Скорость убивает

Лозунг «Velocitas Eradico», взятый американским флотом для своих исследований электромагнитных рельсовых пушек, вполне соответствует конечной цели. В вольном переводе с латыни это выражение означает «Скорость убивает». Электромагнитные технологии успешно развиваются в морской сфере, открывая перспективы для наступательных вооружений и работы авианосцев.

В докладе, написанном Рональдом О'рурком в октябре 2016 года для Исследовательской службы Конгресса и озаглавленном «Лазеры, рельсовые пушки и гиперзвуковые снаряды: история вопроса и проблемы для Конгресса США», говорится следующее: «Хотя надводные корабли флота имеют несколько средств по защите себя от противокорабельных крылатых ракет (ПКР) и противокорабельных баллистических ракет (ПБР), некоторые обозреватели озабочены живучестью надводных кораблей в возможных боевых столкновениях с такими противниками, как например, Китай, которые вооружены современными ПКР и ПБР». В военно-морских флотах мира активно обсуждалась первая и единственная в мире (пока) ПБР средней дальности DF-21D (Дуфэен-21) разработки китайской Академии механики и электроники China Changfeng; эта ракета была показана в Пекине в сентябре 2015 года на параде, посвященном окончанию Второй мировой войны. Между тем, в докладе отмечается, что российский флот продолжает развертывание семейства противокорабельных и наземных крылатых ракет 3М-54 «Калибр» со спутниковым инерциальным/радиолокационным наведением разработки ОКБ «Новатор».



В то время как некоторые страны, например, Китай и Россия, продолжают оснащать свои корабли мощным вооружением, американский флот наряду с другими западными флотами всё больше проявляет озабоченность в отношении живучести своих надводных боевых кораблей. А сокращение личного состава вынуждает флоты всего мира всё чаще обращаться к перспективным технологиям. Например, по данным сайта globalsecurity.org, численность действующих военнослужащих в вооруженных силах США, как ожидается, сократится к концу 2017 года на 200 тысяч, до 1,28 миллиона человек. В этом контексте в оборонной сфере происходит бурное развитие электромагнитных технологий в качестве многообещающего решения сложных проблем, которые во многом связаны с вооружением потенциальных противников и сокращением личного состава. По сравнению с нынешними традиционными системами эти технологии, от катапульт авианосцев до рельсовых пушек (рельсотронов), будут более эффективными с экономической точки зрения и позволят сократить численность личного состава.

Электричество и магнетизм

Электромагнитная энергия представляет собой комбинацию электрических и магнитных полей. Согласно определению, опубликованному на сайте Всемирной организации здравоохранения: «Электрические поля создаются за счет разницы в напряжении, чем выше напряжение, тем сильнее будет результирующее поле. Магнитные поля возникают при движении заряженных частиц: чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле».

Перспективная система старта для самолетов палубной авиации EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System) разрабатывается компанией General Dynamics с целью замены паровых катапульт, имеющих ряд существенных недостатков, включая большую массу, размеры и необходимость хранить большой объем воды на корабле, которую нельзя взять за бортом вследствие агрессивных химических свойств морской воды. Новая система состоит из установленных внутри взлетной палубы авианосца двух параллельных направляющих, составленных из множества элементов с индукционными катушками, а также каретки, которая устанавливается на переднее колесо самолета. Меган Эльке, представитель компании General Atomics (GA), пояснила: «Последовательное возбуждение элементов направляющих создает магнитную волну, которая движется вдоль направляющих и заставляет двигаться каретку и соответственно сам самолет вдоль всей длины направляющих на скорости, необходимой для успешного взлета с палубы. Этот процесс требует несколько мегаватт электроэнергии».


На рисунке видно какой объем подпалубного пространства занимает оборудование системы EMALS на борту авианосца

Принцип работы электромагнитного ускорителя масс, он же рельсотрон, он же рельсовая пушка, схож с принципом работы электромагнитной катапульты EMALS. Сгенерированные несколько мегаватт энергии направляются по двум рельсам-направляющим (точно так же как по двум направляющим системы EMALS) для создания магнитного поля. Как пояснил Джон Финкенаур, руководитель направления новых технологий в компании Raytheon: «После того как система накопила определенное количество энергии, конденсаторы (хранят сгенерированный электрический заряд) посылают электрический импульс по двум рельсам (один из них заряжен отрицательно, а второй положительно), создающий электромагнитное поле». Под воздействием этого поля снаряд начинает двигаться в стволе с двумя длинными рельсами на очень высокой скорости. Открытые источники утверждают, что скорости могут достигать 7 чисел Маха (порядка 8600 км/ч). Снаряд весит примерно 11 кг и не имеет боевого заряда. Корпус снаряда, наполненный вольфрамовыми поражающими элементами, заключен в кожух из алюминиевого сплава, который сбрасывается после покидания снарядом ствола. Высокая скорость встречи снаряда с целью в сочетании с поражающими элементами вызывает значительные разрушения без всяких взрывчатых веществ.


На рисунке показаны два преимущества системы EMALS: она легко устанавливается на авианосцы разного размера и запускает самолеты разной взлетной массы

Магнитное притяжение

Паровые катапульты, которые должна сменить система EMALS, стоят на авианосцах многих стран с 50-х годов. Долгое время их считали самой эффективной технологией, которая способна, например, ускорить самолет массой 27300 кг до скорости 240 км/ч с палубы длиной 300 метров. Чтобы произвести эту работу, катапульте необходимо примерно 615 кг пара для каждого влета плюс гидравлическое оборудование, вода для остановки катапульты, а также насосы, электродвигатели и системы управления. Другими словами, традиционная паровая катапульта хотя и выполняет свою работу на отлично, является весьма габаритным и тяжелым оборудованием, требующим значительных объемов обслуживания. Кроме того, внезапные ударные воздействия во время взлета, как выяснилось, сокращают срок службы базирующихся на авианосцах самолетов. Паровые катапульты также имеют ограничения по типам самолетов, которые они могут запустить; ситуация особенно осложняется тем, что масса самолетов постоянно увеличивается и вскоре может случиться так, что модернизация палубной авиации станет невозможной. Например, согласно предоставленным флотом данным, палубный истребитель F/A-18E/F Super Hornet от Boeing имеет максимальную взлетную массу 30 тонн, тогда как предыдущий истребитель Douglas A-4F Skyhawk, который окончательно был снят с вооружения флота в середине 80-х годов, имел взлетную массу 11,2 тонны.

По словам Эльке: «Самолеты сегодня становятся тяжелее, быстрее и более функциональными, для них нужна эффективная система запуска с большей эффективностью и большей гибкостью для того, чтобы иметь различные скорости запуска, необходимые для взлета с палубы самолета каждого типа». Как заявляют в компании General Atomics, по сравнению с паровыми катапультами система EMALS будет на 30 процентов эффективнее, потребуется меньший объем и обслуживание по сравнению с предшественниками, что упростит ее установку на разные корабли с различной конфигурацией катапульт. Например, авианосцы класса «Нимиц» имеют четыре паровых катапульты, тогда как единственный французский авианосец «Шарль де Голль» всего две катапульты. Кроме того, разные ускорения EMALS, отрегулированные под взлетную массу пилотируемого или беспилотного самолета каждого типа, внесут свой вклад в увеличение срока службы корпусов самолетов. «За счет меньшего объема под установку, лучшей эффективности и гибкости, снижения объема обслуживания и численности персонала система EMALS значительно повышает возможности и снижает стоимости, что будет способствовать дальнейшему развитию флота», - добавила Эльке.

По мнению Александра Чанга из консалтинговой компании Avascent, рельсотроны также имеют ряд преимуществ. «И главное, конечно, то, что они могут стрелять снарядами на высокой скорости порядка семи чисел Маха без использования каких-либо взрывчатых веществ». Поскольку источником энергии рельсотрона служит общая система энергоснабжения всего корабля, то исключены риски, связанные с перевозкой ВВ или метательных веществ. Высокие начальные скорости рельсотрона, примерно вдвое превышающие начальные скорости традиционных корабельных пушек, приводят к сокращению времени поражения и позволяют кораблю реагировать почти одновременно на множество угроз. Это связано с тем, что с каждым новым снарядом нет необходимости заряжать боевые или метательные заряды. Эльке отметила, что «за счет боевых и метательных зарядов снабжение упрощается, снижается стоимость одного выстрела и логистическая нагрузка, в то время как относительно небольшие размеры рельсотрона позволяют увеличить емкость магазина... Он также имеет гораздо больший радиус действия по сравнению с другим вооружением (например, с ракетами класса "поверхность-воздух", используемыми для защиты надводных кораблей)». В докладе Конгрессу отмечается, что на данный момент два прототипа рельсовых пушек, построенных компаниями Raytheon и General Atomics для американского флота, «могут стрелять снарядами на уровнях энергии от 20 до 32 мегаджоулей, что достаточно для того, чтобы снаряд улетел на 92-185 км». Если сравнивать, то по данным открытых источников, 76-мм корабельная пушка от ОТО Melara/Leonardo имеет начальную скорость порядка 2,6 Маха (3294 км/ч), достигая максимальной дальности 40 км. Финкенаур заявил, что «рельсотрон может использоваться для огневой поддержки надводных кораблей, когда необходимо посылать снаряд на сотни морских миль, или он может использоваться для ближнего обстрела и противоракетной обороны».


Гиперзвуковой снаряд обещает существенное повышение дальности благодаря высокоэффективной аэродинамической конструкции, В настоящее время снаряд проходит испытания

Вызовы впереди

Технология, используемая в системе EMALS, уже находится на этапе внедрения в производство. Американский флот, выбравший эту катапульту разработки General Atomics для взлета самолетов с новых авианосцев класса «Форд», провел первые нагрузочные испытания в ноябре 2016 года. На первом корабле этого класса «Джеральд Р. Форд» балластные грузы, имитирующие типичный самолет, были катапультированы в море (видео ниже). Использовались 15 тележек-снарядов различного веса. Первые запуски закончились неудачно, а вот следующие были признаны успешными. Например, тележка массой около 6800 кг была разогнана до скорости почти 260 км/ч, а тележка поменьше массой 3600 кг была разогнана до 333 км/ч. По словам Эльке, ведется изготовление и установка системы также и на авианосце «Джон Кеннеди», который по графику должен быть передан в состав флота в 2020 году. Компания GA также была выбрана единым подрядчиком по системе EMALS для авианосца «Энтерпрайз», строительство которого должно начаться в 2018 году. Эльке отметила, что «мы также видим интерес других государств к нашим электромагнитным системам взлета и посадки, так как они хотят иметь в своих флотах новые технологии и палубную авиацию». Тем не менее, стоит отметить, что в то время как технология EMALS готова к производству, саму система нельзя установить на подавляющее большинство стоящих на вооружении авианосцев из-за того количества энергии, которое необходимо для ее функционирования.


Помимо вышесказанного рельсовая пушка имеет еще ряд серьезных недостатков. По словам Финкенаура, «одной из проблем применения электромагнитной технологии в оборонной сфере становится поддержание в рабочем состоянии ствола и снижение износа ствола после каждого запуска снаряда». Действительно, скорость, с которой снаряд покидает ствол, вызывает такой его износ, что в начальных тестах ствол необходимо было полностью восстанавливать после каждого выстрела. «Мощность импульса влечет за собой проблему освобождения огромного количества энергии и координации совместной работы модулей импульсной мощности для одного выстрела». Все эти модули должны освободить накопленное электричество в нужное мгновение для того, чтобы создать необходимую напряженность магнитного поля и вытолкнуть снаряд из ствола. Наконец, количество энергии, необходимое для разгона снаряда до таких скоростей, влечет за собой проблему упаковки необходимых компонентов пушки в достаточно небольшие физические размеры с тем, чтобы можно было ее устанавливать на надводные корабли разных классов. В связи с этими причинами, как считает Финкенаур, небольшие рельсовые пушки вполне могут поступить на вооружение в следующие пять лет, в то время как рельсотрон с полной мощностью 32 мегаджоуля, по всей видимости, будет установлен на корабль в следующие 10 лет.


Компания ВАЕ Systems также участвует в бизнесе рельсовых пушек, разработав свой собственный проект в рамках реализуемой американским флотом программы

Гиперактивность

По мнению Чанга, «в последнее время ВМС США меньше внимания стали уделять совершенствованию технологии рельсовой пушки и обратили свое внимание на возможности гиперзвукового снаряда HVP (Hyper Velocity Projectile), который может запросто подойти и для существующих традиционных пушек». В техническом документе по HVP, опубликованном в сентябре 2012 года Научно-исследовательским управлением ВМС США, он описывается как «универсальный управляемый снаряд с небольшим аэродинамическим сопротивлением, способный выполнять различные задачи из разных орудийных систем», которые помимо рельсовой пушки включают стандартные системы американского флота: 127-мм корабельное орудие Мк.45 и 155-мм продвинутую артиллерийскую установку Advanced Gun System разработки ВАЕ Systems. По данным компании ВАЕ Systems, «особым ингредиентом» в конструкции HVP является его сверхмалое аэродинамическое сопротивление, исключающее необходимость в ракетном двигателе, который широко применяется в традиционных боеприпасах для увеличения их дальности.


Опытный образец установки AGS на полигоне


Корабельная артиллерийская установка Мк.45 Mod 4

По данным доклада исследовательской службы CRS, при стрельбе из установки Мк.45 этот снаряд может достичь всего половины (а это 3 Маха или около 3704,4 км/ч) от той скорости, которой он мог бы достичь при стрельбе из рельсовой пушки, что, однако, всё же вдвое больше скорости обычного снаряда, отстреливаемого из орудия Мк.45. Как сказано в пресс-релизе ВМС США, «HVP в комбинации с Мк.45 обеспечит выполнение различных задач, включая огневую поддержку надводных кораблей, он позволит расширить возможности флота в борьбе с воздушными и надводными угрозами, кроме того, позволит бороться не только с нынешними, но и с возникающими угрозами».

По мнению Чанга, решение Научно-исследовательского управления министерства обороны по инвестированию значительных средств в разработку HVP направлено на решение проблемы переоснащения кораблей под установку на них рельсовой пушки. Таким образом, американский флот будет способен использовать гиперзвуковой снаряд HVP на своих крейсерах класса «Тикондерога» и эсминцах класса «Арли Бёрк», на которых установлено по два орудия Мк.45. Пока рельсовая пушка технологически еще не готова к установке на новые эсминцы класса «Замволт», первый из которых был принят в состав американского флота в октябре 2016 года. Но, по крайней мере, по окончании разработки снаряд HVP сможет войти в боекомплект их 155-мм артиллерийских установок типа Advanced Gun System. Судя по пресс-релизу, флот в январе провел стрельбовые испытания снаряда HVP из армейской гаубицы. ВМС США не дают информации о том, когда HVP может поступить на вооружение их боевых кораблей.


Рельсовая пушка Blitzer от General Atomics проходит испытания. Была продемонстрирована возможность установки подобной пушки на транспортные средства

Промышленные разработки

В 2013 году компания BAE Systems получила контракт стоимостью 34,5 миллиона долларов от Научно-исследовательского управления ВМС на разработку рельсовой пушки по второму этапу программы строительства прототипа пушки. На первом этапе инженеры из Центра разработки надводного вооружения ВМС успешно провели стрельбы из прототипа ЕМ Railgun компании Raytheon, достигнув уровня энергии 33 мегаджоуля. По данным BAE Systems, на втором этапе компания намеревается перейти от одиночной стрельбы к стрельбе очередями и разработать систему автоматического заряжания, а также системы терморегулирования для охлаждения пушки после каждого выстрела. В 2013 году BAE Systems также получила контракт от этого управления на разработку и демонстрацию HVP.

Компания General Atomics начала разрабатывать технологию рельсовой пушки еще в 1983 году в рамках программы президента Рональда Рейгана «Стратегическая оборонная инициатива». Эта инициатива была нацелена на «разработку программы противоракетной обороны космического базирования, которая могла бы защитить страну от крупномасштабной ядерной атаки». Инициатива потеряла свою актуальность после окончания Холодной войны и быстро была заброшена, в том числе из-за своей непомерной стоимости. Технических проблем тогда было хоть отбавляй и исключением не были рельсотроны. Первый вариант рельсовой пушки требовал такого количества энергии для работы пушки, что мог быть размещен только в большом ангаре и поэтому, по словам Эльке, «за последние восемь лет мы уменьшали размеры электроники и полупроводников и создали конденсаторы сверхбольшой емкости».

Сегодня компания General Atomics уже разработала рельсовую пушку с энергией 30 мегаджоулей и универсальную рельсовую пушку Blitzer средней дальности с энергией 10 мегаджоулей. Между тем, конденсатор, упрощающий процесс хранения энергии для стрельбы из рельеотронов на наземных машинах, был успешно продемонстрирован в июле 2016 года на открытом полигоне. Эльке добавила в этой связи: «Мы также успешно продемонстрировали транспортируемость пушки Blitzer. Разобрали пушку и перевезли ее с испытательного полигона Дагвей на испытательный полигон Форт Силл и там повторно собрали для проведения серии успешных стрельбовых испытаний во время армейских маневров 2016 года».

Компания Raytheon также активно занимается разработкой технологии рельсовых пушек и инновационной сети импульсной энергии. Финкенаур пояснил: «Сеть состоит из множества контейнеров импульсной мощности длиной 6,1 м и высотой 2,6 метра, в которых размещаются десятки небольших блоков, названных модулями импульсной мощности. Работа этих модулей состоит в накоплении требуемой энергии в течение нескольких секунд и освобождении ее в одно мгновение». Если взять необходимое количество модулей и соединить их между собой, то они могут дать требуемую для работы рельсотрона мощность.

Противовес угрозам

В своей речи, произнесенной в апреле 2016 года в Брюсселе, заместитель министра обороны США Боб Ворк отметил, что «и Россия и Китай ежедневно совершенствуют способности своих сил специальных операций работать на море, на суше и в воздухе. Они становятся довольно сильны в киберпространстве, радиоэлектронном противодействии и в космосе». Угрозы, которые несут эти разработки заставили США и страны НАТО разработать так называемую общую «Третью стратегию противовеса» TOI (Third Offset Initiative). Как заявил в 2014 году тогдашний министр обороны Хейгель, целью TOI является выравнивание или превосходство над военными возможностями Китая и России, развиваемыми за счет внедрения новейших технологий. В этом контексте рельсовые пушки, и гиперзвуковые снаряды в частности, представляют собой ключевые возможности по противодействию или нейтрализации потенциальных угроз, создаваемых вооружением Китая и России, о котором было упомянуто во вступительной части статьи.

По материалам сайтов:
www.nationaldefensemagazine.org
www.navy.mil
www.nti.org
www.globalsecurity.org
www.okb-novator.ru
www.ga.com
www.baesystems.com
www.raytheon.com
pinterest.com
www.wikipedia.org