Кіріспе

Плазмалық тұтандыру арқылы снарядтың қозғалтқышын іске қосу
Электротермиялық химиялық (ЭТК) технологиясы – болашақ танк, артиллерия және жақын қашықтықтағы қару жүйелерінің қаруларының дәлдігі мен оқ ату энергиясын арттыруға бағытталған әрекет. Бұл, оқ-дәрінің ішіндегі қозғалтқыштардың кеңеюін болжау мүмкіндігін және оның жылдамдығын жақсарту арқылы жүзеге асырылады. Электротермиялық химиялық қару, оқ-дәрінің қозғалтқышын тұтандыру және басқару үшін плазмалық патронды пайдаланады, процесті іске қосу үшін электр энергиясын қолданады. ЭТК дәстүрлі қатты қозғалтқыштардың тиімділігін арттырады, температураның қозғалтқыштардың кеңеюіне тигізетін әсерін азайтады және одан да жетілдірілген, жоғары тығыздықты қозғалтқыштарды пайдалануға мүмкіндік береді. Технология 1980-жылдардың ортасынан бері дамытылып келеді және 1993 жылы АҚШ-та Армия ғылыми-зерттеу зертханасы, Сандия ұлттық зертханалары және қорғаныс өнеркәсібінің мердігерлері, соның ішінде FMC Corporation, General Dynamics Land Systems, Olin Ordnance және Soreq ядролық зерттеу орталығы белсенді түрде зерттеулер жүргізіп отырды. Электротермиялық химиялық қарудың қозғалтқышы АҚШ армиясының болашақ жауынгерлік жүйесінің және Германия мен Ұлыбритания сияқты басқа елдердің де ажырамас бөлігі болуы мүмкін. Электротермиялық химиялық технология – бұл рельстік және катушкалы қарулар сияқты барлық электрлік қару технологияларын қамтитын кең ауқымды зерттеу және әзірлеу бағдарламасының бір бөлігі.

Өмірбаян

Қарулы және бронебойғыш снарядтар арасындағы үздіксіз күрес негізгі ұрыс танктерінің дизайнын үнемі дамытуға алып келді. Американың танкке қарсы қару-жарағының эволюциясы совет танктерін жою қажеттілігіне байланысты. 1980-жылдардың соңында болашақ совет танктерінің (БСТ) қорғаныс деңгейі ең қалың жерінде 700 мм-ге дейін жете алады деп есептелді, бұл сол кездегі M829 бронебойғыш қанаттары тұрақтандырылған тастау снарядына тиімді қарсы тұратын деңгей болды. 1980-жылдары НАТО-ның кеңестік бронетехникадағы жетістіктерге қарсы тұрудың ең тікелей жолы 140 мм-лік негізгі зеңбіректі қабылдау еді, бірақ бұл үлкенірек замша мен оқ-дәрілерді орналастыра алатын қайта жобаланған мұнараны, сондай-ақ автоматты зарядтағышты қажет етті. 140 мм-лік зеңбірек нақты уақытша шешім деп есептелгенімен, Кеңес Одағы құлағаннан кейін оның ұңғыма энергиясын арттыру салмақтың артуына тұрарлық емес деген шешімге келді. Сондықтан қажетті энергияны қамтамасыз ететін басқа бағдарламаларды зерттеуге қаражат жұмсалды. Ең табысты балама технологиялардың бірі – электртермиялық химиялық тұтандыру. Зеңбірек технологиясындағы көптеген ұсыныстар қатты отынды жеке түрдегі күш беру жүйесі қажетті энергияны жеткізе алмайды деген болжамға негізделген. Бұл талапты ресейлік Т-90 негізгі ұрыс танктерінің пайда болуы одан әрі растады. Rheinmetall ұсынған жаңа неміс 120 мм L/55 сияқты қазіргі зеңбірек түтікшелерін ұзарту, қажетті соқпақ жылдамдығын қамтамасыз етпейтіндіктен, тек уақытша шешім деп есептеледі. АҚШ-тың M829A3 сияқты озық кинетикалық энергия снарядтары да болашақтағы қауіптерге қарсы уақытша шешімдер ретінде қарастырылады. Осыған байланысты қатты отынның пайдалылығы шегіне жеткені саналады, бірақ ол кем дегенде келесі он жыл бойына, жаңа технологиялар жетілгенге дейін негізгі күш беру әдісі болып қала береді. Қатты отынды қарудың мүмкіндіктерін жақсарту үшін электртермиялық химиялық зеңбірек 2016 жылға дейін өндіріске шығарылуы мүмкін. ETC технологиясы орташа тәуекелді ұсынады және одан әрі жақсартулар өте шағын болғандықтан, оны жетілген деп санауға болады. Жеңіл американдық 120 мм XM291 17 МДж ұңғыма энергиясына жуықтап, 140 мм-лік зеңбірек үшін ұңғыма энергиясы спектрінің төменгі шегіне жақын болды. Алайда, XM291 технологиясының сәттілігі ETC технологиясының сәттілігін білдірмейді, өйткені күш беру жүйесінің әлі толық түсінілмеген немесе толық дамытылмаған негізгі бөліктері бар, мысалы плазмалық тұтандыру процесі. Дегенмен, ETC технологиясының тиімді екеніне және оны дамытуды жалғастыру үшін жұмсалған қаражатқа тұрарлық екеніне мол дәлелдер бар. Сонымен қатар, оны қазіргі зеңбірек жүйелеріне интеграциялауға болады.

Жұмыс істеу қағидасы

Электрлі-термиялық химиялық қару плазмалық патронды оқ-дәрінің жанар майын тұтандыру және басқару үшін пайдаланады, процесті бастау үшін электр энергиясын катализатор ретінде қолданады. Бастапқыда АҚШ Армиясы үшін доктор Джон Парментола зерттеген бұл қару, стандартты қатты жанар майлы танк пулеметінің перспективті ізбасары болып табылады. Зерттеулер басталғаннан бері АҚШ XM291 қару жобасына 4 000 000 АҚШ доллары, базалық зерттеулерге 300 000 АҚШ доллары және қолданбалы зерттеулерге 600 000 АҚШ доллары бөлген. Оның жұмыс істейтіні дәлелденді, бірақ қажетті тиімділік деңгейіне әлі қол жеткізілмеген. ETC дәстүрлі қатты жанар майлардың өнімділігін арттырады, температураның жанар майдың кеңеюіне тигізетін әсерін азайтады және одан да жетілдірілген, жоғары тығыздықты жанар майларды пайдалануға мүмкіндік береді. Бұған қоса, жанар май газын тұтандыру кезінде тегіс таратуға көмектесетіндіктен, бұл технология альтернативті технологияларға қарағанда оқпанға түсетін қысымды азайтады. Қазіргі уақытта плазманы іске қосудың екі негізгі әдісі бар: флешбордтың үлкен ауданымен эмитер (FLARE) және үштік коаксиалды плазмалық тұтандырғыш (TCPI).

Флешбордтың үлкен аймақты шығаратын құрылғысы

Флеш-тақталар бірнеше параллель тізбекте жұмыс істейді, үлкен плазма немесе ультракүлгін сәулеленуді қамтамасыз етеді және қажетті плазманы жасау үшін алмастардың аралықтарын ыдырату және булану процесін пайдаланады. Бұл параллель тізбектер түтіктерге орнатылады және олардың аралықтары түтік осіне қатысты азимуталды болуы үшін бағытталған. Ол жоғары қысымды ауаны пайдаланып, ауаны ығыстыру арқылы орындалады. FLARE инициаторлары плазманы шығару арқылы немесе тіпті ультракүлгін жылу сәулесін қолдану арқылы жанар майларды тұтандыра алады. Қатты жанар майдың сіңіру ұзындығы плазма көзінен сәулелену арқылы тұтандырылуы үшін жеткілікті. FLARE әзірлеу талаптарының оптималды деңгейіне жетпеген болуы мүмкін, сондықтан технологияның дамуын қамтамасыз ету үшін FLARE-ді және оның жұмыс ілу принципін толыққанды түсіну қажет. Егер FLARE XM291 мылтығы жобасына 17 МДж бастапқы энергияны алу үшін жанар майды тұтандыруға жеткілікті сәулелі жылу берген болса, толық дамыған FLARE плазмалық тұтандырғышымен қандай мүмкіндіктер ашылатынын көзге елестетуге болады. Қазіргі зерттеулер плазманың сәулелену арқылы жанар майға тигізетін әсерін, механикалық энергия мен жылуды тікелей беруді және газ ағынын қозғауды қамтиды. Осы қиын міндеттерге қарамастан, FLARE болашақта ETC мылтықтарында қолдануға болатын ең сенімді тұтандырғыш ретінде қарастырылуда.

Үштік коаксиалды плазмалы тұтандырғыш

Коаксиалды тұтандырғыш толығымен оқшауланған өткізгіштен және оны жабатын төрт алюминий фольга жолағынан тұрады. Бұлардың бәрі диаметрі 1,6 см болатын, кішкентай тесіктермен тесілген түтікшеге қосымша оқшауланады. Мақсат – электр тогын өткізгіш арқылы өткізіп, оны буға айналдырып, содан кейін плазмаға дейін ыдырату. Соның салдарынан плазма оқшаулағыш түтікше бойындағы тұрақты тесіктер арқылы шығып, айналадағы жанар майды іске қосады. Әрбір оқ-дәрі үшін жеке жанар май корпусына TCPI тұтандырғышы орнатылады. Дегенмен, TCPI енді жанар майды тұтандырудың сенімді әдісі саналмайды, себебі ол қанатшаларды зақымдауы мүмкін және FLARE тұтандырғышымен салыстырғанда энергияны тиімді жеткізбейді.

Жүру мүмкіндігі

XM291 – жұмыс істейтін электртермиялық-химиялық қарудың ең жақсы мысалы. Бұл 140 мм калибрлі қаруға балама технология болды, қос калибрлі тәсілді пайдаланды. Ол 140 мм оқ-дәрілерді қабылдауға жеткілікті үлкен, сонымен қатар 120 мм және 135 мм немесе 140 мм стволдармен жабдылуға мүмкіндік береді. XM291 қазіргі M256 L/44 зеңбірегінен гөрі үлкен оқ түтігі мен тұтандыру камерасын орнатады. Электртермиялық-химиялық технологияны қолдану арқасында XM291 140 мм-лік төмен деңгейдегі зеңбіректің энергиясын шығара алады, сонымен қатар үлкен 140 мм зеңбіректен жоғары оқ жылдамдығына қол жеткізеді. XM291 ETC технологиясының тиімді екенін көрсетпесе де, оның мүмкін екенін көрсетеді. ETC басқа баламаларға қарағанда тиімдірек. ETC теміржол немесе катушка сияқты сыртқы көздерден, мысалы, батареядан, аз энергия қажет етеді. Тәжірибелер көрсеткендей, жанармайдан шыққан энергия сыртқы көздерден алынған энергиядан жоғары. Қарама-қарсылығы, қазіргі рельсті қару оқ жылдамдығын энергия мөлшерінен жоғары деңгейге жеткізе алмайды. Тіпті 50% тиімділікпен 20 МДж кинетикалық энергиясы бар снарядты ату үшін рельсті қаруға 40 МДж энергия беру қажет, ал 50% тиімділікке әлі қол жеткізілмеген. Мысал келтірсек, 9 МДж энергиямен атылатын рельсті қаруға конденсаторлардан шамамен 32 МДж энергия қажет болады. Энергия сақтаудағы қазіргі жетістіктер энергия тығыздығын 2,5 МДж/дм³ дейін жеткізуге мүмкіндік береді, яғни 32 МДж энергияны беретін батареяға бір оқ ату үшін 12,8 дм³ көлем қажет, бұл қазіргі заманғы негізгі ұрыс танктері үшін, әсіресе жеңілдетілген модельдер үшін қолайлы емес. ETC тұтануда сыртқы электр көзін плазмалық картриджді шағын жарылыс арқылы іске қосу арқылы жою мүмкіндігі де талқыланды. Сонымен қатар, ETC технологиясы тек қатты жанармайға ғана емес, сұйық жанармайға да қолданылады. Оқ жылдамдығын одан да арттыру үшін электртермиялық-химиялық тұтану сұйық жанармаймен де жұмыс істей алады, бірақ бұл плазмалық тұтануды одан әрі зерттеуді қажет етеді. ETC технологиясы атыс кезінде көлік құралына берілетін кері соққыны азайтуға бағытталған жобалармен де үйлесімді. Анығында, 17 МДж немесе одан да көп энергиясы бар снарядты атушы зеңбіректің кері соққысы Ньютонның үшінші заңына сәйкес тұмсықтың энергиясының артуымен пропорционалды түрде артады, сондықтан кері соққыны азайту механизмдерін сәтті енгізу ETC қуатты зеңбіректі қолданыстағы көлік құралына орнату үшін маңызды. Мысалы, OTO Melara-ның жаңа жеңіл 120 мм L/45 зеңбірегі ұзын кері соққы механизмін (550 мм) және көп тесікті тұмсық тежегішін пайдалану арқасында 25 тонналық кері соққы күшіне жетті. Термиялық қаптаманың массасын азайту арқылы кері соққыны азайтуға да болады. ETC технологиясын қолданыстағы зеңбірек конструкцияларына бейімдеуге болатындықтан, болашақта зеңбіректі жаңарту үшін үлкен калибрлі ствол немесе патрон ұясын қайта жасау қажеттілігі тумайды. Бірнеше ел ETC технологиясының болашақта қолданылуы мүмкін екенін анықтады және отандық жобаларды қаржыландырды. Олардың қатарында АҚШ, Германия және Ұлыбритания бар. АҚШ-тың XM360 зеңбірегі, Future Combat Systems Mounted Combat System жеңіл танкін жабдықтау жоспарланған және M1 Abrams танкының келесі жаңартуы болуы мүмкін, XM291 негізінде жасалған және ETC технологиясын немесе оның бөліктерін қамтуы мүмкін. Бұл зеңбіректің сынақтары «дәлдікпен тұтану» технологиясын қолдана отырып жүргізілді, бұл ETC тұтануына қатысты болуы мүмкін.