يتوافق شعار "Velocitas Eradico" ، الذي اتخذته البحرية الأمريكية لأبحاثها حول مدافع السكك الحديدية الكهرومغناطيسية ، تمامًا مع الهدف النهائي. ترجمة فضفاضة من اللاتينية ، هذا التعبير يعني "السرعة تقتل". تتطور التقنيات الكهرومغناطيسية بنجاح في المجال البحري ، وتفتح آفاقًا للأسلحة الهجومية وتشغيل حاملات الطائرات.
تقرير كتبه رونالد أورورك في أكتوبر 2016 لخدمة أبحاث الكونغرس ، بعنوان الليزر ، ومدافع السكك الحديدية ، والمقذوفات فوق الصوتية: الخلفية والتحديات للكونغرس الأمريكي ، ينص على: من صواريخ كروز المضادة للسفن (ASM) والمضادة للسفن الصواريخ الباليستية (ABMs) ، يشعر بعض المراقبين بالقلق بشأن بقاء السفن السطحية في اشتباكات قتالية محتملة مع خصوم مثل الصين ، والمسلحة بصواريخ حديثة مضادة للسفن وصواريخ مضادة للصواريخ الباليستية . تمت مناقشة ختان الإناث المتوسط المدى الأول والوحيد في العالم DF-21D (Dufeen-21) الذي طورته الأكاديمية الصينية للميكانيكا والإلكترونيات China Changfeng بنشاط في القوات البحرية العالمية ؛ تم عرض هذا الصاروخ في بكين في سبتمبر 2015 في نهاية عرض الحرب العالمية الثانية. وفي الوقت نفسه ، يشير التقرير إلى أن الأسطول الروسي يواصل نشر عائلة 3M-54 Caliber من صواريخ كروز المضادة للسفن والأرض مع التوجيه بالقصور الذاتي / الرادار الذي طوره مكتب تصميم Novator.
بينما تستمر بعض الدول ، مثل الصين وروسيا ، في تجهيز سفنها بأسلحة قوية ، فإن البحرية الأمريكية ، إلى جانب القوات البحرية الغربية الأخرى ، تشعر بقلق متزايد بشأن بقاء السفن الحربية السطحية. ويؤدي انخفاض عدد الموظفين إلى إجبار أساطيل العالم بأسره على التحول بشكل متزايد إلى التقنيات الواعدة. على سبيل المثال ، وفقًا لموقع globalsecurity.org ، من المتوقع أن ينخفض عدد الأفراد النشطين في الجيش الأمريكي بمقدار 200000 بحلول نهاية عام 2017 ، إلى 1.28 مليون. في هذا السياق ، في مجال الدفاع ، تتطور التقنيات الكهرومغناطيسية بسرعة كحل واعد للمشاكل المعقدة ، والتي ترتبط إلى حد كبير بتسليح الخصوم المحتملين وتقليل عدد الأفراد. مقارنة بالأنظمة التقليدية الحالية ، فإن هذه التقنيات ، من مقلاع حاملة الطائرات إلى مدافع السكك الحديدية (المدافع الكهرومغناطيسية) ، ستكون أكثر فعالية من حيث التكلفة وتقلل من عدد الأفراد.
الكهرباء والمغناطيسية
الطاقة الكهرومغناطيسية هي مزيج من المجالات الكهربائية والمغناطيسية. وفقًا للتعريف المنشور على موقع منظمة الصحة العالمية: "يتم إنشاء الحقول الكهربائية بسبب اختلاف الجهد ، وكلما زاد الجهد ، سيكون المجال الناتج أقوى. تنشأ المجالات المغناطيسية عندما تتحرك الجسيمات المشحونة: فكلما كان التيار أقوى ، كان المجال المغناطيسي أقوى ".
تقوم شركة جنرال دايناميكس بتطوير نظام إطلاق الطائرات الكهرومغناطيسي (EMALS) ، وهو نظام إطلاق واعد للطائرات القائمة على الناقلات ، ليحل محل المقاليع البخارية ، التي لها عدد من العيوب المهمة ، بما في ذلك كتلتها الكبيرة وحجمها والحاجة إلى تخزين كبيرة. حجم المياه على السفينة ، والذي لا يمكن حمله إلى البحر بسبب الخصائص الكيميائية العدوانية لمياه البحر.يتكون النظام الجديد من قضيبين متوازيين ، مكونين من العديد من العناصر ذات الملفات الحثية ، مثبتة داخل سطح طيران حاملة الطائرات ، بالإضافة إلى عربة يتم تثبيتها على العجلة الأمامية للطائرة. أوضحت ميجان إلك ، جنرال أتوميكس (GA) ، أن "الإثارة المتسلسلة لعناصر التوجيه تخلق موجة مغناطيسية تنتقل على طول قضبان التوجيه وتفرض النقل وبالتالي الطائرة على طول قضبان التوجيه بالكامل بالسرعة المطلوبة إقلاع ناجح من سطح السفينة. تتطلب هذه العملية عدة ميغاواط من الكهرباء ".
يشبه مبدأ تشغيل مسرع الكتلة الكهرومغناطيسي ، المعروف أيضًا باسم المدفع الكهرومغناطيسي ، المعروف أيضًا باسم بندقية السكك الحديدية ، مبدأ تشغيل المنجنيق الكهرومغناطيسي EMALS. يتم توجيه عدة ميغاوات من الطاقة المتولدة على طول قضبان توجيه (تمامًا مثل قضبان التوجيه لنظام EMALS) لإنشاء مجال مغناطيسي. كما أوضح جون فينكينور ، رئيس التقنيات الجديدة في Raytheon: "بعد أن يجمع النظام قدرًا معينًا من الطاقة ، ترسل المكثفات (تخزن الشحنة الكهربائية المتولدة) نبضة كهربائية على طول قضيبين (أحدهما سالب الشحنة و الآخر موجب) ، مما يخلق مجالًا كهرومغناطيسيًا ". تحت تأثير هذا المجال ، تبدأ المقذوفة في التحرك في برميل ذي قضبان طويلة بسرعة عالية جدًا. تدعي المصادر المفتوحة أن السرعات يمكن أن تصل إلى 7 أرقام ماخ (حوالي 8600 كم / ساعة). تزن المقذوفة 11 كجم تقريبًا ولا تحتوي على شحنة قتالية. جسم المقذوف ، المليء بعناصر التنغستن المدفع ، محاط بغلاف من سبائك الألومنيوم ، والذي يتم التخلص منه بعد خروج المقذوف من البرميل. تؤدي السرعة العالية لمقابلة المقذوفات مع الهدف ، إلى جانب العناصر الضاربة ، إلى تدمير كبير بدون أي متفجرات.
جاذبية مغناطيسية
المنجنيق البخارية ، التي سيتم استبدالها بنظام EMALS ، كانت موجودة على حاملات الطائرات في العديد من البلدان منذ الخمسينيات. لفترة طويلة ، اعتبروا أكثر التقنيات كفاءة ، القادرة ، على سبيل المثال ، على تسريع طائرة تزن 27300 كجم إلى سرعة 240 كم / ساعة من سطح بطول 300 متر. للقيام بهذه المهمة ، يحتاج المنجنيق إلى ما يقرب من 615 كجم من البخار لكل مدخل ، بالإضافة إلى المعدات الهيدروليكية ، والمياه لإيقاف المنجنيق ، وكذلك المضخات والمحركات الكهربائية وأنظمة التحكم. بعبارة أخرى ، فإن المنجنيق البخاري التقليدي ، على الرغم من أنه يؤدي وظيفته على أكمل وجه ، هو عبارة عن معدات كبيرة وثقيلة للغاية تتطلب صيانة كبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، فقد ثبت أن الصدمات المفاجئة أثناء الإقلاع تقصر من عمر الطائرات القائمة على حاملات الطائرات. هناك أيضًا قيود على استخدام المنجنيق البخارية على أنواع الطائرات التي يمكن إطلاقها ؛ الوضع معقد بشكل خاص بسبب حقيقة أن كتلة الطائرات تتزايد باستمرار وقد يحدث قريبًا أن يصبح تحديث الطائرات القائمة على الناقل مستحيلًا. على سبيل المثال ، وفقًا للبيانات التي قدمها الأسطول ، يبلغ وزن مقاتلة Boeing's F / A-18E / F Super Hornet الحد الأقصى للإقلاع 30 طنًا ، في حين أن مقاتلة Douglas A-4F Skyhawk السابقة ، والتي كانت أخيرًا تم سحبها من الخدمة في منتصف الثمانينيات ، وكان وزن الإقلاع 11.2 طن.
وفقًا لإلك: "أصبحت الطائرات اليوم أثقل وأسرع وأكثر فاعلية ، فهي بحاجة إلى نظام إطلاق فعال بمزيد من الكفاءة والمرونة من أجل الحصول على سرعات الإطلاق المختلفة اللازمة للإقلاع من سطح كل نوع من الطائرات." وفقًا لـ General Atomics ، مقارنةً بالمقاليع البخارية ، سيكون نظام EMALS أكثر كفاءة بنسبة 30 في المائة ، وسيتطلب حجمًا وصيانة أقل من سابقاتها ، مما يبسط تركيبه على سفن مختلفة بتكوينات مختلفة للمقلاع.على سبيل المثال ، تحتوي حاملات الطائرات من فئة نيميتز على أربعة مقاليع بخارية ، في حين أن حاملة الطائرات الفرنسية الوحيدة ، شارل ديغول ، لديها مقلاعين فقط. بالإضافة إلى ذلك ، ستساهم تسارعات EMALS المختلفة ، المعدلة حسب وزن الإقلاع لكل نوع من الطائرات المأهولة وغير المأهولة ، في زيادة عمر الخدمة لهيكل الطائرات. وأضاف إلكه: "مع مساحة تركيب أقل ، وكفاءة ومرونة أفضل ، وتقليل الصيانة وعدد الموظفين ، يزيد نظام EMALS بشكل كبير من القدرات ويخفض التكاليف ، مما سيدعم بشكل أكبر تطوير الأسطول".
وفقًا لألكسندر تشانغ من شركة Avascent الاستشارية ، تتمتع المدافع الكهرومغناطيسية أيضًا بعدد من المزايا. "والشيء الرئيسي بالطبع هو أنه يمكنهم إطلاق مقذوفات بسرعة عالية تصل إلى سبعة ماخ دون استخدام أي متفجرات." نظرًا لأن مصدر طاقة المدفع الكهرومغناطيسي هو نظام إمداد الطاقة العام للسفينة بأكملها ، يتم استبعاد المخاطر المرتبطة بنقل المتفجرات أو الدوافع. تؤدي السرعات الأولية العالية للمدفع الكهرومغناطيسي ، أي ما يقرب من ضعف السرعة الأولية لمدافع السفن التقليدية ، إلى أوقات إصابة أقصر وتسمح للسفينة بالاستجابة في وقت واحد تقريبًا لتهديدات متعددة. هذا يرجع إلى حقيقة أنه مع كل قذيفة جديدة ليست هناك حاجة لشحن شحنات قتالية أو دافعة. وأشار إلك إلى أنه "من خلال الرؤوس الحربية والوقود ، يتم تبسيط العرض ، ويتم تقليل تكلفة طلقة واحدة والعبء اللوجستي ، بينما تسمح الأبعاد الصغيرة نسبيًا للمدفع الكهرومغناطيسي بزيادة سعة المجلة … مدى أطول بكثير مقارنة بالأسلحة الأخرى (على سبيل المثال ، مع صواريخ أرض جو المستخدمة لحماية السفن السطحية) ". يشير التقرير المقدم إلى الكونجرس إلى أنه حتى الآن ، يمكن لمدفعين نموذجيين للسكك الحديدية تم تصنيعهما بواسطة Raytheon و General Atomics للبحرية الأمريكية "إطلاق مقذوفات عند مستويات طاقة تتراوح بين 20 و 32 ميغا جول ، وهو ما يكفي لسير قذيفة 92-185 كيلومترًا". إذا قارنا ، إذن ، وفقًا للمصادر المفتوحة ، فإن مدفع السفينة 76 ملم من OTO Melara / Leonardo لديه سرعة أولية تصل إلى Mach 2.6 (3294 كم / ساعة) ، ويصل أقصى مدى لها إلى 40 كم. وذكر Finkenaur أن "المدفع الكهرومغناطيسي يمكن استخدامه للدعم الناري للسفن السطحية عندما يكون من الضروري إرسال قذيفة مئات الأميال البحرية ، أو يمكن استخدامها للقصف عن قرب والدفاع الصاروخي".
التحديات المقبلة
التكنولوجيا المستخدمة في نظام EMALS هي بالفعل في مرحلة التنفيذ في الإنتاج. قامت البحرية الأمريكية ، التي اختارت هذا المنجنيق المصمم من قبل شركة جنرال أتوميكس للإقلاع من حاملات الطائرات الجديدة من فئة فورد ، بإجراء أولى اختبارات الإجهاد في نوفمبر 2016. في أول سفينة من هذه الفئة ، جيرالد آر فورد ، تم قذف أوزان الصابورة التي تحاكي طائرة نموذجية في البحر (الفيديو أدناه). عدد 15 عربة ذات اوزان مختلفة. انتهت عمليات الإطلاق الأولى دون جدوى ، ولكن تم الاعتراف بنجاح عمليات الإطلاق التالية. على سبيل المثال ، تم تسريع عربة تزن حوالي 6800 كجم إلى سرعة 260 كم / ساعة تقريبًا ، وتم تسريع عربة أصغر وزنها 3600 كجم إلى 333 كم / ساعة. وفقًا لإلك ، يتم أيضًا تصنيع النظام وتثبيته على حاملة الطائرات جون إف كينيدي ، والتي من المقرر نقلها إلى الأسطول في عام 2020. كما تم اختيار GA كمقاول EMALS الوحيد لشركة حاملة الطائرات Enterprise ، والتي من المقرر أن تبدأ البناء في عام 2018. وأشار إلك إلى أننا "نرى أيضًا اهتمام الدول الأخرى بأنظمتنا للإقلاع والهبوط الكهرومغناطيسية ، لأنها تريد أن يكون لديها تقنيات جديدة وطائرات قائمة على الناقل في أساطيلها." ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه في حين أن تقنية EMALS جاهزة للإنتاج ، لا يمكن تثبيت النظام نفسه على الغالبية العظمى من حاملات الطائرات في الخدمة بسبب كمية الطاقة المطلوبة لتشغيله.
بالإضافة إلى ما سبق ، فإن مسدس السكة الحديدية لديه عدد من العيوب الخطيرة. وفقًا لـ Finkenaur ، "تتمثل إحدى مشكلات استخدام التكنولوجيا الكهرومغناطيسية في قطاع الدفاع في الحفاظ على عمل البرميل وتقليل تآكل البرميل بعد كل إطلاق مقذوف". في الواقع ، فإن السرعة التي تغادر بها المقذوفة البرميل تتسبب في حدوث مثل هذا التآكل والتلف لدرجة أنه في الاختبارات الأولية كان يجب إعادة بناء البرميل بالكامل بعد كل طلقة. "تستلزم قوة النبض التحدي المتمثل في إطلاق كمية هائلة من الطاقة وتنسيق العمل معًا لوحدات طاقة النبض في لقطة واحدة." يجب أن تطلق كل هذه الوحدات الكهرباء المتراكمة في اللحظة المناسبة من أجل إنشاء قوة المجال المغناطيسي اللازمة ودفع المقذوف خارج البرميل. أخيرًا ، تستلزم كمية الطاقة المطلوبة لتسريع القذيفة إلى هذه السرعات مشكلة تعبئة المكونات الضرورية للمسدس في أبعاد مادية صغيرة بدرجة كافية بحيث يمكن تثبيتها على السفن السطحية من فئات مختلفة. لهذه الأسباب ، وفقًا لـ Finkenaur ، قد تدخل مدافع السكك الحديدية الصغيرة الخدمة في السنوات الخمس المقبلة ، بينما من المرجح أن يتم تركيب مدفع كهرومغناطيسي بطاقة كاملة تبلغ 32 ميغا جول على متن سفينة في السنوات العشر القادمة.
فرط النشاط
وفقًا لـ Chang ، "بدأت البحرية الأمريكية مؤخرًا في إيلاء اهتمام أقل لتحسين تكنولوجيا مسدس السكك الحديدية ووجهت انتباهها إلى قدرات قذيفة HVP (Hyper Velocity Projectile) التي تفوق سرعتها سرعة الصوت ، والتي يمكن أن تلائم الأسلحة التقليدية الموجودة بسهولة. في ورقة فنية حول HVP ، نُشرت في سبتمبر 2012 من قبل مكتب أبحاث البحرية الأمريكية ، وُصفت بأنها "قذيفة متعددة الاستخدامات ، منخفضة السحب ، موجهة قادرة على أداء مجموعة متنوعة من المهام من مجموعة متنوعة من أنظمة الأسلحة" ، والتي ، في بالإضافة إلى مسدس السكك الحديدية ، تتضمن الأنظمة البحرية الأمريكية القياسية: مدفع بحري 127 ملم Mk.45 و 155 ملم مدفعية متقدمة من طراز Advanced Gun System طورته شركة BAE Systems. وفقًا لـ BAE Systems ، فإن "المكون الخاص" في تصميم HVP هو السحب الديناميكي الهوائي المنخفض للغاية ، مما يلغي الحاجة إلى محرك صاروخي ، والذي يستخدم على نطاق واسع في الذخيرة التقليدية لتوسيع نطاقها.
وفقًا لتقرير صادر عن خدمة أبحاث CRS ، عند إطلاقه من تثبيت Mk.45 ، يمكن أن تصل هذه المقذوفة إلى نصف السرعة التي يمكن أن تصل إليها عند إطلاقها من سكة حديدية (أي ماخ 3 ، أو حوالي 3704.4 كم / ساعة) بندقية ، ومع ذلك ، فإنها لا تزال ضعف سرعة قذيفة تقليدية أطلقت من مسدس Mk.45. كما ورد في بيان صحفي صادر عن البحرية الأمريكية ، "ستوفر HVP بالاشتراك مع Mk.45 أداء المهام المختلفة ، بما في ذلك الدعم الناري للسفن السطحية ، وسوف توسع قدرات الأسطول في مكافحة التهديدات الجوية والسطحية. ولكن أيضًا مع التهديدات الناشئة ".
وفقًا لـ Chang ، فإن قرار إدارة الأبحاث بوزارة الدفاع باستثمار أموال كبيرة في تطوير HVP يهدف إلى حل مشكلة إعادة تجهيز السفن لتركيب مدفع سكة حديد عليها. وبالتالي ، ستكون البحرية الأمريكية قادرة على استخدام قذيفة HVP التي تفوق سرعتها سرعة الصوت على طراداتها من فئة تيكونديروجا ومدمرات آرلي بورك ، تحمل كل منها مدفعين من طراز Mk.45. لم يكن مسدس السكك الحديدية جاهزًا من الناحية التكنولوجية للتركيب على مدمرات جديدة من فئة زامفولت ، والتي تم قبول أولها في البحرية الأمريكية في أكتوبر 2016. ولكن ، على الأقل في نهاية التطوير ، ستتمكن قذيفة HVP من إدخال ذخيرة حوامل المدفعية عيار 155 ملم مثل Advanced Gun System. وفقًا للبيان الصحفي ، أجرى الأسطول اختبارات إطلاق لقذيفة HVP من مدفع هاوتزر للجيش في يناير. لا تقدم البحرية الأمريكية معلومات عن موعد دخول HVP الخدمة بسفنها الحربية.
التطورات الصناعية
في عام 2013 ، تلقت شركة BAE Systems عقدًا بقيمة 34.5 مليون دولار من إدارة البحث والتطوير البحرية لتطوير مدفع سكة حديد للمرحلة الثانية من برنامج بناء النموذج الأولي للبندقية. في المرحلة الأولى ، نجح مهندسون من مركز تطوير الأسلحة السطحية التابع للبحرية في إطلاق النموذج الأولي Raytheon EM Railgun ، حيث وصل إلى مستوى طاقة يبلغ 33 ميغا جول. وفقًا لـ BAE Systems ، في المرحلة الثانية ، تعتزم الشركة الانتقال من طلقة واحدة إلى إطلاق نار وتطوير نظام تحميل تلقائي ، بالإضافة إلى أنظمة تحكم حراري لتبريد البندقية بعد كل طلقة. في عام 2013 ، تلقت BAE Systems أيضًا عقدًا من هذا القسم لتطوير وعرض HVP.
بدأت شركة General Atomics في تطوير تقنية المدفع الكهرومغناطيسي في عام 1983 كجزء من مبادرة الدفاع الاستراتيجي للرئيس رونالد ريغان. وتهدف المبادرة إلى "تطوير برنامج دفاع صاروخي فضائي يمكن أن يحمي البلاد من هجوم نووي واسع النطاق". فقدت المبادرة أهميتها بعد نهاية الحرب الباردة وتم التخلي عنها بسرعة ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى تكلفتها الباهظة. كانت هناك مشاكل تقنية أكثر من كافية في ذلك الوقت ، ولم تكن المدافع الكهرومغناطيسية استثناءً. تطلب الإصدار الأول من مسدس السكك الحديدية قدرًا كبيرًا من الطاقة لتشغيل البندقية بحيث لا يمكن وضعها إلا في حظيرة كبيرة ، وبالتالي ، وفقًا لإلكه ، "على مدار السنوات الثماني الماضية ، قمنا بتقليل حجم الإلكترونيات وأشباه الموصلات و مكثفات كبيرة جدًا."
واليوم ، طورت شركة جنرال أتوميكس بالفعل مدفع سكة حديد 30 ميغا جول ومدفع بليتزر للسكك الحديدية 10 ميغا جول. وفي الوقت نفسه ، تم بنجاح عرض مكثف يبسط عملية تخزين الطاقة لإطلاق النار من مسدسات الإغاثة على المركبات الأرضية بنجاح في يوليو 2016 على نطاق مفتوح. وأضاف إلك في هذا الصدد: "لقد أثبتنا أيضًا بنجاح قابلية نقل مدفع بليتزر. تم تفكيك المدفع ونقله من موقع اختبار Dagway إلى موقع اختبار Fort Sill وإعادة تجميعه هناك لسلسلة من اختبارات إطلاق النار الناجحة خلال مناورات الجيش عام 2016 ".
تعمل Raytheon أيضًا بنشاط على تطوير تقنية مدفع السكك الحديدية وشبكة طاقة نبضية مبتكرة. وأوضح Finkenaur: “تتكون الشبكة من العديد من حاويات الطاقة النبضية بطول 6.1 متر وارتفاع 2.6 متر ، والتي تضم عشرات الكتل الصغيرة التي تسمى وحدات الطاقة النبضية. يتمثل عمل هذه الوحدات في تجميع الطاقة المطلوبة لبضع ثوانٍ وإطلاقها في لحظة . إذا أخذنا العدد المطلوب من الوحدات ووصلناها معًا ، فيمكنها توفير الطاقة المطلوبة لتشغيل المدفع الكهرومغناطيسي.
موازنة التهديدات
في خطاب ألقاه في أبريل 2016 في بروكسل ، أشار نائب وزير الدفاع الأمريكي بوب وورك إلى أن "كل من روسيا والصين تعملان على تحسين قدرة قوات العمليات الخاصة على العمل في البحر والبر والجو بشكل يومي. لقد أصبحوا أقوياء جدًا في الفضاء السيبراني ، والتدابير المضادة الإلكترونية وفي الفضاء ". أجبرت التهديدات التي تمثلها هذه التطورات الولايات المتحدة ودول الناتو على تطوير ما يسمى بـ "استراتيجية التوازن الثالثة" المشتركة TOI (مبادرة الأوفست الثالثة). كما ذكر وزير الدفاع آنذاك هيجل في عام 2014 ، فإن هدف TOI هو معادلة أو السيطرة على القدرات العسكرية للصين وروسيا ، والتي تم تطويرها من خلال إدخال أحدث التقنيات. في هذا السياق ، تمثل مدافع السكك الحديدية ، والمقذوفات فوق الصوتية على وجه الخصوص ، القدرات الأساسية لمواجهة أو تحييد التهديدات المحتملة التي تشكلها أسلحة الصين وروسيا ، والتي تم ذكرها في الجزء التمهيدي من المقالة.
