Реактивный ранец из пулеметов

Возможно ли создать аналог реактивного ранца, стреляющего вниз из пулеметов?^[#]↲В английском языке есть словосочетание machine gun, обозначающее, чаще всего, пулеметы, но иногда и автоматическое оружие в общем. В этом выпуске речь идет об автоматическом оружии в общем, но для читаемости используются адекватные контексту «пулеметы», «автоматы» и прочие «пушки». — Прим. пер.

— Роб Б.

Я был удивлен, обнаружив, что ответ — «да»! Но, чтобы действительно сделать это правильно, вам надо поговорить с русскими.

Принцип здесь очень простой. Если вы стреляете прямо, отдачей толкает вас назад. Так что если вы стреляете вниз, то отдача будет толкать вас вверх.

Первый вопрос, на который нам придется ответить: может ли оружие поднять массу, равную хотя бы его собственной? Если пулемет весит четыре с половиной килограмма, но сила отдачи при стрельбе эквивалентна трем с половиной, то он не сможет оторвать сам себя от земли, не говоря уже о подъеме себя вместе с человеком.

В мире инженерии отношение между тягой корабля и его весом называется тяговооруженностью. Если она меньше 1, летательный аппарат не сможет оторваться от земли. «Сатурн-5» имел подъемную тяговооруженность примерно 1,5.

Несмотря на то, что я вырос на юге Штатов, я не эксперт по оружию, поэтому, чтобы ответить на этот вопрос, я связался со знакомым в Техасе. (Судя по количеству боеприпасов около их дома, которые они были готовы измерить и взвесить для меня, Техас явно стал чем-то вроде постапокалиптической военной зоны в стиле Безумного Макса.)

Как выяснилось, у АК-47 тяговооруженность около двух. Это означает, что если вы поставите его вертикально дулом вниз и каким-то образом зафиксируете спусковой крючок (Внимание: пожалуйста, ПОЖАЛУЙСТА, не пытайтесь повторить это), то он, стреляя, поднимется в воздух.

Это верно не для всех моделей автоматического оружия. M60, к примеру, не сможет развить тягу, достаточную для того, чтобы поднять себя в воздух.

Величина тяги, создаваемая ракетой (или стреляющим пулеметом), зависит от того, (1) какое количество своей массы она выбрасывает, и (2) как быстро она выбрасывает ее. Тяга — произведение этих двух величин.

$$ \text{Тяга}=\text{Масса выброса}\times\text{Скорость выброса} $$

Если АК-47 стреляет со скоростью в десять 8-граммовых пуль в секунду при начальной скорости 715 метров в секунду, то его тяга составляет:

$$ 10\tfrac{\text{пуль}}{\text{секунд}}\times 8\tfrac{\text{грамм}}{\text{пуль}}\times 715\tfrac{\text{метров}}{\text{секунд}}=57{,}2\text{ Н}\approx 6\text{ килограммов силы} $$

Поскольку АК-47 весит заряженным всего 4,78 килограмма, он сможет оторваться от земли и ускоряться в направлении вверх.

На практике фактическое значение тяги оказывается выше примерно на 30%. Причина этого в том, что оружие не просто плюется пулями, оно также выбрасывает горячий газ и продукты взрыва. Величина дополнительной силы, которую добавляют эти эффекты, зависит от оружия и патрона.

Общая эффективность также зависит от того, сбрасываете ли вы гильзы с летательного аппарата или несете их с собой. Я спросил своих техасских знакомых, не могли ли бы они взвесить несколько гильз для моих подсчетов, но какое-то время они нигде не могли найти весы в доме. Я услужливо предложил, учитывая размер их арсенала, что им проще найти кого-либо другого, у кого есть весы. (В идеале — кого-то, у кого боезапас гораздо меньше.)

Итак, что же все это означает для нашего реактивного ранца?

Ну, АК-47 сможет оторваться от земли, но очевидно, что у него не хватает запасной тяги, чтобы поднять что-то весом больше белки.

Мы можем попробовать использовать несколько стволов. Если вы будете стрелять из двух автоматов в землю, они создадут двойную тягу. Если каждое оружие может поднять два с половиной килограмма сверх своей массы, то два смогут поднять пять.

На этом месте становится ясно, куда мы направляемся.

Если мы добавим достаточно оружия, масса пассажира перестанет иметь значение. Она распространится на такое их большое количество, что они просто этого не заметят. При увеличении количества автоматов, с учетом того, что они летят параллельно друг другу, общая тяговооруженность распределяется, и у каждого оружия приближается к таковой без груза.

Но есть проблема. Боеприпасы.

Рожок АК-47 вмещает в себя 30 зарядов. При десяти выстрелах в секунду, мы получим жалкие три секунды тяги. Можно улучшить результат, используя больший магазин, но только до определенного предела.

Получается так, что нет смысла нести больше 250 единиц боезапаса. Причиной этого является фундаментальная и центральная проблема в ракетостроении: топливо делает вас тяжелее.

Каждая пуля весит 8 грамм, а патрон («целая пуля») весит более 16 грамм. Если мы добавим больше, чем 250 зарядов, то АК-47 станет слишком тяжелым, чтобы оторваться от земли.

Это означает, что наше оптимальное воздушное судно представляет собой большое количество АК-47 (минимум 25, но, в идеале, хотя бы 300), каждый из которых имеет 250 единиц боезапаса. Самая большая версия этого судна сможет развить вертикальную скорость примерно до 100 метров в секунду, поднявшись на высоту больше половины километра. (Если вы хотите проработать математику по этой части более детально, есть хороший пример здесь.)

Так что мы ответили на вопрос Роба: с достаточным количеством автоматического оружия вы сможете полететь.

Но наша установка из 500 АК-47 — явно не реактивный ранец. Можно ли его улучшить?

Мои техасские друзья предложили серию пулеметов, и я пробежался по каждому из них. Некоторые оказались довольно хороши, например, MG-42, он тяжелее АК-47, но имеет немногим большую тяговооруженность.

Так что мы решили взять что-нибудь побольше.

GAU-8 Avenger выстреливает до шестидесяти 400-граммовых снарядов в секунду. Он создает силу тяги, эквивалентную почти пяти тоннам, это сводит с ума, учитывая, что он установлен на самолете (A-10 «Бородавочник»), каждый из двух моторов которого дает тягу в четыре тонны. Если вы поставите два таких на один самолет и будете стрелять из них вперед при полной тяге двигателей, то пушки победят, и вы полетите назад.

Говоря другими словами, если бы я установил GAU-8 на мою машину, поставил нейтральную передачу, и начал бы стрелять назад, стоя на месте, я бы нарушил общие для всех штатов ограничения скорости меньше, чем за три секунды.

И, несмотря на то, что эта пушка работает так хорошо, русские создали пушку еще лучше. Зенитный автомат Грязева-Шипунова 6К30ГШ весит примерно наполовину меньше, чем GAU-8 и имеет даже большую скорострельность. Его тяговооруженность приближается к 40, что означает, что если бы вы прицелились в землю и выстрелили, то автомат бы оторвался от земли в виде быстро расширяющейся струи смертельно опасных металлических фрагментов, а вы бы испытали ускорение в 40g.

Этого даже слишком много. Фактически, если бы он был прочно установлен в самолете, ускорение стало бы проблемой:

Отдача… по-прежнему имела тенденцию к причинению вреда самолету. Скорость стрельбы была уменьшена до 4 000 зарядов в минуту, но это особенно не помогло. Посадочные огни почти всегда ломались после выстрелов… Стрельба очередью из более чем 30 зарядов вызывала проблемы из-за перегрева…

Но если бы вы каким-то образом закрепили пассажирское сидение, сделали воздушное судно достаточно стойким, чтобы выдержать ускорение, обернули его в аэродинамическую оболочку и убедились в том, что оно будет адекватно охлаждаться…

…то при помощи 6К30ГШ вы могли бы прыгать через горы.