O slogan "Velocitas Eradico", usado pela Marinha americana por suas pesquisas sobre canhões ferroviários eletromagnéticos, é bastante consistente com o objetivo final. Traduzida livremente do latim, esta expressão significa "Velocidade mata". As tecnologias eletromagnéticas estão se desenvolvendo com sucesso no campo marítimo, abrindo perspectivas para armas ofensivas e operação de porta-aviões.
Um relatório escrito por Ronald O'Rurk em outubro de 2016 para o Serviço de Pesquisa do Congresso, intitulado Lasers, Rail Guns e Hypersonic Projectiles: Background and Challenges for the US Congress, afirma: de mísseis de cruzeiro anti-navio (ASM) e anti-navio mísseis balísticos (ABMs), alguns observadores estão preocupados com a capacidade de sobrevivência dos navios de superfície em possíveis confrontos de combate com oponentes como a China, que estão armados com modernos mísseis anti-navio e mísseis antibalísticos. O primeiro e único FGM DF-21D (Dufeen-21) de médio alcance do mundo desenvolvido pela Academia Chinesa de Mecânica e Eletrônica China Changfeng foi ativamente discutido nas marinhas do mundo; este foguete foi exibido em Pequim em setembro de 2015, no final do desfile da Segunda Guerra Mundial. Enquanto isso, o relatório observa que a frota russa continua a implantar a família 3M-54 Caliber de mísseis de cruzeiro antinavio e terrestres com orientação inercial / radar por satélite desenvolvida pelo escritório de projetos da Novator.
Enquanto alguns países, como China e Rússia, continuam a equipar seus navios com armas poderosas, a Marinha dos Estados Unidos, junto com outras marinhas ocidentais, está cada vez mais preocupada com a sobrevivência de seus navios de guerra de superfície. E a redução de pessoal está obrigando as frotas de todo o mundo a recorrer cada vez mais a tecnologias promissoras. Por exemplo, de acordo com o site globalsecurity.org, o número de membros ativos das forças armadas dos EUA deve diminuir em 200.000 até o final de 2017, para 1,28 milhão. Neste contexto, na esfera da defesa, as tecnologias eletromagnéticas estão se desenvolvendo rapidamente como uma solução promissora para problemas complexos, que estão em grande parte relacionados ao armamento de potenciais adversários e à redução de pessoal. Em comparação com os sistemas tradicionais atuais, essas tecnologias, de catapultas de porta-aviões a canhões ferroviários (railguns), serão mais econômicas e reduzirão o número de pessoal.
Eletricidade e magnetismo
A energia eletromagnética é uma combinação de campos elétricos e magnéticos. Conforme definição publicada no site da Organização Mundial da Saúde: “Campos elétricos são criados devido à diferença de tensão, quanto maior a tensão, mais forte será o campo resultante. Os campos magnéticos surgem quando as partículas carregadas se movem: quanto mais forte a corrente, mais forte é o campo magnético."
EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System), um sistema de lançamento promissor para aeronaves baseadas em porta-aviões, está sendo desenvolvido pela General Dynamics para substituir catapultas a vapor, que têm uma série de desvantagens significativas, incluindo sua grande massa, tamanho e a necessidade de armazenar uma grande volume de água no navio, que não pode ser levado ao mar devido às propriedades químicas agressivas da água do mar. O novo sistema é composto por dois trilhos paralelos, compostos por diversos elementos com bobinas de indução, instalados dentro da cabine de comando do porta-aviões, além de um carro, que é montado na roda dianteira da aeronave. Megan Elke, General Atomics (GA), explicou: "A excitação sequencial dos elementos de guia cria uma onda magnética que viaja ao longo dos trilhos de guia e força o transporte e, portanto, a aeronave ao longo de todo o comprimento dos trilhos de guia na velocidade necessária para um decolagem bem-sucedida do convés. Este processo requer vários megawatts de eletricidade."
O princípio de operação do acelerador de massa eletromagnética, também conhecido como railgun, também conhecido como rail gun, é semelhante ao princípio de operação da catapulta eletromagnética EMALS. Os vários megawatts de energia gerados são canalizados ao longo de dois trilhos-guia (assim como os dois trilhos-guia do sistema EMALS) para criar um campo magnético. Como explica John Finkenaur, chefe de novas tecnologias da Raytheon: “Depois que o sistema acumula uma certa quantidade de energia, os capacitores (armazenam a carga elétrica gerada) enviam um impulso elétrico ao longo de dois trilhos (um deles é carregado negativamente e o outro é positivo), criando um campo eletromagnético . Sob a influência deste campo, o projétil começa a se mover em um barril com dois longos trilhos em uma velocidade muito alta. Fontes abertas afirmam que as velocidades podem chegar a 7 números de Mach (cerca de 8600 km / h). O projétil pesa aproximadamente 11 kg e não tem carga de combate. O corpo do projétil, preenchido com elementos impactantes de tungstênio, é envolto em uma caixa de liga de alumínio, que é descartada depois que o projétil deixa o cano. A alta velocidade do encontro do projétil com o alvo, em combinação com os elementos de impacto, causa destruição significativa sem quaisquer explosivos.
Atração magnética
Catapultas a vapor, que serão substituídas pelo sistema EMALS, estão em porta-aviões em muitos países desde os anos 50. Por muito tempo, foram consideradas a tecnologia mais eficiente, capaz, por exemplo, de acelerar uma aeronave de 27,3 mil kg a uma velocidade de 240 km / h a partir de um deck de 300 metros. Para isso, a catapulta precisa de aproximadamente 615 kg de vapor para cada entrada, além de equipamentos hidráulicos, água para parar a catapulta, além de bombas, motores elétricos e sistemas de controle. Em outras palavras, a tradicional catapulta a vapor, embora faça seu trabalho perfeitamente, é um equipamento muito grande e pesado que requer uma manutenção significativa. Além disso, foi demonstrado que choques repentinos durante a decolagem reduzem a vida útil de aeronaves baseadas em porta-aviões. As catapultas do Steam também têm restrições sobre os tipos de aeronaves que podem lançar; a situação é especialmente complicada pelo fato de que a massa das aeronaves está constantemente aumentando e pode acontecer em breve que a modernização das aeronaves baseadas em porta-aviões se torne impossível. Por exemplo, de acordo com os dados fornecidos pela frota, o caça F / A-18E / F Super Hornet da Boeing tem um peso máximo de decolagem de 30 toneladas, enquanto o caça anterior Douglas A-4F Skyhawk, que foi finalmente retirado de serviço em meados da década de 1980, tinha um peso de decolagem de 11,2 toneladas.
Segundo Elke: “Os aviões hoje estão ficando mais pesados, mais rápidos e mais funcionais, eles precisam de um sistema de lançamento eficiente, com mais eficiência e mais flexibilidade para ter as diferentes velocidades de lançamento necessárias para decolar do convés de cada tipo de aeronave”. Segundo a General Atomics, em comparação com as catapultas a vapor, o sistema EMALS será 30 por cento mais eficiente, exigindo menos volume e manutenção do que seus antecessores, o que simplificará sua instalação em diferentes navios com diferentes configurações de catapulta. Por exemplo, os porta-aviões da classe Nimitz têm quatro catapultas a vapor, enquanto o único porta-aviões francês, Charles de Gaulle, tem apenas duas catapultas. Além disso, diferentes acelerações do EMALS, ajustadas ao peso de decolagem de cada tipo de aeronave tripulada ou não tripulada, contribuirão para o aumento da vida útil dos cascos da aeronave. “Com menos espaço de instalação, melhor eficiência e flexibilidade e manutenção e número de funcionários reduzidos, o EMALS aumenta significativamente as capacidades e reduz os custos, o que apoiará ainda mais o desenvolvimento da frota”, acrescentou Elke.
De acordo com Alexander Chang, da empresa de consultoria Avascent, as railguns também apresentam uma série de vantagens. "E o principal, claro, é que eles podem disparar projéteis a uma alta velocidade da ordem de Mach sete sem usar nenhum explosivo." Uma vez que a fonte de energia do canhão elétrico é o sistema geral de fornecimento de energia de todo o navio, os riscos associados ao transporte de explosivos ou propelentes são excluídos. As altas velocidades iniciais do canhão, quase o dobro das velocidades iniciais dos canhões de navios tradicionais, resultam em tempos de ataque mais curtos e permitem que o navio responda quase simultaneamente a várias ameaças. Isso se deve ao fato de que a cada novo projétil não há necessidade de carga de combate ou de propelente. Elke observou que “por meio de ogivas e propelentes, o suprimento é simplificado, o custo de um tiro e a carga logística são reduzidos, enquanto as dimensões relativamente pequenas do canhão elétrico permitem um aumento na capacidade do carregador … Ele também tem um alcance muito maior em comparação com outras armas (por exemplo, com mísseis terra-ar usados para proteger navios de superfície)”. O relatório ao Congresso observa que, até agora, dois protótipos de canhões ferroviários construídos pela Raytheon e General Atomics para a Marinha dos EUA “podem disparar projéteis com níveis de energia entre 20 e 32 megajoules, o que é suficiente para um projétil viajar 92-185 km”. Se compararmos, então de acordo com fontes abertas, o canhão de 76 mm da OTO Melara / Leonardo tem uma velocidade inicial da ordem de Mach 2,6 (3294 km / h), atingindo um alcance máximo de 40 km. Finkenaur afirmou que "o canhão ferroviário pode ser usado para apoio de fogo de navios de superfície quando é necessário enviar um projétil de centenas de milhas náuticas, ou pode ser usado para bombardeios de curta distância e defesa antimísseis."
Desafios adiante
A tecnologia utilizada no sistema EMALS já está em fase de implantação na produção. A Marinha dos EUA, que selecionou esta catapulta projetada pela General Atomics para decolar de novos porta-aviões da classe Ford, realizou seus primeiros testes de resistência em novembro de 2016. No primeiro navio desta classe, o Gerald R. Ford, pesos de lastro simulando uma aeronave típica foram ejetados no mar (vídeo abaixo). Usou 15 carrinhos de concha de vários pesos. Os primeiros lançamentos terminaram sem sucesso, mas os seguintes foram reconhecidos como bem-sucedidos. Por exemplo, um bogie pesando cerca de 6.800 kg foi acelerado para uma velocidade de quase 260 km / h, e um bogie menor pesando 3600 kg foi acelerado para 333 km / h. Segundo Elke, o sistema também está sendo fabricado e instalado no porta-aviões John F. Kennedy, com previsão de transferência para a frota em 2020. A GA também foi selecionada como a única empreiteira EMALS para o porta-aviões Enterprise, que deve iniciar a construção em 2018. Elke observou que “também vemos o interesse de outros estados em nossos sistemas eletromagnéticos de decolagem e pouso, pois eles desejam ter novas tecnologias e aeronaves baseadas em porta-aviões em suas frotas”. No entanto, é importante notar que, embora a tecnologia EMALS esteja pronta para produção, o sistema em si não pode ser instalado na grande maioria dos porta-aviões em serviço devido à quantidade de energia necessária para operá-lo.
Além do acima exposto, o canhão ferroviário tem uma série de desvantagens sérias. Segundo Finkenaur, “um dos problemas do uso da tecnologia eletromagnética no setor de defesa é manter o cano funcionando e reduzir o desgaste do cano a cada lançamento de projétil”. De fato, a velocidade com que o projétil sai do cano causa tal desgaste que nos testes iniciais o cano teve que ser totalmente reconstruído após cada tiro. "A força de pulso envolve o desafio de liberar uma quantidade enorme de energia e coordenar o trabalho conjunto dos módulos de força de pulso para um único tiro." Todos esses módulos devem liberar a eletricidade acumulada no momento certo para criar a força do campo magnético necessária e empurrar o projétil para fora do barril. Finalmente, a quantidade de energia necessária para acelerar o projétil a tais velocidades acarreta o problema de empacotar os componentes necessários do canhão em dimensões físicas suficientemente pequenas para que possa ser instalado em navios de superfície de diferentes classes. Por essas razões, de acordo com Finkenaur, pequenos canhões ferroviários podem entrar em serviço nos próximos cinco anos, enquanto um canhão ferroviário com potência total de 32 megajoules deve ser instalado em um navio nos próximos 10 anos.
Hiperatividade
De acordo com Chang, "recentemente a Marinha dos Estados Unidos começou a prestar menos atenção ao aprimoramento da tecnologia do canhão ferroviário e voltou sua atenção para as capacidades do projétil hipersônico HVP (Hyper Velocity Projectile), que pode caber facilmente em armas tradicionais existentes." Em um artigo técnico sobre HVP, publicado em setembro de 2012 pelo US Navy Research Office, ele é descrito como "um projétil guiado versátil, de baixo arrasto, capaz de realizar uma variedade de missões de uma variedade de sistemas de armas", que, em além do canhão ferroviário, inclui sistemas navais americanos padrão: canhão naval de 127 mm Mk. Montagem de artilharia avançada de 45 e 155 mm Sistema de canhão avançado desenvolvido pela BAE Systems. De acordo com a BAE Systems, um "ingrediente especial" no design do HVP é seu arrasto aerodinâmico ultrabaixo, eliminando a necessidade de um motor de foguete, amplamente utilizado em munições convencionais para ampliar seu alcance.
De acordo com um relatório do serviço de pesquisa CRS, ao disparar de uma instalação Mk.45, este projétil pode atingir apenas metade (que é Mach 3, ou cerca de 3704,4 km / h) da velocidade que poderia atingir ao disparar de um trilho que, no entanto, ainda tem o dobro da velocidade de um projétil convencional disparado de uma arma Mk. 45. Conforme afirmado em um comunicado de imprensa da Marinha dos EUA, “HVP em combinação com Mk.45 proporcionará o desempenho de várias tarefas, incluindo apoio de fogo para navios de superfície, irá expandir as capacidades da frota na luta contra ameaças aéreas e de superfície. mas também com ameaças emergentes."
Segundo Chang, a decisão do Departamento de Pesquisa do Ministério da Defesa de investir recursos significativos no desenvolvimento de HVP visa solucionar o problema de reequipamento dos navios para a instalação de um canhão sobre eles. Assim, a Marinha dos Estados Unidos poderá usar o projétil hipersônico HVP em seus cruzadores da classe Ticonderoga e destróieres da classe Arleigh Burke, cada um carregando dois canhões Mk.45. O canhão ferroviário ainda não está tecnologicamente pronto para instalação nos novos contratorpedeiros da classe Zamvolt, o primeiro dos quais foi aceito na Marinha dos EUA em outubro de 2016. Mas, pelo menos no final do desenvolvimento, o projétil HVP será capaz de entrar na carga de munição de seus suportes de artilharia de 155 mm, como o Advanced Gun System. De acordo com o comunicado à imprensa, a frota realizou testes de disparo de um projétil HVP de um obuseiro do exército em janeiro. A Marinha dos Estados Unidos não fornece informações sobre quando o HVP pode entrar em serviço com seus navios de guerra.
Desenvolvimentos Industriais
Em 2013, a BAE Systems recebeu um contrato de US $ 34,5 milhões da Administração de Pesquisa e Desenvolvimento Naval para o desenvolvimento de um canhão ferroviário para a segunda fase do programa de construção de protótipo de arma. Na primeira fase, os engenheiros do Centro de Desenvolvimento de Armas de Superfície da Marinha dispararam com sucesso o protótipo Raytheon EM Railgun, atingindo um nível de energia de 33 megajoules. De acordo com a BAE Systems, na segunda fase, a empresa pretende passar do tiro único ao tiro explosivo e desenvolver um sistema de carregamento automático, além de sistemas de controle térmico para resfriar o canhão a cada tiro. Em 2013, a BAE Systems também recebeu um contrato deste departamento para o desenvolvimento e demonstração do HVP.
A General Atomics começou a desenvolver a tecnologia de canhão elétrico em 1983 como parte da Iniciativa de Defesa Estratégica do presidente Ronald Reagan. A iniciativa visava "desenvolver um programa de defesa antimísseis baseado no espaço que pudesse proteger o país de um ataque nuclear em grande escala". A iniciativa perdeu relevância após o fim da Guerra Fria e foi rapidamente abandonada, em parte devido ao seu custo exorbitante. Na época, havia problemas técnicos mais do que suficientes e os railguns não eram exceção. A primeira versão do canhão ferroviário exigia tanta energia para operar o canhão que só poderia ser alojado em um grande hangar e, portanto, de acordo com Elke, "nos últimos oito anos, reduzimos o tamanho dos componentes eletrônicos e semicondutores e criou capacitores supergrandes."
Hoje, a General Atomics já desenvolveu um canhão ferroviário de 30 megajoule e um canhão de ferrovia universal Blitzer de 10 megajoule. Enquanto isso, um capacitor que simplifica o processo de armazenamento de energia para disparar de armas de alívio em veículos terrestres foi demonstrado com sucesso em julho de 2016 em um intervalo aberto. Elke acrescentou a este respeito: “Também demonstramos com sucesso a transportabilidade do canhão Blitzer. O canhão foi desmontado e transportado do local de teste de Dagway para o local de teste de Fort Sill e remontado lá para uma série de testes de tiro bem-sucedidos durante as manobras do exército de 2016”.
A Raytheon também está desenvolvendo ativamente a tecnologia de canhões ferroviários e uma rede inovadora de energia pulsada. Finkenaur explicou: “A rede consiste em muitos contêineres de energia pulsada de 6,1 m de comprimento e 2,6 metros de altura, que abrigam dezenas de pequenos blocos chamados de módulos de energia pulsada. O trabalho desses módulos é acumular a energia necessária por alguns segundos e liberá-la em um instante. Se pegarmos o número necessário de módulos e conectá-los, eles podem fornecer a energia necessária para a operação do railgun.
Contrapeso a ameaças
Em um discurso em abril de 2016 em Bruxelas, o vice-secretário de Defesa dos EUA, Bob Work, observou que “tanto a Rússia quanto a China estão melhorando a capacidade de suas forças de operações especiais para operar no mar, em terra e no ar diariamente. Eles estão se tornando bastante fortes no ciberespaço, nas contramedidas eletrônicas e no espaço. " As ameaças representadas por esses acontecimentos forçaram os Estados Unidos e os países da OTAN a desenvolver a chamada "Terceira Estratégia de Contrapeso" TOI (Terceira Iniciativa de Compensação) comum. Conforme afirmou o então Ministro da Defesa Heigel em 2014, o objetivo da TOI é igualar ou dominar as capacidades militares da China e da Rússia, desenvolvidas por meio da introdução da tecnologia mais recente. Neste contexto, canhões ferroviários, e projéteis hipersônicos em particular, representam capacidades essenciais para conter ou neutralizar ameaças potenciais representadas pelas armas da China e da Rússia, que foram mencionadas na parte introdutória do artigo.
