltas que reducen la corriente del riel y de la escobilla por un factor igual al número de vueltas. Dos rieles están rodeados por un cañón helicoidal y el proyectil o el portador reutilizable también es helicoidal. El proyectil se energiza continuamente mediante 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 varios devanados 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.
En 1980, en el MIT se construyó un cañón de riel helicoidal que funcionaba con varios bancos de condensadores de gran tamaño (de unos 4 faradios ), de unos 3 metros de largo y compuesto por una bobina de aceleración de 2 metros y una bobina de desaceleración de 1 metro. Podía 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 paralelos largos 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, similares a gases, en lugar de una masa sólida de material. MARAUDER ( Magnetically Accelerated Ring to Achieve Ultra-high Directed Energy and Radiation ) 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 riel de plasma coaxial. Es uno de los varios esfuerzos del Gobierno de los Estados Unidos para desarrollar proyectiles basados en plasma. Las primeras simulaciones por computadora ocurrieron en 1990, y su primer experimento publicado apareció el 1 de agosto de 1993. [72] [73] A partir de 1993, el proyecto parecía estar en las primeras etapas experimentales. El arma era capaz de producir anillos de plasma con forma de rosquilla y bolas de relámpagos que explotaban con efectos devastadores al alcanzar su objetivo. [74] El éxito inicial del proyecto hizo que se volviera clasificado, y solo aparecieron unas pocas referencias a MARAUDER después de 1993. [ cita requerida ]
Se han construido y disparado modelos a escala real, incluido un cañón de energía cinética de 9 megajulios y 90 mm (3,5 pulgadas) de diámetro desarrollado por la DARPA estadounidense . Los problemas de desgaste de los rieles y los aisladores aún deben resolverse antes de que los cañones de riel puedan comenzar a reemplazar a las armas convencionales. Probablemente el sistema más antiguo que ha tenido un éxito constante 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.
China es ahora uno de los principales actores en lanzadores electromagnéticos; en 2012 albergó el 16º Simposio Internacional sobre Tecnología de Lanzamiento Electromagnético (EML 2012) en Beijing. [75] Las imágenes satelitales de finales de 2010 sugirieron que se estaban realizando pruebas en un campo de tiro y artillería cerca de Baotou , en la Región Autónoma de Mongolia Interior . [76]
El ejército de los Estados Unidos ha expresado su interés en realizar investigaciones sobre la tecnología de las armas eléctricas a lo largo de finales del siglo XX, ya que las armas electromagnéticas no requieren propulsores para disparar un tiro como los sistemas de armas convencionales, lo que aumenta significativamente la seguridad de la tripulación y reduce los costos logísticos, además de proporcionar un mayor alcance. Además, los sistemas de cañones de riel han demostrado proporcionar potencialmente una mayor velocidad de los proyectiles, lo que aumentaría la precisión de la artillería antitanque y la defensa 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. [77] 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). [78] Nueve megajulios son 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 suficientemente larga podría penetrar fácilmente un tanque y potencialmente atravesarlo (véase APFSDS ).
En octubre de 2006, la División Dahlgren del Centro de Guerra de Superficie de la Armada de los Estados Unidos demostró un cañón de riel de 8 MJ que disparaba proyectiles de 3,2 kg (7,1 lb) 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 Armada de los EE. UU. con la implementación de un sistema 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 son tan potentes como un misil de crucero como un BGM-109 Tomahawk , que entregará 3000 MJ de energía a un objetivo, tales armas, en teoría, permitirían a la Armada entregar una potencia de fuego más granular a una fracción del costo de un misil, y serán mucho más difíciles de derribar en comparación con los futuros sistemas defensivos. Para el contexto, otra comparación relevante es el cañón Rheinmetall de 120 mm utilizado en los tanques de batalla principales, que genera 9 MJ de energía en la boca del cañón.
En 2007, BAE Systems entregó un prototipo de 32 MJ (energía de boca) a la Marina de los EE. UU. [79] 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 Armada 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). [80] La energía era proporcionada por un nuevo banco de condensadores prototipo de 9 megajulios que utiliza interruptores de estado sólido y condensadores de alta densidad de energía entregados en 2007 y un sistema de energía de pulso de 32 MJ más antiguo de la Instalación de Investigación y Desarrollo de Cañones Eléctricos Green Farm del Ejército de los EE. UU. desarrollado a fines de la década de 1980 que fue previamente renovado por la División de Sistemas Electromagnéticos (EMS) de General Atomics. [81] Se espera que esté listo entre 2020 y 2025. [82]
El 10 de diciembre de 2010, la Marina de los EE. UU. realizó una prueba de un cañón de riel en el Centro de Guerra de Superficie Naval de la División Dahlgren. [83] 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] [84]
En febrero de 2012 se llevó a cabo otra prueba en el Centro de Guerra de Superficie Naval de la División Dahlgren. Si bien la energía era similar a la prueba antes mencionada, el cañón de riel utilizado era considerablemente más compacto y tenía un cañón de aspecto más convencional. En octubre de 2012 se entregó un prototipo construido por General Atomics para realizar pruebas. [85]
En 2014, la Armada de los EE. UU. tenía planes de integrar un cañón de riel con un alcance de más de 160 km (100 mi) en un barco para 2016. [86] Esta arma, si bien tiene un factor de forma más típico de un cañón naval, iba a utilizar componentes en gran medida en común con los desarrollados y demostrados en Dahlgren. [87] Las balas de hipervelocidad pesan 10 kg (23 lb), miden 18 pulgadas (460 mm) y se disparan a Mach 7. [88]
Un objetivo futuro era desarrollar proyectiles que fueran autoguiados, un requisito necesario para alcanzar objetivos distantes o interceptar misiles. [89] Cuando se desarrollen las balas guiadas, la Armada proyecta que cada bala costará alrededor de $25,000, [90] 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 la precisión de la guía de comando no se conoce, ni siquiera si puede sobrevivir a un disparo a máxima potencia.
En 2014, los únicos buques de la Armada de los 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 derivar tecnologías desarrolladas para los buques de la serie DDG-1000 en un sistema de batería para que otros buques de guerra puedan operar un cañón de riel. [91] A partir de 2014, la mayoría de los destructores pueden prescindir de solo nueve megavatios de electricidad adicional, mientras que se requerirían 25 megavatios para propulsar un proyectil al alcance máximo deseado [92] (es decir, para 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 ser mejorados 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 la eliminación de los sistemas de armas existentes para hacer espacio disponible. [93] Las primeras pruebas a bordo se iban a realizar desde un cañón de riel instalado en un transporte rápido expedicionario (EPF) de clase Spearhead , pero esto luego se cambió a pruebas en tierra. [94]
Aunque los proyectiles de 23 libras no tienen explosivos, su velocidad de Mach 7 les da 32 megajulios de energía, pero la energía cinética del impacto a distancia será típicamente el 50 por ciento o menos de la energía inicial del cañón. La Marina estudió otros usos para los cañones de riel, además del bombardeo terrestre, como la defensa aérea; con los sistemas de orientación adecuados, los proyectiles podrían interceptar aviones, misiles de crucero e incluso misiles balísticos. La Marina también está desarrollando armas de energía dirigida para uso en defensa aérea, pero pasarán años o décadas antes de que sean efectivas. [95] [96] [97]
El cañón de riel formaría 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 alcance medio, y misiles de crucero para proporcionar ataque de largo alcance; aunque los cañones de riel cubrirán objetivos hasta 100 millas de distancia que anteriormente necesitaban un misil. [98] La Armada puede eventualmente mejorar la tecnología del cañón de riel para permitirle disparar a un alcance 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 para el cañón lo suficientemente fuertes. [76]
La aplicación más prometedora a corto plazo de los cañones de riel y los cañones electromagnéticos aptos para armamento, en general, es probablemente a bordo de buques de guerra con suficiente capacidad de generación eléctrica de reserva y espacio de almacenamiento de baterías. A cambio, la capacidad de supervivencia de los buques puede mejorarse mediante una reducción comparable en las cantidades de propelentes químicos y explosivos potencialmente peligrosos empleados. Sin embargo, las fuerzas de combate terrestres pueden descubrir que la ubicación conjunta de una fuente de energía eléctrica adicional en el campo de batalla para cada sistema de cañón puede no ser una fuente de energía inmediata para el lanzamiento de proyectiles tan eficiente en términos de peso y espacio, ni tan conveniente para la supervivencia como los propelentes convencionales, que se fabrican de manera 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 Armada deseaba llevar el prototipo de cañón de riel de la Oficina de Investigación Naval de un experimento científico al territorio de armamento útil. El objetivo, según Tom Beutner, jefe de Guerra Aérea Naval y Armamento 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 pies-libras, por lo que un solo disparo de 32 MJ tiene la misma energía de boca que aproximadamente 200.000 rondas de .22 disparadas simultáneamente. [99] 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 un 20% de eficiencia al 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 de riel a lo largo de 17 años. La Armada se estaba centrando en disparar proyectiles hipersónicos desde cañones convencionales existentes ya disponibles en cantidades. [100] El 1 de junio de 2021, The Drive informó que el presupuesto propuesto para el año fiscal 2022 de la Armada de los EE. UU. no tenía fondos para la investigación y el desarrollo de cañones de riel. [101] No se pudieron superar los desafíos técnicos, como las fuerzas masivas de disparo que desgastan el cañón después de solo una o dos docenas de disparos, y una velocidad de disparo demasiado baja para ser útil para la defensa contra misiles. Las prioridades también habían cambiado desde que comenzó el desarrollo de los cañones de riel, y la Armada se centró más en misiles hipersónicos de mayor alcance en comparación con los proyectiles de cañones de riel de alcance comparativamente más corto. [102]
La investigación sobre la tecnología de cañones de riel fue un área de enfoque principal 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 estudio, como su cañón de riel de un metro y su cañón de riel de cuatro metros. [103] [104] [105] En 1984, los investigadores de BRL idearon una técnica para analizar el residuo que quedaba en la superficie del ánima después de disparar un tiro para investigar la causa de la degradación progresiva del ánima. [106] En 1991, determinaron las propiedades necesarias 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. [107] [108]
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 los EE. UU. (ARL) en 1992. Uno de los principales proyectos en investigación de cañones de riel en el que participó ARL fue el programa Cannon-Caliber Electromagnetic Gun (CCEMG) , que se llevó a cabo en el Centro de Electromecánica de la Universidad de Texas (UT-CEM) y fue patrocinado por el Cuerpo de Marines de los EE. UU. y el Centro de Investigación, Desarrollo e Ingeniería de Armamento del Ejército de los EE. UU . [109] Como parte del programa CCEMG, UT-CEM diseñó y desarrolló el Lanzador Electromagnético Calibre de Cañón, un lanzador de cañones de riel de fuego rápido, en 1995. [30] Con un cañón de 30 mm de diámetro, 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 disparo rápido se logró impulsando el lanzador con múltiples pulsos de pico de 83544 proporcionados por el compulsor 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 se probó en la Instalación Experimental Transónica de ARL en Aberdeen Proving Ground, Maryland . [110]
El Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. también supervisó el desarrollo de la 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 el 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 condensadores de 1 MJ, una variedad de dispositivos de lanzamiento electromagnético y aparatos de diagnóstico. El foco de la actividad de investigación estaba en los diseños, interacciones y materiales necesarios para los lanzadores electromagnéticos. [111]
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. [112] En 2001, ARL se convirtió en el primero en obtener un conjunto de datos de precisión sobre proyectiles lanzados desde cañones electromagnéticos utilizando pruebas de salto. [113] En 2004, los investigadores de ARL publicaron artículos que examinaban la interacción de plasmas de alta temperatura con el fin de desarrollar encendedores de cañones de riel eficientes. [114] 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. Utilizando microscopía electrónica de barrido y otras técnicas de diagnóstico, evaluaron en detalle la influencia de los plasmas en materiales propulsores específicos. [115] [114] [116]
China está desarrollando su propio sistema de cañones de riel. [117] Según un informe de la CNBC de la inteligencia estadounidense, el sistema de cañones 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 a distancias extendidas con mayor letalidad. El sistema de armas se montó con éxito en un buque de la Armada china en diciembre de 2017, y las pruebas en el mar se realizaron más tarde. [118]
A principios de febrero de 2018, se publicaron en Internet imágenes de lo que se afirma que es un cañón de riel chino. En las imágenes, el cañón está montado en la proa de un buque de desembarco de la clase Tipo 072III, Haiyangshan . Los medios de comunicación sugieren que el sistema está o pronto estará listo para ser probado. [119] [120] En marzo de 2018, se informó de que China confirmó que había comenzado a probar su cañón de riel electromagnético en el mar. [121] [122]
En noviembre de 2017, la Organización de Investigación y Desarrollo de Defensa de la India realizó una prueba exitosa de un cañón electromagnético de riel de 12 mm de diámetro cuadrado. 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. [123] [63] Los cañones electromagnéticos y las armas de energía dirigida se encuentran entre los sistemas que la Armada india pretende adquirir en su plan de modernización hasta 2030. [124]
El Ministerio de Defensa japonés inició su estudio sobre tecnología relacionada con cañones de riel a nivel nacional e internacional en 2015, mientras realizaba una investigación básica utilizando un cañón de riel de pequeño calibre con un orificio de 16 mm. [125] [126]
En 2016, el gobierno de Japón había concluido que la cooperación tecnológica con los EE. UU. era necesaria para el despliegue de cañones de riel, y dicha cooperación requeriría conocimientos tecnológicos del lado japonés. [126] Por lo tanto, el desarrollo a gran escala comenzó en ese año. [126] Desde el año fiscal 2016 hasta el año fiscal 2022, se llevó a cabo una investigación sobre sistemas de aceleración electromagnética y el objetivo se estableció para 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. [125] 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 rondas de fuego repetido, que era la velocidad objetivo. El cañón de riel tampoco había presentado daños significativos en el riel cerca de la posición inicial del proyectil, mientras que estudios anteriores han mostrado una erosión significativa, lo que confirma la reducción del daño del riel. [127] La prueba utilizó un solo contenedor de carga de 20 pies que sirvió como cargador y un condensador con capacidad de 5 MJ que constaba de tres contenedores de carga de 20 pies para disparar dos tipos de proyectiles (longitud total de unos 160 mm, masa de unos 320 g): un proyectil separado (分離弾), que sería similar al uso real y tiene en mente la perforación de blindaje , y un proyectil integrado (一体弾), que se simplificó a partir del proyectil separado para reducir el costo. El cañón tiene unos 6 metros de largo y una masa de 8 toneladas . [128]
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 se realizarán investigaciones sobre cañones de riel desde el año fiscal 2022 hasta el año fiscal 2026. [129] La investigación está dirigida a "futuros cañones de riel capaces de disparar proyectiles hipersónicos con una alta cadencia de fuego para contrarrestar amenazas como los misiles hipersónicos ". [130] En concreto, se habían mencionado como puntos de interés las investigaciones sobre el mecanismo de disparo continuo, la estabilidad del vuelo fuera del cañón, el control del fuego y los daños del cañón de riel. [128]
El 17 de octubre de 2023, la Agencia de Adquisiciones, Tecnología y Logística (ALTA) anunció en su cuenta oficial X que habían "logrado una prueba de disparo a bordo de un cañón de riel por primera vez en el mundo" ( sic ) [131] con imágenes de video de un cañón de riel disparando rondas al océano desde un barco. [132] 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. [133]
Se deben superar importantes obstáculos tecnológicos y operativos antes de poder desplegar los cañones de riel:
El paquete debe ajustarse a las restricciones 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 debe poder sobrevivir a aceleraciones de al menos 20.000 g (umbral) / 40.000 g (objetivo) en todos los ejes, campos electromagnéticos altos (E > 5.000 V/m, B > 2 T) y temperaturas de superficie de > 800 grados C. El paquete debe poder funcionar en presencia de cualquier plasma que pueda formarse en el ánima o en la salida de la boca del cañón y también debe ser resistente a la 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 enfrentamiento. Para que sea asequible, el costo de producción por proyectil debe ser lo más bajo posible, con el objetivo de ser menos de 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 cumplieron con sus funciones previstas en cuatro pruebas consecutivas realizadas el 9 y el 10 de junio en el campo de pruebas Dugway del ejército de los EE. UU. en Utah. La electrónica incorporada midió con éxito las aceleraciones internas y la dinámica del proyectil, a varios kilómetros de distancia, y el enlace de datos integrado siguió funcionando después de que los proyectiles impactaran en el suelo del desierto, lo que es esencial para una guía de precisión. [137]
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