L'eslògan "Velocitas Eradico", adoptat per la Marina nord-americana per a la seva investigació sobre armes electromagnètiques de ferrocarril, és bastant coherent amb l'objectiu final. Traduïda lliurement del llatí, aquesta expressió significa "La velocitat mata". Les tecnologies electromagnètiques es desenvolupen amb èxit en el camp marítim, obrint perspectives d’armes ofensives i el funcionament dels portaavions.
Un informe escrit per Ronald O'Rurk l'octubre de 2016 per al Servei d'Investigació del Congrés, titulat Làsers, pistoles de ferrocarril i projectils hipersònics: antecedents i desafiaments per al Congrés dels Estats Units, afirma: a partir de míssils de creuer anti-vaixell (ASM) i anti-vaixell míssils balístics (ABM), alguns observadors estan preocupats per la supervivència dels vaixells de superfície en possibles enfrontaments de combat amb oponents com la Xina, que estan armats amb míssils anti-vaixell moderns i míssils anti-balístics . El primer i l'únic FGM DF-21D (Dufeen-21) de gamma mitjana del món desenvolupat per l'Acadèmia Xinesa de Mecànica i Electrònica de la Xina Changfeng es va debatre activament a les armades del món; aquest coet es va mostrar a Pequín el setembre del 2015 al final de la desfilada de la Segona Guerra Mundial. Mentrestant, l’informe assenyala que la flota russa continua desplegant la família de míssils de creuer anti-vaixell i terrestres Calibre 3M-54 amb guia inercial / radar per satèl·lit desenvolupada per l’oficina de disseny de Novator.
Tot i que alguns països, com la Xina i Rússia, continuen equipant els seus vaixells amb armes potents, la Marina dels Estats Units, juntament amb altres armades occidentals, està cada vegada més preocupada per la supervivència dels seus vaixells de guerra de superfície. I la reducció de personal obliga les flotes de tot el món a recórrer cada vegada més a tecnologies prometedores. Per exemple, segons el lloc web globalsecurity.org, s’espera que el nombre de membres actius de l’exèrcit nord-americà disminueixi en 200.000 a finals de 2017, fins als 1,28 milions. En aquest context, en l’àmbit de la defensa, les tecnologies electromagnètiques s’estan desenvolupant ràpidament com a solució prometedora a problemes complexos, que estan en gran part relacionats amb l’armament de possibles adversaris i la reducció de personal. En comparació amb els sistemes tradicionals actuals, aquestes tecnologies, des de catapultes de portaavions fins a canons de ferrocarril, seran més rendibles i reduiran el nombre de personal.
Electricitat i magnetisme
L’energia electromagnètica és una combinació de camps elèctrics i magnètics. Segons la definició publicada al lloc web de l’Organització Mundial de la Salut: “Els camps elèctrics es creen a causa de la diferència de tensió, com més alta sigui la tensió, més fort serà el camp resultant. Els camps magnètics sorgeixen quan es mouen les partícules carregades: com més fort és el corrent, més fort és el camp magnètic.
General Dynamics desenvolupa EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System), un prometedor sistema de llançament per a avions basats en transportistes, per substituir les catapultes de vapor, que presenten una sèrie de desavantatges significatius, com ara la seva gran massa, mida i la necessitat d’emmagatzemar volum d’aigua del vaixell, que no es pot transportar a la borda a causa de les propietats químiques agressives de l’aigua de mar. El nou sistema consta de dos rails paral·lels, formats per molts elements amb bobines d’inducció, instal·lats a l’interior de la plataforma de vol del portaavions, així com un carruatge, que està muntat a la roda davantera de l’avió. Megan Elke, General Atomics (GA), va explicar: “L’excitació seqüencial dels elements de guia crea una ona magnètica que recorre els rails de guia i força el carro i, per tant, l’avió al llarg de tota la longitud dels rails de guia a la velocitat necessària per a un enlairament reeixit de la coberta. Aquest procés requereix diversos megawatts d’electricitat.
El principi de funcionament de l’accelerador de massa electromagnètic, també conegut com a pistola de ferrocarril, és similar al principi de funcionament de la catapulta electromagnètica EMALS. Els diversos megawatts d’energia generats es canalitzen al llarg de dos carrils de guia (igual que els dos carrils de guia del sistema EMALS) per crear un camp magnètic. Tal com explica John Finkenaur, cap de noves tecnologies de Raytheon: “Després que el sistema hagi acumulat una certa energia, els condensadors (emmagatzemen la càrrega elèctrica generada) envien un impuls elèctric al llarg de dos rails (un d’ells està carregat negativament i l'altre és positiu), creant un camp electromagnètic . Sota la influència d’aquest camp, el projectil comença a moure’s en un canó amb dos carrils llargs a una velocitat molt alta. Les fonts obertes afirmen que les velocitats poden arribar als 7 nombres Mach (uns 8600 km / h). El projectil pesa aproximadament 11 kg i no té cap càrrega de combat. El cos del projectil, farcit d’elements que colpegen tungstè, està tancat en una carcassa d’aliatge d’alumini, que es descarta després que el projectil surt del canó. L'alta velocitat de la trobada del projectil amb l'objectiu, en combinació amb els elements impactants, provoca una destrucció significativa sense explosius.
Atracció magnètica
Les catapultes de vapor, que han de ser substituïdes pel sistema EMALS, han estat en portaavions a molts països des dels anys 50. Durant molt de temps, es van considerar la tecnologia més eficient, que és capaç, per exemple, d’accelerar un avió que pesa 27.300 kg a una velocitat de 240 km / h des d’una longitud de coberta de 300 metres. Per fer aquest treball, la catapulta necessita aproximadament 615 kg de vapor per cada entrada, més equip hidràulic, aigua per aturar la catapulta, així com bombes, motors elèctrics i sistemes de control. En altres paraules, la tradicional catapulta de vapor, tot i que fa la seva feina perfectament, és un equip molt gran i pesat que requereix un manteniment important. A més, s’ha demostrat que els xocs sobtats durant l’enlairament redueixen la vida dels avions basats en el portaavions. Les catapultes de vapor també tenen restriccions sobre els tipus d’avions que poden llançar; la situació es complica especialment pel fet que la massa dels avions augmenta constantment i aviat pot passar que la modernització dels avions basats en transportistes sigui impossible. Per exemple, segons les dades proporcionades per la flota, el combat de Boeing F / A-18E / F Super Hornet basat en un transportista té un pes màxim d’enlairament de 30 tones, mentre que l’anterior caçador Douglas A-4F Skyhawk, que finalment va ser retirat del servei a mitjan anys vuitanta, tenia un pes d’enlairament d’11, 2 tones.
Segons Elke: "Els avions actuals són cada vegada més pesats, ràpids i funcionals, necessiten un sistema de llançament eficient amb més eficiència i més flexibilitat per tenir les diferents velocitats de llançament necessàries per enlairar-se de la coberta de cada tipus d'avió". Segons General Atomics, en comparació amb les catapultes de vapor, el sistema EMALS serà un 30 per cent més eficient, requerint menys volum i manteniment que els seus predecessors, cosa que simplificarà la seva instal·lació en diferents vaixells amb diferents configuracions de catapulta. Per exemple, els portaavions de la classe Nimitz tenen quatre catapultes de vapor, mentre que l’únic portaavions francès, Charles de Gaulle, només té dues catapultes. A més, diferents acceleracions EMALS, ajustades al pes d’enlairament de cada tipus d’avions tripulats o no tripulats, contribuiran a augmentar la vida útil dels cascos de l’avió. "Amb menys espai d'instal·lació, una millor eficiència i flexibilitat i una reducció del manteniment i de la plantilla, EMALS augmenta significativament les capacitats i redueix els costos, cosa que donarà més suport al desenvolupament de la flota", va afegir Elke.
Segons Alexander Chang, de la consultora Avascent, les pistoles de ferrocarril també tenen una sèrie d'avantatges. "I el més important, per descomptat, és que poden disparar projectils a una velocitat alta de l'ordre de Mach set sense utilitzar explosius". Atès que la font d'energia de la pistola de ferrocarril és el sistema d'alimentació general de tot el vaixell, s'exclouen els riscos associats al transport d'explosius o propel·lents. Les altes velocitats inicials de la pistola de ferrocarril, aproximadament el doble de les velocitats inicials dels canons tradicionals del vaixell, donen lloc a temps de cop més curts i permeten al vaixell respondre gairebé simultàniament a múltiples amenaces. Això es deu al fet que amb cada nou projectil no cal carregar combat ni càrregues de propulsor. Elke va assenyalar que "mitjançant ogives i propelents, es simplifica el subministrament, es redueix el cost d'un tret i la càrrega logística, mentre que les dimensions relativament petites de la pistola de ferrocarril permeten augmentar la capacitat de la revista … abast molt més llarg en comparació amb altres armes (per exemple, amb míssils terra-aire que s'utilitzen per protegir els vaixells superficials)”. L'informe al Congrés assenyala que fins ara, dos prototips de canons ferroviaris construïts per Raytheon i General Atomics per a la Marina dels Estats Units "poden disparar projectils a nivells d'energia d'entre 20 i 32 megajoules, el que és suficient perquè un projectil recorri 92-185 km". Si comparem, segons fonts obertes, el canó de 76 mm de l’OTO Melara / Leonardo té una velocitat inicial de l’ordre de Mach 2,6 (3294 km / h), assolint un abast màxim de 40 km. Finkenaur va afirmar que "el canó ferroviari es pot utilitzar per al suport de focs de vaixells de superfície quan és necessari enviar un projectil a centenars de milles nàutiques, o bé es pot utilitzar per a bombardeigs a distància curta i defensa contra míssils".
Reptes per endavant
La tecnologia utilitzada en el sistema EMALS ja es troba en la fase d’implementació en producció. La Marina dels Estats Units, que va seleccionar aquesta catapulta dissenyada per General Atomics per enlairar-se dels nous portaavions de la classe Ford, va realitzar les seves primeres proves d’estrès el novembre del 2016. Al primer vaixell d'aquesta classe, el Gerald R. Ford, es van expulsar al mar peses de llast que simulaven un avió típic (vídeo a continuació). S'utilitzen 15 carros de petxina de diversos pesos. Els primers llançaments van acabar sense èxit, però es va reconèixer que els següents van tenir èxit. Per exemple, un bogie que pesava uns 6800 kg es va accelerar a una velocitat de gairebé 260 km / h, i un bogie més petit de 3600 kg es va accelerar a 333 km / h. Segons Elke, el sistema també s'està fabricant i instal·lant al portaavions John F. Kennedy, que està previst que es transfereixi a la flota el 2020. GA també ha estat seleccionat com a únic contractista EMALS per al portaavions Enterprise, que començarà la construcció el 2018. Elke va assenyalar que "també veiem l'interès d'altres estats en els nostres sistemes d'aterratge i enlairament electromagnètics, ja que volen tenir noves tecnologies i avions basats en transportistes a les seves flotes". No obstant això, val la pena assenyalar que, tot i que la tecnologia EMALS està preparada per a la producció, el sistema en si no es pot instal·lar a la gran majoria de portaavions en servei a causa de la quantitat d'energia necessària per operar-lo.
A més de l'anterior, l'arma de ferrocarril té una sèrie de greus desavantatges. Segons Finkenaur, "un dels problemes de l'ús de tecnologia electromagnètica al sector de la defensa és mantenir el barril en bon estat i reduir el desgast del barril després de cada llançament de projectils". De fet, la velocitat amb què el projectil surt del canó provoca un desgast tant que en les proves inicials el canó va haver de ser completament reconstruït després de cada tret. "La potència de pols comporta el repte d'alliberar una gran quantitat d'energia i coordinar el treball conjunt dels mòduls de potència de pols per un sol tret". Tots aquests mòduls han d’alliberar l’electricitat acumulada en el moment adequat per tal de crear la força del camp magnètic necessària i empènyer el projectil del barril. Finalment, la quantitat d'energia necessària per accelerar el projectil a aquestes velocitats comporta el problema d'empaquetar els components necessaris de l'arma en unes dimensions físiques prou reduïdes perquè es pugui instal·lar en vaixells superficials de diferents classes. Per aquestes raons, segons Finkenaur, les armes petites de ferrocarril podrien entrar en servei en els propers cinc anys, mentre que és probable que s’instal·li una arma de ferrocarril amb una potència completa de 32 megajoules en un vaixell en els propers 10 anys.
Hiperactivitat
Segons Chang, "recentment la Marina dels Estats Units ha començat a prestar menys atenció a la millora de la tecnologia del canó ferroviari i ha centrat la seva atenció en les capacitats del projectil hipersonic HVP (Hyper Velocity Projectile), que pot adaptar-se fàcilment a les armes tradicionals existents". En un document tècnic sobre HVP, publicat el setembre de 2012 per l'Oficina de Recerca de la Marina dels Estats Units, es descriu com "un projectil guiat versàtil, de baix arrossegament i capaç de realitzar diverses missions des de diversos sistemes d'armes", que, en A més del canó de ferrocarril, inclou sistemes navals nord-americans estàndard: canó naval de 127 mm Mk. 45 i 155 mm muntat amb artilleria avançada Advanced Gun System desenvolupat per BAE Systems. Segons BAE Systems, un "ingredient especial" en el disseny de l'HVP és la seva resistència aerodinàmica ultra baixa, que elimina la necessitat d'un motor de coet, que s'utilitza àmpliament en municions convencionals per ampliar el seu abast.
Segons un informe del servei d’investigació CRS, quan es dispara des d’una instal·lació Mk.45, aquest projectil només pot assolir la meitat (que és Mach 3, o uns 3704,4 km / h) de la velocitat que podria arribar en disparar des d’un ferrocarril., però, és encara el doble de la velocitat d’un projectil convencional que es dispara des d’una pistola Mk. 45. Com es va afirmar en un comunicat de premsa de la Marina dels Estats Units, “HVP en combinació amb Mk.45 proporcionarà diverses tasques, inclòs el suport contra incendis per a vaixells de superfície, ampliarà les capacitats de la flota en la lluita contra les amenaces aèries i superficials però també amb amenaces emergents.
Segons Chang, la decisió del Departament d’Investigació del Ministeri de Defensa d’invertir fons significatius en el desenvolupament d’HVP té com a objectiu resoldre el problema de reequipar els vaixells per a la instal·lació d’una pistola de ferrocarril. Així, la Marina dels Estats Units podrà utilitzar el projectil hipersònic HVP als seus creuers de la classe Ticonderoga i als destructors de la classe Arleigh Burke, cadascun portant dos canons Mk.45. L’arma ferroviària encara no està preparada tecnològicament per instal·lar-se als nous destructors de la classe Zamvolt, el primer dels quals va ser acceptat a la Marina dels Estats Units l’octubre del 2016. Però, almenys al final del desenvolupament, el projectil HVP podrà introduir la càrrega de munició dels seus muntatges d’artilleria de 155 mm, com el Advanced Gun System. Segons el comunicat de premsa, la flota va realitzar proves de tir d'un projectil HVP des d'un obús de l'exèrcit al gener. L'Armada dels Estats Units no proporciona informació sobre quan l'HVP pot entrar en servei amb els seus vaixells de guerra.
Desenvolupaments industrials
El 2013, BAE Systems va rebre un contracte de 34,5 milions de dòlars de l’Administració de Recerca i Desenvolupament Naval per al desenvolupament d’un canó ferroviari per a la segona fase del programa de construcció de prototips de canó. En la primera fase, els enginyers del Centre de Desenvolupament d'Armes Superficials de la Marina van disparar amb èxit el prototip Raytheon EM Railgun, assolint un nivell d'energia de 33 megajoules. Segons BAE Systems, en la segona fase, la companyia té intenció de passar d'un tret únic a foc explosiu i desenvolupar un sistema de càrrega automàtic, així com sistemes de control tèrmic per refredar l'arma després de cada tret. El 2013 BAE Systems també va rebre un contracte d’aquest departament per al desenvolupament i demostració de l’HVP.
General Atomics va començar a desenvolupar tecnologia de pistola de ferrocarril el 1983 com a part de la Iniciativa de Defensa Estratègica del president Ronald Reagan. La iniciativa tenia com a objectiu "desenvolupar un programa de defensa antimíssil basat en l'espai que pogués protegir el país d'un atac nuclear a gran escala". La iniciativa va perdre la seva rellevància després del final de la Guerra Freda i va ser abandonada ràpidament, en part pel seu cost desorbitat. Aleshores hi havia problemes tècnics més que suficients, i les pistoles no eren una excepció. La primera versió del canó ferroviari requeria tanta energia per fer funcionar el canó que només es podia allotjar en un gran hangar i, per tant, segons Elke, "en els darrers vuit anys hem reduït la mida de l'electrònica i els semiconductors i ha creat condensadors super grans."
Avui, General Atomics ja ha desenvolupat un canó ferroviari de 30 megajoules i un canó ferroviari universal Blitzer de 10 megajocs. Mentrestant, el juliol de 2016 es va demostrar amb èxit un condensador que simplifica el procés d’emmagatzematge d’energia per disparar amb pistoles de socors en vehicles terrestres a distància oberta. Elke va afegir al respecte: “També hem demostrat amb èxit la transportabilitat del canó Blitzer. El canó va ser desmuntat i transportat des del lloc de proves de Dagway fins al lloc de proves de Fort Sill i es va tornar a muntar allà per fer una sèrie de proves de tir amb èxit durant les maniobres de l’exèrcit del 2016”.
Raytheon també està desenvolupant activament la tecnologia de les armes ferroviàries i una innovadora xarxa d’energia polsada. Finkenaur va explicar: “La xarxa consta de molts contenidors d’energia pulsada de 6,1 m de llarg i 2,6 metres d’alçada, que contenen desenes de petits blocs anomenats mòduls d’energia pulsada. La feina d’aquests mòduls consisteix a acumular l’energia necessària durant uns segons i alliberar-la en un instant . Si prenem el nombre requerit de mòduls i els connectem junts, poden proporcionar la potència necessària per al funcionament de la pistola de ferrocarril.
Contrapesos contra amenaces
En un discurs de l'abril del 2016 a Brussel·les, el vicesecretari de Defensa dels Estats Units, Bob Work, va assenyalar que "tant Rússia com la Xina milloren la capacitat de les seves forces d'operacions especials per operar diàriament al mar, a terra i a l'aire. S'estan convertint en força en el ciberespai, les contramesures electròniques i en l'espai ". Les amenaces plantejades per aquests desenvolupaments van obligar els Estats Units i els països de l'OTAN a desenvolupar l'anomenada TOI (Third Offset Initiative) de la "tercera estratègia de contrapès". Com va declarar el llavors ministre de Defensa Heigel el 2014, l'objectiu de TOI és igualar o dominar les capacitats militars de la Xina i Rússia, desenvolupades mitjançant la introducció de l'última tecnologia. En aquest context, les armes ferroviàries i, especialment, els projectils hipersònics, representen capacitats clau per contrarestar o neutralitzar les possibles amenaces que presenten les armes de la Xina i Rússia, que es van esmentar a la part introductòria de l'article.
