Slogan "Velocitas Eradico", yang diambil oleh Angkatan Laut Amerika untuk penyelidikan mereka mengenai senjata api elektromagnetik, cukup sesuai dengan tujuan utama. Diterjemahkan secara longgar dari bahasa Latin, ungkapan ini bermaksud "Speed kill." Teknologi elektromagnetik berjaya berkembang di bidang maritim, membuka prospek senjata ofensif dan operasi kapal induk.
Sebuah laporan yang ditulis oleh Ronald O'Rurk pada bulan Oktober 2016 untuk Perkhidmatan Penyelidikan Kongres, yang berjudul Lasers, Rail Guns, and Hypersonic Projectiles: Background and Challenges for the US Congress, menyatakan: dari peluru berpandu anti kapal (ASM) dan anti-kapal peluru berpandu balistik (ABM), beberapa pemerhati prihatin tentang kelangsungan kapal permukaan dalam kemungkinan pertempuran pertempuran dengan penentang seperti China, yang dipersenjatai dengan peluru berpandu anti-kapal moden dan peluru berpandu anti-balistik. FGM DF-21D (Dufeen-21) jarak sederhana pertama dan satu-satunya di dunia yang dibangunkan oleh Akademi Mekanik dan Elektronik China Changfeng telah dibincangkan secara aktif di angkatan laut dunia; roket ini ditunjukkan di Beijing pada bulan September 2015 pada akhir perbarisan Perang Dunia II. Sementara itu, laporan tersebut mencatat bahawa armada Rusia terus mengerahkan keluarga peluru berpandu anti-kapal dan darat 3M-54 Caliber dengan panduan inersia / radar satelit yang dikembangkan oleh biro reka bentuk Novator.
Walaupun beberapa negara, seperti China dan Rusia, terus melengkapkan kapal mereka dengan senjata yang kuat, Angkatan Laut AS, bersama dengan angkatan laut Barat yang lain, semakin prihatin tentang kelangsungan kapal perang permukaannya. Dan pengurangan personel memaksa armada seluruh dunia semakin beralih kepada teknologi yang menjanjikan. Sebagai contoh, menurut laman web globalsecurity.org, jumlah anggota tentera AS yang aktif dijangka menurun sebanyak 200,000 pada akhir 2017, kepada 1,28 juta. Dalam konteks ini, dalam bidang pertahanan, teknologi elektromagnetik berkembang pesat sebagai solusi yang menjanjikan untuk masalah kompleks, yang sebagian besar terkait dengan penyediaan musuh berpotensi dan pengurangan personel. Berbanding dengan sistem tradisional yang ada sekarang, teknologi ini, dari pelopor kapal induk hingga senapang kereta api (senapang kereta api), akan lebih menjimatkan kos dan mengurangkan jumlah personel.
Elektrik dan daya tarikan
Tenaga elektromagnetik adalah gabungan medan elektrik dan magnet. Menurut definisi yang diterbitkan di laman web Pertubuhan Kesihatan Sedunia: “Medan elektrik dihasilkan kerana perbezaan voltan, semakin tinggi voltan, semakin kuat medan yang dihasilkan. Medan magnet timbul apabila zarah bermuatan bergerak: semakin kuat arus, semakin kuat medan magnet."
EMALS (Sistem Pelancaran Pesawat Elektromagnetik), sistem pelancaran yang menjanjikan untuk pesawat berdasarkan kapal induk, sedang dikembangkan oleh General Dynamics untuk menggantikan ketapel wap, yang mempunyai sejumlah kelemahan yang signifikan, termasuk jisim, ukuran dan keperluan besar untuk menyimpan isipadu air di kapal, yang tidak dapat dibawa ke laut kerana sifat kimia air laut yang agresif. Sistem baru terdiri dari dua rel selari, terdiri dari banyak elemen dengan gegelung induksi, dipasang di dalam dek penerbangan kapal induk, dan juga kereta, yang dipasang di roda depan pesawat. Megan Elke, General Atomics (GA), menjelaskan: "Pengujaan berurutan dari elemen panduan menghasilkan gelombang magnetik yang bergerak di sepanjang rel panduan dan memaksa kereta dan dengan itu pesawat sepanjang keseluruhan rel panduan pada kelajuan yang diperlukan untuk kejayaan berlepas dari dek. Proses ini memerlukan beberapa megawatt elektrik."
Prinsip operasi pemecut jisim elektromagnetik, alias railgun, alias senapang rel, mirip dengan prinsip operasi ketapel elektromagnetik EMALS. Tenaga megawatt yang dihasilkan disalurkan di sepanjang dua rel panduan (sama seperti dua rel panduan sistem EMALS) untuk membuat medan magnet. Seperti yang dijelaskan oleh John Finkenaur, kepala teknologi baru di Raytheon: “Setelah sistem mengumpulkan sejumlah tenaga, kapasitor (menyimpan cas elektrik yang dihasilkan) menghantar impuls elektrik di sepanjang dua rel (salah satunya diisi dengan negatif dan yang lain adalah positif), mewujudkan medan elektromagnetik . Di bawah pengaruh bidang ini, proyektil mula bergerak dalam tong dengan dua rel panjang dengan kelajuan yang sangat tinggi. Sumber terbuka mendakwa bahawa kelajuan dapat mencapai 7 angka Mach (sekitar 8600 km / j). Proyektilnya beratnya kira-kira 11 kg dan tidak mempunyai daya tempur. Badan proyektil, diisi dengan elemen pemukul tungsten, dilampirkan dalam casing aloi aluminium, yang dibuang setelah proyektil keluar dari tong. Kepantasan tinggi perjumpaan proyektil dengan sasaran, dalam kombinasi dengan unsur-unsur yang menyerang, menyebabkan kemusnahan yang ketara tanpa bahan letupan.
Tarikan magnet
Ketapel uap, yang akan diganti dengan sistem EMALS, telah berada di kapal induk di banyak negara sejak tahun 50-an. Untuk masa yang lama, mereka dianggap sebagai teknologi yang paling cekap, yang mampu, misalnya, mempercepat pesawat dengan berat 27.300 kg hingga kecepatan 240 km / jam dari panjang geladak 300 meter. Untuk melakukan pekerjaan ini, ketapel memerlukan kira-kira 615 kg wap untuk setiap entri, ditambah peralatan hidraulik, air untuk menghentikan ketapel, serta pam, motor elektrik dan sistem kawalan. Dengan kata lain, ketapel wap tradisional, walaupun menjalankan tugasnya dengan sempurna, adalah peralatan yang sangat besar dan berat yang memerlukan penyelenggaraan yang besar. Di samping itu, kejutan secara tiba-tiba semasa lepas landas terbukti dapat memendekkan jangka hayat pesawat berdasarkan kapal terbang. Ketapel wap juga mempunyai sekatan pada jenis pesawat yang boleh dilancarkan; keadaannya sangat rumit oleh fakta bahawa jisim pesawat sentiasa meningkat dan mungkin berlaku bahawa pemodenan pesawat berasaskan kapal terbang menjadi mustahil. Sebagai contoh, menurut data yang diberikan oleh armada, pesawat tempur berbasis Boeing F / A-18E / F Super Hornet mempunyai berat lepas landas maksimum 30 tan, sementara pejuang Douglas A-4F Skyhawk sebelumnya, yang akhirnya menarik diri dari perkhidmatan pada pertengahan 1980-an, mempunyai berat lepas landas 11, 2 tan.
Menurut Elke: "Pesawat terbang hari ini semakin berat, lebih cepat dan lebih berfungsi, mereka memerlukan sistem pelancaran yang efisien dengan lebih banyak kecekapan dan lebih banyak fleksibiliti agar kelajuan pelancaran yang berbeza diperlukan untuk lepas landas dari dek setiap jenis pesawat." Menurut General Atomics, dibandingkan dengan ketapel wap, sistem EMALS akan 30 persen lebih efisien, memerlukan volume dan penyelenggaraan yang lebih sedikit daripada pendahulunya, yang akan mempermudah pemasangannya pada kapal yang berlainan dengan konfigurasi ketapel yang berbeza. Sebagai contoh, kapal induk kelas Nimitz mempunyai empat ketapel wap, sementara satu-satunya kapal induk Perancis, Charles de Gaulle, hanya mempunyai dua ketapel. Sebagai tambahan, pecutan EMALS yang berbeza, disesuaikan dengan berat lepas landas dari setiap jenis pesawat berawak atau tanpa pemandu, akan menyumbang kepada peningkatan jangka hayat lambung pesawat. "Dengan ruang pemasangan yang lebih sedikit, kecekapan dan fleksibiliti yang lebih baik, dan pengurangan jumlah dan penyelenggaraan, EMALS secara signifikan meningkatkan keupayaan dan menurunkan kos, yang akan terus menyokong pengembangan armada," tambah Elke.
Menurut Alexander Chang dari syarikat perunding Avascent, railgun juga mempunyai sejumlah kelebihan. "Dan yang utama, tentu saja, mereka dapat menembakkan peluru pada kelajuan tinggi pesanan Mach tujuh tanpa menggunakan bahan letupan." Oleh kerana sumber tenaga kereta api adalah sistem bekalan kuasa umum seluruh kapal, risiko yang berkaitan dengan pengangkutan bahan letupan atau bahan pendorong dikecualikan. Kelajuan awal senapang kereta api yang tinggi, kira-kira dua kali kelajuan awal meriam kapal tradisional, mengakibatkan masa pukulan lebih pendek dan membolehkan kapal bertindak balas secara serentak terhadap pelbagai ancaman. Ini disebabkan oleh fakta bahawa dengan setiap proyektil baru tidak perlu mengenakan cas tempur atau pendorong. Elke menyatakan bahawa "dengan menggunakan hulu ledak dan pendorong, persediaan dipermudah, biaya satu tembakan dan beban logistik dikurangkan, sementara dimensi rel kereta api yang relatif kecil memungkinkan peningkatan kapasitas majalah … Ia juga memiliki jarak jauh lebih lama berbanding dengan senjata lain (contohnya, dengan peluru berpandu permukaan ke udara yang digunakan untuk melindungi kapal permukaan)”. Laporan kepada Kongres menyatakan bahawa setakat ini, dua senjata api prototaip yang dibina oleh Raytheon dan General Atomics untuk Angkatan Laut AS "dapat menembakkan proyektil pada tahap tenaga antara 20 dan 32 megajoule, yang cukup untuk proyektil menempuh jarak 92-185 km". Jika kita bandingkan, maka menurut sumber terbuka, senapang kapal 76 mm dari OTO Melara / Leonardo memiliki kelajuan awal pesanan Mach 2.6 (3294 km / j), mencapai jarak maksimum 40 km. Finkenaur menyatakan bahawa "senapang kereta api dapat digunakan untuk menopang kebakaran kapal permukaan ketika perlu mengirim ratusan batu nautika proyektil, atau dapat digunakan untuk penembakan jarak dekat dan pertahanan peluru berpandu."
Cabaran Menjelang
Teknologi yang digunakan dalam sistem EMALS sudah berada di tahap pelaksanaan dalam produksi. Angkatan Laut AS, yang memilih ketapel yang direka oleh Atom Umum untuk berlepas dari kapal induk kelas Ford baru, melakukan ujian tekanan pertama pada bulan November 2016. Pada kapal pertama kelas ini, Gerald R. Ford, pemberat pemberat yang mensimulasikan pesawat khas dikeluarkan ke laut (video di bawah). Digunakan 15 keranjang tempurung dengan pelbagai berat. Pelancaran pertama tidak berjaya, tetapi yang berikut diakui berjaya. Sebagai contoh, bogie dengan berat sekitar 6800 kg dipercepat dengan kecepatan hampir 260 km / jam, dan bogie yang lebih kecil dengan berat 3600 kg dipercepat menjadi 333 km / jam. Menurut Elke, sistem ini juga sedang dibuat dan dipasang pada kapal induk John F. Kennedy, yang dijadwalkan akan dipindahkan ke armada pada tahun 2020. GA juga telah dipilih sebagai satu-satunya kontraktor EMALS untuk syarikat penerbangan Enterprise, yang akan mula dibina pada tahun 2018. Elke menyatakan bahawa "kami juga melihat minat negara lain dalam sistem lepas landas dan pendaratan elektromagnetik kami, kerana mereka ingin memiliki teknologi baru dan pesawat berdasarkan kapal induk di armada mereka." Namun, perlu diperhatikan bahawa sementara teknologi EMALS siap untuk diproduksi, sistem itu sendiri tidak dapat dipasang pada sebilangan besar kapal induk yang sedang beroperasi kerana jumlah tenaga yang diperlukan untuk mengoperasikannya.
Sebagai tambahan kepada perkara di atas, senapang rel mempunyai sejumlah kelemahan yang serius. Menurut Finkenaur, "salah satu masalah menggunakan teknologi elektromagnetik di sektor pertahanan adalah menjaga laras dalam keadaan berfungsi dan mengurangi keausan tong setelah setiap peluncuran proyektil." Sesungguhnya, kelajuan peluru meninggalkan tong menyebabkan kehausan sehingga dalam ujian awal tong mesti dibina sepenuhnya selepas setiap tembakan. "Kekuatan nadi memerlukan cabaran untuk melepaskan sejumlah besar tenaga dan menyelaraskan kerja sama modul daya nadi untuk satu pukulan." Semua modul ini mesti melepaskan elektrik terkumpul pada masa yang tepat untuk mewujudkan kekuatan medan magnet yang diperlukan dan mendorong peluru keluar dari tong. Akhirnya, jumlah tenaga yang diperlukan untuk mempercepat proyektil ke kelajuan seperti itu menyebabkan masalah mengemas komponen senapang ke dalam dimensi fizikal yang cukup kecil sehingga dapat dipasang pada kapal permukaan dari kelas yang berbeza. Atas sebab-sebab ini, menurut Finkenaur, senjata api kecil dapat digunakan dalam lima tahun ke depan, sementara senapang kereta api dengan kekuatan penuh 32 megajoule kemungkinan akan dipasang di kapal dalam 10 tahun ke depan.
Hiperaktif
Menurut Chang, "baru-baru ini Angkatan Laut AS mulai kurang memperhatikan peningkatan teknologi senapang kereta api dan mengalihkan perhatiannya pada kemampuan proyektil hipersonik HVP (Hyper Velocity Projectile), yang dapat dengan mudah memasukkan senjata tradisional yang ada." Dalam sebuah makalah teknikal mengenai HVP, yang diterbitkan pada bulan September 2012 oleh Pejabat Penyelidikan Tentera Laut AS, ia digambarkan sebagai "proyektil serba guna, seret rendah, berpandu yang mampu melakukan berbagai misi dari berbagai sistem senjata," yang, di tambahan untuk senapang kereta api, termasuk sistem tentera laut Amerika standard: senapang tentera laut 127 mm Mk. 45 dan 155 mm pemasangan artileri canggih Advanced Gun System yang dikembangkan oleh BAE Systems. Menurut BAE Systems, "bahan khas" dalam reka bentuk HVP adalah daya tarikan aerodinamik ultra rendahnya, menghilangkan keperluan untuk motor roket, yang banyak digunakan dalam peluru konvensional untuk memperluas jangkauannya.
Menurut laporan dari perkhidmatan penyelidikan CRS, ketika menembak dari pemasangan Mk.45, proyektil ini hanya dapat mencapai setengah (yaitu Mach 3, atau sekitar 3704.4 km / jam) dari kecepatan yang dapat dicapai ketika menembak dari rel senapang, yang, bagaimanapun, masih dua kali kecepatan proyektil konvensional yang ditembakkan dari senapang Mk. 45. Seperti yang dinyatakan dalam siaran pers dari Angkatan Laut AS, "HVP dalam kombinasi dengan Mk.45 akan memberikan kinerja berbagai tugas, termasuk dukungan kebakaran untuk kapal permukaan, itu akan memperluas kemampuan armada dalam memerangi ancaman udara dan permukaan. tetapi juga dengan ancaman yang muncul."
Menurut Chang, keputusan Jabatan Penyelidikan Kementerian Pertahanan untuk melaburkan dana yang besar dalam pengembangan HVP bertujuan untuk menyelesaikan masalah melengkapkan kembali kapal untuk pemasangan senapang kereta api di atasnya. Oleh itu, Tentera Laut AS akan dapat menggunakan proyektil hipersonik HVP pada kapal penjelajah kelas Ticonderoga dan kapal pemusnah kelas Arleigh Burke, masing-masing membawa dua senapang Mk.45. Pistol kereta api belum siap secara teknologinya untuk dipasang pada kapal pemusnah kelas Zamvolt baru, yang pertama diterima ke Angkatan Laut AS pada Oktober 2016. Tetapi, sekurang-kurangnya pada akhir pembangunan, proyektil HVP akan dapat memasuki muatan peluru dari pemasangan artileri 155 mm mereka seperti Advanced Gun System. Menurut siaran media, armada tersebut melakukan uji tembak proyektil HVP dari howitzer tentera pada bulan Januari. Tentera Laut AS tidak memberikan maklumat mengenai kapan HVP dapat memasuki perkhidmatan dengan kapal perang.
Perkembangan industri
Pada tahun 2013, BAE Systems menerima kontrak $ 34.5 juta dari Pentadbiran Penyelidikan dan Pembangunan Angkatan Laut untuk pembangunan senapang kereta api untuk fasa kedua program pembinaan prototaip senjata. Pada fasa pertama, jurutera dari Pusat Pembangunan Senjata Angkatan Laut berjaya melepaskan prototaip Raytheon EM Railgun, mencapai tahap tenaga 33 megajoule. Menurut BAE Systems, pada fasa kedua, perusahaan bermaksud untuk berpindah dari tembakan tunggal ke tembakan pecah dan mengembangkan sistem pemuatan automatik, serta sistem kontrol termal untuk mendinginkan pistol setelah setiap tembakan. Pada tahun 2013 BAE Systems juga menerima kontrak dari jabatan ini untuk pengembangan dan demonstrasi HVP.
General Atomics mula mengembangkan teknologi railgun pada tahun 1983 sebagai bagian dari Inisiatif Pertahanan Strategik Presiden Ronald Reagan. Inisiatif ini bertujuan untuk "mengembangkan program pertahanan peluru berpandu berbasis ruang yang dapat melindungi negara dari serangan nuklear berskala besar." Inisiatif ini kehilangan kaitannya setelah berakhirnya Perang Dingin dan dengan cepat ditinggalkan, sebahagiannya disebabkan oleh kosnya yang terlalu tinggi. Terdapat lebih banyak masalah teknikal ketika itu, dan kereta api tidak terkecuali. Versi pertama senapang rel memerlukan begitu banyak tenaga untuk menjalankan senapang sehingga hanya boleh ditempatkan di hangar besar, dan oleh itu, menurut Elke, "sejak lapan tahun kebelakangan ini, kami telah mengurangkan ukuran elektronik dan semikonduktor dan mencipta kapasitor super besar."
Hari ini, General Atomics telah mengembangkan meriam rel 30 megajoule dan meriam rel universal 10 megajoule Blitzer. Sementara itu, kapasitor yang mempermudah proses menyimpan tenaga untuk melepaskan tembakan dari senjata bantuan pada kenderaan darat berjaya ditunjukkan pada bulan Julai 2016 pada jarak terbuka. Elke menambahkan dalam hal ini: “Kami juga telah berjaya menunjukkan kemampuan pengangkutan meriam Blitzer. Meriam dibongkar dan diangkut dari tapak ujian Dagway ke lokasi ujian Fort Sill dan dipasang kembali di sana untuk satu siri ujian tembakan yang berjaya semasa manuver tentera 2016."
Raytheon juga secara aktif mengembangkan teknologi kereta api dan rangkaian tenaga berdenyut inovatif. Finkenaur menjelaskan: "Jaringan ini terdiri dari banyak wadah berdenyut panjang 6.1 m dan tinggi 2.6 meter, yang menempatkan puluhan blok kecil yang disebut modul daya berdenyut. Kerja modul ini adalah untuk mengumpulkan tenaga yang diperlukan selama beberapa saat dan melepaskannya dalam sekelip mata. " Sekiranya kita mengambil bilangan modul yang diperlukan dan menghubungkannya bersama-sama, maka mereka dapat memberikan kekuatan yang diperlukan untuk operasi railgun.
Mengimbangi ancaman
Dalam ucapan April 2016 di Brussels, Wakil Setiausaha Pertahanan AS Bob Work menyatakan bahawa "baik Rusia dan China meningkatkan kemampuan pasukan operasi khas mereka untuk beroperasi di laut, di darat dan di udara setiap hari. Mereka menjadi cukup kuat di dunia maya, tindakan balas elektronik dan di luar angkasa. " Ancaman yang ditimbulkan oleh perkembangan ini memaksa Amerika Syarikat dan negara-negara NATO untuk mengembangkan apa yang disebut "Strategi Pengimbangi Ketiga" yang biasa disebut TOI (Inisiatif Offset Ketiga). Seperti yang dinyatakan Menteri Pertahanan Heigel pada tahun 2014, tujuan TOI adalah untuk menyamakan atau menguasai kemampuan ketenteraan China dan Rusia, yang dikembangkan melalui pengenalan teknologi terkini. Dalam konteks ini, senapang kereta api, dan proyektil hipersonik khususnya, mewakili kemampuan utama untuk melawan atau meneutralkan potensi ancaman yang ditimbulkan oleh senjata China dan Rusia, yang disebutkan di bahagian pengantar artikel.
