Slogan „Velocitas Eradico“, přijatý americkým námořnictvem pro jejich výzkum elektromagnetických železničních děl, je zcela v souladu s konečným cílem. Volně přeloženo z latiny tento výraz znamená „Rychlost zabíjí“. V námořní oblasti se úspěšně vyvíjejí elektromagnetické technologie, které otevírají vyhlídky na útočné zbraně a provoz letadlových lodí.
Zpráva, kterou napsal Ronald O'Rurk v říjnu 2016 pro Kongresovou výzkumnou službu s názvem Lasery, železniční děla a hypersonické projektily: pozadí a výzvy pro americký Kongres, uvádí: z protilodních řízených střel (ASM) a protilodních balistické rakety (ABM), někteří pozorovatelé se obávají přežití povrchových lodí v případných bojových střetech s protivníky, jako je Čína, které jsou vyzbrojeny moderními protilodními raketami a protibalistickými raketami. “První a jediná FGM DF-21D na světě se středním dosahem (Dufeen-21) vyvinutá Čínskou akademií mechaniky a elektroniky China Changfeng byla aktivně diskutována ve světových námořních lodích; tato raketa byla ukázána v Pekingu v září 2015 na konci přehlídky druhé světové války. Mezitím zpráva uvádí, že ruská flotila pokračuje v nasazování rodiny protilodních a pozemních řízených střel Caliber 3M-54 se satelitním inerciálním / radarovým naváděním vyvinutým konstrukčním úřadem Novator.
Zatímco některé země, jako je Čína a Rusko, nadále vybavují své lodě silnými zbraněmi, americké námořnictvo spolu s dalšími západními námořnictvy se stále více obává o přežití svých povrchových válečných lodí. A snížení počtu zaměstnanců nutí flotily celého světa, aby se stále více obracely k slibným technologiím. Například podle webu globalsecurity.org se očekává, že počet aktivních příslušníků americké armády do konce roku 2017 klesne o 200 000 na 1,28 milionu. V této souvislosti se v obranné sféře rychle rozvíjejí elektromagnetické technologie jako slibné řešení složitých problémů, které do značné míry souvisejí s vyzbrojováním potenciálních protivníků a snižováním počtu zaměstnanců. Ve srovnání se současnými tradičními systémy budou tyto technologie, od katapultů letadlových lodí po železniční děla (railguns), nákladově efektivnější a sníží počet zaměstnanců.
Elektřina a magnetismus
Elektromagnetická energie je kombinací elektrických a magnetických polí. Podle definice zveřejněné na webových stránkách Světové zdravotnické organizace: „Elektrická pole vznikají díky rozdílu napětí, čím vyšší napětí, tím silnější bude výsledné pole. Magnetická pole vznikají při pohybu nabitých částic: čím silnější je proud, tím silnější je magnetické pole. “
Společnost General Dynamics vyvíjí slibný startovací systém pro nosná letadla EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System), který má nahradit parní katapulty, které mají řadu významných nevýhod, včetně jejich velké hmotnosti, velikosti a potřeby uložení velkého objem vody na lodi, který nelze převzít přes palubu kvůli agresivním chemickým vlastnostem mořské vody. Nový systém se skládá ze dvou rovnoběžných kolejnic, složených z mnoha prvků s indukčními cívkami, instalovaných uvnitř letové paluby letadlové lodi, a také z vozíku, který je upevněn na předním kole letadla. Megan Elke, General Atomics (GA), vysvětlila: „Sekvenční buzení vodicích prvků vytváří magnetickou vlnu, která se pohybuje po vodicích kolejnicích a nutí vozík a tím i letadlo po celé délce vodicích kolejnic rychlostí potřebnou pro úspěšný vzlet z paluby. Tento proces vyžaduje několik megawattů elektřiny. “
Princip činnosti elektromagnetického hmotnostního urychlovače, alias railgun, neboli kolejového děla, je podobný principu činnosti elektromagnetického katapultu EMALS. Vygenerovaných několik megawattů energie je vedeno po dvou vodicích kolejnicích (stejně jako dvě vodicí kolejnice systému EMALS) k vytvoření magnetického pole. Jak vysvětlil John Finkenaur, vedoucí nových technologií společnosti Raytheon: „Poté, co systém nahromadil určité množství energie, kondenzátory (ukládají generovaný elektrický náboj) vysílají elektrický impuls podél dvou kolejnic (jedna z nich je záporně nabitá a other is positive), vytváří elektromagnetické pole “. Pod vlivem tohoto pole se projektil začne pohybovat v hlavně se dvěma dlouhými kolejnicemi velmi vysokou rychlostí. Otevřené zdroje tvrdí, že rychlosti mohou dosáhnout 7 Machových čísel (asi 8600 km / h). Střela váží přibližně 11 kg a nemá bojovou nálož. Tělo střely, vyplněné prvky s wolframovým nárazem, je uzavřeno v plášti ze slitiny hliníku, který je vyhozen poté, co střela opustí hlaveň. Vysoká rychlost setkání střely s cílem v kombinaci s údernými prvky způsobuje značnou destrukci bez výbušnin.
Magnetická přitažlivost
Parní katapulty, které mají být nahrazeny systémem EMALS, jsou na letadlových lodích v mnoha zemích od 50. let. Po dlouhou dobu byli považováni za nejefektivnější technologii, která je schopná například zrychlit letadlo o hmotnosti 27 300 kg na rychlost 240 km / h z délky paluby 300 metrů. K provedení této práce potřebuje katapult přibližně 615 kg páry na každý vstup, navíc hydraulické zařízení, vodu k zastavení katapultu, jakož i čerpadla, elektromotory a řídicí systémy. Jinými slovy, tradiční parní katapult, přestože svou práci plní perfektně, je velmi velké a těžké zařízení, které vyžaduje značnou údržbu. Navíc se ukázalo, že náhlé otřesy během vzletu zkracují životnost letadel na bázi letadlových lodí. Parní katapulty mají také omezení na typy letadel, která mohou vypustit; situaci komplikuje zejména skutečnost, že hmotnost letadel se neustále zvyšuje a brzy se může stát, že se modernizace letadel na bázi nosičů stane nemožnou. Například podle údajů poskytnutých flotilou má stíhací letoun Boeing F / A-18E / F Super Hornet maximální vzletovou hmotnost 30 tun, zatímco předchozí stíhací letoun Douglas A-4F Skyhawk, který byl nakonec vyřazen ze služby v polovině 80. let, měl vzletovou hmotnost 11, 2 tuny.
Podle Elkeho: „Letouny jsou dnes stále těžší, rychlejší a funkčnější, potřebují účinný startovací systém s vyšší účinností a větší flexibilitou, aby mohly mít různé rychlosti startu potřebné ke vzletu z paluby každého typu letadla.“Podle společnosti General Atomics bude systém EMALS ve srovnání s parními katapulty o 30 procent účinnější a bude vyžadovat menší objem a údržbu než jeho předchůdci, což zjednoduší jeho instalaci na různé lodě s různou konfigurací katapultu. Například letadlové lodě třídy Nimitz mají čtyři parní katapulty, zatímco jediná francouzská letadlová loď Charles de Gaulle má pouze dva katapulty. K prodloužení životnosti trupů letadel navíc přispěje různá zrychlení EMALS, přizpůsobená vzletové hmotnosti každého typu letadel s posádkou i bez posádky. "Díky menšímu instalačnímu prostoru, lepší efektivitě a flexibilitě, omezené údržbě a menším nákladům, EMALS výrazně zvyšuje možnosti a snižuje náklady, což dále podpoří rozvoj vozového parku," dodal Elke.
Podle Alexandra Changa z poradenské společnosti Avascent mají železniční zbraně také řadu výhod. „A hlavní věcí samozřejmě je, že mohou pálit projektily vysokou rychlostí řádově sedm Machů bez použití výbušnin.“Protože zdrojem energie kolejové zbraně je obecný napájecí systém celé lodi, jsou rizika spojená s přepravou výbušnin nebo pohonných hmot vyloučena. Vysoká počáteční rychlost kolejové zbraně, zhruba dvojnásobek počátečních rychlostí tradičních lodních děl, má za následek kratší doby zásahu a umožňuje lodi reagovat téměř současně na více hrozeb. To je způsobeno skutečností, že s každým novým projektilem není třeba nabíjet bojové nebo hnací náplně. Elke poznamenal, že „pomocí hlavic a pohonných hmot se zjednodušuje zásobování, snižují se náklady na jeden výstřel a logistická zátěž, zatímco relativně malé rozměry železniční zbraně umožňují zvýšení kapacity zásobníku … Má také mnohem delší dosah ve srovnání s jinými zbraněmi (například s raketami země-vzduch používanými k ochraně povrchových lodí) “. Zpráva Kongresu poznamenává, že zatím dva prototypy železničních děl vyrobených společnostmi Raytheon a General Atomics pro americké námořnictvo „mohou vypalovat projektily na energetické úrovni mezi 20 a 32 megajouly, což je dost na to, aby projektil doletěl 92–185 km“. Pokud porovnáme, pak podle otevřených zdrojů má 76 mm lodní kanón od OTO Melara / Leonardo počáteční rychlost řádově 2,6 Mach (3294 km / h), dosahující maximálního dosahu 40 km. Finkenaur uvedl, že „železniční zbraň může být použita pro palebnou podporu povrchových lodí, když je nutné poslat projektil stovky námořních mil, nebo může být použita pro ostřelování zblízka a protiraketovou obranu“.
Před námi výzvy
Technologie použitá v systému EMALS je již ve fázi implementace do výroby. Americké námořnictvo, které vybralo tento katapult navržený společností General Atomics ke vzletu z nových letadlových lodí třídy Ford, provedlo v listopadu 2016 své první zátěžové testy. Na první lodi této třídy, Geraldu R. Fordovi, byly do moře katapultovány balastní závaží simulující typické letadlo (video níže). Použito 15 skořepinových vozíků různých hmotností. První starty skončily neúspěšně, ale následující byly uznány jako úspěšné. Například podvozek o hmotnosti asi 6800 kg byl zrychlen na rychlost téměř 260 km / h a menší podvozek o hmotnosti 3600 kg byl zrychlen na 333 km / h. Podle Elkeho se systém také vyrábí a instaluje na letadlovou loď John F. Kennedy, jejíž přesun do flotily je naplánován na rok 2020. Společnost GA byla také vybrána jako jediný dodavatel EMALS letadlové lodi Enterprise, jejíž výstavba má začít v roce 2018. Elke poznamenal, že „také vidíme zájem ostatních států o naše elektromagnetické systémy vzletu a přistání, protože chtějí mít ve svých flotilách nové technologie a letouny založené na nosičích“. Je však třeba poznamenat, že zatímco technologie EMALS je připravena k výrobě, samotný systém nelze nainstalovat na drtivou většinu letadlových lodí v provozu kvůli množství energie potřebné k jeho provozu.
Kromě výše uvedeného má železniční zbraň řadu vážných nevýhod. Podle Finkenaura „jedním z problémů používání elektromagnetické technologie v obranném sektoru je udržování hlavně v provozuschopném stavu a snížení opotřebení hlavně po každém vystřelení střely“. Rychlost, s jakou střela opouští hlaveň, skutečně způsobuje takové opotřebení, že při počátečních testech musela být hlaveň po každém výstřelu zcela přestavěna. „Pulzní výkon znamená výzvu uvolnit obrovské množství energie a koordinovat spolupráci pulzních energetických modulů na jeden výstřel.“Všechny tyto moduly musí ve správný okamžik uvolnit nahromaděnou elektřinu, aby vytvořily potřebnou sílu magnetického pole a vytlačily projektil z hlavně. A konečně, množství energie potřebné k urychlení střely na takové rychlosti s sebou nese problém zabalení nezbytných součástí zbraně do dostatečně malých fyzických rozměrů, aby mohla být instalována na povrchové lodě různých tříd. Z těchto důvodů se podle Finkenaura mohou malé železniční zbraně dostat do služby v příštích pěti letech, zatímco na loď bude v příštích 10 letech pravděpodobně nainstalována železniční zbraň s plným výkonem 32 megajoulů.
Hyperaktivita
Podle Changa „nedávno americké námořnictvo začalo věnovat menší pozornost zlepšování technologie kolejového děla a zaměřilo svou pozornost na schopnosti hypersonického projektilu HVP (Hyper Velocity Projectile), do kterého se snadno vejdou stávající tradiční zbraně“. V technickém dokumentu o HVP, publikovaném v září 2012 americkým výzkumným úřadem pro námořnictvo, je popsán jako „všestranný projektil s nízkým odporem, který je schopen provádět různé mise z různých zbraňových systémů“, který v Kromě železničního děla obsahuje standardní americké námořní systémy: 127 mm námořní dělo Mk. 45 a pokročilý dělostřelecký držák 155 mm Advanced Gun System vyvinutý společností BAE Systems. Podle společnosti BAE Systems je „speciální přísadou“konstrukce HVP její extrémně nízký aerodynamický odpor, což eliminuje potřebu raketového motoru, který je v konvenční munici široce využíván k rozšíření dosahu.
Podle zprávy výzkumné služby CRS může tato střela při střelbě z instalace Mk.45 dosáhnout pouze poloviny (což je Mach 3, nebo asi 3704,4 km / h) rychlosti, které by mohla dosáhnout při střelbě z kolejnice dělo, což je však stále dvojnásobek rychlosti konvenčního projektilu vystřeleného z děla Mk. 45. Jak uvádí tisková zpráva amerického námořnictva, „HVP v kombinaci s Mk.45 zajistí plnění různých úkolů, včetně palebné podpory pro povrchové lodě, rozšíří možnosti flotily v boji proti vzdušným a povrchovým hrozbám … ale také s nově se objevujícími hrozbami."
Podle Changa je rozhodnutí odboru výzkumu ministerstva obrany investovat značné prostředky do rozvoje HVP zaměřeno na vyřešení problému opětovného vybavení lodí pro instalaci kolejového děla na ně. Americké námořnictvo tak bude moci použít hypersonický projektil HVP na své křižníky třídy Ticonderoga a torpédoborce třídy Arleigh Burke, z nichž každý nese dvě děla Mk.45. Železniční dělo ještě není technologicky připraveno k instalaci na nové torpédoborce třídy Zamvolt, z nichž první byl přijat do amerického námořnictva v říjnu 2016. Ale přinejmenším na konci vývoje bude střela HVP schopna vstoupit do muničního zatížení dělostřeleckých držáků 155 mm, jako je Advanced Gun System. Podle tiskové zprávy provedla flotila v lednu střelecké zkoušky střely HVP z armádní houfnice. Americké námořnictvo neposkytuje informace o tom, kdy může HVP vstoupit do služby se svými válečnými loděmi.
Průmyslový vývoj
V roce 2013 obdržela společnost BAE Systems od správy námořního výzkumu a vývoje smlouvu na 34,5 milionu dolarů na vývoj kolejového děla pro druhou fázi programu výstavby prototypu zbraně. V první fázi inženýři z Navy Surface Weapons Development Center úspěšně vypálili prototyp Raytheon EM Railgun a dosáhli energetické hladiny 33 megajoulů. Podle společnosti BAE Systems má společnost ve druhé fázi v úmyslu přejít od jednorázového k výbuchu a vyvinout automatický zaváděcí systém, jakož i systémy tepelné regulace pro chlazení zbraně po každém výstřelu. V roce 2013 společnost BAE Systems také obdržela od tohoto oddělení smlouvu na vývoj a předvádění HVP.
Společnost General Atomics začala vyvíjet technologii railgun již v roce 1983 jako součást iniciativy strategické obrany prezidenta Ronalda Reagana. Iniciativa byla zaměřena na „rozvoj programu protiraketové obrany založeného na vesmíru, který by mohl zemi chránit před rozsáhlým jaderným útokem“. Iniciativa ztratila na významu po skončení studené války a byla rychle opuštěna, částečně kvůli jejím přemrštěným nákladům. Tehdy bylo technických problémů víc než dost a železniční pušky nebyly výjimkou. První verze železničního děla vyžadovala k provozu děla tolik energie, že jej bylo možné umístit pouze do velkého hangáru, a proto podle Elke „za posledních osm let jsme zmenšili velikost elektroniky a polovodičů a vytvořil super velké kondenzátory."
Dnes již General Atomics vyvinula 30 megajoule železniční dělo a 10 megajoule Blitzer univerzální železniční dělo. Mezitím byl v červenci 2016 na otevřeném dosahu úspěšně předveden kondenzátor, který zjednodušuje proces ukládání energie pro střelbu z pomocných děl na pozemní vozidla. Elke v tomto ohledu dodal: „Úspěšně jsme také prokázali přenosnost kanónu Blitzer. Kanón byl rozebrán a transportován z testovacího stanoviště Dagway na testovací místo Fort Sill a tam znovu sestaven pro sérii úspěšných palebných testů během armádních manévrů 2016. “
Raytheon také aktivně vyvíjí technologii železničních děl a inovativní pulzní energetickou síť. Finkenaur vysvětlil: „Síť se skládá z mnoha impulsních energetických kontejnerů o délce 6,1 m a výšce 2,6 metru, ve kterých jsou umístěny desítky malých bloků nazývaných pulzní napájecí moduly. Úkolem těchto modulů je na několik sekund akumulovat potřebnou energii a v okamžiku ji uvolnit. “Když vezmeme požadovaný počet modulů a spojíme je dohromady, pak mohou poskytnout potřebný výkon pro provoz railgun.
Protiváha k hrozbám
Náměstek ministra obrany USA Bob Work ve svém projevu v dubnu 2016 v Bruselu poznamenal, že „Rusko i Čína zlepšují schopnost svých speciálních operačních sil operovat denně na moři, na souši i ve vzduchu. V kyberprostoru, elektronických protiopatřeních a ve vesmíru začínají být docela silní. “Hrozby, které tento vývoj představuje, donutily Spojené státy a země NATO vyvinout takzvanou společnou „třetí strategii protiváhy“TOI (Third Offset Initiative). Jak uvedl v roce 2014 tehdejší ministr obrany Heigel, cílem TOI je vyrovnat nebo ovládnout vojenské kapacity Číny a Ruska, vyvinuté zavedením nejnovější technologie. V této souvislosti představují železniční zbraně, a zejména hypersonické projektily, klíčové schopnosti čelit nebo neutralizovat potenciální hrozby, které představují zbraně Číny a Ruska, které byly zmíněny v úvodní části článku.
