Slagordet "Velocitas Eradico", tatt av den amerikanske marinen for deres forskning på elektromagnetiske jernbanepistoler, er ganske i samsvar med det endelige målet. Løst oversatt fra latin betyr dette uttrykket "Hastighet dreper." Elektromagnetisk teknologi utvikler seg vellykket på det maritime feltet, og åpner muligheter for offensive våpen og drift av hangarskip.
En rapport skrevet av Ronald O'Rurk i oktober 2016 for Congressional Research Service, med tittelen Lasers, Rail Guns og Hypersonic Projectiles: Background and Challenges for the US Congress, sier: fra cruisemissiler (ASM) og anti-skip ballistiske missiler (ABM), er noen observatører bekymret for overlevelsesevnen til overflateskip i mulige kampkamp med motstandere som Kina, som er bevæpnet med moderne anti-skip missiler og anti-ballistiske missiler. Verdens første og eneste mellomstore FGM DF-21D (Dufeen-21) utviklet av Chinese Academy of Mechanics and Electronics China Changfeng ble aktivt diskutert i verdens marine; denne raketten ble vist i Beijing i september 2015 på slutten av andre verdenskrigs parade. I mellomtiden bemerker rapporten at den russiske flåten fortsetter å distribuere 3M-54 Calibre-familien av cruisemissiler mot skip og bakken med treghets- / radarveiledning fra satellitt utviklet av Novator designbyrå.
Mens noen land, som Kina og Russland, fortsetter å utstyre skipene sine med kraftige våpen, er den amerikanske marinen, sammen med andre vestlige mariner, i økende grad bekymret for overlevelsen til overflatenes krigsskip. Og reduksjonen i personell tvinger flåtene i hele verden til i økende grad å vende seg til lovende teknologier. For eksempel, ifølge nettstedet globalsecurity.org, forventes antallet aktive medlemmer av det amerikanske militæret å falle med 200 000 innen utgangen av 2017, til 1,28 millioner. I denne sammenhengen, på forsvarsområdet, utvikler elektromagnetiske teknologier seg raskt som en lovende løsning på komplekse problemer, som i stor grad er knyttet til bevæpning av potensielle motstandere og reduksjon av personell. Sammenlignet med dagens tradisjonelle systemer, vil disse teknologiene, fra hangarskipets katapulter til jernbanepistoler (railguns), være mer kostnadseffektive og redusere antall ansatte.
Elektrisitet og magnetisme
Elektromagnetisk energi er en kombinasjon av elektriske og magnetiske felt. I henhold til definisjonen som er publisert på nettstedet til Verdens helseorganisasjon: "Elektriske felt opprettes på grunn av forskjellen i spenning, jo høyere spenning, desto sterkere blir det resulterende feltet. Magnetfelt oppstår når ladede partikler beveger seg: jo sterkere strøm, desto sterkere er magnetfeltet."
EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System), et lovende lanseringssystem for flybaserte fly, utvikles av General Dynamics for å erstatte dampkatapulter, som har en rekke betydelige ulemper, inkludert deres store masse, størrelse og behovet for å lagre en stor vannmengde på skipet, som ikke kan tas over bord på grunn av aggressive kjemiske egenskaper til sjøvann. Det nye systemet består av to parallelle skinner, som består av mange elementer med induksjonsspoler, installert inne i flydekket til hangarskipet, samt en vogn, som er montert på forhjulet på flyet. Megan Elke, General Atomics (GA), forklarte: “Sekvensiell eksitasjon av styreelementene skaper en magnetisk bølge som beveger seg langs styreskinnene og tvinger vognen og dermed flyet i hele lengden av føringsskinnene med den hastigheten som kreves for en vellykket start fra dekk. Denne prosessen krever flere megawatt elektrisitet."
Driftsprinsippet for den elektromagnetiske masseakseleratoren, aka railgun, aka rail gun, ligner på prinsippet om drift av EMALS elektromagnetiske katapult. De genererte flere megawatt energi kanaliseres langs to styreskinner (akkurat som de to styreskinnene i EMALS -systemet) for å skape et magnetfelt. Som forklart av John Finkenaur, leder for nye teknologier i Raytheon: “Etter at systemet har akkumulert en viss mengde energi, sender kondensatorene (lagrer den genererte elektriske ladningen) en elektrisk impuls langs to skinner (en av dem er negativt ladet og annet er positivt), og skaper et elektromagnetisk felt . Under påvirkning av dette feltet begynner prosjektilet å bevege seg i et fat med to lange skinner med veldig høy hastighet. Åpne kilder hevder at hastighetene kan nå 7 Mach -tall (ca. 8600 km / t). Prosjektilet veier omtrent 11 kg og har ingen kampladning. Kroppen til prosjektilet, fylt med wolfram -slagelementer, er innelukket i et foringsrør av aluminiumslegering, som kastes etter at prosjektilet forlater fatet. Den høye hastigheten på møtet med prosjektilet med målet, i kombinasjon med de slående elementene, forårsaker betydelig ødeleggelse uten eksplosiver.
Magnetisk tiltrekning
Dampkatapulter, som skal erstattes av EMALS -systemet, har vært på hangarskip i mange land siden 50 -tallet. I lang tid ble de ansett som den mest effektive teknologien, som for eksempel kan akselerere et fly som veier 27 300 kg til en hastighet på 240 km / t fra en dekklengde på 300 meter. For å gjøre denne jobben trenger katapulten cirka 615 kg damp for hver oppføring, pluss hydraulisk utstyr, vann for å stoppe katapulten, samt pumper, elektriske motorer og kontrollsystemer. Med andre ord er den tradisjonelle dampkatapulten, selv om den gjør jobben sin perfekt, et veldig stort og tungt utstyr som krever betydelig vedlikehold. I tillegg har det vist seg at plutselige støt under start kan forkorte levetiden til hangarbaserte fly. Steam -katapulter har også restriksjoner på hvilke flytyper de kan lansere; situasjonen er spesielt komplisert av det faktum at flymassen stadig øker, og det kan snart skje at modernisering av flybaserte fly blir umulig. For eksempel, ifølge dataene fra flåten, har Boeings F / A-18E / F Super Hornet transportbaserte jagerfly en maksimal startvekt på 30 tonn, mens den forrige Douglas A-4F Skyhawk-jageren, som endelig var trukket ut av drift på midten av 1980-tallet, hadde en startvekt på 11, 2 tonn.
Ifølge Elke: "Fly i dag blir tyngre, raskere og mer funksjonelle, de trenger et effektivt oppskytningssystem med mer effektivitet og mer fleksibilitet for å få de forskjellige lanseringshastighetene som trengs for å ta av fra dekket til hver flytype." I følge General Atomics, sammenlignet med dampkatapulter, vil EMALS -systemet være 30 prosent mer effektivt, noe som krever mindre volum og vedlikehold enn forgjengerne, noe som vil forenkle installasjonen på forskjellige skip med forskjellige katapultkonfigurasjoner. For eksempel har hangarskipene i Nimitz-klassen fire dampkatapulter, mens det eneste franske hangarskipet, Charles de Gaulle, bare har to katapulter. I tillegg vil forskjellige EMALS-akselerasjoner, tilpasset startvekten til hver type bemannede eller ubemannede fly, bidra til økt levetid på flyskrogene. "Med mindre installasjonsplass, bedre effektivitet og fleksibilitet, og redusert vedlikehold og antall ansatte, øker EMALS kapasitet og reduserer kostnader, noe som vil støtte utviklingen av flåten ytterligere," la Elke til.
I følge Alexander Chang fra Avascent konsulentselskap har jernbanevåpen også en rekke fordeler. "Og det viktigste er selvfølgelig at de kan skyte prosjektiler med en høy hastighet i størrelsesorden Mach seven uten å bruke eksplosiver." Siden jernbanepistolens energikilde er det generelle strømforsyningssystemet for hele skipet, er risikoen forbundet med transport av eksplosiver eller drivmidler utelukket. Jernbanepistolens høye innledende hastigheter, omtrent to ganger de opprinnelige hastighetene til tradisjonelle skipskanoner, resulterer i kortere trefftider og gjør at skipet kan reagere nesten samtidig på flere trusler. Dette skyldes det faktum at for hvert nytt prosjektil er det ikke nødvendig å belaste kamp- eller drivladninger. Elke bemerket at "ved hjelp av stridshoder og drivmidler blir forsyningen forenklet, kostnaden for ett skudd og den logistiske byrden reduseres, mens de relativt små dimensjonene til jernbanevåpen tillater en økning i magasinets kapasitet … Det har også en mye lengre rekkevidde sammenlignet med andre våpen (for eksempel med overflate-til-luft-missiler som brukes til å beskytte overflateskip)”. Rapporten til kongressen bemerker at to prototype jernbanepistoler bygget av Raytheon og General Atomics for den amerikanske marinen "kan skyte prosjektiler på energinivå mellom 20 og 32 megajoules, noe som er nok til at et prosjektil kan reise 92-185 km". Hvis vi sammenligner, har 76 mm skipsvåpen fra OTO Melara / Leonardo ifølge åpne kilder en starthastighet i størrelsesorden Mach 2,6 (3294 km / t) og når en maksimal rekkevidde på 40 km. Finkenaur uttalte at "jernbanegeværet kan brukes til brannstøtte for overflateskip når det er nødvendig å sende et prosjektil hundrevis av nautiske mil, eller det kan brukes til beskytning og missilforsvar på nært hold."
Utfordringer fremover
Teknologien som brukes i EMALS -systemet er allerede på implementeringsstadiet i produksjonen. Den amerikanske marinen, som valgte denne General Atomics-designet katapult for å ta av fra nye hangarskip i Ford-klasse, gjennomførte sine første stresstester i november 2016. På det første skipet i denne klassen, Gerald R. Ford, ble ballastvekter som simulerte et typisk fly kastet ut i sjøen (video nedenfor). Brukte 15 skallvogner i forskjellige vekter. De første lanseringene endte uten hell, men følgende ble anerkjent som vellykkede. For eksempel ble en boggi som veide ca 6800 kg akselerert til en hastighet på nesten 260 km / t, og en mindre boggi som veide 3600 kg ble akselerert til 333 km / t. Ifølge Elke blir systemet også produsert og installert på hangarskipet John F. Kennedy, som etter planen skal overføres til flåten i 2020. GA er også valgt som den eneste EMALS -entreprenøren for hangarskipet Enterprise, som skal begynne byggingen i 2018. Elke bemerket at "vi også ser andre staters interesse for våre elektromagnetiske start- og landingssystemer, ettersom de ønsker å ha ny teknologi og flybaserte fly i sine flåter." Imidlertid er det verdt å merke seg at mens EMALS -teknologien er klar for produksjon, kan selve systemet ikke installeres på de aller fleste hangarskipene i drift på grunn av energimengden som kreves for å drive det.
I tillegg til det ovennevnte har skinnepistolen en rekke alvorlige ulemper. I følge Finkenaur, "er et av problemene ved bruk av elektromagnetisk teknologi i forsvarssektoren å holde tønnen i orden og redusere fatslitasje etter hver prosjektiloppskytning." Faktisk forårsaker hastigheten som prosjektilet forlater fatet slik slitasje at tønnen i de første testene måtte bygges helt opp igjen etter hvert skudd. "Pulskraft innebærer utfordringen med å frigjøre en enorm mengde energi og koordinere samarbeidet mellom pulskraftmodulene for et enkelt skudd." Alle disse modulene må frigjøre akkumulert elektrisitet i riktig øyeblikk for å skape den nødvendige magnetfeltstyrken og skyve prosjektilet ut av fatet. Til slutt innebærer mengden energi som kreves for å akselerere prosjektilet til slike hastigheter problemet med å pakke de nødvendige komponentene i pistolen til tilstrekkelig små fysiske dimensjoner slik at det kan installeres på overflateskip av forskjellige klasser. Av disse grunnene, ifølge Finkenaur, kan små jernbanepistoler godt komme i drift i løpet av de neste fem årene, mens en jernbanevåpen med full effekt på 32 megajoules sannsynligvis vil bli installert på et skip i løpet av de neste 10 årene.
Hyperaktivitet
Ifølge Chang, "nylig har den amerikanske marinen begynt å være mindre oppmerksom på å forbedre teknologien til jernbanepistolen og vendt oppmerksomheten mot egenskapene til HVP (Hyper Velocity Projectile) hypersonisk prosjektil, som lett kan passe eksisterende tradisjonelle våpen." I en teknisk artikkel om HVP, utgitt i september 2012 av US Navy Research Office, beskrives det som "et allsidig, guidet prosjektil med lavt motstand som er i stand til å utføre en rekke oppdrag fra en rekke våpensystemer", som i i tillegg til skinnepistolen, inkluderer standard amerikanske marinesystemer: 127 mm marinepistol Mk. 45 og 155 mm avansert artillerifeste Advanced Gun System utviklet av BAE Systems. I følge BAE Systems er en "spesiell ingrediens" i HVPs design dens ekstremt lave aerodynamiske motstand, noe som eliminerer behovet for en rakettmotor, som er mye brukt i konvensjonell ammunisjon for å utvide rekkevidden.
Ifølge en rapport fra CRS -forskningstjenesten kan dette prosjektilet når det skyter fra en Mk.45 -installasjon bare nå halvparten (som er Mach 3, eller omtrent 3704,4 km / t) av hastigheten det kan nå når det skyter fra en skinne pistol, som imidlertid fortsatt er det dobbelte av hastigheten til et konvensjonelt prosjektil som ble avfyrt fra en Mk.45 -pistol. Som det fremgår av en pressemelding fra den amerikanske marinen, "HVP i kombinasjon med Mk.45 vil utføre forskjellige oppgaver, inkludert brannstøtte for overflateskip, vil det utvide flåtens evner i kampen mot luft- og overflatetrusler. men også med nye trusler."
Ifølge Chang er beslutningen fra forskningsavdelingen i forsvarsdepartementet om å investere betydelige midler i utviklingen av HVP rettet mot å løse problemet med å utstyre skip for installasjon av en jernbanepistol på dem. Dermed vil den amerikanske marinen kunne bruke HVP hypersonisk prosjektil på sine Ticonderoga-klasse kryssere og Arleigh Burke-klasse destroyere, hver bærer to Mk.45 kanoner. Skinnepistolen er ennå ikke teknologisk klar for installasjon på de nye destroyerne i Zamvolt-klassen, den første ble godkjent i den amerikanske marinen i oktober 2016. Men i hvert fall på slutten av utviklingen vil HVP-prosjektilet kunne gå inn i ammunisjonsmengden til deres 155 mm artillerifester, for eksempel Advanced Gun System. Ifølge pressemeldingen gjennomførte flåten skytingstester av et HVP -prosjektil fra en haubits i hæren i januar. Den amerikanske marinen gir ikke informasjon om når HVP kan gå i tjeneste med sine krigsskip.
Industriell utvikling
I 2013 mottok BAE Systems en kontrakt på 34,5 millioner dollar fra Naval Research and Development Administration for utvikling av en jernbanepistol for den andre fasen av pistolprototypebygningsprogrammet. I den første fasen avfyrte ingeniører fra Navy's Surface Weapons Development Center vellykket Raytheon EM Railgun -prototypen og nådde et energinivå på 33 megajoules. I følge BAE Systems, i den andre fasen, har selskapet til hensikt å gå fra enkeltskudd til burst-fire og utvikle et automatisk lastesystem, samt termiske kontrollsystemer for å kjøle ned pistolen etter hvert skudd. I 2013 mottok BAE Systems også en kontrakt fra denne avdelingen for utvikling og demonstrasjon av HVP.
General Atomics begynte å utvikle railgun -teknologi tilbake i 1983 som en del av president Ronald Reagans strategiske forsvarsinitiativ. Initiativet var rettet mot "å utvikle et rombasert missilforsvarsprogram som kan beskytte landet mot et stort atomangrep." Initiativet mistet sin relevans etter slutten av den kalde krigen og ble raskt forlatt, delvis på grunn av den ublu kostnaden. Det var mer enn nok tekniske problemer da, og jernbanevåpen var intet unntak. Den første versjonen av skinnepistolen krevde så mye energi for å kjøre pistolen at den bare kunne plasseres i en stor hangar, og derfor, ifølge Elke, "har vi i løpet av de siste åtte årene redusert størrelsen på elektronikk og halvledere og laget super-store kondensatorer."
I dag har General Atomics allerede utviklet en 30 megajoule skinnekanon og en 10 megajoule Blitzer universal rail cannon. I mellomtiden ble en kondensator som forenkler prosessen med lagring av energi til avfyring fra avlastningspistoler på bakkekjøretøyer demonstrert med hell i juli 2016 på et åpent område. Elke la til i denne forbindelse: “Vi har også med hell demonstrert transportbarheten til Blitzer -kanonen. Kanonen ble demontert og transportert fra Dagway -teststedet til teststedet Fort Sill og satt sammen der igjen for en rekke vellykkede skytingstester under hærmanøvreringene i 2016."
Raytheon utvikler også aktivt jernbanepistolteknologi og et innovativt pulsenerginettverk. Finkenaur forklarte: “Nettverket består av mange pulserende strømbeholdere 6,1 m lange og 2,6 meter høye, som huser dusinvis av små blokker kalt pulserende kraftmoduler. Arbeidet med disse modulene er å samle den nødvendige energien i noen sekunder og slippe den på et øyeblikk. Hvis vi tar det nødvendige antallet moduler og kobler dem sammen, kan de gi den kraften som kreves for railgun -operasjonen.
Motvekt mot trusler
I en tale i Brussel i april 2016 bemerket USAs viseforsvarsminister Bob Work at "både Russland og Kina forbedrer evnen til sine spesialoperasjonsstyrker til å operere til sjøs, på land og i luften daglig. De begynner å bli ganske sterke i cyberspace, elektroniske mottiltak og i verdensrommet. " Truslene fra denne utviklingen tvang USA og NATO-landene til å utvikle den såkalte felles "Third Counterbalance Strategy" TOI (Third Offset Initiative). Som daværende forsvarsminister Heigel uttalte i 2014, er TOIs mål å utligne eller dominere de militære evnene i Kina og Russland, utviklet gjennom introduksjon av den nyeste teknologien. I denne sammenhengen representerer jernbanepistoler og hypersoniske prosjektiler spesielt viktige evner for å motvirke eller nøytralisere potensielle trusler fra våpnene til Kina og Russland, som ble nevnt i den innledende delen av artikkelen.
