Gaußgewehr
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Das Gaußgewehr, auch bekannt unter den englischen Bezeichnungen Coilgun oder Gaussrifle (engl.: „coil“ = Spule, „gun“ = Kanone, „rifle“ = Gewehr), ist eine experimentelle Waffe, die nie über das Versuchsstadium herausgekommen ist. Es ist benannt nach dem deutschen Mathematiker und Physiker Carl Friedrich Gauß.
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[Bearbeiten] Funktionsweise
Ein Gaußgewehr ist eine Projektilwaffe, d. h. dass im Ziel Schaden durch das Auftreffen von Masse entsteht. Prinzipiell existieren 2 grundlegend verschiedene Typen:
Ferromagnetische Coilgun (oder engl.: Reluctance Coil Gun).
Es handelt sich hierbei um eine Waffe, die ein ferromagnetisches Geschoss mit Hilfe elektromagnetischer Kräfte beschleunigt. Zum Beschleunigen wird durch eine Spule vor dem Geschoss ein elektrischer Strom geleitet. Das dabei erzeugte Magnetfeld zieht das Geschoss an und beschleunigt es so ins Spulenzentrum. Jedoch muss hierbei das Magnetfeld wieder rechtzeitig abgeschaltet werden, bevor das Geschoss das Zentrum erreicht, oder das Magnetfeld hat eine bremsende Wirkung (man stelle sich einen Pfeil vor, der sich in der Sehne seines Bogens verheddert). Durch das sequentielle Aktivieren von mehreren hintereinander gestellten Spulen lassen sich immer höhere Geschwindigkeiten erreichen (sog. Multistage Coilgun).
Der dazu notwendige kurze und sehr kräftige Stromimpuls wird meistens mit Hilfe von Kondensatoren erzeugt, welche über die Spule kurzgeschlossen und somit schlagartig entladen werden. Problematisch ist hierbei das exakte Timing beim Abschalten der Spule und die Sättigung des Projektils. Designs, die ein vorzeitiges Abschalten des Spulenstroms ermöglichen (meist wenn das Geschoss einen bestimmten Punkt erreicht), heißen closed-loop. Wird allerdings solange Strom auf die Spulen gegeben, bis der Energiespeicher erschöpft ist, dann nennt man sie open-loop. Ein weiteres wichtiges Problem ist das ferromagnetische Material, aus dem das Geschoss besteht. Dieses beeinflusst die Magnetfelder der Spulen nicht-linear, was Berechnungen äußerst schwierig macht.
Induktive Coilgun Dieser Typ verwendet Projektile, die meistens aus Kupfer oder Aluminium gefertigt sind. Bei diesem Typ wird ein sehr starkes und sich schnell änderndes Magnetfeld in den Spulen erzeugt. Dieses bewirkt durch Induktion ein abstoßendes Magnetfeld im Projektil und drückt dieses aus der Spule heraus. Prinzipiell lässt sich das Magnetfeld auch mit einem Kondensator erzeugen, der in eine Spule entladen wird. Allerdings muss man die Spannung des Kondensators sehr hoch wählen (typisch sind mehrere kV), damit der Stromanstieg hoch genug ist und ein starkes Gegenfeld entsteht. Der Impuls ist bei diesem Design um ein vielfaches kürzer als beim ferromagnetischen Modell. Das Feld muss nicht zu einem bestimmten Zeitpunkt abgeschaltet werden, was vieles am Design vereinfacht. Auch die Abwesenheit von Eisen lässt sehr große Magnetfelder zu, ohne dass große Verluste auftreten. Die Geschosse haben meistens eine Ringform, was sich vorteilhaft auf die Induktionsströme auswirkt.
[Bearbeiten] Vorteile
Konventionelle, durch Treibladungen angetriebene, Waffen sind in ihrer maximalen Mündungsgeschwindigkeit begrenzt. Die theoretisch maximal erreichbare Geschwindigkeit eines konventionell beschleunigten Geschosses ist gleich der Ausdehnungsgeschwindigkeit des Treibgases, welches beim Verbrennen der Treibladung entsteht. Ein Gaußgewehr unterliegt (theoretisch) nur den aerodynamischen Grenzen des Projektils, welche ja für alle Projektilwaffen gelten. Für den Einsatz in Panzern oder auf Kriegsschiffen ist zusätzlich von Vorteil, dass es keine explosiven Munitionsmagazine gibt, welche bei Beschuss detonieren könnten.
Tatsächlich ist die resultierende Austrittsgeschwindigkeit in beiden Fällen enorm hoch (mehrere km/s sind möglich)– entsprechend groß ist die Durchschlagskraft der Waffe.
[Bearbeiten] Nachteile
Das Gaußgewehr benötigt zum Betrieb sehr viel elektrische Energie. Bisher gibt es keine Möglichkeit diese Energie kompakt und schnell abrufbar zu speichern. Nur bei Panzern und Kriegsschiffen bietet es sich an das Gaußgewehr an bereits vorhandenen Stromnetze anzuschließen. Dabei muss allerdings bedacht werden, dass eine zusätzliche Menge Treibstoff mit transportiert werden muss.
Aufgrund der Funktionsweise von Gaußgewehren sind die Entwürfe nur schwer umzusetzen. Neben den Problemen, die auch bei anderen magnetischen Waffen auftreten (Gewicht, Stromversorgung etc.), gibt es hier weitere Komplikationen.
Nach einem Pressebericht erprobt die US Navy eine derartige Waffe gerade auf einem Schlachtschiff. Es hat jedoch den Status einer Demonstration, nicht einer einsatzfähigen Waffe.
[Bearbeiten] Erwähnung in Spielen
Erwähnt wurde diese Waffe im BattleTech-Universum, in SF-Rollenspielen wie Traveller und in vielen Computerspielen, z.B. Fallout 2, Liero, Red Faction, Halo 2 (als Gauss-Kanone benannt und auf einem Fahrzeug stationiert), Planetside, Syndicate, X-COM: Terror from the Deep, Master of Orion 2, S.T.A.L.K.E.R.: Shadow of Chernobyl und Half-Life (in letzterem als Gauss-Rifle bzw. Tau-Cannon) sowie in der Computerspielreihe Descent. Auch in den Strategie-Spielen Spring, Starcraft und Warzone 2100. Ausserdem wird es in dem Browserspiel OGame verwendet, wo es die zweitstärkste stationäre Waffe darstellt.
[Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] Literatur
Guidelines for the design of synchronous-type coilguns Levi, E.; He, J.L.; Zabar, Z.; Birenbaum, L.; Magnetics, IEEE Transactions on Volume 27, Issue 1, Jan 1991 Seiten:628 - 633
Design optimisation of coilguns Hainsworth, G.; Rodger, D.; Magnetics, IEEE Transactions on Volume 31, Issue 1, Part 1, Jan 1995 Seiten:473 - 477
Study of coilgun performance and comments on armatures Aubuchon, M.S.; Lockner, T.R.; Kaye, R.J.; Turman, B.N.; Power Modulator Symposium, 2004 and 2004 High-Voltage Workshop. Conference Record of the Twenty-Sixth International 23-26 May 2004 Seite:141 - 144
