Slogan "Velocitas Eradico", koji je američka mornarica uzela za svoje istraživanje elektromagnetskih šinskih topova, sasvim je u skladu s krajnjim ciljem. Labavo preveden s latinskog, ovaj izraz znači "Brzina ubija". Elektromagnetske tehnologije uspješno se razvijaju na pomorskom području, otvarajući izglede za napadno oružje i rad nosača zrakoplova.
U izvješću koje je napisao Ronald O'Rurk u listopadu 2016. za Kongresnu istraživačku službu, pod naslovom Laseri, željezničko oružje i hiperzvučni projektili: pozadina i izazovi za američki Kongres, stoji: od protubrodskih krstarećih raketa (ASM) i protubrodskih balističke rakete (ABM), neki su promatrači zabrinuti preživljavanjem površinskih brodova u mogućim borbenim sukobima s protivnicima poput Kine, koji su naoružani modernim protubrodskim raketama i protubalističkim raketama. Prvi i jedini svjetski FGM DF-21D (Dufeen-21) srednjeg dometa koji je razvila Kineska akademija za mehaniku i elektroniku China Changfeng aktivno se raspravljalo u mornaricama svijeta; ova je raketa prikazana u Pekingu u rujnu 2015. na kraju mimohoda u Drugom svjetskom ratu. U međuvremenu, izvješće napominje da ruska flota nastavlja razmještati protubrodske i kopnene krstareće rakete 3M-54 Calibre sa satelitskim inercijskim / radarskim navođenjem koje je razvio dizajnerski biro Novator.
Dok neke zemlje, poput Kine i Rusije, nastavljaju opremljavati svoje brodove snažnim oružjem, američka mornarica, zajedno s ostalim zapadnim mornaricama, sve je više zabrinuta za preživljavanje svojih površinskih ratnih brodova. A smanjenje osoblja tjera flote cijelog svijeta da se sve više okreću obećavajućim tehnologijama. Na primjer, prema web stranici globalsecurity.org, očekuje se da će se broj aktivnih pripadnika američke vojske smanjiti za 200.000 do kraja 2017., na 1,28 milijuna. U tom kontekstu, u obrambenoj sferi, elektromagnetske tehnologije brzo se razvijaju kao obećavajuće rješenje za složene probleme, koji su u velikoj mjeri povezani s naoružavanjem potencijalnih protivnika i smanjenjem osoblja. U usporedbi s postojećim tradicionalnim sustavima, ove će tehnologije, od katapulta nosača zrakoplova do željezničkih topova (railguns), biti isplativije i smanjiti broj osoblja.
Električna energija i magnetizam
Elektromagnetska energija je kombinacija električnog i magnetskog polja. Prema definiciji objavljenoj na web stranici Svjetske zdravstvene organizacije: „Električna polja nastaju zbog razlike u naponu, što je veći napon, to će polje biti jače. Magnetska polja nastaju pri kretanju nabijenih čestica: što je jača struja, magnetsko polje je jače."
EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System), obećavajući sustav za lansiranje zrakoplova na nosačima, razvija General Dynamics kako bi zamijenio parne katapulte, koji imaju niz značajnih nedostataka, uključujući njihovu veliku masu, veličinu i potrebu za skladištenjem velikih volumen vode na brodu, koji se ne može uzeti s broda zbog agresivnih kemijskih svojstava morske vode. Novi sustav sastoji se od dvije paralelne tračnice, sastavljene od mnogih elemenata s indukcijskim zavojnicama, instaliranih unutar letačke palube nosača zrakoplova, kao i kolica, koja je postavljena na prednji kotač zrakoplova. Megan Elke, General Atomics (GA), objasnila je: „Uzastopno pobuđivanje vodećih elemenata stvara magnetski val koji putuje duž vodilica i tjera kolica, a time i zrakoplov po cijeloj dužini vodilica brzinom potrebnom za uspješno uzlijetanje s palube. Ovaj proces zahtijeva nekoliko megavata električne energije."
Princip djelovanja ubrzivača elektromagnetske mase, poznat i pod imenom šina, poznat i kao šinski pištolj, sličan je principu rada elektromagnetskog katapulta EMALS. Generirana energija od nekoliko megavata usmjerava se duž dvije vodilice (baš kao i dvije vodilice sustava EMALS) za stvaranje magnetskog polja. Kako je objasnio John Finkenaur, voditelj novih tehnologija u Raytheonu: „Nakon što je sustav akumulirao određenu količinu energije, kondenzatori (pohranjuju generirani električni naboj) šalju električni impuls duž dvije tračnice (jedna od njih je negativno nabijena, a drugi je pozitivan), stvarajući elektromagnetsko polje . Pod utjecajem ovog polja, projektil se počinje kretati u cijevi s dvije dugačke tračnice vrlo velikom brzinom. Otvoreni izvori tvrde da brzine mogu doseći 7 Machovih brojeva (oko 8600 km / h). Projektil je težak približno 11 kg i nema borbeni naboj. Tijelo projektila, ispunjeno udarnim elementima od volframa, zatvoreno je u kućište od legure aluminija, koje se odbacuje nakon što projektil napusti cijev. Velika brzina susreta projektila s metom, u kombinaciji s udarnim elementima, uzrokuje značajno uništavanje bez ikakvog eksploziva.
Magnetska privlačnost
Parni katapulti, koje treba zamijeniti EMALS sustavom, na nosačima su zrakoplova u mnogim zemljama od 50 -ih godina. Dugo su se smatrali najučinkovitijom tehnologijom koja je, na primjer, sposobna ubrzati zrakoplov težak 27.300 kg na brzinu od 240 km / h s duljine palube od 300 metara. Da bi obavio ovaj posao, katapultu je potrebno približno 615 kg pare za svaki ulaz, plus hidraulična oprema, voda za zaustavljanje katapulta, kao i pumpe, elektromotori i upravljački sustavi. Drugim riječima, tradicionalni parni katapult, iako savršeno radi svoj posao, vrlo je velika i teška oprema koja zahtijeva značajno održavanje. Osim toga, pokazalo se da iznenadni potresi tijekom polijetanja skraćuju život zrakoplova na bazi nosača zrakoplova. Parni katapulti također imaju ograničenja u pogledu vrsta zrakoplova koje mogu lansirati; situaciju posebno komplicira činjenica da se masa zrakoplova stalno povećava te se uskoro može dogoditi da modernizacija zrakoplova na bazi nosača postane nemoguća. Na primjer, prema podacima flote, Boeingov borbeni lovac F / A-18E / F Super Hornet ima najveću uzletnu težinu 30 tona, dok je prethodni lovac Douglas A-4F Skyhawk, koji je konačno povučen iz službe sredinom 1980-ih, imao je poletnu težinu 11,2 tone.
Prema Elkeu: "Zrakoplovi su danas sve teži, brži i funkcionalniji, potreban im je učinkovit sustav lansiranja s većom učinkovitošću i većom fleksibilnošću kako bi imali različite brzine lansiranja potrebne za polijetanje s palube svakog tipa zrakoplova." Prema General Atomics -u, u usporedbi s katapultima na paru, sustav EMALS bit će 30 posto učinkovitiji, zahtijevat će manji volumen i održavanje od svojih prethodnika, što će pojednostaviti njegovu instalaciju na različite brodove s različitim konfiguracijama katapulta. Primjerice, nosači zrakoplova klase Nimitz imaju četiri katapulta na paru, dok jedini francuski nosač zrakoplova Charles de Gaulle ima samo dva katapulta. Osim toga, različita ubrzanja EMALS-a, prilagođena uzletnoj težini svakog tipa zrakoplova s posadom ili bez posade, pridonijet će povećanom vijeku trajanja trupova zrakoplova. "S manje prostora za instalaciju, boljom učinkovitošću i fleksibilnošću te smanjenim održavanjem i brojem zaposlenih, EMALS značajno povećava sposobnosti i snižava troškove, što će dodatno podržati razvoj flote", dodala je Elke.
Prema riječima Alexander Chang iz konzultantske tvrtke Avascent, šine imaju i brojne prednosti. "I najvažnije je, naravno, to što mogu ispaliti projektile velikom brzinom reda sedam maha bez upotrebe eksploziva." Budući da je izvor energije tračnice opći sustav napajanja cijelog broda, isključeni su rizici povezani s prijevozom eksploziva ili pogonskih goriva. Velike početne brzine šina, otprilike dvostruko veće od početnih brzina tradicionalnih brodskih topova, rezultiraju kraćim vremenima pogotka i omogućuju brodu da gotovo istodobno odgovori na više prijetnji. To je zbog činjenice da sa svakim novim projektilom nema potrebe za punjenjem borbenih ili pogonskih punjenja. Elke je napomenuo da se "pomoću bojevih glava i pogonskih goriva opskrba pojednostavljuje, trošak jednog metka i logističko opterećenje smanjuju, dok relativno male dimenzije oruđa omogućuju povećanje kapaciteta časopisa … Također ima mnogo veći domet u usporedbi s drugim oružjem (na primjer, s projektilima zemlja-zrak koji se koriste za zaštitu površinskih brodova)”. U izvješću Kongresu napominje se da do sada dva prototipa šinskih topova koje su Raytheon i General Atomics izgradili za američku mornaricu "mogu ispaljivati projektile na razinama energije između 20 i 32 megadžula, što je dovoljno da projektil prijeđe 92-185 km". Usporedimo li, prema otvorenim izvorima, 76-milimetarski brodski pištolj iz OTO-a Melara / Leonardo ima početnu brzinu reda 2,6 Mach (3294 km / h), dosežući maksimalni domet od 40 km. Finkenaur je izjavio da se "šina može koristiti za vatrenu potporu površinskih brodova kada je potrebno poslati projektil stotinama nautičkih milja, ili se može koristiti za granatiranje iz blizine i obranu od projektila".
Izazovi pred nama
Tehnologija koja se koristi u sustavu EMALS već je u fazi implementacije u proizvodnji. Američka mornarica, koja je odabrala ovaj katapult dizajniran od General Atomicsa za uzlijetanje s novih nosača zrakoplova klase Ford, provela je svoje prve testove na stres u studenom 2016. godine. Na prvom brodu ove klase, Geraldu R. Fordu, balastni utezi koji simuliraju tipičan zrakoplov izbačeni su u more (video ispod). Rabljeno 15 kolica različite težine. Prva lansiranja završila su neuspješno, ali su sljedeća prepoznata kao uspješna. Na primjer, postolje težine oko 6800 kg ubrzano je do brzine od gotovo 260 km / h, a manje postolje težine 3600 kg ubrzano je na 333 km / h. Prema Elkeovim riječima, sustav se također proizvodi i ugrađuje na nosač zrakoplova John F. Kennedy, koji bi se trebao prenijeti u flotu 2020. godine. GA je također izabran za jedinog EMALS izvođača za nosač zrakoplova Enterprise, koji bi trebao početi s izgradnjom 2018. godine. Elke je napomenuo da "vidimo i interes drugih država za naše elektromagnetske sustave za polijetanje i slijetanje, jer žele imati nove flote i zrakoplove u svojim flotama". Međutim, vrijedno je napomenuti da, iako je EMALS tehnologija spremna za proizvodnju, sam se sustav ne može instalirati na veliku većinu nosača zrakoplova u upotrebi zbog količine energije potrebne za rad.
Osim navedenog, šinski pištolj ima niz ozbiljnih nedostataka. Prema Finkenauru, "jedan od problema korištenja elektromagnetske tehnologije u obrambenom sektoru je održavanje cijevi u ispravnom stanju i smanjenje trošenja cijevi nakon svakog lansiranja projektila". Doista, brzina kojom projektil napušta cijev izaziva takvo trošenje da se u početnim ispitivanjima cijev morala potpuno obnoviti nakon svakog hica. "Impulsna snaga uključuje izazov oslobađanja ogromne količine energije i koordiniranje zajedničkog rada modula impulsne snage za jedan snimak." Svi ti moduli moraju osloboditi akumuliranu električnu energiju u pravom trenutku kako bi stvorili potrebnu jakost magnetskog polja i gurnuli projektil iz cijevi. Konačno, količina energije potrebna za ubrzanje projektila do takve brzine povlači za sobom problem pakiranja potrebnih dijelova pištolja u dovoljno male fizičke dimenzije, tako da se može instalirati na površinske brodove različitih klasa. Iz tih razloga, prema Finkenauru, mali željeznički topovi mogli bi ući u uporabu u sljedećih pet godina, dok će oružana puška s punom snagom od 32 megajoula vjerojatno biti instalirana na brod u sljedećih 10 godina.
Hiperaktivnost
Prema Changu, "nedavno je američka mornarica počela manje obraćati pozornost na poboljšanje tehnologije šinskog oružja i skrenula je pozornost na mogućnosti hipersoničnog projektila HVP (Hyper Velocity Projectile), koji se lako može uklopiti u postojeće tradicionalne topove". U tehničkom radu o HVP-u, objavljenom u rujnu 2012. od strane američkog Ureda za istraživanje mornarice, opisan je kao "svestrani projektil s niskim otporom, vođen, sposoban za izvršavanje raznih misija iz različitih oružanih sustava", koji je u Osim željezničkog topa, uključuje standardne američke mornaričke sustave: 127-mm mornarički top Mk. 45 i 155-mm napredni topnički nosač Advanced Gun System razvijen od strane BAE Systems. Prema BAE Systems-u, "poseban sastojak" u dizajnu HVP-a je njegov izuzetno nizak aerodinamički otpor, eliminirajući potrebu za raketnim motorom, koji se naširoko koristi u konvencionalnom streljivu za proširenje dometa.
Prema izvješću istraživačke službe CRS -a, prilikom ispaljivanja iz instalacije Mk.45, ovaj projektil može doseći samo polovicu (što je 3 maha ili oko 3704,4 km / h) brzine koju je mogao postići pri pucanju s tračnice pištolj, koji je ipak dvostruko brži od konvencionalnog projektila ispaljenog iz pištolja Mk.45. Kako je navedeno u priopćenju za medije američke mornarice, „HVP u kombinaciji s Mk.45 pružit će obavljanje različitih zadataka, uključujući potporu vatre za površinske brodove, proširit će sposobnosti flote u borbi protiv zračnih i površinskih prijetnji ali i s prijetnjama u nastajanju."
Prema Changu, odluka Odjela za istraživanje Ministarstva obrane o ulaganju značajnih sredstava u razvoj HVP-a usmjerena je na rješavanje problema ponovnog opremanja brodova za postavljanje šinskog topa na njih. Tako će američka mornarica moći upotrijebiti hiperzvučni projektil HVP na svojim krstašima klase Ticonderoga i razaračima klase Arleigh Burke, od kojih svaki nosi po dva topa Mk.45. Tračnički pištolj još nije tehnološki spreman za ugradnju na nove razarače klase Zamvolt, od kojih je prvi primljen u američku mornaricu u listopadu 2016. godine. No, barem na kraju razvoja, projektil HVP-a moći će ući u opterećenje streljiva svojih topničkih nosača kalibra 155 mm, poput naprednog sustava topova. Prema priopćenju za javnost, flota je u siječnju provela ispaljivačke ispaljivanje projektila HVP iz vojne haubice. Američka mornarica ne daje podatke o tome kada HVP može ući u službu sa svojim ratnim brodovima.
Industrijski razvoj
Godine 2013. BAE Systems primio je 34,5 milijuna dolara vrijedan ugovor od Uprave za pomorska istraživanja i razvoj za razvoj željezničkog pištolja za drugu fazu programa izgradnje prototipa oružja. U prvoj fazi, inženjeri iz Mornaričkog centra za razvoj površinskog naoružanja uspješno su ispalili prototip Raytheon EM Railgun, dosegavši razinu energije od 33 megadžula. Prema BAE Systems, u drugoj fazi tvrtka namjerava prijeći s pojedinačnog na rafalnu vatru i razviti sustav automatskog punjenja, kao i sustave za termičku kontrolu za hlađenje pištolja nakon svakog hica. U 2013. BAE Systems je također dobio ugovor od ovog odjela za razvoj i demonstraciju HVP -a.
General Atomics počeo je razvijati tehnologiju željezničkog oružja još 1983. u sklopu Inicijative za stratešku obranu predsjednika Ronalda Reagana. Inicijativa je imala za cilj "razvoj svemirskog programa obrane od projektila koji bi mogao zaštititi zemlju od nuklearnog napada velikih razmjera". Inicijativa je izgubila na važnosti nakon završetka Hladnog rata i brzo je napuštena, djelomično zbog svojih pretjeranih troškova. Tada je bilo više nego dovoljno tehničkih problema, a šine nisu bile iznimka. Prva verzija šinskog pištolja zahtijevala je toliko energije za rad pištolja da se mogla smjestiti samo u veliki hangar, pa smo, prema Elkeu, "u posljednjih osam godina smanjili veličinu elektronike i poluvodiča i stvorio super velike kondenzatore."
Danas je General Atomics već razvio željeznički top od 30 megajoula i univerzalni šinski top Blitzer od 10 megajoule. U međuvremenu je kondenzator koji pojednostavljuje proces skladištenja energije za paljbu iz reljefnih topova na kopnenim vozilima uspješno demonstriran u srpnju 2016. na otvorenom poligonu. Elke je s tim u vezi dodao: “Uspješno smo pokazali i prenosivost topa Blitzer. Top je rastavljen i transportiran s poligona Dagway na poligon Fort Sill i tamo ponovo sastavljen radi niza uspješnih ispitnih testova tijekom vojnih manevara 2016.”
Raytheon također aktivno razvija tehnologiju željezničkih topova i inovativnu mrežu impulsne energije. Finkenaur je objasnio: „Mreža se sastoji od mnogih impulsnih kontejnera za napajanje duljine 6,1 m i visine 2,6 m, u kojima se nalaze deseci malih blokova koji se nazivaju impulsni moduli snage. Rad ovih modula je akumulirati potrebnu energiju na nekoliko sekundi i osloboditi je u trenu. Ako uzmemo potreban broj modula i povežemo ih zajedno, oni mogu osigurati potrebnu snagu za rad šina.
Protuteža prijetnjama
U govoru u travnju 2016. u Bruxellesu zamjenik američkog ministra obrane Bob Work primijetio je da „i Rusija i Kina svakodnevno poboljšavaju sposobnost svojih snaga za posebne operacije da djeluju na moru, kopnu i zraku. Postaju prilično jaki u cyberspaceu, elektroničkim protumjerama i u svemiru. " Prijetnje koje predstavljaju ova kretanja natjerale su Sjedinjene Države i zemlje NATO-a da razviju takozvanu zajedničku "Treću strategiju protuteže" TOI (Third Offset Initiative). Kako je 2014. izjavio tadašnji ministar obrane Heigel, cilj TOI-a je izjednačiti ili dominirati vojnim sposobnostima Kine i Rusije, razvijenim uvođenjem najnovije tehnologije. U tom kontekstu, željezničko oružje, a posebno hiperzvučni projektili, predstavljaju ključne sposobnosti za suprotstavljanje ili neutraliziranje potencijalnih prijetnji koje predstavlja oružje Kine i Rusije, a koje su spomenute u uvodnom dijelu članka.
