Сфера защитных материалов необъятна и бурно развивается. Новые материалы расширяют технологическую основу для систем защиты личного состава и платформ вооружения. В тоже время меняются формы ведения бизнеса, который уходит от эксклюзивных поставщиков и других традиционных схем, общих для таких отраслей промышленности, как оборонная и обеспечения безопасности. Промышленность старается оперативно реагировать на расширяющиеся потребности военных заказчиков не только с целью «облегчения нагрузки», но и разработки не менее важных характеристик новых защитных материалов и систем броневой защиты.
В подтверждение можно привести слова руководителя направления средств нательной защиты в компании DSM Dyneema Марко Маника, который сказал в одном из интервью: «Мы производим самое прочное искусственное волокно, и это волокно DYNEEMA».
Отраслевой эксперт отнес решения компании DSM в сфере защиты к категории «новой волны или поколению баллистической защиты». Предложения компании, названные им «бескомпромиссными технологическими вершинами», сочетают легкие материалы и превосходные характеристики, обеспечивают комфорт наряду с другими качественными свойствами и предоставляют заказчикам «все, что им необходимо для выполнения ответственных задач».
Маник особо отметил слоистый композиционный материал марки НВ на основе волокон DYNEEMA в качестве одного из примеров технологического прорыва в сфере систем баллистической защиты. Действительно, «волокно DYNEEMA НВ не только в 15 раз прочнее стали, но имеет целый ряд реально востребованных свойств, которым мы уделяем самое пристальное внимание», — подчеркнул он, а на вопрос, что, прежде всего, хотят заказчики в этой сфере, ответил, что «они хотят иметь все более легкие варианты своей экипировки».
Комплекты защиты компании RUAG устанавливаются на самые разные машины, от легких автомобилей 4×4 до ОБТ, например как этот LEOPARD 2. Цифровой танк LEOPARD 2A4 имеет усиленную защиту крыши, бортов, не говоря уже о противоминной защите
С ним соглашается Шерил Ингстад, руководитель направления перспективной керамики в компании ЗМ: «Мы видим большой спрос в США и других странах на легкие системы защиты и именно здесь сконцентрированы наши усилия сегодня. Мы стремимся досконально выверить каждый аспект нашей работы — от технологии патентованных материалов и научно-исследовательской деятельности до слаженности нашего персонала и отточенности процессов производства, — чтобы предоставить легкие системы, снижающие нагрузку на военных, но при этом обеспечивающие требуемый уровень защиты».
Как представитель фирмы Ceradyne (входит в компанию ЗМ), Ингстад сообщила о том, что на сегодняшний день вооруженным силам США было поставлено более двух миллионов вкладышей для бронежилетов и более 100000 улучшенных боевых шлемов ЕСН (enhanced combat helmet).
Несмотря на свою относительно небольшую массу ЕСН «обеспечивает более высокий уровень противопульной и противоосколочной защиты, чем любой другой боевой шлем в истории, — заявила Ингстад. — По сравнению с другими, состоящими на вооружении шлемами такого же веса, ЕСН повышает уровень противопульной и противоосколочной защиты более чем на 35%».
Первые шлемы ECH поступили на вооружении американских военных в 2014 году.
В портфолио систем индивидуальной защиты компании Ceradyne входят также легкие улучшенные вставки для защиты от стрелкового оружия ESAPI (enhanced small arms protective insert), обеспечивающие защиту туловища от огня стрелкового оружия. Доступны вставки разных размеров, они вставляются в специальные внутренние отделы бронежилетов военнослужащих обоего пола. «Мы поставляем вкладыши для бронежилетов в Управление тылового обеспечения министерства обороны, которое затем выполняет заказы каждого отдельного подразделения», — заметил представитель компании Ceradyne.
Компания поставляет современные защитные вставки ESAPI разного веса. Нынешний контракт американского министерства обороны предусматривает поставку сверхмалых, малых и средних вставок, масса которых варьируется от менее 2 кг и до почти 2,5 кг. Компания Ceradyne также предлагает для бронежилетов большие и сверхбольшие вставки, которые имеют немного большую массу.
Ceradyne начала поставки вставок на месяц раньше графика в июне прошлого года. В соответствии с ним же компания должна завершить поставки по этому заказу в конце 2017 года.
Защита транспортных средств и их экипажей
Представитель компании RUAG Defence дал свою оценку проблемам и задачам в сфере защитных материалов для транспортных средств, которые, по сути, сводятся к поискам компромисса между экономической рентабельностью и максимально возможным снижением массы (внедорожная проходимость, переброска по воздуху и т.д.), а также решений, обеспечивающих защиту экипажей и самих машин от множества угроз, всё более динамичных и всё более смертоносных. Представитель RUAG Defence также заметил: «Очевидно, что специфические потребности отличаются от сценария к сценарию, но вы всегда пытаетесь найти совершенный баланс между уровнями защиты и подвижностью. Правы те, кто говорит об изменчивости угроз, но мы постоянно изучаем новые идеи в сфере материалов и конструктивных решений».
Далее представитель RUAG отметил размывание границ между сценариями современных угроз и вызовы, которые эти сценарии ставят перед поставщиками материалов и систем защиты. «Сценарии угроз теперь не такие уж и определенные, какими были ранее. Различие между симметричными и асимметричными военными действиями стирается на наших глазах, в настоящее время необходимы гибридные решения, способные закрыть гораздо больший диапазон угроз».
Компания RUAG стремится соответствовать нынешним глобальным вызовам и разрабатывает комплекты защиты, устанавливаемые на самые разные машины, начиная от легких бронеавтомобилей 4×4 и кончая основными боевыми танками, например LEOPARD 2, и в связи с этим портфолио компании в этом секторе постоянно расширяется.
Далее представитель швейцарской фирмы продолжил: «Для немецкой БМП PUMA мы поставляем противоминную защиту наряду с другими компонентами защиты. RUAG взялась за разработку комплексной противоминной защиты, защиты от СВУ (самодельных взрывных устройств) и бронебойных снарядов для австрийских и бельгийских бронемашин PANDUR I. Производство и поставки наших баллистических комплектов Roof PRO для головного производителя идут полным ходом».
Высокотехнологичное арамидное волокно впервые было получено в 70-х годах прошлого века. Молекулы этого искусственного волокна характеризуются относительно прочными полимерными цепочками. Эти молекулы связаны сильными водородными связями, которые очень эффективно передают механические нагрузки, что позволяет использовать цепочки с относительно небольшой молекулярной массой. Компания Tejin всегда ищет новые способы оптимизации своих решений и чутко реагирует на потребности своих заказчиков, разрабатывая новые марки арамидного волокна. Каждая марка, от Тwaron до Technora и от Teijinconex до Sulfron, имеет свои собственные уникальные свойства и сферы применения с тем, чтобы потребители получили снаряжение, максимально удовлетворяющее современным требованиям
Вице-президент компании Alcoa Defense Маргарет Косентино отметила еще одну параллельную и в какой-то степени конкурирующую тенденцию в сфере защиты транспортных средств. По ее словам, ранее большое внимание уделялось дополнительному бронированию машин, участвовавших в операциях в Ираке и Афганистане, а сейчас происходит возвращение к скорости, проходимости и маневренности как функциям повышения боевой живучести. «Например, в специальных операциях развертывают сверхлегкие автомобили для боевых групп. Компания Alcoa работает с научным сообществом американской армии в рамках своей новой программы Mobile Protected Firepower с тем, чтобы получить как можно больше информации об инновационных материалах и выбрать технологии для защищенной высокоточной системы для стрельбы прямой наводкой».
Продукция компании Alcoa Defense увеличивает жизненный цикл военных машин, в ее портфолио входят изделия как для существующих, так и для новых транспортных средств. Действительно, многокомпонентные изделия Alcoa, включая полученные экструзией, штамповкой, литьем, а также полный диапазон катаных изделий, встречаются на тактических колесных машинах и наземных боевых машинах, начиная от алюминиевой брони на джипах HMWWV (как реакция на СВУ) и тяжелых грузовых автомобилях повышенной проходимости НЕМТТ, и заканчивая алюминиевыми компонентами для новых платформ, например бронеавтомобиля JLTV.
«Первое, компания Alcoa Defense использует в своей деятельности очень большой ассортимент материалов, ведь наш бизнес поделен поровну между алюминиевыми, титановыми и никелевыми изделиями, что позволяет нам работать с военными и головными производителями конечной продукции с целью получения нужного материала, сплава и термообработки для удовлетворения требований к особым задачам, — пояснила Косентино. — Второе, мы делаем акцент на полной вертикальной интеграции, от материала к форме изделия, к мехобработке и окончательной сборке. Повышение эффективности компании Alcoa способствует росту эффективности наших заказчиков и их конкурентоспособности».
Еще один поставщик систем защиты в сфере военных машин — компания QinetiQ North America (QNA). Противоосколочные подбои этой компании LAST Armor Spall Liner установлены на различных машинах категории MRAP американского производства, а ее энергопоглощающие сиденья BlastRide установлены в БМП и БТР разных стран. Джеф Риу, руководитель систем повышения живучести в этой компании заметил: «Кроме того, наши пассивные решения для защиты от РПГ Q-NET установлены на более чем 13000 машин по всему миру, например, они обеспечивают защиту таких машин как MAXXPRO, ПЛ-АТУ, НЕММТ и STRYKER, а также платформ других стран. Система защиты Q-NET имеет потенциал для установки на некоторые варианты бронеавтомобиля JLTV американских армии и морской пехоты».
Компания QNA также разрабатывает системы индивидуальной защиты для самолетов и вертолетов, при этом господин Риу также поделился некоторыми рецептами «секретного соуса» своей компании, которые заключаются в том, чтобы максимально полно учитывать потребности ее заказчиков касательно стоимости, массы и характеристик конечного продукта для того, чтобы предоставить им наилучшее решение. «Мы достигли этого, работая с множеством материалов с превосходными характеристиками, включая катанную броневую сталь, различные сорта керамики и новейшие баллистические волокна высочайшего качества. Мы также работаем не покладая рук, разрабатывая новые инновационные решения, например наши энергопоглощающие сиденья и нашу технологию ослабления действия взрывной волны BlastPro».
Сотрудничество и партнерство
Одна из животрепещущих тем, затронутая в дискуссии представителей бизнеса защитных материалов, касается заключения соглашений с множеством поставщиков и других партнеров (в некоторых случаях речь идет о сотнях организаций) помимо соглашений по эксклюзивному партнерству, являющихся обычным делом в других сегментах оборонного рынка.
На примере своей компании Марко Маник рассказал о стремлении DSM к инновациям и оптимизации новых технологий в своей партнерской сети и о внутренних инвестициях на научные разработки.
Компания DSM предпочитает партнеров в оборонной и смежной с ней сфере обеспечения безопасности, и некоторые из этих партнеров имеют с ней более прочные связи благодаря своей способности внедрять технические новинки. «Если у нас есть партнер, который имеет способность вносить инновации быстрее всех, то он имеет преимущество, поскольку помимо наших изделий есть ведь и конечные продукты. Вот почему нам необходимо работать с партнерами, которые в какой-то мере соответствуют нашей скорости инноваций», — подчеркнул Маник.
Последним на данный момент бизнес-партнером компании DSM Dyneema стала фирма First Armour, дочернее предприятие KADDB Investment Group. В июне 2016 года First Armour показала легкую панель-вкладыш, носимую в комбинации с защитным жилетом. Новый вкладыш от First Armour изготовлен из материала Dyneema HB212. Этот слоистый композиционный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена отлично подходит для легких прочных систем защиты, который создаются с использованием технологии DYNEEMA Force Multiplier.
Легкие защитные вкладыши производства компании ЗМ Ceradyne обеспечивают защиту туловища от огня стрелкового оружия. Ceradyne начала поставки вкладышей для бронежилетов в июне 2016 года на месяц раньше срока. По графику компания должна завершить поставки по этому заказу к концу 2017 года
Компания First Armour в скором времени предложит системы нательной защиты нескольких типов на основе различных материалов с высокими характеристиками разработки компании DYNEEMA.
В начале прошлого года еще один партнер DSM, Point Blank Enterprises, представила свою систему нательной защиты ALPHA ELITE Black, расширяющую линейку изделий ALPHA ELITE. «Новейшая модель ALPHA ELITE Black, защищающая от пуль стрелкового оружия, представляет собой усовершенствование предыдущего продукта, поскольку снижает вес на 17% при том же уровне защиты», — говорится в пресс-релизе компании. В бронежилете ALPHA ELITE Black использована технология нового поколения DYNEEMA Force Multiplier от компании DSM.
Компания RUAG также не обходит стороной ни одну организацию в этой сфере, стремясь к взаимовыгодному сотрудничеству. Представитель RUAG пояснил, что компания «регулярно изучает рынок на предмет новых разработок и материалов; и мы гордимся качеством наших тестов и испытаний, которые мы проводим с целью точного определения защитных свойств материалов. Это позволяет RUAG адаптировать решения защиты под любое транспортное средство и угрозу при оптимальной массе и стоимости».
Господин Риу из QNA отметил: «Мы создали прочные связи с некоторыми ведущими производителями продвинутой керамики, баллистических материалов и композитных волокон. Использование этих связей позволяет нам разрабатывать и поставлять продукты, которые превосходят изделия наших конкурентов».
Компания DuPont является еще одним поставщиком, которая заняла «прочную позицию» в сфере поставки материала, используемого в различных приложениях. Например, технология синтетического волокна Кевлар находит самое разное применение — различные бронежилеты, вставки, шлемы, защита конечностей и бронирование транспортных средств. Все эти изделия повышают уровни живучести личного состава, при этом потребители получают защитный материал разной степени «мягкости» или «твердости» (распространенные термины в этом секторе). «Мягкой защитой называют жилеты и другие элементы снаряжения, которые зачастую изготавливаются из тканеволоконных материалов и других гибких структур для улучшения посадки по фигуре, комфорта и мобильности владельцев, — пояснил главный технолог компании DuPont Protection Solutions Джозеф Хованек. — Твердой защитой называют более жесткие композитные структуры, например вставки, шлемы, а также компоненты защиты транспортных средств, для которых компания DuPont в дополнение к Кевлару предлагает полиэтиленовые листы Tensylon».
Хованек рассказал об одном из аспектов бизнес-модели DuPont, заметив, что компания поставляет волокна, ткани и другие структуры из Кевлара ведущим производителям жилетов, шлемов и бронемашин, которое используют эти материалы в проектировании и производстве своей продукции. Отраслевой эксперт добавил: «Мы делаем упор на развитии локализованных решений, ведущие производители работают с четырьмя нашими крупными техническими центрами в разных странах».
Помимо QNA и других компаний, упомянутых ранее и поставляющих продукцию различным конечным пользователям, стоит отметить еще одну фирму, работающую в нескольких смежных областях. Компания Combat Clothing Australia (CCA) Protect является глобальным поставщиком в оборонном секторе и сфере систем безопасности, имея богатый опыт в создании и производстве баллистической защиты для людей, наземных платформ и авиации. Коммерческий директор компании Ли О’Шиа отметил, что «CCA Protect работает на рынках Австралии, Соединенных Штатов, Гонконга, Малайзии, Сингапура, ОАЭ, Новой Зеландии и Папуа — Новой Гвинеи».
В частности, компания CCA Protect поставляет твердые и мягкие системы нательной защиты вплоть до Уровня IV, а также броню для транспортных средств, способную противостоять противотанковым снарядам. О’Шиа продолжил: «Для обеспечения баллистической защиты вертолетов австралийских вооруженных сил UH-60 BLACKHAWK и СН-47 CHINOOK были выбраны продвинутые решения бронирования от компании CCA Protect. Производственные мощности CCA Protect позволяют изготавливать большие одинарные броневые панели, что делает их идеальным решением для австралийского проекта Land 400 Phase 2». В рамках этого проекта Австралия обновит и модернизирует свой парк боевых разведывательных машин.
Компания CCA Protect для удовлетворения требований своих зарубежных заказчиков проводит тщательный анализ решений с целью достижения баланса между стоимостью, мобильностью, защитой и массой. О’Шиа в заключение сказал, что «быстро меняющееся боевое пространство постоянно способствует продвижению инноваций в промышленности баллистической защиты. Современные производство и опытные инженеры компании CCA Protect позволяют выполнять эти сложные задачи. Сочетание продвинутых композиционных материалов и уникальных методик соединения материалов позволяет создавать сверхлегкие, прочные и тонкие защитные материалы».
Швейцарская компания Garant разрабатывает современные решения баллистической защиты FirmLiner и FlexLiner для приложений разных типов. Наряду с применением новейших материалов, являющихся следствием интенсивной научно-исследовательской деятельности, компания Garant также обладает богатым опытом, полученным при выполнении долгосрочных программ совместно с поставщиками материалов и конечными потребителями. К популярным и широко используемым материалам относятся параарамид, полиэтилен, полипропилен и стекловолокно.
Прозрачная шпинельная керамика для морских приложений
Прозрачная шпинель (MgAl2O4) в настоящее время является предпочтительным материалом для использования в различных морских и других оборонных приложениях. Она представляет собой кристаллический материал с кубический решеткой, который всё в больших масштабах используется для защиты различных корабельных систем, включая сенсоры, защитные и «умные» материалы и вооружение.
Алюмомагнезиальная шпинель является одним из кандидатов на роль прочного наружного слоя в прозрачной броне. На рисунке листы двух типов, мелкозернистая шпинель с номинальным средним размером зерен 0,6 микрон и 1,6 микрон и бимодальная зернистая шпинель с крупными зернами размером 250 микрон в мелкозернистой (5-20 микрон) матрице толщиной 6 мм, которые обстреляны бронебойными пулями калибра 7,62 мм на скоростях 850 м/с и 1100 м/с. Также показан лист оксинитридного алюминия (AION) — продвинутая прозрачная поликристаллическая керамика (изготовленная из порошка) с кубической кристаллической шпинельной структурой
Вдобавок к высокой прочности шпинельная керамика обладает превосходной пропускной способностью, начиная от ультрафиолетовых лучей (0,2 мкм) и заканчивая средней инфракрасной областью спектра (5 мкм). Для оптронных мачт атомных подводных лодок американских ВМС класса VIRGINIA используется одинарное стекло из шпинели, что повышает живучесть и значительно снижает объем обслуживания и стоимость жизненного цикла. Ранее на оптронной мачте производства L-3 КЕО устанавливалось кремниевое стекло и кристаллический германий для пропуска видимого света и лучей в средней инфракрасной области спектра соответственно. Оба этих материала, однако, оказались недостаточно прочными и склонными к повреждениям, несмотря на тот факт, что их толщина составляла по 3,8 см. Проблема состояла в том, как изготовить окно из толстой шпинели. По данным исследований, шпинельная керамика толщиной 3,8 см, процесс изготовления которой основан на горячем прессовании, имеет очень хорошие оптические свойства.
Мостик американского эсминца класса ZUMWALT (DDG 1000) также оснащен большими окнами высокой прочности, которые пропускают видимый свет и ИК-волны с длиной волны 5 мкм и которые должны выдерживать удары волн силой до 0,56 кг/см2. Поскольку процесс горячего прессования масштабируется до больших размеров, окно мостика может быть изготовлено из одного большого куска шпинели. И наоборот, оно может быть изготовлено посредством краевой диффузии, соединяющей два или более мелких окон в одно. Подразделение по прикладной оптике Научно-исследовательской лаборатории ВМС США (NRL) продемонстрировало осуществимость обоих этих подходов.
В Лаборатории отметили, что традиционным методом высокотемпературного выращивания из расплава (>2000°С) из монокристаллической шпинели сложно изготовить лист размерами более нескольких миллиметров. В процессе решения этой проблемы в NRL определили, что плохое качество коммерческой шпинельной керамики связано с неравномерным смешением спекающей добавки (фторид лития) с порошком шпинели, что ведет к пористости и захвату (остатку в конечном продукте) этой самой спекающей добавки. Ученые из NRL разработали патентованный процесс равномерного покрытия спекающей добавкой каждой частицы порошка шпинели, который позволяет удаление добавки во время процесса горячего прессования при температуре около 1600°С. По данным NRL, это позволяет изготавливать полностью уплотненную однородно прозрачную шпинельную керамику с высокими оптическими свойствами, при этом процесс масштабируем и позволяет изготавливать большие окна.
Созданная для агрессивной среды
Прозрачная шпинельная керамика применяется и в других оборонных приложениях. Среди них лазеры большой мощности, разрабатываемые для оружия направленной энергии. С оптической точки зрения одним из самых проблемных мест является выходная линза (окно), поскольку стекло для таких систем не имеет достаточно хороших тепловых, оптических и механических свойств. Причина в том, что окна из стекла обладают очень низкой теплопроводностью, приводящей к термическому удару. По словам ученых из NRL, небольшая прочность стекла также не позволяет использовать его в агрессивных средах. С другой стороны, превосходная прочность шпинели позволяет применять ее в неблагоприятных условиях, а ее высокая прочность позволяет использовать более тонкие окна, что снижает массу. Лаборатория NRL разработала технологию сверхчистого порошка шпинели, который был использован для изготовления шпинельной керамики с рекордно низкими потерями на поглощение 6 ррm (частиц на миллион)/см при длине волны 1,06 мкм.
Шпинельная керамика с высокими оптическими свойствами также используется для изготовления прочных теплопрозрачных обтекателей для ракет, пропускающих инфракрасный сигнал. Как пишут в открытых источниках, существующие материалы, например кристаллический кремний, непрочны и не обеспечивают пропускание видимого света. Другой материал, сапфир (a-Al2O3) имеет ограниченное пропускание при длине волны 5мкм. Сапфир чрезвычайно стоек к механическим повреждениям, поскольку имеет замечательную твердость (9 по шкале Мооса); это самый твердый материал после алмаза и карборунда (a-SiC). Но шпинель отлично пропускает видимый свет и имеет лучший коэффициент пропускания по сравнению с сапфиром на длине 5 мкм. Стремясь продемонстрировать практическую применимость шпинели, ученые из NRL изменили процесс горячего прессования и с успехом изготовили обтекатели из этого материала.
Доступность шпинельной керамики с высокими оптическими свойствами также позволит изготавливать легкие противовзрывные экраны и очки для индивидуальной защиты от СВУ, а также конформные окна для систем наблюдения. Исследования, проведенные в 2013 году, показали, что алюмомагнезиальная шпинель является отличным кандидатом на наружные упрочненные слои прозрачной брони. Исследователи, проводившие систематические исследования осколкообразования трех типов шпинельной керамики, доказали, что режим осколкообразования является одним из ключевых параметров, влияющих на баллистическое сопротивление керамики.
Австралийская компания CCA Protect поставляет свою продукцию для оборонной сферы и сферы обеспечения безопасности, имея успешный опыт в проектировании и производстве баллистической защиты для людей, транспортных средств и авиации. Компания для удовлетворения требований своих зарубежных заказчиков проводит тщательный анализ решений с целью достижения баланса между стоимостью, мобильностью, защитой и массой
/Alex Alexeev, topwar.ru/
