Electromagnetic Weapons: Forensic and Ballistic Examination of Railguns and Coilguns

Görkem Ardacan Tan

doi:10.32353/khrife.1.2025.13

Автор(и)

Görkem Ardacan Tan https://orcid.org/0000-0002-3050-0095

DOI:

https://doi.org/10.32353/khrife.1.2025.13

Ключові слова:

електромагнітна зброя; рейкотрон; гармата Ґаусса; криміналістичне дослідження; балістичні ефекти; судово-медична експертиза

Анотація

Електромагнітна зброя має іншу балістичну динаміку та злочинні сліди, аніж традиційна вогнепальна зброя. Переносні металеві системи (рейкотронні й гармати Ґаусса) і подібна до них зброя створюють нові труднощі для їхнього криміналістичного дослідження через портативність і можливість виготовити їх у домашніх умовах. Під час судовомедичної експертизи (дослідження спричинених летальних і нелетальних травм) вивчають балістичні наслідки влучання такої зброї — фізичні сліди, які вони залишають. Розглянуто технічні характеристики рейкотронних систем і гармати Ґаусса. Оцінено шкоду від боє припасів, випущених із силою Лоренца, порівняно зі шкодою, яку спричиняє звичайна вогнепальна зброя.

Обсяг криміналістичного аналізу від застосування електромагнітної зброї через високу швидкість і передачу кінетичної енергії значно розширюється. Інші ризики безпеці полягають у безшумності портативної електромагнітної зброї та відсутності хімічних залишків (слідів) після їх спрацьовування. Зі збільшенням

випадків застосування електромагнітних рейкотронів і гармат Ґаусса (зокрема, виготовлених у домашніх умовах) необхідно розробити нові підходи й методи експертизи для судово-медичних досліджень, а також відповідні міжнародні й національні законодавчі норми з регулювання поширення такої зброї та уніфікації методів її дослідження.

Метою автора є розглянути технічні й фізичні властивості електромагнітної зброї, завдані нею ушкодження, методи її дослідження, а також потребу у змінах відповідних міжнародних і національних нормотворчих актів з питань поширення та дослідження цієї і подібної до неї зброї. Для досягнення поставленої мети застосовано такі наукові методи: аналіз, синтез, статистичний аналіз, узагальнення та ін.

Посилання

Abdo, M. M. M., Fanni, M., Miyashita, T., & Ahmed, S. M. (2022). The Effect of Coil Geometry and Winding Method on the Electromagnetic Launcher Performance. IECON 2022 — 48th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (17—20.10.2022). DOI: 10.1109/IECON49645.2022.9968763.

Alnafrani, R., & Wijesekera, D. (2022). AIFIS: Artificial Intelligence (AI)-Based Forensic Investigative System. 10th International Symposium on Digital Forensics and Security (ISDFS) (06—07.06.2022; Istanbul, Turkey). DOI: 10.1109/ISDFS55398.2022.9800801.

Chen, S., Peng, A., Chen, A., & Liu, T. (2024). Design and Characterization of High Efficiency Single-stage Electromagnetic Coil Guns. ArXiv preprint. arXiv:2410.07594. DOI: 10.48550/arxiv.2410.07594.

Cheng, B. (2022). The Design and Simulation of a Novel Electromagnetic Launcher with Permanent Magnet. 7th International Conference on Mechanical Engineering and Robotics Research (ICMERR). DOI: 10.1109/IC-MERR56497.2022.10097818.

Cheng, B. (2023). The development of a novel coil gun with permanent magnet. 2023 IEEE / ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM) (28—30 June; Seattle, WA, USA). DOI: 10.1109/AIM46323.2023.10196246.

Du, X. Y., Liu, Sh. W., & Guan, J. (2022). Design and Performance Analysis of an Electromagnetic Railgun. Journal of Physics: Conference Series. Vol. 2378. No. 1. DOI: 10.1088/1742-6596/2378/1/012008.

Dudek, A., Dąbek, A., Zborowska, I., & Lichosik, J. (2024). Integrating artificial intelligence in forensic science. E-methodology. Art. 10(10):15-28. DOI: 10.15503/emet2023.15.28.

Elsafty, O., Berkey, Ch. A., & Dauskardt, R. H. (2024). Insights and mechanics-driven modeling of human cutaneous impact injuries. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. May. Art. 153:106456. DOI: 10.1016/j.jmbbm.2024.106456.

Gharib, L., & Keshtkar, A. (2019). Electromagnetic Interference of Railgun and Its Effect on Surrounding Electronics. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 47. Is. 8. DOI: 10.1109/TPS.2019.2923061.

Guarnera, L., Giudice, O., Livatino, S., Paratore, A. B., et al. (2023). Assessing forensic ballistics three-dimensionally through graphical reconstruction and immersive VR observation. Multimedia Tools and Applications. Vol. 82. Is. 13. DOI: 10.1007/s11042-022-14037-x.

Guo, W., Zhang, T., Mu, Z., Zhu, W., & Li, M. (2023). A magnetic field constrained type of multi-barrel common-rail railgun. Journal of Physics: Conference Series. Vol. 2478. No. 9. DOI: 10.1088/1742-6596/2478/9/092018.

Hayda, R. (2024). Ballistic, Blast, and Burn Injury: Science and Clinical Implications / Owens B., Belmont Ph. Combat Orthopedic Surgery: Lessons Learned in Iraq and Afghanistan. DOI: 10.1201/9781003523222.

Jia, L., Wang, Y., Song, Y., et al. (2024). The Detection Technology of High-Power Microwave: A Review. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. Vol. 73. DOI: 10.1109/tim.2024.3472802.

Jia, Y., Wen, Y., Dong, F., Qin, B., & Liu, R. (2024). Retracted Artıcle: Human vulnerability assessment based on bullet motion and cavity expansion model with tissue identification. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. Jan. Art. 29:1—15. DOI: 10.1080/10255842.2023.2294263.

Kakad, Y. U., et al. (2024). Electromagnetic Projectile Launcher. International Journal of Scientific Research in Engineering and Management. Art. 8 (04):1-5. DOI: 10.55041/ ijsrem30997.

Klisińska-Kopacz, A. (2024). X-ray fluorescence spectroscopy / Non-Destructive Material Characterization Methods. Elsevier Inc. DOI: 10.1016/B978-0-323-91150-4.00018-5.

Korytkowski, K., & Starzyński, J. (2021). Coilgun Design by Simulation. 22nd International Conference on Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE) (15—17.09.2021; Hrádek u Sušice, Czech Republic). DOI: 10.1109/CPEE54040.2021.9585193.

Li, Sh., Cao, R., Zhou, Y., & Li, J. (2019). Performance Analysis of Electromagnetic Railgun Launch System Based on Multiple Experimental Data. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 47. Is. 1. DOI: 10.1109/TPS.2018.2883285.

Ma, M. (2025). Electromagnetic Railguns and Coil Guns: Comprehensive Analysis of Physical Principles and Applications and Experimental Improvements. Theoretical and Natural Science. Art. 87(1):15—25. DOI: 10.54254/2753-8818/2025.20319.

Minzière, V. R., Robyr, O., & Weyermann C. (2023). Should inorganic or organic gunshot residues be analysed first? Forensic Science International. Vol. 348. DOI: 10.1016/j.forsciint.2023.111600.

Molnar, A. (2018). The Demonstration Model of an Electromagnetic Accelerator Gun. Acta Universitatis Sapientiae, Electrical and Mechanical Engineering. Ed. 10 (1). DOI: 10.2478/AUSEME-2018-0005 (date accessed: 07.02.2025).

Moskovchenko, A., Švantner, M., & Honner, M. (2024). Detection of gunshot residue by flash-pulse and long-pulse infrared thermo graphy. Infrared Physics & Technology. Vol. 140. DOI: 10.1016/j.infrared.2024.105366.

Mykhaylenko, O. V., Mishalov, V. D., Kozlov, S. V., & Varfolomeiev, Y. A. (2024).

Forensic characteristics of injuries from thermo-baric explosive device. Reports of Morphology. Vol. 30. № 2. DOI: 10.31393/morphology-journal-2024-30(2)-03.

Nelson, K. J., Daun, M., Mourad, T., Wahood, W., & Ahmed, O. (2024). Visceral and Solid Organ Trauma / IR Playbook: A Comprehensive Introduction to Interventional Radiology. DOI: 10.1007/978-3-031-52546-9_33.

Nine, S. Z., Hossain, M. D., Hasan, A. K., et al. (2018). Pellet Embolus in Ulnar artery — A rare vascular Injury. Pulse. DOI: 10.3329/pulse.v11i1.62452.

Pei, Ch., Liu, X., & Zhou, X. (2024). Design and simulation analysis of electromagnetic gun feeding and conveying device. Journal of Physics: Conference Series. Vol. 2891. No. 10. DOI: 10.1088/1742-6596/2891/10/102006.

Raj, R., Sesha Talpa Sai, P. H. V., Gurudutta, A. et al. (2023). Design and Numerical Analysis of Electromagnetic Rail Gun for Defense Applications / Intelligent Manufacturing and Energy Sustainability. DOI: 10.1007/978-981-99-6774-2_17.

Rajput, Sh., Kumar, G., Swarup, S., Nomula, P., Pawar, A., Joshi, J. C., et al. (2024). Modeling and Simulation of High Energy Capacitor Bank based Electromagnetic Railgun / High Voltage — Energy Storage Capacitors and Their Applications ; A. Sharma (Ed.). Springer Nature Singapore. DOI: 10.1007/978-981-970337-1_31.

Ram, R., & Thomas, M. J. (2023). Performance of a Four-Stage Induction Coilgun That Uses a Solenoid Projectile. 2023 IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS) (2023, May; Santa Fe, NM, USA). DOI: 10.1109/ICOPS45740.2023.10481243.

Reck, B., Alouahabi, F., Hassler, Q., & Schneider, M. (2022). Railgun Launch of Cylindrical and Conical Projectiles at Muzzle Velocities up to 2100 M/S. 16th Hypervelocity Impact Symposium. Nov. DOI: 10.1115/HVIS2022-42.

Serol, M., Ahmad, S. M., Quintas, A., & Família, C. (2023). Chemical Analysis of Gunpowder and Gunshot Residues. Mole cules. Vol. 28. Is. 14. DOI: 10.3390/molecules28145550.

Shornikov, A., Champagne, A. E., Walet, R. C., & Mous, D. J. W. (2023). High power DC and ns-pulsed 2 MV accelerator for light ions. The Review of Scientific Instruments. Art. 94(7):073303. DOI: 10.1063/5.0150982.

Siemenn, A. E., Deo, Bh., Ng, F., Zhou, J., et al. (2023). A Railgun Secondary Propulsion System for High-Speed Hyperloop Transportation. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 51. Is. 1. DOI: 10.1109/TPS.2022.3232406.

Smith, W., Schick, S., Arthur, R., Paul, K., Elphingstone, J., et al. (2024). Ballistic injuries of the humerus: A matched cohort analysis. Trauma. Vol. 26. Is. 4. DOI: 10.1177/14604086231197053.

Vijayan, N., Tawale, J. S., Kiran, & Joshi, D. (2025). Characterization of Materials Using X-ray Fluorescence Spectrometry and Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy / Characterization of Single Crystals ; Dr. M. S. Pandian & Dr. P. Ramasamy (Eds.). Royal Book Publishing. DOI: 10.26524/225.4.

Wongpakdeea, Th., Crenshaw, K., Wong, H. M. F., Nacapricha, D., & McCord, B. (2024). Advancements in Analytical Techniques for Rapid Identification of Gunshot Residue and Low Explosives through Electrochemical Detection and Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. Global Forensic and Justice Center Symposium Research. 7. DOI: 10.25148/gfjcsr.2024.7.

Yadav, M., Ram, R., & Thomas, M. J. (2024). Comparative Analysis of the Muzzle Velocities of Projectiles in Horizontal and Inclined Configurations of the Coilgun / High Voltage — Ener gy Storage Capacitors and Their Applications ; A. Sharma (Ed.). Springer Nature Singapore. DOI: 10.1007/978-981-97-0337-1_6.

Zhang, Y., Lu, J., Tan, S., Li, B., & Jiang, Y. (2019). Dynamic Response of Interior Ballistic Process and Rail Stress in Electromagnetic Rail Launcher. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 47. Is. 5. DOI: 10.1109/TPS.2018.2887006.

Zhou, Y., Zhang, D., & Yan, P. (2015). Modeling of Electromagnetic Rail Launcher System Based on Multifactor Effects. IEEE Transactions on Plasma Science. Vol. 43. Is. 5. DOI: 10.1109/TPS.2015.2403264.