La tecnología electrotérmica-química ( ETC ) es un intento de aumentar la precisión y la energía de boca de los futuros tanques , artillería y sistemas de armas cercanas [1] mejorando la previsibilidad y la tasa de expansión de los propulsores dentro del cañón.
Una pistola química electrotérmica utiliza un cartucho de plasma para encender y controlar el propulsor de la munición, utilizando energía eléctrica para desencadenar el proceso. El ETC aumenta el rendimiento de los propulsores sólidos convencionales, reduce el efecto de la temperatura sobre la expansión del propulsor y permite el uso de 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. Centro de Investigaciones Nucleares . [2] Es posible que la propulsión de armas electrotérmicas-químicas sea una parte integral del futuro sistema de combate del ejército estadounidense y de otros países como Alemania y el Reino Unido . La tecnología electrotérmica-química forma parte de un amplio programa de investigación y desarrollo que abarca toda la tecnología de armas eléctricas, como las de riel y las de bobina .
La constante batalla entre blindados y proyectiles perforantes ha llevado al desarrollo continuo del diseño del tanque de batalla principal. La evolución de las armas antitanques estadounidenses se remonta a las necesidades de combatir los tanques soviéticos . A finales de la década de 1980, se pensaba que el nivel de protección del futuro tanque soviético (FST) podría exceder los 700 mm de equivalente de blindaje homogéneo enrollado en su espesor máximo, que era efectivamente inmune contra el sabot de descarte estabilizado con aleta perforadora de blindaje contemporáneo M829 . [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 municiones más grandes, y también requirió algo de tiempo. especie de cargador automático. [4] Aunque el cañón de 140 mm se consideró una solución provisional real, después de la caída de la Unión Soviética se decidió que el aumento de energía de boca que proporcionaba no valía la pena el aumento de peso. Por lo tanto, se gastaron recursos en la investigación de otros programas que podrían proporcionar la energía necesaria. Una de las tecnologías alternativas de mayor éxito sigue siendo la ignición química electrotérmica.
La mayoría de los avances propuestos en la tecnología de armas se basan en el supuesto de que el propulsor sólido como sistema de propulsión independiente ya no es capaz de entregar la energía necesaria. Este requisito ha sido subrayado por la aparición del tanque de batalla principal ruso T-90 . El alargamiento de los tubos de cañón actuales, como el nuevo cañón alemán L/55 de 120 mm [5] , introducido por Rheinmetall, se considera sólo una solución provisional, ya que no ofrece el aumento necesario en la velocidad de salida. [6] Incluso las municiones de energía cinética avanzada, como la M829A3 de los Estados Unidos, se consideran sólo una solución provisional contra futuras amenazas. [7] En esa medida, se considera que el propulsor sólido ha llegado al final de su utilidad, aunque seguirá siendo el principal método de propulsión durante al menos la próxima década [ se necesita aclaración ] hasta que maduren las tecnologías más nuevas. [8] Para mejorar las capacidades de un arma de propulsor sólido, la pistola química electrotérmica podría comenzar a producirse ya en 2016. [9] [ necesita actualización ]
La tecnología ETC ofrece una actualización de riesgo medio y está desarrollada hasta el punto de que las mejoras adicionales son tan menores que pueden considerarse maduras. [ cita necesaria ] 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 de gama baja para un arma 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 ni se desarrollan completamente, como el proceso de ignición del plasma. Sin embargo, existe evidencia sustancial de que la tecnología ETC es viable y vale la pena invertir para continuar su desarrollo. Además, puede integrarse en los sistemas de armas actuales. [11]
Una pistola electrotérmica-química utiliza un cartucho de plasma para encender y controlar el propulsor de la munición, utilizando energía eléctrica como catalizador para comenzar el proceso. Originalmente investigado por el Dr. Jon Parmentola para el ejército de 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 arma XM291 con 4.000.000 de dólares, la investigación básica con 300.000 dólares y la investigación aplicada con 600.000 dólares. [ cita necesaria ] Desde entonces se ha demostrado que funciona, aunque aún no se ha logrado la eficiencia al nivel requerido. El ETC aumenta el rendimiento de los propulsores sólidos convencionales, reduce el efecto de la temperatura sobre la expansión del propulsor y permite el uso de 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 salida, dado que ayuda a distribuir el gas del propulsor mucho más suavemente durante el encendido. [12] Actualmente, existen dos métodos principales de iniciación de plasma: el emisor de área grande de flashboard (FLARE) y el encendedor de plasma coaxial triple (TCPI).
Las flashboards se ejecutan en varias cadenas paralelas para proporcionar una gran área de plasma o radiación ultravioleta y utilizan la descomposición y vaporización de espacios de diamantes para producir el plasma requerido. Estas cuerdas paralelas se montan en tubos y se orientan para que sus espacios sean acimutales con respecto al eje del tubo. Se descarga utilizando aire a alta presión para apartar el aire del camino. [13] Los iniciadores FLARE pueden encender propulsores mediante la liberación de plasma, o incluso mediante el uso de radiación térmica ultravioleta. [14] La longitud de absorción de un propulsor sólido es suficiente para encenderse mediante la radiación de una fuente de plasma. Sin embargo, lo más probable es que FLARE no haya alcanzado los requisitos de diseño óptimos y es completamente necesario comprender mejor FLARE y cómo funciona para garantizar la evolución de la tecnología. Si FLARE proporcionara al proyecto del cañón XM291 suficiente calor radiativo para encender el propulsor y lograr una energía de salida de 17 MJ, uno sólo 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 difíciles tareas, FLARE ha sido visto como el detonador más plausible para futuras aplicaciones en armas ETC. [15]
Un encendedor coaxial consta de un conductor completamente aislado, cubierto por cuatro tiras de papel de aluminio. Todo esto está además aislado en un tubo de aproximadamente 1,6 cm de diámetro perforado con pequeños agujeros. La idea es utilizar un flujo eléctrico a través del conductor y luego hacer explotar el flujo en vapor y luego descomponerlo en plasma. En consecuencia, el plasma escapa a través de las constantes perforaciones a lo largo del 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 ignición del propulsor porque puede dañar las aletas y no entrega energía con tanta eficiencia como un encendedor FLARE. [dieciséis]
La XM291 es el mejor ejemplo existente de pistola electrotérmica-química en funcionamiento. Era una tecnología alternativa al cañón de 140 mm de mayor calibre mediante el uso del enfoque de doble calibre. Utiliza una recámara lo suficientemente grande como para aceptar munición de 140 mm y montarse con un cañón de 120 mm y uno 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] Mediante la aplicación de tecnología electrotérmica-química, el XM291 ha podido lograr producciones de energía de salida que equivalen a las de un cañón de 140 mm de bajo nivel, al tiempo que logra velocidades de salida mayores que las del cañón más grande de 140 mm. [18] Aunque el XM291 no significa que la tecnología ETC sea viable, sí ofrece un ejemplo de que es posible.
La ETC también es una opción más viable que otras alternativas por definición. 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 producción de energía del propulsor es mayor que la entrada de energía de fuentes externas en las armas ETC. [19] En comparación, un cañón de riel actualmente no puede alcanzar una velocidad de salida mayor que la cantidad de energía ingresada. Incluso con una eficiencia del 50%, un cañón de riel que lanzara un proyectil con una energía cinética de 20 MJ requeriría una entrada 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 lanzado 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 de hasta 2,5 MJ/dm³, lo que significa que una batería que proporcione 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 debatido la posibilidad de eliminar 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 de salida, la ignición química electrotérmica puede funcionar con propulsores líquidos, aunque esto requeriría más investigaciones sobre la ignición por plasma. La tecnología ETC también es compatible con proyectos existentes para reducir la cantidad de retroceso entregado al vehículo al disparar. Es comprensible que el retroceso de un arma que dispara un proyectil de 17 MJ o más aumentará directamente con el aumento de la energía de salida de acuerdo con la tercera ley del movimiento de Newton y la implementación exitosa de mecanismos de reducción del 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 mediante la atenuación de masa del manguito térmico. La capacidad de la tecnología ETC para aplicarse a diseños de armas existentes significa que para futuras actualizaciones de armas ya no existe la necesidad de 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 considerablemente proyectos locales. Entre ellos se incluyen Estados Unidos, Alemania [24] y el Reino Unido, entre otros. El XM360 de los Estados Unidos , que estaba planeado para equipar el tanque ligero Future Combat Systems Sistema de combate montado y puede ser la próxima actualización del arma del M1 Abrams , se basa supuestamente en el XM291 y puede incluir tecnología ETC, o partes de la tecnología ETC. Las pruebas de esta arma se han realizado utilizando tecnología de "encendido de precisión", que puede referirse al encendido ETC.