Railguns

Elektrische Pistole

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Railguns - elektrische Pistolen mit erstaunlicher Wirkung

Das amerikanische SDI Projekt (Strategic Defense Initiative / Strategische Verteidigungsinitiative) ist eine vom ehemaligen US Präsidenten Ronald Reagen im März 1983 ins Leben gerufene Initiative zum Aufbau eines Abwehrschirmes gegen Interkontinentalraketen. Die angespannte Lage des sog. kalten Krieges war der Auslöser. Das seit ca. 1990 unterbrochene SDI Projekt wurde unter dem nachfolgenden Präsidenten Clinton und auch dem erneut nachfolgenden Präsidenten Bush Jr. unter neuen Namen als National Missile Defense (NMD)  wieder aufgenommen.

Zum SDI Programm gehörten div. Forschungs- und Entwicklungs-Projekte. Die Initiative wurde von Bürgern auch „Star-Wars-Programm“ genannt. Vorgesehen waren z. B. die Entwicklung von Röntgenlasern (Project Excalibur, Excalibur Plus und Super Excalibur), endphasengesteuerten Kinetischen Projektil-Waffen (Project Brilliant Pebbles) und Railguns (Project Jedi). Die Systeme sollten teilweise auch im Weltraum stationiert werden. Bis 1988 waren die Ergebnisse weit hinter den Erwartungen zurückblieben. Das US-Parlament reduzierte die Finanzmittel deutlich. Auch die Forschung nach Künstlicher Intelligenz litt darunter.

Logo der SDI
Bild 1 (SDI Logo, Quelle Wikipedia (1)): Das Logo der US Amerikanischen SDI Einrichtung.

Der sogenannte KI-Winter

Die Folge der reduzierten Finanzmittel führte zum Ende der Lisp-Maschinen. Lisp-Maschinen sind Computer, dessen Prozessor für die Ausführung von LISP Programmen optimiert ist, und dessen Betriebsystem ebenfalls in LISP geschrieben ist. In den 1970er Jahren waren diese Maschinen (Computer) beliebt und gut für künstliche Intelligenz-Entwicklungen einsetzbar. Ab ca. der 1990er Jahre wurden jedoch immer mehr andere Prozessorsysteme mit großen Leistungen entwickelt, so das die Lisp-Maschinenhersteller in eine Krise gerieten, und die Produktion einstellten.

LISP selber ist eine Familie von Programmiersprachen, welche 1958 am MIT entstand. Lisp steht für List Processing (Listen-Verarbeitung), dessen Quellcode sehr kompakt ist, und offenbar das Maximum des Möglichen einer Programmiersprache bietet. LISP wird auch heute noch in div. Microcomputern (Computermäuse, Rechnernetze, inkrementelle Kompilierung...) eingesetzt.

Auf Lisp-Maschinen laufen nicht nur Lisp-Programme, sondern auch C, Pascal, Fortran, Ada und Prolog- Compiler. Diese Compiler wurden meist auch in Lisp geschrieben und können ebenso interaktiv verwendet werden wie der Lisp-Compiler. Designer von LISP ist John McCarthy, und die Entwickler sind Steve Russell, Timothy P. Hart, und Mike Levin. LISP ist nach wie vor verbreitet, und nach Fortran die zweitälteste Programmiersprache.

Eine Lisp Maschine der 70er Jahre
Bild 2 (Lisp Maschine(Computer) des MIT, Quelle Wikipedia (2)): eine Lisp Maschine im Museum des MIT (Massachusetts Institute of Technology).

Funktionsweise von Railguns

Bei einer Railgun (nicht zu verwechseln mit Coilguns) wird das Projektil, welches selber mit Strom durchflossen wird, über die magnetische Wirkung von Strom beschleunigt, welcher über Schienen zugeführt wird. Bei Coilguns bzw. Spulenkanonen hingegen wird ein Projektil durch ein elektromagnetisches Wanderfeld beschleunigt, während es selber nicht mit Strom durchflossen wird. Die Kraft (Beschleunigung) des Geschosses ist proportional zum Strom. Ein großes Problem ist immer noch die mechanische Festigkeit der Schiene (große mechanische Magnetkräfte), teilw. werden die Schienen sogar nur wenige male benutzt, weil der große Strom auch hier einen großen Verschleiß ausübt.

Funktionsweise Railgun
Bild 3 (Railgun, Quelle Wikipedia): Schematische Darstellung (US Navy) der Funktionsweise einer Railgun, Quelle: Wikipedia (3)

Geschichtliches, Probleme mit dem Prinzip von Railguns

Eine Patentanmeldung erfolgte 1918 durch den Franzosen Louis Octave Fauchon-Villeplee. Diverse Versuche mit diesem Prinzip waren fast ausnahmslos erfolglos oder zu aufwändig. Aktuelle Systeme befinden sich noch immer in der Entwicklungsphase. Der Energiespeicher stellt ein Problem dar. Dieser muss sehr große Leistungen bereit stellen. Starke Kondensatoren können eingesetzt werden, diese sind aber immer noch groß und schwer. Auch die Stromschiene unterliegt oft einem großen Verschleiß, da diese das Geschoss mit Strom, und vor allem hoher Spannung versorgen muss, was aber zu Lichtbögen und damit Verbrennungen an der Stromschiene führt.

Gründe für die Entwicklung

Elektromagnetische Waffen haben den Vorteil, die prinzipiell gegenüber den konventionellen Feuerwaffen bestehen: die Austrittsgeschwindigkeit unterliegt nur aerodynamischen Grenzen, während  konventionelle "Kugeln" nie schneller sein können als das expandierende Treibladungsgas. Da die kinetische Energie mit dem Quadrat der Geschwindigkeit wächst, ergibt sich so auch eine erheblich höhere "Zerstörungskraft / Feuerkraft", wobei sich die Geräuschentwicklung auf den Überschallknall reduziert, was militärisch von Vorteil ist. Weniger bewegliche Bauteile, also weniger Verschleiß, weniger Wartungsaufwand und damit auch weniger ausfallgefährdet waren weitere Gründe. Aktuell (2015) sind die elektromagnetischen Waffen aber noch min. genauso groß und schwer wie konventionelle. Im Rahmen des SDI Programmes wurden bereits weltraumgestützte elektromagnetische Railguns entwickelt, welche über Kernreaktoren mit Energie versorgt werden sollten. Der genaue Entwicklungstand (2015) ist hier allerdings nicht bekannt. Railguns sind bei hohen Feuerraten und Reichweiten interessant.

Aktueller Stand (2015)

Wie erwähnt, funktioniert dieses System noch nicht zufriedenstellend. "Faserwaffen" wie bei Raumschiff Enterprise sind aktuell noch undenkbar. In Zukunft vielleicht gegen Ende des 20. Jahrhunderts, wird es solche Waffen aber womöglich geben. Momentan sind alle bekannten Versuchsaufbauten und Prototypenwaffen dieser Art nur in der Lage, wenige "Schüsse" abzufeuern, ehe sie aufgrund des Verschleißes ausfielen. Die US Army hat in Detroit ein Versuchslabor für gepanzerte Fahrzeuge. Dort soll bis Ende 2015 eine Railgun mit einem Kaliber von 60 mm fertig gestellt werden. Die US Navy forscht aktuell in Washington an Railgun Schiffsgeschützen, welche bis zu Mach 7 schnelle Projektile abfeuern kann, und eine Reichweite von rund 350 km haben soll. Die Schallgeschwindigkeit in Luft bei 20 Grad beträgt 343 m/s = rund 1234 km/h. Mach 7 ist 7 mal schneller und zeigt das Potenzial eindrucksvoll.

Railguns in der Kultur

In div. Filmen, in der Literatur und auch in Computerspielen findet man diese noch fiktiven Waffensysteme. In bekannten Sci-Fi Filmen wie z.B. "Terminator", "Transformer", und auch der Stargate Reihe und ähnlichen Werken sind diese Waffen zu bewundern.

In weiteren Artikeln dieser Kategorie wollen wir diese Technik weiter vorstellen, und ggf. auch Experimente erläutern, die Sie nachmachen können. Hier müssen wir aber schon jetzt deutlich auf die auf der Startseite und auch im Impressum gemachten Haftungsausschlüsse hinweisen.

(1) https://de.wikipedia.org/wiki/Strategic_Defense_Initiative
(2) https://de.wikipedia.org/wiki/Lisp-Maschine
(3) https://de.wikipedia.org/wiki/Railgun