التكنولوجيا الكهروحرارية الكيميائية

تُعد تقنية الكهروحرارية الكيميائية ( ETC ⁾ محاولة لزيادة دقة وطاقة فوهة الدبابات المستقبلية والمدفعية وأنظمة الأسلحة القريبة [ ^{1 ]} من خلال تحسين القدرة على التنبؤ ومعدل تمدد المواد الدافعة داخل الماسورة.

يستخدم المدفع الكهروحراري الكيميائي خرطوشة بلازما لإشعال وقود الذخيرة والتحكم فيه، مستخدمًا الطاقة الكهربائية لتحفيز العملية. يُحسّن هذا النوع من المدفع أداء الوقود الصلب التقليدي، ويقلل من تأثير درجة الحرارة على تمدد الوقود، ويتيح استخدام أنواع وقود أكثر تطورًا وكثافة.

يجري تطوير هذه التقنية منذ منتصف ثمانينيات القرن الماضي، وفي عام ١٩٩٣، كانت تُجرى عليها أبحاث مكثفة في الولايات المتحدة من قِبل مختبر أبحاث الجيش ، ومختبرات سانديا الوطنية ، وشركات مقاولات الصناعات الدفاعية، بما في ذلك شركة إف إم سي ، وجنرال دايناميكس لاند سيستمز ، وأولين أوردنانس ، ومركز سوريك للأبحاث النووية . ^{[ ٢ ]} من المحتمل أن يصبح نظام الدفع الكهروحراري الكيميائي جزءًا لا يتجزأ من نظام القتال المستقبلي للجيش الأمريكي، وكذلك أنظمة دول أخرى مثل ألمانيا والمملكة المتحدة . تُعدّ تقنية الدفع الكهروحراري الكيميائي جزءًا من برنامج بحث وتطوير واسع النطاق يشمل جميع تقنيات الأسلحة الكهربائية، مثل المدافع الكهرومغناطيسية والمدافع الملفية .

أدى الصراع الدائم بين الدروع والقذائف الخارقة للدروع إلى تطوير مستمر لتصميم دبابات القتال الرئيسية . ويمكن تتبع تطور الأسلحة الأمريكية المضادة للدبابات إلى متطلبات مواجهة الدبابات السوفيتية . في أواخر ثمانينيات القرن الماضي، كان يُعتقد أن مستوى حماية دبابة المستقبل السوفيتية (FST) يمكن أن يتجاوز 700  ملم من مكافئ الدرع المتجانس المدرفل عند أقصى سماكة له، والذي كان محصنًا فعليًا ضد قذيفة M829 الخارقة للدروع ذات الزعانف المثبتة والقابلة للفصل . ^{[ 3 ]} في ثمانينيات القرن الماضي، كانت الطريقة الأسرع المتاحة لحلف الناتو لمواجهة التقدم السوفيتي في تكنولوجيا الدروع هي اعتماد  مدفع رئيسي عيار 140 ملم، لكن هذا تطلب إعادة تصميم البرج ليستوعب المؤخرة والذخيرة الأكبر حجمًا، كما تطلب نوعًا من الملقم الآلي. ^{[ 4 ]} على الرغم من أن مدفع 140  ملم كان يُعتبر حلاً مؤقتًا حقيقيًا، فقد تقرر بعد سقوط الاتحاد السوفيتي أن الزيادة في طاقة الفوهة التي يوفرها لا تبرر الزيادة في الوزن. لذا، تم توجيه الموارد نحو البحث في برامج أخرى يمكنها توفير طاقة الفوهة المطلوبة. ولا تزال تقنية الإشعال الكهروحراري الكيميائي من أنجح التقنيات البديلة.

تستند معظم التطورات المقترحة في تكنولوجيا الأسلحة إلى افتراض أن الوقود الصلب، كنظام دفع مستقل، لم يعد قادرًا على توفير طاقة الفوهة المطلوبة. وقد برز هذا الشرط جليًا مع ظهور دبابة القتال الرئيسية الروسية T-90 . ويُعتبر إطالة أنابيب المدافع الحالية، مثل المدفع الألماني الجديد عيار 120  ملم L/55، ^{[ 5 ]} الذي قدمته شركة راينميتال، حلًا مؤقتًا فقط، إذ لا يوفر الزيادة المطلوبة في سرعة الفوهة. ^{[ 6 ]} حتى الذخائر المتطورة ذات الطاقة الحركية، مثل ذخيرة M829A3 الأمريكية ، تُعتبر حلًا مؤقتًا فقط لمواجهة التهديدات المستقبلية. ^{[ 7 ]} ولهذا السبب، يُعتبر الوقود الصلب قد بلغ نهاية جدواه، على الرغم من أنه سيظل وسيلة الدفع الرئيسية للعقد القادم على الأقل، ريثما تنضج التقنيات الأحدث. ^{[ 8 ]}

تُقدّم تقنية ETC ترقية متوسطة المخاطر، وقد وصلت إلى مرحلة من النضج تجعل التحسينات الإضافية طفيفة للغاية. اقترب المدفع الأمريكي خفيف الوزن XM291 عيار 120 ملم من تحقيق طاقة فوهة تبلغ 17 ميغا جول، وهي أدنى طاقة فوهة لمدفع عيار 140 ملم. ^{[ 9 ]} مع ذلك، لا يعني نجاح XM291 نجاح تقنية ETC، إذ لا تزال هناك أجزاء رئيسية من نظام الدفع غير مفهومة أو مطورة بالكامل، مثل عملية إشعال البلازما. ومع ذلك، توجد أدلة قوية على جدوى تقنية ETC واستحقاقها للاستثمار في تطويرها. علاوة على ذلك، يُمكن دمجها في أنظمة المدفعية الحالية. ^{[ 10 ]}  

يستخدم المدفع الكهروحراري الكيميائي خرطوشة بلازما لإشعال وقود الذخيرة والتحكم فيه، مستخدمًا الطاقة الكهربائية كمحفز لبدء العملية. وقد طُوّر هذا المدفع في الأصل على يد الدكتور جون بارمينتولا لصالح الجيش الأمريكي، وتطور ليصبح خليفةً واعدًا لمدفع الدبابة التقليدي الذي يعمل بالوقود الصلب . منذ بداية البحث، موّلت الولايات المتحدة مشروع مدفع XM291 بمبلغ 4 ملايين دولار أمريكي، منها 300 ألف دولار للبحوث الأساسية و600 ألف دولار للبحوث التطبيقية. ومنذ ذلك الحين، ثبتت فعاليته، على الرغم من أن الكفاءة لم تصل بعد إلى المستوى المطلوب. يُحسّن نظام الإشعال الكهروحراري الكيميائي أداء الوقود الصلب التقليدي، ويقلل من تأثير درجة الحرارة على تمدد الوقود، ويتيح استخدام وقود أكثر تطورًا وكثافة. كما أنه يُقلل الضغط الواقع على فوهة المدفع مقارنةً بالتقنيات البديلة التي توفر نفس طاقة الفوهة، نظرًا لأنه يُساعد على نشر غاز الوقود بسلاسة أكبر أثناء الإشعال. ^{[ 11 ]} يوجد حاليًا طريقتان رئيسيتان لبدء البلازما: باعث البلازما ذو المساحة الكبيرة (FLARE) ومشعل البلازما المحوري الثلاثي (TCPI).

The XM291 is the best existing example of a working electrothermal-chemical gun. It was an alternative technology to the heavier caliber 140 mm gun by using the dual-caliber approach. It uses a breech that is large enough to accept 140 mm ammunition and be mounted with both a 120 mm barrel and a 135 mm or 140 mm barrel. The XM291 also mounts a larger gun tube and a larger ignition chamber than the existing M256 L/44 main gun.^[16] Through the application of electrothermal-chemical technology the XM291 has been able to achieve muzzle energy outputs that equate that to a low-level 140 mm gun, while achieving muzzle velocities greater than those of the larger 140 mm gun.^[17] Although the XM291 does not mean that ETC technology is viable it does offer an example that it is possible.

ETC requires much less energy input from outside sources, like a battery, than a railgun or a coilgun would. Tests have shown that energy output by the propellant is higher than energy input from outside sources on ETC guns.^[18] In comparison, a railgun currently cannot achieve a higher muzzle velocity than the amount of energy input. Even at 50% efficiency a rail gun launching a projectile with a kinetic energy of 20 MJ would require an energy input into the rails of 40 MJ, and 50% efficiency has not yet been achieved.^[19] To put this into perspective, a rail gun launching at 9 MJ of energy would need roughly 32 MJ worth of energy from capacitors. Current advances in energy storage allow for energy densities as high as 2.5 MJ/dm³, which means that a battery delivering 32 MJ of energy would require a volume of 12.8 dm³ per shot; this is not a viable volume for use in a modern main battle tank, especially one designed to be lighter than existing models.^[20] There has even been discussion about eliminating the necessity for an outside electrical source in ETC ignition by initiating the plasma cartridge through a small explosive force.^[21]

علاوة على ذلك، لا تقتصر تقنية الإشعال الكهروحراري الكيميائي (ETC) على الوقود الصلب فقط. لزيادة سرعة الفوهة بشكل أكبر، يمكن استخدام الإشعال الكهروحراري الكيميائي مع الوقود السائل، على الرغم من أن ذلك يتطلب مزيدًا من البحث في إشعال البلازما. تتوافق تقنية ETC أيضًا مع المشاريع القائمة لتقليل الارتداد الذي تتعرض له المركبة أثناء الإطلاق. من البديهي أن ارتداد المدفع الذي يطلق قذيفة بطاقة 17 ميجا جول أو أكثر سيزداد طرديًا مع زيادة طاقة الفوهة وفقًا لقانون نيوتن الثالث للحركة ، وسيكون التطبيق الناجح لآليات تقليل الارتداد أمرًا بالغ الأهمية لتركيب مدفع يعمل بتقنية ETC في تصميم مركبة قائم. على سبيل المثال، حقق مدفع OTO Melara الجديد خفيف الوزن عيار 120  ملم L/45 قوة ارتداد تبلغ 25 طنًا باستخدام آلية ارتداد أطول (550  ملم) ومكبح فوهة على شكل حبة فلفل. ^{[ 22 ]} يمكن أيضًا تقليل الارتداد من خلال تخفيف كتلة الغلاف الحراري. إن قدرة تقنية ETC على التطبيق على تصميمات المدافع الحالية تعني أنه بالنسبة لترقيات المدافع المستقبلية، لم تعد هناك حاجة لإعادة تصميم البرج ليشمل مؤخرة أكبر أو ماسورة مدفع ذات عيار أكبر.

لقد خلصت عدة دول إلى أن تقنية الإشعال الإلكتروني (ETC) مجدية للمستقبل، وقامت بتمويل مشاريع محلية بشكل كبير. ومن بين هذه الدول الولايات المتحدة وألمانيا ^{[ 23 ]} والمملكة المتحدة. ويُقال إن مدفع XM360 الأمريكي ، الذي كان من المخطط تجهيزه لدبابة نظام القتال المحمول ( FCS) الخفيفة، والذي قد يكون التحديث التالي لمدفع دبابة M1 أبرامز ، مبني على أساس مدفع XM291، وقد يتضمن تقنية الإشعال الإلكتروني (ETC) أو أجزاء منها. وقد أُجريت اختبارات على هذا المدفع باستخدام تقنية "الإشعال الدقيق"، والتي قد تشير إلى إشعال الإشعال الإلكتروني (ETC).

• ندوة الإطلاق الكهرومغناطيسي
• http://www.powerlabs.org/electrothermal.htm