レールガン

れーるがん

レールガン（railgun）とは、電磁兵器の一種。もしくは『とある科学の超電磁砲』の御坂美琴のこと。

曖昧さの回避

1. 加速器の一種。電磁投射砲、電磁加速砲ともいう。
2. 漫画『とある科学の超電磁砲』のこと。
3. 2に登場する人物、超電磁砲の能力者である御坂美琴のこと。
4. コルト社製拳銃の製品名。M1911A1にアンダーマウントレールが付いたモデル。

一般的には1の事なのだが、pixiv上では主に2、3を指すことの方が多い。

2、3については各リンクを参照して頂くとして、ここでは1について解説する。

ちなみに列車砲の英称は「Railway gun」または「Railroad gun」である。

構造

「電源につながった二本の導電性のレールで、射出体となる導電性の物体を挟み込む。」

以上。

分かりやすい構造図がwikipediaに載ってるので詳しくはこのリンクを参照

もっとも単純な構造は以上のとおりであるが、軍用兵器として実用的威力を求める場合、大電流によって発生する高熱により射出体の一部がプラズマ化してしまう。

そのため、導体ではない物体を弾体として使い、弾体の（銃口から見て）後方に導体を貼り付ける、という形式も存在する。レールガンで直接弾頭を加速するのではなく、プラズマ化した導体で弾体を押すことで弾体を加速するという仕組みになる。レールを二本引いただけではプラズマが霧散してしまうため、既存の銃器のように密閉してやる必要がある。

そのため現実に今後登場するであろう軍用レールガンは、フィクション作品に登場するような奇抜な構造はしておらず、一見すると既存の銃砲と大差ない外見となるものと思われる。

原理

事前知識として、アンペールの右ねじの法則、及びフレミングの左手の法則の理解が必要になる。

右ねじの法則とは電流の周囲には磁界が発生するという現象について、右手でサムズアップにした際に、親指の方向が電流、ほかの指の方向が磁界の方向を示す、というもの。故に右ねじ。

左手の法則とは磁界の中で導体に電流を流すと導体を動かそうとする力が発生するという現象について、電流、磁界、力（ローレンツ力）の向きを、下記イラストのような形にした手の、それぞれ中指、人差し指、親指が示すというもの。

レール→射出体(導体)→レールの順に電流が流れることにより、レールの周囲に右ねじの法則にしたがって磁界が発生する。この際、並行なレールに挟まれた面では、磁界が面の垂直方向に向く。

この磁界の中に存在する射出体には、電流が流れているので左手の法則にしたがいローレンツ力が発生し、射出体がレールに平行な方向へ動く。

原理の確認だけなら、レールの上に滑らかに転がるよう金属製の円筒を載せ、一方のレールを電池の＋極、他方を－極につなげば実験できる。

これを音速の数倍の速度に到達させたものがレールガンである。

利点と欠点

利点

火薬を使用する砲の場合では射出体の理論上の最大速度は基本的に火薬の燃焼速度により制限されるが、レールガンの場合では理論上は(レールと電力が続く限り)射出体を光速の直前まで加速出来る。電力次第で発射速度も銃身内での加速度も自由自在。

必要なのは電力と弾丸だけなので、原子炉や太陽電池など無尽蔵の電源があればいくらでも加速させることができる。

欠点

「無限のレールと無限の電力があれば亜光速まで加速できる」の裏を返せば、

現実には「有限のレールと電力で目標速度まで加速しなければならない」ということである。

レールは有限長なので弾丸が通り抜けてしまう前にどれだけの電流を流し込めるかが勝負である。つまり、弾丸が速くなるほど瞬間的に大電力を発生させる電源が必要になる。そのような「瞬発力のある電源」を開発するのが最大の障害になっている模様である。

では電源さえ何とかなれば後は簡単なのかというと、「大電流」を「瞬間的に流す」、「高速で射出される導体」というレールガンの特徴そのものが立ちふさがってくる。

まず電流が流れると(オームの法則やジュールの法則に従って)熱が発生する。前述したとおり、軍用クラスだと金属製射出体が蒸発してプラズマ化してしまうレベルである。当然、レールやその他の電気回路もダメージを受けないよう高い熱耐性が必要になる。

これほどの電流を瞬間的に流そうとすると、回路に逆起電力が発生し逆接厳禁な回路素子を破壊してしまう。

さらに、高速で導体が移動するのは電磁的に早い変化が起こっているということになり、表皮効果に似た現象が発生し、速くなるほど射出体を加速する導体に電流が流れにくくなってしまう。そのため、どこかでそれ以上加速できなくなる。

レールガンは磁界中で導体に電流を流しローレンツ力によって弾丸を加速させているが、磁界中で電流が流れているレールにもローレンツ力は働く。(向きはレール間を広げる方向)

レールが長く、電流が大きくなるほど加わる力も大きくなるので、それに耐えて抑え込める頑丈さが必要になる。

諸々まとめると、「電力効率が悪くイマイチ割に合わないし、頑丈で高熱に耐える砲身が必要なら信頼と実績のある火薬式の砲で十分なのでは？」となってしまっているのが現状である。

実用

真っ先に思い浮かぶであろう軍事用途については実現一歩手前といったところ。

艦砲としての搭載を目指して研究開発が進んでおり、ミサイル防衛用の迎撃弾としても期待されている。

先述したように莫大な電力を発生させることが必要なのだが、昨今の軍用大型船舶のエンジンは発電機とした場合に数十メガワットもの出力を発揮できる。これをレールガンにも応用しようというわけだ。

アメリカ海軍が2016年度に洋上実験に入る予定である。

90mmと大砲としては非常に小型な砲弾にGPS／慣性誘導機能を付与した高速射出弾（HVP弾）を用いり、その機構上の連射能力に秀でている特性を活用して弾幕形成、面制圧を基本コンセプトとする。

…という名目だったのだが、同様の長距離攻撃兵器である極超音速兵器とレールガンを比べたら「交戦距離がかなり短い（前者は基本自己推進のミサイル、後者は火砲。当然比べるべくもない）」「迎撃回避能力は低い（前者はミサイル弾頭なので各種回避技術が適用できるが、弾体設計に制限がある後者は速度頼り）」といった感じで『既に実働状態のDF-ZFやキンジャールといったマッハ10越えの極超音速兵器が存在しているのに、それよりも射程距離が短くて迎撃可能なレールガンを新規に開発しても意味がない』と予算カットで打ち切り状態になっている。

逆に日本では『その極超音速兵器を迎撃できるのは同じ極超音速で弾頭を連射できるレールガンしかない』と防御的兵器として開発をスタートしている。

なお上記にある極超音速兵器の回避能力だが、キンジャールに関しては普通にパトリオットで撃墜されているため、そこまで差が無いという意見もある。

そして2023年の10月、防衛装備庁と海上自衛隊は世界で初めて艦艇にレールガンを装備し、洋上での射撃試験を行ったことを公表した。試験時の映像

スペックは砲口径40mm、弾速は秒速2297m（約マッハ7）。発射試験は海自の試験艦あすかにて行われた。

防衛装備庁は「従来の火砲を凌駕する高速度の弾丸で、空や海上の脅威から艦艇を守るため、レールガンの早期実用化を推進しています」と声明を発表している。レールガンが実用兵器として運用されるのは間近なのかもしれない。

なお、ミリオタの中にはレールガンの砲身に見栄えする青いラインが入っている理由を考察する者もいて、後日それについても回答が出たのだが……なんと、ただのデザインとのこと。開発部にはロマンを介する技術者がいるのかもしれない。

因みに日本のレールガン開発において、アメリカ、フランス、ドイツと協力関係にあるらしく、特にアメリカではレールガン開発者の話を聞いたり、設備の視察を行ったりしており、上記にある米海軍の研究も、全くの無駄ではなかったようである。

その他の用途として、宇宙に物体を打ち上げるマスドライバー、衝突実験のための射出装置や、核融合炉への燃料補給装置などなど。

こうした用途においては、最高速度も当然必要とされるのだが、速度、加速度が可変であるというのが大きい。爆発や燃焼を利用する銃、ロケットなどよりもはるかに繊細で器用な動作が可能となる。

誤解

ものすごく誤解が多いが、リニアガン、コイルガン、レーザーガンとは別物である。

また、リニアガンやコイルガンとごっちゃになっているものと思われるが。弾体、ないしレールに磁性体が必要だと勘違いしている例も見受けられる。先述した原理を見ればわかるように、レールも弾体も導電性の物質であれば何でもいい。

ただし、特に薄い弾体を発射するものについて、レールの上下に磁石を設置することによりレール内の磁界を強め、発射速度を上げる工夫がされることはある。

根本的に違う兵器との混同である上記の誤解に次いで、「レールガンには反動がない」「レールガンは燃焼ガスが発生しない分反動が少ない」などという誤解も各所で見られる。

射出体を加速している以上、作用・反作用の法則に従った反動は必ず発生する。具体的には、射出体にローレンツ力を与えて加速している間、レールもまたローレンツ力により反動を受けている。（これにより砲弾が砲身の前へ移動するに従い、力点と作用点の関係から反動が増大する）

燃焼ガスについては確かに発生しないが、軍用規模のものではプラズマが発射ガスの代わりに前方に排出されてしまう。

また、燃焼ガスは使い方によってはむしろ反動を抑えることも可能であり、全ての燃焼ガスをそのまま後ろに放出すればそれは無反動砲となる。砲口から拡散させればマズルブレーキとなる。

しかし、レールガンでは燃焼ガスに相当するプラズマ自体を前方に加速してしまっておりそのまま後方に排気する事ができない。さらに、マズルブレーキ相当の仕組みも不可能ではないが、対象がプラズマだけに取扱が困難である。

全く反動を意識しない設計の時に燃焼ガスの量とプラズマの量の差だけ反動が少ないかもしれない、という程度で利点と呼べるものではない。

混同されがちな兵器

「電力や磁力を利用した銃砲」のアイデアはレールガン以外にも複数存在し、それらをまとめて「レールガン」と称するのは誤りである。

リニアガン

通常のモーターは電力・磁力の組み合わせで回転運動を生み出すが、円形に配置されたその構造を平らに伸ばし、直線的な運動エネルギーを得られるようにしたものがリニアモーター。この技術を銃砲に利用するアイデアがリニアガンである。

イメージ的には「リニアモーターカーのレールが砲身だとして、車両を砲弾に置き換えれば、強力な砲が作れるんじゃね？」ということ。

レールガンの砲身は通電する物質でありさえすればよいが、リニアガンは砲身のレール全体をリニアモーターで構成する必要があり、その分構造も複雑になる。結論としては、この技術を兵器に用いる利点は少ないとみなされ十分な研究は進んでいない。

なお、アニメ『太陽の牙ダグラム』のロボット兵器「コンバットアーマー」には「リニアガン」「リニアカノン」が一般的な武装として搭載されているが、これは現実のリニアガンのアイデアとは異なり、実弾ではなく熱エネルギーを射出する銃とされている。

コイルガン

電線をばね状に巻いたコイルを電気回路に組み込むと電磁石となる。そのコイルの端にパチンコ玉などを近づけると、発生した磁力に引き寄せられて玉はコイルの中に吸い込まれる。

そのままではパチンコ玉はコイルの中央で静止するだけだが、磁力に引き寄せられて吸い込まれたタイミングでうまく電気を切れば、玉は引き寄せられた勢いのままにコイルの反対側から飛び出す。これを利用して銃砲を作ろうというアイデアがコイルガンである。弾丸が飛び出した先にさらに第2・第3のコイルを配置して次々に通電すれば、どんどん加速して強力な射撃を行うことが可能だろう。

レールガンは砲身と砲弾（または砲弾を打ち出すためのパーツ）を直接接触させ高圧電流を流す必要があるために砲身の負担が大きく、また射撃の際すさまじい音が発生する。これに対しコイルガンは砲身と砲弾が接触する必要はなく、静音性で勝る利点がある。

しかしコイルガンの欠点は、その構造の複雑さである。コイル1本の構造なら相当に単純化できるが、それでは兵器として実用的な加速を得ることは困難であり、何本ものコイルを直線状に配置してその中に砲弾を通し連続で加速する構造が必要である。その場合、砲弾の加速に合わせて目まぐるしくコイルのオン・オフを行う、スイッチ計算とコンピュータ制御は必須となる。安定した環境での発射実験を行うのならともかく、戦場で荒っぽく取り回される兵器にそんな高度複雑な機構を（しかも低コストで）組み込むのは困難だろう。

コイルの発熱によってかなりのエネルギーが逃げてしまい、電力から推進力を取り出す効率がよろしくないのも大きな問題である。

サーマルガン

この方式は、電力は利用するが磁力は利用しない。

シャープペンシルの芯に電極をつないで適切な電圧をかけ、赤熱発光させる「シャープペンシル電球」という実験があるが、この時電圧が高すぎるとシャー芯は一瞬にして音と光とともにはじけ飛ぶ。

これをもっとエネルギーを秘めた物質…金属線などを用い、高電圧をかけて一瞬にしてプラズマ化させ、その膨張圧を火薬の代わりに銃弾を打ち出すエネルギーとして用いるのがサーマルガンである。

なお、日本においてサーマルガンは銃刀法に引っかかる可能性が極めて高い。要するに火薬の爆発をプラズマに置き換えたもののため、その構造は「いやこれ火薬と弾丸込めれば、電気着火式の銃として使えるだろ」とみなされ得るからである。

余談

日本の場合、レールガンは銃刀法による定義では銃器には当たらない。

但し、正当な目的の無い武器の携帯を禁じている軽犯罪法の場合、「武器」に関する定義は刃物や鈍器以外では「その他人体に危害を加えうる〜」とあるので、SFなどで見かける程度の威力を持っていればこれにに当たるのでみだりに携行(自動車等に積む場合も含む)してはならないし、或いは刑法208条の3(凶器準備集合罪)などのように条文に「凶器」の文言があってもその定義の記載が無い法律や条例には触れる可能性がある。

なお、上述のコイルガンに関しては2022年の安倍晋三銃撃事件と、その翌年に長野県で警官を散弾銃で射殺した男が自宅に立てこもった事件を受けて2024年6月に行われた銃刀法改正で銃器に分類されるようになった。

レールガンが登場した作品

アインハンダー	隠しガンポッドであるFLASHが登場。またゾードム側の兵器の搭載火器としても登場。
イレイザー	アーノルド・シュワルツェネッガー主演の映画で、個人携帯武器EM銃として登場。
ジュブナイル	戦闘用高機動パワードスーツ「ガンゲリオン」の唯一の純粋な攻撃用兵装であり、後述のアーマードコアシリーズ同様にエネルギー兵器である。
トランスフォーマーリベンジ	アメリカ軍の最高機密兵器として登場。劇中でアメリカ海軍の空母ジョン・C・ステニス艦隊の駆逐艦キッドに搭載されており、これによる一撃でピラミッドを破壊している巨大トランスフォーマー、デバステーターを撃破した。
ガサラキ	通常の火器が使用できない極超低温環境用にMFの武装として登場。
機甲戦記ドラグナー	人型兵器メタルアーマーの主武装として登場。作中においては極めてありふれた武装らしく、主役機であるドラグナー1～3号機からやられ役のゲバイに至るまで、敵味方問わずほとんど全種類の人型機体が銃器型のレールガンを携行しており、おまけにマシンガンのような高速連射が可能であるなど、作中での扱い・性能共にレールガンというよりはメタルアーマー用の自動小銃といった方がよほど近い。そのため口径や形状の違いからくるバリエーションも多彩で、作中でも他の武器に取って代られることはなく、終盤まで主役の座を維持し続けた。
機動戦艦ナデシコ	機動兵器エステバリス（月面フレーム）に装備されている。作中ではアキトが最初に使用した。その他敵側には磁力の代わりに重力波で、実体弾頭の代わりにマイクロブラックホールを射出する亜種兵器・重力波レールガンを装備したナナフシが登場した。
Elona	ゼイレン究極破壊兵器『ウティマ』の武装★≪レールガン≫として登場。なぜか光線銃で、追加効果として時々二種類の魔法を発動する。
エースコンバット04・インフィニティ・7	120cm対地対空両用磁気火薬複合加速方式半自動固定砲ストーンヘンジは火薬と電磁加速とを併用したハイブリッド式レールガンとなっている。
エースコンバット5・インフィニティ	戦闘用軍事衛星SOLG(Strategic Orbital Linear Gun)に地上攻撃用のレールガンが搭載されている。
エースコンバット6	架空機のCFA-44に搭載される特殊兵装EMLとして、また長距離砲シャンデリアとしても登場。
エースコンバットX2	武装組織ヴァラヒアが保有する電磁投射砲バラウールとして登場。砲台としてだけでなく空中要塞スピリダスの主砲としても搭載されている。
エースコンバット7	実在機のSu-33及びF/A-18F、架空機のX-02Sに搭載される特殊兵装EMLとして登場。ポッド式となっている。潜水空母アリコーンの砲としても搭載
アーマード・コアシリーズ	リニアキャノン（後にスラッグガンに変化）、リニアガン、リニアライフル、レールガン、レールキャノンが登場する。各シリーズによって属性が異なっており、リニアガンは実弾で、レールガンはEN兵器。レールキャノンは実弾（KE属性）となっている。ハンドレールガンは悪い意味で有名。
メタルギアソリッドシリーズ	MGSとMGS4では「メタルギアREX」のステルス核弾頭投射システム、MGS2とMGS4では携行用の狙撃銃、MGSPWではAI兵器「クリサリス」と「メタルギアZEKE」の搭載兵器、または狙撃銃として登場。MGSVTPPとサヴァイブでは「メタルギア・サヘラントロプス」の搭載兵器として登場。MGRではLQ-84フェンリルの搭載火器として登場。
バイオハザードシリーズ	3とオペレーションラクーンシティにて米軍の試作レールキャノン「パラケルススの魔剣」が登場。ヴェンデッタではアメリカ軍より提供されたレールガンをBSAAが使用。Re:3ではアンブレラとアメリカ陸軍の開発した「FINGeR(強磁性歩兵連隊用次世代レールガン:Ferromagnetic Infantry-use Next Generation Railgun)」が登場
BLACKCAT	主人公トレイン=ハートネットが物語中盤以降、電気を発生させられる体質になったことを応用して使用。愛銃が強度と帯電性に優れる架空の金属オリハルコンによって構成されていたことにより、そのような運用が可能であるとされた。
機動戦士ガンダムSEEDシリーズ	フリーダムガンダムやゲイツRなどに装備されており、リニアガンタンクといった陸上兵器が確認されている。また劇場版ではビームを無効化する装甲に対抗するため、ビームライフルに代わって各機に装備された。
機動戦士ガンダムサンダーボルト	作中ではアトラスガンダム専用装備として初登場。ルナツーに配備されている巡洋艦「ワイオミング」「アーカンソー」にも搭載されており、弾丸射出速度はマッハ10に達する。
トータルイクリプス	本作品での名称は「99式電磁投射砲」。主人公のユウヤ・ブリッジスが不知火・弐型に装備して使用。120ｍｍ劣化ウラン弾の超連射によって3,000体ものBETAを一瞬で殲滅する威力を見せつけた。
禁断の魔術 ガリレオ8	「猛射つ（うつ）」という短編エピソード（後に長編「禁断の魔術」に大幅改稿）にレールガンが登場。物理学者湯川のかつての教え子が高校時代に湯川と共に製作したレールガンを改造し、瀕死の姉を見殺しにした大物代議士を殺害しようと企てた。
銀河機攻隊マジェスティックプリンス	スルガ・アタルが搭乗するアッシュ4号機に装備されている。
翠星のガルガンティア	チェインバーのビーム装備や旧文明時代の兵器として登場。本編における地球ではオーバーテクノロジーとして地球人を圧倒している。
真・女神転生シリーズ	多くの場合、物語の終盤に武器屋で売られる事になる。購入出来る銃器の中では最高レベルの攻撃回数と威力を誇るが、非常に高価。
ファンタシースターオンライン2	地下坑道のレアエネミー・トランゼクシアの第3形態。プラズマ化した弾丸を撃ってくる。
バブルガムクライシス	プリスのハードスーツの右腕に装着されている。
コミック版新・旭日の艦隊	新日本武尊の51cm3連装砲から換装(口径38cm)フルオート射撃や延長砲身を使用しての超長距離砲撃が可能。
ヘヴィーオブジェクト	作中の巨大兵器オブジェクトが搭載。作中ではポピュラーな技術らしく、多種の搭載機が存在する
ポケットモンスター	でんじほうという電気技が存在するほか、クワガノンなどは身体自体が一種の生体電磁砲となっている
とある魔術の禁書目録及び派生作品	御坂美琴が電流操作能力を応用し発射する。上記のトレイン同様本人の能力によるものだが、こちらは銃火器を用いずに（ただし射出物は必要）直に発射できるのが異なる点。この兵器の知名度を爆発的に上げた要因ともなっている。登場人物の一人により、彼女の能力を機械的に再現した銃器も登場する。
redeyes	主人公のグラハルト・ミルズが物語最序盤で装着していた高性能SAA。主力戦車を一撃で撃破するほどの威力を誇り、ミルズの桁外れの技量と相俟って死神の如き活躍を見せている
ありふれた職業で世界最強	主人公南雲ハジメが使用。錬成スキルで自作した銃器（二丁拳銃『ドンナー＆シュラーク』、対物ライフル『シュラーゲン』）に対して「纏雷」の能力で電磁加速を起こし、レールガン化する(これらは通常の銃火器だが、発砲時に電磁加速させており、正確には従来型の銃とレールガンを足したようなものとなっている)
ブルーアーカイブ	天童アリスの携行する装備として登場。作品においては各キャラクターが携行する銃火器は実在するものをモチーフとしているが、現時点では唯一の架空兵器となっている。
Grand Theft Auto V	重火器類の武器の一つとして登場。入手方法は様々だが、ゲーム中盤辺りからアミュネーションショップで購入出来る。
ONEPIECE	ユースタス・キッドが磁場操作能力を応用し作り出す究極奥義として登場。勿論絶大な威力を誇るが、その分負担などのリスクも大きい
Earth Defence Force Iron Rain	主人公が装備する武器として登場。サイズは他の武器と変わらないほどだが、このサイズで強力な電磁砲を撃てるのはかなり不可思議。
仮面ライダーギーツ	仮面ライダーギーツⅨの専用武器である、ギーツバスターQB9の二つの形態のうちの拳銃形態「レールガンモード」として登場。リボルバーユニット「バスターリボルバー」で、デザイアドライバーの出力を高密度に圧縮し、生成された特殊マテリアルを上下に分かれた刀身を電極とする荷電粒子砲「スターカタパルト」より射出する。
ウルトラマンブレーザー	GGFが開発したメガショットが登場。自動追尾機能を有し、毎時マッハ5の砲弾を毎分30発発射できる。またSKaRDのロボット怪獣、アースガロンの追加装備としてレールキャノンが実装される。地球の引力圏を越えられるほどの超速度で実弾を発射し攻撃する。

…このように、フィクション作品で登場した場合、主に上位の実弾砲として登場することが多いが、上記のように扱いづらさが目立つためクラフトゲームなどで登場するとその組みづらさに頭を抱えることだろう。

例として「FromtheDepths」では使用可能電力を固定値で設定できない（複数の要素によってその都度可変する）上に内部構造が肥大化しやすく、それでいて純正で組んでも大した性能向上は出来ず、精々が通常の火薬式砲の精度や弾速を強化するための補助システムとして使われるのが殆どである。

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