監視カメラが新たな「高速、正確、無慈悲」な砲弾を撮影、火炎放射も轟音もなし

最近、中国中央テレビの「軍事ゼロ距離」番組で、中国の電磁砲の発射実験場が初めて公開された。目に見えない閃光と耳に聞こえない電磁砲の原理は何ですか？火薬砲と比べてどのような利点がありますか？

電磁砲は映画シリーズ「トランスフォーマー」で人々の注目を集めました。映画の中で繰り返されるアメリカ軍の数々の現役兵器とロボットの対決はミリタリーファンにとって非常にエキサイティングなもので、謎の艦砲が遠距離からロボットを撃つシーンは映画を最高潮に盛り上げた。この兵器は映画の中では電磁レールガンと呼ばれています。

▲2008年、米国は電磁砲の実験に成功した（写真提供/Visual China）

最近、中国中央テレビの「軍事ゼロ距離」番組で、中国の電磁砲の発射実験場が初めて公開された。映像では、発射プロセス全体を通じて火や轟音が聞こえないだけでなく、使用される砲弾も火薬を必要とせず森林や消防に使用できる新しいタイプのものであることが示されています。こんなにも「ユニーク」なスタイルのこの電磁砲は一体どんな銃なのでしょうか？

▲中国の電磁砲の発射実験場が番組「軍事ゼロ距離」で暴露された（写真出典：CCTVスクリーンショット）

「より速く」「より正確に」「より残酷に」

電磁銃の威力を探る前に、まず 1 つの疑問を明確にする必要があります。電磁銃とは何でしょうか?

高校で物理を学んだ生徒は皆、電流が磁場を発生させ、磁場が電流に強い影響を与えることを覚えておくべきです。これはまさに電磁砲の原理です。コイルに通電することで発生する磁力を利用して金属砲弾を発射し、砲弾が標的に命中するために必要な運動エネルギーを提供します。分類の観点から見ると、現在主流の電磁砲は、コイル砲、レール砲、電熱砲の 3 つのカテゴリに分類できます。その中でもレールガンは最も一般的なタイプの電磁砲です。

▲レール型電磁砲の原理模式図（出典：bisbos）

一般的に、電磁レールガンは、エネルギーを供給する電源、一対の平行な長い直線トラック、および可動シェルの 3 つの部分で構成されます。 2 つのレールが電源に接続されると、強い電流が正極から始まり、シェルを流れ、負極を通って逆方向に流れます。このプロセス中、トラックを通過する電流によって 2 つのガイド面の間に強力な磁場が生成され、その結果、発射体にローレンツ力と呼ばれる力が発生します。精密なコンピュータ制御により、加速レベルの下で非常に高速に砲弾が押し出されます。

火薬砲とは異なり、電磁レールガンの前提条件は、最初に砲弾を電気レールに接続して回路を形成する必要があり、そのためには砲弾自体が導体である必要があります。そのため、電磁レールガンに使われる砲弾は、内部がタングステン・アルミニウム合金で作られ、外殻が非爆発性の材料で作られていることがほとんどです。

電磁砲の目的が「爆発」できる砲弾ではないとしたら、その威力はどの程度なのでしょうか?米国のズムウォルト級駆逐艦に当初装備される予定だった電磁レールガンを例にとると、砲弾の重さは1発あたり約9キログラム、初速は音速の6倍、秒速2000メートル近くに達し、1分間に12発の発射が可能だ。

▲米国が開発した電磁砲（写真提供：Visual China）

我が国では、科学者らがこれまでに、銃口速度毎秒2,500メートルでの連続発射試験に成功している。通常の砲弾の初速度は通常毎秒800～1000メートルに過ぎず、砲弾の速度が大幅に増加すると、命中率も大幅に向上することを知っておく必要があります。電磁砲は「より速く」「より正確」であるだけでなく、「より強力」でもあります。初期の銃口運動エネルギーは少なくとも 3,000 万ジュールです。たとえ砲身に火薬の薬莢ではなく単なる鉄片が装填されていたとしても、リモートセンシング衛星と高速コンピュータの支援があれば、数十メートル離れた厚いコンクリートの壁を数秒で簡単に貫通することができる。

電磁砲は従来の大砲に取って代わることはできない

19 世紀、科学者ファラデーは偶然にローレンツ力を発見しました。この発見に触発されて、発電機を発明した人もいれば、チャールズ・ホイートストンのような大胆なアイデアを思いついた人もいました。「この原理を使って武器を作ることはできないか？」

1845年、ホイートストンは「脳の穴」を実践し、磁気抵抗直流モーターを作り、金属棒を20メートル近くも投げることに成功しました。しかし、彼の成功が波紋を呼んだのは、1901年にノルウェーのオスロ大学の物理学教授であったビルケランドが「電磁発射」の概念を正式に提案し、「電気大砲」の特許を取得するまでだった。

▲前世紀の雑誌に掲載されたコイルガンの概念図（出典：Hacked Gadgets）

1970年代初頭までに、オーストラリアは3グラムのプラスチックブロックの初速度を徐々に毎秒6,000メートルまで上げようとしていました...継続的な研究の後、1980年代にアメリカの科学者はついに実験室で300グラムの砲弾を毎秒4,000メートル近くまで加速することに成功しました。

SF小説から出てきたような電磁銃が、研究室から出てきたのは近年になってからだ、と多くの人が信じている。しかし、実は本物は人類が21世紀に入るずっと前の第二次世界大戦中にすでに登場していたのです。第二次世界大戦の終わりに、絶望したドイツ軍は敗北を救うために新しい兵器を使用しようとしました。 1944年、ドイツのヤシム・ハンスラー博士とブンツェル主任検査官が10mm口径のコイルガンをテストしたが、テストは失敗に終わった。翌年、ハンスラーの助手O・ムクは彼の研究に基づいて「電熱銃」の概念を提案した。同年、ハンスラーは鉄道トンネル内で直径20mm、長さ2mのレールガンのテストに成功し、最終的に10グラムのアルミニウムシリンダーを毎秒1080mまで加速した。 2本の線路を直列に接続した後、アルミニウム柱の速度は毎秒1210メートルに達しました。

▲軌道打ち上げの原理

「1990年代から、世界各国が電磁砲に注目し始めた。その主な理由は、伝統的な砲兵の発展が物理的限界に達し、その改良の余地の費用対効果が高くないため、誰もが電磁砲に注目し始めたからだ」と軍事専門家のクイ・チョウ氏は述べた。

従来の大砲は射程距離を伸ばすためにより高い火薬エネルギーを必要とすることが判明しましたが、砲弾の発射プロセス中に生じる温度は数千度に達する可能性があり、砲身への腐食効果は想像に難くありません。さらに、その製造プロセスとコストも印象的ではありません。したがって、現代の砲兵のボトルネックを打破したいと望む国々にとって、新たな運動エネルギー砲の開発は当然選択肢となっている。

中国の電磁砲が「カーブでの追い越し」を実現

現在、電磁発射技術は世界各国で重要な研究開発分野となっています。中国、米国、英国、オーストラリアを含む世界各国は、電磁砲技術の習得に熱心に取り組んでいる。 2014年に米海軍は海軍電磁砲の試験計画により音速の7倍の高速軽砲弾を実現できると述べたと報じられている。わが国は新星として、近年、電磁砲の分野でも「曲線での追い越し」を達成し、森林火災の消火など多くの分野に応用しています。

しかし、電磁発射技術は理論的には非常に強力である一方で、多くの困難にも直面していることに注目すべきです。最大の問題はエネルギー貯蔵です。数百メガジュールの電気を瞬時に供給するにはどうすればよいでしょうか?理論的には、高い初期速度を達成するには、電磁トラックを増やすか、大きな電流を使用して電磁力を増やす必要があります。しかし、これらの方法は両方とも実際の運用に大きな困難を伴います。第二に、発射プロセス中に巨大な電流が砲弾に流れます。より高いスピードと打撃力を追求するとき、シェル素材はどのようにして自身の限界を突破できるのでしょうか?さらに、巨大な電源によって生じる放熱問題をどのように解決し、冷却装置と回路設計をどのようにアップグレードすればよいのでしょうか?

電磁砲を現実に近づける過程では、科学者が解決しなければならない課題がまだ多く残っていると言える。

（参考文献：中国軍事ネットワーク、軍事ゼロ距離）

文：王学英記者、写真・テキスト編集者：陳永傑

ニューメディア編集者/呂冰鑫

画像出典/Visual China（署名のあるものを除く）

制作：サイエンス・セントラル・キッチン

制作：北京科学技術ニュース |サイエンスプラスクライアント

友達の輪にシェアしましょう

無断転載は禁止です