Китайский рельсотрон запустил умный снаряд в стратосферу, но что-то пошло не так
Согласно данным механического датчика, снаряд разгонялся с ускорением в 35 раз больше силы тяжести в течение 5 секунд после запуска, превышая скорость 5 Маха (примерно 6174 км/ч). Никаких подробностей о времени и месте проведения теста не сообщалось, хотя оно должно было произойти до августа 2023 года, когда статья разработчиков была отправлена в научный журнал (опубликована была только сейчас). Проектная скорость и дальность действия гиперзвуковой планирующей управляемой бомбы также не разглашаются, хотя в последние годы китайские ученые, работающие на ВМС КНР, опубликовали несколько статей, в которых упоминаются амбиции достичь дальности 200 км со скоростью 7 Маха.
Ряд военных и ученых считают, что технология рельсотронов произведет революцию в ведении боевых действий, подобно тому, как электромобили вытесняют автомобили на бензиновом двигателе. Однако существуют значительные трудности по ее внедрению. Несмотря на десятилетия исследований и крупные инвестиции, ВМС США объявили о выходе из проекта рельсотронов в 2021 году. В то же время в Китае ученые и инженеры получили постоянную господдержку своих исследований, что привело к ряду прорывов.
Власти КНР ожидают, что прогресс проекта рельсового оружия также будет стимулировать развитие передовых гражданских технологий, таких как гиперзвуковые железные дороги и экономически эффективные космические запуски.
Технология использует мощные электромагнитные силы для разгона тяжелых снарядов по рельсам. Достигаемые скорости и дальность полета сильно превосходят показатели снарядов, которые разгоняются взрывчатыми веществами. Кроме того, технология рельсовых пушек обещает существенное снижение эксплуатационных расходов в артиллерии.
Примерно в тоже время, когда США свернули свой проект рельсотронов, китайские ученые столкнулись во время испытаний с проблемой, известной как «фиксация вращательной скорости». Из-за нее запущенный рельсотроном снаряд может сильно отклониться от курса. Этот эффект нерегулярный и его сложно предсказать. Даже при использовании одинакового типа снаряда и одинаковых тестовых условий, фиксация вращательной скорости все равно может возникать время от времени.
Исследователи отметили, что эта проблема не проявлялась во время испытаний в аэродинамической трубе и компьютерного моделирования. Работа электромагнитной пушки оказалась сложнее, чем предполагают существующие физические теории.
Вращение стабилизирует траекторию снаряда, однако его частота должна быстро снижаться по мере увеличения скорости полета. Если этого не происходит, боеголовка может "задрать нос", что увеличивает сопротивление воздуха, а также влияет на скорость и потенциально на направление полета. Причинами этого эффекта являются сильные возмущения, вызванные трением между снарядом и рельсами, а также электрическими разрядами при выходе из ствола. Кроме того, под действием огромной силы запуска внешние части снаряда, такие как крылья и рули, могут деформироваться, что приводит к изменению аэродинамики и усилению колебаний. Такие колебания не только замедляют снаряд, но и могут привести к его отклонению от цели, делая выстрел неэффективным.
В поисках решения ученым нужно было воспроизвести сбой на компьютере. Однако процесс запуска электромагнитной пушки связан со сложнейшими физическими задачами взаимодействия многих тел в экстремальных условиях. Эти задачи трудно полностью описать или решить с помощью существующих математических инструментов. Тем не менее, китайские ученые накопили большой объем необработанных данных из своих экспериментов. С помощью алгоритмов искусственного интеллекта команда воссоздала испытания в компьютерной симуляции. Этот инструмент также позволил им предсказать неочевидные результаты. Проанализировав вероятность возникновения «фиксации вращательной скорости» при различных условиях, команда предложила ряд решений. Они включают дальнейшее увеличение начальной скорости вращения снаряда и регулировку угла руля направления для подавления резонанса.