موضوع مقاله: ریل‌گان | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ریل‌گان | مقدمه: گوی آتشین در نتیجه جدا شدن تکه‌هایی از پرتابه در هنگام پرتاب و مشتعل شدن آن‌ها در هوا ایجاد می‌شود. | ## بخش 1: ریل‌گان | ریل‌گان (به انگلیسی: railgun) که گاهی به آن توپ ریلی (به انگلیسی: rail cannon) نیز گفته می‌شود، یک دستگاه موتور خطی است که معمولاً به عنوان یک سلاح دوربرد طراحی شده و از نیروی الکترومغناطیسی برای پرتاب پرتابه‌هایی با سرعت بالا استفاده می‌کند. پرتابه معمولاً حاوی مواد منفجره نیست و در عوض برای وارد کردن آسیب، به انرژی جنبشی بالای خود متکی است. ریل‌گان از یک جفت رسانای الکتریکی موازی به شکل ریل (که به سادگی ریل نامیده می‌شوند) استفاده می‌کند که در امتداد آن، یک پرتابه لغزنده به نام آرمیچر، توسط اثرات الکترومغناطیسی جریانی که از یک ریل به پایین، به داخل آرمیچر و سپس در امتداد ریل دیگر بازمی‌گردد، شتاب می‌گیرد. تا سال ۲۰۲۰، ریل‌گان‌ها به عنوان سلاح‌هایی مورد تحقیق قرار گرفته‌اند که از نیروهای الکترومغناطیسی برای اعمال انرژی جنبشی بسیار بالا به یک پرتابه (مانند مهمات دارت) به جای استفاده از پیشرانه‌های مرسوم استفاده می‌کنند. در حالی که توپ‌های نظامی با نیروی انفجاری به سختی می‌توانند به سرعت دهانه بیش از ≈ دست یابند، ریل‌گان‌ها به راحتی می‌توانند از فراتر روند. نیروی تخریبی یک پرتابه به انرژی جنبشی آن (متناسب با جرم و مجذور سرعت آن) در نقطه برخورد بستگی دارد. به دلیل سرعت بالقوه بالاتر پرتابه شلیک‌شده با ریل‌گان، نیروی آن ممکن است بسیار بیشتر از پرتابه‌های با جرم یکسان باشد که به روش متعارف شلیک می‌شوند. عدم وجود پیشرانه‌های انفجاری یا کلاهک برای نگهداری و حمل، و همچنین هزینه پایین پرتابه‌ها در مقایسه با سلاح‌های متعارف نیز از مزایای آن به‌شمار می‌روند. این پیکربندی اصلی توسط یک حلقه واحد جریان تشکیل می‌شود و بنابراین برای تولید شتاب (و سرعت دهانه) کافی، به جریان‌های بالا (در حدود یک میلیون آمپر) نیاز دارد. یک نوع نسبتاً رایج از این پیکربندی، ریل‌گان تقویت‌شده است که در آن جریان محرک از طریق جفت‌های اضافی از رساناهای موازی هدایت می‌شود که برای افزایش ('تقویت') میدان مغناطیسی اعمال‌شده بر آرمیچر متحرک، مرتب شده‌اند. در اصطلاحات موتور الکتریکی، ریل‌گان‌های تقویت‌شده معمولاً پیکربندی‌های موتور سری هستند. برخی ریل‌گان‌ها همچنین از آهنرباهای نئودیمیمی قوی با میدانی عمود بر جریان برای افزایش نیروی وارد بر پرتابه استفاده می‌کنند. آرمیچر ممکن است بخش جدایی‌ناپذیری از پرتابه باشد، اما می‌تواند برای شتاب دادن به یک پرتابه جداگانه، عایق الکتریکی یا غیررسانا نیز پیکربندی شود. رساناهای لغزنده فلزی و جامد اغلب شکل ترجیحی آرمیچر ریل‌گان هستند، اما از آرمیچرهای پلاسما یا 'هیبریدی' نیز می‌توان استفاده کرد. یک آرمیچر پلاسما توسط قوسی از گاز یونیزه شده تشکیل می‌شود که برای هل دادن یک بار جامد و غیررسانا به روشی مشابه فشار گاز پیشرانه در یک توپ متعارف استفاده می‌شود. یک آرمیچر هیبریدی از یک جفت تماس پلاسما برای اتصال یک آرمیچر فلزی به ریل‌های توپ استفاده می‌کند. آرمیچرهای جامد نیز ممکن است به آرمیچرهای هیبریدی 'تبدیل' شوند، که معمولاً پس از عبور از یک آستانه سرعت خاص اتفاق می‌افتد. جریان بالای مورد نیاز برای تغذیه یک ریل‌گان را می‌توان توسط فناوری‌های مختلف منبع تغذیه، مانند خازن‌ها، مولدهای پالس و مولدهای دیسکی تأمین کرد. برای کاربردهای نظامی بالقوه، ریل‌گان‌ها معمولاً به این دلیل مورد توجه هستند که می‌توانند به سرعت‌های دهانه بسیار بیشتری نسبت به توپ‌های مجهز به پیشرانه‌های شیمیایی متعارف دست یابند. افزایش سرعت دهانه با پرتابه‌های آیرودینامیکی بهتر می‌تواند مزایای افزایش برد شلیک را به همراه داشته باشد، در حالی که از نظر اثرات بر هدف، افزایش سرعت نهایی می‌تواند امکان استفاده از گلوله‌های انرژی جنبشی با هدایت برخورد برای کشتن را به عنوان جایگزینی برای گلوله انفجاری فراهم کند؛ بنابراین، طراحی‌های نظامی معمول ریل‌گان، سرعت‌های دهانه در محدوده با انرژی دهانه ۵ تا ۵۰ مگاژول (MJ) را هدف قرار می‌دهند. برای مقایسه، ۵۰مگاژول معادل انرژی جنبشی یک اتوبوس مدرسه با وزن ۵ تن است که با سرعت حرکت می‌کند. برای ریل‌گان‌های تک حلقه‌ای، این الزامات عملیاتی به جریان‌های پرتاب چند میلیون آمپری نیاز دارند، بنابراین یک منبع تغذیه ریل‌گان معمولی ممکن است برای تحویل جریان پرتاب ۵ مگاآمپر برای چند میلی‌ثانیه طراحی شود. از آنجایی که قدرت میدان مغناطیسی مورد نیاز برای چنین پرتاب‌هایی معمولاً تقریباً ۱۰ تسلا (۱۰۰ کیلوگاوس) خواهد بود، اکثر طراحی‌های معاصر ریل‌گان عملاً بدون هسته (air-cored) هستند، یعنی از مواد فرومغناطیسی مانند آهن برای تقویت شار مغناطیسی استفاده نمی‌کنند. با این حال، اگر لوله از یک ماده با تراوایی مغناطیسی ساخته شود، قدرت میدان مغناطیسی به دلیل افزایش تراوایی افزایش می‌یابد (μ = μ0*μr، که در آن μ تراوایی مؤثر، μ0 ثابت تراوایی مغناطیسی و μr تراوایی نسبی لوله است، و ). میدان 'احساس شده' توسط آرمیچر متناسب با است، بنابراین میدان افزایش یافته، نیروی وارد بر پرتابه را افزایش می‌دهد. سرعت‌های ریل‌گان عموماً در محدوده سرعت‌های قابل دستیابی توسط تفنگ گازی سبک دو مرحله‌ای قرار می‌گیرد؛ با این حال، تفنگ‌های گازی سبک عموماً فقط برای استفاده آزمایشگاهی مناسب در نظر گرفته می‌شوند، در حالی که ریل‌گان‌ها دارای چشم‌اندازهایی برای توسعه به عنوان سلاح نظامی هستند. یک تفنگ گازی سبک، تفنگ گازی سبک احتراقی در یک نمونه اولیه ۱۵۵ میلی‌متری پیش‌بینی می‌شد که با یک لوله ۷۰ کالیبری به سرعت ۲۵۰۰ متر بر ثانیه دست یابد. در برخی پروژه‌های تحقیقاتی هایپرولوسیتی، پرتابه‌ها به داخل ریل‌گان‌ها 'پیش‌تزریق' می‌شوند تا از نیاز به شروع از حالت سکون جلوگیری شود و هم تفنگ‌های گازی سبک دو مرحله‌ای و هم توپ‌های باروتی متعارف برای این نقش استفاده شده‌اند. در اصل، اگر فناوری منبع تغذیه ریل‌گان بتواند واحدهای ایمن، فشرده، قابل اعتماد، قابل بقا در جنگ و سبک‌وزن ارائه دهد، آنگاه حجم و جرم کل سیستم مورد نیاز برای جای دادن چنین منبع تغذیه‌ای و سوخت اولیه آن می‌تواند کمتر از حجم و جرم کل مورد نیاز برای مقداری معادل از پیشرانه‌های متعارف و مهمات انفجاری برای یک مأموریت مشابه شود. مسلماً این فناوری با معرفی سامانه الکترومغناطیسی پرتاب هواپیما (EMALS) به بلوغ رسیده است (اگرچه ریل‌گان‌ها به قدرت سیستم بسیار بالاتری نیاز دارند، زیرا انرژی‌های تقریباً مشابهی باید در چند میلی‌ثانیه به جای چند ثانیه تحویل داده شوند). چنین پیشرفتی سپس مزیت نظامی دیگری را به همراه خواهد داشت و آن این است که حذف مواد منفجره از هر سکوی تسلیحاتی نظامی، آسیب‌پذیری آن را در برابر آتش دشمن کاهش می‌دهد. فوشون-ویل‌پله در ۱ آوریل ۱۹۱۹ برای ثبت اختراع در ایالات متحده اقدام کرد که در ژوئیه ۱۹۲۲ با شماره ثبت اختراع ۱٬۴۲۱٬۴۳۵ با عنوان «دستگاه الکتریکی برای راندن پرتابه‌ها» صادر شد. در دستگاه او، دو باسبار موازی توسط بال‌های یک پرتابه به هم متصل شده و کل دستگاه توسط یک میدان مغناطیسی احاطه شده است. با عبور جریان از باسبارها و پرتابه، نیرویی القا می‌شود که پرتابه را در امتداد باسبارها به جلو رانده و به پرواز درمی‌آورد. کورولکوف، انتقادات خود را از طراحی فوشون-ویل‌پله به‌تفصیل بیان کرد و برخی از ادعاهای فوشون-ویل‌پله در مورد مزایای اختراعش را زیر سؤال برد. کورولکوف در نهایت نتیجه گرفت که اگرچه ساخت یک توپ الکتریکی دوربرد در حیطه امکان‌پذیر است، اما کاربرد عملی ریل‌گان فوشون-ویل‌پله به دلیل مصرف انرژی الکتریکی بسیار زیاد و نیاز به یک ژنراتور الکتریکی ویژه با ظرفیت قابل توجه برای تأمین انرژی آن، با مانع مواجه است. در سال ۱۹۴۴، در طول جنگ جهانی دوم، یواخیم هنسلر از اداره تسلیحات آلمان، اولین ریل‌گان از نظر تئوری قابل اجرا را پیشنهاد کرد. در اواخر سال ۱۹۴۴، تئوری پشت توپ ضدهوایی الکتریکی او به اندازه‌ای پیشرفت کرده بود که به فرماندهی پدافند هوایی لوفت‌وافه اجازه داد مشخصاتی را صادر کند که خواستار سرعت دهانه و پرتابه‌ای حاوی ماده منفجره بود. این توپ‌ها قرار بود در آتشبارهای شش‌تایی با نرخ آتش دوازده گلوله در دقیقه نصب شوند و با پایه‌های موجود فلاک ۱۲٫۸ سانتی‌متری ۴۰ سازگار باشند. وقتی جزئیات آن پس از جنگ کشف شد، علاقه زیادی برانگیخت و مطالعه دقیق‌تری انجام شد که به گزارشی در سال ۱۹۴۷ ختم شد که نتیجه می‌گرفت این طرح از نظر تئوری امکان‌پذیر است، اما هر توپ به اندازه‌ای نیرو نیاز دارد که بتواند نیمی از شهر شیکاگو را روشن کند. در سال ۱۹۵۰، سر مارک اولیفانت، فیزیکدان استرالیایی و اولین مدیر پژوهشکده علوم و مهندسی فیزیک در دانشگاه ملی استرالیای جدید، طراحی و ساخت بزرگ‌ترین ژنراتور هم‌قطب جهان (۵۰۰ مگاژول) را آغاز کرد. این ماشین از سال ۱۹۶۲ عملیاتی شد و بعداً برای تأمین انرژی یک ریل‌گان در مقیاس بزرگ که به عنوان یک آزمایش علمی استفاده می‌شد، به کار گرفته شد. در سال ۱۹۸۰، آزمایشگاه تحقیقات بالستیک (که بعداً برای تشکیل آزمایشگاه تحقیقات ارتش ایالات متحده ادغام شد) یک برنامه بلندمدت تحقیقات نظری و تجربی در مورد ریل‌گان‌ها را آغاز کرد. این کار عمدتاً در آبردین پروو گراوند انجام شد و بسیاری از تحقیقات اولیه از آزمایش‌های ریل‌گان انجام شده توسط دانشگاه ملی استرالیا الهام گرفته بود. موضوعات تحقیق شامل دینامیک پلاسما، میدان‌های الکترومغناطیسی، تله‌متری، و انتقال جریان و حرارت بود. در حالی که تحقیقات نظامی در مورد فناوری ریل‌گان در ایالات متحده در دهه‌های بعد به‌طور مداوم ادامه داشت، جهت و تمرکز آن با تغییرات عمده در سطح بودجه و نیازهای سازمان‌های مختلف دولتی به شدت تغییر کرد. در سال ۱۹۸۴، تشکیل سازمان دفاع استراتژیک باعث شد اهداف تحقیقاتی به سمت ایجاد مجموعه‌ای از ماهواره‌ها برای رهگیری موشک بالستیک قاره‌پیما تغییر کند. در نتیجه، ارتش ایالات متحده بر توسعه پرتابه‌های کوچک هدایت‌شونده که بتوانند پرتاب با شتاب گرانشی بالا از ریل‌گان‌های آرمیچر پلاسمایی با سرعت فوق‌العاده بالا را تحمل کنند، متمرکز شد. اما پس از انتشار یک مطالعه مهم توسط هیئت علمی دفاع در سال ۱۹۸۵، ارتش ایالات متحده، سپاه تفنگداران دریایی و دارپا مأمور توسعه فناوری‌های پرتاب الکترومغناطیسی ضد زره برای خودروهای رزمی زمینی متحرک شدند. در سال ۱۹۹۰، ارتش ایالات متحده با دانشگاه تگزاس در آستین برای تأسیس مؤسسه فناوری پیشرفته (IAT) همکاری کرد که بر تحقیقات مربوط به آرمیچرهای جامد و هیبریدی، تعاملات ریل-آرمیچر و مواد پرتابگر الکترومغناطیسی متمرکز بود. این مرکز به اولین مراکز تحقیق و توسعه با بودجه فدرال ارتش تبدیل شد و میزبان چند پرتابگر الکترومغناطیسی ارتش، مانند پرتابگر کالیبر متوسط، بود. از سال ۱۹۹۳، دولت‌های بریتانیا و آمریکا در یک پروژه ریل‌گان در مرکز آزمایش تسلیحات داندِرنان همکاری کرده‌اند که در سال ۲۰۱۰ به آزمایشی منجر شد که در آن بی‌ای‌ئی سیستمز یک پرتابه ۳٫۲ کیلوگرمی (۷ پوند) را با انرژی ۱۸٫۴ مگاژول شلیک کرد. در سال ۱۹۹۴، مؤسسه تحقیقات و توسعه تسلیحات سازمان تحقیق و توسعه دفاعی هند، یک ریل‌گان با یک بانک خازنی ۲۴۰ کیلوژولی با اندوکتانس پایین ساخت که با توان ۵ کیلوولت کار می‌کرد و قادر به پرتاب پرتابه‌هایی با وزن ۳ تا ۳٫۵ گرم به سرعتی بیش از بود. در سال ۱۹۹۵، مرکز الکترومغناطیس در دانشگاه تگزاس در آستین یک پرتابگر ریل‌گان با آتش سریع به نام پرتابگر تفنگ الکترومغناطیسی کالیبر توپ طراحی و توسعه داد. در سال ۲۰۱۰، نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا یک ریل‌گان با اندازه فشرده طراحی شده توسط بی‌ای‌ئی سیستمز را برای نصب بر روی کشتی آزمایش کرد که یک پرتابه را به سرعت‌های هایپرسونیک تقریباً یا حدود ، با انرژی جنبشی ۱۸٫۴ مگاژول شتاب داد. یک ریل‌گان قدیمی‌تر با طراحی مشابه (۳۲ مگاژول) در مرکز آزمایش تسلیحات داندِرنان در بریتانیا قرار دارد. ریل‌گان‌های کم‌قدرت و در مقیاس کوچک نیز به پروژه‌های محبوب دانشگاهی و آماتوری تبدیل شده‌اند. طراحی نظریه یک ریل‌گان از دو ریل فلزی موازی تشکیل شده است (از این رو نام آن ریل‌گان است). در یک سر، این ریل‌ها به یک منبع تغذیه الکتریکی متصل می‌شوند تا انتهای خان (breech) توپ را تشکیل دهند. سپس، اگر یک پرتابه رسانا بین ریل‌ها قرار گیرد (مثلاً با قرار دادن در خان)، مدار را کامل می‌کند. الکترون‌ها از پایانه منفی منبع تغذیه به سمت بالای ریل منفی، از طریق پرتابه، و به سمت پایین ریل مثبت، به منبع تغذیه بازمی‌گردند. این جریان باعث می‌شود ریل‌گان مانند یک آهنربای الکتریکی عمل کند و یک میدان مغناطیسی در داخل حلقه‌ای که توسط طول ریل‌ها تا موقعیت آرمیچر تشکیل شده است، ایجاد کند. از آنجا که جریان در هر ریل در جهت مخالف است، میدان مغناطیسی خالص بین ریل‌ها (B) در زاویه قائم با صفحه‌ای که توسط محورهای مرکزی ریل‌ها و آرمیچر تشکیل شده است، جهت‌گیری می‌کند. این میدان مغناطیسی در ترکیب با جریان (I) در آرمیچر، یک نیروی لورنتس ایجاد می‌کند که پرتابه را در امتداد ریل‌ها شتاب می‌دهد، همیشه به سمت بیرون حلقه (صرف نظر از قطبیت منبع تغذیه) و به دور از منبع تغذیه، به سمت دهانه ریل‌ها. همچنین نیروهای لورنتس بر روی ریل‌ها عمل می‌کنند و تلاش می‌کنند آن‌ها را از هم دور کنند، اما از آنجا که ریل‌ها محکم نصب شده‌اند، نمی‌توانند حرکت کنند. طبق تعریف، اگر جریانی معادل یک آمپر در یک جفت رسانای موازی ایده‌آل و بی‌نهایت بلند که به فاصله یک متر از هم جدا شده‌اند، جریان یابد، بزرگی نیرو بر روی هر متر از آن رساناها دقیقاً ۰٫۲ میکرونیوتن خواهد بود. علاوه بر این، به‌طور کلی، نیرو متناسب با مجذور بزرگی جریان و معکوساً متناسب با فاصله بین رساناها خواهد بود. همچنین نتیجه می‌شود که برای ریل‌گان‌هایی با جرم پرتابه چند کیلوگرم و طول لوله چند متر، جریان‌های بسیار زیادی برای شتاب دادن پرتابه‌ها به سرعت‌هایی در حدود ۱۰۰۰ متر بر ثانیه مورد نیاز است. یک منبع تغذیه بسیار بزرگ، که جریانی در حدود یک میلیون آمپر فراهم می‌کند، نیروی عظیمی بر روی پرتابه ایجاد کرده و آن را به سرعتی معادل چندین کیلومتر بر ثانیه (km/s) شتاب می‌دهد. اگرچه این سرعت‌ها ممکن هستند، گرمای تولید شده از پیش‌رانش جسم به اندازه‌ای است که ریل‌ها را به سرعت فرسایش می‌دهد. در شرایط استفاده سنگین، ریل‌گان‌های فعلی نیاز به تعویض مکرر ریل‌ها یا استفاده از موادی مقاوم در برابر حرارت دارند که به اندازه کافی رسانا باشند تا اثر مشابهی ایجاد کنند. در حال حاضر به‌طور کلی پذیرفته شده است که برای تولید ریل‌گان‌های پرقدرت که قادر به شلیک بیش از چند گلوله از یک مجموعه ریل باشند، به پیشرفت‌های بزرگی در علم مواد و رشته‌های مرتبط نیاز است. لوله باید این شرایط را برای چندین شلیک در دقیقه و برای هزاران شلیک بدون خرابی یا تخریب قابل توجه تحمل کند. ملاحظات طراحی منبع تغذیه باید بتواند جریان‌های بزرگی را به صورت پایدار و کنترل شده در مدت زمان مفیدی ارائه دهد. تا دسامبر ۲۰۱۰، بیشترین انرژی شناخته شده برای به حرکت درآوردن یک پرتابه از یک ریل‌گان، ۳۳ مگاژول بوده است. ریل‌ها باید در هنگام شلیک در برابر نیروهای دافعه عظیم مقاومت کنند و این نیروها تمایل دارند آن‌ها را از هم دور کرده و از پرتابه جدا کنند. | ## بخش 2: ریل‌گان | با افزایش فاصله بین ریل و پرتابه، قوس الکتریکی ایجاد می‌شود که باعث تبخیر سریع و آسیب گسترده به سطوح ریل و سطوح عایق می‌شود. این امر برخی از ریل‌گان‌های تحقیقاتی اولیه را به یک شلیک در هر بازه سرویس محدود می‌کرد. در حال حاضر اشکال مختلف ریل و پیکربندی‌های ریل‌گان در حال آزمایش هستند، به ویژه توسط نیروی دریایی ایالات متحده (آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی)، مؤسسه فناوری پیشرفته در دانشگاه تگزاس در آستین و بی‌ای‌ئی سیستمز. مواد مورد استفاده ریل‌ها و پرتابه‌ها باید از مواد رسانای الکتریکی قوی ساخته شوند؛ ریل‌ها باید در برابر خشونت یک پرتابه در حال شتاب‌گیری و گرمای ناشی از جریان‌های بزرگ و اصطکاک مقاومت کنند. برخی کارهای نادرست نشان داده‌اند که نیروی پس‌زدگی در ریل‌گان‌ها می‌تواند تغییر جهت داده یا حذف شود؛ تحلیل دقیق نظری و تجربی نشان می‌دهد که نیروی پس‌زدگی دقیقاً مانند یک سلاح گرم شیمیایی، بر روی بسته شدن خان عمل می‌کند. ریل‌ها همچنین از طریق یک نیروی جانبی ناشی از فشار میدان مغناطیسی بر روی ریل‌ها، یکدیگر را دفع می‌کنند، همان‌طور که پرتابه به جلو رانده می‌شود. ریل‌ها باید بدون خم شدن در برابر این نیرو مقاومت کرده و باید بسیار محکم نصب شوند. مطالب منتشر شده در حال حاضر نشان می‌دهد که قبل از اینکه بتوان ریل‌هایی را توسعه داد که به ریل‌گان‌ها اجازه دهد بیش از چند شلیک با قدرت کامل قبل از نیاز به تعویض ریل‌ها داشته باشند، باید پیشرفت‌های عمده‌ای در علم مواد صورت گیرد. دفع حرارت در طراحی‌های فعلی، مقادیر عظیمی از گرما توسط جریان الکتریسیته از طریق ریل‌ها و همچنین توسط اصطکاک پرتابه هنگام خروج از دستگاه ایجاد می‌شود. این امر سه مشکل اصلی ایجاد می‌کند: ذوب شدن تجهیزات، کاهش ایمنی پرسنل، و شناسایی توسط نیروهای دشمن به دلیل افزایش اثر فروسرخ. همان‌طور که به‌طور خلاصه در بالا بحث شد، تنش‌های ناشی از شلیک این نوع دستگاه به یک ماده بسیار مقاوم در برابر حرارت نیاز دارد. در غیر این صورت، ریل‌ها، لوله و تمام تجهیزات متصل به آن ذوب شده یا به‌طور جبران‌ناپذیری آسیب می‌بینند. در عمل، ریل‌های مورد استفاده در اکثر طرح‌های ریل‌گان در هر پرتاب دچار فرسایش می‌شوند. علاوه بر این، پرتابه‌ها می‌توانند تا حدی دچار سایش شوند و این می‌تواند عمر ریل‌گان را در برخی موارد به شدت محدود کند. با این حال، کاربردهای نظری دیگری نیز وجود دارد که در حال حاضر در حال تحقیق هستند. پرتاب یا کمک به پرتاب فضاپیما کمک الکترودینامیکی به پرتاب راکت‌ها مورد مطالعه قرار گرفته است. طرح‌های دیگر شامل یک مسیر مارپیچی (هلیکس) طولانی‌تر، یا یک طرح حلقه‌ای بزرگ است که در آن یک فضاپیما چندین بار حلقه را دور می‌زند و به تدریج سرعت می‌گیرد، قبل از اینکه در یک کریدور پرتاب به سمت آسمان رها شود. با این وجود، اگر ساخت آن از نظر فنی امکان‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه باشد، اعمال سرعت گریز ابرسرعت به یک پرتابه که در سطح دریا پرتاب می‌شود، جایی که جو غلیظ‌ترین است، ممکن است منجر به از دست رفتن بخش زیادی از سرعت پرتاب به دلیل نیروی پسار شود. علاوه بر این، پرتابه ممکن است هنوز به نوعی هدایت و کنترل داخلی نیاز داشته باشد تا به زاویه ورود به مدار مفیدی دست یابد که ممکن است صرفاً بر اساس زاویه ارتفاع پرتابگر نسبت به سطح زمین قابل دستیابی نباشد (ببینید ملاحظات عملی سرعت گریز). در سال ۲۰۰۳، ایان مک‌ناب طرحی را برای تبدیل این ایده به یک فناوری محقق شده تشریح کرد. به دلیل شتاب قوی، این سیستم فقط مواد محکم مانند غذا، آب و مهم‌تر از همه، سوخت را پرتاب می‌کند. در شرایط ایده‌آل (استوا، کوهستان، به سمت شرق) هزینه این سیستم ۵۲۸ دلار به ازای هر کیلوگرم خواهد بود، در مقایسه با ۵۰۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم در راکت‌های معمولی.هزینه پروتون تا سال ۲۰۱۵ حدود ۵۰۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم تخمین زده می‌شود. ریل‌گان مک‌ناب می‌تواند تقریباً ۲۰۰۰ پرتاب در سال انجام دهد، که در مجموع حداکثر ۵۰۰ تن در سال پرتاب می‌شود. از آنجا که مسیر پرتاب ۱٫۶ کیلومتر طول خواهد داشت، نیرو توسط یک شبکه توزیع‌شده از ۱۰۰ ماشین دوار (کامپالسیتور) که در طول مسیر پخش شده‌اند، تأمین می‌شود. یک میدان مغناطیسی عملیاتی اوج ۵ تسلا وجود خواهد داشت—نیمی از این مقدار از ریل‌ها و نیمی دیگر از آهنرباهای کمکی تأمین می‌شود. این امر جریان مورد نیاز از طریق ریل‌ها را به نصف کاهش می‌دهد، که توان را چهار برابر کاهش می‌دهد. ناسا پیشنهاد کرده است که از یک ریل‌گان برای پرتاب «هواپیماهای گوه-شکل با اسکرم‌جت» به ارتفاع بالا با سرعت ۱۰ ماخ استفاده کند، جایی که سپس یک محموله کوچک را با استفاده از پیشرانه راکت معمولی به مدار پرتاب می‌کند. نیروی گرانش شدید ناشی از پرتاب مستقیم از زمین به فضا با ریل‌گان ممکن است استفاده از آن را فقط به محموله‌های بسیار محکم محدود کند. به‌طور جایگزین، می‌توان از سیستم‌های ریل بسیار طولانی برای کاهش شتاب پرتاب مورد نیاز استفاده کرد. برای مقایسه، تفنگ ام۱۶ سرعت دهانه دارد و توپ ۱۶ اینچی/۵۰ کالیبر مارک ۷ که نبردهای آمریکایی جنگ جهانی دوم را مسلح می‌کرد، سرعت دهانه داشت، که به دلیل جرم بسیار بیشتر پرتابه‌اش (تا ۲۷۰۰ پوند) انرژی دهانه ۳۶۰ مگاژول و انرژی برخورد جنبشی در محدوده بیش از ۱۶۰ مگاژول تولید می‌کرد. با شلیک پرتابه‌های کوچکتر با سرعت‌های بسیار بالا، ریل‌گان‌ها ممکن است انرژی جنبشی برخوردی برابر یا برتر از انرژی تخریبی توپ ۵ اینچی/۵۴ کالیبر مارک ۴۵ نیروی دریایی (که تا ۱۰ مگاژول در دهانه به دست می‌آورد) داشته باشند، اما با برد بیشتر. این امر اندازه و وزن مهمات را کاهش می‌دهد و اجازه می‌دهد مهمات بیشتری حمل شود و خطرات حمل مواد منفجره یا پیشرانه در یک تانک یا سکوی تسلیحاتی دریایی را از بین می‌برد. همچنین، با شلیک پرتابه‌هایی با آیرودینامیک بهتر در سرعت‌های بالاتر، ریل‌گان‌ها ممکن است به برد بیشتر، زمان کمتر برای رسیدن به هدف، و در بردهای کوتاه‌تر انحراف کمتر در برابر باد دست یابند و از محدودیت‌های فیزیکی سلاح‌های گرم معمولی عبور کنند: «محدودیت‌های انبساط گاز، پرتاب یک پرتابه بدون کمک را به سرعت‌های بیشتر از حدود ۱٫۵ کیلومتر بر ثانیه و بردهای بیش از از یک سیستم توپ معمولی عملی، ممنوع می‌کند.» فناوری‌های فعلی ریل‌گان به یک لوله بلند و سنگین نیاز دارند، اما بالستیک یک ریل‌گان بسیار بهتر از توپ‌های معمولی با طول لوله برابر عمل می‌کند. ریل‌گان‌ها همچنین می‌توانند با منفجر کردن یک خرج انفجاری در پرتابه که دسته‌ای از پرتابه‌های کوچکتر را در یک منطقه بزرگ آزاد می‌کند، آسیب منطقه‌ای ایجاد کنند. با فرض اینکه بسیاری از چالش‌های فنی پیش روی ریل‌گان‌های قابل استقرار در میدان، از جمله مسائلی مانند هدایت پرتابه ریل‌گان، دوام ریل، و بقای رزمی و قابلیت اطمینان منبع تغذیه الکتریکی، برطرف شوند، سرعت‌های پرتاب افزایش یافته ریل‌گان‌ها ممکن است مزایایی نسبت به توپ‌های مرسوم‌تر برای انواع سناریوهای تهاجمی و دفاعی فراهم کند. اولین ریل‌گان تسلیحاتی که برای تولید برنامه‌ریزی شده بود، سیستم بلیتزر جنرال اتمیکس، آزمایش کامل سیستم را در سپتامبر ۲۰۱۰ آغاز کرد. این سلاح یک گلوله سابوی آیرودینامیک طراحی شده توسط فانتوم ورکس بوئینگ را با سرعت (تقریباً ماخ ۵) با شتابی بیش از ۶۰۰۰۰ gn پرتاب می‌کند. در یکی از آزمایش‌ها، پرتابه توانست پس از نفوذ به یک صفحه فولادی به ضخامت , دیگر به سمت پایین برد حرکت کند. این شرکت امیدوار است تا سال ۲۰۱۶ یک نمایش یکپارچه از سیستم را داشته باشد و پس از آن در صورت تأمین بودجه، تا سال ۲۰۱۹ به تولید برسد. یک مقام شرکت ادعا کرد که این توپ می‌تواند در «دو تا سه سال» برای تولید آماده شود. ریل‌گان‌ها برای استفاده به عنوان سلاح‌های ضدهوایی برای رهگیری تهدیدات هوایی، به ویژه موشک کروز ضدکشتی، علاوه بر بمباران زمینی، در حال بررسی هستند. یک موشک ضدکشتی مافوق صوت که در نزدیکی سطح دریا پرواز می‌کند، می‌تواند در فاصله ۲۰ مایلی از یک کشتی جنگی بر روی افق ظاهر شود و زمان واکنش بسیار کوتاهی را برای رهگیری آن توسط کشتی باقی بگذارد. حتی اگر سیستم‌های دفاعی معمولی به اندازه کافی سریع واکنش نشان دهند، گران هستند و تنها تعداد محدودی رهگیر بزرگ را می‌توان حمل کرد. یک پرتابه ریل‌گان می‌تواند چندین برابر سریع‌تر از یک موشک به سرعت صوت برسد؛ به همین دلیل، می‌تواند یک هدف مانند موشک کروز را بسیار سریع‌تر و دورتر از کشتی مورد اصابت قرار دهد. پرتابه‌ها همچنین معمولاً بسیار ارزان‌تر و کوچکتر هستند و اجازه می‌دهند تعداد بیشتری از آنها حمل شود (آنها سیستم هدایت ندارند و برای تأمین انرژی جنبشی خود به ریل‌گان متکی هستند، نه اینکه خودشان آن را تأمین کنند). مزایای سرعت، هزینه و تعداد سیستم‌های ریل‌گان ممکن است به آنها اجازه دهد تا چندین سیستم مختلف را در رویکرد دفاع لایه‌ای فعلی جایگزین کنند. یک پرتابه ریل‌گان بدون قابلیت تغییر مسیر می‌تواند موشک‌های سریع‌السیر را در حداکثر برد مورد اصابت قرار دهد. همانند سیستم فالانکس، گلوله‌های غیرهدایت‌شونده ریل‌گان برای سرنگون کردن موشک‌های ضدکشتی مافوق صوت مانوردهنده به چندین/بسیاری شلیک نیاز دارند و شانس اصابت به موشک با نزدیک‌تر شدن آن به‌طور چشمگیری بهبود می‌یابد. نیروی دریایی برنامه‌ریزی می‌کند که ریل‌گان‌ها بتوانند موشک‌های بالستیک درون‌جو، تهدیدات هوایی پنهان‌کار، موشک‌های مافوق صوت و تهدیدات سطحی انبوه را رهگیری کنند؛ یک سیستم نمونه اولیه برای پشتیبانی از وظایف رهگیری قرار است تا سال ۲۰۱۸ آماده شود و تا سال ۲۰۲۵ عملیاتی شود. این بازه زمانی نشان می‌دهد که این سلاح‌ها برای نصب بر روی نسل بعدی شناورهای رزمی سطحی نیروی دریایی که انتظار می‌رود ساخت آنها تا سال ۲۰۲۸ آغاز شود، برنامه‌ریزی شده‌اند. بی‌ای‌ئی سیستمز در مقطعی علاقه‌مند به نصب ریل‌گان بر روی خودروی جنگی آینده خود بود. ریل‌گان مارپیچی ریل‌گان مارپیچی‌ ریل‌گان‌های چند-دور هستند که جریان ریل و جاروبک را به اندازهٔ تعداد دورها کاهش می‌دهند. دو ریل توسط یک لوله مارپیچی احاطه شده‌اند و پرتابه یا حامل قابل استفاده مجدد نیز مارپیچی است. پرتابه به‌طور مداوم توسط دو جاروبک که در امتداد ریل‌ها می‌لغزند، انرژی می‌گیرد و دو یا چند جاروبک اضافی روی پرتابه برای انرژی‌دهی و کموتاسیون چندین سیم‌پیچ از لوله مارپیچی در جلو و/یا پشت پرتابه عمل می‌کنند. یک ریل‌گان مارپیچی در سال ۱۹۸۰ در ام‌آی‌تی ساخته شد و توسط چندین بانک خازن بزرگ برای آن زمان (تقریباً ۴ فاراد) تغذیه می‌شد. طول آن حدود ۳ متر بود و شامل ۲ متر سیم‌پیچ شتاب‌دهنده و ۱ متر سیم‌پیچ کندکننده بود. ریل‌گان پلاسما یک ریل‌گان پلاسما یک شتاب‌دهنده خطی و یک سلاح انرژی پلاسمایی است که، مانند یک ریل‌گان پرتابه‌ای، از دو الکترود موازی طولانی برای شتاب دادن به یک آرمیچر «اتصال کوتاه لغزنده» استفاده می‌کند. با این حال، در یک ریل‌گان پلاسما، آرمیچر و پرتابه خروجی از پلاسما یا ذرات گازی داغ و یونیزه تشکیل شده‌اند، به جای یک تکه جامد از مواد. این یکی از چندین تلاش دولت ایالات متحده آمریکا برای توسعه پرتابه‌های مبتنی بر پلاسما است. اولین شبیه‌سازی‌های کامپیوتری در سال ۱۹۹۰ انجام شد و اولین آزمایش منتشر شده آن در ۱ اوت ۱۹۹۳ ظاهر شد. این سلاح قادر به تولید حلقه‌های دوناتی شکل از پلاسما و گلوله‌های آذرخش بود که هنگام برخورد با هدفشان با اثرات ویرانگری منفجر می‌شدند. موفقیت اولیه این پروژه منجر به طبقه‌بندی شدن آن شد و پس از سال ۱۹۹۳ تنها چند اشاره به مارودر ظاهر شد. مشکلات فرسایش ریل و عایق هنوز باید قبل از اینکه ریل‌گان‌ها بتوانند جایگزین سلاح‌های معمولی شوند، حل شوند. احتمالاً قدیمی‌ترین سیستم موفق پایدار توسط آژانس تحقیقات دفاعی بریتانیا در میدان تیراندازی داندِرنان در کرکادبرایت، اسکاتلند ساخته شده است. علاوه بر این، سیستم‌های ریل‌گان نشان داده‌اند که به‌طور بالقوه می‌توانند سرعت بالاتری برای پرتابه‌ها فراهم کنند، که با کاهش زمان رسیدن پرتابه به مقصد، دقت را برای ضد تانک، توپخانه و پدافند هوایی افزایش می‌دهد. در اوایل دهه ۱۹۹۰، ارتش ایالات متحده بیش از ۱۵۰ میلیون دلار به تحقیقات توپ الکتریکی اختصاص داد. در مرکز الکترومکانیک دانشگاه تگزاس در آستین، ریل‌گان‌های نظامی قادر به پرتاب گلوله‌های زره‌شکاف تنگستنی با انرژی جنبشی نه مگاژول (۹ MJ) توسعه یافته‌اند. نه مگاژول انرژی کافی است تا یک پرتابه را با سرعت پرتاب کند—در آن سرعت، یک میله به اندازه کافی بلند از تنگستن یا فلز متراکم دیگر می‌تواند به راحتی یک تانک را سوراخ کرده و به‌طور بالقوه از آن عبور کند. بخش مرکز جنگ سطحی نیروی دریایی دالگرن مرکز جنگ سطحی نیروی دریایی دالگرن ایالات متحده در اکتبر ۲۰۰۶ یک ریل‌گان ۸ مگاژولی را که پرتابه‌های را شلیک می‌کرد، به عنوان نمونه اولیه یک سلاح ۶۴ مگاژولی برای استقرار در کشتی‌های جنگی نیروی دریایی به نمایش گذاشت. مشکل اصلی که نیروی دریایی ایالات متحده با پیاده‌سازی سیستم توپ ریل‌گان داشته است این است که توپ‌ها به دلیل فشارها، تنش‌ها و گرمای عظیمی که توسط میلیون‌ها آمپر جریان لازم برای شلیک پرتابه‌ها با مگاژول‌ها انرژی ایجاد می‌شود، فرسوده می‌شوند. اگرچه این سلاح‌ها به اندازه یک موشک کروز مانند بی‌جی‌ام-۱۰۹ تاماهاوک که ۳۰۰۰ مگاژول انرژی به هدف می‌رساند، قدرتمند نیستند، اما در تئوری به نیروی دریایی این امکان را می‌دهند که قدرت آتش دقیق‌تری را با کسری از هزینه یک موشک ارائه دهد و سرنگون کردن آنها در برابر سیستم‌های دفاعی آینده بسیار دشوارتر خواهد بود. برای مقایسه، یک مقایسه مرتبط دیگر، توپ راین‌متال ۱۲۰ میلی‌متری مورد استفاده در تانک‌های اصلی میدان نبرد است که ۹ مگاژول انرژی دهانه تولید می‌کند. در سال ۲۰۰۷، بی‌ای‌ئی سیستمز یک نمونه اولیه ۳۲ مگاژولی (انرژی دهانه) را به نیروی دریایی ایالات متحده تحویل داد. در ۳۱ ژانویه ۲۰۰۸، نیروی دریایی ایالات متحده یک ریل‌گان را آزمایش کرد که یک پرتابه را با انرژی ۱۰٫۶۴ مگاژول و سرعت دهانه شلیک کرد. یک آزمایش ریل‌گان در ۱۰ دسامبر ۲۰۱۰ توسط نیروی دریایی ایالات متحده در بخش مرکز جنگ سطحی نیروی دریایی دالگرن انجام شد. در طول این آزمایش، دفتر تحقیقات نیروی دریایی با انجام یک شلیک ۳۳ مگاژولی از ریل‌گان ساخته شده توسط بی‌ای‌ئی سیستمز، یک رکورد جهانی به ثبت رساند. | ## بخش 3: ریل‌گان | در حالی که از نظر انرژی شبیه به آزمایش قبلی بود، ریل‌گان استفاده شده به‌طور قابل توجهی فشرده‌تر بود و لوله‌ای با ظاهر مرسوم‌تر داشت. یک نمونه اولیه ساخته شده توسط جنرال اتمیکس برای آزمایش در اکتبر ۲۰۱۲ تحویل داده شد. در سال ۲۰۱۴، نیروی دریایی ایالات متحده برنامه‌هایی برای یکپارچه‌سازی یک ریل‌گان با برد بیش از بر روی یک کشتی تا سال ۲۰۱۶ داشت. این سلاح، در حالی که شکل ظاهری معمول‌تری از یک توپ دریایی داشت، قرار بود از اجزایی استفاده کند که عمدتاً با اجزای توسعه‌یافته و نمایش داده شده در دالگرن مشترک بودند. یک هدف آینده، توسعه پرتابه‌های خود-هدایت‌شونده بود – یک الزام ضروری برای اصابت به اهداف دور یا رهگیری موشک‌ها. با توسعه گلوله‌های هدایت‌شونده، نیروی دریایی پیش‌بینی می‌کند که هر گلوله حدود ۲۵۰۰۰ دلار هزینه داشته باشد، اگرچه توسعه پرتابه‌های هدایت‌شونده برای توپ‌ها سابقه‌ای از دو یا سه برابر شدن تخمین‌های هزینه اولیه دارد. برخی از پرتابه‌های با سرعت بالا که توسط نیروی دریایی توسعه یافته‌اند، هدایت دستوری دارند، اما دقت هدایت دستوری مشخص نیست و حتی مشخص نیست که آیا می‌تواند از یک شلیک با قدرت کامل جان سالم به در ببرد. در سال ۲۰۱۴، تنها کشتی‌های نیروی دریایی آمریکا که می‌توانستند توان الکتریکی کافی برای دستیابی به عملکرد مطلوب را تولید کنند، سه ناوشکن کلاس (سری DDG-1000) بودند؛ آنها می‌توانند ۷۸ مگاوات توان تولید کنند که بیش از مقدار لازم برای تأمین انرژی یک ریل‌گان است. مهندسان در حال کار بر روی استخراج فناوری‌های توسعه‌یافته برای کشتی‌های سری DDG-1000 به یک سیستم باتری هستند تا کشتی‌های جنگی دیگر بتوانند یک ریل‌گان را به کار گیرند. تا سال ۲۰۱۴، بیشتر ناوشکن‌ها تنها می‌توانستند ۹ مگاوات برق اضافی را تأمین کنند، در حالی که برای پرتاب یک پرتابه به برد حداکثری مطلوب، ۲۵ مگاوات مورد نیاز بود (یعنی برای پرتاب پرتابه‌های ۳۲ مگاژولی با نرخ ۱۰ شلیک در دقیقه). حتی اگر کشتی‌هایی مانند ناوشکن کلاس بتوانند با توان الکتریکی کافی برای کار با ریل‌گان ارتقا یابند، فضایی که با یکپارچه‌سازی یک سیستم تسلیحاتی اضافی روی کشتی‌ها اشغال می‌شود، ممکن است حذف سیستم‌های تسلیحاتی موجود را برای ایجاد فضای لازم، اجباری کند. نیروی دریایی به دنبال کاربردهای دیگری برای ریل‌گان‌ها، علاوه بر بمباران زمینی، مانند پدافند هوایی بود؛ با سیستم‌های هدف‌گیری مناسب، پرتابه‌ها می‌توانند هواپیماها، موشک‌های کروز و حتی موشک‌های بالستیک را رهگیری کنند. نیروی دریایی همچنین در حال توسعه سلاح‌های انرژی هدایت‌شده برای استفاده در پدافند هوایی است، اما سال‌ها یا دهه‌ها طول می‌کشد تا آنها مؤثر شوند. ریل‌گان بخشی از یک ناوگان نیروی دریایی خواهد بود که قابلیت‌های تهاجمی و دفاعی آینده را به صورت لایه‌ای پیش‌بینی می‌کند: لیزرها برای تأمین دفاع نزدیک، ریل‌گان‌ها برای تأمین حمله و دفاع میان‌برد، و موشک‌های کروز برای تأمین حمله دوربرد؛ اگرچه ریل‌گان‌ها اهدافی تا فاصله ۱۰۰ مایلی را که قبلاً به موشک نیاز داشتند، پوشش خواهند داد. نیروی دریایی ممکن است در نهایت فناوری ریل‌گان را برای شلیک در برد و برخورد با انرژی ۶۴ مگاژول ارتقا دهد. یک شلیک به ۶ میلیون آمپر جریان نیاز دارد، بنابراین توسعه خازن‌هایی که بتوانند انرژی کافی تولید کنند و مواد به اندازه کافی قوی برای توپ، زمان زیادی خواهد برد. امیدوارکننده‌ترین کاربرد کوتاه‌مدت برای ریل‌گان‌های تسلیحاتی و به‌طور کلی توپ‌های الکترومغناطیسی، احتمالاً بر روی کشتی‌های نیروی دریایی با ظرفیت تولید برق اضافی و فضای ذخیره‌سازی باتری کافی است. در مقابل، قابلیت بقای کشتی ممکن است از طریق کاهش قابل توجه مقادیر پیشرانه‌های شیمیایی و مواد منفجره بالقوه خطرناک، افزایش یابد. با این حال، نیروهای رزمی زمینی ممکن است دریابند که قرار دادن یک منبع تغذیه الکتریکی اضافی در میدان نبرد برای هر سیستم توپ، از نظر وزن و فضا، قابلیت بقا، یا راحتی به عنوان یک منبع انرژی فوری برای پرتاب پرتابه، به اندازه پیشرانه‌های متعارف کارآمد نباشد؛ پیشرانه‌هایی که به‌طور ایمن در پشت خطوط تولید شده و از طریق یک سیستم لجستیکی قوی و پراکنده به صورت بسته‌بندی شده به سلاح تحویل داده می‌شوند. در ژوئیه ۲۰۱۷، دفنس‌تک گزارش داد که نیروی دریایی مایل است نمونه اولیه ریل‌گان دفتر تحقیقات نیروی دریایی را از یک آزمایش علمی به یک سلاح مفید تبدیل کند. به گفته تام بوتنر، رئیس جنگ هوایی و تسلیحات نیروی دریایی برای ONR، هدف، ده شلیک در دقیقه با انرژی ۳۲ مگاژول بود. یک شلیک ریل‌گان ۳۲ مگاژولی معادل حدود ۲۳٬۶۰۰٬۰۰۰ فوت-پوند است، بنابراین یک شلیک ۳۲ مگاژولی انرژی دهانه‌ای معادل شلیک همزمان حدود ۲۰۰٬۰۰۰ گلوله کالیبر .۲۲ دارد. در واحدهای توان متعارف‌تر، یک شلیک ۳۲ مگاژولی در هر ۶ ثانیه، توان خالص ۵٫۳ مگاوات (یا ۵۳۰۰ کیلووات) است. نیروی دریایی بر شلیک پرتابه‌های هایپرسونیک از توپ‌های متعارف موجود که به تعداد زیاد در دسترس بودند، تمرکز کرده بود. در ۱ ژوئن ۲۰۲۱، The Drive گزارش داد که بودجه پیشنهادی سال مالی ۲۰۲۲ نیروی دریایی آمریکا هیچ بودجه‌ای برای تحقیق و توسعه ریل‌گان در نظر نگرفته است. چالش‌های فنی قابل غلبه نبودند، مانند فرسودگی لوله به دلیل نیروهای عظیم ناشی از شلیک تنها پس از یک یا دو دوجین شلیک، و نرخ آتشی که برای دفاع موشکی بسیار پایین بود. آزمایشگاه تحقیقات ارتش تحقیق بر روی فناوری ریل‌گان در طول دهه ۱۹۸۰ یکی از حوزه‌های اصلی تمرکز در آزمایشگاه تحقیقات بالستیک (BRL) بود. علاوه بر تحلیل عملکرد و خواص الکترودینامیکی و ترمودینامیکی ریل‌گان‌ها در موسسات دیگر (مانند ریل‌گان CHECMATE آزمایشگاه‌های مکسول)، BRL ریل‌گان‌های خود را برای مطالعه تهیه کرد، مانند ریل‌گان یک متری و ریل‌گان چهار متری خود. در سال ۱۹۸۴، محققان BRL تکنیکی را برای تجزیه و تحلیل باقی‌مانده‌های روی سطح خان پس از شلیک ابداع کردند تا علت تخریب تدریجی خان را بررسی کنند. در سال ۱۹۹۱، آنها ویژگی‌های لازم برای توسعه یک بسته پرتاب مؤثر و همچنین معیارهای طراحی لازم برای یک ریل‌گان را برای به‌کارگیری پرتابه‌های میله‌ای بلند و باله‌دار تعیین کردند. تحقیقات در زمینه ریل‌گان‌ها پس از ادغام آزمایشگاه تحقیقات بالستیک با شش آزمایشگاه مستقل دیگر ارتش برای تشکیل آزمایشگاه تحقیقات ارتش ایالات متحده (ARL) در سال ۱۹۹۲ ادامه یافت. یکی از پروژه‌های اصلی در تحقیقات ریل‌گان که ARL در آن مشارکت داشت، برنامه توپ الکترومغناطیسی کالیبر توپ (CCEMG) بود که در مرکز الکترومکانیک دانشگاه تگزاس (UT-CEM) انجام شد و توسط سپاه تفنگداران دریایی ایالات متحده و مرکز تحقیق و توسعه تسلیحات ارتش آمریکا حمایت می‌شد. به عنوان بخشی از برنامه CCEMG, UT-CEM در سال ۱۹۹۵ پرتابگر الکترومغناطیسی کالیبر توپ، یک پرتابگر ریل‌گان با آتش سریع را طراحی و توسعه داد. این پرتابگر با خان گرد ۳۰ میلی‌متری، قادر به شلیک سه رگبار پنج‌تایی از بسته‌های پرتاب ۱۸۵ گرمی با سرعت دهانه ۱۸۵۰ متر بر ثانیه و نرخ آتش ۵ هرتز بود. عملیات آتش سریع با راه‌اندازی پرتابگر توسط چندین پالس اوج ۸۳۵۴۴ که توسط کامپالسیتور CCEMG تأمین می‌شد، به دست آمد. ریل‌گان CCEMG شامل چندین ویژگی بود: دیواره‌های جانبی سرامیکی، پیش‌بارگذاری جهت‌دار، و خنک‌کاری مایع. ARL مسئول ارزیابی عملکرد پرتابگر بود که در تأسیسات آزمایشی ترانسونیک ARL در آبردین پروو گراوند، مریلند آزمایش شد. آزمایشگاه تحقیقات ارتش ایالات متحده همچنین بر توسعه فناوری توپ الکترومغناطیسی و الکتروترمال در مؤسسه فناوری پیشرفته (IAT) در دانشگاه تگزاس در آستین نظارت داشت، که یکی از پنج آزمایشگاه دانشگاهی و صنعتی بود که ARL برای تأمین پشتیبانی فنی با آنها همکاری فدرال داشت. این تأسیسات همچنین یک سیستم قدرت شامل سیزده بانک خازن ۱ مگاژولی، مجموعه‌ای از دستگاه‌های پرتابگر الکترومغناطیسی و دستگاه‌های تشخیصی را فراهم می‌کرد. تمرکز فعالیت تحقیقاتی بر روی طرح‌ها، تعاملات و مواد مورد نیاز برای پرتابگرهای الکترومغناطیسی بود. در سال ۱۹۹۹، همکاری بین ARL و IAT منجر به توسعه یک روش رادیومتریک برای اندازه‌گیری توزیع دمای آرمیچرهای ریل‌گان در حین یک تخلیه الکتریکی پالسی بدون ایجاد اختلال در میدان مغناطیسی شد. در سال ۲۰۰۱، ARL اولین مرکزی بود که مجموعه‌ای از داده‌های دقت پرتابه‌های شلیک‌شده از توپ الکترومغناطیسی را با استفاده از آزمون‌های پرش به دست آورد. در سال ۲۰۰۴، محققان ARL مقالاتی را منتشر کردند که تعامل پلاسمای دمای بالا را به منظور توسعه جرقه‌زن‌های کارآمد ریل‌گان بررسی می‌کردند. مقالات اولیه گروه تعامل پلاسما-پیشرانه در ARL و تلاش‌های آنها برای درک و تمایز بین اثرات شیمیایی، حرارتی و تابشی پلاسما بر پیشرانه‌های جامد متعارف را توصیف می‌کنند. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و سایر تکنیک‌های تشخیصی، آنها تأثیر پلاسما بر مواد پیشرانه خاص را به تفصیل ارزیابی کردند. بر اساس گزارش CNBC از اطلاعات ایالات متحده، سیستم ریل‌گان چین برای اولین بار در سال ۲۰۱۱ رونمایی شد و آزمایش زمینی آن در سال ۲۰۱۴ آغاز گردید. بین سال‌های ۲۰۱۵ و ۲۰۱۷، این سیستم تسلیحاتی قابلیت هدف قرار دادن اهداف در بردهای گسترده‌تر با کشندگی افزایش‌یافته را به دست آورد. این سیستم تسلیحاتی در دسامبر ۲۰۱۷ با موفقیت بر روی یک کشتی نیروی دریایی چین نصب شد و آزمایش‌های دریایی پس از آن انجام گرفت. در اوایل فوریه ۲۰۱۸، تصاویری از آنچه ادعا می‌شود یک ریل‌گان چینی است، به صورت آنلاین منتشر شد. در مارس ۲۰۱۸، گزارش شد که چین تأیید کرده که آزمایش ریل‌گان الکترومغناطیسی خود را در دریا آغاز کرده است. هند در نوامبر ۲۰۱۷، سازمان تحقیق و توسعه دفاعی هند یک آزمایش موفقیت‌آمیز بر روی یک ریل‌گان الکترومغناطیسی با خان مربعی ۱۲ میلی‌متری انجام داد. هند قصد دارد با استفاده از یک بانک خازنی ۱۰ مگاژولی، یک پرتابه یک کیلوگرمی را با سرعتی بیش از ۲۰۰۰ متر بر ثانیه شلیک کند. توپ‌های الکترومغناطیسی و سلاح‌های انرژی هدایت‌شده از جمله سیستم‌هایی هستند که نیروی دریایی هند قصد دارد در برنامه نوسازی خود تا سال ۲۰۳۰ به دست آورد. تا سال ۲۰۱۶، دولت ژاپن به این نتیجه رسید که همکاری فنی با ایالات متحده برای استقرار ریل‌گان‌ها ضروری است و چنین همکاری مستلزم دانش فنی از جانب ژاپن خواهد بود. از سال مالی ۲۰۱۶ تا ۲۰۲۲، تحقیقات بر روی سیستم‌های شتاب‌دهنده الکترومغناطیسی انجام شد و هدف بر افزایش سرعت اولیه پرتابه و بهبود دوام ریل در یک ریل‌گان کالیبر ۴۰ میلی‌متری تک‌تیر تعیین گردید. نتایج آزمایش‌های منتشر شده بعدی نشان داد که ریل‌گان طی ۱۲۰ شلیک متوالی، سرعت اولیه پایداری بیش از ۲۰۰۰ متر بر ثانیه داشت که همان سرعت هدف بود. ریل‌گان همچنین هیچ آسیب قابل‌توجهی در نزدیکی موقعیت شروع پرتابه نشان نداد، در حالی که مطالعات قبلی فرسایش قابل‌توجهی را نشان داده بودند که این موضوع تأییدی بر کاهش آسیب ریل است. در این آزمایش از یک کانتینر ۲۰ فوتی به عنوان شارژر و یک خازن با ظرفیت ۵ MJ متشکل از سه کانتینر ۲۰ فوتی برای شلیک دو نوع پرتابه (طول کل حدود ۱۶۰ میلی‌متر، جرم حدود ۳۲۰ گرم) استفاده شد: یک پرتابه جداشونده (分離弾) که مشابه استفاده واقعی خواهد بود و با هدف نفوذ در زره طراحی شده، و یک پرتابه یکپارچه (一体弾) که برای کاهش هزینه ساده‌سازی شده است. در ارزیابی اولیه پروژه برای سال مالی ۲۰۲۱ که توسط وزارت دفاع در ۲ سپتامبر ۲۰۲۲ منتشر شد، اعلام گردید که از سال مالی ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۶ تحقیقات روی ریل‌گان‌ها انجام خواهد شد. این تحقیق با هدف «ریل‌گان‌های آینده که قادر به شلیک پرتابه‌های هایپرسونیک با نرخ آتش بالا برای مقابله با تهدیداتی مانند موشک هایپرسونیک» هستند، انجام می‌شود. به‌طور خاص، تحقیقات بر روی مکانیزم شلیک مداوم، پایداری پرواز خارج از لوله، کنترل آتش و آسیب ریل‌گان به عنوان موارد مورد علاقه ذکر شده است. در ۱۷ اکتبر ۲۰۲۳، آژانس اکتساب، فناوری و لجستیک (ATLA) در حساب رسمی ایکس خود اعلام کرد که «برای اولین بار در جهان آزمایش شلیک ریل‌گان از روی کشتی را با موفقیت به انجام رسانده است» (sic) به همراه فیلمی از شلیک ریل‌گان به سمت اقیانوس از روی یک کشتی. مسائل مشکلات عمده پیش از آنکه ریل‌گان‌ها بتوانند به کار گرفته شوند، باید موانع فنی و عملیاتی عمده‌ای برطرف شوند: دوام ریل‌گان: تا به امروز، نمایش‌های عمومی ریل‌گان توانایی شلیک چندگانه با قدرت کامل از یک مجموعه ریل را نشان نداده‌اند. با این حال، نیروی دریایی ایالات متحده ادعا کرده است که صدها شلیک از یک مجموعه ریل انجام داده است. در بیانیه‌ای در مارس ۲۰۱۴ به کمیته فرعی اطلاعات، تهدیدات نوظهور و قابلیت‌های کمیته خدمات مسلح مجلس نمایندگان، دریاسالار متیو کلاندر، رئیس تحقیقات نیروی دریایی، اظهار داشت: «عمر لوله از ده‌ها شلیک به بیش از ۴۰۰ شلیک افزایش یافته است، با یک مسیر برنامه‌ای برای رسیدن به ۱۰۰۰ شلیک.» با این حال، دفتر تحقیقات نیروی دریایی (ONR) تأیید نمی‌کند که این ۴۰۰ شلیک، شلیک‌هایی با قدرت کامل بوده‌اند. علاوه بر این، هیچ مطلب منتشر شده‌ای وجود ندارد که نشان دهد ریل‌گان‌های کلاس مگاژول بالایی با قابلیت شلیک صدها شلیک با قدرت کامل وجود دارند که در عین حال پارامترهای عملیاتی سختگیرانه لازم برای شلیک دقیق و ایمن را رعایت کنند. ریل‌گان‌ها باید بتوانند ۶ گلوله در دقیقه با عمر ریلی حدود ۳۰۰۰ شلیک شلیک کنند و شتاب پرتاب ده‌ها هزار جی، فشارهای شدید و جریان‌های مگاآمپری را تحمل کنند، اما این با فناوری فعلی امکان‌پذیر نیست. هدایت پرتابه: یک قابلیت حیاتی آینده برای به‌کارگیری یک سلاح ریل‌گان واقعی، توسعه یک بسته هدایت قوی است که به ریل‌گان اجازه می‌دهد به اهداف دور شلیک کند یا به موشک‌های ورودی ضربه بزند. درخواست پیشنهاد (RFP) نیروی دریایی آمریکا SBIR 2012.1 – موضوع N121-102 برای توسعه چنین بسته‌ای، مروری خوب بر چالش‌های هدایت پرتابه ریل‌گان ارائه می‌دهد: بسته باید در محدودیت‌های جرم (کمتر از ۲ کیلوگرم)، قطر (قطر خارجی کمتر از ۴۰ میلی‌متر) و حجم (۲۰۰ سانتی‌متر مکعب) پرتابه قرار گیرد و این کار را بدون تغییر مرکز ثقل انجام دهد. همچنین باید بتواند شتاب‌های حداقل ۲۰٬۰۰۰ جی (آستانه) / ۴۰٬۰۰۰ جی (هدف) در تمام محورها، میدان‌های الکترومغناطیسی بالا (E > 5,000 V/m, B > 2 T) و دمای سطح بیش از ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد را تحمل کند. بسته باید بتواند در حضور هر پلاسمایی که ممکن است در خان یا در خروجی دهانه تشکیل شود، کار کند و همچنین به دلیل پرواز خارج از جو باید در برابر تشعشع مقاوم‌سازی شده باشد. مصرف برق کل باید کمتر از ۸ وات (آستانه) / ۵ وات (هدف) باشد و عمر باتری باید حداقل ۵ دقیقه (از زمان پرتاب اولیه) باشد تا امکان عملیات در طول کل درگیری فراهم شود. برای مقرون به صرفه بودن، هزینه تولید هر پرتابه باید تا حد امکان پایین باشد، با هدفی کمتر از ۱۰۰۰ دلار برای هر واحد. در ۲۲ ژوئن ۲۰۱۵، سیستم‌های الکترومغناطیسی جنرال اتمیکس اعلام کرد که پرتابه‌های دارای تجهیزات الکترونیکی داخلی، کل محیط پرتاب ریل‌گان را تحمل کرده و عملکردهای مورد نظر خود را در چهار آزمایش متوالی در ۹ و ۱۰ ژوئن در میدان آزمایش داگوی ارتش ایالات متحده در یوتا انجام داده‌اند. تجهیزات الکترونیکی داخلی با موفقیت شتاب‌های داخل خان و دینامیک پرتابه را برای چندین کیلومتر در مسیر، که برای هدایت دقیق ضروری است، اندازه‌گیری کردند. پیوند داده یکپارچه حتی پس از برخورد پرتابه‌ها به کف بیابان به کار خود ادامه داد. | ## جمع‌بندی | تله‌فورس، دستگاهی مشابه که توسط نیکولا تسلا ابداع شد و شامل استفاده از پرتابه‌هایی بود که از طریق دافعه الکترواستاتیک به سرعت‌های بالا شتاب می‌گرفتند.