Preuzeto sa
http://www.cet.rs/CETcitaliste/CitalisteTekstovi/614.pdf Top bez zrna baruta
Topovi su nekada bili neprikosnoveno oružje. Setimo se samo namačkog dalekometnog topa ''dora'' kalibra 800 mm (da, da, dobro ste pročitali – celih 80 cm) koji je firma Krup radila od 1937 do 1942. godine. Domet sa razornom granatom 47 km. Pancirna granata probija 1m čelika ili 8 m armiranog betona. Pa onda čuveni pariski top (Paris-Kanone) dometa 130 km, kalibra 210 mm i početne brzine od čitavih 1600 m/s iz I svetskog rata. Zbog svoje ogromne težine jedino su mogli biti stavljeni na železničke šine, tj. šinske platforme. Zato ih možemo zvati šinskim topovima. Koliko samo baruta tu treba? Pa pucanj. Pa dim.
E, vidite, postoji još jedna vrsta šinskog topa. A ima veze sa železničkim šinama koliko Marica sa Pentijum procesorima. (Ako ovo bude čitala neka Marica koja radi sa ovim procesorima molimo je za izvinjenje). Još manje ima veze ovaj top sa barutom. Ima veze kao ona prethodna Marica sa............, samo da se setim, sa..... (vidite da ima sve manje tačaka, što znači da sam blizu ''dosećavanja''), sa..., gotovo, setio sam se, sa dva Pentijuma. Uhh!. Teško beše. Al' sam se dobro setio. Dakle, radi bez zrna baruta.
Pa 'ajde više reci nam, pobogu, čoveče, ne drži nas više u neizvesnost. Nije ti ovo latinoamerička serija pa da toliko otežeš scenario, kažete vi. Dobro, kažem je. Čitaj naslov.
Elektromagnetni top
Lepše je da se kaže elektromagnetni akcelerator, manje ubistveno zvuči. U suštini, to je linearni električni motor koji daje veoma veliko ubrzanje. Čuli ste za voz na magnetnoj šini. E to je samo jedna vrsta, hoću reći samo jedna primena. A ima ih nekoliko vrsta. Da počnemo sa najjednostavnijim.
Klasični šinski top
Nemojte da vas naslov zavede. To nema nikakve veze sa bilo kakvim vozom iako smo gore pomenuli voz. Ipak, on ima dve paralelne šine koje su spojene za izvor jednosmerne struje. Između je smešten projektil koji u stvari predstavlja kratkospojni klizač i kreće se pod dejstvom tzv. Lorencove sile koja iznosi
F=1/2 BLI
gde je B jačina magnetnog polja između šina (u teslama), L dužina strujne konture kroz klizač, hoću reći širina ''koloseka'' i I struja kroz kolo. Faktor ½ potiče od činjenice da je polje iza klizača jednako B a ispred klizača jednako nuli, tako da je njegova srednja vrednost jednaka ½B. EM top, odnosno, pardon, elektromagnetni akcelerator, da budemo fini u ovo doba poštovanja ljudskih prava i da nas neko ne optuži za militarističku terminologiju, je prikazan šematski na Sl.1. [ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Slika 1. Struktura klasičnog EM topa. Impulsni izvor jednosmerne struje priključen je na šine (bakarne ili posrebrene). Preko metalnog (bolje reći provodni, npr. grafitni) klizača se zatvara strujno kolo. Lorencova sila (F) od proizvedenog magnetnog polja deluje na klizač koji gura projektil.
Klasični šinski top je najprostiji i nasavršeniji akcelerator a može da radi na dva načina, tj. u dva moda. U režimu provođenja kroz metal struja teče kroz sami klizeći projektil, koji je od metala ili provodnogmaterijala (grafita). Sa tim konceptom postizana su ubrzanja od 2000 g (nije gram nego ubrzanje zemljine teže g=9,81 m/s2), odnosno 20.000 m/s2 mase od 1 kg (e ovo g sad nije ubrzanje zemljine teže nago gram – znam da ćete reći: ''Ovjaj ne zna šta hoće'', ali to vam je što vam je).
Nezgodna strana ovakve konfiguracije je što ako jako nagazite ''gas'' pojavljuje se luk plazme koji teži da prespoji projektil koji onda zaostaje iza.
Drugi režim rada se zasniva na upotebi neprovodnog projektila čime se luk ograničava iza njega. Na taj način su postignuta ubrzanja projektila mase 16 g od neverovatnih 250.000 g duž šina od 5 m, čime je dobijena brzina od 5,9 km/s. Aa? Šta kažete na ovo? Ostali ste bez teksta! Ma za malo i ja da ostanem bez teksta pa da više nemate šta da čitate.
Teži se da se konstruiše praktično oruđe koje bi moglo da ubrza projektil od 0,33 kg do brzine od 3 km/s, što odgovara energiji na ''ustima cevi'' od 1,5 MJ. Pri tome bi se posebna pažnja poklonila ukupnoj težini oružja. Kada se govori o težini i dimenzijama oružja onda se prvenstveno misli na izvor za napajanje. Naime, ako pogledamo prethodnu formulu, ukoliko niste pobegli od nje glavom bez obzira, zapažamo da od tri veličine koje određuju silu najbolji način da se utiče na njenu veličinu je preko veličine struje I. To se još bolje vidi iz izraza za brzinu projektila
2
V= LI delta t /2m
jer je struja na kvadrat. Δt trajanje strujnog impulsa a m masa projektila. Ako se želi velika brzina onda vam treba velika struja, desetine kiloampera. Koji izvor to može da obezbedi? Najbolje kondenzatorska baterija i to ogromnog kapaciteta. A to je dozlaboga glomazno. Jel' možete da zamislite takav top? To je kao da za topčićem od 20 mm ide šleper. Zato se u današnjim realizacijama kao napajanje koristi tzv. homopolarni generator.
Dobro, kažete vi, barem nema pucanja, vatre, dima, velikih pritisaka barutnih gasova od kojih može da prsne cev. E, malo sutra. Tokom proticanja struje kroz šine i pokretni klizač nastaju ogromne udarne mehaničke sile koje teže da razdvoje šine, što je elektromagnetna analogija sile barutnih gasova u običnom topu. [ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Slika 2. Opaljenje EM topa je praćeno velikim bljeskom koji potiče od plazme izazvane velikom energijom sadržanom u magnetnom polju.
To je i razumljivo s obzirom da se u tom sistemu javljaju tolika ubrzanja i teku tolike struje. Jeste li nekad gledali efekat kratakog spoja automobilskog akumulatora? E to vam je mačji kašalj u odnosu na ono što se dešava u EM topu. Da stvar bude još gora, ovaj mehanički efekat u EM topu ostaje konstantan tokom celog procesa ubrzanja. [ Attachment: You are not allowed to view attachments ]
Slika 3. Nije raketa nego projektil ispaljen iz EM topa. Plamen nije plamen nego plazme jer je luk projektilu ''oprljio'' zadnji deo.
Nije kao kod običnog, hemijskog topa, gde pritisak opada kako se zrno približava ustima cevi. Ima još. Umesto hemijsko-toplotnog habanja cevi ovde postoji efekat isparavanja metala zbog luka koji se formira između šina i klizećeg projektila, uzrokovanog velikim gustinama struje na mestu kontakta.
Sve to određuje praktične limite ostvarivanja ovakvog oruđa koji bi imao prihvatljivu cenu i period eksploatacije.
autor Dr Ranko Babić