DIY手持式電磁軌道炮 威力驚人

2021-01-09 快科技

電磁軌道炮（Rail Gun），即利用電磁發射技術製成的一種先進的動能殺傷武器。與傳統的大炮通過火藥燃氣壓力作用於彈丸不同，軌道炮是利用電磁系統中電磁場的作用力，其作用的時間要長得多，可大大提高彈丸的速度和射程。因而引起了世界各國軍事家們的關注。電磁軌道炮顛覆了傳統槍枝的火藥裝置，而是由一個大型電路組成，整個電路分為三個部分：電源、兩個平行的電軌（一正一負）、一個移動電樞。電流從電源流向正軌，再轉向電樞，從而到負軌，最後再回到電源，由此產生一個強力的磁場以實現軌道炮子彈的發射。

說到電磁軌道炮，許多人會想到《變形金剛2》中一炮轟掉組合機器人大力神的那臺，最近一個名為「NSA_Listbot」的極客竟然也搞到了一臺，不過這臺電磁軌道炮可不是從美軍那偷的，它是3D列印出來的！此外，NSA_Listbot還大大縮小了它的體積。筆者對這臺炫酷的軌道炮很感興趣，到底電磁炮是怎麼造出來的？他又為什麼要做這件事呢？於是我們決定會一會這位大神。事實上，NSA_Listbot非常平易近人，火了之後也並沒有翹尾巴。他在採訪中告訴我們：「之前有人通過3D列印技術製造槍枝，輿論掀起了軒然大波，而我想通過電磁軌道炮改變人們對3D列印槍枝的壞印象。」

以下就是這次訪談的內容，列位看官上眼吧。其實在剛開始的郵件交流中，他並不願透露自己的真名，不過熟悉了之後，他告訴我們他叫David Wirth，David表示軌道炮僅此一臺，今後他會轉向其他領域，專心進行金屬物體的3D列印技術實驗。


軌道炮的CAD設計圖。圖中灰色的部分都是通過3D列印製作的

能不能做一個簡單的自我介紹？

額，我的本科和研究生時代都在加州大學洛杉磯分校（UCLA）度過，主攻航空航天工程中的納米機電系統。閒暇時間裡我很喜歡擺弄各式各樣的零部件並經常用它們造出點新鮮玩意。我很享受那種利用空閒時間打造新事物的愉悅，它會讓我很有成就感，也許這也是我小時候立志要當試飛員的原因吧。後來我又迷上了研發和工程方面的工作，它們也能讓我體驗成為「第一人」的快樂。

這是你第一次製作軌道炮嗎？

不是，我在高中時就做過一臺，那是我的物理課畢業設計，不過現在這臺WXPR-1要比原來那臺大得多，也複雜得多。

你現在從事的是工程技術領域的工作嗎？是不是經常用到CAD/3DP之類的工具？

我大學學的是工程專業，不過現在我在從事其他領域的工作。

這個軌道炮的項目是怎麼來的？

實話說，我做軌道炮是因為跟朋友的一場賭注。在大家眼中我一直是個工程學專家，經常做出些匪夷所思的小玩意，但我朋友卻打賭我做不出軌道炮來，這讓我很不爽。一段時間後，我找到了一份清閒的工作，所以在閒暇時間我就開始著手製造軌道炮。在一年半的時間裡，我忙得不亦樂乎，加工、焊接，最後終於列印出了現在這臺軌道炮。其實今年六月軌道炮就製作完成了，不過直到七月中旬我才完成系統調試。我的朋友們（包括賭我造不出軌道炮的傢伙）七月份就見過這傢伙了，不過直到最近我才鼓起勇氣把它放到Reddit上。說實話我沒想到它居然能引起如此巨大的轟動。


軌道炮的一次試射

撇開賭注的因素，這個項目的總體目標是什麼？

我的目標就是要為3D列印正名。該技術可以將原本笨拙巨大的設計快速轉化成一個便攜實用的版本。之前有人通過3D列印技術製造槍枝，輿論掀起了軒然大波，而我想通過電磁炮改變人們對3D列印槍枝的壞印象。未來我會將該項目的源文件和代碼分享給學生、死忠粉和學術界，而且你們也不會見到第二代的軌道炮了，儘管WXPR-1的意思是Wirth eXperimental Portable Railgun Version 1（Wirth測試性可攜式磁軌炮第1版）。

電磁炮上好像裝了一個二氧化碳罐，這個裝置是幹什麼用的？

二氧化碳罐是噴射系統的堅強後盾。它跟土豆加農炮的原理較為類似，彈丸會沿著電流流過電樞的方向發射出去。此外，彈丸（電磁炮使用的是電樞）在發射時要達到一定的初速度才行，要不然就會由於過高的電流被焊死在炮膛中。二氧化碳可以幫助彈丸提速到100 米/秒，而軌道則會將其速度提高到250 米/秒。

NSA_Listbot的電磁軌道炮採用了六個300J、350V、5500uF的電容，其總重量達到20磅，可以提供大於1050V和1.8kj的發射能量

軌道炮必須要做得這麼大才行嗎？

完全沒必要，只要換個更加先進的電容，就可以讓軌道炮至少輕上10磅，而WXPR-1上這塊電容是我用50美元從eBay上淘來的。此外，充電系統也有改進的餘地，我用的充電器並沒有進行過優化，若換上一套零電壓系統（ZVS），電磁炮還可以再輕上3到4磅。所以，如果有第二代電磁炮，我可以將其重量控制在30磅（27斤）左右。

WXPR-1軌道炮還有什麼別的特色嗎？

對於一個非專業項目來說，這次的軌道設計就很特別。普通的愛好者會採用方形孔腔設計，因為這樣易於製造，不過這樣處理會大大降低效率。我的軌道設計就高效的多，而且加工精細度要高的多。此外，我的軌道採用了環形孔腔設計，這恐怕是非專業項目中的首創了。我用了六個月時間來琢磨設計，嘗試了N多種方案（有時因為公差超過1根頭髮的寬度就被我放棄了）。另外，WXPR-1採用了可更換軌道，而別家的軌道炮想更換軌道可是要整個將炮身拆散的，我變通了一下，採用了內外雙軌設計，所以不用拆散炮身就可以輕鬆更換內軌了。這就提升了其維護的便捷度，也讓產品變得更加經久耐用。

你使用了哪種3D印表機？

我使用了一臺delta 3D印表機，它可以列印聚碳酸酯材料。此外，我還用定製版的聚醚醯亞胺製作了大多數的列印模版，其建造體積達到了直徑11英寸x 高度18英寸。在製造過程中我用了聚乳酸、工程塑料、尼龍和聚炭酸酯等材料。徑向和垂直列印精度則分別達到了0.2毫米和0.25毫米。


該裝置選用了Arduino Uno R3來管理軌道炮上的電子器件、監視電容器的電壓、電流、溫度和電池電壓

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