Videoüberwachung zeigt neue „schnelle, präzise und rücksichtslose“ Artilleriegeschosse, kein Feuerblitz und kein Dröhnen

Kürzlich wurde im CCTV-Programm „Military Zero Distance“ erstmals der Teststandort für den Start der elektromagnetischen Waffe Chinas enthüllt. Was ist das Prinzip der elektromagnetischen Waffe, die keinen sichtbaren Blitz und kein hörbares Dröhnen erzeugt? Welche Vorteile gibt es gegenüber Pulverkanonen?

Die elektromagnetische Waffe erlangte durch die Filmreihe „Transformers“ Bekanntheit. Die wiederholten Konfrontationen zwischen den zahlreichen aktiven Waffen und Robotern des US-Militärs im Film waren für Militärfans äußerst spannend, und die Szene, in der ein mysteriöses Schiffsgeschütz aus großer Entfernung einen Roboter trifft, brachte den Film zu einem Höhepunkt. Im Film wird diese Waffe als elektromagnetische Railgun bezeichnet.

▲2008 testeten die USA erfolgreich die elektromagnetische Kanone (Fotoquelle/Visual China)

Kürzlich wurde im CCTV-Programm „Military Zero Distance“ erstmals der Teststandort für den Start der elektromagnetischen Waffe Chinas enthüllt. In den Aufnahmen ist nicht nur während des gesamten Abschussvorgangs kein Feuer oder Dröhnen zu sehen, sondern es handelt sich sogar um Granaten eines neuen Typs, die ohne Schießpulver auskommen und zur Wald- und Brandbekämpfung eingesetzt werden können. Was für eine Waffe ist diese elektromagnetische Waffe mit einem so „einzigartigen“ Stil?

▲Der Startteststandort der chinesischen elektromagnetischen Waffe wurde im Programm „Military Zero Distance“ enthüllt (Fotoquelle: CCTV-Screenshot)

„Schneller“, „Genauer“ und „Grausamer“

Bevor wir die Leistung elektromagnetischer Waffen untersuchen, müssen wir zunächst eine Frage klären: Was ist eine elektromagnetische Waffe?

Jeder Schüler, der Physik in der Oberstufe gelernt hat, sollte sich daran erinnern, dass elektrischer Strom ein Magnetfeld erzeugen kann und dass das Magnetfeld eine starke Wirkung auf den elektrischen Strom hat. Genau das ist das Prinzip der elektromagnetischen Waffe: Die durch die Aktivierung der Spule erzeugte Magnetkraft wird zum Abfeuern von Metallgeschossen genutzt und liefert so die nötige kinetische Energie, damit die Geschosse das Ziel treffen. Aus Klassifizierungssicht können die derzeit gängigen elektromagnetischen Pistolen in drei Kategorien unterteilt werden, nämlich Spulenpistolen, Schienenpistolen und elektrothermische Pistolen. Unter ihnen sind Railguns die am weitesten verbreitete Art elektromagnetischer Waffen.

▲ Schematische Darstellung des Prinzips einer elektromagnetischen Schienenkanone (Quelle: bisbos)

Im Allgemeinen besteht eine elektromagnetische Railgun aus drei Teilen: einer Stromquelle, die Energie liefert, einem Paar paralleler langer gerader Schienen und einer beweglichen Granate. Wenn die beiden Schienen an eine Stromquelle angeschlossen werden, fließt ein starker Strom vom Pluspol durch die Hülle und dann zurück durch den Minuspol. Während dieses Vorgangs erzeugt der durch die Schiene fließende Strom ein starkes Magnetfeld zwischen den beiden Führungsebenen, das wiederum eine Kraft auf das Projektil ausübt, nämlich die Lorentzkraft. Durch eine präzise Computersteuerung werden die Granaten mit einer sehr hohen Geschwindigkeit unter der Beschleunigungsstufe ausgestoßen.

Anders als bei Schießpulverkanonen besteht die Voraussetzung für elektromagnetische Railguns darin, dass die Granaten zunächst mit den elektrischen Schienen verbunden werden müssen, um einen Stromkreis zu bilden, wofür die Granaten selbst Leiter sein müssen. Daher bestehen die in elektromagnetischen Railguns verwendeten Granaten innen meist aus einer Wolfram-Aluminium-Legierung und außen aus nicht explosiven Materialien.

Wenn der Sinn einer elektromagnetischen Waffe nicht darin besteht, Granaten „explodieren“ zu lassen, welche Kraft hat sie dann? Nehmen wir als Beispiel die elektromagnetische Railgun, die ursprünglich für den US-Zerstörer der Zumwalt-Klasse vorgesehen war: Ihre Granaten wiegen jeweils etwa 9 Kilogramm, ihre anfängliche Fluggeschwindigkeit kann das Sechsfache der Schallgeschwindigkeit erreichen, also fast 2.000 Meter pro Sekunde, und sie kann 12 Schuss pro Minute abfeuern.

▲ Von den USA entwickelte elektromagnetische Waffe (Fotoquelle/Visual China)

In unserem Land haben Wissenschaftler zuvor erfolgreich Dauerfeuertests mit einer Mündungsgeschwindigkeit von 2.500 Metern pro Sekunde durchgeführt. Sie sollten wissen, dass die Anfangsgeschwindigkeit eines gewöhnlichen Artilleriegeschosses normalerweise nur 800 bis 1.000 Meter pro Sekunde beträgt. Wenn die Geschwindigkeit des Artilleriegeschosses jedoch deutlich erhöht wird, verbessert sich auch seine Trefferquote erheblich. Die elektromagnetische Waffe ist nicht nur „schneller“ und „präziser“, sondern auch „leistungsstärker“ – sie verfügt über eine kinetische Energie an der Mündung von mindestens 30 Millionen Joule. Selbst wenn der Gewehrlauf statt mit einer Schießpulvergranate nur mit einem einfachen Stück Eisen geladen wäre, könnte er mit Hilfe von Fernerkundungssatelliten und Hochgeschwindigkeitscomputern problemlos dicke Betonwände in mehreren zehn Metern Entfernung innerhalb von Sekunden durchdringen.

Elektromagnetische Waffen können traditionelle Artillerie nicht ersetzen

Im 19. Jahrhundert entdeckte der Wissenschaftler Faraday zufällig die Lorentzkraft. Inspiriert von dieser Entdeckung erfanden einige Menschen Generatoren, während andere, wie beispielsweise Charles Wheatstone, eine kühne Idee hatten: Könnte dieses Prinzip zur Herstellung einer Waffe genutzt werden?

Im Jahr 1845 setzte Wheatstone seine „Gehirnloch“-Idee in die Praxis um, konstruierte einen Reluktanz-Gleichstrommotor und warf erfolgreich eine Metallstange fast 20 Meter weit. Sein Erfolg schlug jedoch erst im Jahr 1901 hohe Wellen, als Birkeland, ein Physikprofessor an der Universität Oslo in Norwegen, das Konzept des „elektromagnetischen Starts“ offiziell vorschlug und ein Patent für die „elektrische Kanone“ erhielt.

▲ Ein konzeptionelles Diagramm einer Spulenkanone, das im letzten Jahrhundert in einer Zeitschrift veröffentlicht wurde (Quelle: Hacked Gadgets)

Anfang der 1970er Jahre versuchte Australien, die Anfangsgeschwindigkeit eines 3 Gramm schweren Plastikblocks schrittweise auf 6.000 Meter pro Sekunde zu erhöhen... Nach kontinuierlicher Forschung gelang es amerikanischen Wissenschaftlern in den 1980er Jahren schließlich, ein 300 Gramm schweres Artilleriegeschoss im Labor auf fast 4.000 Meter pro Sekunde zu beschleunigen.

Viele Menschen glauben, dass die elektromagnetische Waffe, die wie ein Science-Fiction-Story klingt, erst in den letzten Jahren aus dem Labor herausgekommen ist. Tatsächlich jedoch war das eigentliche Problem bereits im Zweiten Weltkrieg aufgetreten, lange bevor die Menschheit das 21. Jahrhundert betrat: Am Ende des Zweiten Weltkriegs versuchte die verzweifelte deutsche Armee, die Niederlage mit neuen Waffen abzuwenden. Im Jahr 1944 testeten Dr. Jasim Hansler und Chief Inspector Bunzel aus Deutschland eine Spulenkanone des Kalibers 10 mm, der Test war jedoch erfolglos. Im folgenden Jahr schlug Hanslers Assistent O. Muk auf Grundlage seiner Arbeit das Konzept der „elektrothermischen Pistole“ vor. Im selben Jahr testete Hansler erfolgreich eine Railgun mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Länge von 2 Metern in einem Eisenbahntunnel und beschleunigte schließlich einen 10 Gramm schweren Aluminiumzylinder auf 1080 Meter pro Sekunde; Nach der Reihenschaltung der beiden Gleise erreichte die Geschwindigkeit der Aluminiumsäule 1210 Meter pro Sekunde.

▲Orbitalstartprinzip

„Seit den 1990er Jahren haben Länder auf der ganzen Welt begonnen, elektromagnetischen Waffen Aufmerksamkeit zu schenken. Der Hauptgrund dafür ist, dass die Entwicklung der traditionellen Artillerie an eine physikalische Grenze gestoßen ist und die Kosteneffizienz ihrer Verbesserung nicht hoch ist, sodass alle begonnen haben, ihre Aufmerksamkeit elektromagnetischen Waffen zuzuwenden“, sagte Militärexperte Kui Zhou.

Es stellt sich heraus, dass herkömmliche Artillerie eine höhere Schießpulverenergie benötigt, um ihre Reichweite zu erhöhen. Beim Abfeuern der Artilleriegranaten kann die entstehende Temperatur jedoch Tausende von Grad Celsius erreichen, und die korrosive Wirkung auf das Artillerierohr ist vorstellbar. Darüber hinaus sind der Herstellungsprozess und die Kosten nicht beeindruckend. Daher ist die Entwicklung neuer Artillerie mit kinetischer Energie natürlich eine Option für Länder geworden, die den Engpass bei der modernen Artillerie überwinden möchten.

Chinas elektromagnetische Waffe schafft „Überholen in der Kurve“

Heutzutage ist die elektromagnetische Starttechnologie in Ländern auf der ganzen Welt zu einem wichtigen Forschungs- und Entwicklungsfeld geworden. Länder auf der ganzen Welt, darunter China, die Vereinigten Staaten, Großbritannien und Australien, arbeiten hart daran, die Technologie elektromagnetischer Waffen zu meistern. Berichten zufolge erklärte die US-Marine im Jahr 2014, dass ihr Testplan für elektromagnetische Marinekanonen in der Lage sei, leichte Hochgeschwindigkeitsartilleriegeschosse mit der siebenfachen Schallgeschwindigkeit abzufeuern. Als aufsteigender Stern hat mein Land in den letzten Jahren auch im Bereich elektromagnetischer Waffen das „Überholen in Kurven“ erreicht und diese Technologie in vielen Bereichen, beispielsweise bei der Waldbrandbekämpfung, eingesetzt.

Allerdings muss darauf hingewiesen werden, dass die elektromagnetische Starttechnologie zwar theoretisch sehr leistungsfähig ist, aber auch mit vielen Schwierigkeiten konfrontiert ist. Das größte Problem ist die Energiespeicherung: Wie lassen sich Hunderte Megajoule Strom im Handumdrehen bereitstellen? Theoretisch muss man, um eine hohe Anfangsgeschwindigkeit zu erreichen, entweder die elektromagnetische Spur vergrößern oder einen großen Strom verwenden, um die elektromagnetische Kraft zu erhöhen. Beide Verfahren weisen jedoch in der Praxis große Schwierigkeiten auf. Zweitens fließt während des Abschusses ein enormer elektrischer Strom durch die Granaten. Wie kann das Schalenmaterial seine eigenen Grenzen überschreiten, wenn Menschen nach höheren Geschwindigkeiten und Schlagkraft streben? Darüber hinaus stellt sich die Frage, wie das durch die enorme Stromversorgung verursachte Problem der Wärmeableitung gelöst und wie das Kühlgerät und das Schaltungsdesign verbessert werden können.

Man kann sagen, dass es auf dem Weg zur Realisierung elektromagnetischer Waffen noch viele Herausforderungen gibt, die die Wissenschaftler lösen müssen.

(Referenzen: China Military Network, Military Zero Distance)

Geschrieben von Reporter Wang Xueying, Foto- und Textredakteur Chen Yongjie

Redakteur für Neue Medien/Lv Bingxin

Bildquelle/Visual China (außer bei Personen mit Signatur)

Produziert von: Science Central Kitchen

Produziert von: Beijing Science and Technology News | Science Plus-Kunde

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