Cañón de bobinas

Un cañón de bobinas mueve un proyectil solo con magnetismo, sin pólvora. Una fila de bobinas de hilo que rodean el cañón arrastra un proyectil de hierro a lo largo de él, una bobina tras otra. Charles Grafton Page describió un «fusil magnético» en 1845, y en 1903 el intento de Kristian Birkeland de vender un cañón electromagnético terminó en un cortocircuito.

Qué es

Un cañón de bobinas lanza un proyectil solo con magnetismo. Su cañón es un tubo recto rodeado de bobinas de hilo aislado, colocadas una tras otra. Cuando la corriente recorre una bobina, esta atrae un trozo de hierro hacia su centro. Las bobinas que se encienden por turno arrastran el proyectil por el tubo cada vez más deprisa, y sale por la boca con la velocidad que ha ganado. Nada arde y ningún gas lo empuja. También se le llama rifle de Gauss. Se distingue del cañón de rieles, otro lanzador electromagnético, que usa dos rieles en lugar de bobinas.

El primer cañón de bobinas fue una curiosidad científica. Más tarde Kristian Birkeland intentó vender uno como pieza de artillería, sin éxito, y en la década de 1970 unos ingenieros construyeron con este principio maquetas de lanzadores que debían enviar al espacio rocas extraídas de la Luna.

Cómo funciona

Una bobina por la que pasa corriente aspira una barra de hierro y la mantiene suspendida.

Una corriente que recorre una bobina de hilo crea un campo magnético, más intenso dentro de la bobina y a lo largo de su eje. Un trozo de hierro situado en ese campo se convierte a su vez en imán, con los polos orientados de modo que es atraído hacia el lugar donde el campo es más fuerte, el centro de la bobina. En 1845 Charles Grafton Page describió cómo una bobina podía levantar una barra de hierro hasta su centro y sostenerla allí, suspendida y sin ningún apoyo visible.

Esa misma atracción hace difícil construir el aparato. Las bobinas solo aceleran el proyectil si actúan una tras otra, en el orden debido y en el momento justo, y tanto Page como Birkeland tuvieron que encontrar la manera de lograrlo.

El proyectil no tiene por qué ser de hierro. Puede llevar una bobina propia, y entonces las fuerzas entre la corriente de esa bobina en movimiento y las de las bobinas del cañón lo empujan hacia delante. Birkeland probó esta disposición en una versión posterior de su cañón, y las maquetas de mass driver de los años setenta llevaban su carga en un recipiente, el «bucket», empujado por una fila de bobinas motrices.

Las bobinas necesitan corrientes muy intensas durante instantes muy breves, y suministrarlas es lo difícil. Un fallo puede liberar de golpe toda la energía acumulada en forma de arco o de cortocircuito, como ocurrió en la demostración de Birkeland de 1903.

Historia y evolución

Page presentaba su fusil magnético de 1845 como un instrumento de demostración.

Charles Grafton Page, profesor de química y farmacia y examinador de la Oficina de Patentes de Estados Unidos, estudiaba la atracción de una bobina sobre una barra de hierro. En un artículo sobre un nuevo motor electromagnético, publicado en 1845 en el American Journal of Science, describió un «galvanic or magnetic gun». Unas bobinas de hilo colocadas una detrás de otra formaban el cañón, montado con culata y recámara, y lanzaban a lo largo de él una barra de hierro. Page lo presentaba entre instrumentos de investigación y entretenimiento. Como funcionario de la Oficina de Patentes no podía patentar nada, así que publicaba sus inventos. La misma atracción de una bobina sobre una barra movía los motores que construía, parientes del motor eléctrico.

Kristian Birkeland, profesor de física en la universidad de Kristiania, la actual Oslo, desde 1898, estudiaba las auroras boreales y necesitaba dinero para investigar. Trabajando con imanes potentes pensó en un uso militar y en 1901 fundó una empresa para desarrollar un cañón cuyo proyectil magnético sería impulsado por el campo de una fila de bobinas a lo largo del tubo. Patentó el diseño. El 6 de marzo de 1903 lo presentó en el antiguo salón de actos de la universidad, ante un público en el que había representantes de los fabricantes de armas Armstrong y Krupp; las memorias de Eyde, y varios relatos basados en ellas, dan el 6 de febrero. Un cortocircuito dentro del cañón produjo un enorme fogonazo y un ruido ensordecedor. El proyectil dio aun así en su blanco de tablones gruesos, pero Birkeland no vendió ni su patente ni un solo cañón.

Los ensayos con el cañón tuvieron otra consecuencia. Birkeland había visto que un arco eléctrico en un campo magnético se extiende formando un disco. A comienzos de 1903 conoció al ingeniero Sam Eyde, que buscaba un arco eléctrico muy grande para obtener compuestos de nitrógeno a partir del aire, y el 20 de febrero de 1903, en virtud de un acuerdo con Eyde, Birkeland solicitó una patente para un método basado en ese arco. El proceso Birkeland-Eyde produjo abonos a partir del aire y dio origen a Norsk Hydro.

Mass Driver One, construido en el MIT en 1977, empujaba un pequeño recipiente a través de una fila de bobinas motrices.

El principio volvió en la década de 1970 con un fin pacífico. El físico Gerard O’Neill propuso lanzar al espacio materiales extraídos de la Luna con un mass driver, una larga línea de bobinas que aceleran recipientes llenos de roca lunar. Lanzar materiales de construcción desde la superficie de la Tierra parecía demasiado caro, y la débil gravedad de la Luna la convertía en mejor fuente. En 1977 estudiantes del Massachusetts Institute of Technology, con Henry Kolm y O’Neill, construyeron una maqueta que funcionaba, Mass Driver One, y la presentaron en un congreso sobre fabricación en el espacio celebrado en Princeton. Después siguieron versiones mayores en Princeton y en el MIT.