Raidetykki
Raidetykki (engl. "railgun") on ase, joka muuttaa sähköenergiaa (ei siis kemiallista energiaa kuten tavallisissa aseissa) kineettiseksi energiaksi. Raidetykit käyttävät magneettikenttää saadakseen ammuksen liikkeelle. Toisin kuin tavallisissa kaasun laajentumiseen perustuvissa aseissa niillä pystytään kiihdyttämään ammus suuriin nopeuksiin, moniin kilometreihin sekunnissa.
Raidetykki perustuu sähkömagneettiseen induktioon. Esimerkiksi magneettisessa kentässä olevaan sähköjohtoon, jonka läpi kulkee sähkövirta, kohdistuu voima, joka on kohtisuora sähkövirran ja magneettikentän suuntaan nähden.
Raidetykki koostuu esimerkiksi kahdesta samansuuntaisesta metalliraiteesta, jotka on yhdistetty virtalähteeseen. Kun raiteiden väliin asetetaan sähköä johtava ammus, virtapiiri sulkeutuu. Sähkövirta kulkee virtalähteen positiivisesta navasta positiiviseen raiteeseen, josta se kulkee ammuksen kautta negatiiviseen raiteeseen ja sieltä takaisin virtalähteeseen.
Sähkövirta saa raidetykin toimimaan sähkömagneetin tavoin, luoden voimakkaan magneettikentän raiteiden ympärille. Koska magneettikenttä virtaa vastakkaiseen suuntaan pitkin molempia raiteita, yhteinen magneettikenttä on suuntautunut pystysuoraan. Kun otetaan huomioon sähkövirta, aiheutuu Lorentzin voima, joka liikuttaa ammusta raiteita pitkin. Raiteisiin kohdistuu myös voima, joka työntää niitä erilleen toisistaan, mutta jos raiteet on kiinnitetty hyvin, ne eivät voi liikkua. Ammus liikkuu poispäin tykin päästä, johon sähkövirta on yhdistetty.
Jos raidetykkiin johdetaan hyvin voimakas virta, esimerkiksi miljoona ampeeria, voima on niin suuri, että ammuksen lähtönopeudeksi voidaan saavuttaa monta kilometriä sekunnissa. Suurin saavutettu nopeus on 20 kilometriä sekunnissa (72000 km/h), joka on saavutettu pienillä ammuksilla, jotka laukaistaan raidetykkiin räjähteellä. Tällaiset nopeudet ovat teoriassa mahdollisia, mutta syntyvä kuumuus kuluttaa raiteita nopeasti, jolloin jouduttaisiin vaihtamaan raiteet usein tai käyttämään materiaaleja, jotka ovat kuumuutta hyvin kestäviä, mutta silti hyvin sähköä johtavia.
Raidetykkien suunnittelun ja käytön haasteita ovat:
Jotta raiteita ei jouduttaisi vaihtamaan tai huoltamaan joka laukauksen jälkeen, rakentamiseen käytettyjen materiaalien tulisi olla kestäviä ja sähköä johtavia. Raiteiden täytyy kestää ammuksen valtava nopeus ja kuumuus, joka aiheutuu suurista sähkövirroista ja kitkasta. Raiteisiin kohdistuvat voimat ovat rekyyli, joka kohdistuu vaakasuoraan raiteiden suuntaisesti, ja voima, joka työntää raiteita erilleen toisistaan (aiheutuu magneettikentästä).
Virtalähteen täytyy pystyä luomaan suuria sähkövirtoja. Tämän saavuttamiseksi on käytetty esimerkiksi kondensaattoreita.
Sähkövirta voi olla niin voimakas, että sähkövirta purkautuu muuallakin kuin ammuksen välityksellä. Nämä valokaaret vahingoittavat raiteita, ja se on pääsyy sille, miksi useimmat rakennetut raidetykit joudutaan huoltamaan jokaisen laukauksen jälkeen.
Sähkövirroista ja kitkasta aiheutuva suuri kuumuus aiheuttaa ongelmia: materiaalien sulamisen, käyttäjien vaarantumisen ja taistelussa käytettynä helpon havaitsemisen. Nykyiset raidetykit eivät tuota näin paljon kuumutta, mutta ne tulevat koko ajan tehokkaammiksi. Näiden ongelmien poistamiseksi pitäisi kehittää tehokas jäähdytysjärjestelmä.
Raidetykeillä voitaisiin ampua räjähteitä sisältämättömiä ammuksia. Ammuksen suuren lähtönopeuden (3500 metriä sekunnissa ja yli) antama kineettinen energia olisi ainakin yhtä suuri ellei suurempi kuin räjähteestä vapautuva energia. Näin voitaisiin kantaa enemmän ammuksia kerrallaan ja välttyä räjähdeammuksien vaaroilta esimerkiksi panssarivaunuissa tai laivoissa. Suuret nopeudet mahdollistavat myös pidemmän kantaman (kaasun laajentumiseen perustuvissa aseissa maksimilähtönopeus on 1500 m/s tienoilla).
Vertailun vuoksi Suomessakin käytetyn ilmatorjuntatykki ”Sergein” ammuksen lähtönopeus on 970 m/s .
On myös mahdollista rakentaa sarjatulta ampuva raidetykki. Tässäkin raidetykillä olisi etu tavallisiin aseisiin nähden: voidaan saavuttaa suuri tulinopeus, koska latausmekanismin tarvitsee käsitellä vain ammus, ei räjähdettä tai hylsyä. Uusi ammus voitaisiin ladata suoraan edellisen laukauksen jälkeen.
Täysimittaisia prototyyppejä on rakennettu, esimerkiksi DARPAn hyvin onnistunut 90 mm, 9 MJ tykki, mutta kaikki mallit tähän mennessä kärsivät raiteiden vahingoittumisesta ja ne joudutaan huoltamaan jokaisen laukauksen jälkeen. Ehkä onnistuneimman raidetykin rakensi Ison-Britannian Puolustustutkimusjärjestö. Tämä järjestelmä on ollut toiminnassa jo 10 vuotta, ja sillä on hallussaan tiettyjä massa- ja nopeusennätyksiä.
Yhdysvaltain asevoimat rahoittaa raidetykkien tutkimusta. Teksasin Austinin yliopiston Kehittyneen teknologian instituutti on kehittänyt raidetykkejä, joilla ammutaan panssarialäpäiseviä volframiammuksia, joiden kineettinen energia on 9 MJ. Tällä energialla voidaan kiihdyttää 2 kg ammus 3 kilometriin sekunnissa, jolloin volframiammus voi läpäistä panssarivaunun.
Yhdysvaltojen merivoimat testasi lokakuussa 2006 8 MJ raidetykkiä 3,2 kg:n ammuksilla prototyyppinä 64 MJ:n aseelle, jota voitaisiin käyttää sotalaivoissa. Tämä ase tuottaisi enemmän vahinkoa kuin Tomahawk-ohjus, mutta paljon pienemmällä kustannuksella.
Koska raidetykkien lähtönopeudet ovat äärimmäisen suuria, niitä voitaisiin käyttää myös ohjustentorjuntajärjestelmissä.