Привет, электричество! ВМС перейдут на электромагнитные системы и оружие

Военно-морские силы нескольких стран мира решили уделить больше внимания использованию электроэнергии, которая сейчас применяется в основном для питания бортовых вычислительных систем, устройств связи и радиолокации. В перспективе электричество будет использоваться для запуска самолетов с палубы авианосцев, стрельбы металлическими болванками и питания лазерного оружия. Однако основная задача перехода на новые типы вооружения пока не решена - еще не удалось создать компактную неатомную энергетическую установку.

Катапульты

18-19 декабря 2010 года ВМС США совместно с инженерами американской компании General Atomics провели испытания электромагнитной катапульты EMALS, которую предполагается устанавливать на перспективные авианосцы класса "Джеральд Рудольф Форд". В программе испытаний, которые длились два дня, принимал участие палубный истребитель F/A-18E Super Hornet. Проверка катапульты была признана успешной.

Разработкой EMALS (Electro-Magnetic Aircraft Launch System) занимается компания General Atomics, получившая контракт на ведение проекта стоимостью 676,2 миллиона долларов. Параллельно с катапультой General Atomics создает и новые аэрофинишеры. Первые испытания массо-габаритными "мертвыми" грузами состоялись еще в 2004 году. Тогда был создан в два раза меньший по размерам прототип электромагнитной катапульты.

Испытания полноценного прототипа начались весной 2010 года. Полномасштабный прототип EMALS был построен зимой 2009/10 года в Инженерном центре военно-морской авиации ВМС США Лейкхерст в Нью-Джерси. В центре установили наземный комплекс, полностью соответствующий размерам палубы авианосца, оснащенный прототипом EMALS и всеми системами контроля. В общей сложности, катапульта произвела 722 запуска грузов.

По данным ВМС США, в ходе испытаний EMALS 18 декабря катапульта была выведена на максимальную мощность, что позволило ей разогнать истребитель F/A-18E до скорости в 333 километра в час в конечной точке. Масса самолета, принимавшего участие в испытаниях, не уточняется. Вероятнее всего, EMALS запустила пустой Super Hornet, масса которого, согласно техническому описанию, составляет 13,9 тонны. Сама катапульта рассчитана на запуск самолетов массой до 45 тонн.

Согласно техническому описанию General Atomics, в катапульте используется линейный индукционный электродвигатель длиной 91 метр, способный разгонять самолет до скорости в 333,4 километра в час в конечной точке. Указанная скорость является предельной для устройства. В нормальном режиме скорость запускаемого самолета в конечной точке будет достигать 240,8 километра в час. Энергия запуска составляет 122 мегаджоуля. Перезарядка катапульты будет происходить за 45 секунд.

EMALS будет состоять из четырех основных компонентов: линейного индукционного электродвигателя, четырех генераторов, преобразователя кинетической энергии в электрическую и систем контроля. Для работы EMALS потребуется электроэнергии больше, чем способен обеспечить корабль. Для этого и необходимо создание генераторов со вспомогательными системами, которые будут обеспечивать работу катапульты. Как ожидается, поставка первых компонентов EMALS для строящегося авианосца "Джеральд Форд" состоится в 2011 году.

Согласно планам компании Northrop Grumman, занимающейся строительством авианосца, "Джеральд Форд" будет полностью готов в 2015 году. General Atomics не называет точных сроков готовности EMALS, но, видимо, катапульта будет завершена как раз к спуску авианосца на воду. Ведь перед принятием корабля в состав ВМС он должен будет пройти интенсивные испытания, включая и проверку работы EMALS в составе авианосца.

Как ожидается, в начале 2011 года испытания EMALS продолжатся. В них будут принимать участие палубный транспортный самолет Northrop Grumman C-2 Greyhound и учебный BAE T-45 Goshawk. Если программа испытаний EMALS пройдет успешно, такая катапульта будет использоваться на всех перспективных авианосцах США. Следует отметить, что это будет первый масштабный переход ВМС США на новую систему запуска самолетов после 1950 года, когда на американские авианосцы начали устанавливать паровые катапульты вместо гидравлических.

Между тем, ВМС США не единственные, кто намерен перейти на использование новых катапульт на авианосцах. В конце сентября 2010 года министерство обороны Великобритании заключило контракт с французской компанией Converteam на создание электромагнитной катапульты EMCAT (Electro-Magnetic CATapult). Сумма сделки составила 650 тысяч фунтов стерлингов (1,018 миллиона долларов). Новая катапульта будет установлена на перспективный авианосец класса "Куин Элизабет".

Строительством британского авианосца занимается компания BAE Systmes, по оценке которой интеграция катапульты в структуру корабля не потребует существенного изменения конструкции. Изначально конструкция "Куин Элизабет" не предполагала установки катапульты вообще, поскольку на корабле планировалось использовать американские перспективные истребители укороченного взлета и вертикальной посадки Lockheed Martin F-35B Lightning II. В октябре министерство обороны Великобритании объявило о намерении отказаться от F-35B и приобрести палубную версию самолета - F-35C, для которой катапульта уже необходима.

Оружие и корабли

Использованием электромагнитных катапульт планы ВМС не ограничиваются. 10 декабря 2010 года в Центре разработки надводного вооружения ВМС США Дальгрен состоялось испытание рельсотрона, создаваемого американским подразделением британской компании BAE Systems. В ходе испытаний дульная энергия электромагнитной пушки составила 33 мегаджоуля. При такой энергии дульная скорость металлической болванки массой десять килограммов составила восемь чисел Маха (9,2 тысячи километров в час).

Согласно расчетам инженеров, такие характеристики позволят оружию поражать цель диаметром пять метров на расстоянии до 203,7 километра при конечной скорости снаряда в пять чисел Маха. Рельсотрон - пушка, в которой электромагнитная сила используется для разгона электропроводного снаряда, на первом этапе являющегося частью электрической цепи. Свое название пушка получила благодаря двум контактным рельсам, между которыми и движется металлическая болванка, соприкасающаяся с ними. Сам снаряд не оснащается ни порохом, ни другими взрывчатыми веществами.

По описанию ВМС, рельсотрон будет стрелять снарядами по баллистической траектории, при которой болванка будет выводиться в верхние слои атмосферы, а оттуда "падать" на цель. Новое оружие планируется использовать на перспективных эсминцах проекта DDG-1000 "Зумвалт", которые, помимо прочего, планируется оснащать и мощными лазерами. Известно, что на корабле не будет атомного реактора, а значит, он будет сильно ограничен в мощности энергетических установок.

В частности, при темпе стрельбы из рельсотрона в шесть-десять выстрелов в минуту "Зумвалт" должен будет значительно сбавить скорость. Корабль будет оснащен газотурбинной энергетической установкой мощностью 78 мегаватт, а стрельба из рельсотрона потребует минимум 16 мегаватт. При этом энергия будет расходоваться и на работу бортовых систем и силовых установок. Впрочем, ученые не унывают и занимаются поиском способов повысить энергетическую эффективность генераторов.

Пока США занимаются разработкой рельсотрона и "Зумвалта", более прорывной проект планирует реализовать Франция. В конце октября 2010 года французская судостроительная компания DCNS представила концепцию полностью электрического боевого надводного корабля Advansea, в котором и оружие, и силовые установки будут работать на электроэнергии.

Концепция Advansea предполагает создание корабля длиной 120 метров и водоизмещением четыре тысячи тонн. Он сможет развивать скорость до 28 узлов. Предполагается также, что новый боевой корабль будет иметь две посадочные площадки для вертолетов и беспилотных летательных аппаратов. В качестве вооружения на Advansea будут использоваться лазерные установки с переменной интенсивностью импульса. Кроме того, электричество будет использоваться и для пушек, в которых снаряды будут ускоряться электромагнитными импульсами.

По предварительной оценке, создать подобный корабль будет возможно минимум через 15 лет, когда станут доступны некоторые ключевые разработки. По оценке DCNS, для создания Advansea необходимо совершить три технологических прорыва. Во-первых, двигатель должен быть создан с применением технологии сверхпроводимости, что позволит увеличить его мощность на 50 процентов и снизить его размеры. Во-вторых, необходимо создать емкую систему накопления энергии, которая позволит питать двигатели, а также производить быструю перезарядку вооружения.

В-третьих, для Advansea необходимо создать систему управления потоком электроэнергии в режиме реального времени. Подобных технологий в настоящее время практически не существует - то, что сейчас проходит испытания в нескольких научно-исследовательских институтах мира, пока еще невозможно применить на практике.

В любом случае, использование перспективных электрических систем в ВМС ставит перед инженерами довольно сложную задачу - создание компактного, мощного и надежного генератора электроэнергии, учитывая, что использование атомных реакторов возможно не на всех типах кораблей и не всегда целесообразно. Пока ясно одно: будущее начинается уже сегодня, и EMALS, рельсотрон и лазеры стали первыми его предвестниками.