Sloganul „Velocitas Eradico”, preluat de marina americană pentru cercetarea lor asupra armelor electromagnetice cu șine, este destul de în concordanță cu obiectivul final. Tradusă liber din latină, această expresie înseamnă „viteza ucide”. Tehnologiile electromagnetice se dezvoltă cu succes în domeniul maritim, deschizând perspective pentru arme ofensive și operarea portavioanelor.
Un raport scris de Ronald O'Rurk în octombrie 2016 pentru Serviciul de cercetare al Congresului, intitulat Lasere, pistoale feroviare și proiectile hipersonice: fundal și provocări pentru Congresul SUA, afirmă: din rachetele anti-navă de croazieră (ASM) și anti-navă rachete balistice (ABM), unii observatori sunt îngrijorați de supraviețuirea navelor de suprafață în eventualele ciocniri de luptă cu adversari precum China, care sunt înarmați cu rachete anti-nave moderne și rachete anti-balistice. Primul și singurul FGM DF-21D (Dufeen-21) cu rază medie de acțiune din lume, dezvoltat de Academia Chineză de Mecanică și Electronică China Changfeng, a fost discutat activ în navele lumii; această rachetă a fost prezentată la Beijing în septembrie 2015, la sfârșitul paradei celui de-al doilea război mondial. Între timp, raportul menționează că flota rusă continuă să desfășoare familia de rachete de croazieră anti-nave și terestre cu calibru 3M-54 cu ghidare inerțială / radar prin satelit dezvoltată de biroul de proiectare Novator.
În timp ce unele țări, precum China și Rusia, continuă să-și echipeze navele cu arme puternice, marina SUA, alături de alte marine occidentale, este din ce în ce mai preocupată de supraviețuirea navelor sale de război de suprafață. Iar reducerea personalului forțează flotele din întreaga lume să se orienteze din ce în ce mai mult către tehnologii promițătoare. De exemplu, potrivit site-ului web globalsecurity.org, se așteaptă ca numărul membrilor activi ai armatei americane să scadă cu 200.000 până la sfârșitul anului 2017, până la 1,28 milioane. În acest context, în sfera apărării, tehnologiile electromagnetice se dezvoltă rapid ca o soluție promițătoare la probleme complexe, care sunt în mare parte legate de armarea potențialilor adversari și de reducerea personalului. Comparativ cu sistemele tradiționale actuale, aceste tehnologii, de la catapultele portavioanelor la tunurile feroviare (pistoale feroviare), vor fi mai rentabile și vor reduce numărul de personal.
Electricitate și magnetism
Energia electromagnetică este o combinație de câmpuri electrice și magnetice. Conform definiției publicate pe site-ul Organizației Mondiale a Sănătății: „Câmpurile electrice sunt create datorită diferenței de tensiune, cu cât tensiunea este mai mare, cu atât câmpul rezultat va fi mai puternic. Câmpurile magnetice apar atunci când particulele încărcate se mișcă: cu cât curentul este mai puternic, cu atât câmpul magnetic este mai puternic."
EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System), un sistem promițător de lansare pentru aeronave bazate pe transportatori, este dezvoltat de General Dynamics pentru a înlocui catapultele cu abur, care au o serie de dezavantaje semnificative, inclusiv masa lor mare, dimensiunea și nevoia de a stoca volumul de apă pe navă, care nu poate fi preluat peste bord din cauza proprietăților chimice agresive ale apei de mare. Noul sistem este format din două șine paralele, alcătuite din multe elemente cu bobine de inducție, instalate în interiorul punții de zbor ale portavionului, precum și dintr-o trăsură, care este montată pe roata din față a aeronavei. Megan Elke, General Atomics (GA), a explicat: „Excitația secvențială a elementelor de ghidare creează o undă magnetică care se deplasează de-a lungul șinelor de ghidare și forțează trăsura și, astfel, aeronava pe toată lungimea șinelor de ghidare la viteza necesară pentru o decolare cu succes de pe punte. Acest proces necesită câțiva megawați de energie electrică."
Principiul de funcționare al acceleratorului de masă electromagnetic, cunoscut și sub denumirea de pistol, este similar cu principiul de funcționare al catapultei electromagnetice EMALS. Cei mai mulți megawați de energie generați sunt canalizați de-a lungul a două șine de ghidare (la fel ca cele două șine de ghidare ale sistemului EMALS) pentru a crea un câmp magnetic. După cum a explicat John Finkenaur, șeful noilor tehnologii de la Raytheon: „După ce sistemul a acumulat o anumită cantitate de energie, condensatorii (stochează sarcina electrică generată) trimit un impuls electric de-a lungul a două șine (unul dintre ei este încărcat negativ și altul este pozitiv), creând un câmp electromagnetic . Sub influența acestui câmp, proiectilul începe să se miște într-un butoi cu două șine lungi la o viteză foarte mare. Sursele deschise susțin că viteza poate atinge 7 numere Mach (aproximativ 8600 km / h). Proiectilul cântărește aproximativ 11 kg și nu are o sarcină de luptă. Corpul proiectilului, umplut cu elemente de lovire de tungsten, este închis într-o carcasă din aliaj de aluminiu, care este aruncată după ce proiectilul iese din butoi. Viteza mare a întâlnirii proiectilului cu ținta, în combinație cu elementele izbitoare, provoacă distrugeri semnificative fără explozivi.
Atracție magnetică
Catapultele cu abur, care urmează să fie înlocuite cu sistemul EMALS, au fost pe portavioane în multe țări încă din anii '50. Pentru o lungă perioadă de timp, acestea au fost considerate cea mai eficientă tehnologie, care este capabilă, de exemplu, să accelereze un avion care cântărește 27.300 kg la o viteză de 240 km / h de la o lungime a punții de 300 de metri. Pentru a face această treabă, catapulta are nevoie de aproximativ 615 kg de abur pentru fiecare intrare, plus echipamente hidraulice, apă pentru oprirea catapultei, precum și pompe, motoare electrice și sisteme de control. Cu alte cuvinte, catapulta tradițională cu abur, deși își face treaba perfect, este un echipament foarte mare și greu, care necesită o întreținere semnificativă. În plus, șocurile bruște din timpul decolării s-au dovedit a scurta durata de viață a aeronavelor pe bază de portavion. Catapultele cu abur au, de asemenea, restricții asupra tipurilor de aeronave pe care le pot lansa; situația este complicată în special de faptul că masa aeronavelor este în continuă creștere și se poate întâmpla în curând ca modernizarea aeronavelor bazate pe transportator să devină imposibilă. De exemplu, conform datelor furnizate de flotă, luptătorul Boeing F / A-18E / F Super Hornet pe bază de transport are o greutate maximă la decolare de 30 de tone, în timp ce luptătorul Douglas A-4F Skyhawk anterior, care a fost în cele din urmă retras din serviciu la mijlocul anilor 1980, avea o greutate la decolare de 11, 2 tone.
Potrivit lui Elke: „Avioanele de astăzi sunt din ce în ce mai grele, mai rapide și mai funcționale, au nevoie de un sistem de lansare eficient, cu mai multă eficiență și mai multă flexibilitate, pentru a avea diferite viteze de lansare necesare pentru a decola de pe puntea fiecărui tip de aeronavă.” Potrivit General Atomics, comparativ cu catapultele cu abur, sistemul EMALS va fi cu 30% mai eficient, necesitând mai puțin volum și întreținere decât predecesorii săi, ceea ce va simplifica instalarea pe diferite nave cu configurații diferite de catapultă. De exemplu, portavioanele din clasa Nimitz au patru catapulte cu aburi, în timp ce singurul portavion francez, Charles de Gaulle, are doar două catapulte. În plus, diferite accelerații EMALS, ajustate la greutatea la decolare a fiecărui tip de aeronavă cu pilot sau fără pilot, vor contribui la creșterea duratei de viață a corpurilor aeronavei. „Cu un spațiu de instalare mai redus, o eficiență și o flexibilitate mai bune, precum și întreținerea și efectivele reduse, EMALS crește semnificativ capacitățile și reduce costurile, ceea ce va sprijini în continuare dezvoltarea flotei”, a adăugat Elke.
Potrivit lui Alexander Chang de la compania de consultanță Avascent, și pistoalele feroviare au o serie de avantaje. „Și principalul lucru, desigur, este că pot trage proiectile la o viteză mare de ordinul lui Mach Seven fără a folosi explozivi”. Deoarece sursa de energie a pistolului de cale ferată este sistemul general de alimentare cu energie a întregii nave, riscurile asociate transportului de explozivi sau propulsori sunt excluse. Viteza inițială ridicată a armei de cale ferată, de aproximativ două ori mai mare decât viteza inițială a tunurilor tradiționale ale navei, are ca rezultat timpi de lovire mai scurți și permit navei să răspundă aproape simultan la mai multe amenințări. Acest lucru se datorează faptului că, cu fiecare proiectil nou, nu este nevoie să încărcați sarcini de luptă sau de combustibil. Elke a menționat că „prin intermediul focoaselor și propulsorilor, aprovizionarea este simplificată, costul unei lovituri și sarcina logistică sunt reduse, în timp ce dimensiunile relativ mici ale pistolului de cale ferată permit creșterea capacității revistei … autonomie mult mai mare comparativ cu alte arme (de exemplu, cu rachetele sol-aer utilizate pentru a proteja navele de suprafață)”. Raportul către Congres menționează că până acum, două prototipuri de arme ferate construite de Raytheon și General Atomics pentru Marina SUA „pot trage proiectile la niveluri de energie cuprinse între 20 și 32 megajouli, ceea ce este suficient pentru ca un proiectil să parcurgă 92-185 km”. Dacă comparăm, atunci conform surselor deschise, arma de navă de 76 mm de la OTO Melara / Leonardo are o viteză inițială de ordinul Mach 2,6 (3294 km / h), atingând un interval maxim de 40 km. Finkenaur a declarat că „arma de cale ferată poate fi utilizată pentru susținerea focului navelor de suprafață atunci când este necesar să se trimită un proiectil sute de mile marine, sau poate fi folosit pentru bombardamentele de rază apropiată și apărarea antirachetă”.
Provocări în față
Tehnologia utilizată în sistemul EMALS se află deja în stadiul implementării în producție. Marina SUA, care a selectat această catapultă proiectată de General Atomics pentru a decola de la noile portavioane din clasa Ford, a efectuat primele sale teste de stres în noiembrie 2016. Pe prima navă din această clasă, Gerald R. Ford, greutăți de balast care simulează un avion tipic au fost aruncate în mare (video de mai jos). S-au folosit 15 căruțe de coajă de diferite greutăți. Primele lansări s-au încheiat fără succes, dar următoarele au fost recunoscute ca fiind de succes. De exemplu, un boghi cu o greutate de aproximativ 6800 kg a fost accelerat la o viteză de aproape 260 km / h, iar un bogie mai mic cu o greutate de 3600 kg a fost accelerat la 333 km / h. Potrivit lui Elke, sistemul este fabricat și instalat și pe portavionul John F. Kennedy, care urmează să fie transferat flotei în 2020. GA a fost, de asemenea, selectat ca singurul contractor EMALS pentru portavionul Enterprise, care urmează să înceapă construcția în 2018. Elke a menționat că „vedem, de asemenea, interesul altor state pentru sistemele noastre electromagnetice de decolare și aterizare, întrucât doresc să aibă noi tehnologii și aeronave bazate pe transportatori în flotele lor”. Cu toate acestea, este demn de remarcat faptul că, deși tehnologia EMALS este pregătită pentru producție, sistemul în sine nu poate fi instalat pe marea majoritate a portavioanelor în serviciu din cauza cantității de energie necesară pentru a-l opera.
În plus față de cele de mai sus, pistolul cu șină are o serie de dezavantaje grave. Potrivit lui Finkenaur, „una dintre problemele utilizării tehnologiei electromagnetice în sectorul de apărare este menținerea butoiului în stare de funcționare și reducerea uzurii butoiului după fiecare lansare a proiectilului”. Într-adevăr, viteza cu care proiectilul părăsește butoiul provoacă o astfel de uzură, încât în testele inițiale butoiul a trebuit să fie complet reconstruit după fiecare lovitură. "Puterea impulsurilor implică provocarea de a elibera o cantitate extraordinară de energie și de a coordona funcționarea împreună a modulelor de putere pulsată pentru o singură fotografie". Toate aceste module trebuie să elibereze energia electrică acumulată la momentul potrivit pentru a crea puterea câmpului magnetic necesar și a împinge proiectilul afară din butoi. În cele din urmă, cantitatea de energie necesară pentru accelerarea proiectilului la astfel de viteze implică problema împachetării componentelor necesare ale pistolului în dimensiuni fizice suficient de mici, astfel încât să poată fi instalat pe nave de suprafață de diferite clase. Din aceste motive, potrivit lui Finkenaur, armele feroviare mici ar putea intra în funcțiune în următorii cinci ani, în timp ce o armă feroviară cu o putere maximă de 32 megajouli este probabil să fie instalată pe o navă în următorii 10 ani.
Hiperactivitate
Potrivit lui Chang, „recent, US Navy a început să acorde mai puțină atenție îmbunătățirii tehnologiei pistolului feroviar și și-a îndreptat atenția asupra capacităților proiectilului hipersonic HVP (Hyper Velocity Projectile), care se pot potrivi cu ușurință armelor tradiționale existente”. Într-o lucrare tehnică despre HVP, publicată în septembrie 2012 de US Navy Research Office, este descrisă ca „un proiectil versatil, cu tragere redusă, capabil să îndeplinească o varietate de misiuni dintr-o varietate de sisteme de arme”, care, în În plus față de pistolul cu șină, include sisteme navale americane standard: pistol naval de 127 mm Mk. 45 și 155 mm montaj avansat de artilerie Advanced Gun System dezvoltat de BAE Systems. Potrivit BAE Systems, un „ingredient special” în designul HVP este rezistența aerodinamică ultra-scăzută, eliminând necesitatea unui motor rachetă, care este utilizat pe scară largă în munițiile convenționale pentru a-și extinde gama.
Potrivit unui raport al serviciului de cercetare CRS, atunci când trage dintr-o instalație Mk.45, acest proiectil poate atinge doar jumătate (care este Mach 3, sau aproximativ 3704,4 km / h) din viteza pe care ar putea să o atingă atunci când trage dintr-o cale ferată cu toate acestea, este încă de două ori mai mare decât viteza unui proiectil convențional tras dintr-un pistol Mk. 45. După cum se menționează într-un comunicat de presă al Marinei SUA, „HVP în combinație cu Mk.45 va oferi îndeplinirea diferitelor sarcini, inclusiv sprijin de incendiu pentru navele de suprafață, va extinde capacitățile flotei în lupta împotriva amenințărilor aeriene și de suprafață. dar și cu amenințări emergente."
Potrivit lui Chang, decizia Departamentului de Cercetare al Ministerului Apărării de a investi fonduri semnificative în dezvoltarea HVP vizează rezolvarea problemei reechipării navelor pentru instalarea unui tun feroviar pe ele. Astfel, Marina SUA va putea folosi proiectilul hipersonic HVP pe crucișătoarele sale din clasa Ticonderoga și distrugătoarele din clasa Arleigh Burke, fiecare purtând două tunuri Mk.45. Pistolul feroviar nu este încă pregătit tehnologic pentru instalare pe noile distrugătoare din clasa Zamvolt, primul dintre acestea fiind acceptat în marina SUA în octombrie 2016. Dar, cel puțin la sfârșitul dezvoltării, proiectilul HVP va putea intra în sarcina de muniție a suporturilor de artilerie de 155 mm, cum ar fi Advanced Gun System. Potrivit comunicatului de presă, flota a efectuat teste de tragere a unui proiectil HVP de la un obuzier al armatei în ianuarie. Marina SUA nu oferă informații cu privire la momentul în care HVP poate intra în serviciu cu navele sale de război.
Dezvoltări industriale
În 2013, BAE Systems a primit un contract de 34,5 milioane de dolari de la Administrația Navală pentru Cercetare și Dezvoltare pentru dezvoltarea unei arme feroviare pentru a doua fază a programului de construcție a prototipului de arme. În prima fază, inginerii de la Centrul de Dezvoltare a Armelor de Suprafață ale Marinei au tras cu succes prototipul Raytheon EM Railgun, atingând un nivel de energie de 33 megajouli. Potrivit BAE Systems, în a doua fază, compania intenționează să treacă de la o singură lovitură la foc de explozie și să dezvolte un sistem de încărcare automată, precum și sisteme de control termic pentru răcirea pistolului după fiecare lovitură. În 2013, BAE Systems a primit, de asemenea, un contract de la acest departament pentru dezvoltarea și demonstrarea HVP.
General Atomics a început să dezvolte tehnologia armei ferate în 1983, ca parte a Inițiativei de apărare strategică a președintelui Ronald Reagan. Inițiativa a avut ca scop „dezvoltarea unui program de apărare antirachetă bazat pe spațiu, care ar putea proteja țara de un atac nuclear la scară largă”. Inițiativa și-a pierdut relevanța după sfârșitul Războiului Rece și a fost rapid abandonată, în parte datorită costurilor sale exorbitante. Atunci au existat probleme tehnice mai mult decât suficiente, iar pistoalele feroviare nu au făcut excepție. Prima versiune a pistolului de cale ferată a necesitat atât de multă energie pentru a rula arma, încât ar putea fi adăpostită doar într-un hangar mare și, prin urmare, potrivit lui Elke, „în ultimii opt ani, am redus dimensiunea electronice și semiconductoare și au creat condensatori super-mari."
Astăzi, General Atomics a dezvoltat deja un tun feroviar de 30 de megajuli și un tun de șină universal Blitzer de 10 megajuli. Între timp, un condensator care simplifică procesul de stocare a energiei pentru a trage de la arme de salvare pe vehicule terestre a fost demonstrat cu succes în iulie 2016 într-un interval deschis. Elke a adăugat în acest sens: „De asemenea, am demonstrat cu succes transportabilitatea tunului Blitzer. Tunul a fost demontat și transportat de la locul de testare Dagway la locul de testare Fort Sill și reasamblat acolo pentru o serie de teste de tragere reușite în timpul manevrelor armatei din 2016.”
De asemenea, Raytheon dezvoltă în mod activ tehnologia pistolelor feroviare și o rețea inovatoare de energie pulsată. Finkenaur a explicat: „Rețeaua este formată din multe containere de energie pulsată de 6,1 m lungime și 2,6 metri înălțime, care adăpostesc zeci de blocuri mici numite module de putere pulsată. Lucrarea acestor module este de a acumula energia necesară timp de câteva secunde și de a o elibera într-o clipă. Dacă luăm numărul necesar de module și le conectăm împreună, atunci acestea pot furniza puterea necesară pentru funcționarea pistolului.
Contrabalansarea amenințărilor
Într-un discurs din aprilie 2016 la Bruxelles, secretarul adjunct al apărării american Bob Work a menționat că „atât Rusia, cât și China îmbunătățesc capacitatea forțelor lor de operațiuni speciale de a opera zilnic pe mare, pe uscat și în aer. Devin destul de puternici în spațiul cibernetic, contramăsurile electronice și în spațiu. Amenințările prezentate de aceste evoluții au forțat Statele Unite și țările NATO să dezvolte așa-numita comună „A treia strategie de contrabalansare” TOI (Third Offset Initiative). După cum a declarat ministrul apărării Heigel în 2014, obiectivul TOI este de a egaliza sau de a domina capacitățile militare ale Chinei și Rusiei, dezvoltate prin introducerea celei mai noi tehnologii. În acest context, armele feroviare și proiectilele hipersonice în special reprezintă capacități cheie pentru a contracara sau neutraliza potențialele amenințări reprezentate de armele Chinei și Rusiei, care au fost menționate în partea introductivă a articolului.
