Прозрачная защита: поиски новых решений

Керамический полукристаллический материал Perlucor доступен в разных формах и для разного использования, многие производители прозрачной защиты используют его для своих комбинированных решений

Повышение ситуационной осведомленности водителей и экипажей стало ключевой проблемой, так как асимметричные боевые действия требуют лучшей оценки ситуации вокруг машины, как с точки зрения эксплуатации, так и с точки зрения безопасности.



Последнее во многом связано с окружающей обстановкой, когда зачастую боевая машина движется по городским дорогам, забитыми гражданскими транспортными потоками из автомобилей, мотоциклов, велосипедов и пешеходов; любое происшествие может оказать серьезные последствия на взаимоотношения с местным населением, негативно повлиять на операцию «по завоеванию сердец и умов». Строго говоря, с точки зрения военного, способность видеть то, что надлежит видеть в непосредственной близости, позволяет водителю полностью использовать возможности машины, а десантникам в полной мере оценить ситуацию и повысить эффективность своих действий при десантировании с машины.

Во все более виртуальном мире многочисленные компании занимаются цифровыми решениями, зачастую называемыми «прозрачной защитой», используя сенсоры для обеспечения водителя и экипажа изображениями, с которыми они могут «играть», и, в конечном счете, добавляя на них элементы виртуальной реальности с целью повышения уровня вождения или боевой эффективности. В то время как широкие экраны в десантном отделении бронетранспортеров или боевых машин пехоты становятся довольно обычным делом, а полностью виртуальные рабочие места водителя пока тестируются, эргономические соображения остаются на первом плане. При этом все чаще используются более крупные прозрачные поверхности. В последнее время легкие бронированные машины, в основном используемые для разведывательных задач, оборудуются широкими лобовыми и боковыми стеклами. То же самое применимо к категории войскового транспорта MRAP, появившейся в ходе ведения боевых действий в Ираке и Афганистане в начале 2000-х. Что касается боевых машин, некоторые компании практикуют использование широких лобовых стекол с целью улучшения обзорности внешнего мира для водителя и командира.

Как правило, средний коэффициент массы между традиционной прозрачной защитой и непрозрачной броней составляет примерно 4:1. Так как бронированное стекло всегда располагается в верхней части машины, проблема не только в самой массе как таковой, снижающей полезную грузоподъемность, но также и в центре тяжести, который неизбежно поднимается, снижая при этом устойчивость. Кроме того, обычная прозрачная защита не вписывается в правило повышения уровня защиты, поскольку проблемы с пропусканием света и искажением картинки растут вместе с толщиной стекла. Еще одним ключевым элементом в уравнении прозрачной брони является стоимость: экзотические решения, уже предлагаемые многими производителями, в основном базируются на прозрачной керамике, но при этом остаются значительно дороже традиционных стекол.

Впрочем, чтобы реально оценивать дополнительные издержки, мы должны балансировать между «за» и «против»: более легкое стекло означает либо повышение полезной грузоподъемности, либо сниженный износ механических компонентов. Поскольку толщина также уменьшается, то это позволяет сэкономить на массе рам для стекол. Многие изготавливаемые в настоящее время машины с базовым уровнем защиты могут принимать сменные комплекты, позволяющие повысить этот уровень, и это в полной мере справедливо для прозрачной брони. Более легкое решение, обеспечивающее полный уровень защиты, позволяет избежать добавления комплекта прозрачной защиты, создающего существенно больше проблем, чем добавление комплекта непрозрачной брони касательно: первое, характеристик, поскольку оптические свойства становятся критичными, и второе, логистики, так как с комплектом прозрачной брони необходимо обращаться с большей осторожностью, чем с комплектами непрозрачной защиты. Производители прозрачной брони решают и другие вопросы, среди которых: срок службы - прочность бронестекла снижается со временем; стоимость - чем дольше срок службы, тем меньше влияние на затраты жизненного цикла машины; сопротивление внешним факторам, например песчаные бури; способность выдерживать большие перепады температур, например использование системы кондиционирования в очень жаркой местности.

Как было сказано, преимущество всех цифровых систем заключается в упрощенной реализации виртуальных технологий, когда могут быть легко добавлены элементы виртуальной реальности. Впрочем, это частично осуществимо и для бронестекол, например проецирование связанных с вождением данных на лобовом стекле в настоящее время реализовано в коммерческих автомобилях (представляет собой дальнейшее развитие технологии проецирования панели приборов на лобовом стекле кабины пилота).

Немецкая компания GuS - один из основных европейских производителей бронированного стекла для военных целей. В последнее время она сумела уменьшить его удельную плотность более чем на 10%, соответственно уменьшить толщину и повысить светопропускаемость. Среди ее новейших изделий стекло с Уровнем защиты 4, плотность которого составляет теперь 294 кг/м2, толщина 124 мм и светопропускаемость 73%, ее стекло с Уровнем защиты 3 почти на 20% легче предыдущего варианта, его характеристики соответственно 177 кг/м2, 86 мм и 85%. GuS, чьи бронестекла устанавливались на многие транспортные средства, эксплуатируемые Бундесвером в Афганистане, также разработала экономичное решение, названное «быстрый ремонт», которое позволяет быстро возвращать без замены цельного лобового стекла в эксплуатацию те машины, чьи прозрачные поверхности были испорчены царапинами. В 2017 году немецкая компания из города Люббекке должна показать новый материал на основе прозрачной керамики, разработанный в сотрудничестве с CeramTec (см. далее), способный выдержать угрозы, начиная от Уровня 2 и кончая Уровнем 4. GuS также является одним из основных поставщиков перископов, большая часть европейских гусеничных и колесных бронированных машин оснащена этими системами. Она разработала широкие перископы с увеличенным вертикальным полем зрения, что обеспечивает оптимальный обзор для водителя и командира и заменяет лобовое стекло, при этом гарантируя высокие Уровни защиты, вплоть до 4-го или 5-го. Это позволяет значительно снизить стоимость и массу типичного лобового стекла Уровня 4, весящего свыше 300 кг, тогда как решение GuS добавляет всего 50 кг к массе машины.


Традиционная стеклянная панель от компании GuS после попадания трех пуль. В 2017 году компания должна объявить о новых решениях на основе керамики


Немецкая компания IBD, ведущий производитель бронированной защиты, разработала легкие решения на основе нанокерамики

Немецкая компания IBD, являясь одним из поставщиков решений по бронированию, активно использует технологии керамики, особенно нанокерамики. Таким образом, не является сюрпризом, что компания, специализирующаяся на непрозрачной броне, разработала на основе керамики прозрачную броню, которая уже находила применение на практике какое-то время, но сейчас находится на последнем этапе квалификации в двух странах. Решение Уровня 3 имеет плотность 56 кг/м2, а это менее трети в сравнении с обычной бронированным стеклом. В основе технологии лежит специальный процесс склеивания, который позволяет компании IBD формировать небольшие плитки в большую прозрачную панель, которая затем будет покрыта несущими слоями из закаленного стекла. По данным IBD, дифракция меньше чем у обычного бронестекла, а остальные оптические свойства, по крайней мере, не хуже. Компания постоянно работает над снижением стоимости, ее целью является производство изделий не более чем на 50% дороже стандартных решений.

Французская компания Saint-Gobain также активна в сфере прозрачной защиты, предлагая как традиционные, так и керамические решения. Последние известны под брендом SAFirE, они обеспечивают снижение поверхностной плотности на 65% по сравнению со стандартным стеклом при уменьшении толщины более чем 30%.


Компания Isoclima поставляет Iveco большую часть броневых стекол для бронеавтомобиля LMV Lince; на снимке стекло после обстрела на стрельбище Nettuno

Итальянская компания Isoclima в настоящее время изготавливает панели для лобовых стекол из бронестекла, которые позволяют сухую установку; их уплотнение не допускает попадания растворителей и влаги и позволяет заменить стекло с использованием одной и той же рамы. Что касается характеристик, то судя по последним доступным данным Уровень 3 обеспечивается при плотности 157-162 кг/м2 и толщине 9 мм, а Уровень 2 при 125-130 кг/м2 и 59 мм, впрочем исследовательское подразделение компании Isoclima вполне возможно улучшило коэффициент «защита/масса». Компания Iveco DV в настоящее время устанавливает стекла Isoclima на свои грузовики LMV, MMV и Astra, оборудованные бронированными кабинами. По данным компании, заказчики начинают запрашивать также бронированные стекла для защиты от 12,7-мм пуль, и она способна обеспечить подобный уровень защиты при плотности стекла 235 кг/м2 и толщине 108 мм. Isoclima также работает над решениями из керамики, по большей части в сотрудничестве с CeramTec. Компания разрабатывает клей с тем же коэффициентом отражения, что и у прозрачной керамики с тем, чтобы клеевая линия между плитками почти невидимой. Чтобы обеспечить многоударные возможности используются плитки 90 x 90 мм, вся панель площадью 500 x 500 мм, склеенная их таких плиток, способна выдержать попадание до 12 пуль. Isoclima нацелена на снижение массы на 35% и толщины на 40%. Впрочем, если не требуется устойчивости к попаданию 20-мм FSP (Fragment Simulating Projectile - стандартный [в НАТО] осколочный имитатор. Цилиндрический боёк с площадкой притупления и высотой, приблизительно равной диаметру. В калибре 20 мм имитирует типовой осколок 155 мм осколочно-фугасного снаряда), то в компании Isoclima считают, что достижимо снижение массы на 50%.


Стекло Isoclima Level 3 после попадания семи бронебойных пуль 7.62x54R B32, отстрелянных из снайперской винтовки Драгунова

Израильская компания Oran Safety Glass (OSG) - один из мировых лидеров в области прозрачной защиты. Топовый продукт под брендом CeraLite разработан в сотрудничестве с немецкой компанией CeramTec. Как и вся прозрачная защита на основе керамики, CeraLite изготавливается из нескольких плиток, склеивающихся в панели необходимого размера. По данным израильской компании, технология Crystallized Materials (CM) позволяет снижение массы на 50-60%. Если стандартное стекло STANAG Уровень 4, изготовленное по традиционной технологии (стекло плюс поликарбонат), имеет плотность 284 кг/м2, то у CeraLite она снижается почти на 50%, до 146 кг/м2, к чему можно добавить снижение на 40% массы рамки для стекла. Оно также отличается лучшей светопропускаемостью благодаря уменьшенной толщине, а также улучшает характеристики очков ночного виденья по сравнению с обычными очками. При ударе CeraLite ведет себя лучше, чем классическое стекло, «паутина» трещин вокруг места удара уменьшается, а многоударные характеристики повышаются. CeraLite была испытана в немецких и американских лабораториях и в настоящее время предлагается параллельно европейским и американским заказчикам. Стоимость остается на порядок выше стоимости обычных решений, хотя в последние два года она была снижена на 30%. То есть, этот тип прозрачной брони используется только тогда, когда проблема массы является весьма критичной.


Немецкая компания Kasiglas предлагает пластиковые решения вплоть до Уровня 4, которые гарантируют хорошую видимость даже после нескольких попаданий

Новая прозрачная броня устанавливается на специальных машинах сил специальных операций израильских вооруженных сил. Движение в направлении экзотических решений не останавливает исследования и разработки в более традиционных областях. Новейшее решение прозрачной защиты Уровня 4 разработки компании OSG имеет плотность 269 кг/м2 и толщину 122 мм, то есть масса уменьшена на 5% по сравнению с предыдущими стеклами. Компания участвует в двух больших американских программах JLTV и M-ATV. Понятно, что в обоих случаях компания OSG предлагает свое решение ADI, которое отличается тем, что вместо поликарбоната на внутренних поверхностях используется другой патентованный материал. Защищающий от осколков материал был разработан компанией OSG для того, чтобы иметь тепловые характеристики близкие к характеристикам стекла, поскольку это значительно снижает расслаивание, являющейся одной из основных проблем, снижающих срок эксплуатации прозрачной защиты. Испытания проводились при очень низких и при очень высоких температурах от -40°C до +70°C и при влажности свыше 90%; после почти двух лет непрерывного тестирования образец все еще был в хорошем состоянии. По данным компании, система ADI может служить вдвое дольше традиционного бронированного стекла, что значительно снижает затраты жизненного цикла транспортного средства, хотя стоимость покупки при этом может быть несколько выше. Что касается ситуационной осведомленности, то компания OSG разрабатывает сенсорный вариант ScreeneX, который отличается встроенным в лобовое стекло цифровым экраном, позволяя максимально увеличить объем рабочего места водителя.

Немецкая компания KRD Group разработала технологии, которые позволили получить полностью пластиковую прозрачную защиту. Первоначально ее изделия продвигались через другую компанию; KRD появилась всего пару лет назад и ее изделия известны теперь под маркой Kasiglas. Компания разработала многослойный материал, изготавливаемый из чистого высокопрозрачного пластика, гарантирующего светопропускание свыше 90%. Это позволяет получать плоские, а также изогнутые формы с беспрецедентными углами формования. Предлагаются изделия с Уровнями защиты 2, 3 и 4 соответственно плотностью 144, 238 и 396 кг/м2 и толщиной 121, 201 и 330 мм. Хотя материал Kasiglas толще по сравнению со стандартными бронестеклами, он обеспечивает более высокую прозрачность и сохраняет лучшую видимость даже при попадании нескольких пуль, когда стандартное стекло не сможет обеспечить вообще никакой видимости. Сравнительные тесты, проведенные в Италии, показали, что опытный образец с третьим уровнем защиты выдержал попадание шести бронебойных пуль 7.62 x 51 мм и шести пуль 7.62 x 54 мм с ближней дистанции, при этом сохранив хорошую видимость. Другие тесты, проведенные в Германии, показали, что рама и стекло остаются неповрежденными после подрыва на мине или СВУ. Панели Kasiglas с защитой Уровня 3 гарантируют также попадание последовательных и одновременных осколков снарядоформирующего заряда в секторе от 0° до 45° и попадание гранаты из РПГ-7 под углом 45°.

Стойкость к множественным попаданиям и высокая стойкость к взрывной волне, сильному ударному воздействию, снарядам типа ударное ядро, осколочным зарядам является одним из основных преимуществ решений из пластмассы, но недостатками являются масса и толщина. В сотрудничестве с немецким бундесвером компания KRD реализует программу разработки гибридного керамико-пластмассового решения, направленного на использование сильных сторон двух материалов. Это исследование имеет три цели: подтверждение технической осуществимости подобного решения, разработка решения с четвертым уровнем защиты с приемлемой массой и толщиной, и разработка облегченного решения с третьим уровнем защиты. Первая характеристика была проверена; также испытано решение Уровня 4 плотностью 270 кг/м2, которое имеет свойства пластмассы, выдерживая взрыв мины и СВУ, но оставляет керамике возможность противостоять бронебойным пулям. Что касается обзорности после множественных попаданий, то она зависит от энергии пуль и снарядов. Решение с Уровнем защиты 4 сохраняет хорошую видимость после попаданий 7,62-мм пуль, но при этом видимость после попаданий 14,5-мм пуль сохраняется только частично; то есть характеристики хуже, чем характеристики полностью пластмассовых решений, но выше по сравнению с решениями из стекла.

В настоящее время компания работает над интеграцией своего гибридного решения в транспортное средство для испытаний и подготовки к квалификации. Изделие находится на уровне технологической готовности TRL 6-7 (окончательная доработка и подготовка к серии), при этом на рынке это решение будет доступно в конце 2017-середине 2018 года. Что касается стоимости, то она должна быть примерно на 200% выше стоимости полностью стеклянных решений.

CERAMTEC-ETEC: Прозрачная керамика из Европы


Французская компания Saint-Gobain поставляет полную линейку традиционных прозрачных решений для военного рынка


Решение на основе керамики, предлагаемое израильской компанией OSG; прозрачная керамика поставляется Ceramtec-ETEC

Немецкая компания из города Лохмар является основным поставщиком для большинства немецких и европейских производителей, которые разрабатывают прозрачную защиту на основе керамики. CeramTec-ETEC разработала поликристаллический керамический материал Perlucor, в котором сочетаются превосходные качества сапфира - цельного кристалла, который имеет строго ориентированную многослойную структуру с сильными атомными и ионными связями, - с качествами стекла, которое отличается неупорядоченной структурой и более слабыми энергетическими связями между элементами. Perlucor сохраняет химические связи сапфира, но оптически и механически изотропен, как и стекло. Последняя характеристика упрощает процесс производства и позволяет снизить стоимость по сравнению с сапфиром; по данным CeramTec-ETEC, снижение себестоимости составляет свыше 60%. Что касается массы и толщины, то использование Perlucor в системах прозрачной защиты позволяет сэкономить от 40 до 60%. Кроме того, высокая стойкость к царапинам повышает срок службы в 2-5 раз. Таким образом, материал Perlucor используется не только в комплектах прозрачной защиты: компания разработала технологию приклеивания слоя толщиной менее одного миллиметра на лицевую сторону стекла, что позволяет увеличить срок его службы в 3-10 раз.

Использованы материалы:
www.shephardmedia.com
www.gus-germany.com
www.ibd-deisenroth-engineering.de
www.saint-gobain.com
www.isoclima.net
www.osg.co.il
www.kasiglas.de
www.etec-ceramics.com
www.wikipedia.org
ru.wikipedia.org