映画の中の電磁銃はエイリアンと戦うために使われますが、私たちの電磁銃は火を消すために使用されます。

映画「トランスフォーマー2」には、アメリカの軍艦の電磁砲が電磁ノイズを爆発させた後、ピラミッドの頂上にいる敵のトランスフォーマーを強大な力で砲撃するというシーンがありました。

出典: 映画スチール

このシーンはかつてスクリーンの前の私たちに大きな衝撃を与え、同時に私たちの心の中にいくつかの疑問が浮かびました。電磁レールガンは本当に存在するのでしょうか? 2021年11月に我が国で試験に成功した消防用電磁砲との違いや関連性は何ですか？

1.電気時代の新たなお気に入り - 電磁銃の過去と現在

19 世紀にファラデーが電磁誘導の法則を発見して以来、人々はこの科学的原理を兵器に応用しようと試みてきました。 20 世紀初頭、ローレンツ力を利用して大砲を発射するという仮説が提唱されました。第二次世界大戦中、ドイツやフランスなどの国々は電磁砲兵器の研究を試みました。運動エネルギー兵器であるため、その威力を測る主なパラメータは発射体の質量と銃口速度です。第二次世界大戦中、ドイツはこの原理を利用して、実験で10グラムの弾丸を毎秒1,200メートルの速度まで加速しました。

戦後、1970年代にオーストラリア国立大学は3グラムの弾丸を毎秒6,000メートルまで加速した。数十年にわたる開発を経て、2010年までに米国が開発した電磁砲兵器は、通常兵器の10倍の威力で、音速の5倍の速度で200キロ離れた標的を攻撃できるようになった。現在、我が国を含め、世界の多くの国々が電磁砲の研究を積極的に行い、その大きな可能性を探ろうとしています。

米海軍特殊戦センターが電磁砲をテストしている写真

出典: Wikipedia

2.電磁砲の誕生：継続的な改良によるエネルギーの応用

歴史を通じて、あらゆる兵器の開発は、より強力な兵器、言い換えれば、より効率的にエネルギーを使用することを求める人々の要求を伴ってきました。

原始時代、私たちのホモ・サピエンスの祖先は、素手で槍を投げるという行為から、槍投げ器を発明するに至りました。その後、人々は弾性変形を利用して蓄えられたエネルギーを素早く放出する弓やクロスボウを作りました。中世から現代の通常兵器の開発に至るまで、人類は爆発という激しい化学反応を利用して火薬兵器を発明し、大量の化学エネルギーを使って強力な兵器を駆動し、より高い殺傷力を追求してきました。

現在最も一般的な2種類の火薬のうちの1つ：黒色火薬

出典: Wikipedia

しかし、爆発を利用して武器を起動することには、最終的には限界があります。まず、激しいエントロピー増加過程であるため、爆発自体が激しく、制御が困難です。第二に、爆発の際には、エネルギーの大部分が熱エネルギーの形で放出されます。爆発によって放出されたエネルギーのごく一部だけが砲弾の運動エネルギーに変換され、発射されます。これはプロセス自体の性質によって決まります。どれだけ改善して効率を高めても、限界が極めて大きいです。

出典: Wikipedia

したがって、エネルギーをより効率的に変換し、より多くのエネルギーを放出する方法を見つけることが、将来の兵器開発の目標となるのは当然です。科学者たちが答えを探しているうちに、電磁砲が彼らの視界に入った。

3.電磁銃の原理 - 電磁誘導に関する新たな視点

現在の電磁砲の種類は、主にレールガン、コイルガン、再接続ガンの3つに分類されます。

この種の兵器の最も基本的な原理は、高校の教科書に載っているアンペア力の公式、F=BIL です。これは、電流を流す導体が磁場の力の影響を受けることを意味します。この原理は、固定磁場内で導電性シェルを持つ発射体を加速し、発射するために使用されます。

レールガンは磁気軌道銃とも呼ばれ、電流によって発生するローレンツ力を利用して発射体を加速し、平行なレールに沿って移動させて発射します。

レールガンの運用概要 出典: Wikipedia

コイルガンは1 つ以上のコイル セットを使用します。コイルに電源を入れると、磁場が発生します。この磁場は発射物に重力または反発力を生み出し、それによって発射物を加速します。リコネクタはコイルガンの特殊なタイプであり、その原理はコイルガンとほぼ同じです。

コイルガンの概略図

出典: Wikipedia

従来の砲兵とは異なり、電磁砲はエネルギー利用効率が高いです。理論上、電磁砲の初速度はマッハ20～30に達します。このような高い砲弾初速度を短時間で実現するために、コンデンサに電荷を蓄え、短時間で放出する方法が現在広く用いられている。このプロセスでは、エネルギー変換は主に電気エネルギーから運動エネルギーへの変換です。エネルギー損失は非常に小さく、電気エネルギーの大部分は電磁殻の恐ろしい初期速度の一部になります。

いくつかのビデオデモンストレーションでは、電磁砲弾が複数の層の鋼板を簡単に貫通できることがわかります。これはすべて、その恐ろしい運動エネルギーによるものです。優れたエネルギー変換効率により、従来の砲兵よりもはるかに低いコストでこのようなパワーを実現できます。

4. SF映画に出てくる電磁砲は現実のものとなっているでしょうか?

いくつかのSF映画では、電磁銃がよく登場します。その巨大な威力はしばしば私たちに大きな衝撃を与えますが、実際のところ、電磁砲の本当の用途は何であり、私たちの生活からどれほど遠いのでしょうか。

まず、電磁砲は兵器のコンセプトとして最初に提案され、戦場では一定の用途があります。しかし、現実には、電磁砲の主な応用方向は映画ほどハイエンドなものではありません。私たちが電磁砲の研究を行う際には、低コスト、高効率などの特性に注目します。従来の砲兵に比べ、低コストでより高い攻撃速度を実現でき、発射間隔が短くなり、砲身のメンテナンスもより便利になります。これが本質的な利点です。同時に、電磁砲は、その高速性を活かして、今後、徹甲砲、ミサイル防衛砲、防空砲などの戦闘分野でさらに発展していくだろう。

2021年11月、CCTVが公開した映像では、農業用電磁砲などの小型携帯電磁砲が使用されている様子が映し出されていた。消防や農業など様々な用途に使えます。これらは、小型電磁砲が民間分野に進出し始め、徐々に私たちの生活にも入り込んできていることを示しています。

出典: CCTV.com

それで、将来はどうなるのでしょうか?人類は太古の昔から星空を見上げてきましたが、近代になってようやく頭上の無人の深宇宙に触れるようになりました。しかし、軌道に入る過程では燃料と燃焼補助装置が常に積載量の大部分を占めるため、人々の星空の探査は常に束縛されたダンスのようなものでした。

電磁砲と基本的に同じ原理で動作する電磁カタパルトは急速に発展している。現在、我が国は電磁カタパルトを採用した航空母艦を開発しております。将来、この先端技術が航空宇宙分野に応用されれば、星空の探索のペースが加速するのではないかと想像できるかもしれません。