Vũ khí điện từ tốc độ Mach 7

Trong số các công nghệ vũ khí hiện đại, súng điện từ Railgun được xem là một trong những phát minh gây chú ý nhất. Thay vì sử dụng thuốc nổ để tạo lực đẩy, Railgun vận hành dựa trên hoàn toàn lực điện từ, cho phép phóng viên đạn với tốc độ siêu vượt âm. Những thử nghiệm từng ghi nhận viên đạn bay tới 3.390 m/s (tương đương Mach 7) cho thấy tiềm năng thay đổi cách thức tác chiến tầm xa trong tương lai.

Ở dạng đơn giản, Railgun có thể được hình dung như một động cơ điện tuyến tính thu nhỏ. Cấu tạo của thiết bị gồm hai thanh ray kim loại song song làm từ đồng tinh khiết không oxy, đôi khi được phủ bạc để tăng khả năng dẫn điện. Giữa hai thanh ray là armature – viên đạn dẫn điện vừa đóng vai trò vật phóng, vừa là cầu nối cho dòng điện.

Khi dòng điện cường độ rất lớn, từ 1 đến 5 triệu ampe, đi qua ray thứ nhất, qua armature và trở lại ray thứ hai, nó tạo ra một từ trường mạnh lên tới 10 tesla. Sự tương tác giữa dòng điện và từ trường sinh ra lực Lorentz, đẩy viên đạn di chuyển dọc theo ray với gia tốc khổng lồ chỉ trong vài mili giây. Nhờ cơ chế này, vận tốc đầu nòng có thể đạt 2.500–3.390 m/s, cao gấp nhiều lần pháo truyền thống.

Tùy theo mục đích sử dụng, armature chia thành ba loại: dạng rắn bằng nhôm hoặc hợp kim titan, dạng plasma sinh ra khí dẫn điện để giảm ma sát và dạng lai kết hợp ưu điểm của cả hai. Ưu điểm lớn nhất của Railgun là không cần đầu nổ, giảm nguy cơ cháy nổ và tối ưu chi phí lưu trữ, vận chuyển đạn dược. Tuy nhiên, thách thức cũng xuất hiện từ nhiệt độ cực cao và ma sát lớn, gây mài mòn nhanh thanh ray và buồng đẩy. Để hạn chế điều này, nhiều hệ thống đã ứng dụng vật liệu composite đặc biệt hoặc làm mát bằng nitơ lỏng nhằm kéo dài tuổi thọ nòng súng.

Nguyên lý, hiệu suất và những thông số khiến Railgun trở thành biểu tượng công nghệ

Các chương trình nghiên cứu Railgun đã phát triển nhiều thập kỷ. Một trong những nguyên mẫu ấn tượng nhất được thiết kế với năng lượng đầu nòng từ 32 đến 64 megajun (MJ), tương đương năng lượng cần thiết để đẩy một chiếc xe buýt 5 tấn đạt tốc độ hơn 500 km/h. Đặc điểm này cho phép viên đạn dùng động năng thuần túy để phá hủy mục tiêu, không cần chất nổ.

Trong thử nghiệm năm 2010, viên đạn nặng 3,2 kg đạt tốc độ 3.390 m/s lập nên kỷ lục thời điểm đó. Loại đạn sử dụng cho Railgun thường là HVP (hyper-velocity projectile), với khả năng dẫn đường bằng GPS hoặc hệ thống quán tính, giúp duy trì độ chính xác ở khoảng cách rất xa. Tầm bắn lý thuyết của Railgun có thể đạt 160–370 km, với thời gian di chuyển chỉ khoảng sáu phút đến mục tiêu xa nhất nhờ tốc độ cao và quỹ đạo bay phẳng.

Tốc độ bắn liên tục được thiết kế từ 6 đến 12 phát/phút, nhưng yêu cầu nguồn năng lượng lớn, khoảng 15–30 MW. Hệ thống điện tích hợp công suất cao giúp tích trữ và giải phóng năng lượng cho mỗi phát bắn thông qua tụ điện hoặc máy phát xung. Nòng súng Railgun dài khoảng 10 mét, không sử dụng rãnh xoắn nhằm giảm ma sát và tăng độ bền.

Chi phí vận hành cũng là yếu tố đáng chú ý. Mỗi viên đạn Railgun có giá khoảng 25.000 USD, thấp hơn đáng kể so với các loại tên lửa có giá hàng trăm nghìn đến hàng triệu USD. Nhờ không sử dụng đầu nổ, chi phí bảo quản thấp hơn, đồng thời tăng mức độ an toàn cho các nền tảng trang bị. Tuổi thọ nòng súng đã được cải thiện từ chỉ hơn chục phát trong giai đoạn thử nghiệm ban đầu lên đến 1.000 phát nhờ những vật liệu mới và công nghệ làm mát tối ưu hơn.

Dù vẫn còn nhiều trở ngại về năng lượng, vật liệu và chi phí tích hợp, Railgun tiếp tục là biểu tượng cho bước tiến lớn của công nghệ vũ khí dựa trên điện từ học. Những nghiên cứu này mở ra triển vọng về thế hệ vũ khí tốc độ cao, chi phí thấp và vận hành an toàn hơn trong tương lai.