La tecnología electrotermoquímica ( ETC ) es un intento de aumentar la precisión y la energía inicial de los futuros cañones de tanques , artillería y sistemas de armas de corto alcance [1] al mejorar la previsibilidad y la velocidad de expansión de los propulsores dentro del cañón.
Un cañón electroquímico utiliza un cartucho de plasma para encender y controlar el propulsor de la munición, utilizando energía eléctrica para activar el proceso. El ETC aumenta el rendimiento de los propulsores sólidos convencionales, reduce el efecto de la temperatura en la expansión del propulsor y permite utilizar propulsores más avanzados y de mayor densidad.
La tecnología ha estado en desarrollo desde mediados de la década de 1980 y en 1993 estaba siendo investigada activamente en los Estados Unidos por el Laboratorio de Investigación del Ejército , los Laboratorios Nacionales Sandia y contratistas de la industria de defensa, incluidos FMC Corporation , General Dynamics Land Systems , Olin Ordnance y Soreq Nuclear Research Center . [2] Es posible que la propulsión de cañones electrotérmicos-químicos sea una parte integral del futuro sistema de combate del Ejército de los EE. UU. y los de otros países como Alemania y el Reino Unido . La tecnología electrotérmica es parte de un amplio programa de investigación y desarrollo que abarca toda la tecnología de cañones eléctricos, como los cañones de riel y los cañones de bobina .
La constante batalla entre el blindaje y la munición perforante ha llevado al desarrollo continuo del diseño del carro de combate principal. La evolución de las armas antitanque estadounidenses se remonta a los requisitos para combatir a los tanques soviéticos . A fines de la década de 1980, se pensó que el nivel de protección del Futuro Tanque Soviético (FST) podría superar los 700 mm de equivalencia de blindaje homogéneo laminado en su espesor máximo, que era efectivamente inmune contra el sabot descartable estabilizado con aletas perforantes M829 contemporáneo . [3] En la década de 1980, el método más inmediato disponible para la OTAN para contrarrestar los avances soviéticos en tecnología de blindaje fue la adopción de un cañón principal de 140 mm, pero esto requirió una torreta rediseñada que pudiera incorporar la recámara y la munición más grandes, y también requirió algún tipo de cargador automático. [4] Aunque el cañón de 140 mm se consideró una solución provisional real, se decidió después de la caída de la Unión Soviética que el aumento de la energía de boca que proporcionaba no valía la pena el aumento de peso. Por ello, se destinaron recursos a la investigación de otros programas que pudieran proporcionar la energía necesaria para el arranque del cañón. Una de las tecnologías alternativas más exitosas sigue siendo la ignición electrotérmica-química.
La mayoría de los avances propuestos en la tecnología de los cañones se basan en la suposición de que el propulsante sólido como sistema de propulsión independiente ya no es capaz de proporcionar la energía inicial necesaria. Este requisito ha sido subrayado por la aparición del tanque de batalla principal ruso T-90 . La elongación de los tubos de los cañones actuales, como el nuevo L/55 alemán de 120 mm [5] , que fue introducido por Rheinmetall, se considera solo una solución provisional, ya que no ofrece el aumento requerido en la velocidad inicial. [6] Incluso la munición de energía cinética avanzada, como la M829A3 de los Estados Unidos , se considera solo una solución provisional contra futuras amenazas. [7] En esa medida, se considera que el propulsante sólido ha llegado al final de su utilidad, aunque seguirá siendo el principal método de propulsión durante al menos la próxima década [ aclaración necesaria ] hasta que maduren las tecnologías más nuevas. [8] Para mejorar las capacidades de un arma de propulsante sólido, el cañón electrotérmico-químico podría comenzar a producirse a principios de 2016. [9] [ necesita actualización ]
La tecnología ETC ofrece una actualización de riesgo medio y está desarrollada hasta el punto de que las mejoras posteriores son tan menores que se puede considerar madura. [ cita requerida ] El ligero XM291 estadounidense de 120 mm estuvo cerca de alcanzar 17 MJ de energía de boca, que es el espectro de energía de boca más bajo para un cañón de 140 mm. [10] Sin embargo, el éxito del XM291 no implica el éxito de la tecnología ETC, ya que hay partes clave del sistema de propulsión que aún no se comprenden o no se desarrollan por completo, como el proceso de ignición de plasma. No obstante, existe evidencia sustancial de que la tecnología ETC es viable y vale la pena invertir dinero para continuar el desarrollo. Además, se puede integrar en los sistemas de armas actuales. [11]
Un cañón electrotérmico-químico utiliza un cartucho de plasma para encender y controlar el propulsor de la munición, utilizando energía eléctrica como catalizador para iniciar el proceso. Originalmente investigado por el Dr. Jon Parmentola para el Ejército de los EE. UU., se ha convertido en un sucesor muy plausible de un cañón de tanque de propulsor sólido estándar. Desde el comienzo de la investigación, Estados Unidos ha financiado el proyecto del cañón XM291 con USD 4.000.000, la investigación básica con USD 300.000 y la investigación aplicada con USD 600.000. [ cita requerida ] Desde entonces, se ha demostrado que funciona, aunque aún no se ha logrado la eficiencia necesaria. El ETC aumenta el rendimiento de los propulsores sólidos convencionales, reduce el efecto de la temperatura en la expansión del propulsor y permite utilizar propulsores más avanzados y de mayor densidad. También reducirá la presión ejercida sobre el cañón en comparación con tecnologías alternativas que ofrecen la misma energía de boca, dado que ayuda a distribuir el gas del propulsor mucho más suavemente durante la ignición. [12] Actualmente, existen dos métodos principales de iniciación de plasma: el emisor de área grande de placa de destello (FLARE) y el encendedor de plasma coaxial triple (TCPI).
Los tableros de destellos funcionan en varias cadenas paralelas para proporcionar una gran área de plasma o radiación ultravioleta y utilizan la descomposición y vaporización de los espacios de diamantes para producir el plasma requerido. Estas cadenas paralelas están montadas en tubos y orientadas para que sus espacios sean azimutales al eje del tubo. Se descarga utilizando aire a alta presión para mover el aire fuera del camino. [13] Los iniciadores FLARE pueden encender propulsores a través de la liberación de plasma, o incluso mediante el uso de radiación de calor ultravioleta. [14] La longitud de absorción de un propulsor sólido es suficiente para ser encendido por radiación de una fuente de plasma. Sin embargo, es muy probable que FLARE no haya alcanzado los requisitos de diseño óptimos y es completamente necesario un mayor conocimiento de FLARE y cómo funciona para asegurar la evolución de la tecnología. Si FLARE proporcionó al proyecto del cañón XM291 el calor radiativo suficiente para encender el propulsor para lograr una energía de boca de 17 MJ, uno solo podría imaginar las posibilidades con un encendedor de plasma FLARE completamente desarrollado. Las áreas de estudio actuales incluyen cómo el plasma afectará al propulsor a través de la radiación, la liberación de energía mecánica y calor directamente y al impulsar el flujo de gas. A pesar de estas abrumadoras tareas, FLARE ha sido visto como el encendedor más plausible para una aplicación futura en cañones ETC. [15]
Un encendedor coaxial consiste en un conductor completamente aislado, cubierto por cuatro tiras de papel de aluminio. Todo esto está aislado adicionalmente en un tubo de aproximadamente 1,6 cm de diámetro que está perforado con pequeños agujeros. La idea es utilizar un flujo eléctrico a través del conductor y luego explotar el flujo en vapor y luego descomponerlo en plasma. En consecuencia, el plasma escapa a través de las perforaciones constantes en todo el tubo aislante e inicia el propulsor circundante. Se instala un encendedor TCPI en cajas de propulsor individuales para cada ronda de munición. Sin embargo, el TCPI ya no se considera un método viable de encendido de propulsor porque puede dañar las aletas y no entrega energía tan eficientemente como un encendedor FLARE. [16]
El XM291 es el mejor ejemplo existente de un cañón electroquímico funcional. Era una tecnología alternativa al cañón de 140 mm de mayor calibre mediante el uso del enfoque de doble calibre. Utiliza una recámara que es lo suficientemente grande como para aceptar munición de 140 mm y ser montada con un cañón de 120 mm y un cañón de 135 mm o 140 mm. El XM291 también monta un tubo de cañón más grande y una cámara de ignición más grande que el cañón principal M256 L/44 existente. [17] A través de la aplicación de la tecnología electroquímica, el XM291 ha podido lograr salidas de energía de boca que equivalen a las de un cañón de 140 mm de bajo nivel, al tiempo que logra velocidades de boca mayores que las del cañón de 140 mm más grande. [18] Aunque el XM291 no significa que la tecnología ETC sea viable, sí ofrece un ejemplo de que es posible.
El ETC también es una opción más viable que otras alternativas por definición. El ETC requiere mucho menos aporte de energía de fuentes externas, como una batería, que un cañón de riel o un cañón de bobina . Las pruebas han demostrado que la energía producida por el propulsor es mayor que la energía aportada por fuentes externas en los cañones ETC. [19] En comparación, un cañón de riel actualmente no puede alcanzar una velocidad inicial mayor que la cantidad de energía aportada. Incluso con una eficiencia del 50%, un cañón de riel que lance un proyectil con una energía cinética de 20 MJ requeriría un aporte de energía en los rieles de 40 MJ, y aún no se ha logrado una eficiencia del 50%. [20] Para poner esto en perspectiva, un cañón de riel que lance a 9 MJ de energía necesitaría aproximadamente 32 MJ de energía de los condensadores. Los avances actuales en el almacenamiento de energía permiten densidades de energía tan altas como 2,5 MJ/dm³, lo que significa que una batería que suministre 32 MJ de energía requeriría un volumen de 12,8 dm³ por disparo; Este no es un volumen viable para su uso en un tanque de batalla principal moderno, especialmente uno diseñado para ser más liviano que los modelos existentes. [21] Incluso se ha discutido sobre la eliminación de la necesidad de una fuente eléctrica externa en el encendido del ETC iniciando el cartucho de plasma a través de una pequeña fuerza explosiva. [22]
Además, la tecnología ETC no sólo es aplicable a los propulsores sólidos. Para aumentar aún más la velocidad inicial, la ignición electrotermoquímica puede funcionar con propulsores líquidos, aunque esto requeriría más investigación sobre la ignición por plasma. La tecnología ETC también es compatible con los proyectos existentes para reducir la cantidad de retroceso entregado al vehículo mientras se dispara. Es comprensible que el retroceso de un arma que dispara un proyectil a 17 MJ o más aumentará directamente con el aumento de la energía inicial de acuerdo con la tercera ley de movimiento de Newton y la implementación exitosa de mecanismos de reducción de retroceso será vital para la instalación de un arma impulsada por ETC en un diseño de vehículo existente. Por ejemplo, el nuevo cañón ligero L/45 de 120 mm de OTO Melara ha logrado una fuerza de retroceso de 25 t mediante el uso de un mecanismo de retroceso más largo (550 mm) y un freno de boca de pimentero. [23] La reducción del retroceso también se puede lograr a través de la atenuación de masa de la manga térmica. La capacidad de la tecnología ETC de aplicarse a diseños de armas existentes significa que para futuras actualizaciones de armas ya no es necesario rediseñar la torreta para incluir una recámara o un cañón de mayor calibre.
Varios países ya han determinado que la tecnología ETC es viable para el futuro y han financiado proyectos autóctonos considerablemente. Entre ellos se encuentran Estados Unidos, Alemania [24] y el Reino Unido, entre otros. El XM360 de Estados Unidos , que se planeó para equipar el tanque ligero Future Combat Systems Mounted Combat System y puede ser la próxima actualización del cañón del M1 Abrams , se basa, según se informa, en el XM291 y puede incluir tecnología ETC, o partes de ella. Se han realizado pruebas de este cañón utilizando tecnología de "ignición de precisión", que puede referirse a la ignición ETC.