EM a ETC kanóny současnosti
Myšlenka použití elektromagnetů k vymršťování projektilů není nic nového. Konceptem, který se nejvíce přiblížil realitě, je koncept takzvaného "coilgunu", do češtiny přeloženo jako "cívkové dělo". Je možné se rovněž setkat s názvem Gaussova puška, jelikož teorie coilgunu čerpá z prací o magnetismu Carla Friedricha Gausse."Gaussovu pušku" si ovšem patentoval Kristian Birkeland již v roce 1904. Princip coilgunu je velmi jednoduchý. Jedná se o cívku, obtočenou kolem hlavně zbraně, do které je-li přiveden elektrický proud. Cívka pak začne přitahovat projektil v podélné ose směrem k sobě. V okamžiku kdy projektil projde středem cívky, a byl by následně přitahován opačným směrem, se cívka vypne, a projektil vyletí ven. Pro zvýšenou efektivitu se počítá v konceptu coilgunu se soustavou cívek, které se zapínají v sekvenci, kdy v okamžiku, kdy projektil projde jednou cívkou, ona cívka se vypne a projektil se "předá" následující cívce která se aktivuje za ní. Taková to sekvence by zrychlovala až ke konci hlavně, a mohla by tak dát projektilu významnou rychlost. Coilgun není nic nerealizovatelného. Již v druhé polovině 30.let se stalo posedlostí mnoha konstruktérů, nahradit střelný prach odlišnou hnací silou, která by dokázala střely metat rychleji a úsporněji než zmínený střelný prach.
Elektromagnetická děla (EM) - cívkové dělo
Od roku 1921 pracoval Pjotr Leonidovič Kapica (1894-1984) v Cavendishově laboratoři v Cambridge na projektu vytvoření umělého magnetického pole. To jej v roce 1924 přivedlo ke konstrukci solenoidu, ve kterém se mu podařilo s pomocí přechodového jevu (prudkým zabržděním rotoru dynama) na dobu asi 10 ms vytvořit magnetické pole o intenzitě 32 T. Díky velmi krátkému proudovému pulsu v solenoidu nedocházelo k jeho kritickému přehřátí a zničení. Právě Kapica měl stát prahu vynálezu, který byl údajně netrpělivě očekáván balistickými experty, kteří mají v plánu vytvořit zbraň, ve které by speciální dynama, která by během jedné setiny sekundy vymrštily projektil nevídanou rychlostí. Samozřejmě se jedná formulaci poplatnou své době. Jisté je, že tyto návrhy nebyly využity. Anglický vynálezce a experimentátor, Dr. Wall se zabývá obdobným problémem. Pomocí jednoduššího přístroje vytváří extrémně magnetické pole. Vytváří elektrostatické kondenzátory z nichž vzniklý proud hromadí ve speciální cívce ponořené v olejové lázni. Elektromagnetické zbraně fungují na principu který spočívá v cirkulaci elektrického proudu spojeného s magnetickým polem mezi dvěma paralelními vodícími kolejnicemi. Vystřelení projektilu, jenž je umístěný mezi těmito kolejnicemi, urychluje efekt známý jako Lorentzova síla. Střelu lze urychlit na 5 Machů a pomocí ní zasáhnout cíle na vzdálenost 200 km. Teoretická maximální rychlost střely je ale násobně větší. Vojenské využití coilgunů zatím deklasuje celková neefektivita, k tomu, aby byl projektil vymrštěn skutečně vysokou rychlostí je třeba hlaveň mnohem větší délky než u klasických nábojů. Odpalovací sekvence při takových rychlostech musí být navíc neskutečně rychlá a hlavně přesná, protože deaktivace cívky i jen nepatrný moment po průchodu projektilu jej naopak zpomalí. Taková zbraň je rovněž velmi náročná na údržbu, a hlavně zdroj energie. Elektromagnetické zbraně jsou tedy realizovatelné, ale výkony zdaleka neospravedlňují technologickou náročnost výroby a provozu.
Elektromagnetická děla (EM) - kolejnicové dělo
Alternativou je pak jiný princip elektromagnetické zbraně, označovaný jako "railgun" (kolejnicové dělo), které je mnohem nadějnější technologií. Railgun místo sady cívek tvoří dvě kolejnice pod proudem, které, generují takzvaný valivý efekt a pohánějí vozíček vpřed. Takováto zbraň je schopná (s dostatkem energie) urychlit projektil na hypersonické rychlosti (> Mach 5). Fyzika railgunu je již výrazně složitější než coilgunu, a pro potřeby tohoto článku nepodstatná. Railgun však v teorii není taky úplně novou myšlenkou. Jako první jeho návrh představil v hypotetické rovině francouzský vynálezce Louis Octave Fauchon-Villeplee již v roce 1919. Nejblíže se k jeho konstrukci dostalo Německo za druhé světové války, kdy v roce 1944 byl vypracován návrh protiletadlového kanónu na principu railgunu. Němečtí vědci navázali na francouzské pokusy z první světové války a pokusili se nadějné výsledky uvést do praxe. Brzy se jim podařilo získat finance od vyšších míst. Mělo se jednat o elektrickou zbraň pro protiletecký boj. Zbraň měla vystřelovat projektily ráže 40mm rychlostí 2011metrů za sekundu (6.600 ft za sekundu) tedy mnohem vyšší rychlostí než konvenční děla. Ač zbraň nebyla předána do konce války, chybělo jen málo. Její zmenšenina byla postavena a dokonce testována. Teoretické výpočty na základě zkoušek vedly německé vědce k názoru, že jsou schopni vytvořit zbraň schopnou vystřelit 14 střel do výšky 19 kilometrů za 13 sekund. Pro obsluhu protiletadlových zbraní by se jednalo o dar z nebes, jelikož konvenční střely dosáhnou za stejný čas jen výšky 7 kilometrů. Potíž ale byla se zásobením elektřinou. Pokud by bylo německé dělo postaveno v plné velikosti, bylo by hlaveň dlouhá 10 metrů. Po jejím obvodu by bylo 180 urychlovačů vytvářejících magnetické pole. Trvalo by tedy jen zlomek sekundy než by střela opustila hlaveň. Ale ani tvar střely by nebyl typický. Jednalo by se o speciální, dlouhou šipku opatřenou křidélky. Kvůli tomu by byl upraven i vývrt hlavně a i samotný tvar – jak můžete vidět na obrázku níže. Nikdy však nebyl realizován. Když spojenci po válce získaly plány, jejich studie došla k závěru, že je taková zbraň realizovatelná, ale její energetické nároky obrovské. První skutečně funkční vojenské railguny se datují až ke konci 20. století.
Americké námořnictvo (U.S. Navy) úspěšně pokračuje s vývojem a testováním elektromagnetického (EM) děla. Vývoj se dá datovat zhruba od roku 2008. V letošním roce (2016) se plánuje námořní demonstrace zbraně na plavidle EFT (Expeditionary Fast Transport). Námořnictvo však uvažuje o instalaci děla přímo na nové torpédoborce třídy Zumwalt. Výhodou lodí třídy Zumwalt je obří zdroj elektrické energie o výkonu 78 MW a robustní elektrická síť (zvládá velké přenosy elektrické energie). Loď dokáže navíc energii směřovat podle potřeby do pohonu, senzorů nebo zbraní. Jedná se o nejlepší námořní platformu pro instalaci "elektrických" zbraní, jako jsou EM děla a lasery. Americké námořnictvo v rámci EM zbraní pracuje na dvou klíčových technologiích - první je samotná EM zbraň a druhou vysokorychlostní projektily HVP (Hyper Velocity Projectile) s velmi dlouhým doletem (přes 100 km). HVP je nová generace munice určená pro celou řadu dělostřeleckých systémů. Pomocí různých sabotů (prvků pro vedení projektilu v hlavni) lze HVP odpalovat z děl ráže 127 mm, 155 mm nebo z nově vyvíjených EM zbraní. Elektromagnetické kanóny tak již v podstatě fungují a jsou na prahu zavedení do armády, ale problémem je vysoká energetická náročnost a náročnost na systém vozidla. V současné době jsou tedy EM kanóny použitelné jen pro statické účely nebo k osazení na moderní lodě. Doba, kdy by je bylo možné osadit na obrněnou techniku (tanky) ještě nenastala a v blízké době ani nenastane. Vývoj se ale ubírá poněkud jiným směrem, která je mnohem blíže realizaci.
Elektrotermochemická děla (ETC) - vysokotlaké dělo
Moderní alternativou jsou pak elektro-termo-chemické kanóny, známé pod zkratkou ETC. Běžně se ale používá i srozumitelnější označení "vysokotlaký kanón", což v podstatě opisuje jeho funkci. Podstatou ETC zbraní je elektrické zažehování a řízení spalovacího procesu, jenž tak dosahuje podstatně větší efektivity. Velkou výhodu koncepce ETC představuje skutečnost, že takto lze upravit už existující kanóny v zavedených vozidlech, resp. není třeba vyvíjet zcela nové zbraně a tanky Počítá se s nimi u modernizace německých tanků Leopard (na 2A8). ETC zbraně mají na Západě poměrně dlouhou tradici. V Americe byla tato technologie zpracovávána od druhé poloviny 80.let. Byla určena rávě proti vyvíjeným nejmodernějším sovětským tankům. V rámci programu Future Combat Systems (FCS), vyvinula americká společnost Watervliet Arsenal, novou generaci tankových kanónů (XM360) pro vozidla XM1202. I když byl program FCS zrušen roku 2011, je dost možné, že nový kanón v úpravě XM360E1, nebo původní XM360, bude použit pro modernizaci tanků M1A3, které mají být představeny roku 2017. Malá ochutnávka věcí příštích přišla ale o něco dříve. Na výstavě AUSA 2016, bylo možné vidět kanón XM360, osazený na prototyp lehkého výsadkového tanku, od společnosti General Dynamics. Dodám, že tank GRIFFIN vznikl během pěti měsíců, díky kombinaci prvků původně vytvořených pro britská bojová vozidla Ajax, zbytků amerického programu nového tanku z projektu FCS a komponentů určených pro modernizaci amerických tanků Abrams. Byly využity co nejlehčí materiály, jako různé kompozity, druhy oceli a hliníku se speciální gumovou vrstvou nebo skelná vlákna. Hlavní výzbroj tvoří ručně nabíjený kanón ráže 120mm, XM360.
Tak jako v případě kanónu M68 (105 mm), měl být i kanón Rheinmetall L44 (120 mm), postupně nahrazen novým kanónem domácí výroby. Koncem Studené války došlo k nejprogresivnějšímu vývoji ETC technologie a vznikly různé prototypy zbraní větších ráží. Touto technologií se zaobírali a zaobírají vědci v USA, SSSR/Rusku, Číně, Francii, Německu a patrně i Británii. Patrně i v různých dalších státech s vysoce rozvinutým průmyslem, ale většina konkrétních detailů je nejspíš stále tajných. ETC kanóny mají u Rheinmetallu poměrně dlouhou tradici. Konkrétně už v 90.letech byly testovány různé řešení ETC kanónů, pro tanky 4. generace (NGP a EGS). V roce 1995 byl zkonstruován kanon ráže 105 mm, který dokázal vystřelit projektil o hmotnosti 2 kilogramy rychlostí 2400 m/s. Pozděj měl být vypálen projektil o hmotnosti 4,2 kg rychlostí 1900 m. Ještě jsem našel, že podle původní projektu, měl být v první fázi (1995-1999) vyvinut ETC kanon ráže 120 mm. Práce na vylepšení tohoto kanonu, nabíjecí mechanismy a různé dílčí komponenty, se vyvíjely i po přelomu letopočtu (2002). Připomenu, že v roce 1999 odhadovali představitelé Rheinmetallu (Dr. Josef Kruse a Dr. Thomas Weise), že kanon ráže 140 mm bude dokončen roku 2007, u ETC kanonu počítali s rokem 2017 a na rok 2030 pak odhadovali nasazení EM kanónu (railgun).Není mi známo, jak hluboce byl celý projekt utlumen, ale je velice pravděpodobné, že když byla omezena finanční podpora, byl projekt uspán. Je velice pravděpodobné, že v současnosti je projekt přezkoumáván a hodnotí se výsledky prací. Přeci jen dnes jsou technologie dál než před 15-ti lety, ale základy byly položeny více než kvalitní. Dočetl jsem se, že i Nexter (AMX) počítal pro tanky Leclerc, s osazením ETC kanonem (patrně 120 mm). V době, kdy Nexter pracoval na Leclercu, byly ETC kanony ve vývoji - pro Francouze byly důležité výsledky práce v Americe i Německu. Francouzi nejspíš vlastní konstrukci nevyvíjeli, nebo to dobře tají.
XM360
Výrobce: Watervliet Arsenal
Ráže: 120 mm
Hmotnost: 1860 kg
Úsťová rychlost: 1300 m/s
Úsťová energie: <17 MJ
Efektivní dostřel:
Konvenční munice: 8 km
MRM munice: <12 km
Zákluz hlavně: max. 560 mm
Energie zpětného rázu: 2400 kg/s – 378kN
Hlaveň:
Délka: 5280 mm
Hmotnost: 780 kg
Termo-izolační plášť
Úsťová brzda (450 mm)
Výdrž hlavně: 12 000 výstřelů
Elektrický závěr
XM360E1
Úsťová rychlost: <1600 m/s
Zákluz hlavně: max.400 mm
Energie zpětného rázu: <65 000 kg s municí M829A3
Mechanický závěr
Francouzsko-německý projekt
V USA se vývoji elektromagnetických zbraní věnuje od roku 2005 státní organizace Office of Naval Research. Stejnou činností se zabývá i nepříliš známý Francouzsko-německý výzkumný institut v Saint-Luis ISL (Institut franco-allemand de recherches de Saint-Louis). Institut ve vývoji elektromagnetických zbraní pokročili, ale musí čelit několika výzvám. Stále je zapotřebí dokončit vývoj plně funkční zbraně. Dalším problémem je, že každý výstřel z elektromagnetického děla tuto zbraň poškozuje, což vede k jejímu rychlému opotřebení. Maximální počet výstřelů je tak odhadován na 400. Zástupci francouzského úřadu pro vyzbrojování DGA (Direction générale de l’Armement) informovali, že elektrický proud o velikosti několika milionů ampérů vytváří plyny o vysoké teplotě, kterým se snaží vyhnout jelikož poškozují hlaveň. Hlavní úkol podle nich spočívá ve skladování a uvolňování potřebné elektrické energie. Vyslání střely na vzdálenost 200 km vyžaduje v určitém momentu tolik elektrického výkonu, kolik by za stejný okamžik činila spotřeba půlmilionového města. ISL se výše uvedeným výzvám intenzivně věnuje a zabývá se vývojem vhodných materiálů. Řešením mohou být napájecí zdroje o výkonu jednoho GW, které mají být, díky uskladnění energie v magnetickém poli a supravodivým materiálům, mnohem menšího rozměru než běžně využívané technologie. Při teplotě menší než -200 °C přestávají některé materiály klást odpor při průchodu elektrického proudu. To znamená, že elektřina přes ně přechází bez ztrát. Dle zástupců společnosti by elektromagnetické dělo bylo využito námořnictvem. Přeci jen dostřel většiny moderních dělostřeleckých systémů dosahuje 40-70 km. Elektromagnetická děla dokáží působit na tři až pětkrát větší vzdálenost. Střelu lze urychlit na 5 Machů a pomocí ní zasáhnout cíle na vzdálenost 200 km. Teoretická maximální rychlost střely je ale násobně větší. Úder proti nepřátelským jednotkám by bylo možné vést z bezpečné vzdálenosti, na což by protivník nemohl odpovědět podobným způsobem. Využití řízených střel totiž představuje velmi drahou alternativu, přičemž jedna vyjde na 500 000 až 1,5 mil dolarů. EM dělo využívá munici bez trhaviny což snižuje riziko výbuchu při neopatrné manipulaci. Navíc jeden výstřel stojí pouze 50 000 dolarů.
Zdroj:
https://flipboard.com/topic/railgun/the ... hradar.com
http://palba.cz/posting.php?mode=edit&f ... 30#preview
http://palba.cz/viewtopic.php?f=324&t=1474
http://defence-blog.com/army/turkey-unv ... ilgun.html
http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/ ... tives.html
http://www.armadninoviny.cz/francouzsko ... acuje.html
Typický malý moderní Raigun od turecké společnosti SAPAN
Zkušební prototyp Railgunu pro torpédoborce Zumwalt
ETC kanón XM360 od Watervliet Arsenal
Tank Griffin osazený kanónem XM360
