Slogan "Velocitas Eradico", yang diambil oleh Angkatan Laut Amerika untuk penelitian mereka tentang senjata rel elektromagnetik, cukup konsisten dengan tujuan akhir. Diterjemahkan secara longgar dari bahasa Latin, ungkapan ini berarti "Kecepatan membunuh." Teknologi elektromagnetik berhasil berkembang di bidang maritim, membuka prospek senjata ofensif dan pengoperasian kapal induk.
Sebuah laporan yang ditulis oleh Ronald O'Rurk pada Oktober 2016 untuk Congressional Research Service, berjudul Lasers, Rail Guns, and Hypersonic Projectiles: Background and Challenges for the US Congress, menyatakan: from anti-ship cruise missiles (ASM) and anti-ship rudal balistik (ABM), beberapa pengamat khawatir tentang kemampuan bertahan kapal permukaan dalam kemungkinan bentrokan tempur dengan lawan seperti China, yang dipersenjatai dengan rudal anti-kapal modern dan rudal anti-balistik. FGM DF-21D (Dufeen-21) jarak menengah pertama dan satu-satunya di dunia yang dikembangkan oleh Chinese Academy of Mechanics and Electronics China Changfeng secara aktif dibahas di angkatan laut dunia; roket ini ditampilkan di Beijing pada September 2015 di akhir parade Perang Dunia II. Sementara itu, laporan tersebut mencatat bahwa armada Rusia terus mengerahkan keluarga rudal anti-kapal dan jelajah darat 3M-54 Kaliber dengan panduan inersia/radar satelit yang dikembangkan oleh biro desain Novator.
Sementara beberapa negara, seperti China dan Rusia, terus melengkapi kapal mereka dengan senjata yang kuat, Angkatan Laut AS, bersama dengan angkatan laut Barat lainnya, semakin mengkhawatirkan kelangsungan hidup kapal perang permukaannya. Dan pengurangan personel memaksa armada seluruh dunia untuk semakin beralih ke teknologi yang menjanjikan. Misalnya, menurut situs web globalsecurity.org, jumlah anggota aktif militer AS diperkirakan akan turun 200.000 pada akhir 2017, menjadi 1,28 juta. Dalam konteks ini, di bidang pertahanan, teknologi elektromagnetik berkembang pesat sebagai solusi yang menjanjikan untuk masalah kompleks, yang sebagian besar terkait dengan mempersenjatai musuh potensial dan pengurangan personel. Dibandingkan dengan sistem tradisional saat ini, teknologi ini, dari ketapel kapal induk hingga senjata rel (railgun), akan lebih hemat biaya dan mengurangi jumlah personel.
Listrik dan magnet
Energi elektromagnetik adalah kombinasi dari medan listrik dan magnet. Menurut definisi yang dipublikasikan di situs web Organisasi Kesehatan Dunia: “Medan listrik tercipta karena perbedaan tegangan, semakin tinggi tegangan, semakin kuat medan yang dihasilkan. Medan magnet muncul ketika partikel bermuatan bergerak: semakin kuat arus, semakin kuat medan magnetnya."
EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System), sistem peluncuran yang menjanjikan untuk pesawat berbasis kapal induk, sedang dikembangkan oleh General Dynamics untuk menggantikan ketapel uap, yang memiliki sejumlah kelemahan signifikan, termasuk massa, ukuran, dan kebutuhan untuk menyimpan yang besar. volume air di kapal, yang tidak dapat dibawa ke laut karena sifat kimia air laut yang agresif. Sistem baru terdiri dari dua rel paralel, terdiri dari banyak elemen dengan kumparan induksi, dipasang di dalam dek penerbangan kapal induk, serta gerbong, yang dipasang di roda depan pesawat. Megan Elke, General Atomics (GA), menjelaskan: “Eksitasi berurutan dari elemen pemandu menciptakan gelombang magnetik yang bergerak di sepanjang rel pemandu dan memaksa kereta dan dengan demikian pesawat terbang di sepanjang rel pemandu dengan kecepatan yang diperlukan untuk sukses lepas landas dari dek. Proses ini membutuhkan beberapa megawatt listrik.”
Prinsip pengoperasian akselerator massa elektromagnetik, alias railgun, alias rail gun, mirip dengan prinsip pengoperasian ketapel elektromagnetik EMALS. Beberapa megawatt energi yang dihasilkan disalurkan sepanjang dua rel pemandu (seperti dua rel pemandu sistem EMALS) untuk menciptakan medan magnet. Seperti yang dijelaskan oleh John Finkenaur, kepala teknologi baru di Raytheon: “Setelah sistem mengumpulkan sejumlah energi, kapasitor (menyimpan muatan listrik yang dihasilkan) mengirimkan impuls listrik di sepanjang dua rel (salah satunya bermuatan negatif dan lainnya positif), menciptakan medan elektromagnetik . Di bawah pengaruh medan ini, proyektil mulai bergerak dalam tong dengan dua rel panjang dengan kecepatan yang sangat tinggi. Sumber terbuka mengklaim bahwa kecepatannya bisa mencapai angka 7 Mach (sekitar 8.600 km/jam). Proyektil memiliki berat sekitar 11 kg dan tidak memiliki muatan tempur. Tubuh proyektil, diisi dengan elemen mencolok tungsten, tertutup dalam casing paduan aluminium, yang dibuang setelah proyektil meninggalkan laras. Kecepatan tinggi pertemuan proyektil dengan target, dikombinasikan dengan elemen yang menyerang, menyebabkan kehancuran yang signifikan tanpa bahan peledak.
Daya tarik magnet
Ketapel uap, yang akan digantikan oleh sistem EMALS, telah ada di kapal induk di banyak negara sejak tahun 50-an. Untuk waktu yang lama, mereka dianggap sebagai teknologi paling efisien, yang mampu, misalnya, mempercepat pesawat dengan berat 27.300 kg hingga kecepatan 240 km / jam dari panjang dek 300 meter. Untuk melakukan pekerjaan ini, ketapel membutuhkan sekitar 615 kg uap untuk setiap entri, ditambah peralatan hidrolik, air untuk menghentikan ketapel, serta pompa, motor listrik, dan sistem kontrol. Dengan kata lain, ketapel uap tradisional, meskipun melakukan tugasnya dengan sempurna, adalah alat yang sangat besar dan berat yang membutuhkan perawatan yang signifikan. Selain itu, guncangan mendadak saat lepas landas telah terbukti memperpendek umur pesawat berbasis kapal induk. Ketapel uap juga memiliki batasan pada jenis pesawat yang dapat mereka luncurkan; situasinya sangat rumit oleh fakta bahwa massa pesawat terus meningkat dan mungkin akan segera terjadi bahwa modernisasi pesawat berbasis kapal induk menjadi tidak mungkin. Misalnya, menurut data yang diberikan oleh armada, pesawat tempur berbasis kapal induk Boeing F/A-18E/F Super Hornet memiliki berat lepas landas maksimum 30 ton, sedangkan pesawat tempur Douglas A-4F Skyhawk sebelumnya, yang akhirnya ditarik dari layanan pada pertengahan 1980-an, memiliki berat lepas landas 11, 2 ton.
Menurut Elke: "Pesawat saat ini semakin berat, lebih cepat dan lebih fungsional, mereka membutuhkan sistem peluncuran yang efisien dengan efisiensi lebih dan lebih banyak fleksibilitas untuk memiliki kecepatan peluncuran yang berbeda yang diperlukan untuk lepas landas dari dek setiap jenis pesawat." Menurut General Atomics, dibandingkan dengan ketapel uap, sistem EMALS akan 30 persen lebih efisien, membutuhkan volume dan perawatan yang lebih sedikit daripada pendahulunya, yang akan menyederhanakan pemasangannya pada kapal yang berbeda dengan konfigurasi ketapel yang berbeda. Misalnya, kapal induk kelas Nimitz memiliki empat ketapel uap, sedangkan satu-satunya kapal induk Prancis, Charles de Gaulle, hanya memiliki dua ketapel. Selain itu, percepatan EMALS yang berbeda, disesuaikan dengan berat lepas landas dari setiap jenis pesawat berawak atau tak berawak, akan berkontribusi pada peningkatan masa pakai lambung pesawat. “Dengan ruang pemasangan yang lebih sedikit, efisiensi dan fleksibilitas yang lebih baik, serta pengurangan perawatan dan jumlah karyawan, EMALS secara signifikan meningkatkan kemampuan dan menurunkan biaya, yang selanjutnya akan mendukung pengembangan armada,” tambah Elke.
Menurut Alexander Chang dari perusahaan konsultan Avascent, railgun juga memiliki sejumlah keunggulan. "Dan hal utama, tentu saja, adalah mereka dapat menembakkan proyektil dengan kecepatan tinggi di urutan tujuh Mach tanpa menggunakan bahan peledak." Karena sumber energi railgun adalah sistem catu daya umum seluruh kapal, risiko yang terkait dengan pengangkutan bahan peledak atau propelan tidak termasuk. Kecepatan awal railgun yang tinggi, kira-kira dua kali kecepatan awal meriam kapal tradisional, menghasilkan waktu pukulan yang lebih pendek dan memungkinkan kapal untuk merespon hampir secara bersamaan terhadap berbagai ancaman. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa dengan setiap proyektil baru tidak perlu membebankan biaya pertempuran atau propelan. Elke mencatat bahwa “dengan menggunakan hulu ledak dan propelan, pasokan disederhanakan, biaya satu tembakan dan beban logistik berkurang, sementara dimensi railgun yang relatif kecil memungkinkan peningkatan kapasitas magasin … Ia juga memiliki jangkauan yang jauh lebih jauh dibandingkan dengan senjata lain (misalnya, dengan rudal permukaan-ke-udara yang digunakan untuk melindungi kapal permukaan)”. Laporan kepada Kongres mencatat bahwa sejauh ini, dua senjata rel prototipe yang dibangun oleh Raytheon dan General Atomics untuk Angkatan Laut AS “dapat menembakkan proyektil pada tingkat energi antara 20 dan 32 megajoule, yang cukup untuk sebuah proyektil untuk menempuh jarak 92-185 km ". Jika kita bandingkan, maka menurut sumber terbuka, meriam kapal 76 mm dari OTO Melara / Leonardo ini memiliki kecepatan awal orde Mach 2,6 (3294 km / jam), mencapai jangkauan maksimum 40 km. Finkenaur menyatakan bahwa "railgun dapat digunakan untuk mendukung tembakan kapal permukaan ketika diperlukan untuk mengirim proyektil ratusan mil laut, atau dapat digunakan untuk penembakan jarak dekat dan pertahanan rudal."
Tantangan ke Depan
Teknologi yang digunakan pada sistem EMALS sudah pada tahap implementasi di produksi. Angkatan Laut AS, yang memilih ketapel yang dirancang oleh General Atomics ini untuk lepas landas dari kapal induk kelas Ford baru, melakukan tes stres pertamanya pada November 2016. Di kapal pertama kelas ini, Gerald R. Ford, pemberat yang mensimulasikan pesawat biasa dikeluarkan ke laut (video di bawah). Digunakan 15 gerobak cangkang dengan berbagai bobot. Peluncuran pertama berakhir tidak berhasil, tetapi peluncuran berikutnya diakui berhasil. Misalnya, bogie dengan berat sekitar 6800 kg dipercepat hingga kecepatan hampir 260 km / jam, dan bogie yang lebih kecil dengan berat 3600 kg dipercepat menjadi 333 km / jam. Menurut Elke, sistem ini juga sedang diproduksi dan dipasang di kapal induk John F. Kennedy, yang dijadwalkan akan ditransfer ke armada pada tahun 2020. GA juga telah dipilih sebagai satu-satunya kontraktor EMALS untuk kapal induk Enterprise, yang akan mulai dibangun pada 2018. Elke mencatat bahwa "kami juga melihat minat negara-negara lain dalam sistem lepas landas dan pendaratan elektromagnetik kami, karena mereka ingin memiliki teknologi baru dan pesawat berbasis kapal induk di armada mereka." Namun, perlu dicatat bahwa sementara teknologi EMALS siap untuk produksi, sistem itu sendiri tidak dapat diinstal pada sebagian besar kapal induk yang beroperasi karena jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengoperasikannya.
Selain hal di atas, pistol rel memiliki sejumlah kelemahan serius. Menurut Finkenaur, "salah satu masalah penggunaan teknologi elektromagnetik di sektor pertahanan adalah menjaga laras dalam urutan kerja dan mengurangi keausan laras setelah setiap peluncuran proyektil." Memang, kecepatan proyektil meninggalkan laras menyebabkan keausan sedemikian rupa sehingga dalam tes awal laras harus sepenuhnya dibangun kembali setelah setiap tembakan. "Kekuatan pulsa memerlukan tantangan untuk melepaskan sejumlah besar energi dan mengoordinasikan kerja bersama modul daya pulsa untuk satu bidikan." Semua modul ini harus melepaskan akumulasi listrik pada saat yang tepat untuk menciptakan kekuatan medan magnet yang diperlukan dan mendorong proyektil keluar dari laras. Akhirnya, jumlah energi yang dibutuhkan untuk mempercepat proyektil ke kecepatan seperti itu menimbulkan masalah pengemasan komponen yang diperlukan dari meriam ke dalam dimensi fisik yang cukup kecil sehingga dapat dipasang di kapal permukaan dari kelas yang berbeda. Untuk alasan ini, menurut Finkenaur, senjata rel kecil mungkin mulai beroperasi dalam lima tahun ke depan, sementara senjata rel dengan kekuatan penuh 32 megajoule kemungkinan akan dipasang di kapal dalam 10 tahun ke depan.
Hiperaktif
Menurut Chang, "baru-baru ini Angkatan Laut AS mulai kurang memperhatikan peningkatan teknologi senjata rel dan mengalihkan perhatiannya pada kemampuan proyektil hipersonik HVP (Hyper Velocity Projectile), yang dapat dengan mudah memuat senjata tradisional yang ada." Dalam makalah teknis tentang HVP, yang diterbitkan pada September 2012 oleh US Navy Research Office, itu digambarkan sebagai "proyektil berpemandu, tarik rendah, dan serbaguna yang mampu melakukan berbagai misi dari berbagai sistem senjata," yang, dalam Selain meriam rel, termasuk sistem angkatan laut standar Amerika: meriam angkatan laut 127-mm Mk.45 dan artileri tingkat lanjut 155-mm Advanced Gun System yang dikembangkan oleh BAE Systems. Menurut BAE Systems, "bahan khusus" dalam desain HVP adalah hambatan aerodinamis yang sangat rendah, menghilangkan kebutuhan akan motor roket, yang banyak digunakan dalam amunisi konvensional untuk memperluas jangkauannya.
Menurut laporan dari layanan penelitian CRS, ketika menembak dari instalasi Mk.45, proyektil ini hanya dapat mencapai setengah (yaitu Mach 3, atau sekitar 3704,4 km / jam) dari kecepatan yang dapat dicapai ketika menembak dari rel. meriam, yang, bagaimanapun, masih dua kali kecepatan proyektil konvensional yang ditembakkan dari meriam Mk. 45. Sebagaimana dinyatakan dalam siaran pers dari Angkatan Laut AS, “HVP dalam kombinasi dengan Mk.45 akan memberikan kinerja berbagai tugas, termasuk dukungan tembakan untuk kapal permukaan, itu akan memperluas kemampuan armada dalam memerangi ancaman udara dan permukaan.. tetapi juga dengan ancaman yang muncul."
Menurut Chang, keputusan Departemen Riset Kementerian Pertahanan untuk menginvestasikan dana yang signifikan dalam pengembangan HVP ditujukan untuk menyelesaikan masalah melengkapi kembali kapal untuk pemasangan rail gun di atasnya. Dengan demikian, Angkatan Laut AS akan dapat menggunakan proyektil hipersonik HVP pada kapal penjelajah kelas Ticonderoga dan kapal perusak kelas Arleigh Burke, masing-masing membawa dua senjata Mk.45. Rel gun belum siap secara teknologi untuk dipasang pada kapal perusak kelas Zamvolt yang baru, yang pertama diterima di Angkatan Laut AS pada Oktober 2016. Namun, setidaknya pada akhir pengembangan, proyektil HVP akan dapat memasukkan muatan amunisi artileri 155 mm mereka seperti Advanced Gun System. Menurut siaran pers, armada melakukan uji tembak proyektil HVP dari howitzer tentara pada bulan Januari. Angkatan Laut AS tidak memberikan informasi kapan HVP dapat memasuki layanan dengan kapal perangnya.
Perkembangan industri
Pada tahun 2013, BAE Systems menerima kontrak $ 34,5 juta dari Administrasi Penelitian dan Pengembangan Angkatan Laut untuk pengembangan meriam rel untuk tahap kedua dari program konstruksi prototipe meriam. Pada fase pertama, para insinyur dari Pusat Pengembangan Senjata Permukaan Angkatan Laut berhasil menembakkan prototipe Raytheon EM Railgun, mencapai tingkat energi 33 megajoule. Menurut BAE Systems, pada fase kedua, perusahaan bermaksud untuk beralih dari tembakan tunggal ke tembakan meledak dan mengembangkan sistem pemuatan otomatis, serta sistem kontrol termal untuk mendinginkan senjata setelah setiap tembakan. Pada tahun 2013 BAE Systems juga menerima kontrak dari departemen ini untuk pengembangan dan demonstrasi HVP.
General Atomics mulai mengembangkan teknologi railgun pada tahun 1983 sebagai bagian dari Inisiatif Pertahanan Strategis Presiden Ronald Reagan. Inisiatif ini bertujuan untuk "mengembangkan program pertahanan rudal berbasis ruang angkasa yang dapat melindungi negara dari serangan nuklir skala besar." Inisiatif ini kehilangan relevansinya setelah berakhirnya Perang Dingin dan dengan cepat ditinggalkan, sebagian karena biayanya yang terlalu tinggi. Ada lebih dari cukup masalah teknis saat itu, dan railgun tidak terkecuali. Versi pertama dari rail gun membutuhkan begitu banyak energi untuk menjalankannya sehingga hanya dapat ditempatkan di hanggar besar, dan oleh karena itu, menurut Elke, "selama delapan tahun terakhir, kami telah mengurangi ukuran elektronik dan semikonduktor dan menciptakan kapasitor super besar."
Saat ini, General Atomics telah mengembangkan meriam rel 30 megajoule dan meriam rel universal Blitzer 10 megajoule. Sementara itu, kapasitor yang menyederhanakan proses penyimpanan energi untuk penembakan dari senjata bantuan pada kendaraan darat berhasil didemonstrasikan pada Juli 2016 di jarak terbuka. Elke menambahkan dalam hal ini: “Kami juga telah berhasil menunjukkan kemampuan angkut meriam Blitzer. Meriam itu dibongkar dan diangkut dari situs uji Dagway ke situs uji Fort Sill dan dipasang kembali di sana untuk serangkaian uji tembak yang berhasil selama manuver tentara 2016.”
Raytheon juga secara aktif mengembangkan teknologi rail gun dan jaringan energi berdenyut yang inovatif. Finkenaur menjelaskan: “Jaringan terdiri dari banyak wadah listrik berdenyut dengan panjang 6,1 m dan tinggi 2,6 meter, yang menampung lusinan blok kecil yang disebut modul daya berdenyut. Pekerjaan modul-modul ini adalah mengumpulkan energi yang dibutuhkan selama beberapa detik dan melepaskannya dalam sekejap. Jika kita mengambil jumlah modul yang diperlukan dan menghubungkannya bersama-sama, maka mereka dapat menyediakan daya yang dibutuhkan untuk operasi railgun.
Penyeimbang terhadap ancaman
Dalam pidato April 2016 di Brussel, Wakil Menteri Pertahanan AS Bob Work mencatat bahwa “baik Rusia dan China meningkatkan kemampuan pasukan operasi khusus mereka untuk beroperasi di laut, di darat, dan di udara setiap hari. Mereka menjadi cukup kuat di dunia maya, penanggulangan elektronik, dan di luar angkasa." Ancaman yang ditimbulkan oleh perkembangan ini memaksa Amerika Serikat dan negara-negara NATO untuk mengembangkan apa yang disebut "Strategi Penyeimbang Ketiga" TOI (Inisiatif Offset Ketiga). Seperti yang dinyatakan oleh Menteri Pertahanan Heigel pada tahun 2014, tujuan TOI adalah untuk menyamakan atau mendominasi kemampuan militer China dan Rusia, yang dikembangkan melalui pengenalan teknologi terbaru. Dalam konteks ini, senjata rel, dan proyektil hipersonik khususnya, mewakili kemampuan utama untuk melawan atau menetralisir potensi ancaman yang ditimbulkan oleh senjata China dan Rusia, yang disebutkan di bagian pengantar artikel.
