Τα πολύ υψηλά επίπεδα προστασίας του βρετανικού περιπολικού Foxhound είναι αποτέλεσμα της χρήσης υπερακριβών σύνθετων υλικών για την προστατευμένη κάψουλα του πληρώματος. Αλλά δεν είναι όλοι οι χρήστες ικανοί ή δεν θέλουν να υποστηρίξουν το υψηλό κόστος των εξωτικών υλικών θωράκισης.
Η νανοτεχνολογία προσφέρει δελεαστικές προοπτικές για εξωτικά νέα υλικά, αλλά αποδεικνύεται ότι μερικές από τις πιο σημαντικές προόδους στις σημερινές καινοτόμες λύσεις θωράκισης προέρχονται στην πραγματικότητα από την εισαγωγή της τεχνολογίας στη μαζική παραγωγή, συχνά χρησιμοποιώντας πιο παραδοσιακά υλικά.
Οι πραγματικότητες της περασμένης δεκαετίας ανέτρεψαν τις υποθέσεις των στρατιωτικών σχεδιαστών στα μέσα της δεκαετίας του 90, σε βαθμό που η ταχεία αύξηση της ζήτησης για ελαφρούς, αερομεταφερόμενους τεθωρακισμένους σχηματισμούς που εμφανίστηκαν μετά τον Ψυχρό Πόλεμο μοιάζει τώρα σαν καθαρή φαντασία.
Οι ρουκέτες και οι ρουκετοβομβίδες, που έχουν ταλαιπωρήσει σοβαρά τους ισραηλινούς σχηματισμούς την τελευταία δεκαετία, οδήγησαν στην ανάπτυξη του Namer BMP 70 τόνων, ενώ η εμπειρία του αμερικανικού στρατού στο Ιράκ και το Αφγανιστάν οδήγησε σε σχέδια αντικατάστασης του Bradley BMP ( βάρος μάχης έως 33 τόνους) με όχημα μάχης εδάφους «όπως ελέφαντα», το οποίο μπορεί να ζυγίζει έως και 84 τόνους. Ένα σημαντικό ποσοστό αυτής της μάζας είναι θωράκιση και συστήματα προστασίας, οπότε τι μας υπόσχονται τα σύγχρονα, ελαφριά θαυματουργά υλικά;
Έτσι, μέρος της δραματικής αύξησης της μάζας οφείλεται στο γεγονός ότι, εξ ορισμού, ο μόνος τρόπος για να αυξηθεί η προστασία των υπαρχόντων οχημάτων είναι η τοποθέτηση αρθρωτών (δελτίο αποστολής) θωράκισης. Αυτό οφείλεται επίσης εν μέρει στους νόμους της φυσικής και στην ικανότητα των βαρέων μηχανών να αντιμετωπίζουν μια έκρηξη. Ωστόσο, τα οικονομικά ζητήματα και τα ζητήματα τιμών έχουν σημαντικό αντίκτυπο.
Ένας εκπρόσωπος της ελβετικής εταιρείας RUAG είπε ότι «Εάν θέλετε να προστατέψετε ολόκληρο το όχημα από όλο το φάσμα των απειλών - εξετάζετε την κινητική ενέργεια, τις απειλές τύπου RPG και τις βόμβες στην άκρη του δρόμου, δηλαδή πρέπει να αντιμετωπίσετε εκρήξεις και υψηλές - θραύσματα ταχύτητας - τότε η προστασία έναντι αυτών των απειλών θα πρέπει να ενσωματωθεί στη βασική μηχανή.
«Δεν μπορείτε να κάνετε πολλά για τη μείωση του βάρους μέχρι να επιστρέψετε στο σχέδιο και να πείτε: «Είμαι ευχαριστημένος με το μηχάνημα βάσης, το οποίο είναι ουσιαστικά απροστάτευτο, αλλά είναι δομικά ικανό να φέρει ό,τι προστασία χρειάζεται αυτή τη στιγμή σε ένα θέατρο. . Η μεγάλης κλίμακας μείωση μάζας λόγω καινοτομιών στη γενική θωράκιση δεν είναι καλή ιδέα και εφαρμόζοντας μια τέτοια λύση, απλά δεν θα λύσετε το πρόβλημα της μάζας.
Ωστόσο, πρόσθεσε ότι «κρατάμε το δάχτυλό μας στον παλμό, συνεργαζόμαστε με ερευνητικά ιδρύματα και πανεπιστήμια και βλέπουμε τι βήματα γίνονται και αν δούμε την εφαρμογή, τότε θα είμαστε οι πρώτοι και θα συνεργαστούμε μαζί τους για να συγκεντρώσουμε υλικά και απαιτήσεις». .
Στην πραγματικότητα, τα ερευνητικά και τα ακαδημαϊκά ιδρύματα είναι πρόσφορο έδαφος. Τον Δεκέμβριο του 2012, η Lockheed Martin ανακοίνωσε ότι είχε συνάψει συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του Surrey στη Νότια Αγγλία για να χρησιμοποιήσει στις εγκαταστάσεις του μια μέθοδο που αναπτύχθηκε από το πανεπιστήμιο που βελτιώνει τις δυνάμεις σύνδεσης μεταξύ κεραμικών αλουμινίου και καρβιδίου του πυριτίου και σύνθετων υποστρωμάτων (υποστρωμάτων) και έτσι αποφεύγονται τα μειονεκτήματα των συμβατικών ελαφρών κεραμικών. Η Lockheed Martin ανέφερε σε δήλωση ότι οι αρχικές δοκιμές έδειξαν ότι η σύνθετη κεραμική θωράκιση «παρέμεινε ανέπαφη με πολλαπλά χτυπήματα» από εμπρηστικές σφαίρες 15,5 χιλιοστών που διαπερνούν την πανοπλία.
Στο μεταξύ, υπήρξε μια πολύ εμφανής μετάβαση από τη θωράκιση αλουμινίου που χρησιμοποιείται σε πολλά οχήματα, όπως το British Warrior και τα ευρέως διαδεδομένα τεθωρακισμένα οχήματα μεταφοράς προσωπικού της σειράς M113, στη χαλύβδινη θωράκιση των οχημάτων που κατασκευάζονται αυτήν τη στιγμή, όπως το Nexter VBCI ( Vehicule Blinde de Combat d'Infanterie - τεθωρακισμένο μαχητικό όχημα Πεζικού).
Η σκληρότητα του χάλυβα έχει αυξηθεί σημαντικά την τελευταία δεκαετία λόγω των σύγχρονων τεχνικών κατασκευής, αλλά τα σύνθετα υλικά παίζουν ωστόσο αναμφισβήτητα ζωτικό ρόλο, ειδικά όπου οι σχεδιαστές και οι μηχανικοί θέλουν να εξοικονομήσουν μάζα. Οι μηχανικοί μπορούν επίσης να αναμειγνύουν ίνες αραμιδίου, κεραμικά, γραφίτη και άλλα υλικά για να ταιριάζουν με τις απαιτήσεις απόδοσης της θωράκισης.
Ωστόσο, αυτό συνήθως αυξάνει σημαντικά το κόστος, το οποίο δεν είναι κατάλληλο για όλους τους χρήστες.
Για παράδειγμα, το Ocelot της General Dynamics Force Protection Europe (που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του προγράμματος Foxhound Light Protected Patrol Vehicle του Ηνωμένου Βασιλείου) χρησιμοποιεί ειδικά σύνθετα υλικά στην προστατευμένη κάψουλα του πληρώματος που προσφέρουν εκπληκτικά επίπεδα προστασίας, αλλά σε φανταστική τιμή. Το ακριβές επίπεδο προστασίας είναι ταξινομημένο, αλλά γενικά περιγράφεται ως ισοδύναμο με εκείνο ενός Mastiff που ζυγίζει περισσότερο από 23,5 τόνους, αν και το Ocelot ζυγίζει λιγότερο από το ένα τρίτο αυτής της μάζας. Το κόστος μιας μηχανής με τέτοια χαρακτηριστικά εκτιμάται σε περίπου 1,3 εκατομμύρια δολάρια, ενώ το κόστος μιας τυπικής μηχανής TVD αυξάνεται σχεδόν κατά 50% λόγω της ενσωμάτωσης του εξοπλισμού που παρέχεται από την κυβέρνηση.
Για καλά προστατευμένα οχήματα που κατασκευάζονται σε μικρό αριθμό με εξωτικά υλικά, αυτό δεν ακούγεται πολύ κακό, αλλά για οχήματα που αρχικά προορίζονταν να αντικαταστήσουν το μάλλον απλό και φθηνό Land Rover Snatch, είναι απαγορευτικά ακριβό.
Το πρόγραμμα τακτικών οχημάτων JLTV (Joint Light Tactical Vehicle) του Αμερικανικού Στρατού στοχεύει σε ένα περίπου ισοδύναμο επίπεδο προστασίας, αλλά σε πολύ πιο προσιτή τιμή των 300000 $ το τεμάχιο (αν και εξακολουθεί να είναι υψηλή). Είναι σαφές ότι η Force Protection εξετάζει εναλλακτικούς προμηθευτές προκειμένου να μειώσει το κόστος της μηχανής του έργου Ocelot σε τιμή κοντά σε αυτό το ποσό.
Μετά το βομβαρδισμό της μονάδας SidePRO-ATR με σημάδια πολλαπλών χτυπημάτων με ρουκέτα. Δοκιμαστικό κέντρο Oxenboden στην Ελβετία
Η αξία του χάλυβα
Σε περιόδους περιορισμένων προϋπολογισμών, υπάρχει μια αυξανόμενη συνειδητοποίηση του πραγματισμού της λειτουργίας μηχανών με κύτος από χάλυβα, που βασίζονται σε φύλλα επικάλυψης πιο εξωτικών υλικών και συστήματα ενεργητικής προστασίας όταν αναπτύσσονται σε πιο περίπλοκα θέατρα σε υψηλότερα επίπεδα απειλής.
Και ακόμη και σε τέτοιες περιπτώσεις, ο χάλυβας σε πρόσθετα συστήματα θωράκισης έχει τους οπαδούς του. Κανένας παρατηρητής αμυντικής τεχνολογίας δεν θα μπορούσε να παραλείψει να παρατηρήσει την τεράστια αύξηση της δημοτικότητας των φραγμένων πανοπλιών κατά των RPG την τελευταία δεκαετία. Επιπλέον, τα τελευταία τρία έως τέσσερα χρόνια έχουμε δει την άνοδο των υφαντών συστημάτων, όπως το Tarian της AMSAFE, που προσφέρει ελαφρύτερη, λιγότερο ογκώδη και πιο ευέλικτη προστασία από τις παραδοσιακές αρθρωτές οθόνες, οι οποίες μπορούν να αυξήσουν σημαντικά το μέγεθος μιας μηχανής. καθιστώντας δύσκολο τους ελιγμούς γύρω από τα στενά δρομάκια.
Ωστόσο, ορισμένοι προγραμματιστές παραμένουν πιστοί στις λύσεις χάλυβα. Το πλέγμα SidePRO-LASSO της RUAG, για παράδειγμα, είναι μια προσπάθεια να προσφέρει μια ελαφριά λύση διατηρώντας παράλληλα τα πλεονεκτήματα της κατασκευής από χάλυβα. Ένας εκπρόσωπος της εταιρείας είπε: «Αν κοιτάξετε τις ιδιότητες των σύνθετων υλικών, τα μειονεκτήματά τους είναι πολύ σημαντικά σε σύγκριση με τον συνηθισμένο χάλυβα. Εξετάζοντας τη διάρκεια ζωής, λαμβάνετε όρια στα σύνθετα υλικά από περίπου ενάμισι έως δύο χρόνια, ενώ ο χάλυβας μπορεί να διαρκέσει 20 χρόνια και να εξακολουθεί να λειτουργεί εξαιρετικά. Είναι λιγότερο ευαίσθητη στις εξωτερικές συνθήκες. Τα σύνθετα υλικά θα καούν αν πάρουν μολότοφ. Ο χάλυβας δεν παραμορφώνεται, δεν εξαρτάται πολύ από τις χαμηλές θερμοκρασίες... Γι' αυτό χρησιμοποιούμε χάλυβα από την αρχή.»
«Για κινητικές και άλλους τύπους απειλών, χρησιμοποιούμε επίσης σύνθετα υλικά. Όσο για τη μάζα του χάλυβα, εδώ δεν υπάρχει πολύς χώρος για δημιουργικότητα. Εάν το όχημα έχει όντως όρια βάρους, τότε θα πρέπει να εξετάσετε άλλες επιλογές που δεν είναι χάλυβα. Πρέπει να εξετάσετε τα κεραμικά, τα υλικά αραμιδίου και όλη τη γκάμα των διαθέσιμων υλικών. Η RUAG δεν έχει την ικανότητα για μεγάλης κλίμακας παραγωγή σύνθετων υλικών, επομένως είναι λογικό να αγοράζουμε έτοιμα».
«Λύσεις που δεν μπορούμε απλώς να αγοράσουμε, τις παράγουμε μόνοι μας. Για παράδειγμα, το σύστημα προστασίας οροφής χρησιμοποιεί καουτσούκ ειδικά σχεδιασμένο για αυτό και το κατασκευάζουμε μόνοι μας, αλλά αγοράζουμε αραμίδια και σύνθετα υλικά από υαλοβάμβακα και στη συνέχεια τα συνδυάζουμε σε ένα ενιαίο σύστημα για ένα κιτ προστασίας οροφής».
Και πρόσθεσε: «Η εμφάνιση πραγματικών νανοϋλικών θα αλλάξει ριζικά την κατάσταση και τότε μπορείτε να δημιουργήσετε το δικό σας μονοπάτι προς το τέλειο υλικό αντί να επιλέξετε από ήδη διαθέσιμα υλικά. Αλλά μέχρι να βγει στη μαζική παραγωγή, δεν βλέπω μεγάλες αλλαγές στο μέλλον».
Ο Jankel είναι ένας άλλος υποστηρικτής της θωράκισης από χάλυβα στο τμήμα της αγοράς μέτριας αξίας. Άρχισε να χρησιμοποιεί τεχνολογία θερμής διαμόρφωσης - ουσιαστικά σφράγιση και σκλήρυνση χάλυβα ταυτόχρονα - για την παραγωγή εξαρτημάτων θωράκισης από χάλυβα υψηλής αντοχής με πολύ ακριβείς ανοχές. Το κύριο προϊόν της Jankel που χρησιμοποιεί αυτή την τεχνολογία είναι το θωρακισμένο Toyota 200 Land Cruiser, αλλά η εταιρεία έχει αναπτύξει επίσης το 8% θερμοδιαμορφωμένο JXNUMX Jeep. «Παράξαμε το συμβατικό κύτος και το αντικαταστήσαμε εξ ολοκλήρου με θωράκιση», δήλωσε ο Daniel Crosby, διευθυντής επιχειρηματικής ανάπτυξης στην Jankel.
Η διαδικασία είναι πολύ δαπανηρή, καθώς απαιτούνται ειδικά εργαλεία για την παραγωγή των πάνελ, αλλά είναι οικονομικά αποδοτική στη μαζική παραγωγή (ανά πάσα στιγμή, η Jankel έχει 60 Land Cruisers στην παραγωγή, συν απόθεμα για να αγοράσει ένα όχημα από στοκ). Επειδή η τεχνολογία θερμοδιαμόρφωσης είναι πολύ ακριβής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή μεγάλων, πολύπλοκων πάνελ, μειώνοντας έτσι τον αριθμό των εξαρτημάτων που απαιτούνται για ένα δεδομένο όχημα. Για παράδειγμα, ένα θωρακισμένο Land Cruiser που τροποποιήθηκε από τον Jankel απαιτεί μόνο 36 πάνελ, μια τεράστια μείωση από περισσότερα από 200 πάνελ κατασκευασμένα από πιο παραδοσιακές πλάκες θωράκισης.
Ο Crosby εξήγησε ότι αυτό προσφέρει μια σειρά από πλεονεκτήματα προστασίας, όχι μόνο λόγω του τύπου του χρησιμοποιούμενου χάλυβα (η τυπική ποιότητα χάλυβα είναι 500 Br) που έχει καλύτερα αντιεκρηκτικά χαρακτηριστικά, αλλά και λόγω του μικρότερου αριθμού πάνελ. Δηλαδή, η Jankel μπορεί να δημιουργήσει ένα πιο ελκυστικό τελικό προϊόν κάνοντας τη θήκη πιο άκαμπτη, ισχυρότερη και ελαφρύτερη.
«Το πλαϊνό τοίχωμα του μηχανήματος είναι ένα κομμάτι», πρόσθεσε, «που προσφέρει βελτιωμένη προστασία από τις πλευρικές εκρήξεις, καθώς και εξαλείφει την ανάγκη συγκόλλησης πρόσθετων αρθρώσεων και προστατευτικών θραυσμάτων, που διαφορετικά θα μπορούσαν να αυξήσουν τον χρόνο κατασκευής και να αποδυναμώσουν το σχέδιο. Οι ακριβείς ανοχές σημαίνουν επίσης ότι τα νέα πάνελ θωράκισης τοποθετούνται εύκολα, εξοικονομώντας ακόμη περισσότερο χρόνο και χρήμα κατά την επανασυναρμολόγηση του οχήματος».
Ουσιαστικά όμως, ο Jankel πουλάει ένα σημαντικό όφελος προσφέροντας περισσότερη προστασία για την ίδια τιμή. «Προς το παρόν, η τιμή είναι ένα ισχυρό κίνητρο». Αναγνώρισε ότι ενώ οι στρατιωτικοί χρήστες θερμοδιαμορφωμένων οχημάτων έχουν συχνά υψηλό επίπεδο ενοποίησης συστημάτων και πρόσθετου εξοπλισμού, «το βασικό όχημα θεωρείται στην πραγματικότητα μαζικό προϊόν, επομένως η αναζήτηση ορισμένων ακριβών σύνθετων υλικών προκειμένου να αυξηθεί το ωφέλιμο φορτίο κατά λίγο περισσότερο δεν έχει νόημα για αυτόν τον τύπο μηχανής, καθώς είμαστε ήδη ευχαριστημένοι με την ικανότητα φόρτωσης που έχουμε.»
Ο Jankel χρησιμοποιεί σύνθετα υλικά σε άλλες σειρές προϊόντων, ενώ προσπαθεί να συνδυάσει τις ιδιότητες διαφόρων υλικών σε ένα μόνο προϊόν με ισχυρούς συνεκτικούς δεσμούς. «Υπάρχει νανοτεχνολογία και υπάρχει κίνηση σε ορισμένους τομείς, αλλά στις μέρες μας είναι συχνά πιο αποτελεσματικό να βελτιωθούν τα υπάρχοντα συστήματα».
«Αν κάποιος μπορεί να τελειοποιήσει την ίνα και να βγει με κάτι που είναι ελαφρώς καλύτερο και που μου εξοικονομεί 0,02 κιλά σε σύγκριση με τη χρήση έτοιμου υλικού που είναι πλήρως δοκιμασμένο και αναπτυγμένο, τότε αυτό θα πρέπει να είναι ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός και πολύ πολύτιμο για την αγοραστής. Λαμβάνουμε συνεχώς κλήσεις από άτομα που λένε ότι έχουν το πιο πρόσφατο και καλύτερο πράγμα, αλλά όταν κοιτάξουμε προσεκτικά, αποδεικνύεται ότι έχουν δημιουργήσει μια βιομηχανική λύση που είναι ουσιαστικά μη εμπορεύσιμη.
Την ίδια άποψη έχει και ο Nir Kahn, επικεφαλής σχεδιαστής στο Τμήμα Σχεδιασμού Οχημάτων Plasan. Είπε ότι «η τεχνολογία, γενικά, έχει φτάσει σε ένα σημείο όπου το ερώτημα δεν είναι πλέον τι μπορεί να γίνει, αλλά τι είναι εμπορικά διαθέσιμο και ποιος είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για να γίνει κάτι».
Και εδώ, για πολλούς μηχανικούς και προγραμματιστές, η πραγματική καινοτομία μπαίνει στο παιχνίδι, επιδιώκουν να εισαγάγουν εξωτικές μεθόδους και υλικά στη μαζική παραγωγή προκειμένου να «εκδημοκρατίσουν» την περαιτέρω εφαρμογή τους.
Η μέθοδος θερμοδιαμόρφωσης του Jankel προσφέρει μια σειρά από πλεονεκτήματα κόστους, αντοχής και απόδοσης. Αλλά είναι πραγματικά εμπορικά ανταγωνιστικό μόνο για μηχανές μαζικής παραγωγής λόγω του υψηλού αρχικού κόστους.
Οι νανοσωλήνες άνθρακα χαιρετίζονται ως η μεγάλη ελπίδα των υλικών θωράκισης, είναι ικανοί να μεταφέρουν θερμότητα και ηλεκτρισμό, και έτσι καθίσταται δυνατή η ενσωμάτωση διαφόρων αισθητήρων και ενεργειακών δομών σε αυτά τα υλικά σε απίστευτα λεπτές μορφές. Επίδειξη του πάχους ενός νανοσωλήνα, στη φωτογραφία είναι λυγισμένο σε βρόχο σε ανθρώπινη τρίχα
Νέες μέθοδοι μπαίνουν στη μαζική παραγωγή
Η Plasan US Defense Composite Structures (PLUS DCS) με έδρα τη Βοστώνη βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της τεχνολογίας κατασκευής σύνθετων υλικών, έχοντας αναπτύξει μια μέθοδο που ονομάζεται "pultrusion", την οποία ο Kahn περιγράφει ως "το σύνθετο ισοδύναμο της εξώθησης". Σχεδόν οποιοδήποτε σχήμα εξώθησης (εξώθηση σε πρέσα) από αλουμίνιο μπορεί να δημιουργηθεί με εξώθηση. Οποιοδήποτε σχήμα με σταθερή τομή μπορεί να εξωθηθεί από οποιονδήποτε τύπο σύνθετου υλικού - γραφίτη, υαλοβάμβακα, Kevlar - και μπορείτε πραγματικά να αναμίξετε διαφορετικές ίνες στο ίδιο έλασμα. Όσον αφορά την θωράκιση, ένα από τα πλεονεκτήματα είναι η ικανότητα εξάπλωσης στρωμάτων σύνθετων υλικών διαφορετικής δομής σε μία συνεχή διαδικασία. Το μεγάλο πλεονέκτημα αυτής της διαδικασίας είναι ότι εξουδετερώνει το μεγαλύτερο μέρος του κόστους παραγωγής. Ένα σημαντικό μέρος της τιμής ενός εξαρτήματος είναι το κόστος του υλικού και όχι το κόστος της διαδικασίας.»
Είπε ότι ενώ το pultrusion χρησιμοποιείται συνήθως εμπορικά για πολύ μικρά εξαρτήματα «όπως οι άξονες κίνησης των τηλεκατευθυνόμενων οχημάτων», η τεχνολογία της Plasan έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα κατάλληλη για θωράκιση πλοίων πλοίων, όπου συνήθως υπάρχουν μεγάλες επιφάνειες που καλύπτονται με επίπεδα πάνελ. «Το Pultrusion χρησιμοποιείται πιο συχνά για την παραγωγή δοκών και δοκών και παρόμοιων γεωμετριών, αλλά μπορείτε να εξωθήσετε ένα επίπεδο πάνελ όπως ακριβώς θα κάνατε με την επίπεδη στάμπα. Αυτή η ικανότητα συνδυασμού πολλών υλικών σε ένα ενιαίο κομμάτι το καθιστά πολύ αποτελεσματικό για τη μαζική παραγωγή σύνθετων υλικών», ενώ ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι αυτή η τεχνική δεν απαιτεί τη μεγάλη περιοχή που απαιτούν συνήθως τα αυτόκλειστα.
Μια άλλη θυγατρική της Plasan είναι η Tortech, μια κοινοπραξία με το Πανεπιστήμιο του Cambridge. Θέλουν να βρουν έναν τρόπο να παράγουν μαζικά νανοσωλήνες υδρογονανθράκων CNT (νανοσωλήνες άνθρακα), τους οποίους πολλοί αποκαλούν μια ανοιχτή πόρτα στο βασίλειο της πραγματικής καινοτομίας στα υλικά θωράκισης. Ο κ. Kang, ο οποίος είναι υποστηρικτής αυτής της κατεύθυνσης, δήλωσε ότι «οι ιδιότητες των ίδιων των CNT είναι πολύ, πολύ ελπιδοφόρες, έχουν ήδη εφευρεθεί πολλές εφαρμογές για αυτούς. Αυτές οι ίνες είναι ισχυρότερες από τις ανθρακονήματα, που είναι ήδη αρκετά δυνατά».
Επιπλέον, τα CNT είναι ηλεκτρικά αγώγιμα, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μπαταρίες και έξυπνα υλικά. «Με την ενσωμάτωση CNT σε τρέχοντα πολυστρωματικά υλικά, μπορείτε να έχετε υλικά που μπορούν να επικοινωνούν. Μπορείτε να ενσωματώσετε αισθητήρες ελαφρού σύρματος σε υλικά θωράκισης." Πρόσθεσε ότι η νέα μέθοδος παραγωγής στην οποία εργάζεται η Tortech θα επιτρέψει στην εταιρεία να δημιουργήσει CNTs που ανταγωνίζονται τις ευθείες ίνες άνθρακα σε κόστος τα επόμενα χρόνια.
Ένας από τους σημερινούς μεγάλους κατασκευαστές CNT είναι η Nanocomp Technologies του New Hampshire. Μετά την ανακοίνωση από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ για τη σημασία αυτών των υλικών για την εθνική άμυνα, αυτή η εταιρεία (μέχρι στιγμής η μόνη) άρχισε να προμηθεύει υλικά ινών και φύλλων με βάση CNT στις δομές αυτού του τμήματος σύμφωνα με την αμερικανική άμυνα Industries Act Revision III του 2010.
Τον Ιούνιο του 2012, η εταιρεία συνήψε επίσης στρατηγική συνεργασία με την DuPont για να χρησιμοποιήσει την καλή αντοχή σε εφελκυσμό και το μικρότερο βάρος των νανοσωλήνων CNT, μαζί με τα ηλεκτρικά, θερμικά και δομικά τους χαρακτηριστικά, για συστήματα βαλλιστικής προστασίας, πλέκοντάς τα σε άλλα υλικά. Όταν εφαρμόζονται σε μια διαμόρφωση προστασίας σώματος, για παράδειγμα, τα CNT θα μπορούσαν να ενσωματωθούν σε υπάρχοντα υφαντά υφάσματα, συνδέοντας ενσωματωμένα ηλεκτρονικά, λειτουργώντας ως αυτοκινητόδρομος δεδομένων και συστήματα παρακολούθησης και θέρμανσης της κατάστασης του χρήστη.
Ένας εκπρόσωπος της εταιρείας είπε ότι η πραγματική δύναμη της Nanocomp βρίσκεται στην ικανότητά της να παράγει CNT σε μεγάλους όγκους. «Εξελισσόμαστε με τους συνεργάτες μας για να αποκτήσουμε το επίπεδο τεχνολογικής ετοιμότητας που χρειάζονται οι πελάτες και πρέπει επίσης να μπορούμε να προμηθεύουμε προϊόντα στους απαιτούμενους όγκους. Χρειάζεστε ένα ελικόπτερο για να πετάξετε γύρω από το κτίριο στο οποίο βρισκόμαστε και τότε θα έχετε μια εντύπωση για την κλίμακα της παραγωγής μας. Δεν υπάρχει κανένας υπαινιγμός νανο εδώ. Βρισκόμαστε σε μια έκταση 100000 τ. πόδια, εκ των οποίων το ένα τρίτο καταλαμβάνεται επί του παρόντος από την παραγωγή. Στους επόμενους 12 μήνες σκεφτόμαστε να επεκταθούμε κατά άλλο ένα τρίτο και σε δύο-τρία χρόνια θα αναλάβουμε ολόκληρο το κτίριο για την παραγωγή μας.
Εκτός από το έντυπο φύλλου CNT, το οποίο παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τα συστήματα προστασίας, η εταιρεία κατασκευάζει επίσης δομές από ίνες. Οι κατασκευαστές καλωδίων τα χρησιμοποιούν για να αντικαταστήσουν τα χάλκινα σύρματα, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως ενισχυτικό στοιχείο σε ορισμένες λύσεις προστασίας. Το CNT διατίθεται και σε μορφή ταινίας, ως υλικό θωράκισης, τυλίγεται γύρω από καλώδια.
Υλική εξέλιξη
Ο συνεργάτης της Nanocomp DuPont είναι το πιο γνωστό όνομα στα μαλακά προστατευτικά υλικά. Έχοντας αναπτύξει το Kevlar, που έχει γίνει οικιακός όρος στο κοινό, δεν σταμάτησε εκεί. Ενδιαφέρθηκε για την τεχνολογία CNT και απέκτησε την Tensylon High Performance Materials από την BAE Systems τον Ιούλιο του 2012, σκοπεύοντας να ενισχύσει την παρουσία της σε λύσεις προστασίας εφελκυσμού. Η Tensylon κατασκευάζει ταινία πολυαιθυλενίου εξαιρετικά υψηλού μοριακού βάρους για βαλλιστικά ένθετα σε θωράκιση σώματος, ασπίδες και πάνελ οχημάτων. Αυτή η συμφωνία προωθεί τον υγιή ανταγωνισμό με άλλους κατασκευαστές στον τομέα και μια πολύ πραγματική εισροή καινοτομίας.
Η ανάπτυξη των υλικών είναι αρκετά εμφανής, οι προγραμματιστές τροποποιούν και διυλίζουν συνεχώς μείγματα, υλικά υφάσματος και ίνες προκειμένου να ταιριάζουν με τα χαρακτηριστικά τους στις απαιτήσεις που προβάλλονται. Για παράδειγμα, τον Φεβρουάριο του 2013 στην έκθεση IDEX στο Άμπου Ντάμπι, η TenCate Advanced Armor παρουσίασε τη νέα βαλλιστική ασπίδα Targa-Light CX. Αυτή η ασπίδα έχει πιστοποίηση NIJ Level IV και με βάρος 17,2 κιλά, το TenCate είναι η ελαφρύτερη ασπίδα στην αγορά στην κατηγορία της.
Επίσης, τον Φεβρουάριο του 2013, το Βρετανικό Εργαστήριο Επιστήμης και Τεχνολογίας Άμυνας DSTL ξεκίνησε ένα έργο για την εύρεση νέων έξυπνων υλικών για το βρετανικό Υπουργείο Άμυνας. Ως μέρος αυτού του έργου, το Κέντρο Επιστήμης και Τεχνολογίας για Υλικά και Δομές στο DSTL αναζητά νέα υλικά και ευκαιρίες για τη δημιουργία μικρο- και νανοϋλικών που μπορούν να ανταποκριθούν σε εξωτερικές επιρροές και, όπως λέει ο οργανισμός, «με μια επιθυμία για επανάσταση παρά την εξέλιξη».
Οι τομείς ιδιαίτερου ενδιαφέροντος περιλαμβάνουν έξυπνες επιστρώσεις που δείχνουν και προειδοποιούν για ζημιές, έξυπνα υφάσματα με υφασμάτινα νήματα και προσαρμοστικές, «μορφοποιητικές» δομές που μπορούν να προσφέρουν βελτιωμένη απόδοση.
Αυτό φαίνεται να αντανακλά την άποψη του Kahn για τις αναδυόμενες τεχνολογίες. «Τώρα δεν αναρωτιόμαστε τι είναι δυνατό σε αυτόν τον τομέα και τι πρέπει να κάνουμε; Όταν ξεκινάς να συλλέγεις υλικά άτομο προς άτομο και παίρνεις βασικά αυτό που θέλεις να πάρεις, δεν υπάρχουν άλλα όρια».
«Έτσι, μεσοπρόθεσμα έως μακροπρόθεσμα, σίγουρα βλέπω υλικά που έχουν ιδιότητες που εμφανίζονται μόνο σε ταινίες επιστημονικής φαντασίας, όπως αυτοσχηματισμού Ρομπότ από την ταινία Terminator 2; Υπάρχουν πολύ λίγα επί του παρόντος στη βάση της επιστημονικής φυσικής, για τα οποία θα μπορούσε κανείς να πει «δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί». Το πραγματικό ερώτημα είναι, είναι εμπορεύσιμο, οικονομικά αποδοτικό;».
Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για την κατασκευή θωράκισης, όπου ο συνδυασμός γνωστών και ακόμη και νέων υλικών σε πολυεπίπεδες δομές παραμένει ένας εξαιρετικά αποτελεσματικός τρόπος ανάμειξης χαρακτηριστικών θωράκισης. «Στην πανοπλία, ο σχηματισμός στρωμάτων εξακολουθεί να είναι πραγματικά η ουσία των πάντων», είπε ο Καν. «Καθώς το βλήμα κινείται μέσα στο υλικό, θέλετε να συμβεί ένα γεγονός κατά την αρχική πρόσκρουση, ένα άλλο γεγονός να συμβεί όταν κινείται μέσα και ένα τρίτο σχέδιο γεγονότων να συμβεί όταν βγαίνει από την άλλη πλευρά».
«Ενώ μπορείτε να δημιουργήσετε ένα μονολιθικό υλικό (ελλείψει καλύτερου όρου) που αλλάζει τις ιδιότητές του καθώς κινείστε μέσα από αυτό, μπορεί να είναι πιο οικονομικό να σχηματίσετε το υλικό σε στρώματα, τα οποία θα σας δώσουν τις ιδιότητες που αναζητάτε. Πιστεύω ότι αυτή η κατάσταση θα συνεχιστεί στο ορατό μέλλον, όχι επειδή δεν μπορεί να γίνει, αλλά μάλλον λόγω της μεγαλύτερης οικονομικής απόδοσης αυτής της μεθόδου απόκτησης υλικών με στρώματα.
Τον Νοέμβριο του 2012, ανακοινώθηκε η Industry and Academia Alliance, που περιλαμβάνει την προστασία AIGIS Blast, BAE Systems, MIRA, Permali Gloucester, Sigmatex, TPS και το Πανεπιστήμιο του Nottingham. Αυτή η συσχέτιση θα διερευνήσει τις δυνατότητες των οικονομικών δομών πολλαπλών στρωμάτων και "πολυυλικών" για την παροχή βελτιωμένης ελαφριάς προστασίας από νάρκες και εκρήξεις αέρα και μείωση της πιθανότητας θρυμματισμού και απολέπισης του υλικού.
Αυτή η ομάδα ξεκίνησε την έρευνα με την ονομασία LiMBS (Lightweight Material & Structures for Blast and Ballistic Survivability - ελαφριά υλικά και δομές για εκρηκτικά και βαλλιστική επιβίωση). Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στην ανάπτυξη υλικών με επιφανειακή πυκνότητα σημαντικά χαμηλότερη από αυτή της ομοιογενούς έλασης θωράκισης, αλλά με ίσα επίπεδα εκρηκτικής και βαλλιστικής προστασίας. Αυτά τα υλικά πρέπει επίσης να είναι οικονομικά αποδοτικά για την κατασκευή και την επισκευή, κατάλληλα για μετασκευές και τροποποιήσεις και να έχουν μειωμένο θρυμματισμό.
Η αρχική έρευνα περιλαμβάνει δοκιμές θωράκισης βάσης Armox 370T, αλουμινίου, ινών άνθρακα, υαλοβάμβακα, ινών αραμιδίου και Tabreshield.
Η Tortech, η κοινοπραξία της Plasan με το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, αναπτύσσει μια μέθοδο για τη μαζική παραγωγή νανοσωλήνων άνθρακα που ανταγωνίζονται την τιμή των τυπικών ινών άνθρακα.
Υλικά που χρησιμοποιούνται:
Jane's International Defense Review Απρίλιος 2013
http://www.jankel.com
http://www.monch.com
http://www.plasansasa.com