Die slagspreuk "Velocitas Eradico", wat deur die Amerikaanse vloot geneem is vir hul navorsing oor elektromagnetiese spoorwapens, strook redelik met die uiteindelike doel. Hierdie uitdrukking, wat losweg uit Latyn vertaal is, beteken "Spoedmoord." Elektromagnetiese tegnologie ontwikkel suksesvol op die maritieme gebied, wat moontlikhede vir aanvallende wapens en die werking van vliegdekskepe oopmaak.
In 'n verslag wat Ronald O'Rurk in Oktober 2016 vir die Congressional Research Service geskryf het, getiteld Lasers, Rail Guns en Hypersonic Projectiles: Background and Challenges for the US Congress, lui dit: van vaartuie teen missies (ASM) en anti-skip ballistiese missiele (ABM's), is sommige waarnemers bekommerd oor die oorlewing van oppervlakteskepe in moontlike gevegsbotsings met teenstanders soos China, wat gewapen is met moderne anti-skeepsrakette en anti-ballistiese missiele. Die wêreld se eerste en enigste mediumafstand FGM DF-21D (Dufeen-21) wat deur die Chinese Akademie vir Meganika en Elektronika China Changfeng ontwikkel is, is aktief bespreek in die wêreld se vloot; hierdie vuurpyl is in September 2015 in Beijing vertoon aan die einde van die Tweede Wêreldoorlog -parade. Intussen word in die verslag opgemerk dat die Russiese vloot steeds die 3M-54 Calibre-familie van skeeps- en grondvliegtuigmissiele ontplooi met satelliet-traagheids- / radarbegeleiding wat deur die Novator-ontwerpburo ontwikkel is.
Terwyl sommige lande, soos China en Rusland, steeds hul skepe met kragtige wapens toerus, is die Amerikaanse vloot, saam met ander Westerse vloot, toenemend bekommerd oor die oorlewing van sy oppervlakteoorlogskepe. En die vermindering van personeel dwing die vloot van die hele wêreld om toenemend na belowende tegnologie te wend. Volgens die webwerf globalsecurity.org word byvoorbeeld verwag dat die aantal aktiewe lede van die Amerikaanse weermag teen die einde van 2017 met 200,000 sal daal tot 1,28 miljoen. In hierdie konteks, op die verdedigingsgebied, ontwikkel elektromagnetiese tegnologie vinnig as 'n belowende oplossing vir komplekse probleme, wat grootliks verband hou met die bewapening van potensiële teëstanders en die vermindering van personeel. In vergelyking met die huidige tradisionele stelsels, sal hierdie tegnologieë, van katapulte van vliegdekskip tot spoorwapens (spoorwapens), meer koste-effektief wees en die aantal personeel verminder.
Elektrisiteit en magnetisme
Elektromagnetiese energie is 'n kombinasie van elektriese en magnetiese velde. Volgens die definisie wat op die webwerf van die Wêreldgesondheidsorganisasie gepubliseer is: 'As gevolg van die spanningverskil word elektriese velde geskep, hoe hoër die spanning, hoe sterker sal die veld wees. Magnetiese velde ontstaan wanneer gelaaide deeltjies beweeg: hoe sterker die stroom, hoe sterker is die magnetiese veld."
EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System), 'n belowende lanseerstelsel vir vliegtuie wat op 'n draer gebaseer is, word ontwikkel deur General Dynamics om stoomkatapulte te vervang, wat 'n aantal beduidende nadele inhou, insluitend hul groot massa, grootte en die behoefte om 'n groot volume water op die skip, wat as gevolg van aggressiewe chemiese eienskappe van seewater nie oorboord geneem kan word nie. Die nuwe stelsel bestaan uit twee parallelle relings, wat bestaan uit baie elemente met induksiespoele, geïnstalleer binne die vliegdek van die vliegdekskip, asook 'n wa wat op die voorwiel van die vliegtuig gemonteer is. Megan Elke, General Atomics (GA), verduidelik: “Opeenvolgende opwekking van die geleidingselemente skep 'n magnetiese golf wat langs die geleidings beweeg en die wa en dus die vliegtuig dwing oor die hele lengte van die geleidings met die snelheid wat benodig word vir 'n suksesvolle opstyg vanaf dek. Hierdie proses verg verskeie megawatt elektrisiteit."
Die beginsel van werking van die elektromagnetiese massaversneller, ook bekend as railgun, aka rail gun, is soortgelyk aan die werking van die EMALS elektromagnetiese katapult. Die gegenereerde megawatt energie word langs twee geleidingsrails (net soos die twee geleidingsrails van die EMALS -stelsel) langs twee geleidings gelei om 'n magnetiese veld te skep. Soos verduidelik deur John Finkenaur, hoof van nuwe tegnologie by Raytheon: 'Nadat die stelsel 'n sekere hoeveelheid energie opgehoop het, stuur die kondensators (stoor die opgewekte elektriese lading) 'n elektriese impuls langs twee relings (een daarvan is negatief gelaai en die ander is positief), wat 'n elektromagnetiese veld skep . Onder die invloed van hierdie veld begin die projektiel in 'n vat met twee lang spore teen 'n baie hoë spoed beweeg. Openbare bronne beweer dat die snelheid 7 Mach -nommers kan bereik (ongeveer 8600 km / h). Die projektiel weeg ongeveer 11 kg en het geen gevegskoste nie. Die liggaam van die projektiel, gevul met wolfraam -trefelemente, is omhul in 'n aluminiumlegeringsomhulsel wat weggegooi word nadat die projektiel die loop verlaat het. Die hoë spoed van die ontmoeting van die projektiel met die teiken, in kombinasie met die opvallende elemente, veroorsaak aansienlike vernietiging sonder plofstof.
Magnetiese aantrekkingskrag
Stoom katapulte, wat deur die EMALS -stelsel vervang moet word, is sedert die vyftigerjare in baie lande op vliegdekskepe. Hulle word lankal beskou as die doeltreffendste tegnologie wat byvoorbeeld 'n vliegtuig met 'n gewig van 27 300 kg tot 'n spoed van 240 km / h kan versnel vanaf 'n deklengte van 300 meter. Om hierdie taak te verrig, benodig die katapult ongeveer 615 kg stoom vir elke ingang, plus hidrouliese toerusting, water om die katapult te stop, asook pompe, elektriese motors en beheerstelsels. Met ander woorde, die tradisionele stoomkatapult, hoewel dit sy werk perfek doen, is 'n baie groot en swaar toerusting wat aansienlike onderhoud verg. Boonop is bewys dat skielike skokke tydens opstyg die lewensduur van vliegtuie wat gebaseer is op 'n vliegdekskip, verkort. Stoomkatapulte het ook beperkings op die tipe vliegtuie wat hulle kan lanseer; die situasie word veral bemoeilik deur die feit dat die massa vliegtuie voortdurend toeneem en dit kan binnekort gebeur dat die modernisering van vliegtuie wat op 'n draer gebaseer is, onmoontlik word. Volgens die data wat deur die vloot verskaf is, het Boeing se F / A-18E / F Super Hornet-draer-gebaseerde vegter 'n maksimum opstyggewig van 30 ton, terwyl die vorige Douglas A-4F Skyhawk-vegter, wat uiteindelik in die middel van die tagtigerjare uit diens geneem, het 'n opstyggewig van 11,2 ton gehad.
Volgens Elke: "Vliegtuie word vandag swaarder, vinniger en meer funksioneel, hulle benodig 'n doeltreffende lanseerstelsel met meer doeltreffendheid en meer buigsaamheid om die verskillende lanseersnelhede te kry wat nodig is om van die dek van elke tipe vliegtuig af te neem." Volgens General Atomics sal die EMALS -stelsel in vergelyking met stoomkatapultes 30 persent meer doeltreffend wees, wat minder volume en onderhoud verg as sy voorgangers, wat die installasie op verskillende skepe met verskillende katapultkonfigurasies sal vereenvoudig. Die vliegdekskepe van die Nimitz-klas het byvoorbeeld vier stoomkatapulte, terwyl die enigste Franse vliegdekskip, Charles de Gaulle, slegs twee katapulte het. Boonop sal verskillende EMALS-versnellings, aangepas by die opstyggewig van elke tipe bemande of onbemande vliegtuig, bydra tot die verlengde lewensduur van die vliegtuigskepe. "Met minder installasie ruimte, beter doeltreffendheid en buigsaamheid, en verminderde onderhoud en personeel, verhoog EMALS die vermoëns aansienlik en verlaag die koste, wat die ontwikkeling van die vloot verder sal ondersteun," het Elke bygevoeg.
Volgens Alexander Chang van die Avascent -konsultasiemaatskappy het spoorwapens ook 'n aantal voordele. "En die belangrikste ding is natuurlik dat hulle projektiele met 'n hoë snelheid van die orde van Mach seven kan afvuur sonder om plofstof te gebruik." Aangesien die energiebron van die spoorgeweer die algemene kragtoevoerstelsel van die hele skip is, word die risiko's verbonde aan die vervoer van plofstof of dryfmiddels uitgesluit. Die hoë aanvanklike snelhede van die spoorgeweer, ongeveer twee keer die aanvanklike snelhede van tradisionele skeepskanonne, lei tot korter treftye en laat die skip byna gelyktydig reageer op verskeie bedreigings. Dit is te danke aan die feit dat by elke nuwe projektiel geen gevegs- of dryfkoste nodig is nie. Elke het opgemerk dat "deur middel van kernkoppe en dryfmiddels die aanbod vereenvoudig word, die koste van een skoot en die logistieke las verminder word, terwyl die relatief klein afmetings van die spoorgeweer die kapasiteit van die tydskrif toeneem … Dit het ook 'n veel langer reikafstand in vergelyking met ander wapens (byvoorbeeld met oppervlak-tot-lug missiele wat gebruik word om oppervlakte skepe te beskerm)”. In die verslag aan die kongres word opgemerk dat tot dusver twee prototipe spoorgewere wat deur Raytheon en General Atomics vir die Amerikaanse vloot gebou is, 'projektiele op energievlakke tussen 20 en 32 megajoules kan afvuur, wat genoeg is vir 'n projektiel om 92-185 km te ry'. As ons vergelyk, dan het die 76 mm skeepsgeweer van die OTO Melara / Leonardo volgens oop bronne 'n aanvanklike snelheid van ongeveer 2,6 (3294 km / h), wat 'n maksimum bereik van 40 km bereik. Finkenaur het gesê dat "die spoorgeweer gebruik kan word vir vuurondersteuning van oppervlakteskepe as dit nodig is om 'n projektiel honderde seemyl te stuur, of dit kan gebruik word vir afskerming en raketafweer van naby af."
Uitdagings vooruit
Die tegnologie wat in die EMALS -stelsel gebruik word, is reeds op die stadium van implementering in produksie. Die Amerikaanse vloot, wat hierdie General Atomics-ontwerpte katapult gekies het om by nuwe Ford-klas vliegtuigdraers op te styg, het sy eerste stres toetse in November 2016 uitgevoer. Op die eerste skip van hierdie klas, die Gerald R. Ford, is ballastgewigte wat 'n tipiese vliegtuig simuleer, in die see uitgestoot (video hieronder). Gebruik 15 dopkarre met verskillende gewigte. Die eerste bekendstellings het tevergeefs geëindig, maar die volgende is as suksesvol erken. 'N Boggie wat ongeveer 6800 kg weeg, is byvoorbeeld versnel tot 'n spoed van byna 260 km / h, en 'n kleiner bogie wat 3600 kg weeg, is tot 333 km / h versnel. Volgens Elke word die stelsel ook vervaardig en geïnstalleer op die vliegdekskip John F. Kennedy, wat in 2020 na die vloot oorgeplaas moet word. GA is ook gekies as die enigste EMALS -kontrakteur vir die vliegdekskip Enterprise, wat in 2018 begin bou. Elke het opgemerk dat "ons ook die belangstelling van ander state in ons elektromagnetiese opstyg- en landingstelsels sien, omdat hulle nuwe tegnologieë en vliegtuie in hul vloot wil hê." Dit is egter opmerklik dat hoewel die EMALS -tegnologie gereed is vir produksie, die stelsel self nie geïnstalleer kan word op die oorgrote meerderheid vliegdekskepe in diens nie, vanweë die hoeveelheid energie wat nodig is om dit te bedryf.
Benewens bogenoemde, het die spoorgeweer 'n aantal ernstige nadele. Volgens Finkenaur, "is een van die probleme met die gebruik van elektromagnetiese tegnologie in die verdedigingsektor die behoud van die vat in 'n werkende toestand en die vermindering van die dra na elke projektiellanseer." Die spoed waarmee die projektiel die loop verlaat, veroorsaak inderdaad sulke slytasie dat die loop in die eerste toetse heeltemal herbou moes word na elke skoot. "Pulskrag behels die uitdaging om ontsaglike hoeveelheid energie vry te laat en die samewerking van die pulsmagmodules vir 'n enkele skoot te koördineer." Al hierdie modules moet die opgehoopte elektrisiteit op die regte tyd vrystel om die nodige magnetiese veldsterkte te skep en die projektiel uit die loop te stoot. Uiteindelik behels die hoeveelheid energie wat nodig is om die projektiel tot sulke snelhede te versnel, die probleem om die nodige komponente van die geweer in klein fisiese afmetings te verpak sodat dit op oppervlakteskepe van verskillende klasse geïnstalleer kan word. Om hierdie redes, volgens Finkenaur, kan klein spoorwapens binne die volgende vyf jaar in diens tree, terwyl 'n spoorgeweer met 'n volle krag van 32 megajoules waarskynlik in die volgende tien jaar op 'n skip geïnstalleer sal word.
Hiperaktiwiteit
Volgens Chang, "het die Amerikaanse vloot onlangs minder aandag begin skenk aan die verbetering van die tegnologie van die spoorgeweer en sy aandag gevestig op die vermoëns van die HVP (Hyper Velocity Projectile) hipersoniese projektiel, wat maklik by bestaande tradisionele gewere pas." In 'n tegniese artikel oor HVP, gepubliseer in September 2012 deur die Amerikaanse vlootnavorsingskantoor, word dit beskryf as ''n veelsydige, geleide projektiel met 'n lae sleep wat in staat is om verskillende missies uit verskillende wapensisteme uit te voer', wat in Bykomend tot die spoorgeweer, bevat standaard Amerikaanse vlootstelsels: 127 mm vlootgeweer Mk. 45 en 155 mm gevorderde artillerie-berg Advanced Gun System, ontwikkel deur BAE Systems. Volgens BAE Systems is die ultra lae aerodinamiese weerstand 'n 'spesiale bestanddeel' in die ontwerp van die HVP, wat die behoefte aan 'n vuurpylmotor uitskakel, wat wyd in konvensionele ammunisie gebruik word om die reikwydte uit te brei.
Volgens 'n verslag van die CRS -navorsingsdiens kan hierdie projektiel tydens die afvuur vanaf 'n Mk.45 -installasie slegs die helfte (wat Mach 3 of ongeveer 3704,4 km / h is) bereik van die spoed wat dit kan bereik as dit van 'n spoor afgevuur word geweer, maar dit is nog steeds twee keer die spoed van 'n konvensionele projektiel wat uit 'n Mk.45 -geweer afgevuur word. Soos in 'n persverklaring van die Amerikaanse vloot gesê: "HVP in kombinasie met Mk.45 sal verskillende take verrig, insluitend vuurondersteuning vir oppervlakteskepe, dit sal die vloot se vermoëns in die stryd teen lug- en oppervlakbedreigings uitbrei. maar ook met opkomende dreigemente."
Volgens Chang is die besluit van die navorsingsafdeling van die ministerie van verdediging om aansienlike fondse te belê in die ontwikkeling van HVP, daarop gemik om die probleem op te los om skepe weer toe te rus vir die installering van 'n spoorgeweer daarop. Die Amerikaanse vloot sal dus die HVP hipersoniese projektiel kan gebruik op sy Ticonderoga-klas kruisers en Arleigh Burke-klas vernietigers, elk met twee Mk.45-gewere. Die spoorgeweer is nog nie tegnologies gereed om geïnstalleer te word op die nuwe vernietigers van die Zamvolt-klas nie, waarvan die eerste in Oktober 2016 in die Amerikaanse vloot aanvaar is. Maar ten minste aan die einde van die ontwikkeling kan die HVP-projektiel die ammunisielading van hul 155 mm-artilleriehouers, soos die Advanced Gun System, binnegaan. Volgens die persverklaring het die vloot in Januarie vuurtoetse van 'n HVP -projektiel van 'n weermag -haubits uitgevoer. Die Amerikaanse vloot verskaf nie inligting oor wanneer die HVP met sy oorlogskepe diens mag neem nie.
Industriële ontwikkelings
In 2013 ontvang BAE Systems 'n kontrak van $ 34,5 miljoen van die Naval Research and Development Administration vir die ontwikkeling van 'n spoorgeweer vir die tweede fase van die geweerprototipe -konstruksieprogram. In die eerste fase het ingenieurs van die Navy's Surface Weapons Development Center die Raytheon EM Railgun -prototipe suksesvol afgevuur en 'n energievlak van 33 megajoules bereik. Volgens BAE Systems, in die tweede fase, is die onderneming van voorneme om van 'n enkele skoot na 'n skietvuur te beweeg en 'n outomatiese laaistelsel te ontwikkel, sowel as termiese beheerstelsels om die geweer na elke skoot af te koel. In 2013 ontvang BAE Systems ook 'n kontrak van hierdie departement vir die ontwikkeling en demonstrasie van die HVP.
General Atomics het in 1983 begin met die ontwikkeling van spoorwapentegnologie as deel van president Ronald Reagan se strategiese verdedigingsinisiatief. Die inisiatief was daarop gemik om ''n ruimte-gebaseerde missielverdedigingsprogram te ontwikkel wat die land teen 'n grootskaalse kernaanval kan beskerm'. Die inisiatief het ná die einde van die Koue Oorlog sy relevansie verloor en is vinnig laat vaar, deels weens die buitensporige koste daarvan. Daar was toe meer as genoeg tegniese probleme, en spoorwapens was geen uitsondering nie. Die eerste weergawe van die spoorgeweer het soveel energie nodig om die geweer te laat loop dat dit slegs in 'n groot hangar gehuisves kon word, en daarom het ons volgens Elke die afgelope agt jaar die grootte van elektronika en halfgeleiers verminder en super-groot kapasitors geskep."
Vandag het General Atomics reeds 'n 30 megajoule spoorkanon en 'n 10 megajoule Blitzer universele spoorkanon ontwikkel. Intussen is 'n kondensator wat die proses van berging van energie vir die afvuur van hulpwapens op grondvoertuie vergemaklik, in Julie 2016 suksesvol op 'n oop baan gedemonstreer. Elke het in hierdie verband bygevoeg: 'Ons het ook die vervoerbaarheid van die Blitzer -kanon suksesvol getoon. Die kanon is uitmekaar gehaal en van die Dagway -toetsterrein na die Fort Sill -toetslokaal vervoer en weer daar bymekaargemaak vir 'n reeks suksesvolle vuurtoetse tydens die weermagmaneuvers van 2016.
Raytheon ontwikkel ook aktief spoorgeweertegnologie en 'n innoverende pulsenergienetwerk. Finkenaur verduidelik: “Die netwerk bestaan uit baie gepulseerde kraghouers van 6,1 m lank en 2,6 meter hoog, wat tientalle klein blokke huisves wat pulsmagmodules genoem word. Die werk van hierdie modules is om die benodigde energie vir 'n paar sekondes op te bou en dit in 'n oomblik vry te laat. As ons die vereiste aantal modules neem en dit aan mekaar verbind, kan hulle die krag verskaf wat nodig is vir die spoorgeweer.
Teenwicht teen dreigemente
In 'n toespraak van April 2016 in Brussel, het die Amerikaanse adjunkminister van verdediging, Bob Work, opgemerk dat "sowel Rusland as China die vermoë van hul spesiale operasionele magte verbeter om daagliks op see, op land en in die lug te werk. Hulle word redelik sterk in die kuberruim, elektroniese teenmaatreëls en in die ruimte.” Die dreigemente wat hierdie ontwikkelings meebring, het die Verenigde State en die NAVO-lande gedwing om die sogenaamde "Third Counterbalance Strategy" TOI (Third Offset Initiative) te ontwikkel. Soos destyds minister van verdediging, Heigel, in 2014 verklaar het, is die doel van TOI om die militêre vermoëns van China en Rusland gelyk te maak of te oorheers, ontwikkel deur die bekendstelling van die nuutste tegnologie. In hierdie konteks verteenwoordig spoorwapens en veral hipersoniese projektiele die belangrikste vermoëns om moontlike bedreigings wat die wapens van China en Rusland inhou, te voorkom of te neutraliseer, wat in die inleidende deel van die artikel genoem is.
