Armor of God: technologie zaawansowanej ochrony osobistej
Najważniejsze zadanie rozwiązane przez opracowanych w ramach Amerykański program NGSW obiecujący karabin bronie, powinno być zapewnienie gwarantowanej penetracji nowoczesnych i zaawansowanych kamizelek kuloodpornych opracowanych w wiodących na świecie laboratoriach broni. Zanim wrócimy do problemu opracowania „miecza”, obiecującej broni strzeleckiej zdolnej skutecznie oprzeć się amerykańskiej broni opracowanej w ramach programu NGSW, wskazane byłoby przyjrzenie się „tarczy” - technologiom tworzenia zaawansowanej ochrony zbroi osobistej (STALÓWKA).
Panuje opinia, że problem nieprzepuszczalności NIB jest daleko idący, ponieważ jeśli pocisk trafi we wroga, albo zostanie on tak ranny, że nie będzie mógł kontynuować aktywnych działań bojowych, albo trafienie będzie musiało nastąpić w część ciała, która nie jest chroniona elementami zbroi. Sądząc po programie NGSW, Siły Zbrojne USA nie uważają tego problemu za daleko idący. Problem w tym, że tempo doskonalenia obiecujących WNP znacznie wyprzedza obecnie tempo doskonalenia broni strzeleckiej. A wojsko USA właśnie próbuje dokonać przełomu w kierunku radykalnej poprawy cech broni strzeleckiej, pytanie brzmi, czy im się uda?
Istnieją dwa główne sposoby na zwiększenie penetracji pancerza amunicji - zwiększenie jego energii kinetycznej oraz optymalizacja kształtu i materiału amunicji / rdzenia amunicji (oczywiście nie mówimy o amunicji wybuchowej, kumulacyjnej lub zatrutej). I tutaj faktycznie napotykamy pewien limit. Pocisk lub rdzeń do niego jest wykonany ze stopów ceramicznych o dużej twardości i wystarczająco dużej gęstości (aby zwiększyć masę), można je utwardzić i wzmocnić, mało gęstsze. Zwiększenie masy pocisku poprzez zwiększenie jego wymiarów jest również praktycznie niemożliwe w akceptowalnych wymiarach broni strzeleckiej. Pozostaje zwiększyć prędkość pocisku np. do hipersonicznego, ale nawet w tym przypadku twórcy napotykają ogromne trudności w postaci braku niezbędnego prochu, niezwykle szybkiego zużycia lufy i dużego odrzutu działającego na strzelca . Tymczasem doskonalenie NIB postępuje znacznie intensywniej.
materiały
Od momentu powstania środki ochrony indywidualnej przeszły długą drogę od stalowych pancerzy i płyt do nowoczesnych kamizelek kuloodpornych wykonanych z tkaniny aramidowej z wstawkami z polietylenu o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (UHMWPE) i węglika boru.
Stalowy śliniak żołnierzy armii ZSRR - zwiastun kamizelek kuloodpornych
Kamizelka kuloodporna 6B45 dla żołnierzy armii rosyjskiej z płytą pancerną „Granit 5a” z węglika boru
Doskonalenie NIB zmierza w kierunku poszukiwania nowych materiałów, tworzenia kompozytowych i ceramiczno-metalowych elementów pancerza, optymalizacji kształtu i struktury elementów NIB, w tym na poziomie mikro i nano, które skutecznie rozproszą energię pocisków i odłamków . Opracowywane są również bardziej egzotyczne rozwiązania, takie jak „płynna zbroja” oparta na płynach nienewtonowskich.
Najbardziej oczywistym sposobem jest ulepszenie tradycyjnych konstrukcji kamizelek kuloodpornych poprzez wzmocnienie ich wkładkami z zaawansowanych materiałów kompozytowych i ceramicznych. Obecnie większość NIB-ów wyposażona jest we wkładki wykonane ze stali wzmacnianej termicznie, tytanu lub węglika krzemu, ale stopniowo są one zastępowane elementami pancernymi z węglika boru, które mają mniejszą masę i znacznie większą trwałość.
Elementy pancerza z węglika krzemu VIRIAL
Elementy pancerza z węglika boru produkowane przez NEVZ-CERAMICS
Struktura
Innym sposobem na ulepszenie NIB jest znalezienie optymalnej konstrukcji do rozmieszczenia elementów opancerzonych, która z jednej strony powinna pokrywać maksymalną powierzchnię ciała myśliwca, a z drugiej nie utrudniać jego poruszania się. Jako przykład, choć nie do końca udany, ale ciekawy rozwój, możemy przytoczyć kamizelkę kuloodporną Dragon Skin, opracowaną i wyprodukowaną przez amerykańską firmę Pinnacle Armor. Kamizelka pancerna „Smocza skóra” ma łuskowaty układ elementów zbroi.
Kamizelka kuloodporna "Smocza skóra" firmy Pinnacle Armor
Tarcze klejone z węglika krzemu o średnicy 50 mm i grubości 6,4 mm zapewniają wygodę noszenia tej NIB ze względu na pewną elastyczność konstrukcji i jednocześnie odpowiednio dużą powierzchnię zabezpieczanej powierzchni. Ponadto konstrukcja ta zapewnia odporność na wielokrotne trafienia pociskami wystrzelonymi z broni strzeleckiej z bliskiej odległości – „Smocza skóra” może wytrzymać do 40 trafień z pistoletu maszynowego Heckler & Koch MP5, karabinu M16 lub karabinu szturmowego Kałasznikowa (jedyny pytanie ile czego iz jakim wkładem?).
Wadą kamizelek kuloodpornych z „łuskowatym” układem elementów pancernych jest prawie całkowity brak ochrony myśliwca przed obrażeniami obstrukcyjnymi, co prowadzi do poważnych obrażeń lub śmierci personelu wojskowego nawet bez przebicia NIB, w wyniku których kamizelki kuloodporne tego typu nie były testowane przez armię amerykańską. Są jednak używane przez niektóre amerykańskie siły specjalne i służby specjalne.
Podobny schemat „łuskowaty” został wdrożony w radzieckiej zbroi ZhZL-74, przeznaczonej do ekstremalnej ochrony przed zimną bronią, w której zastosowano tarcze pancerne o średnicy 50 mm i grubości 2 mm wykonane ze stopu aluminium ABT-101.
Pancerz ZhZL-74
Pomimo niedociągnięć NIB „Smocza skóra”, łuskowaty układ elementów pancerza może być stosowany w połączeniu z innymi rodzajami ochrony pancerza i elementami amortyzacyjnymi w celu zmniejszenia wpływu pocisków i odłamków.
Naukowcy z American Rice University opracowali niezwykłą strukturę, która pozwala obiektowi na bardziej efektywne pochłanianie energii kinetycznej niż obiekt monolityczny z tych samych surowców. Podstawą pracy naukowej było badanie właściwości splotów nanorurek węglowych, które dzięki specjalnemu ułożeniu włókien, z zagłębieniami na poziomie atomowym, charakteryzują się ultrawysoką gęstością, co pozwala na pochłanianie energii z dużą wydajnością podczas zderzeń z innymi przedmiotami. Ponieważ nie jest jeszcze możliwe całkowite odtworzenie takiej struktury w nanoskali w skali przemysłowej, postanowiono powtórzyć taką strukturę w makroskali. Naukowcy wykorzystali filamenty polimerowe, które można wydrukować w 3D, ale ułożyli je w ten sam system co nanorurki, co dało kostki o wysokiej wytrzymałości i ściśliwości.
Materiał, którego właściwości są bardziej zdeterminowane przez strukturę niż przez materiał, może stać się obiecującym kierunkiem poprawy NIB
Aby przetestować skuteczność konstrukcji, naukowcy stworzyli drugi obiekt z tego samego materiału, ale monolitycznego, i wystrzelili w każdy z nich kulę. W pierwszym przypadku pocisk zatrzymał się już na drugiej warstwie, aw drugim wszedł znacznie głębiej i spowodował uszkodzenie całej sześcianu - pozostał nienaruszony, ale był pokryty pęknięciami. Plastikowa kostka o specjalnej konstrukcji została również poddana ciśnieniu, aby przetestować jej wytrzymałość na ściskanie. W trakcie eksperymentu obiekt został co najmniej dwukrotnie skompresowany, ale jego integralność nie została naruszona.
Deformacja sześcianu z nici polimerowych
pianka metalowa
Mówiąc o materiałach, których właściwości w dużej mierze determinuje konstrukcja, nie sposób nie wspomnieć o postępach w dziedzinie piany metalowej – metalowej lub kompozytowej pianki metalowej. Pianka metalowa może być wytwarzana na bazie aluminium, stali, tytanu, innych metali lub ich stopów.
próbka pianki
Specjaliści z University of North Carolina (USA) opracowali stalowy spieniony metal ze stalową matrycą, zamykając go pomiędzy górną warstwą ceramiczną a cienką dolną warstwą aluminium. Pianka o grubości mniejszej niż 2,5 cm zatrzymuje pociski przeciwpancerne kalibru 7,62 mm, po czym na tylnej powierzchni pozostaje otwór o grubości poniżej 8 mm.
Pocisk uderzający w blok spienionego metalu (w podpisie do filmu napisano o pocisku kalibru 12,7 mm, ale wiele innych źródeł wskazuje na 7,62 mm)
Między innymi piankowa płytka metalowa skutecznie redukuje skutki promieniowania rentgenowskiego, gamma i neutronowego, a także chroni przed ogniem i ciepłem dwukrotnie lepiej niż zwykły metal.
Innym materiałem o pustej strukturze jest ultralekka forma spienionego metalu, stworzona przez HRL Laboratories we współpracy z Boeingiem. Nowy materiał jest sto razy lżejszy od pianki – to 99,99% powietrza, ale ma wyjątkowo dużą sztywność. Według twórców, jeśli jajko zostanie pokryte tym materiałem i spadnie z wysokości 25 pięter, nie pęknie. Powstały spieniony metal jest tak lekki, że może leżeć na mniszku lekarskim.
Obiecujący materiał z HRL Laboratories i Boeing
W prototypie zastosowano połączone ze sobą puste rurki niklowe, których układ jest zbliżony do budowy ludzkich kości, co pozwala materiałowi na pochłanianie dużej ilości energii. Grubość ścianki każdej rurki wynosi około 100 nanometrów. Zamiast niklu można w przyszłości stosować inne metale i stopy.
Prezentacja firm z metali piankowych HRL Laboratories i Boeing
Ten materiał lub jego odpowiednik, a także wspomniany wcześniej strukturalny materiał polimerowy, można rozważyć do zastosowania w zaawansowanych NIBach jako elementy lekkiego i trwałego wspornika amortyzującego, zaprojektowanego w celu zminimalizowania uszkodzeń ciała spowodowanych uderzeniem pocisków.
Nanotechnologia
W Rosji słowo „nanotechnologie” jest dość dyskredytowane przez polityków i media, upamiętniając je na miejscu i nie na miejscu, przez co jest już bardziej kojarzone z korupcją niż z nauką. Jednocześnie nanotechnologie, manipulacja obiektami na poziomie atomowym i molekularnym, tworzenie substancji o określonej strukturze, są w stanie dokonać rewolucji w przemyśle i technice, której nie ma sobie równych w Historie ludzkość. Zainteresowanym polecam książkę „Machines of Creation” jednego z twórców nanotechnologii, Erica Drexlera.
Jednym z najbardziej obiecujących materiałów, który ma być powszechnie stosowany w różnych gałęziach przemysłu XXI wieku, jest grafen, dwuwymiarowa alotropowa modyfikacja węgla utworzona przez warstwę atomów węgla o grubości jednego atomu. Hiszpańscy eksperci opracowują kamizelkę kuloodporną na bazie grafenu. Rozwój zbroi grafenowej rozpoczął się na początku 2018 roku. Wyniki badań uznano za obiecujące, we wrześniu XNUMX roku twórcy przeszli do testów praktycznych. Projekt jest finansowany przez Europejską Agencję Obrony i obecnie trwa przy udziale specjalistów z brytyjskiej firmy Cambridge Nanomaterials Technology.
Węgiel XNUMXD kontra pociski
Podobne prace prowadzone są w Stanach Zjednoczonych, w szczególności przez Rice University i New York University, gdzie przeprowadzono eksperymenty na łuskaniu arkuszy grafenowych obiektami stałymi. Oczekuje się, że elementy pancerza z grafenu będą znacznie mocniejsze niż kevlar i zostaną połączone z pancerzem ceramicznym, aby uzyskać najlepszy wynik. Największą trudnością jest produkcja grafenu w ilościach przemysłowych. Biorąc jednak pod uwagę potencjał tego materiału w różnych branżach, nie ma wątpliwości, że znajdzie się rozwiązanie. Według informacji poufnych, które pojawiły się na łamach specjalistycznych mediów w grudniu 2019 roku, Huawei planuje wypuścić smartfon P2020 z baterią grafenową (z elektrodami grafenowymi) na początku 40 roku, co może świadczyć o znaczącym postępie w dziedzinie przemysłowej produkcji grafenu.
Pod koniec 2007 r. izraelscy naukowcy stworzyli samonaprawiający się materiał oparty na nanocząsteczkach dwusiarczku wolframu (sól metalu wolframu i kwas siarkowodorowy). Nanocząstki dwusiarczku wolframu są warstwowymi formacjami podobnymi do fulerenów lub nanotubularnymi. Nanotubuleny mają rekordowe właściwości mechaniczne, które są zasadniczo nieosiągalne dla innych materiałów, niesamowitą elastyczność i wytrzymałość, która jest na granicy wytrzymałości kowalencyjnych wiązań chemicznych.
Obraz z mikroskopu elektronowego i model strukturalny wielościennej nanorurki z dwusiarczków molibdenu i wolframu
Możliwe, że w przyszłości kamizelka kuloodporna wypełniona tym materiałem może przewyższyć wszystkie inne istniejące i obiecujące modele NIB pod względem wydajności. Obecnie prace nad NIBs oparte na nanorurkach z dwusiarczku wolframu są na etapie badań laboratoryjnych ze względu na wysoki koszt syntezy materiału wyjściowego. Jednak pewna międzynarodowa firma produkuje już nanocząsteczki dwusiarczków wolframu i molibdenu w ilości wielu kilogramów rocznie przy użyciu opatentowanej technologii.
Wielka brytyjska firma zbrojeniowa Bae Systems opracowuje zbroje żelowe. W kamizelce kuloodpornej wypełnionej żelem ma za zadanie impregnować włókno aramidowe nienewtonowskim płynem, który ma właściwość natychmiastowego twardnienia po uderzeniu. Uważa się, że „płynna zbroja” jest jednym z najbardziej obiecujących obszarów rozwoju obiecującego NIB. Takie prace są również prowadzone w Rosji w związku z obiecującym zestawem sprzętu dla myśliwców Ratnik-3.
Koncepcja sprzętu „Wojownik-3”
Najprostszy płyn nienewtonowski może zrobić prawie każdy - wystarczy zmieszać skrobię z wodą, oczywiście z kamizelką kuloodporną, wszystko jest bardziej skomplikowane.
Możemy zatem stwierdzić, że planuje się tworzenie obiecujących NIS przy użyciu najnowszych technologii, które są w czołówce postępu technicznego. Jeśli mówimy o broni strzeleckiej, to nie obserwuje się tutaj takiego zamieszki technologicznej. Jaki jest tego powód, brak potrzeby czy konserwatyzm przemysłu zbrojeniowego?
Wiele projektów obiecujących NIBów z pewnością utknie w martwym punkcie, ale niektóre z nich na pewno będą „strzelać” i być może sprawią, że cała XX-wieczna broń strzelecka stanie się przestarzała, tak jak w swoim czasie łuki, kusze i broń strzelecka ładowana przez lufę . Ponadto kamizelka kuloodporna nie jest jedynym ważnym elementem wyposażenia wojownika, który może radykalnie zwiększyć jego przeżywalność w walce.
Porozmawiamy o tym, jakie inne elementy wyposażenia zwiększą przeżywalność myśliwców na polu bitwy i dlaczego doprowadzi to do wzrostu wartości broni strzeleckiej, porozmawiamy w następnym artykule. Razem pozwoli nam to zrozumieć, dlaczego konieczne jest tworzenie broni strzeleckiej, która może penetrować istniejący i obiecujący NIS i dlaczego nie warto na tym oszczędzać.
informacja