Slogan "Velocitas Eradico", ki ga je ameriška mornarica uporabila za raziskave elektromagnetnih tirnic, je povsem skladen s končnim ciljem. Ohlapno preveden iz latinščine ta izraz pomeni "Hitrost ubija". Elektromagnetne tehnologije se uspešno razvijajo na pomorskem področju, kar odpira možnosti za ofenzivno orožje in delovanje letalskih nosilcev.
Poročilo, ki ga je oktobra 2016 za kongresno raziskovalno službo napisal Ronald O'Rurk z naslovom Lasers, Rail Guns and Hypersonic Projectiles: Background and Challenges for the US Congress, navaja: od protiladijskih križarskih raket (ASM) in proti ladij balistične rakete (ABM), so nekateri opazovalci zaskrbljeni zaradi preživetja površinskih ladij v možnih bojnih spopadih s nasprotniki, kot je Kitajska, ki so oborožene s sodobnimi protiladijskimi raketami in protibalističnimi raketami. Prvi in edini na svetu FGM DF-21D (Dufeen-21) srednjega dosega, ki ga je razvila Kitajska akademija za mehaniko in elektroniko China Changfeng, se je aktivno razpravljal v svetovnih mornaricah; ta raketa je bila prikazana v Pekingu septembra 2015 ob koncu parade druge svetovne vojne. Medtem poročilo ugotavlja, da ruska flota še naprej uvaja družino protiladanskih in zemeljskih križarskih raket 3M-54 Caliber s satelitskim inercijskim / radarskim vodenjem, ki ga je razvil oblikovalski biro Novator.
Medtem ko nekatere države, na primer Kitajska in Rusija, še naprej opremljajo svoje ladje z močnim orožjem, je ameriška mornarica skupaj z drugimi zahodnimi mornaricami vse bolj zaskrbljena zaradi preživetja svojih površinskih vojnih ladij. Zmanjšanje števila osebja sili flote celega sveta, da se vedno bolj obračajo na obetavne tehnologije. Na primer po podatkih spletnega mesta globalsecurity.org naj bi se število aktivnih pripadnikov ameriške vojske do konca leta 2017 zmanjšalo za 200.000, na 1,28 milijona. V tem kontekstu se na področju obrambe elektromagnetne tehnologije hitro razvijajo kot obetavna rešitev zapletenih problemov, ki so v veliki meri povezani z oboroževanjem potencialnih nasprotnikov in zmanjšanjem osebja. V primerjavi s sedanjimi tradicionalnimi sistemi bodo te tehnologije, od katapultov letalskih nosilcev do tirnic (tirnic), stroškovno učinkovitejše in bodo zmanjšale število osebja.
Elektrika in magnetizem
Elektromagnetna energija je kombinacija električnega in magnetnega polja. Po definiciji, objavljeni na spletni strani Svetovne zdravstvene organizacije: »Električna polja nastajajo zaradi razlike v napetosti, višja kot je napetost, močnejše bo nastalo polje. Magnetna polja nastanejo pri premikanju nabitih delcev: močnejši je tok, močnejše je magnetno polje."
General Dynamics razvija EMALS (sistem za izstrelitev elektromagnetnih letal), obetaven sistem za izstrelitev letal na nosilcih, da nadomesti parne katapulte, ki imajo številne pomembne pomanjkljivosti, vključno z njihovo veliko maso, velikostjo in potrebo po shranjevanju velikih letal. količino vode na ladji, ki je zaradi agresivnih kemičnih lastnosti morske vode ni mogoče vzeti s seboj. Novi sistem je sestavljen iz dveh vzporednih tirnic, sestavljenih iz številnih elementov z indukcijskimi tuljavami, nameščenih v pilotski kabini letalskega nosilca, in nosilca, ki je nameščen na sprednjem kolesu letala. Megan Elke, General Atomics (GA), je pojasnila: »Zaporedno vzbujanje vodilnih elementov ustvarja magnetni val, ki potuje po vodilnih tirnicah in sili nosilec ter s tem letalo vzdolž celotne dolžine vodilnih tirnic s hitrostjo, potrebno za uspešen vzlet s krova. Ta proces zahteva več megavatov električne energije."
Načelo delovanja elektromagnetnega pospeševalnika mase, znanega tudi kot železniška pištola, imenovano tudi železniška pištola, je podobno načelu delovanja elektromagnetnega katapulta EMALS. Ustvarjena več megavatov energije se usmerja vzdolž dveh vodilnih tirnic (tako kot dve vodilni tirnici sistema EMALS) za ustvarjanje magnetnega polja. Kot je pojasnil John Finkenaur, vodja novih tehnologij pri Raytheonu: »Ko je sistem nabral določeno količino energije, kondenzatorji (shranijo proizvedeni električni naboj) pošiljajo električni impulz vzdolž dveh tirnic (eden od njih je negativno nabit in drugo je pozitivno), ki ustvarja elektromagnetno polje . Pod vplivom tega polja se projektil začne premikati v cevi z dvema dolgima tirnicama z zelo veliko hitrostjo. Odprti viri trdijo, da lahko hitrosti dosežejo 7 Mahovih števil (približno 8600 km / h). Izstrelek tehta približno 11 kg in nima bojnega naboja. Telo izstrelka, napolnjeno z udarnimi elementi iz volframa, je zaprto v ohišju iz aluminijeve zlitine, ki se zavrže, ko izstrelek zapusti cev. Velika hitrost srečanja projektila s tarčo v kombinaciji z udarnimi elementi povzroči znatno uničenje brez eksploziva.
Magnetna privlačnost
Parni katapulti, ki naj bi jih zamenjal sistem EMALS, so na letalskih nosilcih v mnogih državah že od 50. let. Dolgo so veljali za najučinkovitejšo tehnologijo, ki je na primer sposobna pospešiti letalo, ki tehta 27.300 kg, na hitrost 240 km / h z dolžine krova 300 metrov. Za opravljanje tega dela katapult potrebuje približno 615 kg pare za vsak vstop, plus hidravlično opremo, vodo za zaustavitev katapulta, pa tudi črpalke, elektromotorje in krmilne sisteme. Z drugimi besedami, tradicionalni parni katapult, čeprav odlično opravlja svoje delo, je zelo velika in težka oprema, ki zahteva znatno vzdrževanje. Poleg tega se je pokazalo, da nenadni sunki med vzletom skrajšajo življenjsko dobo letal na nosilcih letal. Parni katapulti imajo tudi omejitve glede tipov letal, ki jih lahko izstrelijo; položaj še posebej zapleta dejstvo, da se masa letal nenehno povečuje in se lahko kmalu zgodi, da postane posodobitev letalskih prevoznikov nemogoča. Na primer, po podatkih flote ima Boeingov letalski nosilec F / A-18E / F Super Hornet največjo vzletno težo 30 ton, prejšnji borec Douglas A-4F Skyhawk, ki je bil nazadnje umaknjen iz uporabe sredi osemdesetih let, je imel vzletno težo 11,2 tone.
Elke pravi: "Letala so danes vse težja, hitrejša in funkcionalnejša, zato potrebujejo učinkovit sistem za izstrelitev z večjo učinkovitostjo in večjo prilagodljivostjo, da imajo različne hitrosti izstrelitve, potrebne za vzlet s krova vsakega tipa letala." Po mnenju General Atomics bo sistem EMALS v primerjavi s parnimi katapulti 30 -odstotno učinkovitejši in bo zahteval manj prostornine in vzdrževanja kot njegovi predhodniki, kar bo poenostavilo njegovo namestitev na različne ladje z različnimi konfiguracijami katapultov. Na primer, letalonosilke razreda Nimitz imajo štiri parne katapulti, edini francoski letalski nosilec Charles de Gaulle pa le dva katapulta. Poleg tega bodo različni pospeški EMALS, prilagojeni vzletni teži vsakega tipa zrakoplova s posadko ali brez posadke, prispevali k podaljšani življenjski dobi trupov letal. "Z manj prostora za namestitev, boljšo učinkovitostjo in prilagodljivostjo ter zmanjšanim vzdrževanjem in številom zaposlenih EMALS znatno poveča zmogljivosti in zniža stroške, kar bo dodatno podprlo razvoj voznega parka," je dodala Elke.
Po besedah Alexandra Changa iz svetovalnega podjetja Avascent imajo tirnice tudi številne prednosti. "In glavna stvar je seveda, da lahko izstrelijo izstrelke z veliko hitrostjo reda 7 mah brez uporabe eksploziva." Ker je vir energije železniške puške splošni sistem oskrbe z električno energijo celotne ladje, so tveganja, povezana s prevozom eksploziva ali pogonskih goriv, izključena. Visoke začetne hitrosti tirnice, približno dvakratne začetne hitrosti tradicionalnih ladijskih topov, povzročijo krajši čas zadetka in ladji omogočajo, da se skoraj istočasno odzove na več groženj. To je posledica dejstva, da z vsakim novim izstrelkom ni treba polniti bojnih ali pogonskih polnil. Elke je opozoril, da se "s pomočjo bojnih glav in pogonskih goriv poenostavi dobava, zmanjšajo se stroški enega strela in logistično breme, medtem ko razmeroma majhne dimenzije tirnice omogočajo povečanje zmogljivosti revije … Ima tudi veliko daljši doseg v primerjavi z drugim orožjem (na primer s projektili zemlja-zrak, ki se uporabljajo za zaščito površinskih ladij) «. Poročilo kongresu ugotavlja, da do zdaj dve prototipni tirnici, ki sta jo izdelali Raytheon in General Atomics za ameriško mornarico, "lahko izstrelita izstrelke na energijski ravni med 20 in 32 megajoulov, kar zadostuje za izstrelek, ki lahko preleti 92-185 km". Če primerjamo, potem ima po odprtih virih 76-milimetrska ladijska pištola iz OTO Melara / Leonardo začetno hitrost reda 2,6 Mach (3294 km / h), ki doseže največji doseg 40 km. Finkenaur je izjavil, da se "železniška puška lahko uporablja za ognjeno podporo površinskih ladij, kadar je treba poslati izstrelek na stotine navtičnih milj, ali pa se lahko uporablja za streljanje na bližino in protiraketno obrambo."
Izzivi pred nami
Tehnologija, uporabljena v sistemu EMALS, je že v fazi uvajanja v proizvodnjo. Ameriška mornarica, ki je izbrala ta katapult, zasnovan v podjetju General Atomics, za vzlet z novih letalskih nosilcev razreda Ford, je novembra 2016 izvedla prve stresne teste. Na prvi ladji tega razreda, Geraldu R. Fordu, so bile v morje izvržene balastne uteži, ki simulirajo značilno letalo (video spodaj). Rabljenih 15 vozičkov z različno težo. Prvi izstrelitve so se končale neuspešno, vendar so bile naslednje prepoznane kot uspešne. Na primer, podstavni voziček, težak približno 6800 kg, je bil pospešen do hitrosti skoraj 260 km / h, manjši podstavni voziček, težak 3600 kg, pa do 333 km / h. Kot pravi Elke, se sistem izdeluje in namešča tudi na letalski nosilec John F. Kennedy, ki naj bi bil leta 2020 prenesen v floto. Podjetje GA je bilo izbrano tudi za edinega izvajalca EMALS za letalski nosilec Enterprise, ki naj bi ga začeli graditi leta 2018. Elke je opozoril, da "vidimo tudi zanimanje drugih držav za naše elektromagnetne vzletno-pristajalne sisteme, saj želijo imeti v svojih flotah nove tehnologije in letala na osnovi letalskih prevoznikov." Vendar je treba omeniti, da čeprav je tehnologija EMALS pripravljena za proizvodnjo, samega sistema zaradi količine energije, potrebne za njegovo delovanje, ni mogoče namestiti na veliko večino letalskih nosilcev.
Poleg zgoraj navedenega ima železniška pištola številne resne pomanjkljivosti. Po mnenju Finkenaurja je "eden od problemov uporabe elektromagnetne tehnologije v obrambnem sektorju vzdrževanje cevi v delujočem stanju in zmanjšanje obrabe cevi po vsakem izstrelku projektila." Hitrost, s katero izstrelek zapusti cev, povzroči tako obrabo, da je bilo treba v prvih preskusih cev po vsakem strelu popolnoma obnoviti. "Impulzna moč vključuje izziv sproščanja ogromne količine energije in usklajevanja skupnega delovanja modulov impulzne moči za en posnetek." Vsi ti moduli morajo sprostiti akumulirano elektriko v pravem trenutku, da ustvarijo potrebno jakost magnetnega polja in izstrelijo izstrelek iz cevi. Konec koncev, količina energije, ki je potrebna za pospešitev izstrelka do takšnih hitrosti, pomeni problem pakiranja potrebnih sestavnih delov pištole v dovolj majhne fizične dimenzije, da jih je mogoče namestiti na površinske ladje različnih razredov. Zaradi teh razlogov bi po mnenju Finkenaurja majhne železniške puške lahko začele obratovati v naslednjih petih letih, medtem ko bo tirnica s polno močjo 32 megajoulov verjetno nameščena na ladjo v naslednjih 10 letih.
Hiperaktivnost
Po besedah Chang -a je "v zadnjem času ameriška mornarica začela manj pozornosti posvečati izboljšanju tehnologije tirnice in se osredotočila na zmogljivosti hiperzvočnega projektila HVP (Hyper Velocity Projectile), ki se zlahka prilega obstoječim tradicionalnim puškam." V tehničnem dokumentu o HVP, ki ga je septembra 2012 izdal ameriški raziskovalni urad mornarice, je opisan kot "vsestranski, vodeni projektil z nizkim uporom, ki lahko opravlja različne naloge iz različnih orožnih sistemov", ki je v poleg železniške puške vključuje tudi standardne ameriške pomorske sisteme: 127-milimetrsko mornariško pištolo Mk.45 in 155-milimetrski napredni topniški nosilec Advanced Gun System, ki ga je razvil BAE Systems. Po navedbah BAE Systems je "posebna sestavina" v zasnovi HVP njegov izredno nizek aerodinamični upor, ki odpravlja potrebo po raketnem motorju, ki se pogosto uporablja v običajnem strelivu za razširitev dosega.
Po poročilu raziskovalne službe CRS lahko pri izstrelitvi iz naprave Mk.45 ta izstrelek doseže le polovico (kar je 3 Mach ali približno 3704,4 km / h) hitrosti, ki bi jo lahko dosegel pri streljanju z tirnice pištolo, ki pa je še vedno dvakrat hitrejša od običajnega projektila, izstreljenega iz pištole Mk.45. Kot je navedeno v sporočilu za javnost ameriške mornarice, bo "HVP v kombinaciji z Mk.45 zagotovil izvajanje različnih nalog, vključno z ognjeno podporo za površinske ladje, razširil bo zmogljivosti flote v boju proti zračnim in površinskim grožnjam ampak tudi z nastajajočimi grožnjami."
Kot je dejal Chang, je odločitev raziskovalnega oddelka ministrstva za obrambo o vlaganju znatnih sredstev v razvoj HVP namenjena reševanju problema ponovnega opremljanja ladij za namestitev železniške puške nanje. Tako bo ameriška mornarica lahko uporabila hiperzvočni projektil HVP na svojih križarkah razreda Ticonderoga in uničevalcih razreda Arleigh Burke, od katerih bo vsaka nosila dve puški Mk.45. Tirna pištola še ni tehnološko pripravljena za namestitev na nove uničevalce razreda Zamvolt, prvega od njih so oktobra 2016 sprejeli v ameriško mornarico. Toda vsaj na koncu razvoja bo lahko projektil HVP vstopil v strelivo svojih 155-milimetrskih topniških nosilcev, kot je Advanced Gun System. V sporočilu za javnost je zapisano, da je flota januarja izvedla preskus strelnega projektila HVP iz vojaške haubice. Ameriška mornarica ne posreduje podatkov o tem, kdaj bo HVP lahko stopil v službo s svojimi vojaškimi ladjami.
Industrijski razvoj
Leta 2013 je BAE Systems od Uprave za pomorske raziskave in razvoj prejel pogodbo v višini 34,5 milijona dolarjev za razvoj tirnice za drugo fazo programa izdelave prototipov pištole. V prvi fazi so inženirji iz mornariškega centra za razvoj površinskega orožja uspešno izstrelili prototip Raytheon EM Railgun in dosegli raven energije 33 megajoulov. Po navedbah podjetja BAE Systems namerava v drugi fazi podjetje preiti z enojnega strela na rafal in razviti avtomatski sistem polnjenja ter sisteme za termično krmiljenje, ki bodo po vsakem strelu ohladili pištolo. Leta 2013 je BAE Systems od tega oddelka prejel tudi pogodbo za razvoj in predstavitev HVP.
General Atomics je začel razvijati tehnologijo železniških pušk leta 1983 kot del strateške obrambne pobude predsednika Ronalda Reagana. Pobuda je bila namenjena "razvoju vesoljskega programa protiraketne obrambe, ki bi lahko državo zaščitil pred obsežnim jedrskim napadom". Pobuda je po koncu hladne vojne izgubila svoj pomen in je bila hitro opuščena, deloma zaradi previsokih stroškov. Tehničnih težav je bilo takrat več kot dovolj in tirnice niso bile izjema. Prva različica železniške pištole je za delovanje pištole potrebovala toliko energije, da bi jo lahko namestili le v velikem hangarju, zato smo po besedah Elkeja "v zadnjih osmih letih zmanjšali velikost elektronike in polprevodnikov in ustvaril super velike kondenzatorje."
Danes je General Atomics že razvil 30 -megajoulski železniški top in 10 -megajoulevski univerzalni železniški top Blitzer. Medtem je bil julija 2016 na odprtem poligonu uspešno demonstriran kondenzator, ki poenostavlja proces shranjevanja energije za streljanje iz reliefnih pušk na zemeljska vozila. Elke je v zvezi s tem dodal: »Uspešno smo dokazali tudi prenosljivost topa Blitzer. Top je bil razstavljen in prepeljan iz poligona Dagway na poligon Fort Sill in tam ponovno sestavljen za vrsto uspešnih strelskih preizkusov med vojaškimi manevri leta 2016.
Raytheon aktivno razvija tudi tehnologijo železniškega orožja in inovativno omrežje impulzne energije. Finkenaur je pojasnil: »Mreža je sestavljena iz številnih impulznih zabojnikov za energijo, dolgih 6,1 m in visokih 2,6 metra, v katerih je na desetine majhnih blokov, imenovanih impulzni napajalni moduli. Delo teh modulov je, da za nekaj sekund naberejo potrebno energijo in jo v trenutku sprostijo. Če vzamemo potrebno število modulov in jih povežemo skupaj, lahko zagotovijo potrebno moč za delovanje tirnice.
Protiutež grožnjam
V govoru aprila 2016 v Bruslju je namestnik ameriškega obrambnega ministra Bob Work opozoril, da "tako Rusija kot Kitajska izboljšujeta sposobnost svojih sil za posebne operacije za vsakodnevno delovanje na morju, na kopnem in v zraku. Postajajo precej močni v kibernetskem prostoru, elektronskih protiukrepih in v vesolju. " Grožnje, ki jih predstavlja ta razvoj dogodkov, so prisilile ZDA in države Nata, da razvijejo tako imenovano skupno "tretjo protiutežno strategijo" TOI (pobuda za tretji offset). Kot je leta 2014 izjavil takratni obrambni minister Heigel, je cilj TOI izenačiti ali prevladati nad vojaškimi zmogljivostmi Kitajske in Rusije, razvitimi z uvedbo najnovejše tehnologije. V tem kontekstu železniške puške in zlasti hiperzvočni izstrelki predstavljajo ključne zmogljivosti za preprečevanje ali nevtralizacijo potencialnih groženj, ki jih predstavlja orožje Kitajske in Rusije, ki so bile omenjene v uvodnem delu članka.
