Разработка электромагнитной пушки для надводных кораблей ВМС СШАКапитан 3 ранга Ю. Соловьёв Современная военно-политическая обстановка в мире обусловила переход США от ведения боевых действий преимущественно на океанских ТВД к операциям в прибрежных районах в рамках локальных конфликтов. С учетом этого значительно возросла роль корабельной артиллерии в качестве одного из основных средств поражения наземных стационарных и мобильных целей противника. Исследования, направленные на увеличение дальности стрельбы артиллерийских систем (АС), показали, что к настоящему времени те уже практически достигли пределов по дальности стрельбы и скорости полета снаряда. Данную проблему планируется решить за счет внедрения в АС новых принципов метания. Проводившиеся в различное время исследования в этой области были направлены на создание систем на основе жидких метательных веществ с активно-реактивным боеприпасами, а также на новых физических принципах. Анализ этих НИОКР показал, что жидкие метательные вещества не могут обеспечить требуемую дальность, а системы с активно-реактивными боеприпасами при достижении требуемой дальности становятся слишком дорогими, также значительно уменьшается боекомплект. При разработке артиллерийского оружия, действие которого основано на новых физических принципах, большое внимание уделяется созданию электромагнитных пушек (ЭМП). На сегодняшний день наибольшее распространение получили коаксиальные электромагнитные и рельсовые электромагнитные пушки. Электромагнитный способ приведения снаряда в движение был предложен еще в начале XIX века. В тот период исследования велись по пути создания коаксиальной ЭМП, или, как ее еще называют, пушки Гауса. Профессору Кристиану Беркеленду с 1901 по 1903 год было выдано три патента на изобретение в этой области. НИОКР в области создания рельсовой ЭМП начались значительно позже. Изобретателем рельсовой пушки был француз Андрэ Луи-Октав Фошон Виепле, который в 1920 году получил на нее три патента. Однако уровень развития техники, прежде всего средств накопления электрической энергии, не позволял на тот момент создать подобное оружие. Последующие исследования показали, что коаксиальные электромагнитные пушки большой дальности стрельбы и в первую очередь ствол, будут иметь большие размеры, а рельсовые ЭМП потребуют значительных энергетических затрат. В результате предпочтение было отдано последней. Однако недостаточный на тот момент уровень технического развития вновь не позволил реализовать идею на практике. Прежде всего это было связано с высокими тактико-техническими требованиями, предъявляемыми командованием ВМС США к новому типу оружия.
В настоящее время успехи, достигнутые в таких областях, как конструкционные материалы, энергетика, электроника и ряд других, позволяют приблизить возможность реализации этих ТТХ (данные приведены в таблице). В США в рамках научно-технической программы в настоящее время проводятся НИОКР по созданию корабельной рельсовой ЭМП. Исследования в данной сфере предполагают разработку и проведение испытаний компонентов пусковой системы (ствола) и боеприпаса, создание модуля накопителей энергии, а также интеграцию системы с корабельной энергетической установкой нового поколения. Работы по созданию компонентов пусковой системы ведутся фирмой "БАэ системз". Общее руководство ими осуществляет управление военно-морских исследований США в рамках реализации программы создания рельсовой ЭМП. В августе 2005 года фирма "БАэ системз ЮС комбат систем" заключила контракт на сумму 5,4 млн долларов, предусматривавший проектирование, изготовление и сопровождение электромагнитной пусковой установки. Испытания опытного образца начались в марте 2007-го, и к настоящему времени из него произведено около 1000 выстрелов. За указанный период были опробованы различные варианты конструкции ЭМП. Также производились испытания сплавов, из которых отлиты различные элементы пушки. В ходе последних проверок была достигнута энергия выстрела 33 МДж. Основной проблемой, которую разработчики пока не смогли устранить, является низкая живучесть ствола. Она обусловлена тем, что для придания снаряду скорости 2,5 км/с требуется большая энергия выстрела, а это, в свою очередь, вызывает сильный нагрев ствола и деформацию рельсов. Кроме того, как показали проведенные исследования, на скорости более 1-1,2 км/с происходит нарушение контакта между рельсовыми направляющими и толкателем, что вызывает электродуговую эрозию и их разрушение. Таким образом, существующие технологии позволяют создать метательную систему для рельсовой ЭМП с требуемой скоростью снаряда, однако живучесть ствола не будет более 3-4 выстрелов. В связи с этим проводятся исследования, направленные на создание материалов и сплавов, стойких к подобным нагрузкам.
За разработку боеприпасов для рельсовой ЭМП отвечают фирмы "Боинг" и "Дрэйпер лаб". Ожидается, что это будут управляемые снаряды с высокой точностью и поражающим действием у цели. При этом ее поражение и разрушение будут происходить не за счет использования обычных взрывчатых веществ, а за счет высокой кинетической энергии самого снаряда. В настоящее время стрельба ведется экспериментальными боеприпасами массой 2,4-3,4 кг. В дальнейшем планируется постепенное ее увеличение до требуемых 15 кг. Как ожидается, общая масса снаряженного боеприпаса будет достигать 20 кг. В ходе работ по созданию рельсовой электромагнитной пушки особое внимание уделяется разработке модуля накопителей энергии, призванного обеспечивать ЭМП импульсной электроэнергией мощностью десятки гигаватт во время выстрела снаряда (обычно около 10 мс), при этом ее скорострельность должна составить 6-12 выстр./мин. В настоящее время рассматриваются несколько типов накопителей энергии, основными из которых являются конденсаторы большой емкости (суперконденсаторы), импульсные генераторы переменного тока, совместно с ними используемые индукционные катушки и аккумуляторные батареи (АБ). Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки, поэтому пока нет окончательного решения, какой тип накопителей будет использоваться. Конденсаторы имеют самую высокую плотность энергии среди других накопителей энергии (например, у широко используемых в промышленности этот показатель превышает 2,5 МДж/м3). Кроме того, они способны выдать всю или часть накопленной энергии в самые короткие сроки. Однако в случае внезапного пробоя мгновенное выделение всей энергии будет сопоставимо с мощностью взрыва. Работы, проводимые в области совершенствования конденсаторов, направлены на повышение их емкости путем внедрения новых технологий, материалов и конструкций. В частности, зарубежными специалистами проводятся исследования в области создания полимерных и композиционных материалов, которые предполагается использовать при производстве диэлектрической пленки, применяемой в подобных устройствах большой импульсной мощности. Кроме того, разрабатываются комбинированные многослойные стеклокерамические конденсаторы большой емкости для применения в условиях высоких температур. Генераторы переменного тока обладают большей надежностью и способны обеспечить высокую плотность энергии. Они могут работать в нескольких режимах энергопотребления, когда стрельба ведется снарядами разной массы и на различные дальности в зависимости от решаемых задач (в импульсных генераторах накопленная энергия выделяется инерционно). Прежде чем сделать следующий выстрел, она должна быть восполнена за счет раскручивания ротора машины до номинальной скорости с использованием электродвигателей. С целью снижения воздействия крутящего момента реактивных сил, а также оптимизации массогабаритных характеристик импульсные генераторы переменного тока планируется монтировать парами с противоположным вращением. Аккумуляторные батареи не могут обеспечить мощность, необходимую для ЭМП. Поэтому первые опытные образцы рельсовых пушек успешно функционировали, используя АБ для заряда индуктивной цепи (одна или несколько больших катушек индуктивности), которая затем разряжалась, обеспечивая рельсовой ЭМП требуемый заряд энергии. Достоинством данной системы являются малые размеры, более низкое напряжение, чем у конденсаторов, и отсутствие вращающихся узлов. Однако для подачи нужного импульса необходим специальный коммутатор, пропускающий ток к рельсовой пушке. Его разработка ведется в настоящее время. Интеграция системы с корабельной энергетической установкой нового поколения. Ранее рельсовая ЭМП не могла быть установлена на надводные корабли. Это было обусловлено недостаточной мощностью корабельной электроэнергетической системы (ЭЭС). Внедрение корабельной энергетической установи нового поколения - объединенной электроэнергетической системы (ОЭЭС) -создает предпосылку для размещения ЭМП на перспективных кораблях. Она предусматривает интеграцию составных частей корабельной энергетической установки (главной ЭУ и ЭЭС) в единую систему с централизованным управлением и контролем. Ядром этой системы будет зональная ЭЭС корабля, которая вырабатывает и распределяет электроэнергию как на корабельные системы и механизмы, так и на гребные электродвигатели, обеспечивающие ход кораблю. Иными словами, разрабатываемая ОЭЭС использует общий первичный источник энергии для выработки электроэнергии с целью обеспечения движения и электроснабжения всех корабельных потребителей - от систем оружия до систем вентиляции и кондиционирования воздуха. ОЭЭС нового поколения предполагает гибкую систему распределения электроэнергии в зависимости от тактической обстановки. Например, в редких случаях развития полного хода большая часть электроэнергии будет использоваться для ГЭД. При частичных нагрузках на низких скоростях модули генераторов станут вырабатывать "лишнюю" электроэнергию, что обеспечит возможность использования новых энергоемких систем вооружения, в том числе ЭМП. Принятие на вооружение рельсовой пушки может также существенно повлиять на компоновку и внешний вид кораблей, так как ее боеприпасы не требуют специально разработанных взрывозащищенных артпогребов и элеваторов подачи. Несмотря на масштабы проводимых работ, будущее корабельной рельсовой ЭМП окончательно не определено. Согласно первоначальным планам к концу 2011 года намечалось разработать экспериментальный образец такого оружия, обладающий энергией выстрела 32 МДж и рассчитанный на 100 выстрелов. Принятие на вооружение рельсовой электромагнитной пушки ожидается после 2025 года, когда в боевой состав ВМС США должны войти ЭМ УРО типа "Замволт" подсерии 3. В настоящее время работы по созданию ствола с требуемой живучестью для рельсовой ЭМП далеки от завершения. Кроме того, в рамках американской кораблестроительной программы пока решили ограничиться тремя ЭМ УРО типа "Замволт". Корабль будет вооружен двумя 155-мм артиллерийскими установками (АУ) AGS. Наличие на нем ОЭЭС мощностью 80 МВт достаточно для выработки энергии в 64 МДж, обеспечивающей функционирование электромагнитной пушки с требуемой скорострельностью. Поэтому вполне вероятно, что в перспективе для проведения морских испытаний рельсовой ЭМП будет выбран корабль такого типа, где пушка заменит одну из АУ AGS. Таким образом, в случае успешного завершения работ по созданию ЭМП принятие ее на вооружение можно ожидать после 2025 года, когда возникнет необходимость постройки ЭМ УРО нового поколения для замены кораблей типа "Бёрк" подсерий 1 и 2, а также первых в подсерии 2А. В случае начала серийного строительства новых эскадренных миноносцев, они, вероятнее всего, будут оснащаться ОЭЭС. При этом условии вполне возможно размещение ЭМП на кораблях данной серии. Зарубежное военное обозрение. - 2014. - №2. - С.71-76 Смотрите также | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||
| Просмотров: 11422 | | | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Всего комментариев: 0 | |