電熱化学技術

電熱化学（ETC）技術は、砲身内の推進剤の膨張の予測可能性と速度を改善することにより、将来の戦車、大砲、近接戦闘兵器システム^[1]の砲の精度と砲口エネルギーを向上させる試みである。

電熱化学銃はプラズマ カートリッジを使用して弾薬の推進剤を点火および制御し、電気エネルギーを使用してプロセスをトリガーします。 ETC により、従来の固体推進剤の性能が向上し、推進剤の膨張に対する温度の影響が軽減され、より高度で高密度の推進剤を使用できるようになります。

この技術は1980年代半ばから開発が進められ、1993年には米国陸軍研究所、サンディア国立研究所、およびFMCコーポレーション、ジェネラル・ダイナミクス・ランド・システムズ、オーリン・オードナンス、ソレク原子力研究センターなどの防衛産業請負業者によって積極的に研究されていました。^{[2]電熱化学砲の推進は、米国陸軍の将来の戦闘システム、および}ドイツや英国 などの他の国の戦闘システムに不可欠な部分になる可能性があります。電熱化学技術は、レールガンやコイルガンなどのすべての電気銃技術を網羅する広範な研究開発プログラムの一部です。

装甲と徹甲弾との絶え間ない戦いにより、主力戦車設計は継続的に進化してきた。アメリカの対戦車兵器の進化は、ソ連の戦車と戦うための要件にまで遡ることができる。1980年代後半には、未来型ソ連戦車（FST）の防御レベルは、最大厚で均質圧延装甲相当の700mmを超える可能性があると考えられており、当時のM829 徹甲フィン安定型投射サボに対して実質的に耐性があった。^[3] 1980年代、NATOがソ連の装甲技術の進歩に対抗するために利用できる最も直接的な方法は、140mm主砲の採用であったが、これにはより大きな砲尾と弾薬を組み込めるように砲塔を再設計する必要があり、何らかの自動装填装置も必要であった。^[4] 140mm砲は暫定的な解決策と考えられていたが、ソ連崩壊後、砲口エネルギーの増加は重量増加に見合わないと判断された。そのため、必要な砲口エネルギーを供給できる他のプログラムの研究に資金が費やされた。最も成功した代替技術の1つは、依然として電熱化学点火である。

砲技術の進歩に関する提案のほとんどは、固体燃料を単独の推進システムとして使うと、もはや必要な砲口エネルギーを供給できないという仮定に基づいている。この要件は、ロシアのT-90主力戦車の登場によって強調された。ラインメタルが導入した新しいドイツの120 mm L/55 ^[5]などの現在の砲身の延長は、必要な砲口速度の増加が得られないため、暫定的な解決策にすぎないと考えられている。^[6] 米国のM829A3などの高度な運​​動エネルギー弾薬でさえ、将来の脅威に対する暫定的な解決策にすぎないと考えられている。^[7]その意味で、固体燃料は役目を終えたと考えられているが、新しい技術が成熟するまで、少なくとも今後10年間は​​主要な推進方法であり続けるだろう^{[明確化が必要]}。^[8]

ETC技術は中程度のリスクのアップグレードを提供し、さらなる改良がほとんど必要ないため、成熟しているとみなせるレベルまで開発されている。^[要出典] 軽量のアメリカ製120 mm XM291は、140 mm砲の最低砲口エネルギー範囲である17 MJの砲口エネルギーに近づいた。^[9] しかし、XM291の成功はETC技術の成功を意味するものではない。プラズマ点火プロセスなど、推進システムの重要な部分はまだ理解されておらず、完全に開発されていないためである。それでも、ETC技術は実行可能であり、開発を継続する価値があるという十分な証拠が存在している。さらに、現在の砲システムに統合することもできる。^[10]

電熱化学砲はプラズマカートリッジを使用して弾薬の推進剤を点火および制御し、プロセスを開始するための触媒として電気エネルギーを使用します。これはもともとジョン・パーメントラ博士が米国陸軍のために研究したもので、標準的な固体燃料戦車砲の非常に有力な後継機に成長しました。研究の開始以来、米国はXM291砲プロジェクトに400万ドル、基礎研究に30万ドル、応用研究に60万ドルの資金を提供してきました。^[要出典] それ以来、必要なレベルの効率はまだ達成されていませんが、機能することが証明されています。ETCは従来の固体推進剤の性能を向上させ、推進剤の膨張に対する温度の影響を減らし、より高度で高密度の推進剤を使用できるようにします。また、点火時に推進剤のガスをよりスムーズに拡散させるため、同じ銃口エネルギーを提供する他の技術と比較して、銃身にかかる圧力も軽減されます。^[11] 現在、プラズマ始動には、フラッシュボード大面積エミッター（FLARE）と三重同軸プラズマ点火装置（TCPI）の2つの主要な方法があります。

フラッシュボードは、プラズマまたは紫外線の広い領域を提供するために、いくつかの平行なストリングで実行され、ダイヤモンドのギャップの破壊と蒸発を使用して必要なプラズマを生成します。これらの平行ストリングはチューブ内に取り付けられ、ギャップがチューブの軸に対して方位角になるように配置されています。高圧空気を使用して空気を移動させることで放電します。^[12] FLAREイニシエーターは、プラズマの放出、または紫外線熱放射の使用によっても推進剤を点火できます。^[13] 固体推進剤の吸収長は、プラズマ源からの放射によって点火するのに十分です。ただし、FLAREはおそらく最適な設計要件に達しておらず、FLAREとその動作をさらに理解することは、テクノロジーの進化を確実にするために絶対に必要です。FLAREがXM291ガンプロジェクトに、推進剤を点火して17MJの銃口エネルギーを達成するのに十分な放射熱を提供したとしたら、完全に開発されたFLAREプラズマ点火装置の可能性は想像することしかできません。現在研究されている分野には、プラズマが放射線を通じて推進剤にどのような影響を与えるか、機械的エネルギーと熱を直接的に放出し、ガスの流れを駆動する方法などがある。これらの困難な課題にもかかわらず、FLAREは将来のETC銃への応用に最も可能性のある点火装置と考えられている。^[14]

同軸点火装置は、完全に絶縁された導体で構成され、4 本のアルミホイルで覆われています。このすべては、直径約 1.6 cm の小さな穴が開いたチューブでさらに絶縁されています。このアイデアは、導体を通る電流を使用し、その電流を爆発させて蒸気にし、それをプラズマに分解するというものです。その結果、プラズマは絶縁チューブ全体に開いた一定の穴から逃げ出し、周囲の推進剤を点火します。TCPI 点火装置は、弾丸ごとに個別の推進剤ケースに取り付けられます。ただし、TCPI はフィンを損傷する可能性があり、FLARE 点火装置ほど効率的にエネルギーを供給できないため、推進剤点火の実行可能な方法とは見なされなくなりました。^[15]

XM291は、機能している電熱化学砲の現存する最良の例である。これは、デュアル口径アプローチを使用した、より重い口径の140 mm砲の代替技術であった。これは、140 mm弾を受け入れ、120 mm砲身と135 mmまたは140 mm砲身の両方を搭載できるほど大きな砲尾を使用している。XM291はまた、既存のM256 L/44主砲よりも大きな砲身と点火室を搭載している。^[16] 電熱化学技術の応用により、XM291は、低レベルの140 mm砲に匹敵する砲口エネルギー出力を達成することができ、同時に、より大きな140 mm砲よりも高い砲口速度を達成している。^[17] XM291は、ETC技術が実行可能であることを意味するものではないが、それが可能であるという例を提供している。

ETC は、レールガンやコイルガンに比べて、バッテリーなどの外部ソースからのエネルギー入力がはるかに少なくて済みます。テストでは、推進剤によるエネルギー出力が、ETC ガンの外部ソースからのエネルギー入力よりも高いことが示されています。^[18] 比較すると、レールガンは現在、エネルギー入力量よりも高い銃口速度を達成できません。50% の効率であっても、運動エネルギー 20 MJ の発射体を発射するレールガンには、レールに 40 MJ のエネルギー入力が必要であり、50% の効率はまだ達成されていません。^[19] これを視覚的に表すと、9 MJ のエネルギーで発射するレールガンには、コンデンサからおよそ 32 MJ 相当のエネルギーが必要になります。現在のエネルギー貯蔵の進歩により、2.5 MJ/dm ^{3という高いエネルギー密度が可能になっています。つまり、32 MJ のエネルギーを供給するバッテリーには、1 発あたり 12.8 dm 3}の容積が必要になります。これは現代の主力戦車、特に既存のモデルよりも軽量に設計された戦車に使用するには現実的な容量ではありません。^[20] 小さな爆発力でプラズマカートリッジを点火することで、ETC点火における外部電源の必要性を排除することについての議論さえありました。^[21]

さらに、ETC 技術は固体推進剤にのみ適用できるわけではありません。銃口速度をさらに上げるために、電熱化学点火を液体推進剤で使用できますが、これにはプラズマ点火のさらなる研究が必要になります。ETC 技術は、射撃中に車両に伝わる反動の量を減らす既存のプロジェクトとも互換性があります。当然のことながら、17 MJ 以上の発射体を発射する銃の反動は、ニュートンの運動の第 3 法則に従って銃口エネルギーの増加に比例して増加し、反動軽減機構の実装が成功することは、ETC 駆動の銃を既存の車両設計に搭載する上で不可欠です。たとえば、OTO Melaraの新しい軽量 120 mm L/45 砲は、より長い反動機構 (550 mm) とペッパーポット マズル ブレーキを使用することで、25 t の反動力を達成しました。^[22] 反動の軽減は、サーマル スリーブの質量減衰によっても達成できます。 ETC 技術を既存の銃の設計に適用できるということは、将来の銃のアップグレードの際に、砲尾や砲身の口径を大きくするために砲塔を再設計する必要がなくなることを意味します。

いくつかの国は、ETC技術が将来的にも実行可能であるとすでに判断し、自国のプロジェクトに多額の資金を投入している。これらには、米国、ドイツ^[23]、英国などが含まれる。米国のXM360は、フューチャー・コンバット・システムズ 軽戦車に装備される予定で、 M1エイブラムスの次期砲アップグレードとなる可能性があるが、XM291をベースにしており、ETC技術またはETC技術の一部が搭載されている可能性があると伝えられている。この砲のテストは「精密点火」技術を使用して行われており、これはETC点火を指している可能性がある。

• 電磁発射シンポジウム
• http://www.powerlabs.org/electrothermal.htm