Railgun
Foto Uji Railgun
Bubuk mesiu sudah lama menjadi pilihan utama sebagai propelan untuk meluncurkan proyektil dari senjata. Tetapi bubuk berwarna abu-abu ini mempunyai 3 (tiga) kekurangan utama, yaitu:
- Bubuk mesiu harus dibawa bersama proyektil, menyebabkan kesuluruhan amunisi menjadi lebih berat.
- Meriam yang memakai “black powder” cenderung mudah menguap dan sangat sulit ditangani dan dipindahkan.
- Kecepatan proyektil yang menggunakan bubuk mesiu terbatas
hingga sekitar 4.000 kaki per detik (sekitar 1.219 m/detik).
Apakah ada kemungkinan untuk mengatasi kekurangan ini? Salah satu solusinya adalah “rail gun elektromagnetis”, atau secara singkat disebut “rail gun”. Dengan menggunakan medan magnetik yang dihasilkan dari listrik, rail gun dapat mengakselerasi proyektil hingga 52.493 kaki per detik (16.000 m/dtk). Saat ini meriam AL memiliki jarak maksimal 12 mil, dan rail gun dapat mengenai target sejauh 250 mil dalam waktu 6 menit.
Apa itu Railgun?
Railgun adalah senjata/senapan yang keseluruhan bekerja secara elektris, yang mengakselerasi proyektil konduktor di antara sepasang rel logam. Railgun bekerja dengan prinsip yang sama seperti motor homopolar. Railgun menggunakan dua kontak geser/gulir yang memungkinkan arus listrik besar melewati proyektil. Arus listrik ini berinteraksi dengan medan magnet kuat yang dihasilkan oleh sepasang rel logam dan hal inilah yang mengakselerasi proyektil. Karakteristik khusus rail gun adalah tidak digunakannya propelan (hanya proyektil dan energi elektris) dan kemampuannya untuk meluncurkan proyektil jauh lebih cepat dari teknologi senjata api.
Railgun sudah lama dikenal sebagai teknologi eksperimental dan demonstrator. Akan tetapi dalam beberapa tahun terakhir, teknologi ini sudah menjadi teknologi militer yang layak. Sebagai contoh, pada akhir 2000an, AL AS menguji railgun yang mampu mengakselerasi proyektil sebesar 3,2 kg hingga sekitar 2,4 km/detik (5.400 mil per jam). Mereka memberi motto proyek ini dengan bahasa Latin “Velocitas Eradico”, yang berarti “Kecepatan yang Menghancurkan” tetapi dapat diartikan lebih akurat menjadi “Saya Cepat dan Saya Menghancurkan”.
Terpisah dari aplikasi militer, railgun juga diusulkan untuk meluncurkan pesawat ruang angkasa ke orbit. Selain jalur peluncuran yang harus panjang (dan akselerasi untuk mencapai orbit memerlukan waktu yang jauh lebih lama), peluncuran semacam ini juga hanya terbatas untuk pesawat ruang angkasa tanpa awak.
Sejarah Railgun
Pada 1918, penemu asal Perancis, Louis Octave Fauchon-Villeplee, menemukan sebuah meriam elektrik yang mempunyai kemiripan dengan motor linear. Dia mendaftarkan penemuaanya ke paten AS pada 1 April 1919, yang telah diresmikan pada Juli 1922 dengan nomor 1,421,435 “Electric Apparatus for Propelling Projectiles”. Pada alatnya, dua buah busbar dihubungkan dengan sayap dari sebuah proyektil, dan keseluruhan alatnya dikelilingi oleh medan magnetis. Dengan mengalirkan listrik melewati busbar dan proyektil, gaya terinduksi dan mendorong proyektil sepanjang busbar dan selanjutnya ke sasaran/target.
Selama PD II, ide ini kembali dimunculkan oleh Joachim Hänsler, Kantor Artileri Jerman. Dia mengusulkan senapan elektrik anti-pesawat. Pada akhir 1944 sudah cukup teori yang dikerjakan untuk membuat Flak Command Lutwaffe mengeluarkan spesifikasi senapan yang diharapkan. Mereka mengharapkan kecepatan laras 2.000 m/detik dengan proyektil yang mengandung 0,5 kg bahan peledak. Senapan ini didesain dengan 6 laras yang menembakkan 12 amunisi per menit. Akan tetapi senjata ini tidak pernah dibuat. Ketika detail desain ditemukan setelah perang, ketertarikan akan senjata ini kembali meningkat dan penelitian yang lebih detail telah dilakukan. Puncaknya pada laporan di tahun 1947 yang menyimpulkan bahwa senjata ini layak secara teoritis, hanya saja setiap senjata ini akan membutuhkan energi yang sangat besar, yang diperkirakan cukup untuk menerangi setengah kota Chicago.
Selama 1950, Sir Mark Oliphant, seorang ilmuwan Australia dan direktur pertama Research School of Physical Sciences di Australian National University, mulai desain dan pembuatan generator homopolar terbesar di dunia (500 megajoule). Generator ini digunakan untuk mengoperasikan railgun skala besar yang dipakai untuk instrumen ilmiah.
Prinsip Dasar Railgun
Sebuah railgun pada dasarnya merupakan sirkuit elektrik besar, yang dibuat dengan tiga bagian: sebuah sumber listrik, sepasang rel logam paralel dan sebuah armatur bergerak.
Power supply sumber aliran listrik. Biasanya diperlukan arus listrik sebesar jutaan ampere untuk railgun kaliber menengah sampai besar.
Relnya merupakan logam konduktor seperti tembaga. Biasanya panjangnya antara 4 hingga 30 kaki (9 meter)
Armatur menjembatani celah antara kedua rel. Armatur dapat berbentuk potongan utuh logam konduktor atau sabot konduktif yang merupakan pembawa anak panah atau proyektil lain. Beberapa railgun menggunakan armatur plasma. Dalam set ini, sebuah logam foil tipis ditempatkan di belakang proyektil non-konduktor. Ketika arus listrik mengalir melewati foilnya, foil akan menguap dan membentuk plasma, yang mengalirkan arus listrik.
Berikut ini adalah bagaimana ketiga bagian tersebut bekerja bersama.
Arus listrik mengalir dari terminal positif power supply, naik rel positif, melewati armatur, turun ke rel negatif dan akhirnya kembali ke power supply melalui terminal negatif.
Arus yang mengalir pada kabel apapun membentuk medan magnet di sekitarnya, daerah di mana gaya magnetik dirasakan. Medan magnetik ini mempunyai ukuran dan arah. Pada railgun, kedua relnya berperan seperti kabel, dengan medan magnet yang berputar di rel. Garis gaya dari medan magnet berputar berlawanan dengan arah jarum jam sepanjang rel positif dan searah jarum jam di sepanjang rel negatif. Medan magnet total di antara rel mengarah vertikal.
Seperti kabel berarus pada sebuah medan elektrik, proyektil juga mengalami gaya yang disebut sebagai gaya Lorentz. Gaya Lorentz mengarah tegak lurus dari medan magnet dan arah arus listrik yang mengalir pada armatur. Anda dapat melihat bagaimana gaya Lorentz bekerja dalam diagram di bawah ini
Perhatikan bahwa gaya Lorentz sejajar dengan rel dan menjauh dari power supply. Besarnya gaya Lorentz ditentukan dengan persamaan F = (i)(L)(B), dengan F adalah gaya total, i arus listrik, L panjang rel dan B adalah medan magnetik. Total gaya dapat diperbesar dengan menambah panjang rel atau jumlah arus listrik. Proyektil di bawah pengaruh gaya Lorentz berakselerasi ke ujung rel yang berseberangan dengan power supply dan keluar dari dalam celah. Ketika proyektil keluar dari celah, arus listrik akan terhenti.
Railgun membutuhkan arus yang sangat besar untuk menembakkan proyektil hingga kecepatan 5 Mach atau lebih. Hal ini mengakibatkan masalah pada kapal perang tradisional karena tenaganya tidak dapat didiversikan dari sistem propulsi kapal. Kapal perang generasi baru milik AL AS, DD(X) all-electric, memungkinkan penggunaan teknologi ini. Untuk menembakkan proyektil railgun, tenaga listrik didiversikan dari mesin kapal ke turret meriam. Meriam dapat menembakkan hingga enam proyektil permenit. Kemudian tenaga listrik dikembalikan ke mesin.
Masalah dan Kelemahan Railgun
Dalam Teori, railgun merupakan solusi sempurna untuk daya tembak jarak dekat dan jauh. Pada kenyataannya, teknologi ini menghadapi masalah serius.
Power supply: Menghasilkan tenaga yang diperlukan untuk mengakselerasi proyektil railgun adalah tantangan yang sangat nyata. Kapasitor harus dapat menyimpan muatan listrik hingga arus listrik yang cukup besar dapat diakumulasikan. Sementara kapasitor pada teknologi lain dibuat dengan ukuran yang sangat kecil, kapasitor pada railgun dibuat dalam ukuran yang sangat besar hingga beberapa meter kubik.
Pemanasan Resistif: Ketika arus listrik melewati konduktor akan menghasilkan panas. Pada railgun, panas yang dihasilkan akan sangat besar.
Pelelehan Logam: Kecepatan tinggi armature pada rail gun dan panas yang dihasilkan dari pemanasan resistif dapat merusak dan melelehkan rel.
Gaya Tolak: Arus pada setiap rel mengalir dengan arah yang
berlawanan. Hal ini mengakibatkan gaya tolak yang proporsional dengan.
Gaya tolak ini akan menekan setiap rel ke arah yang berlawanan. Karena
arus pada railgun yang sangat besar, gaya tolak antara kedua rel menjadi
sangat signifikan. Hal ini mengakibatkan rel hanya dapat dipakai
beberapa kali, bahkan ada beberapa yang hanya dapat dipakai sekali.
Apakah ada kemungkinan untuk mengatasi kekurangan ini? Salah satu solusinya adalah “rail gun elektromagnetis”, atau secara singkat disebut “rail gun”. Dengan menggunakan medan magnetik yang dihasilkan dari listrik, rail gun dapat mengakselerasi proyektil hingga 52.493 kaki per detik (16.000 m/dtk). Saat ini meriam AL memiliki jarak maksimal 12 mil, dan rail gun dapat mengenai target sejauh 250 mil dalam waktu 6 menit.
Apa itu Railgun?
Railgun adalah senjata/senapan yang keseluruhan bekerja secara elektris, yang mengakselerasi proyektil konduktor di antara sepasang rel logam. Railgun bekerja dengan prinsip yang sama seperti motor homopolar. Railgun menggunakan dua kontak geser/gulir yang memungkinkan arus listrik besar melewati proyektil. Arus listrik ini berinteraksi dengan medan magnet kuat yang dihasilkan oleh sepasang rel logam dan hal inilah yang mengakselerasi proyektil. Karakteristik khusus rail gun adalah tidak digunakannya propelan (hanya proyektil dan energi elektris) dan kemampuannya untuk meluncurkan proyektil jauh lebih cepat dari teknologi senjata api.
Railgun sudah lama dikenal sebagai teknologi eksperimental dan demonstrator. Akan tetapi dalam beberapa tahun terakhir, teknologi ini sudah menjadi teknologi militer yang layak. Sebagai contoh, pada akhir 2000an, AL AS menguji railgun yang mampu mengakselerasi proyektil sebesar 3,2 kg hingga sekitar 2,4 km/detik (5.400 mil per jam). Mereka memberi motto proyek ini dengan bahasa Latin “Velocitas Eradico”, yang berarti “Kecepatan yang Menghancurkan” tetapi dapat diartikan lebih akurat menjadi “Saya Cepat dan Saya Menghancurkan”.
Terpisah dari aplikasi militer, railgun juga diusulkan untuk meluncurkan pesawat ruang angkasa ke orbit. Selain jalur peluncuran yang harus panjang (dan akselerasi untuk mencapai orbit memerlukan waktu yang jauh lebih lama), peluncuran semacam ini juga hanya terbatas untuk pesawat ruang angkasa tanpa awak.
Sejarah Railgun
Pada 1918, penemu asal Perancis, Louis Octave Fauchon-Villeplee, menemukan sebuah meriam elektrik yang mempunyai kemiripan dengan motor linear. Dia mendaftarkan penemuaanya ke paten AS pada 1 April 1919, yang telah diresmikan pada Juli 1922 dengan nomor 1,421,435 “Electric Apparatus for Propelling Projectiles”. Pada alatnya, dua buah busbar dihubungkan dengan sayap dari sebuah proyektil, dan keseluruhan alatnya dikelilingi oleh medan magnetis. Dengan mengalirkan listrik melewati busbar dan proyektil, gaya terinduksi dan mendorong proyektil sepanjang busbar dan selanjutnya ke sasaran/target.
Selama PD II, ide ini kembali dimunculkan oleh Joachim Hänsler, Kantor Artileri Jerman. Dia mengusulkan senapan elektrik anti-pesawat. Pada akhir 1944 sudah cukup teori yang dikerjakan untuk membuat Flak Command Lutwaffe mengeluarkan spesifikasi senapan yang diharapkan. Mereka mengharapkan kecepatan laras 2.000 m/detik dengan proyektil yang mengandung 0,5 kg bahan peledak. Senapan ini didesain dengan 6 laras yang menembakkan 12 amunisi per menit. Akan tetapi senjata ini tidak pernah dibuat. Ketika detail desain ditemukan setelah perang, ketertarikan akan senjata ini kembali meningkat dan penelitian yang lebih detail telah dilakukan. Puncaknya pada laporan di tahun 1947 yang menyimpulkan bahwa senjata ini layak secara teoritis, hanya saja setiap senjata ini akan membutuhkan energi yang sangat besar, yang diperkirakan cukup untuk menerangi setengah kota Chicago.
Selama 1950, Sir Mark Oliphant, seorang ilmuwan Australia dan direktur pertama Research School of Physical Sciences di Australian National University, mulai desain dan pembuatan generator homopolar terbesar di dunia (500 megajoule). Generator ini digunakan untuk mengoperasikan railgun skala besar yang dipakai untuk instrumen ilmiah.
Prinsip Dasar Railgun
Gambar dari http://science.howstuffworks.com
Sebuah railgun pada dasarnya merupakan sirkuit elektrik besar, yang dibuat dengan tiga bagian: sebuah sumber listrik, sepasang rel logam paralel dan sebuah armatur bergerak.
Power supply sumber aliran listrik. Biasanya diperlukan arus listrik sebesar jutaan ampere untuk railgun kaliber menengah sampai besar.
Relnya merupakan logam konduktor seperti tembaga. Biasanya panjangnya antara 4 hingga 30 kaki (9 meter)
Armatur menjembatani celah antara kedua rel. Armatur dapat berbentuk potongan utuh logam konduktor atau sabot konduktif yang merupakan pembawa anak panah atau proyektil lain. Beberapa railgun menggunakan armatur plasma. Dalam set ini, sebuah logam foil tipis ditempatkan di belakang proyektil non-konduktor. Ketika arus listrik mengalir melewati foilnya, foil akan menguap dan membentuk plasma, yang mengalirkan arus listrik.
Berikut ini adalah bagaimana ketiga bagian tersebut bekerja bersama.
Arus listrik mengalir dari terminal positif power supply, naik rel positif, melewati armatur, turun ke rel negatif dan akhirnya kembali ke power supply melalui terminal negatif.
Arus yang mengalir pada kabel apapun membentuk medan magnet di sekitarnya, daerah di mana gaya magnetik dirasakan. Medan magnetik ini mempunyai ukuran dan arah. Pada railgun, kedua relnya berperan seperti kabel, dengan medan magnet yang berputar di rel. Garis gaya dari medan magnet berputar berlawanan dengan arah jarum jam sepanjang rel positif dan searah jarum jam di sepanjang rel negatif. Medan magnet total di antara rel mengarah vertikal.
Seperti kabel berarus pada sebuah medan elektrik, proyektil juga mengalami gaya yang disebut sebagai gaya Lorentz. Gaya Lorentz mengarah tegak lurus dari medan magnet dan arah arus listrik yang mengalir pada armatur. Anda dapat melihat bagaimana gaya Lorentz bekerja dalam diagram di bawah ini
Gambar dari http://science.howstuffworks.com
Perhatikan bahwa gaya Lorentz sejajar dengan rel dan menjauh dari power supply. Besarnya gaya Lorentz ditentukan dengan persamaan F = (i)(L)(B), dengan F adalah gaya total, i arus listrik, L panjang rel dan B adalah medan magnetik. Total gaya dapat diperbesar dengan menambah panjang rel atau jumlah arus listrik. Proyektil di bawah pengaruh gaya Lorentz berakselerasi ke ujung rel yang berseberangan dengan power supply dan keluar dari dalam celah. Ketika proyektil keluar dari celah, arus listrik akan terhenti.
Railgun membutuhkan arus yang sangat besar untuk menembakkan proyektil hingga kecepatan 5 Mach atau lebih. Hal ini mengakibatkan masalah pada kapal perang tradisional karena tenaganya tidak dapat didiversikan dari sistem propulsi kapal. Kapal perang generasi baru milik AL AS, DD(X) all-electric, memungkinkan penggunaan teknologi ini. Untuk menembakkan proyektil railgun, tenaga listrik didiversikan dari mesin kapal ke turret meriam. Meriam dapat menembakkan hingga enam proyektil permenit. Kemudian tenaga listrik dikembalikan ke mesin.
Masalah dan Kelemahan Railgun
Dalam Teori, railgun merupakan solusi sempurna untuk daya tembak jarak dekat dan jauh. Pada kenyataannya, teknologi ini menghadapi masalah serius.
Power supply: Menghasilkan tenaga yang diperlukan untuk mengakselerasi proyektil railgun adalah tantangan yang sangat nyata. Kapasitor harus dapat menyimpan muatan listrik hingga arus listrik yang cukup besar dapat diakumulasikan. Sementara kapasitor pada teknologi lain dibuat dengan ukuran yang sangat kecil, kapasitor pada railgun dibuat dalam ukuran yang sangat besar hingga beberapa meter kubik.
Pemanasan Resistif: Ketika arus listrik melewati konduktor akan menghasilkan panas. Pada railgun, panas yang dihasilkan akan sangat besar.
Pelelehan Logam: Kecepatan tinggi armature pada rail gun dan panas yang dihasilkan dari pemanasan resistif dapat merusak dan melelehkan rel.
