Die elektromagnetischen Waffen im Film werden zum Kampf gegen Außerirdische eingesetzt, während unsere elektromagnetischen Waffen zum Löschen von Feuern verwendet werden.

Im Film „Transformers 2“ gab es eine ähnliche Szene: Eine elektromagnetische Kanone auf einem US-Kriegsschiff bombardierte nach einem elektromagnetischen Geräuschausbruch die feindlichen Transformers auf der Spitze der Pyramide mit enormer Kraft.

Quelle: Filmstills

Diese Szene hat uns damals vor dem Bildschirm einen großen Schock versetzt und gleichzeitig einige Fragen in unseren Köpfen aufgeworfen: Gibt es die elektromagnetische Railgun wirklich? Was ist der Unterschied und die Verbindung zwischen diesem und der elektromagnetischen Pistole zur Brandbekämpfung, die im November 2021 in meinem Land erfolgreich getestet wurde?

1. Der neue Favorit des elektrischen Zeitalters – Vergangenheit und Gegenwart der elektromagnetischen Waffe

Seit Faraday im 19. Jahrhundert das Gesetz der elektromagnetischen Induktion entdeckte, versucht man, dieses wissenschaftliche Prinzip auf Waffen anzuwenden. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts stellte jemand die Hypothese auf, man könne die Lorentzkraft zum Abfeuern von Kanonen nutzen. Während des Zweiten Weltkriegs versuchten Länder wie Deutschland und Frankreich, elektromagnetische Schusswaffen zu erforschen. Da es sich um eine kinetische Waffe handelt, sind die Projektilmasse und die Mündungsgeschwindigkeit die wichtigsten Parameter zur Messung ihrer Leistung. Während des Zweiten Weltkriegs nutzte Deutschland dieses Prinzip, um in einem Experiment ein 10 Gramm schweres Projektil auf eine Geschwindigkeit von 1.200 Metern pro Sekunde zu beschleunigen.

Nach dem Krieg, in den 1970er Jahren, beschleunigte die Australian National University ein 3 Gramm schweres Projektil auf 6.000 Meter pro Sekunde. Nach Jahrzehnten der Entwicklung waren die von den USA entwickelten elektromagnetischen Kanonenwaffen im Jahr 2010 in der Lage, Ziele in 200 Kilometern Entfernung mit der fünffachen Schallgeschwindigkeit zu treffen, und ihre Kraft entsprach dem Zehnfachen konventioneller Waffen. Derzeit wird in vielen Ländern der Welt, darunter auch in meinem Land, aktiv an elektromagnetischen Waffen geforscht und versucht, ihr größeres Potenzial auszuschöpfen.

Foto des US Naval Special Warfare Center beim Test der elektromagnetischen Waffe

Quelle: Wikipedia

2. Die Geburt elektromagnetischer Waffen: die Anwendung von Energie mit kontinuierlicher Verbesserung

Im Laufe der Geschichte ging jede Waffenentwicklung mit der Forderung der Menschen nach leistungsstärkeren Waffen einher – mit anderen Worten, nach einer effizienteren Nutzung der Energie.

In primitiven Zeiten gingen unsere Vorfahren, der Homo sapiens, vom Speerwerfen mit bloßen Händen dazu über, Speerschleudern zu erfinden. später wurden Bögen und Armbrüste hergestellt, wobei die Menschen die gespeicherte Energie durch elastische Verformung schnell freisetzten. Vom Mittelalter bis zur Entwicklung moderner konventioneller Waffen nutzten die Menschen Explosionen, also heftige chemische Reaktionen, um Schießpulverwaffen zu erfinden. Dabei verwendeten sie große Mengen chemischer Energie, um Hochleistungswaffen anzutreiben und so eine größere Tödlichkeit zu erreichen.

Eine der beiden heute am häufigsten vorkommenden Schießpulverarten: Schwarzpulver

Quelle: Wikipedia

Allerdings wird die Verwendung von Explosionen zur Aktivierung von Waffen irgendwann ihre Grenzen haben. Erstens ist die Explosion selbst ein Prozess mit gewaltsamer Entropiezunahme und daher heftig und schwer zu kontrollieren. Zweitens wird bei der Explosion ein Großteil der Energie in Form von Wärmeenergie freigesetzt. Nur ein kleiner Teil der durch die Explosion freigesetzten Energie kann in kinetische Energie des Geschosses umgewandelt und abgefeuert werden. Dies wird durch die Art des Prozesses selbst bestimmt. Egal, wie sehr wir es verbessern, um seine Effizienz zu steigern, es ist äußerst begrenzt.

Quelle: Wikipedia

Daher ist es ganz selbstverständlich, bei der Entwicklung zukünftiger Waffen das Ziel zu haben, effizientere Wege zur Energieumwandlung und zur Freisetzung von mehr Energie zu finden. Bei ihrer Suche nach Antworten gerieten die Wissenschaftler auf elektromagnetische Waffen.

3. Das Prinzip der elektromagnetischen Kanone – eine neue Perspektive auf elektromagnetische Induktion

Die aktuellen Typen elektromagnetischer Pistolen lassen sich im Wesentlichen in drei Kategorien unterteilen: Schienenpistolen, Spulenpistolen und Wiederverbindungspistolen.

Das grundlegendste Prinzip dieser Art von Waffe ist die Amperekraftformel in unseren Schulbüchern: F=BIL, was bedeutet, dass ein stromführender Leiter durch eine Kraft in einem Magnetfeld beeinflusst wird . Dieses Prinzip wird genutzt, um ein Projektil mit leitfähiger Hülle in einem festen Magnetfeld zu beschleunigen und anschließend abzufeuern.

Schienenkanonen , auch als Magnetschienenkanonen bekannt, nutzen die durch elektrischen Strom erzeugte Lorentzkraft, um Projektile zu beschleunigen, sodass sie sich entlang paralleler Schienen bewegen und abgefeuert werden.

Übersicht über die Funktionsweise der Railgun Quelle: Wikipedia

Die Spulenkanone verwendet einen oder mehrere Spulensätze. Wenn die Spulen eingeschaltet werden, erzeugen sie ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld übt auf die Projektile Gravitations- oder Abstoßungskräfte aus und beschleunigt sie dadurch. Der Reconnector ist eine spezielle Art von Coil-Gun und sein Prinzip entspricht in etwa dem der Coil-Gun.

Schematische Darstellung der Coil Gun

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Im Gegensatz zu herkömmlicher Artillerie verfügen elektromagnetische Geschütze über eine höhere Energieeffizienz. Theoretisch kann die Anfangsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Kanone Mach 20–30 erreichen. Um eine so hohe Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses in kurzer Zeit zu erreichen, wird derzeit häufig die Methode verwendet, elektrische Ladung in einem Kondensator zu speichern und diese in kurzer Zeit freizugeben. Bei diesem Verfahren handelt es sich bei der Energieumwandlung hauptsächlich um die Umwandlung von elektrischer Energie in kinetische Energie. Der Energieverlust wird sehr gering sein und der größte Teil der elektrischen Energie wird Teil der erschreckenden Anfangsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Hülle.

In einigen Videodemonstrationen können wir sehen, dass elektromagnetische Granaten problemlos mehrere Schichten Stahlplatten durchdringen können. Dies ist alles auf seine eigene, furchterregende kinetische Energie zurückzuführen. Aufgrund seiner hervorragenden Energieumwandlungseffizienz kann es diese Leistung zu wesentlich geringeren Kosten als herkömmliche Artillerie erreichen.

4. Wie weit sind wir von den elektromagnetischen Waffen in Science-Fiction-Filmen entfernt?

In einigen Science-Fiction-Filmen sieht man oft elektromagnetische Waffen. Ihre enorme Kraft versetzt uns oft in einen gehörigen Schock, doch was ist in Wirklichkeit der wahre Nutzen elektromagnetischer Waffen und wie weit sind sie von unserem Leben entfernt?

Zunächst einmal wurde die elektromagnetische Waffe erstmals als Waffenkonzept vorgeschlagen und hat auf dem Schlachtfeld bestimmte Einsatzmöglichkeiten. In Wirklichkeit ist der Hauptanwendungsbereich der elektromagnetischen Waffe jedoch nicht so anspruchsvoll wie in den Filmen. Bei der Erforschung elektromagnetischer Waffen achten wir stärker auf ihre niedrigen Kosten, ihre hohe Effizienz und andere Eigenschaften. Im Vergleich zu herkömmlicher Artillerie kann eine höhere Schlaggeschwindigkeit zu geringeren Kosten erreicht werden, das Schussintervall wird kürzer und die Wartung des Geschützkörpers ist einfacher. Dies ist sein wesentlicher Vorteil. Gleichzeitig werden elektromagnetische Waffen aufgrund ihrer höheren Geschwindigkeit künftig verstärkt in den Bereichen Panzerabwehr, Raketenabwehr, Luftverteidigung und anderen Kampfeinsätzen eingesetzt.

In einem im November 2021 von CCTV gezeigten Video wurden kleine tragbare elektromagnetische Pistolen, beispielsweise elektromagnetische Pistolen für die Landwirtschaft, in Betrieb genommen. Sie können zur Brandbekämpfung, in der Landwirtschaft und für andere Zwecke eingesetzt werden. Diese haben gezeigt, dass kleine elektromagnetische Waffen nun auch im zivilen Bereich Einzug halten und allmählich auch in unser Leben eindringen.

Quelle: CCTV.com

Und wie sieht es mit der Zukunft aus? Schon seit der Antike blicken die Menschen in den Sternenhimmel und in der Neuzeit haben wir begonnen, mit dem unbewohnten Weltraum über unseren Köpfen in Kontakt zu kommen. Da Treibstoff und Verbrennungshilfen beim Eintritt in die Umlaufbahn jedoch stets einen großen Teil der Nutzlast ausmachen, gleicht die Erforschung des Sternenhimmels für den Menschen seit jeher einem Tanz mit Fesseln.

Das elektromagnetische Katapult, das im Wesentlichen nach dem gleichen Prinzip wie die elektromagnetische Kanone funktioniert, entwickelt sich rasant. Derzeit hat mein Land Flugzeugträger entwickelt, die elektromagnetische Katapulte verwenden. Wir können uns vorstellen, dass wir den Sternenhimmel schneller erforschen können, wenn diese fortschrittliche Technologie künftig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt wird.