Kinetisk energi vapen

Homing Overlay-experimentet använde en metallfläkt som rullades upp under lanseringen och utökades under flygningen. Metallen har fem gånger så mycket destruktiv kraft som en explosiv stridsspets med samma vikt.

Ett kinetisk energivapen (även känt som kinetiskt vapen , kinetisk energistridsspets , kinetisk stridsspets , kinetisk projektil , kinetiskt dödande fordon ) är ett vapen baserat enbart på en projektils kinetiska energi istället för ett sprängämne eller någon annan typ av nyttolast .

Termen Hit-to-kill , eller kinetic kill , används också inom det militära flygfältet för att beskriva kinetiska energivapen. Den har använts främst inom anti-ballistiska missiler (ABM) och anti-satellit vapen (ASAT), men vissa moderna luftvärnsmissiler är också hit-to-kill. Hit-to-kill-system är en del av den bredare klassen av kinetiska projektiler, en klass som har utbredd användning inom pansarvärnsfältet .

Typiska vapen för kinetisk energi är trubbiga projektiler som stenar och runda skott , spetsiga som pilar och något spetsiga som kulor . Bland projektiler som inte innehåller sprängämnen finns de som avfyras från järnvägsvapen , spiralgevär och massförare , såväl som penetratorer för kinetisk energi . Alla dessa vapen fungerar genom att uppnå en hög mynningshastighet , eller initial hastighet, i allmänhet upp till hyperhastighet , och kolliderar med sina mål, och omvandlar den kinetiska energin som är associerad med den relativa hastigheten mellan de två objekten till destruktiva stötvågor och värme. Andra typer av kinetiska vapen accelereras över tiden av en raketmotor eller av gravitationen. I båda fallen är det denna kinetiska energi som förstör dess mål.

Grundläggande koncept

Kinetisk energi är en funktion av massan och ett föremåls hastighet. För ett kinetisk energivapen i flygfältet rör sig båda objekten och det är den relativa hastigheten som är viktig. I fallet med avlyssning av ett återinträdesfordon (RV) från en interkontinental ballistisk missil (ICBM) under inflygningens terminalfas, kommer husbilen att färdas i cirka 15 000 miles per timme (24 000 km/h) medan interceptorn vara i storleksordningen 7 000 miles per timme (11 000 km/h). Eftersom interceptorn kanske inte närmar sig frontalt kan en nedre gräns för den relativa hastigheten i storleksordningen 16 000 miles per timme (26 000 km/h) antas, eller omvandlas till SI-enheter, cirka 7150 meter per sekund.

Vid den hastigheten kommer varje kilogram av interceptorn att ha en energi av:

$KE={\frac {1}{2}}m{ v^{2}}={\frac {1}{2}}\ gånger 1\,\mathrm {kg} \times \left(7150\,\mathrm {\frac {m}{s}} \right) ^{2}=25 561 250\ \mathrm {J} \approx 26\ \mathrm {MJ}$

TNT har en explosiv energi på cirka 4853 joule per gram, eller cirka 5 MJ per kilogram. Det betyder att slagenergin för interceptorns massa är över fem gånger den för en detonerande stridsspets med samma massa.

Det kan tyckas som att detta gör en stridsspets överflödig, men ett hit-to-kill-system måste faktiskt träffa målet, vilket kan vara i storleksordningen en halv meter brett, medan en konventionell stridsspets släpper ut många små fragment som ökar möjligheten att påverkan över ett mycket större område, om än med en mycket mindre anslagsmassa. Detta har lett till alternativa koncept som försöker sprida ut den potentiella nedslagszonen utan sprängämnen. SPAD-konceptet från 1960-talet använde ett metallnät med små stålkulor som skulle frigöras från interceptormissilen, medan Homing Overlay-experimentet på 1980-talet använde en fläktliknande metallskiva.

När noggrannheten och hastigheten hos moderna yt-till-luft-missiler (SAM) förbättrades, och deras mål började inkludera ballistiska teatermissiler (TBM), har många befintliga system också övergått till hit-to-kill-attacker. Detta inkluderar MIM-104 Patriot , vars PAC-3-version tog bort stridsspetsen och uppgraderade raketmotorn för fast bränsle för att producera en interceptormissil som totalt sett är mycket mindre, samt RIM-161 Standard Missile 3 , som är tillägnad anti-missil roll.

Leverans

Vissa kinetiska vapen för att rikta in sig på objekt under rymdfärd är anti-satellitvapen och antiballistiska missiler . Eftersom det för att nå ett objekt i omloppsbana är nödvändigt att uppnå en extremt hög hastighet, räcker enbart deras frigjorda kinetiska energi för att förstöra deras mål; sprängämnen är inte nödvändiga. Till exempel: energin för TNT är 4,6 MJ/kg, och energin för ett kinetiskt dödande fordon med en stängningshastighet på 10 km/s (22 000 mph) är 50 MJ/kg. Som jämförelse motsvarar 50 MJ den kinetiska energin hos en skolbuss som väger 5 ton och som färdas i 509 km/h (316 mph; 141 m/s). Detta sparar kostsam vikt och det finns ingen detonation som kan tidsbestämmas exakt. Denna metod kräver dock direktkontakt med målet, vilket kräver en mer exakt bana . Vissa träff-till-döda stridsspetsar är dessutom utrustade med en explosiv riktad stridsspets för att öka dödssannolikheten (t.ex. Israelisk pilmissil eller US Patriot PAC-3 ).

När det gäller antimissilvapen har Arrow-missilen och MIM-104 Patriot PAC-2 sprängämnen, medan Kinetic Energy Interceptor (KEI), Lightweight Exo-Atmospheric Projectile (LEAP, används i Aegis BMDS ) och THAAD inte ( se Missile Defense Agency ).

En kinetisk projektil kan också släppas från flygplan. Detta tillämpas genom att ersätta sprängämnena i en vanlig bomb med ett icke-explosivt material (t.ex. betong), för en precisionsträff med mindre sidoskador ; dessa kallas betongbomber . En typisk bomb har en massa på 900 kg (2 000 lb) och en anslagshastighet på 800 km/h (500 mph). Det används också för att träna handlingen att släppa en bomb med sprängämnen. Denna metod har använts i Operation Iraqi Freedom och de efterföljande militära operationerna i Irak genom att matcha betongfyllda träningsbomber med JDAM GPS -styrningssatser för att attackera fordon och andra relativt "mjuka" mål placerade för nära civila strukturer för användning av konventionella höga explosiva bomber.

Fördelar och nackdelar

Den primära fördelen med vapnen med kinetisk energi är att de minimerar vapnets utskjutningsmassa, eftersom ingen vikt behöver avsättas för en separat stridsspets. Varje del av vapnet, inklusive flygplanet, elektroniken och till och med det oförbrända manöverbränslet bidrar till att förstöra målet. Att sänka fordonets totala massa ger fördelar när det gäller den erforderliga bärraketen som behövs för att uppnå önskad prestanda, och minskar också den massa som behöver accelereras under manövrering.

En annan fördel med vapen med kinetisk energi är att varje slag nästan säkert garanterar att målet förstörs. Däremot kommer ett vapen som använder en sprängfragmenteringsstridsspets att producera ett stort moln av små fragment som inte kommer att orsaka lika mycket förstörelse vid nedslaget. Båda kommer att producera effekter som lätt kan ses på långt avstånd med hjälp av radar eller infraröda detektorer, men en sådan signal kommer i allmänhet att indikera fullständig förstörelse i fallet med ett kinetisk energivapen medan fragmenteringsfallet inte garanterar en "död".

Den största nackdelen med de kinetiska energivapnen är att de kräver extremt hög noggrannhet i styrsystemet, i storleksordningen 0,5 meter (2 fot).

Se även

Förklarande anteckningar

Bibliografi

"Missile Defense: Meeting the Challenge Head On" . Lockheed Martin. 22 mars 2018.
"Kinetic Energy Hit-To-Kill Warhead" . GlobalSecurity.org .

externa länkar

Media relaterade till Kinetic Energy vapen på Wikimedia Commons