Parollen "Velocitas Eradico", som tagits av den amerikanska flottan för deras forskning om elektromagnetiska järnvägskanoner, överensstämmer helt med det slutliga målet. Löst översatt från latin betyder detta uttryck "Speed kills". Elektromagnetisk teknik utvecklas framgångsrikt inom det maritima området och öppnar möjligheter för offensiva vapen och drift av hangarfartyg.
En rapport skriven av Ronald O'Rurk i oktober 2016 för Congressional Research Service, med titeln Lasers, Rail Guns och Hypersonic Projectiles: Background and Challenges for the US Congress, säger: från kryssningsmissiler (ASM) och anti-ship ballistiska missiler (ABM), är vissa observatörer oroliga för överlevnad av ytfartyg i möjliga stridssammanhang med motståndare som Kina, som är beväpnade med moderna fartygsrobotar och anti-ballistiska missiler. Världens första och enda medeldistans FGM DF-21D (Dufeen-21) som utvecklats av Chinese Academy of Mechanics and Electronics China Changfeng diskuterades aktivt i världens flottor; denna raket visades i Peking i september 2015 i slutet av andra världskrigets parad. Samtidigt noterar rapporten att den ryska flottan fortsätter att distribuera familjen 3M-54 Kaliber av fartygs- och markkryssningsmissiler med satellitinertial- / radarstyrning utvecklad av Novator designbyrå.
Medan vissa länder, som Kina och Ryssland, fortsätter att utrusta sina fartyg med kraftfulla vapen, är den amerikanska flottan, tillsammans med andra västerländska flottor, alltmer oroade över överlevnaden av dess yttre krigsfartyg. Och personalminskningen tvingar hela världens flottor att alltmer vända sig till lovande teknik. Enligt webbplatsen globalsecurity.org förväntas till exempel antalet aktiva medlemmar i den amerikanska militären minska med 200 000 i slutet av 2017 till 1,28 miljoner. I detta sammanhang, inom försvarsområdet, utvecklas elektromagnetisk teknik snabbt som en lovande lösning på komplexa problem, som till stor del är relaterade till beväpning av potentiella motståndare och minskning av personal. Jämfört med nuvarande traditionella system, kommer denna teknik, från hangarfartygs katapulter till järnvägskanoner (järnvägspistoler), att vara mer kostnadseffektiv och minska antalet anställda.
Elektricitet och magnetism
Elektromagnetisk energi är en kombination av elektriska och magnetiska fält. Enligt definitionen som publiceras på Världshälsoorganisationens webbplats:”Elektriska fält skapas på grund av skillnaden i spänning, ju högre spänning desto starkare blir det resulterande fältet. Magnetfält uppstår när laddade partiklar rör sig: ju starkare ström, desto starkare magnetfält."
EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System), ett lovande lanseringssystem för transportbaserade flygplan, utvecklas av General Dynamics för att ersätta ångkatapulter, som har ett antal betydande nackdelar, inklusive deras stora massa, storlek och behovet av att lagra en stor volym vatten på fartyget, som inte kan tas överbord på grund av aggressiva kemiska egenskaper hos havsvatten. Det nya systemet består av två parallella skenor, bestående av många element med induktionsspolar, installerade inuti flygplanets flygdäck, samt en vagn, som är monterad på flygplanets framhjul. Megan Elke, General Atomics (GA), förklarade:”Sekventiell excitation av styrelementen skapar en magnetisk våg som rör sig längs styrskenorna och tvingar vagnen och därmed flygplanet längs hela styrskenans längd med den hastighet som krävs för en framgångsrik start från däck. Denna process kräver flera megawatt el."
Funktionsprincipen för den elektromagnetiska massacceleratorn, aka railgun, aka rail gun, liknar funktionsprincipen för EMALS elektromagnetiska katapult. De genererade flera megawatt energi kanaliseras längs två styrskenor (precis som de två styrskenorna i EMALS -systemet) för att skapa ett magnetfält. Som förklaras av John Finkenaur, chef för ny teknik på Raytheon:”Efter att systemet har ackumulerat en viss mängd energi skickar kondensatorerna (lagrar den genererade elektriska laddningen) en elektrisk impuls längs två skenor (en av dem är negativt laddad och annat är positivt), vilket skapar ett elektromagnetiskt fält . Under påverkan av detta fält börjar projektilen röra sig i ett fat med två långa skenor med mycket hög hastighet. Öppna källor hävdar att hastigheterna kan nå 7 Mach -nummer (cirka 8600 km / h). Projektilen väger cirka 11 kg och har ingen stridsavgift. Projektilens kropp, fylld med volframstötande element, är innesluten i ett hölje av aluminiumlegering, som kastas efter att projektilen lämnat tunnan. Den höga hastigheten för projektilens möte med målet, i kombination med de slagande elementen, orsakar betydande förstörelse utan några sprängämnen.
Magnetisk attraktion
Ångkatapulter, som ska ersättas av EMALS -systemet, har funnits på hangarfartyg i många länder sedan 50 -talet. Under lång tid ansågs de vara den mest effektiva tekniken, som till exempel kan accelerera ett flygplan som väger 27 300 kg till en hastighet av 240 km / h från en däcklängd på 300 meter. För att klara detta jobb behöver katapulten cirka 615 kg ånga för varje post, plus hydraulisk utrustning, vatten för att stoppa katapulten, samt pumpar, elmotorer och styrsystem. Med andra ord är den traditionella ångkatapulten, även om den gör sitt jobb perfekt, en mycket stor och tung utrustning som kräver betydande underhåll. Dessutom har plötsliga chocker under start visat sig förkorta livslängden för hangarfartygsbaserade flygplan. Ångkatapulter har också begränsningar för vilka typer av flygplan de kan sjösätta; situationen kompliceras särskilt av det faktum att flygmassan ständigt ökar och det kan snart hända att moderniseringen av transportbaserade flygplan blir omöjlig. Till exempel, enligt uppgifterna från flottan, har Boeings F / A-18E / F Super Hornet-baserade fighter en maximal startvikt på 30 ton, medan den tidigare Douglas A-4F Skyhawk-jaktplanet, som slutligen var togs ur drift i mitten av 1980-talet, hade en startvikt på 11, 2 ton.
Enligt Elke: "Flygplan idag blir tyngre, snabbare och mer funktionella, de behöver ett effektivt lanseringssystem med mer effektivitet och mer flexibilitet för att ha de olika lanseringshastigheterna som behövs för att lyfta från däcket för varje flygplanstyp." Enligt General Atomics, jämfört med ångkatapulter, kommer EMALS -systemet att vara 30 procent mer effektivt, vilket kräver mindre volym och underhåll än sina föregångare, vilket förenklar installationen på olika fartyg med olika katapultkonfigurationer. Till exempel har hangarfartyg i Nimitz-klassen fyra ångkatapulter, medan det enda franska hangarfartyget, Charles de Gaulle, bara har två katapulter. Dessutom kommer olika EMALS-accelerationer, anpassade till startvikten för varje typ av bemannade eller obemannade flygplan, att bidra till den ökade livslängden för flygplanskroppen. "Med mindre installationsutrymme, bättre effektivitet och flexibilitet, och minskat underhåll och personalantal, ökar EMALS avsevärt kapaciteten och sänker kostnaderna, vilket ytterligare kommer att stödja utvecklingen av flottan", tillade Elke.
Enligt Alexander Chang från Avascent -konsultföretaget har järnvägspistoler också ett antal fördelar. "Och det viktigaste är naturligtvis att de kan skjuta projektiler med en hög hastighet i storleksordningen Mach sju utan att använda några sprängämnen." Eftersom järnvägets energikälla är det allmänna kraftförsörjningssystemet för hela fartyget, är riskerna i samband med transport av sprängämnen eller drivmedel uteslutna. Järnvägspistolens höga initialhastigheter, ungefär två gånger initialhastigheterna för traditionella fartygskanoner, resulterar i kortare träfftider och gör att fartyget kan reagera nästan samtidigt på flera hot. Detta beror på det faktum att det för varje ny projektil inte är nödvändigt att ta ut strids- eller drivmedel. Elke noterade att”med hjälp av stridsspetsar och drivmedel förenklas utbudet, kostnaden för ett skott och den logistiska bördan reduceras, medan järnvägspistolens relativt små dimensioner möjliggör en ökning av magasinets kapacitet … Det har också en mycket längre räckvidd jämfört med andra vapen (till exempel med luft-till-luft-missiler som används för att skydda ytfartyg)”. I rapporten till kongressen konstateras att två prototyp järnvägskanoner byggda av Raytheon och General Atomics för den amerikanska marinen”kan skjuta projektiler på energinivåer mellan 20 och 32 megajoule, vilket är tillräckligt för att en projektil ska resa 92-185 km”. Om vi jämför, har 76 mm skeppsgevär från OTO Melara / Leonardo enligt öppna källor en initialhastighet i storleksordningen Mach 2,6 (3294 km / h) och når en maximal räckvidd på 40 km. Finkenaur uppgav att "järnvägskanonen kan användas för eldstöd för ytfartyg när det är nödvändigt att skicka en projektil hundratals nautiska mil, eller så kan den användas för beskjutning på nära håll och missilförsvar."
Utmaningar framåt
Tekniken som används i EMALS -systemet är redan i implementeringsstadiet i produktionen. Den amerikanska flottan, som valde denna General Atomics-designade katapult för att lyfta från nya hangarfartyg i Ford-klass, genomförde sina första stresstester i november 2016. På det första fartyget i denna klass, Gerald R. Ford, kastades ballastvikter som simulerade ett typiskt flygplan ut i havet (video nedan). Användte 15 skalvagnar i olika vikter. De första lanseringarna slutade utan framgång, men följande erkändes som framgångsrika. Till exempel accelererades en boggi som väger cirka 6800 kg till en hastighet på nästan 260 km / h, och en mindre boggi som väger 3600 kg accelererades till 333 km / h. Enligt Elke tillverkas och installeras systemet också på hangarfartyget John F. Kennedy, som planeras att överföras till flottan 2020. GA har också valts ut som den enda EMALS -entreprenören för hangarfartyget Enterprise, som ska börja bygga 2018. Elke noterade att "vi ser också andra staters intresse för våra elektromagnetiska start- och landningssystem, eftersom de vill ha ny teknik och transportbaserade flygplan i sina flottor." Det är dock värt att notera att även om EMALS -tekniken är klar för produktion kan själva systemet inte installeras på de allra flesta hangarfartyg som är i drift på grund av den mängd energi som krävs för att driva det.
Förutom ovanstående har skenpistolen ett antal allvarliga nackdelar. Enligt Finkenaur, "är ett av problemen med att använda elektromagnetisk teknik i försvarssektorn att behålla fatet i fungerande skick och minska fatförslitningen efter varje projektiluppskjutning." Faktum är att hastigheten med vilken projektilen lämnar pipan orsakar sådant slitage att pipan i de första testerna måste byggas om helt efter varje skott. "Pulseffekt innebär utmaningen att släppa ut en enorm mängd energi och samordna samarbetet mellan pulseffektmodulerna för ett enda skott." Alla dessa moduler måste frigöra den ackumulerade elen i rätt ögonblick för att skapa den nödvändiga magnetfältstyrkan och skjuta projektilen ur pipan. Slutligen innebär den mängd energi som krävs för att accelerera projektilen till sådana hastigheter problemet att packa de nödvändiga komponenterna i pistolen i tillräckligt små fysiska dimensioner så att den kan installeras på ytfartyg av olika klasser. Av dessa skäl, enligt Finkenaur, kan små järnvägskanoner väl komma i trafik under de närmaste fem åren, medan en järnvägskanon med full effekt på 32 megajoule sannolikt kommer att installeras på ett fartyg under de kommande tio åren.
Hyperaktivitet
Enligt Chang, "nyligen har den amerikanska marinen börjat ägna mindre uppmärksamhet åt att förbättra järnvägspistolens teknik och riktat sin uppmärksamhet på förmågan hos HVP (Hyper Velocity Projectile) hypersoniska projektil, som enkelt kan passa befintliga traditionella vapen." I ett tekniskt papper om HVP, publicerat i september 2012 av US Navy Research Office, beskrivs det som "en mångsidig, lågdriven, guidad projektil som kan utföra en mängd olika uppdrag från en mängd olika vapensystem", som i Förutom järnvägspistolen, ingår standard amerikanska marinsystem: 127 mm marinpistol Mk. 45 och 155 mm avancerat artillerifäste Advanced Gun System utvecklat av BAE Systems. Enligt BAE Systems är en "speciell ingrediens" i HVP: s design dess extremt låga aerodynamiska drag, vilket eliminerar behovet av en raketmotor, som ofta används i konventionell ammunition för att utöka sitt räckvidd.
Enligt en rapport från CRS -forskningstjänsten kan denna projektil vid avfyrning från en Mk.45 -installation endast nå hälften (vilket är Mach 3, eller cirka 3704,4 km / h) av den hastighet som den kan nå när den skjuter från en järnväg pistol, vilket dock fortfarande är dubbelt så snabbt som en konventionell projektil som skjutits från en Mk.45 -pistol. Som anges i ett pressmeddelande från den amerikanska flottan, "HVP i kombination med Mk.45 kommer att utföra olika uppgifter, inklusive brandstöd för ytfartyg, det kommer att utöka flottans kapacitet i kampen mot luft- och ythot. men också med nya hot."
Enligt Chang är beslutet från forskningsavdelningen i försvarsministeriet att investera betydande medel i utvecklingen av HVP syftat till att lösa problemet med att återutrusta fartyg för installation av ett järnvägspistol på dem. Således kommer den amerikanska flottan att kunna använda HVP hypersonisk projektil på sina kryssare i Ticonderoga-klass och Arleigh Burke-klassens förstörare, var och en med två Mk.45-kanoner. Järnvägspistolen är ännu inte tekniskt redo för installation på de nya Zamvolt-klassens förstörare, varav den första accepterades i den amerikanska flottan i oktober 2016. Men åtminstone i slutet av utvecklingen kommer HVP-projektilen att kunna komma in i ammunitionsbelastningen på deras 155 mm artillerifästen som Advanced Gun System. Enligt pressmeddelandet genomförde flottan skjutprov av en HVP -projektil från en arméhauitzer i januari. Den amerikanska marinen lämnar inte information om när HVP får komma i tjänst med sina krigsfartyg.
Industriell utveckling
År 2013 fick BAE Systems ett kontrakt på 34,5 miljoner dollar från Naval Research and Development Administration för utveckling av en järnvägspistol för den andra fasen av vapenprototypens konstruktionsprogram. I den första fasen avfyrade ingenjörer från marinens ytvapenutvecklingscenter framgångsrikt Raytheon EM Railgun -prototypen och nådde en energinivå på 33 megajoule. Enligt BAE Systems, i den andra fasen, avser företaget att gå från enkelskott till skottbrand och utveckla ett automatiskt lastsystem, samt värmekontrollsystem för att kyla pistolen efter varje skott. Under 2013 fick BAE Systems också ett kontrakt från denna avdelning för utveckling och demonstration av HVP.
General Atomics började utveckla järnvägsteknik redan 1983 som en del av president Ronald Reagans strategiska försvarsinitiativ. Initiativet syftade till att "utveckla ett rymdbaserat missilförsvarsprogram som kan skydda landet från en storskalig kärnvapenattack". Initiativet tappade sin relevans efter det kalla krigets slut och övergavs snabbt, delvis på grund av dess orimliga kostnad. Det fanns mer än tillräckligt med tekniska problem då, och järnvägspistoler var inget undantag. Den första versionen av järnvägspistolen krävde så mycket energi för att köra pistolen att den bara kunde rymmas i en stor hangar, och därför, enligt Elke, "har vi under de senaste åtta åren minskat storleken på elektronik och halvledare och skapat superstora kondensatorer."
Idag har General Atomics redan utvecklat en 30 megajoule rälskanon och en 10 megajoule Blitzer universal rail kanon. Samtidigt demonstrerades framgångsrikt en kondensator som förenklar processen för lagring av energi för avfyrning från hjälppistoler på markfordon i juli 2016 på ett öppet område. Elke tillade i detta avseende:”Vi har också framgångsrikt visat att Blitzer -kanonen kan transporteras. Kanonen demonterades och transporterades från Dagway -testplatsen till Fort Sill -testplatsen och återmonterades där för en rad framgångsrika skjutprov under armémanövrerna 2016.”
Raytheon utvecklar också aktivt järnvägsteknik och ett innovativt pulserat energinätverk. Finkenaur förklarade:”Nätverket består av många pulserade strömbehållare 6,1 m långa och 2,6 meter höga, som rymmer dussintals små block som kallas pulserade kraftmoduler. Arbetet med dessa moduler är att ackumulera den nödvändiga energin i några sekunder och släppa den på ett ögonblick. Om vi tar det erforderliga antalet moduler och ansluter dem, kan de ge den kraft som krävs för järnvägspistolen.
Motvikt mot hot
I ett tal i april 2016 i Bryssel noterade USA: s biträdande försvarsminister Bob Work att”både Ryssland och Kina förbättrar sina specialoperationsstyrkers förmåga att dagligen operera till sjöss, till lands och i luften. De blir ganska starka inom cyberrymden, elektroniska motåtgärder och i rymden. " De hot som denna utveckling medför tvingade USA och Nato-länderna att utveckla den så kallade gemensamma "Third Counterbalance Strategy" TOI (Third Offset Initiative). Som dåvarande försvarsminister Heigel uttalade 2014, är TOI: s mål att utjämna eller dominera den militära kapaciteten i Kina och Ryssland, utvecklad genom införandet av den senaste tekniken. I detta sammanhang representerar järnvägspistoler och i synnerhet hypersoniska projektiler viktiga förmågor för att motverka eller neutralisera potentiella hot från Kinas och Rysslands vapen, som nämndes i den inledande delen av artikeln.
