Slogan "Velocitas Eradico", koji je američka mornarica uzela za istraživanje elektromagnetnih 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 ofenzivno oružje i operacije nosača aviona.
Izvještaj koji je napisao Ronald O'Rurk u oktobru 2016. godine za Kongresnu istraživačku službu, pod naslovom Laseri, željezničko oružje i hiperzvučni projektili: pozadina i izazovi za američki Kongres, navodi: 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 antibalističkim 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 raketa je prikazana u Pekingu u septembru 2015. godine na kraju parade u Drugom svjetskom ratu. U međuvremenu, izvještaj 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. 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 miliona. U tom kontekstu, u sferi odbrane, 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 poređenju sa sadašnjim tradicionalnim sistemima, ove tehnologije, od katapulta nosača aviona do šinskih topova (šina), biće isplativije i smanjiće 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 sistem za lansiranje aviona zasnovanih 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 količina vode na brodu, koja se ne može uzeti s broda zbog agresivnih kemijskih svojstava morske vode. Novi sistem sastoji se od dvije paralelne šine, sastavljene od mnogih elemenata sa indukcijskim zavojnicama, instaliranih unutar pilotske kabine nosača aviona, kao i kolica, koja je postavljena na prednji kotač aviona. Megan Elke, General Atomics (GA), objasnila je: „Uzastopno pobuđivanje vodećih elemenata stvara magnetski val koji putuje duž vodilica i tjera nosač, a time i zrakoplov po cijeloj dužini vodilica brzinom potrebnom za uspešno uzletanje sa palube. Ovaj proces zahtijeva nekoliko megavata električne energije."
Princip rada ubrzivača elektromagnetne mase, poznat i kao šinski pištolj, poznat je i kao princip rada elektromagnetnog katapulta EMALS. Proizvedeno nekoliko megavata energije se kanališe duž dvije vodilice (baš kao i dvije vodilice sistema 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 šine (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 Mahovih 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, koji će biti zamijenjeni sistemom EMALS, na nosačima su aviona u mnogim zemljama od 50 -ih godina. Dugo su se smatrali najefikasnijom tehnologijom koja je, na primjer, sposobna ubrzati avion težak 27.300 kg na brzinu od 240 km / h sa dužine palube 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 sistemi. 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 tokom polijetanja skraćuju životni vijek aviona na bazi nosača aviona. Parni katapulti takođe imaju ograničenja u pogledu vrsta aviona koje mogu lansirati; situaciju posebno komplicira činjenica da se masa aviona konstantno povećava te se uskoro može dogoditi da modernizacija aviona zasnovanih na nosačima postane nemoguća. Na primjer, prema podacima flote, Boeingov borbeni avion F / A-18E / F Super Hornet ima maksimalnu uzletnu težinu 30 tona, dok je prethodni lovac Douglas A-4F Skyhawk, koji je konačno povučen iz upotrebe sredinom 1980-ih, imao je poletnu težinu od 11,2 tone.
Prema Elkeu: "Avioni su danas sve teži, brži i funkcionalniji, potreban im je efikasan sistem lansiranja s većom efikasnošću i većom fleksibilnošću kako bi imali različite brzine lansiranja potrebne za polijetanje s palube svakog tipa aviona." Prema General Atomics -u, u usporedbi s katapultima na paru, EMALS sustav bit će 30 posto učinkovitiji, zahtijevat će manje volumena i održavanja od svojih prethodnika, što će pojednostaviti njegovu instalaciju na različite brodove s različitim konfiguracijama katapulta. Na primjer, nosači aviona klase Nimitz imaju četiri katapulta na paru, dok jedini francuski nosač aviona 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. "Uz manje prostora za instalaciju, bolju efikasnost i fleksibilnost, te smanjenje održavanja i broja zaposlenih, EMALS značajno povećava mogućnosti i snižava troškove, što će dodatno podržati razvoj flote", dodala je Elke.
Prema Aleksandru Čangu iz konsultantske kompanije 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 šinskog oružja opći sustav napajanja cijelog broda, isključeni su rizici povezani s transportom eksploziva ili pogonskih goriva. Velike početne brzine puške, otprilike dvostruko veće od početnih brzina tradicionalnih brodskih topova, rezultiraju kraćim vremenima pogotka i omogućuju brodu da reagira gotovo istovremeno 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 … On također ima mnogo veći domet u usporedbi s drugim oružjem (na primjer, s projektilima zemlja-zrak koji se koriste za zaštitu površinskih brodova)”. U izvještaju za Kongres napominje se da do sada dva prototipa šinskih topova koje su Raytheon i General Atomics izgradili za američku mornaricu "mogu ispaljivati projektile na nivou energije između 20 i 32 megadžula, što je dovoljno da projektil pređe 92-185 km". Ako usporedimo, 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 naveo da se "šina može koristiti za vatrenu podršku površinskih brodova kada je potrebno poslati projektil stotinama nautičkih milja, ili se može koristiti za granatiranje iz blizine i odbranu od projektila".
Predstoji izazovi
Tehnologija koja se koristi u sistemu EMALS već je u fazi implementacije u proizvodnji. Američka mornarica, koja je odabrala ovaj katapult dizajniran od General Atomics-a za uzlijetanje s novih nosača aviona klase Ford, provela je svoje prve testove na stres u studenom 2016. 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, sistem se također proizvodi i ugrađuje na nosač aviona John F. Kennedy, koji bi trebao biti prebačen u flotu 2020. godine. GA je također izabran za jedinog EMALS izvođača za nosač aviona Enterprise, koji bi trebao početi s izgradnjom 2018. godine. Elke je napomenuo da "vidimo i interes drugih država za naše elektromagnetske sisteme za polijetanje i slijetanje, jer žele imati nove tehnologije i avione na bazi nosača u svojoj floti". Međutim, vrijedi napomenuti da, iako je EMALS tehnologija spremna za proizvodnju, sam sustav ne može se instalirati na veliku većinu nosača aviona u upotrebi zbog količine energije potrebne za rad.
Osim gore navedenog, šinski pištolj ima i niz ozbiljnih nedostataka. Prema Finkenauru, "jedan od problema korištenja elektromagnetske tehnologije u odbrambenom sektoru je održavanje cijevi u ispravnom stanju i smanjenje trošenja cijevi nakon svakog lansiranja projektila." Zaista, brzina kojom projektil napušta cijev izaziva takvo habanje da je u početnim ispitivanjima cijev morala biti potpuno obnovljena nakon svakog hica. "Impulsna snaga uključuje izazov oslobađanja ogromne količine energije i koordiniranje zajedničkog rada modula impulsne snage za jedan snimak." Svi ovi 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 upotrebu u sljedećih pet godina, dok će oružana puška sa punom snagom od 32 megajoula vjerojatno biti instalirana na brodu u sljedećih 10 godina.
Hiperaktivnost
Prema Changu, "nedavno je američka mornarica počela manje obraćati pažnju na poboljšanje tehnologije šinskog oružja i skrenula je pažnju na sposobnosti hipersoničnog projektila HVP (Hyper Velocity Projectile), koji se lako može uklopiti u postojeće tradicionalne topove". U tehničkom dokumentu o HVP-u, objavljenom u rujnu 2012. od strane američkog Ureda za istraživanje mornarice, opisan je kao "svestrani projektil s malim nabojem, vođen, sposoban za izvršavanje raznih misija iz različitih sistema naoružanja", koji je u Osim šinskog topa, uključuje i standardne američke pomorske sisteme: 127-mm mornarički top Mk.45 i 155-mm napredni artiljerijski nosač Advanced Gun System razvijen od strane BAE Systems. Prema BAE Systems, "poseban sastojak" u dizajnu HVP-a je njegov izuzetno nizak aerodinamički otpor, eliminirajući potrebu za raketnim motorom, koji se široko koristi u konvencionalnoj municiji za proširenje dometa.
Prema izvještaju 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 iz šine pištolj, koji je ipak dvostruko brži od konvencionalnog projektila ispaljenog iz pištolja Mk.45. Kako se navodi u priopćenju za medije američke mornarice, „HVP u kombinaciji s Mk.45 pružit će obavljanje različitih zadataka, uključujući vatrenu podršku za površinske brodove, proširit će sposobnosti flote u borbi protiv zračnih i površinskih prijetnji ali i s prijetnjama u nastajanju."
Prema riječima Chang-a, 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 koristiti hiperzvučni projektil HVP na svojim krstaricama klase Ticonderoga i razaračima klase Arleigh Burke, od kojih svaka nosi po dva topa Mk.45. Šinski pištolj još nije tehnološki spreman za ugradnju na nove razarače klase Zamvolt, od kojih je prvi primljen u američku mornaricu u oktobru 2016. No, barem na kraju razvoja, projektil HVP moći će ući u opterećenje municijom svojih artiljerijskih nosača kalibra 155 mm, poput naprednog sistema topova. Kako se navodi u saopćenju za javnost, flota je u januaru provela ispaljivačke projektile HVP projektila iz vojne haubice. Američka mornarica ne daje informacije o tome kada HVP može ući u službu sa svojim ratnim brodovima.
Industrijski razvoj
U 2013. godini, BAE Systems je od Uprave za pomorsko istraživanje i razvoj dobio ugovor u iznosu od 34,5 miliona dolara za razvoj šinskog oružja 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, dostigavši nivo energije od 33 megadžula. Prema BAE Systems, u drugoj fazi kompanija namjerava preći sa pojedinačnog na rafalnu vatru i razviti sistem automatskog punjenja, kao i sisteme za termičku kontrolu za hlađenje pištolja nakon svakog hica. 2013. BAE Systems je također dobio ugovor od ovog odjela za razvoj i demonstraciju HVP -a.
General Atomics je počeo razvijati tehnologiju oružanog oružja 1983. godine u sklopu Inicijative za stratešku odbranu predsjednika Ronalda Reagana. Inicijativa je imala za cilj "razvoj svemirskog programa protivraketne odbrane koji bi mogao zaštititi zemlju od nuklearnog napada velikih razmjera". Inicijativa je izgubila na važnosti nakon završetka Hladnog rata i brzo je napuštena, dijelom zbog svojih previsokih troškova. Tada je bilo više nego dovoljno tehničkih problema, a šine nisu bile iznimka. Prva verzija šinskog pištolja zahtijevala je toliko energije za pokretanje 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 šinski top od 30 megajoula i univerzalni šinski top Blitzer od 10 megajoule. U međuvremenu, kondenzator koji pojednostavljuje proces skladištenja energije za paljbu iz pomoćnih topova na kopnenim vozilima uspješno je demonstriran u srpnju 2016. na otvorenom poligonu. Elke je s tim u vezi dodao: „Također smo uspješno pokazali transport Blitzer topa. Top je rastavljen i transportiran sa poligona Dagway na poligon Fort Sill i tamo ponovo sastavljen radi niza uspješnih ispitnih testova tokom vojnih manevara 2016.
Raytheon također aktivno razvija tehnologiju željezničkih topova i inovativnu mrežu impulsne energije. Finkenaur je objasnio: „Mreža se sastoji od mnogih impulsnih energetskih kontejnera dužine 6,1 m i visine 2,6 m, u kojima se nalaze desetine malih blokova koji se nazivaju impulsni moduli napajanja. 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 aprilu 2016. u Briselu, zamjenik američkog ministra odbrane Bob Work primijetio je da „i Rusija i Kina poboljšavaju sposobnost svojih snaga za posebne operacije da svakodnevno djeluju na moru, kopnu i u zraku. Postaju prilično jaki u cyberspaceu, elektroničkim protumjerama i u svemiru. " Prijetnje koje predstavljaju ovakav razvoj događaja primorale su Sjedinjene Države i zemlje NATO-a da razviju takozvanu zajedničku "Treću strategiju protuteže" TOI (Treća ofset inicijativa). Kako je tadašnji ministar odbrane Heigel izjavio 2014. godine, cilj TOI-a je izjednačiti ili dominirati vojne sposobnosti Kine i Rusije, razvijene 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.
