Tecnología electrotérmica-química
electrotérmica-química (ETC) es un intento de aumentar la precisión y la energía de boca de los futuros tanques, artillería y cañones de sistemas de armas cercanas al mejorar la previsibilidad. y tasa de expansión de los propulsores dentro del barril.
Una pistola electrotérmica-química usa un cartucho de plasma para encender y controlar el propulsor de la munición, usando energía eléctrica para desencadenar el proceso. ETC aumenta el rendimiento de los propulsores sólidos convencionales, reduce el efecto de la temperatura en la expansión del propulsor y permite el uso de propulsores más avanzados y de mayor densidad.
La tecnología ha estado en desarrollo desde mediados de la década de 1980 y actualmente está siendo investigada activamente en los Estados Unidos por el Laboratorio de Investigación del Ejército, los Laboratorios Nacionales Sandia y contratistas de la industria de defensa, incluidos FMC Corporation, General Dynamics Land Systems, Olin Ordnance y el Centro de Investigación Nuclear de Soreq. Es posible que la propulsión de armas electrotérmico-químicas sea una parte integral del futuro sistema de combate del Ejército de EE. UU. y de otros países como Alemania y el Reino Unido. La tecnología electrotérmica-química es parte de un amplio programa de investigación y desarrollo que abarca toda la tecnología de pistolas eléctricas, como pistolas de riel y pistolas de bobina.
Antecedentes
La batalla constante entre los blindados y los proyectiles perforantes ha llevado al desarrollo continuo del diseño del tanque de batalla principal. La evolución de las armas antitanque estadounidenses se remonta a los requisitos para combatir los tanques soviéticos. A fines de la década de 1980, se pensó que el nivel de protección del Future Soviet Tank (FST) podría exceder los 700 mm de equivalente de armadura homogénea enrollada en su espesor máximo, que era efectivamente inmune contra el sabot de descarte estabilizado con aleta perforante de armadura M829 contemporáneo. En la década de 1980, el método más inmediato disponible para la OTAN para contrarrestar los avances soviéticos en la tecnología de blindaje fue la adopción de un cañón principal de 140 mm, pero esto requería una torreta rediseñada que pudiera incorporar la recámara y municiones más grandes, y también requería algún tipo de arma automática. cargador. Aunque el cañón de 140 mm se consideró una verdadera solución provisional, después de la caída de la Unión Soviética se decidió que el aumento de energía de boca que proporcionaba no valía la pena el aumento de peso. Por lo tanto, se gastaron recursos en la investigación de otros programas que pudieran proporcionar la energía inicial necesaria. Una de las tecnologías alternativas más exitosas sigue siendo la ignición electrotérmica-química.
La mayoría de los avances propuestos en la tecnología de armas se basan en la suposición de que el propulsor sólido como sistema de propulsión independiente ya no es capaz de proporcionar la energía inicial requerida. Este requisito ha sido subrayado por la aparición del tanque de batalla principal ruso T-90. El alargamiento de los tubos de los cañones actuales, como el nuevo L/55 alemán de 120 mm, que introdujo Rheinmetall, se considera solo una solución provisional, ya que no ofrece el aumento necesario en la velocidad de salida. Incluso las municiones de energía cinética avanzada, como las de los Estados Unidos. M829A3 se considera solo una solución provisional contra amenazas futuras. En esa medida, se considera que el propulsor sólido ha llegado al final de su utilidad, aunque seguirá siendo el principal método de propulsión durante al menos la próxima década hasta que maduren las nuevas tecnologías. Para mejorar las capacidades de un arma de propulsor sólido, el cañón electrotérmico-químico podría entrar en producción a partir de 2016.
La tecnología ETC ofrece una actualización de riesgo medio y está desarrollada hasta el punto de que las mejoras adicionales son tan pequeñas que se puede considerar madura. El ligero XM291 estadounidense de 120 mm estuvo cerca de alcanzar 17 MJ de energía de boca, que es el espectro de energía de boca de gama baja para un cañón de 140 mm. Sin embargo, el éxito del XM291 no implica el éxito de la tecnología ETC, ya que hay partes clave del sistema de propulsión que aún no se comprenden o no se han desarrollado por completo, como el proceso de encendido por plasma. Sin embargo, existe evidencia sustancial de que la tecnología ETC es viable y vale la pena el dinero para continuar el desarrollo. Además, se puede integrar en los sistemas de armas actuales.
Principio operativo
Una pistola electrotérmica-química usa un cartucho de plasma para encender y controlar el propulsor de la munición, usando energía eléctrica como catalizador para comenzar el proceso. Investigado originalmente por el Dr. Jon Parmentola para el ejército de los EE. UU., se ha convertido en un sucesor muy plausible de un cañón de tanque de propulsor sólido estándar. Desde el comienzo de la investigación, Estados Unidos ha financiado el proyecto del cañón XM291 con USD 4 000 000, la investigación básica con USD 300 000 y la investigación aplicada con USD 600 000. Desde entonces se ha demostrado que funciona, aunque aún no se ha logrado la eficiencia al nivel requerido. ETC aumenta el rendimiento de los propulsores sólidos convencionales, reduce el efecto de la temperatura en la expansión del propulsor y permite el uso de propulsores más avanzados y de mayor densidad. También reducirá la presión ejercida sobre el cañón en comparación con tecnologías alternativas que ofrecen la misma energía de boca dado que ayuda a distribuir el gas propulsor mucho más suavemente durante el encendido. Actualmente, existen dos métodos principales de iniciación de plasma: el emisor de área grande de flashboard (FLARE) y el encendedor de plasma coaxial triple (TCPI).
Emisor de área grande de panel de control
Los flashboards se ejecutan en varias cadenas paralelas para proporcionar una gran área de plasma o radiación ultravioleta y utilizan la descomposición y vaporización de espacios de diamantes para producir el plasma requerido. Estas cuerdas paralelas se montan en tubos y se orientan para tener sus espacios azimutales al eje del tubo. Se descarga utilizando aire a alta presión para quitar el aire del camino. Los iniciadores FLARE pueden encender propulsores mediante la liberación de plasma, o incluso mediante el uso de radiación de calor ultravioleta. La longitud de absorción de un propulsor sólido es suficiente para encenderse por la radiación de una fuente de plasma. Sin embargo, lo más probable es que FLARE no haya alcanzado los requisitos de diseño óptimos y es completamente necesario comprender mejor FLARE y cómo funciona para garantizar la evolución de la tecnología. Si FLARE proporcionara al proyecto de cañón XM291 el calor radiativo suficiente para encender el propulsor y lograr una energía de boca de 17 MJ, uno solo podría imaginar las posibilidades con un encendedor de plasma FLARE completamente desarrollado. Las áreas de estudio actuales incluyen cómo afectará el plasma al propulsor a través de la radiación, la liberación de energía mecánica y calor directamente y al impulsar el flujo de gas. A pesar de estas abrumadoras tareas, se ha considerado que FLARE es el iniciador más plausible para futuras aplicaciones en armas ETC.
Encendedor de plasma coaxial triple
Un encendedor coaxial consta de un conductor completamente aislado, cubierto por cuatro tiras de papel de aluminio. Todo esto se aísla además en un tubo de unos 1,6 cm de diámetro perforado con pequeños agujeros. La idea es usar un flujo eléctrico a través del conductor y luego explotar el flujo en vapor y luego descomponerlo en plasma. En consecuencia, el plasma escapa a través de las constantes perforaciones a lo largo del tubo aislante e inicia el propulsor circundante. Se instala un encendedor TCPI en cajas de propulsor individuales para cada cartucho de munición. Sin embargo, TCPI ya no se considera un método viable de ignición de propulsor porque puede dañar las aletas y no entrega energía tan eficientemente como un encendedor FLARE.
Viabilidad
La XM291 es el mejor ejemplo existente de una pistola electrotérmica-química en funcionamiento. Era una tecnología alternativa al cañón de 140 mm de calibre más pesado mediante el uso del enfoque de doble calibre. Utiliza una recámara que es lo suficientemente grande como para aceptar munición de 140 mm y se monta con un cañón de 120 mm y un cañón de 135 mm o 140 mm. El XM291 también monta un tubo de pistola más grande y una cámara de encendido más grande que el cañón principal M256 L/44 existente. Mediante la aplicación de tecnología electrotérmica-química, el XM291 ha podido lograr salidas de energía de boca que equivalen a las de un cañón de 140 mm de bajo nivel, al tiempo que alcanza velocidades de boca mayores que las del cañón más grande de 140 mm. Aunque el XM291 no significa que la tecnología ETC sea viable, ofrece un ejemplo de que es posible.
ETC también es una opción más viable que otras alternativas por definición. ETC requiere mucha menos entrada de energía de fuentes externas, como una batería, que un cañón de riel o un cañón de bobina. Las pruebas han demostrado que la salida de energía del propulsor es mayor que la entrada de energía de fuentes externas en los cañones ETC. En comparación, un cañón de riel actualmente no puede alcanzar una velocidad inicial más alta que la cantidad de entrada de energía. Incluso con una eficiencia del 50 %, un cañón de riel que lanza un proyectil con una energía cinética de 20 MJ requeriría una entrada de energía en los rieles de 40 MJ, y aún no se ha logrado una eficiencia del 50 %. Para poner esto en perspectiva, un cañón de riel que se lance a 9 MJ de energía necesitaría aproximadamente 32 MJ de energía de los condensadores. Los avances actuales en el almacenamiento de energía permiten densidades de energía de hasta 2,5 MJ/dm³, lo que significa que una batería que suministre 32 MJ de energía requeriría un volumen de 12,8 dm³ por disparo; este no es un volumen viable para usar en un tanque de batalla principal moderno, especialmente uno diseñado para ser más liviano que los modelos existentes. Incluso se ha discutido sobre la eliminación de la necesidad de una fuente eléctrica externa en el encendido de ETC iniciando el cartucho de plasma a través de una pequeña fuerza explosiva.
Además, la tecnología ETC no solo es aplicable a los propulsores sólidos. Para aumentar aún más la velocidad de salida, la ignición electrotérmica-química puede funcionar con propulsores líquidos, aunque esto requeriría más investigación sobre la ignición por plasma. La tecnología ETC también es compatible con los proyectos existentes para reducir la cantidad de retroceso entregado al vehículo durante el disparo. Comprensiblemente, el retroceso de un arma que dispara un proyectil a 17 MJ o más aumentará directamente con el aumento de la energía de la boca de acuerdo con la tercera ley de movimiento de Newton y la implementación exitosa de mecanismos de reducción de retroceso será vital para la instalación de un Pistola accionada por ETC en un diseño de vehículo existente. Por ejemplo, el nuevo cañón ligero L/45 de 120 mm de OTO Melara ha logrado una fuerza de retroceso de 25 t mediante el uso de un mecanismo de retroceso más largo (550 mm) y un freno de boca tipo pimentero. La reducción del retroceso también se puede lograr mediante la atenuación de masa de la funda térmica. La capacidad de la tecnología ETC para aplicarse a los diseños de armas existentes significa que para futuras actualizaciones de armas ya no es necesario rediseñar la torreta para incluir una recámara o un cañón de mayor calibre.
Varios países ya han determinado que la tecnología ETC es viable para el futuro y han financiado proyectos indígenas considerablemente. Estos incluyen Estados Unidos, Alemania y el Reino Unido, entre otros. Estados Unidos' XM360, que se planeó para equipar el tanque ligero del sistema de combate montado de Future Combat Systems y puede ser el M1 Abrams' La próxima actualización de armas, según se informa, se basa en el XM291 y puede incluir tecnología ETC, o partes de tecnología ETC. Las pruebas de esta pistola se han realizado utilizando "encendido de precisión" tecnología, que puede referirse a la ignición ETC.