Ang slogan na "Velocitas Eradico", na kinunan ng American Navy para sa kanilang pagsasaliksik sa mga electromagnetic rail gun, ay lubos na naaayon sa pangunahing layunin. Malayang naisalin mula sa Latin, ang ekspresyong ito ay nangangahulugang "Bilis ng pagpatay." Ang mga teknolohiyang electromagnetic ay matagumpay na nabubuo sa larangan ng dagat, na nagbubukas ng mga prospect para sa nakakasakit na sandata at pagpapatakbo ng mga sasakyang panghimpapawid.
Isang ulat na isinulat ni Ronald O'Rurk noong Oktubre 2016 para sa Serbisyo ng Pananaliksik sa Kongreso, na pinamagatang Lasers, Rail Guns, at Hypersonic Projectiles: Background at Hamon para sa Kongreso ng Estados Unidos, nagsasaad: mula sa mga anti-ship cruise missiles (ASM) at anti-ship ang mga ballistic missile (ABMs), ang ilang mga tagamasid ay nababahala tungkol sa makakaligtas ng mga pang-ibabaw na barko sa mga posibleng bakbakan sa laban sa mga kalaban tulad ng Tsina, na armado ng mga modernong anti-ship missile at mga anti-ballistic missile. Ang una at nag-iisang medium-range FGM DF-21D (Dufeen-21) na binuo ng Chinese Academy of Mechanics and Electronics na si China Changfeng ay aktibong tinalakay sa mga navy ng mundo; ang rocket na ito ay ipinakita sa Beijing noong Setyembre 2015 sa pagtatapos ng parada ng World War II. Samantala, sinabi ng ulat na ang Russian fleet ay patuloy na naglalagay ng pamilya ng 3M-54 Caliber ng mga anti-ship at ground cruise missile na may patnubay na inertial / radar ng satellite na binuo ng Novator design bureau.
Habang ang ilang mga bansa, tulad ng Tsina at Russia, ay patuloy na nagbibigay ng kasangkapan sa kanilang mga barko ng mga malalakas na sandata, ang US Navy, kasama ang iba pang mga Western navies, ay lalong nag-aalala tungkol sa makakaligtas ng mga pang-ibabaw na warship nito. At ang pagbawas sa tauhan ay pinipilit ang mga fleet ng buong mundo na lalong lumipat sa mga nangangako na teknolohiya. Halimbawa, ayon sa website globalsecurity.org, ang bilang ng mga aktibong miyembro ng militar ng US ay inaasahang tatanggi ng 200,000 sa pagtatapos ng 2017, sa 1.28 milyon. Sa kontekstong ito, sa larangan ng pagtatanggol, ang mga teknolohiyang electromagnetic ay mabilis na umuunlad bilang isang promising solusyon sa mga kumplikadong problema, na higit na nauugnay sa pag-armas ng mga potensyal na kalaban at pagbawas ng mga tauhan. Kung ikukumpara sa kasalukuyang tradisyunal na mga sistema, ang mga teknolohiyang ito, mula sa mga catapor ng carrier ng sasakyang panghimpapawid hanggang sa mga baril ng riles (riles), ay magiging mas mabisa at mabawasan ang bilang ng mga tauhan.
Kuryente at magnetismo
Ang enerhiya ng electromagnetic ay isang kumbinasyon ng mga electric at magnetic field. Ayon sa kahulugan na inilathala sa website ng World Health Organization: "Ang mga electric field ay nilikha dahil sa pagkakaiba ng boltahe, mas mataas ang boltahe, mas malakas ang magiging resulta. Ang mga patlang ng magnetiko ay bumangon kapag lumilipat ang mga singil na labi: mas malakas ang kasalukuyang, mas malakas ang magnetic field."
Ang EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System), isang nangangako na sistema ng paglulunsad para sa sasakyang panghimpapawid na nakabase sa carrier, ay binuo ng General Dynamics upang palitan ang mga steam catapult, na mayroong isang bilang ng mga makabuluhang kawalan, kasama ang kanilang malaking masa, laki at pangangailangan na mag-imbak ng malaki dami ng tubig sa barko, na hindi maaaring madala sa dagat dahil sa agresibong mga kemikal na katangian ng tubig sa dagat. Ang bagong sistema ay binubuo ng dalawang magkatulad na daang-bakal, na binubuo ng maraming mga elemento na may mga coil ng induction, na naka-install sa loob ng flight deck ng carrier ng sasakyang panghimpapawid, pati na rin ang isang karwahe, na naka-mount sa harap na gulong ng sasakyang panghimpapawid. Si Megan Elke, General Atomics (GA), ay nagpaliwanag: "Ang sunud-sunod na paggulo ng mga elemento ng gabay ay lumilikha ng isang magnetikong alon na naglalakbay kasama ang mga riles ng gabay at pinipilit ang karwahe at sa gayon ang sasakyang panghimpapawid kasama ang buong haba ng mga riles ng gabay sa bilis na kinakailangan para sa isang matagumpay na take-off mula sa deck. Ang prosesong ito ay nangangailangan ng maraming megawatts ng kuryente."
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng electromagnetic mass accelerator, aka railgun, aka rail gun, ay katulad ng prinsipyo ng pagpapatakbo ng EMALS electromagnetic catapult. Ang nabuong maraming megawatts ng enerhiya ay naka-channel sa kahabaan ng dalawang gabay na daang-bakal (tulad ng dalawang gabay na riles ng sistema ng EMALS) upang lumikha ng isang magnetic field. Tulad ng ipinaliwanag ni John Finkenaur, pinuno ng mga bagong teknolohiya sa Raytheon: "Matapos ang sistema ay naipon ng isang tiyak na halaga ng enerhiya, ang mga capacitor (iimbak ang nabuong singil sa kuryente) ay nagpapadala ng isang salpok ng kuryente kasama ang dalawang daang-bakal (ang isa sa mga ito ay negatibong singil at ang ang iba ay positibo), lumilikha ng isang electromagnetic field ". Sa ilalim ng impluwensya ng patlang na ito, ang projectile ay nagsisimulang lumipat sa isang bariles na may dalawang mahahabang daang-bakal sa isang napakataas na bilis. Inaangkin ng mga bukas na mapagkukunan na ang mga bilis ay maaaring umabot sa 7 mga numero ng Mach (mga 8600 km / h). Ang projectile ay may bigat na humigit-kumulang na 11 kg at walang singil sa pagpapamuok. Ang katawan ng projectile, na puno ng mga nakakaakit na elemento ng tungsten, ay nakapaloob sa isang aluminyo na casing na haluang metal, na itinapon pagkatapos umalis ang projectile sa bariles. Ang mataas na bilis ng pagpupulong ng projectile na may target, kasama ng mga kapansin-pansin na elemento, ay nagdudulot ng malaking pagkasira nang walang anumang mga paputok.
Pang-akit ng magnetik
Ang mga Steam catapult, na papalitan ng sistemang EMALS, ay nasa mga carrier ng sasakyang panghimpapawid sa maraming mga bansa mula pa noong 50. Sa loob ng mahabang panahon, itinuturing silang pinaka mahusay na teknolohiya, na may kakayahan, halimbawa, ng pagpapabilis ng sasakyang panghimpapawid na may bigat na 27,300 kg sa bilis na 240 km / h mula sa haba ng kubyerta na 300 metro. Upang magawa ang trabahong ito, ang tirador ay nangangailangan ng humigit-kumulang na 615 kg ng singaw para sa bawat pagpasok, kasama ang mga kagamitan na haydroliko, tubig upang ihinto ang tirador, pati na rin ang mga bomba, de-kuryenteng motor at mga sistema ng pagkontrol. Sa madaling salita, ang tradisyonal na steam catapult, kahit na perpektong ginagawa nito ang trabaho, ay isang napakalaki at mabibigat na kagamitan na nangangailangan ng makabuluhang pagpapanatili. Bilang karagdagan, ang mga biglaang pagkabigla habang naglalabas ay ipinakita upang paikliin ang buhay ng sasakyang panghimpapawid na nakabase sa sasakyang panghimpapawid. Ang mga tirador ng singaw ay mayroon ding mga paghihigpit sa mga uri ng sasakyang panghimpapawid na maaari nilang mailunsad; lalo na kumplikado ang sitwasyon sa pamamagitan ng ang katunayan na ang dami ng sasakyang panghimpapawid ay patuloy na pagtaas at maaari itong mangyari sa lalong madaling panahon na ang paggawa ng makabago ng sasakyang panghimpapawid na batay sa carrier ay naging imposible. Halimbawa na-withdraw mula sa serbisyo noong kalagitnaan ng 1980s, nagkaroon ng pagbaba ng timbang na 11, 2 tonelada.
Ayon kay Elke: "Ang mga eroplano ngayon ay nagiging mas mabibigat, mas mabilis at mas maraming pagganap, kailangan nila ng isang mahusay na sistema ng paglunsad na may higit na kahusayan at higit na kakayahang umangkop upang magkaroon ng iba't ibang mga bilis ng paglunsad na kinakailangan upang mag-alis mula sa deck ng bawat uri ng sasakyang panghimpapawid." Ayon sa General Atomics, kumpara sa mga steam catapult, ang sistema ng EMALS ay magiging 30 porsyento na mas mahusay, na nangangailangan ng mas kaunting dami at pagpapanatili kaysa sa mga nauna sa kanya, na magpapasimple sa pag-install nito sa iba't ibang mga barko na may iba't ibang mga pag-configure ng catapult. Halimbawa, ang mga carrier ng sasakyang panghimpapawid na klase ng Nimitz ay may apat na mga catapult ng singaw, habang ang nag-iisa lamang na sasakyang panghimpapawid ng Pransya, si Charles de Gaulle, ay mayroon lamang dalawang mga tirador. Bilang karagdagan, ang iba't ibang mga acceleration ng EMALS, naayos sa bigat na take-off ng bawat uri ng sasakyang panghimpapawid na walang tao, ay mag-aambag sa mas mataas na buhay ng serbisyo ng mga hull ng sasakyang panghimpapawid. "Sa mas kaunting puwang sa pag-install, mas mahusay na kahusayan at kakayahang umangkop, at nabawasan ang pagpapanatili at mga headcount, ang EMALS ay makabuluhang nagdaragdag ng mga kakayahan at nagpapababa ng mga gastos, na higit na susuporta sa pagpapaunlad ng fleet," dagdag ni Elke.
Ayon kay Alexander Chang ng Avascent consulting company, ang mga railgun ay mayroon ding bilang ng mga kalamangan. "At ang pangunahing bagay, syempre, ay maaari silang magpaputok ng mga projectile sa isang bilis ng pagkakasunud-sunod ng Mach pito nang hindi gumagamit ng anumang mga paputok." Dahil ang mapagkukunan ng enerhiya ng railgun ay ang pangkalahatang sistema ng supply ng kuryente ng buong barko, ang mga panganib na nauugnay sa pagdadala ng mga pampasabog o propellant ay naibukod. Ang matataas na inisyal na bilis ng railgun, halos dalawang beses ang paunang bilis ng mga tradisyonal na kanyon ng barko, na nagreresulta sa mas maiikling oras ng hit at payagan ang barko na halos sabay na tumugon sa maraming banta. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa bawat bagong projectile hindi na kailangang singilin ang mga singil sa labanan o propellant. Sinabi ni Elke na "sa pamamagitan ng mga warhead at propellant, ang supply ay pinasimple, ang halaga ng isang shot at ang pasanin na pang-logistik ay nabawasan, habang ang medyo maliit na sukat ng railgun ay pinapayagan ang pagtaas sa kapasidad ng magazine … Mayroon din itong mas mahabang saklaw kumpara sa iba pang mga sandata (halimbawa, na may mga missile sa ibabaw-sa-hangin na ginamit upang protektahan ang mga pang-ibabaw na barko)”. Ang ulat sa Kongreso ay nabanggit na sa ngayon, ang dalawang prototype rail gun na itinayo nina Raytheon at General Atomics para sa US Navy ay "maaaring magpaputok ng mga projectile sa antas ng enerhiya sa pagitan ng 20 at 32 megajoules, na sapat para sa isang projectile na maglakbay sa 92-185 km". Kung ihinahambing namin, pagkatapos ay ayon sa bukas na mapagkukunan, ang 76-mm na baril ng barko mula sa OTO Melara / Leonardo ay may paunang bilis ng pagkakasunud-sunod ng Mach 2.6 (3294 km / h), na umaabot sa maximum na saklaw na 40 km. Inilahad ni Finkenaur na "ang railgun ay maaaring magamit para sa suporta sa sunog ng mga pang-ibabaw na barko kung kinakailangan upang magpadala ng isang projectile ng daan-daang mga pandagat sa dagat, o maaari itong magamit para sa malapitan na pagbaril at pagtatanggol ng misil."
Mga Hinahamon sa Unahan
Ang teknolohiyang ginamit sa sistema ng EMALS ay nasa yugto na ng pagpapatupad sa produksyon. Ang US Navy, na pumili ng catapult na dinisenyo ng General Atomics na mag-alis mula sa mga bagong carrier ng sasakyang panghimpapawid na klase ng Ford, ay nagsagawa ng unang mga pagsubok sa stress noong Nobyembre 2016. Sa unang barko ng klase na ito, ang Gerald R. Ford, mga ballast weight na simulate ng isang tipikal na sasakyang panghimpapawid ay naalis sa dagat (video sa ibaba). Gumamit ng 15 mga shell ng shell ng iba't ibang mga timbang. Ang mga unang paglulunsad ay hindi nagtapos nang matagumpay, ngunit ang mga sumusunod ay kinilala bilang matagumpay. Halimbawa, ang isang bogie na tumitimbang ng halos 6800 kg ay pinabilis sa bilis na halos 260 km / h, at ang isang mas maliit na bogie na may timbang na 3600 kg ay binilisan sa 333 km / h. Ayon kay Elke, ang sistema ay ginagawa rin at naka-install sa carrier ng sasakyang panghimpapawid na si John F. Kennedy, na naka-iskedyul na ilipat sa fleet sa 2020. Napili rin ang GA bilang nag-iisa na kontratista ng EMALS para sa carrier ng sasakyang panghimpapawid na Enterprise, na dahil sa magsisimulang konstruksyon sa 2018. Sinabi ni Elke na "nakikita rin namin ang interes ng iba pang mga estado sa aming mga electromagnetic take-off at landing system, dahil nais nilang magkaroon ng mga bagong teknolohiya at sasakyang panghimpapawid na batay sa carrier sa kanilang mga fleet." Gayunpaman, mahalagang tandaan na habang ang teknolohiya ng EMALS ay handa na para sa paggawa, ang system mismo ay hindi mai-install sa karamihan ng mga carrier ng sasakyang panghimpapawid sa serbisyo dahil sa dami ng kinakailangang enerhiya upang mapatakbo ito.
Bilang karagdagan sa nabanggit, ang baril ng riles ay may bilang ng mga malubhang kawalan. Ayon kay Finkenaur, "ang isa sa mga problema sa paggamit ng electromagnetic na teknolohiya sa sektor ng pagtatanggol ay ang pagpapanatili ng bariles sa pagkakasunud-sunod at pagbawas ng pagsusuot ng bariles pagkatapos ng bawat paglulunsad ng proyekto." Sa katunayan, ang bilis ng pag-iiwan ng projectile ng bariles ay nagdudulot ng tulad ng pagkasira na sa mga paunang pagsubok ang bariles ay dapat na ganap na muling itayo pagkatapos ng bawat pagbaril. "Ang lakas ng pulso ay nagsasangkot ng hamon ng paglabas ng isang napakalaking dami ng enerhiya at pag-uugnay ng pagtutulungan ng mga module ng kapangyarihan ng pulso para sa isang solong pagbaril." Ang lahat ng mga modyul na ito ay dapat palabasin ang naipon na kuryente sa tamang sandali upang makalikha ng kinakailangang lakas ng magnetikong patlang at itulak ang projectile mula sa bariles. Sa wakas, ang dami ng lakas na kinakailangan upang mapabilis ang projectile sa gayong mga bilis ay nagsasaad ng problema sa pag-iimpake ng mga kinakailangang sangkap ng baril sa sapat na maliit na pisikal na sukat upang mai-install ito sa mga pang-ibabaw na barko ng iba't ibang mga klase. Para sa mga kadahilanang ito, ayon sa Finkenaur, ang maliliit na baril ng riles ay maaaring pumasok sa serbisyo sa susunod na limang taon, habang ang isang railgun na may buong lakas na 32 megajoules ay malamang na mai-install sa isang barko sa susunod na 10 taon.
Hyperactivity
Ayon kay Chang, "kamakailan lamang ang US Navy ay nagsimulang magbayad ng mas kaunting pansin sa pagpapabuti ng teknolohiya ng rail gun at ibinaling ang pansin sa mga kakayahan ng HVP (Hyper Velocity Projectile) na hypersonic projectile, na madaling magkasya sa mayroon nang tradisyunal na mga baril." Sa isang teknikal na papel sa HVP, na inilathala noong Setyembre 2012 ng US Navy Research Office, inilarawan ito bilang "isang maraming nalalaman, mababang-drag, gabay na panunudyo na may kakayahang magsagawa ng iba't ibang mga misyon mula sa iba't ibang mga sistema ng sandata," kung saan, sa karagdagan sa rail gun, may kasamang karaniwang mga American naval system: 127-mm naval gun Mk. 45 at 155-mm advanced artillery mount Advanced Gun System na binuo ng BAE Systems. Ayon sa BAE Systems, isang "espesyal na sangkap" sa disenyo ng HVP ay ang ultra-low aerodynamic drag nito, tinatanggal ang pangangailangan para sa isang rocket motor, na malawakang ginagamit sa maginoo na bala upang mapalawak ang saklaw nito.
Ayon sa isang ulat mula sa serbisyo sa pagsasaliksik ng CRS, kapag nagpapaputok mula sa isang pag-install na Mk.45, ang projectile na ito ay maaaring umabot lamang sa kalahati (na kung saan ay Mach 3, o tungkol sa 3704.4 km / h) ng bilis na maabot nito kapag nagpaputok mula sa isang riles baril, kung saan, gayunpaman, doble pa rin ang bilis ng isang maginoo na pagpaputok na pinaputok mula sa isang Mk. 45 na baril. Tulad ng nakasaad sa isang press release mula sa US Navy, "Ang HVP na kasama ng Mk.45 ay magbibigay ng pagganap ng iba't ibang mga gawain, kabilang ang suporta sa sunog para sa mga pang-ibabaw na barko, mapapalawak nito ang mga kakayahan ng fleet sa paglaban sa mga banta sa hangin at sa ibabaw.. ngunit mayroon ding umuusbong na banta."
Ayon kay Chang, ang desisyon ng Kagawaran ng Pananaliksik ng Ministri ng Depensa na mamuhunan ng makabuluhang pondo sa pagpapaunlad ng HVP ay naglalayong lutasin ang problema ng muling pagbibigay ng mga barko para sa pag-install ng isang rail gun sa kanila. Sa gayon, magagamit ng US Navy ang HVP hypersonic projectile sa mga cruiseer ng klase ng Ticonderoga at mga maninira ng Arleigh Burke-class, bawat isa ay nagdadala ng dalawang Mk.45 na baril. Ang rail gun ay hindi pa handa sa teknolohikal na pag-install para sa mga bagong nagsisira sa klase ng Zamvolt, ang una ay tinanggap sa US Navy noong Oktubre 2016. Ngunit, hindi bababa sa pagtatapos ng pag-unlad, ang projectile ng HVP ay makakapasok sa load ng bala ng kanilang 155-mm artillery mount tulad ng Advanced Gun System. Ayon sa pahayag, ang armada ay nagsagawa ng mga pagsubok sa pagpapaputok ng isang projectile ng HVP mula sa isang howitzer ng hukbo noong Enero. Ang US Navy ay hindi nagbibigay ng impormasyon kung kailan maaaring pumasok ang HVP sa serbisyo kasama ang mga warship.
Mga pagpapaunlad ng industriya
Noong 2013, nakatanggap ang BAE Systems ng isang $ 34.5 milyong kontrata mula sa Naval Research and Development Administration para sa pagpapaunlad ng isang rail gun para sa ikalawang yugto ng programa ng pagbuo ng prototype ng baril. Sa unang yugto, matagumpay na pinaputok ng mga inhinyero mula sa Surface Weapon Development Center ng Navy ang prototype ng Raytheon EM Railgun, na umaabot sa antas ng enerhiya na 33 megajoules. Ayon sa BAE Systems, sa pangalawang yugto, nilalayon ng kumpanya na lumipat mula sa solong-pagbaril patungo sa pagsabog ng apoy at bumuo ng isang awtomatikong sistema ng paglo-load, pati na rin ang mga sistemang pang-kontrol ng thermal upang palamig ang baril pagkatapos ng bawat pagbaril. Noong 2013 ang BAE Systems ay nakatanggap din ng isang kontrata mula sa kagawaran na ito para sa pagpapaunlad at pagpapakita ng HVP.
Sinimulan ng General Atomics ang pagbuo ng teknolohiya ng railgun noong 1983 bilang bahagi ng Strategic Defense Initiative ni Pangulong Ronald Reagan. Ang inisyatiba ay naglalayon sa "pagbuo ng isang programa ng pagtatanggol sa misayl na nakabatay sa puwang na maaaring maprotektahan ang bansa mula sa isang malakihang atake sa nukleyar." Nawala ang pagkakaugnay ng inisyatiba pagkatapos ng pagtatapos ng Cold War at mabilis na iniwan, dahil sa bahagi ng labis na gastos. Mayroong higit sa sapat na mga teknikal na problema noon, at ang mga railgun ay walang pagbubukod. Ang unang bersyon ng baril ng riles ay nangangailangan ng sobrang lakas upang patakbuhin ang baril na maaari lamang itong ilagay sa isang malaking hangar, at samakatuwid, ayon kay Elke, "sa nakaraang walong taon, nabawasan namin ang laki ng electronics at semiconductors at lumikha ng napakalaking capacitor."
Ngayon, ang General Atomics ay nakagawa na ng 30 megajoule rail cannon at isang 10 megajoule Blitzer universal rail cannon. Samantala, ang isang kapasitor na pinapasimple ang proseso ng pag-iimbak ng enerhiya para sa pagpapaputok mula sa mga relief baril sa mga sasakyan sa lupa ay matagumpay na naipakita noong Hulyo 2016 sa isang bukas na saklaw. Dagdag pa ni Elke hinggil sa bagay na ito: Ang kanyon ay na-disassemble at dinala mula sa Dagway test site patungo sa lugar ng pagsubok ng Fort Sill at muling pinagtagpo doon para sa isang serye ng mga matagumpay na pagsubok sa pagpapaputok sa panahon ng pagmamaneho ng hukbo ng 2016."
Aktibo ring binubuo ng Raytheon ang teknolohiya ng rail gun at isang makabagong pulsed na network ng enerhiya. Ipinaliwanag ni Finkenaur: "Ang network ay binubuo ng maraming pulsed power lalagyan na 6.1 m ang haba at 2.6 metro ang taas, na kung saan nakalagay ang dose-dosenang maliliit na bloke na tinatawag na pulsed power modules. Ang gawain ng mga modyul na ito ay upang maipon ang kinakailangang lakas sa loob ng ilang segundo at bitawan ito sa isang iglap. " Kung kukunin namin ang kinakailangang bilang ng mga module at ikonekta silang magkasama, maaari nilang ibigay ang lakas na kinakailangan para sa operasyon ng railgun.
Counterbalance sa mga banta
Sa isang talumpati noong Abril 2016 sa Brussels, sinabi ng Deputy Deputy of Defense ng US na si Bob Work na "kapwa pinapabuti ng Russia at China ang kakayahan ng kanilang mga espesyal na pwersa sa pagpapatakbo na gumana sa dagat, sa lupa at sa himpapawid araw-araw. Nagiging malakas sila sa cyberspace, electronic countermeasures at sa kalawakan. " Ang mga banta na dulot ng mga pagpapaunlad na ito ay pinilit ang mga bansang Estados Unidos at NATO na paunlarin ang tinatawag na karaniwang "Ikatlong Diskarte sa Pamamagitan ng Balanse" TOI (Third Offset Initiative). Tulad ng sinabi noon ng Ministro ng Depensa na si Heigel noong 2014, ang layunin ng TOI ay upang pantayin o mangibabaw ang mga kakayahan ng militar ng Tsina at Russia, na binuo sa pamamagitan ng pagpapakilala ng pinakabagong teknolohiya. Sa kontekstong ito, ang mga baril ng tren, at partikular ang mga proyektong hypersonic, ay kumakatawan sa mga pangunahing kakayahan upang kontrahin o i-neutralize ang mga potensyal na banta na idinulot ng mga sandata ng Tsina at Russia, na nabanggit sa pambungad na bahagi ng artikulo.
