El lema "Velocitas Eradico", adoptado por la Armada estadounidense para su investigación sobre cañones de riel electromagnéticos, es bastante coherente con el objetivo final. Esta expresión, traducida libremente del latín, significa "La velocidad mata". Las tecnologías electromagnéticas se están desarrollando con éxito en el campo marítimo, abriendo perspectivas para las armas ofensivas y la operación de portaaviones.
Un informe escrito por Ronald O'Rurk en octubre de 2016 para el Servicio de Investigación del Congreso, titulado Láseres, cañones ferroviarios y proyectiles hipersónicos: antecedentes y desafíos para el Congreso de los EE. UU., Afirma: desde misiles de crucero antibuque (ASM) y antibuque misiles balísticos (ABM), algunos observadores están preocupados por la capacidad de supervivencia de los barcos de superficie en posibles enfrentamientos de combate con oponentes como China, que están armados con modernos misiles antibuque y misiles antibalísticos . El primer y único FGM DF-21D (Dufeen-21) de mediano alcance del mundo desarrollado por la Academia China de Mecánica y Electrónica China Changfeng fue discutido activamente en las armadas del mundo; este cohete se mostró en Beijing en septiembre de 2015 al final del desfile de la Segunda Guerra Mundial. Mientras tanto, el informe señala que la flota rusa continúa desplegando la familia de misiles de crucero antibuque y terrestres del calibre 3M-54 con guía de radar / inercial satelital desarrollada por la oficina de diseño de Novator.
Si bien algunos países, como China y Rusia, continúan equipando sus barcos con armas poderosas, la Armada de los Estados Unidos, junto con otras armadas occidentales, está cada vez más preocupada por la capacidad de supervivencia de sus buques de guerra de superficie. Y la reducción de personal está obligando a las flotas de todo el mundo a recurrir cada vez más a tecnologías prometedoras. Por ejemplo, según el sitio web globalsecurity.org, se espera que el número de miembros activos del ejército de EE. UU. Disminuya en 200.000 para fines de 2017, a 1,28 millones. En este contexto, en el ámbito de la defensa, las tecnologías electromagnéticas se están desarrollando rápidamente como una solución prometedora a problemas complejos, que están relacionados en gran medida con el armado de potenciales adversarios y la reducción de personal. En comparación con los sistemas tradicionales actuales, estas tecnologías, desde catapultas de portaaviones hasta cañones de riel (cañones de riel), serán más rentables y reducirán la cantidad de personal.
Electricidad y magnetismo
La energía electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos. Según la definición publicada en el sitio web de la Organización Mundial de la Salud: “Los campos eléctricos se crean debido a la diferencia de voltaje, cuanto mayor sea el voltaje, más fuerte será el campo resultante. Los campos magnéticos surgen cuando las partículas cargadas se mueven: cuanto más fuerte es la corriente, más fuerte es el campo magnético.
EMALS (Sistema de lanzamiento de aeronaves electromagnéticas), un sistema de lanzamiento prometedor para aeronaves basadas en portaaviones, está siendo desarrollado por General Dynamics para reemplazar las catapultas de vapor, que tienen una serie de desventajas importantes, incluida su gran masa, tamaño y la necesidad de almacenar una gran cantidad de volumen de agua en el barco, que no se puede llevar por la borda debido a las propiedades químicas agresivas del agua de mar. El nuevo sistema consta de dos carriles paralelos, compuestos por muchos elementos con bobinas de inducción, instalados en el interior de la cabina de vuelo del portaaviones, así como un carro, que se monta en la rueda delantera de la aeronave. Megan Elke, General Atomics (GA), explicó: “La excitación secuencial de los elementos guía crea una onda magnética que viaja a lo largo de los rieles guía y fuerza al carro y, por lo tanto, a la aeronave a lo largo de toda la longitud de los rieles guía a la velocidad requerida para un despegue exitoso desde cubierta. Este proceso requiere varios megavatios de electricidad.
El principio de funcionamiento del acelerador de masa electromagnético, también conocido como railgun, también conocido como rail gun, es similar al principio de funcionamiento de la catapulta electromagnética EMALS. Los varios megavatios de energía generados se canalizan a lo largo de dos rieles de guía (al igual que los dos rieles de guía del sistema EMALS) para crear un campo magnético. Como explica John Finkenaur, jefe de nuevas tecnologías de Raytheon: “Una vez que el sistema ha acumulado una cierta cantidad de energía, los condensadores (almacenan la carga eléctrica generada) envían un impulso eléctrico a lo largo de dos carriles (uno de ellos está cargado negativamente y el otro es positivo), creando un campo electromagnético . Bajo la influencia de este campo, el proyectil comienza a moverse en un barril con dos rieles largos a una velocidad muy alta. Las fuentes abiertas afirman que las velocidades pueden alcanzar 7 números de Mach (aproximadamente 8600 km / h). El proyectil pesa aproximadamente 11 kg y no tiene carga de combate. El cuerpo del proyectil, lleno de elementos de impacto de tungsteno, está encerrado en una carcasa de aleación de aluminio, que se desecha después de que el proyectil abandona el cañón. La alta velocidad del encuentro del proyectil con el objetivo, en combinación con los elementos de impacto, provoca una destrucción significativa sin explosivos.
Atracción magnética
Las catapultas de vapor, que serán reemplazadas por el sistema EMALS, han estado en portaaviones en muchos países desde los años 50. Durante mucho tiempo, se consideró la tecnología más eficiente, que es capaz, por ejemplo, de acelerar una aeronave que pesa 27.300 kg a una velocidad de 240 km / h desde una longitud de cubierta de 300 metros. Para realizar este trabajo, la catapulta necesita aproximadamente 615 kg de vapor por cada entrada, más equipos hidráulicos, agua para detener la catapulta, así como bombas, motores eléctricos y sistemas de control. En otras palabras, la catapulta de vapor tradicional, aunque hace su trabajo a la perfección, es un equipo muy grande y pesado que requiere un mantenimiento importante. Además, se ha demostrado que los golpes repentinos durante el despegue acortan la vida útil de los aviones basados en portaaviones. Las catapultas de vapor también tienen restricciones sobre los tipos de aeronaves que pueden lanzar; la situación se complica especialmente por el hecho de que la masa de aviones aumenta constantemente y pronto puede suceder que la modernización de los aviones basados en portaaviones se vuelva imposible. Por ejemplo, según los datos proporcionados por la flota, el caza basado en portaaviones F / A-18E / F Super Hornet de Boeing tiene un peso máximo de despegue de 30 toneladas, mientras que el anterior caza Douglas A-4F Skyhawk, que finalmente fue retirado del servicio a mediados de la década de 1980, tenía un peso de despegue de 11,2 toneladas.
Según Elke: "Los aviones de hoy son cada vez más pesados, más rápidos y más funcionales, necesitan un sistema de lanzamiento eficiente con más eficiencia y más flexibilidad para tener las diferentes velocidades de lanzamiento necesarias para despegar desde la cubierta de cada tipo de avión". Según General Atomics, en comparación con las catapultas de vapor, el sistema EMALS será un 30 por ciento más eficiente, requiriendo menos volumen y mantenimiento que sus predecesores, lo que simplificará su instalación en diferentes barcos con diferentes configuraciones de catapulta. Por ejemplo, los portaaviones de la clase Nimitz tienen cuatro catapultas de vapor, mientras que el único portaaviones francés, Charles de Gaulle, tiene solo dos catapultas. Además, diferentes aceleraciones EMALS, ajustadas al peso de despegue de cada tipo de aeronave tripulada o no tripulada, contribuirán a aumentar la vida útil de los cascos de las aeronaves. “Con menos espacio de instalación, mejor eficiencia y flexibilidad, y mantenimiento y personal reducidos, EMALS aumenta significativamente las capacidades y reduce los costos, lo que respaldará aún más el desarrollo de la flota”, agregó Elke.
Según Alexander Chang, de la consultora Avascent, los cañones de riel también tienen una serie de ventajas. "Y lo principal, por supuesto, es que pueden disparar proyectiles a una alta velocidad del orden de Mach siete sin utilizar ningún explosivo". Dado que la fuente de energía del cañón de riel es el sistema general de suministro de energía de todo el barco, se excluyen los riesgos asociados con el transporte de explosivos o propulsores. Las altas velocidades iniciales del cañón de riel, aproximadamente el doble de las velocidades iniciales de los cañones de los barcos tradicionales, dan como resultado tiempos de impacto más cortos y permiten que el barco responda casi simultáneamente a múltiples amenazas. Esto se debe al hecho de que con cada nuevo proyectil no hay necesidad de cargar cargas de combate o propulsoras. Elke señaló que “mediante ojivas y propulsores, se simplifica el suministro, se reduce el costo de un disparo y la carga logística, mientras que las dimensiones relativamente pequeñas del cañón de riel permiten un aumento en la capacidad del cargador … También tiene un mucho más alcance en comparación con otras armas (por ejemplo, con misiles tierra-aire utilizados para proteger los barcos de superficie)”. El informe al Congreso señala que hasta ahora, dos cañones de riel prototipo construidos por Raytheon y General Atomics para la Marina de los Estados Unidos "pueden disparar proyectiles a niveles de energía entre 20 y 32 megajulios, que es suficiente para que un proyectil viaje 92-185 km". Si lo comparamos, según fuentes abiertas, el cañón de barco de 76 mm del OTO Melara / Leonardo tiene una velocidad inicial del orden de Mach 2,6 (3294 km / h), alcanzando un alcance máximo de 40 km. Finkenaur declaró que "el cañón de riel se puede utilizar como apoyo de fuego de barcos de superficie cuando es necesario enviar un proyectil a cientos de millas náuticas, o se puede utilizar para bombardeos de corto alcance y defensa contra misiles".
Desafíos adelante
La tecnología utilizada en el sistema EMALS ya se encuentra en la etapa de implementación en producción. La Marina de los EE. UU., Que seleccionó esta catapulta diseñada por General Atomics para despegar de los nuevos portaaviones de la clase Ford, realizó sus primeras pruebas de resistencia en noviembre de 2016. En el primer barco de esta clase, el Gerald R. Ford, los pesos de lastre que simulaban un avión típico fueron arrojados al mar (video a continuación). Se utilizaron 15 carros de conchas de varios pesos. Los primeros lanzamientos terminaron sin éxito, pero los siguientes fueron reconocidos como exitosos. Por ejemplo, un bogie que pesaba alrededor de 6800 kg se aceleró a una velocidad de casi 260 km / h, y un bogie más pequeño que pesaba 3600 kg se aceleró a 333 km / h. Según Elke, el sistema también se está fabricando e instalando en el portaaviones John F. Kennedy, que está programado para ser transferido a la flota en 2020. GA también ha sido seleccionado como el único contratista de EMALS para el portaaviones Enterprise, que comenzará la construcción en 2018. Elke señaló que "también vemos el interés de otros estados en nuestros sistemas electromagnéticos de despegue y aterrizaje, ya que quieren tener nuevas tecnologías y aviones basados en portaaviones en sus flotas". Sin embargo, vale la pena señalar que, si bien la tecnología EMALS está lista para la producción, el sistema en sí no se puede instalar en la gran mayoría de portaaviones en servicio debido a la cantidad de energía requerida para operarlo.
Además de lo anterior, el cañón de riel tiene varias desventajas graves. Según Finkenaur, "uno de los problemas del uso de la tecnología electromagnética en el sector de defensa es mantener el cañón en funcionamiento y reducir el desgaste del cañón después de cada lanzamiento de proyectil". De hecho, la velocidad con la que el proyectil sale del cañón provoca tal desgaste que en las pruebas iniciales el cañón tuvo que ser reconstruido por completo después de cada disparo. "La potencia de pulso implica el desafío de liberar una enorme cantidad de energía y coordinar el trabajo conjunto de los módulos de potencia de pulso para un solo disparo". Todos estos módulos deben liberar la electricidad acumulada en el momento adecuado para crear el campo magnético necesario y empujar el proyectil fuera del cañón. Finalmente, la cantidad de energía requerida para acelerar el proyectil a tales velocidades conlleva el problema de empaquetar los componentes necesarios del cañón en dimensiones físicas suficientemente pequeñas para que pueda instalarse en barcos de superficie de diferentes clases. Por estas razones, según Finkenaur, los cañones de riel pequeño pueden entrar en servicio en los próximos cinco años, mientras que es probable que se instale un cañón de riel con una potencia máxima de 32 megajulios en un barco en los próximos 10 años.
Hiperactividad
Según Chang, "recientemente la Marina de los Estados Unidos ha comenzado a prestar menos atención a la mejora de la tecnología del cañón de riel y ha centrado su atención en las capacidades del proyectil hipersónico HVP (Hyper Velocity Projectile), que puede adaptarse fácilmente a los cañones tradicionales existentes". En un documento técnico sobre HVP, publicado en septiembre de 2012 por la Oficina de Investigación de la Marina de los Estados Unidos, se describe como "un proyectil guiado versátil, de baja resistencia, capaz de realizar una variedad de misiones desde una variedad de sistemas de armas", que, en Además del cañón de riel, incluye sistemas navales estadounidenses estándar: cañón naval de 127 mm Mk. 45 y avanzado sistema de cañón avanzado de montaje de artillería de 155 mm desarrollado por BAE Systems. Según BAE Systems, un "ingrediente especial" en el diseño del HVP es su resistencia aerodinámica ultrabaja, que elimina la necesidad de un motor de cohete, que se usa ampliamente en municiones convencionales para ampliar su alcance.
Según un informe del servicio de investigación CRS, al disparar desde una instalación Mk.45, este proyectil puede alcanzar solo la mitad (que es Mach 3, o unos 3704,4 km / h) de la velocidad que podría alcanzar al disparar desde un riel. pistola, que, sin embargo, sigue siendo el doble de la velocidad de un proyectil convencional disparado con un cañón Mk.45. Como se indica en un comunicado de prensa de la Marina de los EE. UU., “HVP en combinación con Mk.45 proporcionará el desempeño de varias tareas, incluido el apoyo de fuego para los barcos de superficie, ampliará las capacidades de la flota en la lucha contra las amenazas aéreas y de superficie. pero también con amenazas emergentes.
Según Chang, la decisión del Departamento de Investigación del Ministerio de Defensa de invertir fondos significativos en el desarrollo de HVP tiene como objetivo resolver el problema de reequipamiento de barcos para la instalación de un cañón de riel en ellos. Por lo tanto, la Armada de los EE. UU. Podrá usar el proyectil hipersónico HVP en sus cruceros clase Ticonderoga y destructores clase Arleigh Burke, cada uno con dos cañones Mk.45. El cañón de riel aún no está tecnológicamente listo para su instalación en los nuevos destructores de la clase Zamvolt, el primero de los cuales fue aceptado en la Marina de los EE. UU. En octubre de 2016. Pero, al menos al final del desarrollo, el proyectil HVP podrá ingresar a la carga de municiones de sus monturas de artillería de 155 mm, como el Advanced Gun System. Según el comunicado de prensa, la flota realizó pruebas de disparo de un proyectil HVP de un obús del ejército en enero. La Marina de los EE. UU. No proporciona información sobre cuándo el HVP puede entrar en servicio con sus buques de guerra.
Desarrollos industriales
En 2013, BAE Systems recibió un contrato de $ 34,5 millones de la Administración de Investigación y Desarrollo Naval para el desarrollo de un cañón de riel para la segunda fase del programa de construcción del prototipo de cañón. En la primera fase, los ingenieros del Centro de Desarrollo de Armas de Superficie de la Armada dispararon con éxito el prototipo Raytheon EM Railgun, alcanzando un nivel de energía de 33 megajulios. Según BAE Systems, en la segunda fase, la empresa pretende pasar del disparo único al disparo de ráfaga y desarrollar un sistema de carga automática, así como sistemas de control térmico para enfriar el arma después de cada disparo. En 2013 BAE Systems también recibió un contrato de este departamento para el desarrollo y demostración del HVP.
General Atomics comenzó a desarrollar tecnología de cañones de riel en 1983 como parte de la Iniciativa de Defensa Estratégica del presidente Ronald Reagan. La iniciativa tenía como objetivo "desarrollar un programa de defensa antimisiles basado en el espacio que pudiera proteger al país de un ataque nuclear a gran escala". La iniciativa perdió su relevancia después del final de la Guerra Fría y fue rápidamente abandonada, debido en parte a su costo exorbitante. Entonces había problemas técnicos más que suficientes, y los cañones de riel no fueron una excepción. La primera versión del cañón de riel requería tanta energía para hacer funcionar el cañón que solo podía alojarse en un hangar grande y, por lo tanto, según Elke, "en los últimos ocho años, hemos reducido el tamaño de la electrónica y los semiconductores y creó condensadores supergrandes ".
Hoy, General Atomics ya ha desarrollado un cañón de carril de 30 megajulios y un cañón de carril universal Blitzer de 10 megajulios. Mientras tanto, en julio de 2016 se demostró con éxito un condensador que simplifica el proceso de almacenamiento de energía para disparar desde armas de alivio en vehículos terrestres a campo abierto. Elke agregó a este respecto: “También hemos demostrado con éxito la transportabilidad del cañón Blitzer. El cañón fue desmontado y transportado desde el sitio de prueba de Dagway al sitio de prueba de Fort Sill y reensamblado allí para una serie de pruebas de disparo exitosas durante las maniobras del ejército de 2016.
Raytheon también está desarrollando activamente la tecnología de cañones ferroviarios y una innovadora red de energía pulsada. Finkenaur explicó: “La red consta de muchos contenedores de energía pulsada de 6,1 m de largo y 2,6 metros de alto, que albergan decenas de pequeños bloques llamados módulos de potencia pulsada. El trabajo de estos módulos es acumular la energía necesaria durante unos segundos y liberarla en un instante . Si tomamos el número requerido de módulos y los conectamos juntos, entonces pueden proporcionar la energía requerida para la operación del cañón de riel.
Contrapeso a las amenazas
En un discurso de abril de 2016 en Bruselas, el subsecretario de Defensa de Estados Unidos, Bob Work, señaló que “tanto Rusia como China están mejorando la capacidad de sus fuerzas de operaciones especiales para operar en el mar, en tierra y en el aire a diario. Se están volviendo bastante fuertes en el ciberespacio, las contramedidas electrónicas y en el espacio ". Las amenazas planteadas por estos desarrollos obligaron a los Estados Unidos y los países de la OTAN a desarrollar la llamada "Tercera Estrategia de Contrapeso" común TOI (Tercera Iniciativa de Compensación). Como declaró el entonces ministro de Defensa Heigel en 2014, el objetivo de TOI es igualar o dominar las capacidades militares de China y Rusia, desarrolladas mediante la introducción de la última tecnología. En este contexto, los cañones de riel, y los proyectiles hipersónicos en particular, representan capacidades clave para contrarrestar o neutralizar las amenazas potenciales planteadas por las armas de China y Rusia, que se mencionaron en la parte introductoria del artículo.
