Smartes Projektil: China meldet Durchbruch bei Railgun

Die Railgun gilt als eine der Waffen, die zukünftige Schlachtfelder beherrschen könnte. Statt Treibladungen wird lediglich Strom benötigt und die Projektile erreichen Hyperschallgeschwindigkeit – sind also schneller als so manche moderne Rakete.

Während mehrere Nationen Fortschritte dabei machen, die Materialschwächen von Railguns in den Griff zu bekommen, hört man über ein anderes potenzielles Problem der Waffe nur wenig: Wie soll das abgefeuerte Projektil gesteuert werden? Denn nicht nur das Projektil selbst, sondern auch die elektronischen Komponenten zur Steuerung, müssen der hohen Beschleunigung und den starken Magnetfeldern standhalten.

Chinesische Forscher wollen hier einen Durchbruch erreicht haben, berichtet South China Morning Post. Ein Projektil mit einem Chip und Sensoren sei demnach erstmals von einer Railgun abgefeuert worden und habe dabei Daten gesammelt.

Starkes Magnetfeld

Laut dem Forschungsteam habe man bewiesen, dass das Projektil 20.000 g trotzen kann, also wenn das 20.000-Fache des eigenen Gewichts durch die hohe Beschleunigung auf es wirkt. Zudem hält es eine magnetische Flussdichte von 7 T aus, was in etwa 140.000-mal stärker als das Magnetfeld der Erde ist. Gemessen wurden diese Extremwerte für einen Puls mit einer Dauer von 8 ms, also dem Moment, in dem das Projektil durch die Railgun beschleunigt wird.

Nach dem Abfeuern wurde das Projektil untersucht. Die Schutzhülle sei intakt gewesen und habe keine strukturellen Schäden gezeigt. Auch die interne Schutzvorrichtung, ein mehrstufiges Puffersystem, habe den Schuss aus der Railgun unbeschädigt überstanden. Die Chips und Sensoren im Projektil hätten dadurch normal funktioniert.

Mehrschichtiger Kokon

Um die empfindlichen, elektronischen Komponenten zu schützen, kam ein mehrlagiger Kokon zum Einsatz. Jede Schicht davon hat eine spezielle Aufgabe, um die mechanischen und elektrischen Kräfte, die beim Schuss in der Railgun entstehen, abzudämpfen. Von außen nach innen sind das Kupfer, Eisen, Polyurethane, Mu-Metall und nochmal Polyurethane.

Kupfer soll die elektromagnetische Strahlung abhalten, ähnlich wie ein Blitzableiter. Das Eisen fungiert als Barriere gegen die hohe magnetische Strahlung. Das Polyurethane dient nicht nur dazu, die physischen Kräfte abzufedern: Wenn die Strahlungswelle die harten Metalle durchdringt und dann plötzlich das weiche Kunstharz trifft, wird ein großer Teil der Energie zurückgeworfen.

Die dahinter liegende Schicht aus Mu-Metall fängt die letzten Reste der Strahlung ab. Und die letzte Schicht Polyurethane dient hauptsächlich dazu, dass die elektronischen Komponenten sanft im Projektil gebettet sind und nicht verrutschen.

Um die beste Materialstärke für die verschiedenen Schichten zu berechnen, damit gleichermaßen physische und magnetische Kräfte abgehalten werden, wurden Tausende Computersimulationen durchgeführt. Der so optimierte Prototyp war auch der, der den Railgun-Test überstanden hat. 2 andere Prototypen, die ebenfalls getestet wurden, hielten den Railgun-Abschuss nicht aus.

Warum braucht ein Railgun-Projektil Chips und Sensoren?

Mit dem Experiment, das die Forscher als einen Meilenstein bei der Railgun-Entwicklung sehen, wird die Basis für gelenkte Projektile geschaffen. Solche Projektile brauchen Chips und Sensoren, um Umwelteinflüsse, Geschwindigkeit und Flughöhe zu messen bzw. zu berechnen.

Anhand dieser Daten werden die Steuerflügel am Projektil bewegt, um es auf den richtigen Kurs zu bringen. Wegen der hohen Geschwindigkeit des Projektils müssen die Daten und die Lenkbewegungen sehr präzise sein, weil schon kleine Abweichungen dafür sorgen können, dass es weit vom Kurs abkommt.

Große Kurskorrekturen sind nur begrenzt möglich, weil das Railgun-Projektil keinen eigenen Antrieb hat, im Gegensatz zu Raketen. Je länger es fliegt, desto langsamer und tiefer wird es. Irgendwann fehlt die Energie, um noch einen großen Schlenker Richtung Ziel zu machen, nachdem es sich „verflogen“ hat, weil Sensoren und die elektronische Steuerung durch die magnetische Strahlung beim Abschuss beschädigt wurden.

Außerdem ist ein Empfänger von Satellitenpositionsdaten nötig, falls das Projektil damit ins Ziel gesteuert wird. Hat das Projektil einen Suchkopf, etwa Infrarot oder Radar, müssen auch die davon bereitgestellten Daten gesammelt und verarbeitet werden. Wird die dafür benötigte Elektronik schon beim Start beschädigt, geht der Schuss vermutlich daneben.

Warum müssen Railgun-Geschosse gelenkt sein?

Smarte Projektile sind für Railguns nicht zwingend erforderlich – allerdings würde das Waffensystem dann weit hinter seinen Fähigkeiten bleiben. Drohnen oder Schiffe im Nahbereich könnten auch ohne gelenkte Geschosse getroffen werden. Denn durch die hohe Projektilgeschwindigkeit vergeht zwischen Start und Einschlag kaum Zeit, wodurch die Drohne oder das Boot keine Zeit für ein Ausweichmanöver oder eine Kurskorrektur hat.

Will man die Railgun aber wie ein Artilleriegeschütz einsetzen, ist eine Steuerung nötig, damit auf große Distanzen die Ziele verlässlich getroffen werden. Die US Navy hat etwa für ihr damaliges Projekt einer Railgun mit 32 Megajoule Leistung eine Einsatzreichweite von bis zu 360 km vorgesehen.

Sollen schnellere und agilere Ziele als Drohnen abgefangen werden, idealerweise auf möglichst große Entfernung, ist ebenso ein smartes Projektil wichtig. Japan hat etwa vor, Railguns zu bauen mit denen u.a. anfliegende Hyperschallraketen und ballistische Raketen zerstört werden können.

Wann wird es einsatzfähige Railguns geben?

Aktuell geht man davon aus, dass die Railgun-Entwicklung von China und Japan am weitesten fortgeschritten ist. Beide haben schon Versuche durchgeführt, bei denen Railguns auf Schiffen montiert und dort auch abgefeuert wurden.

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Wann eine Railgun tatsächlich einsatzfähig sein könnte, ist aber noch unbekannt. Optimistische Rüstungsexperten gehen von mindestens 5 Jahren aus, andere glauben nicht daran, dass aus der Railgun jemals etwas wird. Besonders der hohe Materialverschleiß und die geringe Lebensdauer mache sie für militärische Zwecke ungeeignet.

Trumps Traum-Schlachtschiff soll eine Railgun bekommen

Das waren auch die Gründe, warum die USA ihr Railgun-Projekt eigentlich 2021 aufgegeben haben. 2025 wurde die Versuchs-Railgun aber wieder aktiviert.

Ein naheliegender Grund könnte sein, dass die Trump-Klasse eine Railgun bekommen soll. Für jedes der 17 Milliarden US-Dollar teuren Schlachtschiffe ist eine Railgun mit 32 MJ Leistung vorgesehen.

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Vorteile von Railguns auf Kriegsschiffen

Auf Kriegsschiffen hätte eine Railgun vor allem 2 Vorteile. Erstens: die Projektile sind weit kompakter, weil sie weder Treibladung noch Raketenmotor benötigen. Eine SM-6 Luftabwehrrakete mit 240 km Reichweite, die auch gegen Landziele eingesetzt werden kann, wiegt etwa 1,5 Tonnen und ist 6,6 Meter lang. Auf dem Platz, den eine dieser Raketen einnimmt, könnte man Dutzende Railgun-Projekte unterbringen.

Zweitens: der Preis. Eine SM-6 kostet über 4 Millionen US-Dollar. Die US Navy peilte damals Stückkosten von 50.000 US-Dollar für ein gelenktes Railgun-Projektil an. Selbst, wenn es jetzt doppelt oder dreifach so teuer sein würde, wäre das immer noch ein Schnäppchen verglichen mit modernen Luftabwehr- und Antischiffsraketen mit ähnlichen Reichweiten.