Nowoczesne opancerzone wozy bojowe, takie jak na zdjęciu M1117 ASV, są zwykle chronione przez główny pancerz strukturalny ze stali i aluminium oraz dodatkowe elementy ochronne wykonane z różnych stopów, ceramiki, kompozytów lub ich kombinacji.
Dla Stanów Zjednoczonych i ich strategicznych partnerów potrzeba poprawy zdolności obronnych i opancerzenia, aby sprostać obecnym i przewidywanym zobowiązaniom taktycznym, jest oczywista. Kierowana przez USA wielonarodowa misja w Afganistanie, która wciąż dąży do logicznego zakończenia, skorzysta z lekcji wyniesionych z Iraku w zakresie misji i wymogów ochrony swoich wojsk oraz opracowywania strategii nowych inicjatyw na rzecz rozwoju systemów obronnych
System obrony i rezerwy (SPB) (inny termin oznaczający obronę strukturalną) jest narzędziem strategicznym, ponieważ ma zauważalny wpływ na krytyczne systemy i zasoby, a także ma bezpośredni wpływ na myśliwiec. Dotyczy to przede wszystkim asymetrycznych środowisk operacyjnych, w których szczególnie dotkliwe są zagrożenia dla stałych pozycji i bezpieczeństwa obwodowego, a także zestrzelonych oddziałów i pojazdów patrolowych. Chociaż starcia te ewoluują szybko, obecność elektronicznych systemów ostrzegania w połączeniu ze skutecznymi rozwiązaniami obronnymi może często dać wojsku decydującą przewagę, pozwalającą im przetrwać, kontratakować i dominować. I odwrotnie, brak odpowiedniej lub skutecznej infrastruktury do obrony swoich sił może narazić zarówno walczących, jak i osoby nie biorące udziału w walce na taktykę zasadzek, i jest to jedna z kluczowych, aczkolwiek otrzeźwiających, lekcji współczesnych operacji na regionalnych teatrach działań wojennych.
Kluczowe aspekty
Pancerz strukturalny odnosi się do tych rodzajów materiałów strategicznych, które są odporne na ataki balistyczne i które można zintegrować ze stacjonarnymi, przenośnymi lub mobilnymi systemami transportowymi oraz osobistymi rozwiązaniami ochrony balistycznej. Do produkcji SZB można wykorzystać tradycyjne materiały, takie jak stal i aluminium czy żelbet, a także zaawansowane materiały, takie jak nanomateriały i kompozyty ceramiczne. Niektóre przykłady zastosowań opancerzenia strukturalnego obejmują produkcję konstrukcji stałych i tymczasowych, takich jak wieże strażnicze, furgonetki dla wojska lub bezpieczeństwa, systemy ochrony pojazdów i ochrona osobista kombatantów. Te ostatnie mogą obejmować noszone tarcze lub systemy ochrony punktów kontrolnych oraz przenośne opancerzone pozycje bojowe.
Trzy próby stworzenia koncepcji egzoszkieletu: projekty BLEEX, Raytheon SARCOS i Lockheed Martin HULC
W konsekwencji systemy ochrony i rezerwy (SPB) mogą być bardzo pomocne w zwiększaniu taktycznej i strategicznej zdolności przetrwania w walce i innych środowiskach wysokiego ryzyka. Są kluczowym czynnikiem w programach ochrony ich sił. Stanowią również podstawę do przeciwdziałania wielu rodzajom ataków asymetrycznych, takich jak miny przydrożne i RPG podczas misji w środowiskach miejskich i operacji kontrpartyzanckich. Ponieważ można je tworzyć z lekkich kompozytów oraz innych zaawansowanych i egzotycznych materiałów, mogą być również przydatne w obszarze zarządzania sygnaturą chronionej infrastruktury, np. pokrywania pojazdów większą ilością materiałów maskujących pochodzących z radarów naziemnych. W zasadzie można powiedzieć, że zastosowania SZB są bardzo różnorodne – podobnie jak materiały, z których można je wykonać.
Część materiałów, z których powstają SZB, można zaliczyć do materiałów egzotycznych i nowych, czyli takich, które oprócz możliwości materiałów tradycyjnych posiadają nowe właściwości. Na przykład nanomateriały, w tym nanorurki i nanowłókien, a także zaawansowane materiały kompozytowe mogą poprawić wydajność pancerza. Struktury w podejrzanych obszarach niezwiązanych z walką, które wcześniej uważano za mające niski stopień obrony przed atakami bojowymi, są teraz uwzględnione w planach wdrożeniowych SZB. Na przykład Ustawa o autoryzacji obrony narodowej z 2012 r. przewiduje podwyższenie standardów bezpieczeństwa w projektach budownictwa wojskowego w zakresie budowy wojska, tworzenia i modernizacji istniejącej infrastruktury w Stanach Zjednoczonych i krajach NATO. W budownictwie prywatnym wymagania SOC dla nowych projektów budowlanych i renowacji istniejących budynków również rosną ze względów bezpieczeństwa, ergonomii i ochrony środowiska, ponieważ ochrona konstrukcji ma również zdolność do redukcji hałasu i zwiększenia izolacji termicznej. Jednak wymagania dotyczące ochrony walczących pozostają jedną z największych trosk planistów wojskowych.
Korpus Inżynieryjny Stanów Zjednoczonych (USACE) jest odpowiedzialny za programy rządowe Stanów Zjednoczonych mające na celu budowę infrastruktury wojskowej, cywilnej i narodowej, zarówno w wymiarze globalnym, jak i krajowym. Być może najsłynniejszy projekt zrealizowany przez USACE, Pentagon, przypomina o znaczeniu programów SIS i ich znaczeniu dla bieżących operacji oraz misji związanych z bezpieczeństwem narodowym i ochroną wojsk. Budowę ukończono w 1941 roku, z niewielką ilością metalu zużytą ze względu na brak strategicznych surowców w czasie wojny, Pentagon został zbudowany prawie w całości ze zbrojonego betonu. W podsumowaniu badania stanu budynku przeprowadzonego przez Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Budownictwa bezpośrednio po 11 września stwierdzono, że elementy pierwotnego projektu i konstrukcji Pentagonu przyczyniły się do jego odporności podczas ataku liniowca, ograniczone fizyczne zniszczenie i utrata życia. W raporcie grupy podkreślono cechy konstrukcyjne, takie jak integralność, nadmiarowość i pochłanianie energii. Stwierdzono, że takie elementy „powinny być w przyszłości uwzględnione w projektach budynków i innych konstrukcji, w których bardzo ważna jest odporność na postępujące niszczenie”.
Podobne, jeśli nie identyczne, właściwości i wymagania dotyczą stałych i ruchomych struktur rządowych w kraju i za granicą, dużych i małych, i powinny obejmować ulepszenia bezpieczeństwa, takie jak odporność na ataki balistyczne, jako wbudowane elementy konstrukcyjne w celu ochrony przed realistycznie przewidywanymi zagrożeniami. W związku z tym SZB mają kluczowe znaczenie w całym zakresie działań wojskowych i cywilnych i prawdopodobnie staną się powszechne w przyszłości.
Praktyczne zasady tworzenia ochrony
Systemy monolityczne
Im silniejszy tym lepsza, „odpowiednia” siła zniszczy pocisk
Im twarda tym lepsza, „odpowiednia” wytrzymałość jest odporna na pękanie
Im grubszy, tym lepiej
Im trudniej tym lepiej
Jedna gruba płyta jest lepsza niż dwie cienkowarstwowe płyty
Im większe nachylenie (kąt zbiegu), tym lepiej
Systemy wielomateriałowe (hybrydowe)
Nie zawsze twardsza jest lepsza, ale zazwyczaj występuje twarda okleina
Twarde nie zawsze jest lepsze, ale zwykle jest twarda podstawa
Grubsze nie zawsze znaczy lepsze
Trudniej nie zawsze znaczy lepiej
Dwie cienkie płytki mogą być lepsze niż jedna gruba
Większe nachylenie nie zawsze jest lepsze
Korzyści adaptacyjne
Tradycyjne materiały pancerne wykazały ograniczenia w obliczu nowych wyzwań w zakresie bezpieczeństwa, podczas gdy zaawansowane materiały, w tym kompozyty i nanomateriały, wykazały znaczną przewagę nad starszymi systemami, zwiększając przeżywalność żołnierza nawet w ekstremalnych warunkach.
Wady istniejących systemów obronnych mogą być być może jednym ze spuścizny zimnej wojny. Doktryny wojskowe tamtych czasów nie skupiały się na operacjach wojskowych w obszarach zabudowanych (angielski termin MOBA - Mobility Operations For Built-up Areas) ani operacjach wojskowych w warunkach miejskich (angielski termin MOUT - Military Operations in Urban Terrain). Podobnie doktryny, które pojawiły się po wojnie w Zatoce Perskiej, opierały się na możliwych do rozmieszczania zaawansowanych technologicznie, wysoce precyzyjnych zdolnościach w scenariuszach szoku i przerażenia w ograniczonych ramach czasowych. To oczywiście nie miało miejsca w Iraku, gdzie zaawansowane technologicznie systemy ofensywne i taktyka miały pierwszorzędne znaczenie we wczesnych stadiach konfliktu, a potrzeba utrzymania tempa operacyjnego przez długi czas stała się krytyczna.
SZB zapewniają korzyści siłom zaangażowanym w długoterminowe operacje na szczeblu teatralnym lub regionalnym, w tym te, które występują w kontekście kampanii MOUT. Wiele z tych korzyści, na przykład w ochronie broni i wartościowych przedmiotów w sytuacji wysokiego ryzyka, jest oczywistych, inne mniej oczywiste. Mogą one obejmować kwestie bezpieczeństwa środowiskowego i ergonomicznego oraz utwardzania, uszczelniania i ochrony elektroniki bojowej i innej krytycznej infrastruktury informatycznej przed potencjalnie szkodliwymi oddziaływaniami asymetrycznymi. Jednak SZB jako zespół technologii będzie miał też szersze znaczenie niż nawet te, które przebiegają przez całą dziedzinę techniki obronnej. Wynika to z faktu, że opancerzenie strukturalne jest wspólnym sektorem technologicznym dla wszystkich gałęzi wojska, co ma wpływ na inne zastosowania obronne oraz kategorie sprzętu wojskowego, zadań i zastosowań dla bezpieczeństwa narodowego.
Powyższe można rozszerzyć. SZB powinien być uwzględniony w wymaganiach ochrony obiektów jądrowych i strategicznych (ze względu na przydatność do systemów stacjonarnych, pół- i w pełni mobilnych w każdych warunkach bojowych), sektor wojskowy i cywilny na terenach zabudowanych poza walką (ponieważ budynki zyskają na środkach bezpieczeństwa i nowych metodach budowlanych zwiększających odporność na terroryzm i klęski żywiołowe, takie jak huragany i trzęsienia ziemi), modernizacja i inicjatywy w zakresie przekształceń wojsk, zwalczania elektroniki i przetwarzania danych (ze względu na ich zdolność do wzmocnienia ochrony infrastruktury elektronicznej) oraz wozy bojowe (ze względu na ich zdolność do tworzenia niezawodnej ochrony balistycznej dla personelu mobilnego).
Budowa typowej płyty warstwowej z przezroczystego pancerza
Struktura szkła stosowana przez większość producentów szkieł kuloodpornych: najpierw szkło jako warstwa zewnętrzna, kilka warstw szkła i poliwinylobutyral w środku, następnie poliuretan i na końcu poliwęglan. Zaletą tej metody jest zdolność poliwęglanu do rozszerzania się i „łapania” zanieczyszczeń tworzonych przez twardsze powierzchnie szklane. Ta ekspansja jest możliwa do ponad dwóch cali.
NBP są również dostosowane do inicjatyw reform budżetowych. Dzieje się tak, ponieważ niektóre zastosowania w tym obszarze technologii pozwalają na modernizację i modernizację istniejących obiektów i systemów przy niskich kosztach oraz stworzenie całkowicie nowej infrastruktury, co z kolei pozwala na uzyskanie korzyści w postaci stabilnego budżetu na pozostałe elementy całościowych programów modernizacyjnych i inicjatywy. Na przykład budżet Departamentu Obrony USA na 2010 rok przeznaczył 1,4 miliarda dolarów na programy rozwoju wojska, 15,2 miliarda dolarów na inicjatywy ochrony wojsk (największe pojedyncze żądanie po wydatkach na wywiad wojskowy) i 1,5 miliarda dolarów na zwalczanie IED (improwizowanych urządzeń wybuchowych). SPB mogą poprawić efektywność kosztową w tych sektorach obrony. W konsekwencji jest to technologia z potencjalnie dużymi opłatami za rozwój programów bezpieczeństwa narodowego i międzynarodowego oraz walki z terroryzmem, takich jak ambasady i inne długoterminowe projekty inżynieryjne, w celu ochrony VIP-ów i ochrony personelu biorącego udział w sytuacjach krytycznych.
Inne zalety przyjęcia SZB i włączenia ich w rozwój programów wojskowych to fakt, że same materiały i zaawansowane metody ich produkcji, a następnie przetwarzania i uszlachetniania mają wspólną podstawową platformę rozwoju w dziedzinie materiałów egzotycznych i zaawansowanych, m.in. nanomateriały. Mogą być osadzone w SZB w celu zapewnienia dodatkowych możliwości, takich jak wbudowana matryca czujników i dane biometryczne, które same stają się częścią samego systemu ochrony. Trwa szereg globalnych inicjatyw mających na celu opracowanie ochrony strukturalnej, produkcję i projektowanie oraz wykorzystanie SSS, które wykorzystują ich unikalny zestaw właściwości do różnych zastosowań.
Komponenty piezoelektryczne Ceramtec
W Stanach Zjednoczonych materiały do SZB i procesów pokrewnych są opracowywane w ośrodkach i służbach Departamentu Obrony oraz przemysłu sektora prywatnego. Wśród najważniejszych ośrodków prowadzonych prac badawczo-rozwojowych na uwagę zasługuje wojskowe laboratorium badawcze ARL, którego dział badań nad uzbrojeniem i materiałami angażuje się w inicjatywy ochronne w programach na obiecujący samochód ciężarowy, system uzbrojenia i pojazd przyszłości. Centrum Materiałów Kompozytowych Uniwersytetu Delaware prowadzi również finansowane przez DOD badania nad zaawansowanymi materiałami osłonowymi, a inne ośrodki rozwoju SZB zostaną wyróżnione.
Zaawansowane nanomateriały
Ochronę strukturalną można wykonać z różnych materiałów przy użyciu rozszerzonej gamy zaawansowanych technik projektowania, wytwarzania i formowania. Tempo rozwoju materiałów jest jednym z najszybszych w technologii obronnej i naukach stosowanych, napędzanym strategicznymi wyzwaniami. Dotyczy to odkrywania nowych materiałów, a także ciągłego doskonalenia wykorzystania istniejących produktów cenionych przez obronność, które nadają się do rozwoju transformacyjnego w obronie ich sił.
Nanomateriały znalazły szerokie zastosowanie w programach rozwojowych w tym sektorze zastosowań, a wiele rewolucyjnych procesów produkcyjnych jest w trakcie opracowywania lub weszło do produkcji przemysłowej. W czołówce rozwoju zaawansowanych materiałów znajduje się grafen, po raz pierwszy odkryty w 2004 roku, homolog grafitu, którego niezwykłe właściwości sprawiają, że jest on obiecujący dla wielu zastosowań, w tym potencjalnego wykorzystania ochrony strukturalnej. Grafen to arkusz grafitu o grubości zaledwie jednego atomu, co czyni go najcieńszym z dotychczas odkrytych materiałów. Ze względu na fakt, że jest około dwustu razy mocniejszy od stali, grafen jest również jednym z najtrwalszych materiałów, jakie kiedykolwiek stworzono w laboratorium. Grafen ma również niezwykłe właściwości przewodnictwa elektrycznego, co zapowiada rewolucyjne zastosowania w mikroprocesorach półprzewodnikowych. To sprawia, że grafen jest materiałem o ogromnym potencjale w kilku kluczowych obszarach technologicznych. Jednak choć wszystko to jest obiecujące, wykorzystanie grafenu do rozwoju programów wojskowych nadal pozostaje w przyszłości ze względu na brak badań stosowanych nad tym bardzo nowym materiałem, trudności w produkcji w ilościach przemysłowych przy zachowaniu wysokiej opłacalności.(Za „zaawansowane eksperymenty z dwuwymiarowym materiałem - grafenem” A. K. Geim i K. S. Novoselov otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za 2010 r.).
M2 / M3 BRADLEY BMP wykorzystuje zbroję ze stopu aluminium 7039-T64 (górna połowa) i 5083-H131 (dolna połowa). Jednak doświadczenie bojowe w Iraku doprowadziło do zwiększonej ochrony dzięki dodatkowej warstwie pancerza wykonanej z wielowarstwowej stali oraz elementom pancerza pasywnego (kompozycyjnego) i reaktywnego, które widzimy na zdjęciu.
Jednak nanorurki węglowe (CNT) są znacznie lepiej znane w dziedzinie inicjatyw badawczo-rozwojowych i znalazły już liczne praktyczne zastosowania nie tylko w dziedzinie wojskowości, ale także w dziedzinie bezpieczeństwa narodowego i egzekwowania prawa. Zaawansowane materiały pancerne z długich nanorurek węglowych można wytwarzać w różnych kształtach i strukturach, w tym w arkuszach, włóknach, płytach i formowanych kształtach. Ostateczne „nanoulepszone” materiały są lekkie, ale niezwykle trwałe, a ich właściwości elektrotermiczne można zmienić podczas procesu produkcyjnego. Podczas wytwarzania konstrukcji kompozytowych opancerzenie na bazie CNT stanowi elastyczne, lekkie rozwiązanie, które zapewnia doskonałą ochronę przed atakami balistycznymi na pojazdy i inną stałą lub mobilną infrastrukturę bojową. W ramach istniejącego kontraktu z laboratorium Natick Labs firma Nanocomp Technologies opracowała panele kompozytowe na bazie CNT o grubości zaledwie kilku milimetrów do ochrony osobistej personelu, które zatrzymują 9-milimetrowy pocisk z bliskiej odległości.
Uszkodzenie podczas wykrawania materiału kompozytowego
Materiały kompozytowe
Nieco podobne do stopów metali, materiały kompozytowe różnią się zasadniczo tym, że są nierozpuszczalne w sobie i mogą być formowane z materiałów składowych inaczej niż pierwiastki lub mieszanie faz metalicznych. Jednakże, podobnie jak stopy, kompozyty mogą być tworzone z dwóch lub więcej składników, które mogą znacznie różnić się kształtem lub strukturą. Materiały kompozytowe można wytwarzać zgodnie z szeroką gamą procesów. Obejmują one nowe techniki łączenia, takie jak laminowanie, przekładanie, spiekanie, formowanie wtryskowe cząstek, tkanie włókien oraz techniki nanoprodukcji, takie jak mikrokompresja. Produkowane jako systemy ochrony balistycznej są klasyfikowane jako kompozytowy pancerz strukturalny (CSA) i tworzą szereg nowych materiałów, takich jak metalowe laminaty międzymetaliczne (MIL) i kompozyty z osnową ceramiczną (CMC).
Kompozyty balistyczne są zwykle wytwarzane jako struktury plastra miodu i laminaty grubościennych warstw kompozytowych, gumowych i ceramicznych, które są łączone w celu zapewnienia optymalnej równowagi struktury i właściwości balistycznych przy minimalnej wadze. Wśród tych laminatów znajdują się nieprzezroczyste, półprzezroczyste i przezroczyste kompozyty pancerne, które są stosowane jako zamienniki szyb przeciwwybuchowych w pojazdach. Kompozyty z włókna szklanego i włókna szklanego zapewniają doskonałą ochronę pojazdów w obszarach bojowych, gdzie ryzyko ataków IED jest bardzo wysokie. Pianka aluminiowa o zamkniętych komórkach CCAF (Closed-Cell Aluminium Foam) charakteryzuje się niską wagą połączoną z dużą wytrzymałością, sztywnością, dobrze pochłania energię, jej właściwości produkcyjne mogą się różnić ze względu na strukturę tworzącej je mikrostruktury. W stanie balistycznym CCAF wykazuje znaczne odkształcenia nieliniowe i tłumienie fali naprężeń. Kompozytowe panele pancerne zawierające CCAF mogą wytrzymać uderzenie pocisków odłamkowych 20 mm, zgodnie z informacjami dostarczonymi przez amerykańskie laboratorium ARL.
Kompozyty balistyczne w tej kategorii są odpowiednie do ochrony przeciwwybuchowej pojazdów, takich jak osłony balistyczne dla pojazdów MRAP stosowanych w miejskich środowiskach bojowych. Mogą być również używane w innych obszarach, takich jak lufy armat. Często są one wykonywane w postaci płyt lub paneli osłonowych, które są instalowane wewnątrz i na zewnątrz chronionych maszyn jako płyty podłogowe, osłony przeciwodpryskowe i okładziny. Kompozyty ceramiczne mogą być wykonane w postaci pancerza strukturalnego o dobrych właściwościach przeciwwybuchowych i przeciwodłamkowych (wiele odłamków i szczątków wtórnych). To sprawia, że kompozyty ceramiczne dobrze nadają się do zastosowań w opancerzeniu strukturalnym, zwłaszcza w MRAP i innych małych i średnich wozach bojowych, których konstrukcja powinna być kompromisem ze względu na ograniczenia wagowe ze względu na negatywny wpływ ciężkiego opancerzenia na mobilność pojazdu. Jednak większe pojazdy, w tym taktyczne ciężarówki i pojazdy opancerzone (takie jak autobus pancerny Rhino Runner), są lepszymi kandydatami do integracji ze standardowymi rozwiązaniami metalowego pancerza.
Po włączeniu do zaawansowanych kompozytów nanomateriałów, powstałe nanokompozyty mogą zapewnić dodatkowe poziomy wydajności lub ochrony w stosunku do materiałów niezbrojonych lub takie same poziomy przy jednoczesnym zmniejszeniu masy. Polimery i monomery, w tym polimery z tworzyw sztucznych, można również wytwarzać do wykorzystania jako zaawansowane materiały kompozytowe do zastosowań w ochronie konstrukcji. Jedna z cech nanopolimerów wszczepianych nanocząstkami – długość fali jest mniejsza niż długość fali światła widzialnego (około 400 nanometrów) – sugeruje, że gotowe materiały mogą być przezroczyste. Wytworzono kilka rodzajów takich spolimeryzowanych materiałów strategicznych o podobnych właściwościach. Oczywiście właściwości te są strategicznie cenne przy modyfikowaniu lub zastępowaniu tradycyjnego szkła kuloodpornego w pojazdach bojowych i bezpieczeństwa.
SmartArmour to wielowarstwowy, wielofunkcyjny system rezerwacji produkowany przez SmartNano Materials of Piano, może być dostarczany jako przezroczysty lub nieprzezroczysty zgodnie ze specyfikacją użytkownika końcowego, może wytrzymać pociski przebijające pancerz, falę uderzeniową, odłamki pocisków i detonację w IED. Jednak szkło metaliczne Vitreloy z cyrkonu i berylu jest również produkowane przez Amorphous Technologies International o podobnych właściwościach. Centrum Badawczo-Rozwojowe RDECOM ARL opracowało płynny pancerz do ochrony balistycznej oparty na płynie zagęszczającym się ścinaniem ze stałych nanocząstek krzemionki zawieszonych w glikolu polietylenowym; został pomyślnie przetestowany na kamizelkach kuloodpornych z kevlarem.
Przetwarzanie urządzeń to nasycanie strukturalnych materiałów pancerza nanostrukturami, które mogą łączyć wysokowydajne procesory półprzewodnikowe w elementy pancerza. Takie „inteligentne materiały” można wbudować w ściany pancerne, przykładem zastosowania jest piezoelektryk. Są to naturalne materiały, które po wstrząśnięciu, odkształceniu lub ściśnięciu emitują impulsy elektryczne. Piezoelektryki, stosowane wcześniej komercyjnie w igłach gramofonów, mogą być osadzane w konstrukcjach pancernych, np. panelach, elementach modułowych oraz instalowane w ścianach nośnych w postaci czujników temperatury, wibracji i wstrząsów.
W ramach projektu finansowanego przez Departament Energii USA i realizowanego przez laboratorium Berkeley na Uniwersytecie Kalifornijskim opracowywane są najnowocześniejsze materiały piezoelektryczne oparte na materiałach piezoelektrycznych o strukturze krystalicznej perowskitu. Accellent Technologies, firma obronna z siedzibą w Minneapolis, specjalizująca się w monitorowaniu konstrukcji, opracowała pakiet sprzętu i oprogramowania o nazwie SMART Layer, który łączy czujniki w elementy konstrukcyjne, takie jak panele i ściany. System firmy wykorzystuje wbudowane multisensory, które wykorzystują mikroprocesorowe czujniki termiczne, rozciągające i światłowodowe do wykrywania zmian w integralności obserwowanych struktur przy użyciu zastrzeżonej metody aktywnego skanowania. Diaform Armor Solutions, oddział Ceradyne Inc., stworzył lekkie rozwiązania pancerza strukturalnego z wykorzystaniem kompozytów termoplastycznych do szybkiego wytwarzania trójwymiarowych kształtów strukturalnych, które mogą tworzyć modułowe elementy wzmocnionych zespołów konstrukcyjnych.
Kuloodporny moduł bezpieczeństwa Protech
Koncepcja zaawansowanego wielowarstwowego pancerza IBD Deisenroth
Modułowe elementy konstrukcyjne, które spełniają standardy balistycznej matrycy pancerza (BAM), są również szeroko stosowane w nowych projektach, dodatkach i modyfikacjach istniejących konstrukcji, gdzie najważniejszymi cechami są zwiększone bezpieczeństwo i odporność na ataki balistyczne. Specyfikacja BAM, opatentowana przez Antiballistic Security and Protection (ASAP), Inc, opisuje wielowarstwowe opancerzone elementy konstrukcyjne, takie jak ściany, sufity i podłogi, składające się z warstw twardych arkuszy włókna aramidowego i hartowanej stali narzędziowej (np. Thermasteel, produkowany przez Thermasteel Corporation) lub utwardzoną stalową siatkę. Specyfikacje BAM obejmują BAM-1, BAM-1A i BAM-8; każdy opisuje rosnący poziom ochrony konstrukcji. Zagros Construction opracował swój system ścienny ThermalBlast, który według firmy jest wysoce odporny na ataki balistyczne i wtargnięcia sił. Wykorzystuje opatentowany system BAM-8 składający się z ochronnej, lekkiej kuloodpornej ściany wewnętrznej (lub BAM Inner Matrix), częściowo złożonej z balistycznego Kevlaru, który można również wbudować w sufity i podłogi oraz inne panele ThermaSteel. Firma poleca swój system ThermalBlast ambasadom, rządom i urzędom pocztowym, obiektom wojskowym, składom amunicji i innym krytycznym obiektom. Firma US Bullet-proofing produkuje swoją gamę kuloodpornych paneli stalowych jako pojedyncze rozwiązanie w postaci arkusza balistycznego, które według oceny firmy spełnia wymogi NIJ Armor Level IV.
Materiały SZB są również stosowane w niektórych systemach ofensywnych, takich jak wykładziny silosów rakietowych oraz wyrzutni i pojemników przewożonych na mobilnych wyrzutniach przeciwrakietowych, które wymagają dobrej odporności na ścieranie termiczne i wstrząsy kinetyczne. System HyperShield, opracowany przez amerykańską firmę V-System Composites, który wykorzystuje zintegrowane płytki pancerza i zaawansowane struktury kompozytowe, jest tanim, lekkim, kuloodpornym rozwiązaniem rezerwacyjnym i posiada poziom ochrony NIJ Level III dla obrony przeciwrakietowej, który obejmuje również pojazdy transportowe i wymagania balistyczne dla statków powietrznych. Zakopana głowica nuklearna, taka jak amerykański B-61, może również wykorzystywać strukturalne materiały opancerzenia, natomiast amunicja nuklearna przeznaczona do detonacji naziemnej w tzw. korpusu amunicji przed obciążeniami udarowymi.
Frontier Performance Polymers, przy wsparciu Army Center Natick, z powodzeniem opracował przełomową technologię polimerową i innowacyjną metodę produkcji lekkiej, przezroczystej zbroi chroniącej oczy i twarz. Ten materiał o gramaturze 0,16 kg/cm2 ma te same właściwości balistyczne co materiały aramidowe/fenolowe stosowane w hełmach wojskowych, ale kosztuje 10 razy mniej
Materiały tradycyjne
Jednak tradycyjne materiały wykorzystywane do produkcji konstrukcji ochronnych, takie jak stal niestopowa i żelbet, nie są w żadnym wypadku materiałami z przeszłości. W szczególności stopy metali pozostają preferowanymi materiałami ze względu na ich sprawdzone właściwości ekranujące i istniejące obiekty produkcyjne do ich zastosowań produkcyjnych i obronnych. Te tak zwane „twarde” rozwiązania pancerne dotyczą nie tylko stali balistycznych i stopów strategicznych, ale także zaawansowanych materiałów kompozytowych o dobrych właściwościach balistycznych. Dotyczy to również rodzajów zbroi wykonanych lub wzmocnionych włóknem lub ciasno tkanej siatki. Beton jako strukturalny materiał opancerzony ma pożądane właściwości i jest nadal szeroko stosowany przy niskich kosztach wytwarzania.
US Marine Corps LAV 8x8 otrzymuje dodatkowe elementy opancerzenia kompozytowego nad kadłubem ze stopu aluminium w ramach trwającego programu modernizacji.
Materiał opancerzony z AMAP-S IBD Deisenroth pełni ważną funkcję wspierającą w zmniejszaniu sygnatury termicznej pojazdu
Ekspedycyjny wóz bojowy EFV (ekspedycyjny wóz bojowy) Korpusu Piechoty Morskiej jest pierwszym opancerzonym wozem bojowym, w którym zastosowano opancerzenie 2518-787, stop aluminium, miedzi i manganu. Chociaż ten stop jest wytrzymały i ma dobre właściwości balistyczne, ma słabą wytrzymałość balistyczną w konwencjonalnych spoinach doczołowych. Zmusiło to producenta do wykluczenia spoin czołowych i głównych spoin pachwinowych z konstrukcji w celu zwiększenia odporności na uderzenia, płyta jest teraz mocowana mechanicznie. Ostatecznie wiele problemów z tym programem spowodowało zamknięcie tego obiecującego projektu.
Stopy to jedne z najtwardszych materiałów, z których można wykonać pancerze strukturalne. Stopy są kombinacją dwóch lub więcej pierwiastków chemicznych - metali (lub pierwiastków metalicznych i niemetalicznych), zwykle "stopionych" ze sobą lub rozpuszczonych w sobie podczas procesu topienia. Rezultatem jest materiał o lepszych parametrach niż każdy element z osobna. Tytan i stopy tytanu są powszechnymi elementami pancerza strukturalnego. Ich zastosowanie obejmuje „traumatyczne” tabliczki w osobistych systemach rezerwacji, które zapewniają wysoki stopień ochrony szczególnie wrażliwych obszarów ciała. Stop berylowo-aluminiowy również okazał się skuteczny w wielu przypadkach. Szczególna wytrzymałość i sztywność tego stopu przewyższa konwencjonalne stopy tytanu, co skutkuje niższą masą konstrukcyjną i lepszą wydajnością. Stale pancerne są również strategicznymi materiałami odpowiednimi do produkcji pancerzy strukturalnych.
Szereg tak zwanych „superstopów” lub „stopów o wysokiej wydajności” zostało również wyprodukowanych komercyjnie pod nazwami handlowymi. Wśród nich jest wysokowytrzymały stop Hastelloy, którego głównym składnikiem jest metal przejściowy - nikiel; Kovar, stop kobaltowo-niklowy ceniony za doskonały współczynnik rozszerzalności cieplnej; stop niklowo-miedź-żelazo Monel; oraz stop niklowo-chromowy Inconel.
Hartowanie laserowe to jeden z procesów przetwarzania, który poprawia właściwości użytkowe metali nieszlachetnych i stopów. Istnieją inne rodzaje ulepszeń właściwości, w tym mikrokompresja, proces przetwarzania, który wykorzystuje technikę skupionej wiązki jonów do nasycania zaawansowanych materiałów podstrukturami w celu zwiększenia wytrzymałości i trwałości. Stosowane jest również formowanie superplastyczne, w wyniku czego powstają wyroby metalowe i ceramiczne o niezwykle wysokiej wytrzymałości na rozciąganie.
Laboratorium NETL (Narodowe Laboratorium Technologii Energetycznych) Departamentu Energii USA otrzymało zlecenie od Dowództwa Czołgów i Uzbrojenia (TACOM) oraz Wojskowego Laboratorium Badawczego ARL na realizację programu opracowania odlewanej stalowej płyty pancernej dla amerykańskich pojazdów wojskowych, w tym BRADLEY BMP. Na nim NETL-TACOM-Lanoxide Corp i DARPA wspólnie opracowały odlewany właz, a efektem ubocznym programu było otrzymanie łatowego pancerza. Później, w ramach programu, we współpracy z TACOM i generalnym wykonawcą General Dynamics opracowano tytanową płytę pancerną (wykorzystującą stop lotniczy Ti-6Al-4V) do włazu MBT M-1A1 ABRAMS. Niedawno firma NETL opracowała wysokowytrzymały pancerz AFV, wykorzystujący spiekane stopy sproszkowanego tytanu w celu zwiększenia wytrzymałości końcowego materiału. Materiały pancerne z infiltracji krzemowej (SiSiC) oraz spiekanego węglika krzemu (SSiC) są produktami firmy CeramTec z Ameryki Północnej z New Jersey, amerykańskiego oddziału niemieckiej firmy CeramTec AG. Materiały te wykazują dobrą chemiczną stabilność termiczną oraz wysoką odporność na naprężenia trybologiczne (trybologia jest dyscypliną naukową zajmującą się badaniem tarcia i zużycia elementów i mechanizmów maszyn w obecności środków smarnych).
AT&F Advanced Metals of Orville z siedzibą w Ohio to prywatna firma, która specjalizuje się w wytwarzaniu i przetwarzaniu trwałych metali i stopów, w tym tytanu, cyrkonu, niobu, stopów niklu i stali nierdzewnej typu duplex, zaopatrując klientów cywilnych i wojskowych. Jeszcze bardziej konkretny jest dział Steel Solutions and Nuclear tej firmy. Produkuje również materiały dla SZB w oparciu o wysokowytrzymałą stal niskostopową, stal węglową, stopy na bazie stali. Firma zajmuje się również opancerzeniem strukturalnym obiektów jądrowych, w tym wnętrzami reaktorów oraz pojemnikami na odpady jądrowe.
Inne programy
Inne programy SZB są prowadzone w pełnym spektrum rozmieszczonych sił i wielu globalnych operacjach wojskowych. Ich najpilniejsze wymagania i wyzwania są bezpośrednio związane z obecną i przyszłą ochroną ich sił łączności, ponieważ te obszary zastosowania obejmują ochronę balistyczną pojazdów, żołnierza jako prace modernizacyjne systemu oraz przyczynianie się do przetrwania infrastruktury wojskowej przed różnymi zagrożeniami asymetrycznymi często spotykane w regionalnych operacjach pokojowych.
Zaawansowane opancerzenie pojazdów, instalacji wojskowych i rządowych oraz miejsc personelu wojskowego na liniach frontu i na tyłach skorzysta tylko z dostępności wdrożonych zdolności. Podczas gdy wiele zastosowań to ulepszenia i ulepszenia istniejących możliwości i systemów jako takich, takie jak nowe rodzaje dodatkowego opancerzenia wozów bojowych w celu ochrony przed IED, inne to systemy innowacyjne i przyszłej generacji.
Niemiecka firma IBD Deisenroth Engineering AG produkuje zaawansowany technologicznie system zwiększania przeżywalności AMAP. Jest to gama rozwiązań pancerzy strukturalnych wykorzystujących wiele metod produkcji i zaawansowanych materiałów, w tym stopów i kompozytów o wysokiej wytrzymałości. Wśród nich jest AMAP-IED, który łączy w sobie technologię pancerza ceramicznego i okładziny przeciwodłamkowej i który może być dostarczany jako elementy modułowe i który ma na celu zwiększenie ochrony pojazdów wojskowych. IBD nazywa AMAP-IED systemem ochrony nowej generacji i klasyfikuje go jako ochronę przed odłamkami pocisków artyleryjskich kalibru do 155 mm, a także minami przydrożnymi i IED. AMAP-T to przezroczysty pancerz wykonany przy użyciu szkła ceramicznego, które firma opisuje jako posiadające doskonałą przezroczystość i ekstremalną trwałość, spełniające poziomy od 1 do 4 według STANAG.
Ochronę dachu pojazdu zapewniają AMAP-R i AMAP-ADS, które są materiałami zoptymalizowanymi pod kątem broni, z których pierwszy wykonany jest z ultralekkich materiałów kompozytowych odpowiednich do opancerzenia dachu pojazdu. Najciekawszym rozwiązaniem opancerzenia jest AMAP-S. Zoptymalizowany pod kątem ochrony balistycznej i zarządzania sygnaturami, zmniejsza sygnaturę pojazdów wojskowych podczas skanowania przez czujniki rozpoznawcze w zakresie widzialnym, podczerwieni, radarowym i akustycznym. Materiały te mogą być stosowane jako uzupełnienie istniejących korpusów maszyn, tzn. mogą być instalowane na nowych modelach lub maszynach już eksploatowanych.
Próbki taśm Accellent SMART Layer Sensor
Dywizja BAE amerykańskiej korporacji ProTech oferuje szereg rozwiązań w zakresie opancerzenia strukturalnego, które obejmują kilka rodzajów ogrodzeń kuloodpornych i opancerzonych stanowisk bojowych, w tym kabiny pancerne i wieże strażnicze, ruchome ogrodzenia ochronne oraz montowane na pojazdach systemy ochrony żołnierzy typu wieżowego. Stacjonarne rozwiązania w zakresie opancerzenia strukturalnego tej firmy reprezentowane są przez szereg prefabrykowanych opancerzonych stanowisk bojowych AFPS (opancerzone pozycje bojowe), które są w stanie chronić przed pociskami kalibru 9 mm - 12,7 mm. Inne rozwiązania AFPS firmy ProTech obejmują przenośne konstrukcje opancerzone zoptymalizowane pod kątem bezpieczeństwa na obwodzie i w punktach kontrolnych, ochrony kluczowych zasobów, ochrony wartowni i punktów kontroli granicznej.
ProTech produkuje również systemy modułowe, które można zaprojektować zgodnie ze specyfikacjami użytkownika końcowego. Podobne systemy, oparte na przewoźnych kontenerach opancerzonych produkowanych przez EADS, zostały opracowane we współpracy z KMW na podstawie umowy z niemiecką Federalną Agencją Zamówień Obronnych. System kontenerów opancerzonych o nazwie TransProtec, który może pomieścić 18 osób wraz ze sprzętem, jest zoptymalizowany do ochrony sił lądowych przed atakami IED, ostrzałem snajperskim, odłamkami, minami i bronią masowego rażenia i jest obecnie na wyposażeniu armii duńskiej i niemieckiej, m.in. drugi system nazywa się MuConPers (uniwersalny kontener do przewozu osób).
Plasan North America, oddział izraelskiej firmy Plasan Sasa, również opracował rozwiązania w zakresie opancerzenia strukturalnego w ramach wielomilionowego kontraktu z Departamentem Obrony USA na ochronę nowych pojazdów MRAP. Zgodnie z umową Plasan jest głównym wykonawcą wspólnego programu produkcyjnego z BAE Systems jako podwykonawcą na dostawę systemów rezerwacji maszyn Oshkosh M-ATV, z których większość pracuje w Afganistanie na podstawie umowy z dowództwem TACOM amerykańskiego armia. Plasan jest światowym liderem w projektowaniu uzupełniających systemów opancerzenia i systemów ochrony przed wybuchem do ochrony pojazdów taktycznych w obszarach wojskowych i cywilnych.
Zaawansowane systemy ochrony żołnierzy wchodzą w zakres zastosowań ochrony strukturalnej i obejmują mechanicznie napędzane egzoszkielety bojowe. Obiecują mieć znaczący wpływ na operacje walki naziemnej, jeśli takie systemy osiągną swój pełny potencjał. Kilka głównych inicjatyw programów rozwoju technologii DOD i sektora prywatnego jest obecnie otwartych w Stanach Zjednoczonych. Jeden z tych programów realizowany jest przez Centrum Badawcze ds. Rozwoju Żołnierzy Natick Labs armii amerykańskiej według Future Warrior Concept, która zapewnia w pełni zintegrowany system dla żołnierza, który obejmuje sześć głównych podsystemów. NSRDEC (MIT's ISN - Soldier Nanotechnologies) i Soldier System Integration Lab (SSIL) również pracują nad tymi programami. Ostatecznym celem SSIL jest opracowanie tego, co SSIL nazywa kombinezonem bojowym XXI wieku, który łączy zaawansowane technologicznie możliwości z niską wagą.
Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory (BLEEX) opracowało prototyp samobieżnego egzoszkieletu, składającego się z dwóch antropomorficznych nóg z napędem, układu napędowego i ramy typu plecaka, na której można umieścić różne ładunki. Egzoszkielet pozwala użytkownikowi - lub "pilotowi" - przenosić wyjątkowo ciężkie ładunki, jednocześnie ułatwiając chodzenie i bieganie po pochyłościach w całym zakresie normalnego ruchu bez użycia siły fizycznej przez operatora.
Inicjatywa Raytheon Sarcos jest w toku w zakładzie Raytheon w Salt Lake City. Reprezentuje bardziej ambitną pracę nad opracowaniem egzoszkieletu żołnierza, który według Raytheona jest zasadniczo robotem do noszenia, który zwiększa siłę, wytrzymałość i mobilność użytkownika. Egzoszkielet XOS, który wywodzi się z oryginalnego eksperymentalnego systemu opracowanego przez Sarcos, obecnie pozwala pilotowi podnosić ładunki o wadze do 200 funtów i wykonywać wymagające wysiłku zadania, takie jak wchodzenie po schodach i pochyłości, bez zmęczenia, ale teraz jest napędzany hydraulicznie. stacjonarne zewnętrzne źródło energii dla siebie. Wprowadzany jest również program egzoszkieletu HULC firmy Lockheed Martin, który jest również zaprojektowany do przenoszenia ładunków o wadze 200 funtów w dowolnym czasie i w każdym terenie, a także jest w pełni hydrauliczny i nie wymaga zewnętrznego źródła zasilania. System HULC zawiera wbudowany mikroprocesor podłączony do interfejsów czujników, który umożliwia egzoszkieletowi wyczuwanie intencji pilota i poruszanie się z nim. System HULC jest wysoce modułowy, co pozwala na szybką i wydajną wymianę głównych komponentów w terenie, i jest energooszczędny w konstrukcji, aby umożliwić działanie baterii podczas długich misji. Jednak HULC, podobnie jak egzoszkielet firmy BLEEX, jest pomyślany bardziej jako system do przenoszenia ładunków, a nie zastępujący naturalne możliwości fizyczne żołnierza. Obecnie rozwijany HAL (Hybrid Assistive Limb) przez japońską firmę Cyberdyne z Ibaraki, jest ogólnie potężnym systemem zaprojektowanym w celu zwiększenia siły fizycznej osoby od 2 do 10 razy. Pomimo pojawienia się „Iron Mana”, jego zdolność przystosowania się do przyszłych zadań wojskowych pozostaje pod znakiem zapytania.
Dalsze działania
Podsumowując, ważne zadanie dla SZB można szeroko zdefiniować jako zmniejszenie podatności na wrogie działania, zwłaszcza ataki balistyczne, w przypadku których wiele, jeśli nie wszystkie tradycyjne materiały, nie zapewniają obecnie odpowiedniego poziomu ochrony wojsk.
Walka często daje dowódcom surowe lekcje, które w przeszłości wydawały się oczywiste. Jedną z najtrudniejszych lekcji z dzisiejszej walki jest nieadekwatność opancerzenia do improwizowanych zagrożeń, które obejmują samobójcze ataki samochodowe na cele wojskowe i cywilne oraz ataki IED na personel transportowy i teatralny. Szczególnie mocno wymierają stare nawyki, zwłaszcza wojskowe. Jednak z historycznego punktu widzenia te nawyki znikają pod presją walki, jak np. francuska kawaleria kontra angielskie łuki podczas wojny stuletniej lub nieprzydatność irackich pojazdów opancerzonych w stylu sowieckim do ataków z precyzyjnie naprowadzanej amunicji i bardziej zaawansowanych czołgów podstawowych w Zatoce Perskiej. Wojna.
Szybkie reagowanie na wyzwania i odpowiednie środki zaradcze jest kluczem do sukcesu wojskowego i stabilności bezpieczeństwa. Tak więc, jeśli traktuje się je poważnie, jeśli chodzi o ochronę wojsk i są ważnym problemem obronnym w tej transformacyjnej erze restrukturyzacji władzy, to ochrona strukturalna i SZB wykorzystujące tę technologię powinny stać się priorytetem w zakresie zamówień obronnych oraz badań i rozwoju dla wszystkich dowódców wojskowych. Dzisiejsze asymetryczne zagrożenia dla infrastruktury wojskowej i cywilnej, a także asymetryczna walka w regionalnych operacjach bojowych, wpływają na rozwój polityki obronnej oraz projektowanie i zaopatrywanie systemów na całym świecie. Tak powinno być w przewidywalnej przyszłości.
Takie opancerzone systemy wojskowe były postrzegane głównie jako uzupełnienie innych priorytetowych rozwiązań, a nie jako integralna część wielu i większości systemów bojowych. Ale wszystko się zmienia. Systemy ochrony i opancerzenia mają ogromny potencjał i zwiększają możliwości w operacjach w XXI wieku. Ich zastosowanie rozszerzy się i stanie się standardem dla wielu, jeśli nie większości, systemów obronnych na wszystkich poziomach.
