Sloganet "Velocitas Eradico", taget af den amerikanske flåde for deres forskning i elektromagnetiske jernbanepistoler, er ganske i overensstemmelse med det ultimative mål. Løst oversat fra latin betyder dette udtryk "Hastighed dræber." Elektromagnetiske teknologier udvikler sig med succes på det maritime område og åbner muligheder for offensive våben og drift af hangarskibe.
En rapport skrevet af Ronald O'Rurk i oktober 2016 til Congressional Research Service, med titlen Lasers, Rail Guns og Hypersonic Projectiles: Background and Challenges for the US Congress, hedder det: fra krydstogtskibsmissiler (ASM) og anti-ship ballistiske missiler (ABM'er), er nogle observatører bekymrede over overlevelse af overfladeskibe i mulige kampstød med modstandere som Kina, der er bevæbnet med moderne anti-skibs missiler og anti-ballistiske missiler. Verdens første og eneste mellemstore FGM DF-21D (Dufeen-21) udviklet af Chinese Academy of Mechanics and Electronics China Changfeng blev aktivt diskuteret i verdens flåder; denne raket blev vist i Beijing i september 2015 i slutningen af anden verdenskrigs parade. I mellemtiden bemærker rapporten, at den russiske flåde fortsætter med at implementere 3M-54 Caliber-familien af krydsermissiler mod skibe og jorden med inertial- / radarstyret satellitudvikling udviklet af Novator designbureau.
Mens nogle lande, som f.eks. Kina og Rusland, fortsætter med at udstyre deres skibe med kraftige våben, er den amerikanske flåde sammen med andre vestlige flåder i stigende grad bekymret over overlevelsen af dets overfladekrigsskibe. Og reduktionen af personalet tvinger hele verdens flåder til i stigende grad at vende sig til lovende teknologier. For eksempel, ifølge webstedet globalsecurity.org, forventes antallet af aktive medlemmer af det amerikanske militær at falde med 200.000 ved udgangen af 2017 til 1,28 millioner. I denne sammenhæng udvikler elektromagnetiske teknologier sig på forsvarsområdet hurtigt som en lovende løsning på komplekse problemer, som i høj grad er relateret til bevæbning af potentielle modstandere og reduktion af personale. Sammenlignet med nuværende traditionelle systemer vil disse teknologier, fra hangarskibets katapulter til jernbanepistoler (jernbanevåben), være mere omkostningseffektive og reducere antallet af ansatte.
Elektricitet og magnetisme
Elektromagnetisk energi er en kombination af elektriske og magnetiske felter. Ifølge definitionen, der blev offentliggjort på Verdenssundhedsorganisationens websted: “Elektriske felter skabes på grund af spændingsforskellen, jo højere spænding, desto stærkere vil det resulterende felt være. Magnetfelter opstår, når ladede partikler bevæger sig: jo stærkere strøm, desto stærkere er magnetfeltet."
EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System), et lovende lanceringssystem til luftfartøjsbaserede fly, udvikles af General Dynamics til at erstatte dampkatapulter, som har en række betydelige ulemper, herunder deres store masse, størrelse og behovet for at gemme en stor vandmængde på skibet, som ikke kan tages over bord på grund af aggressive kemiske egenskaber ved havvand. Det nye system består af to parallelle skinner, der består af mange elementer med induktionsspoler, installeret inde i hangarskibets flydæk, samt en vogn, der er monteret på flyets forhjul. Megan Elke, General Atomics (GA), forklarede:”Sekventiel excitation af styreelementerne skaber en magnetisk bølge, der bevæger sig langs styreskinnerne og tvinger vognen og dermed flyet i hele længden af styreskinnerne med den hastighed, der kræves for en vellykket start fra dækket. Denne proces kræver flere megawatt elektricitet."
Funktionsprincippet for den elektromagnetiske masseaccelerator, aka railgun, aka rail gun, ligner funktionsprincippet for EMALS elektromagnetiske katapult. De genererede flere megawatt energi kanaliseres langs to styreskinner (ligesom EMALS -systemets to styreskinner) for at skabe et magnetfelt. Som forklaret af John Finkenaur, chef for nye teknologier i Raytheon: “Efter at systemet har akkumuleret en vis mængde energi, sender kondensatorerne (gemmer den genererede elektriske ladning) en elektrisk impuls langs to skinner (en af dem er negativt ladet og anden er positiv), hvilket skaber et elektromagnetisk felt . Under indflydelse af dette felt begynder projektilet at bevæge sig i en tønde med to lange skinner ved en meget høj hastighed. Åbne kilder hævder, at hastighederne kan nå 7 Mach -tal (ca. 8600 km / t). Projektilet vejer cirka 11 kg og har ingen kampladning. Projektilkroppen, der er fyldt med wolfram -slagelementer, er omsluttet af et hus i aluminiumlegering, som kasseres, efter at projektilet forlader tønden. Den høje hastighed ved projektilmødet med målet i kombination med de slående elementer forårsager betydelig ødelæggelse uden sprængstof.
Magnetisk tiltrækning
Dampkatapulter, der skal erstattes af EMALS -systemet, har været på hangarskibe i mange lande siden 50'erne. I lang tid blev de betragtet som den mest effektive teknologi, som f.eks. Er i stand til at accelerere et fly, der vejer 27.300 kg til en hastighed på 240 km / t fra en dæklængde på 300 meter. For at udføre dette job har katapulten brug for cirka 615 kg damp for hver indgang, plus hydraulisk udstyr, vand for at stoppe katapulten samt pumper, elektriske motorer og kontrolsystemer. Med andre ord er den traditionelle dampkatapult, selvom den udfører sit arbejde perfekt, et meget stort og tungt udstyr, der kræver betydelig vedligeholdelse. Derudover har pludselige stød under start vist sig at forkorte levetiden for hangarskib-baserede fly. Dampkatapulter har også begrænsninger for de flytyper, de kan opsende; situationen er især kompliceret af, at flymassen konstant øges, og det kan snart ske, at moderniseringen af luftfartøjsbaserede fly bliver umulig. For eksempel har Boeings F / A-18E / F Super Hornet-luftfartøjsbaserede jager ifølge data fra flåden en maksimal startvægt på 30 tons, mens den tidligere Douglas A-4F Skyhawk-jager, som endelig var trukket ud af drift i midten af 1980'erne, havde en startvægt på 11, 2 tons.
Ifølge Elke: "Fly i dag bliver tungere, hurtigere og mere funktionelle, de har brug for et effektivt lanceringssystem med mere effektivitet og mere fleksibilitet for at have de forskellige lanceringshastigheder, der er nødvendige for at lette fra dækket af hver flytype." Ifølge General Atomics vil EMALS -systemet i forhold til dampkatapulter være 30 procent mere effektivt, hvilket kræver mindre volumen og vedligeholdelse end sine forgængere, hvilket vil forenkle installationen på forskellige skibe med forskellige katapultkonfigurationer. F.eks. Har hangarskibe i Nimitz-klassen fire dampkatapulter, mens det eneste franske hangarskib, Charles de Gaulle, kun har to katapulter. Desuden vil forskellige EMALS-accelerationer, der er tilpasset startvægten for hver type bemandede eller ubemandede fly, bidrage til flyskrogens øgede levetid. "Med mindre installationsplads, bedre effektivitet og fleksibilitet og reduceret vedligeholdelse og antal ansatte øger EMALS kapaciteten betydeligt og sænker omkostningerne, hvilket yderligere vil understøtte flådens udvikling," tilføjede Elke.
Ifølge Alexander Chang fra Avascent konsulentfirma har jernbanevåben også en række fordele. "Og det vigtigste er selvfølgelig, at de kan skyde projektiler med en høj hastighed i størrelsesordenen Mach seven uden at bruge sprængstof." Da jernbanegeværets energikilde er det generelle strømforsyningssystem for hele skibet, er de risici, der er forbundet med transport af sprængstof eller drivmidler, udelukket. Railgun's høje indledende hastigheder, omtrent det dobbelte af de oprindelige hastigheder for traditionelle skibskanoner, resulterer i kortere ramtider og giver skibet mulighed for at reagere næsten samtidigt på flere trusler. Dette skyldes det faktum, at der med hvert nyt projektil ikke er behov for at opkræve kamp- eller drivladninger. Elke bemærkede, at "ved hjælp af sprænghoveder og drivmidler er udbuddet forenklet, omkostningerne ved et skud og den logistiske byrde reduceret, mens de relativt små dimensioner af jernbaneværnet tillader en stigning i magasinets kapacitet … Det har også en meget længere rækkevidde i forhold til andre våben (for eksempel med overflade-til-luft missiler, der bruges til at beskytte overfladeskibe)”. Rapporten til kongressen bemærker, at indtil videre to prototype jernbanepistoler bygget af Raytheon og General Atomics for den amerikanske flåde "kan affyre projektiler på energiniveau mellem 20 og 32 megajoules, hvilket er nok til, at et projektil kan rejse 92-185 km". Hvis vi sammenligner, har 76 mm skibspistol fra OTO Melara / Leonardo ifølge åbne kilder en starthastighed i størrelsesordenen Mach 2,6 (3294 km / t) og når en maksimal rækkevidde på 40 km. Finkenaur udtalte, at "skinnegeværet kan bruges til ildstøtte til overfladeskibe, når det er nødvendigt at sende et projektil hundredvis af sømil, eller det kan bruges til beskydninger af nært hold og missilforsvar."
Udfordringer foran
Den teknologi, der bruges i EMALS -systemet, er allerede på implementeringsstadiet i produktionen. Den amerikanske flåde, der valgte denne General Atomics-designet katapult til at starte fra nye hangarskibe i Ford-klasse, gennemførte sine første stresstests i november 2016. På det første skib i denne klasse, Gerald R. Ford, blev ballastvægte, der simulerede et typisk fly, skubbet ud i havet (video herunder). Brugte 15 skalvogne i forskellige vægte. De første lanceringer endte uden held, men følgende blev anerkendt som vellykkede. For eksempel blev en bogie, der vejede omkring 6800 kg, accelereret til en hastighed på næsten 260 km / t, og en mindre bogie, der vejede 3600 kg, blev accelereret til 333 km / t. Ifølge Elke bliver systemet også fremstillet og installeret på hangarskibet John F. Kennedy, som efter planen skal overføres til flåden i 2020. GA er også blevet valgt som den eneste EMALS -entreprenør for hangarskibet Enterprise, som skal begynde byggeriet i 2018. Elke bemærkede, at "vi også ser andre staters interesse i vores elektromagnetiske start- og landingssystemer, da de ønsker at have nye teknologier og luftfartøjsbaserede fly i deres flåder." Det er dog værd at bemærke, at mens EMALS -teknologien er klar til produktion, kan selve systemet ikke installeres på langt de fleste hangarskibe i drift på grund af den mængde energi, der kræves for at drive det.
Ud over ovenstående har skinnepistolen en række alvorlige ulemper. Ifølge Finkenaur er "et af problemerne ved brug af elektromagnetisk teknologi i forsvarssektoren at fastholde tønden i funktionsdygtig stand og reducere tøndeslitage efter hver projektilopskydning." Faktisk forårsager den hastighed, hvormed projektilet forlader tønden, sådan slid, at tønderen i de indledende tests skulle genopbygges fuldstændigt efter hvert skud. "Pulseffekt indebærer udfordringen med at frigive en enorm mængde energi og koordinere arbejdet sammen af pulseffektmodulerne for et enkelt skud." Alle disse moduler skal frigive den akkumulerede elektricitet på det rigtige tidspunkt for at skabe den nødvendige magnetfeltstyrke og skubbe projektilet ud af cylinderen. Endelig medfører den mængde energi, der kræves for at accelerere projektilet til sådanne hastigheder, problemet med at pakke de nødvendige komponenter i pistolen i tilstrækkeligt små fysiske dimensioner, så det kan installeres på overfladeskibe af forskellige klasser. Af disse grunde, ifølge Finkenaur, kan små jernbanepistoler godt komme i drift i løbet af de næste fem år, mens et railgun med en fuld effekt på 32 megajoules sandsynligvis vil blive installeret på et skib i de næste 10 år.
Hyperaktivitet
Ifølge Chang, "for nylig er den amerikanske flåde begyndt at være mindre opmærksom på at forbedre teknologien i skinnepistolen og henlede opmærksomheden på kapaciteterne ved HVP (Hyper Velocity Projectile) hypersonisk projektil, som let kan passe til eksisterende traditionelle kanoner." I et teknisk papir om HVP, der blev offentliggjort i september 2012 af US Navy Research Office, beskrives det som "et alsidigt, lavt træk, guidet projektil, der er i stand til at udføre en række missioner fra forskellige våbensystemer", som i ud over skinnepistolen, inkluderer standard amerikanske flådesystemer: 127 mm marinepistol Mk. 45 og 155 mm avanceret artillerimontage Advanced Gun System udviklet af BAE Systems. Ifølge BAE Systems er en "særlig ingrediens" i HVP's design dens ultra-lave aerodynamiske træk, hvilket eliminerer behovet for en raketmotor, som er meget udbredt i konventionel ammunition for at udvide sit område.
Ifølge en rapport fra CRS -forskningstjenesten kan dette projektil, når der affyres fra en Mk.45 -installation, kun nå halvdelen (hvilket er Mach 3 eller cirka 3704,4 km / t) af den hastighed, det kan nå, når der affyres fra en skinne pistol, hvilket dog stadig er det dobbelte af hastigheden på et konventionelt projektil affyret fra en Mk.45 -pistol. Som det fremgår af en pressemeddelelse fra den amerikanske flåde,”vil HVP i kombination med Mk.45 levere forskellige opgaver, herunder brandstøtte til overfladeskibe, det vil udvide flådens kapacitet i kampen mod luft- og overfladetrusler. men også med nye trusler."
Ifølge Chang er beslutningen fra forskningsafdelingen i forsvarsministeriet om at investere betydelige midler i udviklingen af HVP rettet mod at løse problemet med at genudstyre skibe til installation af en skinnepistol på dem. Således vil den amerikanske flåde kunne bruge HVP hypersonisk projektil på sine Ticonderoga-klasse krydsere og Arleigh Burke-klasse destroyere, der hver bærer to Mk.45 kanoner. Jernbanepistolen er endnu ikke teknologisk klar til installation på de nye Zamvolt-klasse destroyere, hvoraf den første blev accepteret i den amerikanske flåde i oktober 2016. Men i hvert fald i slutningen af udviklingen vil HVP-projektilet være i stand til at komme ind i ammunitionsbelastningen på deres 155 mm artilleribeslag som Advanced Gun System. Ifølge pressemeddelelsen gennemførte flåden affyringstest af et HVP -projektil fra en hær -haubits i januar. Den amerikanske flåde giver ikke oplysninger om, hvornår HVP må gå i tjeneste med sine krigsskibe.
Industriel udvikling
I 2013 modtog BAE Systems en kontrakt på 34,5 millioner dollars fra Naval Research and Development Administration til udvikling af en jernbanepistol til anden fase af våbenprototypebygningsprogrammet. I den første fase affyrede ingeniører fra Navy's Surface Weapons Development Center succesfuldt Raytheon EM Railgun -prototypen og nåede et energiniveau på 33 megajoules. Ifølge BAE Systems har virksomheden i anden fase til hensigt at flytte fra enkeltskud til burst-fire og udvikle et automatisk lastesystem samt termiske kontrolsystemer til afkøling af pistolen efter hvert skud. I 2013 modtog BAE Systems også en kontrakt fra denne afdeling til udvikling og demonstration af HVP.
General Atomics begyndte at udvikle railgun -teknologi tilbage i 1983 som en del af præsident Ronald Reagans strategiske forsvarsinitiativ. Initiativet havde til formål at "udvikle et rumbaseret missilforsvarsprogram, der kunne beskytte landet mod et stort atomangreb." Initiativet mistede sin relevans efter afslutningen af den kolde krig og blev hurtigt opgivet, blandt andet på grund af dets ublu store omkostninger. Der var mere end nok tekniske problemer dengang, og jernbanevåben var ingen undtagelse. Den første version af skinnepistolen krævede så meget energi at køre pistolen, at den kun kunne opbevares i en stor hangar, og derfor har vi ifølge Elke "i løbet af de sidste otte år reduceret størrelsen på elektronik og halvledere og skabt superstore kondensatorer."
I dag har General Atomics allerede udviklet en 30 megajoule skinnekanon og en 10 megajoule Blitzer universal rail kanon. I mellemtiden blev en kondensator, der forenkler processen med lagring af energi til affyring fra nødhjælpskanoner på terrængående køretøjer, demonstreret med succes i juli 2016 på et åbent område. Elke tilføjede i denne henseende:”Vi har også med succes demonstreret transportbarheden af Blitzer -kanonen. Kanonen blev adskilt og transporteret fra Dagway -teststedet til Fort Sill -teststedet og samlet der igen for en række vellykkede affyringstest under hærmanøvreringerne i 2016.”
Raytheon udvikler også aktivt jernbanepistolteknologi og et innovativt pulsenerginetværk. Finkenaur forklarede:”Netværket består af mange pulserende strømbeholdere, der er 6,1 m lange og 2,6 meter høje, og som huser snesevis af små blokke kaldet pulserede strømmoduler. Disse modulers arbejde er at akkumulere den nødvendige energi i et par sekunder og frigive den på et øjeblik. Hvis vi tager det påkrævede antal moduler og forbinder dem sammen, så kan de levere den strøm, der kræves til jernbanepistolen.
Modvægt til trusler
I en tale i april 2016 i Bruxelles bemærkede USA's viceforsvarsminister Bob Work, at "både Rusland og Kina forbedrer deres specialoperationsstyrkers evne til dagligt at operere til søs, til lands og i luften. De bliver ret stærke i cyberspace, elektroniske modforanstaltninger og i rummet. " Truslerne fra denne udvikling tvang USA og NATO-landene til at udvikle den såkaldte fælles "Third Counterbalance Strategy" TOI (Third Offset Initiative). Som daværende forsvarsminister Heigel udtalte i 2014, er TOI's mål at udligne eller dominere de militære kapaciteter i Kina og Rusland, udviklet gennem introduktionen af den nyeste teknologi. I denne sammenhæng repræsenterer jernbanepistoler og især hypersoniske projektiler vigtige muligheder for at imødegå eller neutralisere potentielle trusler fra Kinas og Ruslands våben, som blev nævnt i artiklens indledende del.
