Vi propongo le traduzioni di due articoli dalla rivista americana The Electrical Experimenter, che trattano dei progetti di armi elettromagnetiche negli anni della Prima guerra mondiale. Un estratto da un articolo del novembre del 1915 che tratta principalmente l’aspetto tecnico, e uno del giugno del 1918 che riprende la parte tecnica, e approfondisce un po’ l’argomento applicato alla guerra.

L’arma elettromagnetica e le sue possibilità.
Estratto, tradotto e adattato da The Electrical Experimenter, Vol. III, N. 7, Novembre 1915:

“Mentre abbiamo avuto notizia di molte diverse tipologie di armi per ditruggere la vita durante l’attuale conflitto europeo in tutta la sua portata, probabilmente non ci sono molti di noi che si sono soffermati a pensare alle possibilità di una qualsivoglia invenzione che si affidi per sparare proiettili di grandi dimensioni attraverso lo spazio nientemeno che all’elettromagnetismo adeguatamente applicato a un arma o all’affusto di un cannone.
Sono stati inoltrati diversi brevetti di dispositivi di questo tipo, ma a nostra conoscenza nessuno di questi è mai stato adottato dalle potenze mondiali.

Nella figura 3 è mostrato il brevetto registrato da S. T. Foster, Jr., (No. 811,913) riguardo un’arma elettromagnetica. Questo brevetto è utile per avere una buona idea sulla struttura di questi dispositivi pensati per sostituire la moderna artiglieria attualmente in uso dalle potenze mondiali. Il signor Foster dispone una serie di potenti spire di potenti bobine elettromagnetiche lungo la canna non magnetica 11-12. Il proiettile magnetico fatto di ferro o acciaio è posizionato nella culatta a 11, alla distanza giusta per raggiungere il contatto elettrico 1. Quando questo contatto viene compresso dal proiettile esso attiva l’interruttore di esclusione 2, che comprime ed eccita la bobina magnetica 16. Il proiettile viene poi spinto in avanti elettromagneticamente fino a che non è in linea con la bobina 16, e simultaneamente attiva l’interruttore di esclusione 1, che apre il circuito alla bobina 15. In questo momento, parlando in generale, il proiettile scivolando in linea con la bobina 16 attiva l’interruttore No. 3 e questo chiude il circuito della bobina 17, dunque il proiettile è spinto in avanti in linea con quella bobina e la bobina 16 è esclusa dal circuito, facendo in modo che il contatto 2 si resetti automaticamente.

Dunque si vedrà come il proiettile di ferro viene mosso attraverso la canna verso la bocca 12. L’operazione precedentemente descritta si ripete fino a quando il proiettile non raggiunge la posizione della bobina 23, e qui attiva l’interrutore di esclusione 10, che apre il circuito corrente. Nessun ulteriore spinta magnetica viene esercitata sul proiettile che può lasciare la bocca dell’arma con il suo proprio moto. L’inventore in questo caso sostiene che il proiettile si suppone che acquisisca velocità ripetutamente e successivamente nel suo movimento da una bobina a quella successiva. Questa disposizione per escludere le bobine durante il movimento del proiettile attraverso la canna lo ritroviamo in diversi altri brevetti e sembra essere una idea generale vista la maggior parte delle invenzioni in tale direzione.

Richiederebbe troppo spazio descrivere qui in dettaglio ogni ingegnosa deduzione matematica e ingegneristica citata nello splendido brevetto del professor Kristian Birkeland di Svezia. In questo brevetto (U. S. patent No. 754,637) egli pone l’attenzione su punti molto precisi riguardo lo sviluppo di un’arma elettromagnetica. Alcune delle considerazioni che vi sono sostenute, ipoteticamente e non, sono accennate qui sotto.

In primo luogo, è difficile creare un’arma elettromagnetica di dimensioni ordinarie che possa esercitare una spinta sufficiente sul proiettile per raggiungere gli effetti ora prodotti dalla tipologia dei moderni cannoni a carica esplosiva. Perciò questo inventore propone di disporre gli interruttori, eccetera, su quest’arma in modo che la corrente attraverso le bobine vi ci rimanga solo per una piccola frazione di secondo in qualsiasi situazione. Inoltre considerando il progetto ingegneristico che è regolarmente accettato per tali bobine magnetiche, egli propone non solo di passare una normale corrente attraverso la bobina, ma una corrente addirittura dieci volte, e oltre, più intensa, e in tal modo momentaneamente (per una frazione di secondo), una tremenda spinta magnetica può essere esercitata sul proiettile di ferro all’interno della canna. Egli sostiene inoltre (e questa è un’idea fondamentale) che per poter incrementare l’azione magnetica in una tale arma sia preferibile fare il proiettile di ferro avvolto in bobine magnetiche anziché di ferro soltanto.

Ulteriori diagrammi tracciati nel brevetto del professor Birkeland trattano la disposizione per cui sia possibile aprire il circuito della bobina magnetica senza produrre alcuna scintilla all’apertura dei contatti. Questo viene ottenuto traendo vantaggio dal fatto che il proiettile in movimento nella canna induce correnti elettriche nelle bobine magnetiche e nell’isante in cui questa corrente indotta è approssimativamente uguale alla corrente che scorre attraverso la bobina e che, ovviamente, passa attraverso la bobina in direzione opposta alla corrente normale, allora l’interruttore di esclusione viene attivato senza scintille allo stesso modo.

Egli prosegue dicendo: “Riguardo le dimensioni che potrebbero essere date alle armi costruite secondo la mia invenzione, potrebbe essere utile fare questo esempio: per lanciare un proiettile di ferro del peso di due tonnellate e contenente un migliaio di libbre di nitro-gelatina a una velocità iniziale di un migliaio di piedi al secondo, io propongo l’uso di un’arma di lunghezza di circa 90 piedi, con il proiettile di circa nove piedi di lunghezza e avente un diametro di circa 19 pollici. I solenoidi dell’arma possono essere di cavo quadrato, ognuno dei solenoidi può contenere settecentoventi spire per una resistenza totale di 15 ohm. La lunghezza di ogni solenoide è fatta di circa tre ottavi di un pollice e l’altezza (dimensione radiale) di circa otto pollici. Con una forza elettromotrice di tremila volt questo assicura una corrente di duemila ampère. Se la corrente è prodotta simultaneamente in tutti i solenoidi (ci saranno circa tremila solenoidi elementari), questo richiederà in totale seimila ampère, e l’attrazione che agirà sul proiettile sarà di circa duemila e cinquecento libbre per pollice quadrato nell’area trasversale del proiettile. Un calcolo mostra che quando viene sparato un colpo la corrente dovrebbe essere introdotta un settimo di secondo prima dello sparo. Il proiettile verrà dunque liberato, e passerà nella canna in un quinto di secondo. La corrente attraverserà il solenoide più esterno per circa un terzo di secondo. Se, comunque, si usa una configurazione nella quale i gruppi di solenoidi non sono eccitati tutti in un colpo solo a meno della metà della corrente usata per lo stesso effetto, la produzione di calore nei solenoidi più esterni sarà ridotta.”

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L’arma elettromagnetica da 100 miglia.
Articolo tradotto e adattato da The Electrical Experimenter, Vol. 6., N. 2, Giugno 1918.

“Che cannoni !!! Questo è ciò che si dice in questi giorni, in cui i teutonici sono riusciti a sparare proiettili esplosivi da nove pollici verso il cuore di Parigi da un mostruoso cannone dislocato ad una distanza di 76 miglia , al sicuro dietro le linee tedesche. Il bombardamento di Parigi ebbe inizio con questi due super-cannoni, che furono prontamente localizzati, da osservatori su aeroplani alleati, situati nella foresta di St. Gobain, a ovest di Laon. I primi proiettili colpirono ad intervalli di circa 20 minuti e causarono coniderevoli danni agli edifici, ma causarono relativamente poche vittime. Sulle prime si pensò che fossero stati impiegati di “aerei bombardieri”, che avessero volato ad altituini molto elevate diciamo tra i 25.000 e i 30.000 piedi, i quali, se adeguatamente mimetizzati, avrebbero eluso l’avvistamento da terra. Quando gli esploratori alleati localizzarono i giganteschi cannoni, comunque, divenne evidente che gli scaltri tedeschi avevano concepito e messo in opera un altro spettacolo psicologico in grande stile nella forma di un arma che effettivamente fosse in grado di bombardare Parigi dalle loro linee. La gittata più lunga fino ad allora ottenuta con cannoni da 16 e 18 pollici per la difesa navale e costiera era nell’ordine delle 25 miglia. Gli esperti militari hanno dimostrato, che sarebbe stato possibile costruire un efficiente trasporto per cannoni da 16 pollici in grado di assorbire il rinculo di una tale tipologia standard di arma e di garantire 43 gradi e mezzo di elevazione, poi si sarebbe potuto sparare i suoi proiettili a una distanza tra le 50 e 60 miglia! Per sparare con il cannone da 76 miglia che bombardò Parigi è stato calcolato un costo, per ogni colpo, di circa 5.000 dollari.

Un rapporto da Ginevra, Svizzera, contiene un’affermazione che il Tenente Generale von Koline, una autorità militare e ispettore dell’artiglieria, ha rilasciato a una rivista della quale è editore contenente dettagli ulteriori riguardo i cannoni a lunga gittata con i quali si è bombardata Parigi. Egli dice che essi sono lunghi 20 metri. Che i proiettili vuoti pesano 150 chilogrammi- Il proiettile raggiunge un’altezza di 30 chilometri e scende dal cielo sul suo bersaglio come una meteora.
Fate riferimento all’illustrazione allegata che mostra la traiettoria del proiettile e come questi attraversi l’aria altamente rarefatta incontrata a tali altitudini; la pressione dell’aria a questa altezza varia da una frazione di un oncia a diverse once per pollice quadrato, riducendo in tal modo la resistenza opposta dall’aria al proiettile nel suo volo attraverso di essa, che possiede una densità di molto superiore a livelli più bassi; la pressione dell’aria al livello del mare è di 14.7 libbre per centimetro quadrato. Persino un tradizionale arma pesante a lunga gittata d’ordinanza come viene usato oggi spreca parte dell’energia data al proiettile durante il contrasto contro la resistenza dell’aria; il proiettile medio viaggia diciamo a 2 miglia come altitudine massima, per esempio. Ora, a 2 miglia la pressione dell’aria è ancora piuttosto elevata, essendo di 9.8 libbre per centimetro quadrato.

Il generale von Ruhe inoltre dice che servono circa tre minuti per ogni colpo perché raggiunga la sua destinazione. La maggiore difficoltà che si incontra nel tentativo di aumentare la gittata fu superata spedendo il proiettile abbastanza in alto da fargli attraversare l’aria rarefatta.

Tutto il segreto del fuoco di un cannone di tale gittata sta nell’eliminazione o la attenuazione della resistenza atmosferica, e quindi sarà il caso di approfondire questo argomento dell’aria rarefatta negli strati superiori dell’atmosfera. L’illustrazione che mostra la traiettoria del proiettile da 76 miglia ci da anche una chiara idea della struttura dell’atmosfera che circonda la terra. lo spessore di questo viluppo atmosferico è stato variamente stimato dalle 30 alle 50 miglia. Ricerche moderne hanno indicato che l’atmosfera della terra potrebbe essere principalmente divisa in due porzioni, – una porzione più bassa o troposfera, come illustrata, nella quale la composizione chimica in percentuale rimane tollerabilmente uniforme, dato che il miscuglio meccanico dei suoi gas è mantenuto dai venti e dalle correnti convettive; ma la pressione e la temperatura, comunque, crollano come saliamo più in alto; e una seconda o più elevata regione, la stratosfera che inizia all’altezza di circa 10 miglia, quando la temperatura cessa di scendere e diviene quasi costante per un’ulteriore sconosciuta altitudine. La regione più bassa della troposfera è lo strato delle nubi e del vapore acqueo. Sopra la linea delle 10 miglia, nella stratosfera, l’atmosfera è in uno stato di calma perenne, i gas che la compongono si dispongono da soli in ordine di densità. Le regioni più in alto sono composte interamente di gas leggeri come idrogeno ed elio.

Oltre le 45 miglia l’aria diventa così rarefatta che non ha peso apprezzabile. Di qui gli sforzi dei progettisti dell’artiglieria pesante per costruire un cannone che possa fare fuoco ad un angolo che dia la massima gittata o 43 gradi e mezzo, e che dunque proietti rapidamente il colpo negli strati altamente rarefatti dall’alta atmosfera.

Si sono avuti un certo numero di progetti di potenti cannoni elettromagnetici portati avanti da diversi inventori negli ultimi 15 anni. Uno di questi cannoni elettomagnetici, qui rappresentato, fu descritto in dettaglio nel nostro numero di novembre del 1915. Esso ha una gittata possibile tra le 90 e le 100 miglia quando correttamente realizzato ed alzato a un angolo massimo di 45 gradi. Il principio del cannone elettromagnetico si comprende meglio facendo riferimento al disegno qui mostrato. Il professor Kristian Birkeland, inventore del gigantesco cannone a solenoide menzionato (il suo brevetto è datato 15 marzo 1914) ha condotto un semplice esperimento per provare che il suo progetto è sia realizzabile che pratico. Questo esperimento fu eseguito con una bobina o un singolo solenoide magnetico del peso di circa 24 libbre, e delle dimensioni date nello schizzo. Ecco cosa trovò: con una corrente di 230 ampère fatta scorrere attraverso il solenoide, la barra di ferro fu risucchiata e propulsa con una spinta magnetica di 170 libbre. Il calore generato nella spira alla fine di un secondo non si rivelò particolarmente elevato ma se il solenoide avesse resistito in sicurezza una corrente altrettanto intensa per un decimo di secondo, in quel caso la forza agente sulla barra sarebbe stata di 1700 libbre per pollice quadrato. Se invece di una barra di ferro si usasse un corpo composto di bobine attraverso le quali si faccia scorrere una corrente, l’aspirazione magnetica del solenoide sarebbe aumentata grandemente, indica il professore Birkeland.

Come spiegazione introduttiva di riferimento si può considerare uno dei piccoli disegni qui inclusi, che mostra un semplice cannone elettromagnetico con tre bobine, e senza dubbio il lettore sarà così in grado di comprendere, con l’aiuto delle didascalie esplicative, come i vari inventori dei cannoni elettromagnetici intendono sparare i loro proiettili in direzione del nemico con rapidità e accuratezza sorprendenti.

Per dovere di semplicità, possiamo considerare che solo 3 bobine magnetiche siano impiegate come 1, 2 e 3 per la lunghezza della canna. Si potrebbe dire che invariabilmente tale canna dovrebbe avere una corsia interna di rame o bronzo, di modo che il proiettile che è solitamente fatto di materiale magnetico (come ferro o acciaio), non sia a contatto con la canna. La canna adatta può essere fatta di ferro appropriatamente suddiviso, ma una canna interamente in rame è comune. Ora consideriamo che le tre bobine magnetiche, 1, 2 e 3, siano connesse a un interruttore come mostrato. Se, dunque, un proiettile di ferro viene posto nella posizione A, e la corrente fatta fluire attraverso la bobina 1, il campo di forza elettromagnetico prodotto nella canna tenderà a spingere il proiettile in avanti lungo la direzione della freccia. Occorre menzionare prima di proseguire oltre che la canna di ferro (se usata) del cannone o dell’arma è divisa in diverse sezioni distinte di modo da localizzare e intensificare la spinta magnetica sul proiettile a ogni nuovo impulso.

Quando il proiettile ha raggiunto la posizione della bobina 1 l’interruttore di controllo viene azionato di modo da escludere la bobina 1 e collegare la bobina 2 al circuito. Se questo viene fatto velocemente il proiettile sarà risucchiato in linea con la bobina 2. L’operazione viene ripetuta ancora e l’interruttore sarà spostato di modo che la bobina 3 verrà messa in circuito e le bobine 1 e 2 aperte. Quindi il proiettile sarà ulteriormente spinto in avanti verso la sezione 3, e nell’istante in cui raggiungerà il centro dell’ultima bobina la corrente sarà interrotta e il momento acquisito dal proiettile sarà mantenuto fino alla bocca dell’arma in B.

In una di queste illustrazioni è mostrato un probabile sviluppo di una grande arma campale elttromagnetica montata su un enorme struttura di ferro equipaggiata con grandi ruote cingolate, come osservato, in maniera che sia mobile quanto basta per essere dislocata velocemente da un posto all’altro sul campo di battaglia o per compiti di assedio. Quando utilizzata come requisiti di portabilità sarà invariabilmente necessario, se tali tipi di armi saranno mai adottate, provvedere un completo impianto per generare energia eletrica come mostrato nell’immagine. Questo dovrebbe comprendere un potente motore a benzina direttamente connesso a una dinamo elettrica adatta.

Qualche idea delle possibili dimensioni di tali armi possono ottenersi quando si considera che uno dei migliori progetti mai ideati su questo principio, dovuto al Prof. Birkeland, ha una canna di 90 piedi di lunghezza. I proiettili usati per quest’arma sarebbero lunghi circa 9 piedi e avrebbero un diametro di 19 pollici. Inoltre per ottenere la massima spinta magnetica per questa soluzione è raccomandato che il proiettile sia avvolto in spire di cavi per potersi rivelare elettromagneticamente reattivo in congiunzione con le regolari spire magnetiche a disco posizionate lungo la canna dell’arma così concepita. Si stima che i proiettili dovrebbero lasciare la canna dell’arma ad una velocità valutata in 4.000 piedi al secondo. Per poter facilitare il passaggio del proiettile attraverso la canna dell’arma con il minor attrito suggeriamo caldamente che venga assicurata un’adeguata lubrificazione con grasso o coppe dell’olio posizionate lungo la canna a certi intervalli; queste si possono osservare nella nostra illustrazione.

Va ricordato che queste armi non si surriscalderebbero a un livello apprezzabile e comunque non ai livelli del calore prodotto nelle armi moderne ad alto potenziale che usano cariche di polvere esplosiva. Per questo motivo e per altre ovvie ragioni una tale arma può sparare un gran numero al minuto di proiettili di grosso calibro, probabilmente dai 50 ai 75 proiettili in un minuto.
Per quanto sopra si vedrà che una tale scarica di proiettili di 19 pollici da 2 tonnellate, ognuno dei quali contiene 1.000 libbre di polvere altamente esplosiva potrà servire a mettere rapidamente in rotta il nemico, non importa quanto bene possa essersi trincerato o messo al sicuro dietro argini fortificati. Una pioggia di tali mostruosi proiettili potrebbe radere al suolo quasi ogni fortificazione che fosse naturale o costruita dall’uomo.

Nell’illustrazione di quest’arma elettromagnetica è suggerita una soluzione per consentire una fornitura costante di proiettili per il tiro rapido che possa essere sempre mantenuta davanti alla culatta aperta dell’arma. I proiettili possono essere issati con un motore a benzina e correre sulla piattaforma alla sinistra e poi fatti di scivolare per gravità giù lungo il canale inclinato. Non appena uno dei proiettili viene risucchiato nella culatta della canna dell’arma è seguito da un altro subito dopo in successione. È facilmente possibile disporre di mezzi per poter sparare i proiettili a una certa distanza l’uno dall’altro, rispetto al tempo, come ovviamente si ritenga opportuno. La corrente elettrica allimentata attraverso le bobine lungo la canna dell’arma può venir controllata tramite un interrutore azionato dall’uomo che punta l’arma e che può essere dislocato vicino alla culatta del mostro, come indicato nella nostra illustrazione.

La seconda grande arma elettromagnetica illustrata nei disegni è un progetto suggerito dal signor Paul T. Kenny, un ingegnere elettrico di New York. Il principio di base del progetto è simile a quello del professor Birkeland, nominalmente, per quanto riguarda l’applicazione di una intensa corrente elettrica alle bobine magnetiche che circondano la canna dell’arma per una frazione di secondo, o in altre parole per creare un’enorme suzione magnetica che agisca sul proiettile prima che le bobine magnetiche abbiano avuto tempo di surriscaldarsi; tempo che è uno dei fattori che comunque in ogni caso controllano l’aumento di calore. Più breve il tempo durante il quale la corrente è attiva, minore la quantità di calore prodotto. Dunqe diviene possibile sovraccaricare le bobine sull’arma magnetica dalle 10 alle 12 volte la loro normale capacità di carico di corrente, e come indicato prima si può quindi realizzare un incremento corrispondente in termini di forza del campo magnetico prodotto.

Il signor Kenny dice di aver offerto il progetto al Governo degli Stati Uniti nel 1908, e di essersi offerto di provare a sparare un proiettile a novanta miglia di distanza, da New York a Philadelphia, per provare ciò che si sarebbe potuto fare, ma la sua offerta fu rifiutata, sul terreno del “non è appropriato”. In seguito il signor Kenny si recò a Berlino, dove fu affiancato all’Ambasciatore Gerard, e nel 1913 sottopose la sua invenzione alle autorità militari germaniche. Queste ultime riconobbero la praticabilità e gli chiesero di supervisionare la costruzione di uno dei terrori della guerra nelle officine Krupp a Essen. Pressanti incombenze interferirono e il signor Kenny, lasciandosi alle spalle il secreto della sua terribile arma, ritornò negli Stati Uniti. Egli è fiducioso che i teutonici possano avere in preparazione o che abbiano già utilizzato un cannone elettromagnetico di grandi dimensioni costruito secondo il progetto che egli suggerì al tempo.

Il signor Kenny da la seguente descrizione della propria invenzione:
“L’arma stessa è un enorme imbuto in acciaio a forma di telescopio lungo dai 200 ai 300 piedi, aperto su ambedue i lati e supportato da puntelli in acciaio utilizzati per la costruzione dei ponti di modo che l’estremità più larga, che è la bocca dell’arma, sia elevata e mobile. Questo imbuto non si avvicina neanche al peso di un’arma da 16 pollici, non c’è tensione su alcuna parte di essa durante lo sparo eccetto quella del solo proprio peso.
“Quest’arma è avvolta dalla culatta alla bocca con bobine di cavi, attraverso le quali può passare corrente elettrica prodotta da una dinamo. Le bobine alla culatta sono fatte di cavi molto sottili capaci di produrre una forza elettromagnetica pari a 5 cavalli vapore. I successivi gruppi di bobine sono di cavo più pesante per poter consentire il passaggio di correnti più potenti, e così in progressione la forza delle bobine aumenta fino alla quindicesima bobina presso la bocca che potrebbe possedere una forza di spinta di 83.920 cavalli vapore!

“Il proiettile, che è costruito in modo che l’azione della forza magnetica esercitata su di esso lo faccia ruotare senza la necessità di rigare la canna, viene introdotto nella culatta. La forza della corrente nella prima bobina lo lancia in avanti, e il proiettile stesso chiude la connessione con un interruttore posizionato nel foro. Esso passa sotto l’influenza della bobina successiva, con momento già incrementato – e così via sino a che l’ultima e più grande spinta in avanti gli arrivi dalla bobina che possiede 83.920 cavalli vapore. Con una terrificante velocità di uscita il proiettile dunque solca la sua alta traiettoria verso l’oggetto da distruggere.

La mappa illustrata mostra la paurosa gittata di uno di questi cannoni elettromagnetici da 90 a 100 miglia. Potrebbe, se posizionato su Staten Island, nella baia di New York, bombardare Atlantic City, Philadelphia, Camden, Poughkeepsie, New Haven, e centinaia di città a distanze intermedie, come Trenton, New Brunswick, Elizabeth, ecc. Il giorno di un’arma elettromagnetica da 100 miglia potrebbe essere non solo vicino, ma decisamente presente. I teutonici tengono ben custoditi i loro segreti.”