I moderni AFV, come l'M1117 ASV nella foto, sono solitamente protetti da un'armatura strutturale principale in acciaio e alluminio più componenti di protezione aggiuntivi realizzati in varie leghe, ceramiche, compositi o una combinazione di questi.
Per gli Stati Uniti e i suoi partner strategici è chiara la necessità di migliorare le capacità di difesa e armatura per soddisfare gli impegni tattici attuali e previsti. La missione multinazionale a guida americana in Afghanistan, che sta ancora cercando la sua logica conclusione, trarrà beneficio dalle lezioni apprese in Iraq riguardo alle missioni e alle esigenze di protezione delle sue truppe e alla strategia per nuove iniziative per sviluppare sistemi di difesa
Il sistema di difesa e prenotazione (SPB) (un altro termine per la difesa strutturale) è uno strumento strategico perché ha un effetto notevole su sistemi e risorse critici e ha anche un impatto diretto sul caccia. Ciò vale principalmente per ambienti operativi asimmetrici in cui le minacce alle postazioni fisse e alla sicurezza perimetrale, nonché alle truppe smontate e ai veicoli di pattuglia, sono particolarmente acute. Mentre questi scontri si evolvono rapidamente, la presenza di sistemi di allerta elettronici, combinati con efficaci soluzioni difensive, può spesso dare ai militari un vantaggio decisivo, consentendo loro di sopravvivere, contrattaccare e dominare. Al contrario, l'assenza di un'infrastruttura adeguata o efficace per difendere le proprie forze può lasciare sia i combattenti che i non combattenti vulnerabili a tattiche di imboscata, e questa è una delle lezioni chiave, anche se fa riflettere, delle moderne operazioni nei teatri di guerra regionali.
Aspetti chiave
L'armatura strutturale si riferisce a quei tipi di materiali strategici che sono resistenti agli attacchi balistici e che possono essere integrati in sistemi di trasporto fissi, trasportabili o mobili e soluzioni di protezione balistica personale. Nella produzione di SZB possono essere utilizzati materiali tradizionali come acciaio e alluminio o cemento armato, nonché materiali avanzati come nanomateriali e compositi ceramici. Alcuni esempi di applicazioni di armature strutturali includono la produzione di strutture permanenti e temporanee come torri di avvistamento, furgoni di truppe o di sicurezza, sistemi di protezione dei veicoli e protezione personale dei combattenti. Questi ultimi possono includere scudi indossabili o sistemi di protezione dei checkpoint e posizioni di combattimento corazzate trasportabili.
Tre tentativi di creare un concetto di esoscheletro: progetti BLEEX, Raytheon SARCOS e Lockheed Martin HULC
Di conseguenza, i sistemi di protezione e prenotazione (SPB) possono essere di grande aiuto per aumentare la sopravvivenza tattica e strategica in combattimento e in altri ambienti ad alto rischio. Sono un fattore chiave nei programmi per proteggere le loro forze. Sono anche la base per contrastare molti tipi di attacchi asimmetrici, come mine stradali e giochi di ruolo durante missioni in ambienti urbani e operazioni di controinsurrezione. Poiché possono essere creati da compositi leggeri e altri materiali avanzati ed esotici, possono anche essere utili nell'area della gestione delle firme per le infrastrutture protette, come la copertura dei veicoli con più materiali di mascheratura dai radar a terra. In effetti, possiamo dire che le applicazioni di SZB sono molto diverse, così come i materiali con cui possono essere realizzati.
Alcuni dei materiali da cui sono formati gli SZB possono essere classificati come materiali esotici e nuovi, ovvero quelli che hanno nuove proprietà oltre alle capacità dei materiali tradizionali. Ad esempio, i nanomateriali, compresi i nanotubi e le nanofibre, nonché i materiali compositi avanzati, possono migliorare le prestazioni delle armature. Le strutture in sospette aree non di combattimento, che in precedenza erano considerate dotate di un basso grado di difesa per gli attacchi di combattimento, sono ora incluse nei piani di attuazione della SZB. Il National Defense Authorization Act del 2012, ad esempio, prevede un aumento degli standard di sicurezza nei progetti di costruzione militare, nella creazione e nell'ammodernamento delle infrastrutture esistenti negli Stati Uniti e nei paesi della NATO. Nell'edilizia del settore privato, anche i requisiti SOC per nuovi progetti di costruzione e ristrutturazione di edifici esistenti stanno aumentando a causa di considerazioni di sicurezza, ergonomiche e ambientali, poiché la protezione strutturale ha anche la capacità di ridurre il rumore e aumentare l'isolamento termico. Tuttavia, i requisiti per la protezione dei combattenti rimangono una delle maggiori preoccupazioni per i pianificatori militari.
Il Corpo degli Ingegneri degli Stati Uniti (USACE) è responsabile dei programmi del governo degli Stati Uniti per costruire infrastrutture militari, civili e di sicurezza nazionale sia a livello globale che nazionale. Forse il progetto più famoso costruito dall'USACE, il Pentagono, ricorda l'importanza dei programmi SIS e la loro rilevanza per le operazioni in corso e le missioni di sicurezza nazionale e di protezione delle truppe. La costruzione fu completata nel 1941, con una piccola quantità di metallo utilizzata a causa della carenza di materie prime strategiche durante il tempo di guerra, il Pentagono fu costruito quasi interamente in cemento armato. Nella conclusione dello studio dell'American Society of Civil Engineers sulle condizioni dell'edificio subito dopo l'11 settembre, è stato affermato che elementi del design e della costruzione originali del Pentagono hanno contribuito alla sua resilienza durante l'attacco del jet di linea, limitata distruzione fisica e perdita di vite umane. Le caratteristiche progettuali di integrità, ridondanza e assorbimento energetico sono state evidenziate nella relazione di gruppo. Ha affermato che tali elementi "dovrebbero in futuro essere inclusi nei progetti di edifici e altre strutture in cui la resistenza alla distruzione progressiva è considerata molto importante".
Proprietà e requisiti simili, se non identici, si applicano alle strutture governative fisse e mobili in patria e all'estero, grandi e piccole, e dovrebbero includere miglioramenti della sicurezza come la resistenza agli attacchi balistici come elementi strutturali incorporati per proteggere dalle minacce realisticamente previste. Di conseguenza, gli SZB sono di importanza fondamentale per l'intera gamma di sforzi militari e civili ed è probabile che diventino comuni in futuro.
Regole pratiche per creare protezione
Sistemi monolitici
Più forte è, meglio è, la forza "adeguata" distruggerà il proiettile
Più è duro, meglio è, la tenacità "adeguata" resiste alla rottura
Più è spesso, meglio è
Più è difficile, meglio è
Un piatto spesso è meglio di due piatti a strati sottili
Maggiore è la pendenza (angolo di incontro) meglio è
Sistemi multimateriale (ibridi)
Più solido non è sempre migliore, ma di solito è presente un rivestimento duro
Duro non è sempre meglio, ma di solito è presente una base dura
Più spesso non è sempre meglio
Più difficile non è sempre meglio
Due piatti sottili possono essere meglio di uno spesso
Più pendenza non è sempre migliore
Vantaggi adattivi
I materiali delle armature tradizionali hanno mostrato limiti di fronte alle nuove sfide alla sicurezza, mentre i materiali avanzati, inclusi compositi e nanomateriali, hanno dimostrato vantaggi significativi rispetto ai sistemi più vecchi, aumentando la capacità di sopravvivenza del soldato anche in condizioni estreme.
Le carenze dei sistemi di difesa esistenti potrebbero essere, forse, una delle eredità della Guerra Fredda. Le dottrine militari di quel tempo non si concentravano su operazioni militari in aree edificate (termine inglese MOBA - Mobility Operations For Built-up Areas) o operazioni militari in condizioni urbane (termine inglese MOUT - Military Operations in Urban Terrain). Allo stesso modo, le dottrine emerse dopo la Guerra del Golfo erano basate su capacità dispiegabili ad alta tecnologia e alta precisione in scenari di shock e timore reverenziale con un lasso di tempo limitato. Questo, ovviamente, non è avvenuto in Iraq, dove sistemi e tattiche offensive ad alta tecnologia erano di primaria importanza nelle prime fasi del conflitto, e la necessità di mantenere il ritmo operativo per un lungo periodo di tempo è diventata critica.
Gli SZB offrono vantaggi alle forze coinvolte in operazioni a lungo termine a livello di teatro o regionale, comprese quelle che si verificano nel contesto delle campagne MOUT. Molti di questi vantaggi, ad esempio, nella protezione di armi e oggetti di valore in presenza di alto rischio, sono evidenti, altri sono meno evidenti. Questi possono includere problemi di sicurezza ambientale ed ergonomica e l'indurimento, la sigillatura e la protezione dell'elettronica da combattimento e di altre infrastrutture informative critiche da impatti asimmetrici potenzialmente dannosi. Tuttavia, SZB come insieme di tecnologie avrà anche un significato più ampio di quelle che attraversano l'intero campo della tecnologia di difesa. Ciò è dovuto al fatto che l'armatura strutturale è un settore tecnologico comune per tutti i rami dell'esercito, che interessa altre applicazioni di difesa e categorie di attrezzature militari, compiti e applicazioni di sicurezza nazionale.
Quanto sopra può essere ampliato. L'SZB dovrebbe essere incluso nei requisiti per la protezione degli impianti nucleari e strategici (a causa della sua idoneità per sistemi fissi, semi-mobili e completamente mobili in tutte le condizioni di combattimento), i settori militare e civile nelle aree edificate non combattenti (perché gli edifici beneficeranno di misure di sicurezza e nuovi metodi di costruzione che aumentino la resilienza al terrorismo e ai disastri naturali come uragani e terremoti), modernizzazione e iniziative per trasformare le truppe, combattere l'elettronica e l'elaborazione dei dati (per la sua capacità di migliorare la protezione delle infrastrutture elettroniche) e veicoli da combattimento (grazie alla loro capacità di creare una protezione balistica affidabile per il personale mobile).
Struttura di un tipico pannello sandwich di armatura trasparente
La struttura in vetro utilizzata dalla maggior parte dei produttori di vetro antiproiettile: prima vetro come strato esterno, diversi strati di vetro e polivinilbutirrale nel mezzo, poi poliuretano e infine policarbonato. Il vantaggio di questo metodo risiede nella capacità del policarbonato di espandersi e "catturare" i detriti formati dalle superfici in vetro più dure. Questa espansione è possibile oltre due pollici.
I NWB sono anche allineati con le iniziative di riforma del bilancio. Questo perché alcune applicazioni in quest'area tecnologica consentono l'ammodernamento e la ristrutturazione di strutture e sistemi esistenti a basso costo e la creazione di un'infrastruttura completamente nuova, che a sua volta consente i benefici di un budget stabile per altre componenti dei programmi di modernizzazione complessivi e iniziative. Ad esempio, il budget 2010 del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha stanziato 1,4 miliardi di dollari per programmi di sviluppo militare, 15,2 miliardi di dollari per iniziative di protezione delle truppe (la più grande richiesta singola dopo la spesa per l'intelligence militare) e 1,5 miliardi di dollari per combattere gli IED (dispositivi esplosivi improvvisati). Gli SPB possono migliorare l'efficienza dei costi in questi settori della difesa. Di conseguenza, è una tecnologia con pagamenti potenzialmente elevati per lo sviluppo di programmi per la sicurezza nazionale e internazionale e la lotta al terrorismo, come ambasciate e altri progetti di ingegneria a lungo termine, per proteggere i VIP e proteggere il personale coinvolto in situazioni critiche.
Altri vantaggi dell'adozione di SZB e della loro integrazione nello sviluppo di programmi militari includono il fatto che i materiali stessi e i metodi avanzati della loro produzione e successiva lavorazione e perfezionamento condividono una piattaforma di base comune per lo sviluppo nel campo dei materiali esotici e avanzati, tra cui nanomateriali. Possono essere incorporati nell'SZB per fornire funzionalità aggiuntive, come una matrice di sensori incorporati e dati biometrici, che a loro volta diventano parte del sistema di protezione stesso. Sono in corso numerose iniziative globali per sviluppare protezione strutturale, produrre, progettare e utilizzare SSS, che utilizzano il loro insieme unico di caratteristiche per l'uso in una varietà di applicazioni.
Componenti piezoelettrici di Ceramtec
Negli Stati Uniti, i materiali per SZB e i relativi processi sono sviluppati nei centri e nei servizi del Dipartimento della Difesa e dell'industria del settore privato. Tra i più importanti centri di ricerca e sviluppo in corso, vale la pena notare il laboratorio di ricerca militare ARL, il cui dipartimento di ricerca su armi e materiali è impegnato in iniziative di protezione in programmi per un promettente camion, sistema d'arma e veicolo futuro. Anche il Centro per i materiali compositi dell'Università del Delaware sta conducendo una ricerca finanziata dal DOD su materiali di schermatura avanzati e altri centri di sviluppo SZB saranno evidenziati.
Nanomateriali avanzati
La protezione strutturale può essere realizzata con una varietà di materiali utilizzando una gamma ampliata di tecniche avanzate di progettazione, fabbricazione e stampaggio. Il ritmo dello sviluppo dei materiali è uno dei più rapidi nella tecnologia della difesa e nella scienza applicata, guidato da sfide strategiche. Ciò vale per la scoperta di nuovi materiali, nonché per il miglioramento continuo dell'uso di prodotti esistenti a valore di difesa che sono adatti allo sviluppo trasformativo nella difesa delle loro forze.
I nanomateriali hanno trovato un uso diffuso nei programmi di sviluppo in questo settore applicativo e molti processi di fabbricazione rivoluzionari sono in fase di sviluppo o sono entrati nella produzione industriale. All'avanguardia nello sviluppo di materiali avanzati c'è il grafene, scoperto per la prima volta nel 2004, un omologo della grafite le cui caratteristiche insolite lo rendono promettente per una serie di applicazioni, incluso il potenziale uso della protezione strutturale. Il grafene è un foglio di grafite dello spessore di un solo atomo, che lo rende quindi il materiale più sottile scoperto fino ad oggi. A causa del fatto che è circa duecento volte più resistente dell'acciaio, il grafene è anche uno dei materiali più durevoli mai creati in laboratorio. Il grafene ha anche proprietà di conduttività elettrica insolite, che preannunciano applicazioni rivoluzionarie nei microprocessori a semiconduttore. Questo rende il grafene un materiale con un grande potenziale in diverse aree tecnologiche chiave. Tuttavia, sebbene tutto ciò sia promettente, l'uso del grafene per lo sviluppo di programmi militari rimane ancora in futuro a causa della mancanza di ricerca applicata su questo nuovissimo materiale, delle difficoltà di produrre in quantità industriali mantenendo un'elevata redditività.(Per "esperimenti avanzati con materiale bidimensionale - grafene" A. K. Geim e K. S. Novoselov hanno ricevuto il Premio Nobel per la fisica per il 2010).
L'M2 / M3 BRADLEY BMP utilizza armature in lega di alluminio 7039-T64 (metà superiore) e 5083-H131 (metà inferiore). Tuttavia, l'esperienza di combattimento in Iraq ha portato a una maggiore protezione grazie a un ulteriore strato di armatura in acciaio multistrato più elementi di armatura passiva (compositiva) e reattiva, che vediamo nella foto.
Tuttavia, i nanotubi di carbonio (CNT) sono molto più conosciuti nel campo delle iniziative di ricerca e sviluppo e hanno già trovato numerose applicazioni pratiche non solo in campo militare, ma anche nel campo della sicurezza nazionale e delle forze dell'ordine. I materiali avanzati per armature da lunghi nanotubi di carbonio possono essere realizzati in una varietà di forme e strutture, inclusi fogli, fibre, piastre e forme stampate. I materiali finali "nano-migliorati" sono leggeri ma estremamente resistenti e le loro proprietà elettrotermiche possono essere modificate durante il processo di produzione. Quando si fabbricano strutture composite, l'armatura basata su CNT fornisce una soluzione flessibile e leggera che fornisce una protezione superiore contro attacchi balistici su veicoli e altre infrastrutture di combattimento fisse o mobili. In base al contratto esistente con il laboratorio Natick Labs, Nanocomp Technologies ha sviluppato pannelli compositi a base di CNT di soli pochi millimetri di spessore per la protezione personale del personale, che fermano un proiettile da 9 mm a distanza ravvicinata.
Danni durante la punzonatura di un materiale composito
Materiali compositi
In qualche modo simili alle leghe metalliche, i materiali compositi differiscono essenzialmente per il fatto che sono insolubili l'uno nell'altro e possono essere formati dai materiali costituenti in modo diverso rispetto agli elementi o alla miscelazione di fasi metalliche. Tuttavia, come le leghe, i compositi possono essere formati da due o più componenti, che possono variare in modo significativo nella forma o nella struttura. I materiali compositi possono essere realizzati secondo un'ampia varietà di processi. Questi includono nuove tecniche di incollaggio come laminazione, sandwich, sinterizzazione, stampaggio a iniezione di particelle, tessitura di fibre e tecniche di nanoproduzione come la microcompressione. Quando fabbricati come sistemi di protezione balistica, sono classificati come armature strutturali composite (CSA) e formano una serie di nuovi materiali come i laminati intermetallici metallici (MIL) e i compositi a matrice ceramica (CMC).
I compositi balistici sono generalmente realizzati come strutture a nido d'ape e laminati di compositi a parete spessa, gomma e strati di ceramica che vengono combinati per fornire un equilibrio ottimale tra struttura e prestazioni balistiche con un peso minimo. Tra questi laminati ci sono compositi per armature opachi, traslucidi e trasparenti che vengono utilizzati come sostituto del vetro antideflagrante per i veicoli. I compositi epossidici in fibra di vetro e fibra di vetro forniscono un'eccellente protezione per i veicoli in aree di combattimento dove il rischio di attacchi IED è molto alto. La schiuma di alluminio a celle chiuse CCAF (Closed-Cell Aluminium Foam) ha un peso ridotto combinato con un'elevata resistenza, rigidità, assorbe bene l'energia, le sue caratteristiche di fabbricazione possono essere diverse a causa della struttura della microstruttura che le forma. Quando balistico, CCAF mostra una deformazione non lineare significativa e un'attenuazione dell'onda di stress. I pannelli compositi dell'armatura contenenti CCAF possono resistere all'impatto di proiettili a frammentazione da 20 mm, secondo le informazioni fornite dal laboratorio americano ARL.
I compositi balistici in questa categoria sono adatti per la protezione contro le esplosioni dei veicoli, come la schermatura balistica per i veicoli MRAP impiegati in ambienti di combattimento urbani. Possono essere utilizzati anche in altre aree, come le canne dei cannoni. Sono spesso realizzati sotto forma di piastre di copertura o pannelli, che vengono installati all'interno e all'esterno delle macchine protette come piastre per pavimenti, protezioni contro le scheggiature e rivestimenti. I compositi ceramici possono essere realizzati sotto forma di armature strutturali con buone caratteristiche antiesplosione e antiframmentazione (molti frammenti e detriti secondari). Ciò rende i compositi ceramici adatti per applicazioni di armature strutturali, in particolare per MRAP e altri veicoli da combattimento di piccole e medie dimensioni, il cui design dovrebbe essere un compromesso dati i vincoli di peso dovuti al fatto che l'armatura pesante ha un effetto negativo sulla mobilità del veicolo. Tuttavia, i veicoli più grandi, compresi i camion tattici e i veicoli blindati (come l'autobus blindato Rhino Runner), sono candidati migliori per l'integrazione con soluzioni di armatura metallica standard.
Quando incorporati in compositi avanzati di nanomateriali, i nanocompositi risultanti possono fornire ulteriori livelli di prestazioni o protezione rispetto a materiali non rinforzati, o gli stessi livelli diminuendo la massa. Polimeri e monomeri, compresi i polimeri plastici, possono anche essere prodotti per l'uso come materiali compositi avanzati per applicazioni di protezione strutturale. Una caratteristica dei nanopolimeri impiantati con nanoparticelle - che la lunghezza d'onda è inferiore alla lunghezza d'onda della luce visibile (circa 400 nanometri) - suggerisce che i materiali finiti possono essere trasparenti. Diversi tipi di tali materiali strategici polimerizzati sono stati prodotti con caratteristiche simili. Ovviamente, queste proprietà sono strategicamente preziose quando si modifica o si sostituisce il tradizionale vetro antiproiettile nei veicoli da combattimento e di sicurezza.
SmartArmour è un sistema di prenotazione multistrato e multifunzionale prodotto da SmartNano Materials of Piano, può essere fornito trasparente o opaco secondo le specifiche dell'utente finale, può resistere a proiettili perforanti, onde d'urto, frammenti di proiettili e detonazioni agli IED. Tuttavia, anche lo zirconio Vitreloy e il vetro metallico al berillio sono prodotti con proprietà simili da Amorphous Technologies International. Il centro di ricerca e sviluppo RDECOM di ARL ha sviluppato un'armatura liquida per la protezione balistica basata su un fluido addensante a taglio di nanoparticelle di silice solida sospese in glicole polietilenico; è stato testato con successo su giubbotti antiproiettile con Kevlar.
L'elaborazione dei dispositivi è la saturazione dei materiali dell'armatura strutturale con nanostrutture che possono combinare processori a semiconduttore ad alte prestazioni in elementi di armatura. Tali "materiali intelligenti" possono essere incorporati in pareti corazzate, un esempio dell'uso è piezoelettrico. Questi sono materiali naturali che emettono impulsi elettrici quando vengono agitati, deformati o compressi. I piezoelettrici, precedentemente utilizzati commercialmente negli aghi dei giradischi, possono essere incorporati in strutture armate, ad esempio pannelli, elementi modulari e installati in pareti portanti sotto forma di sensori termici, vibrazioni e urti.
In un progetto finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e realizzato dal laboratorio di Berkeley presso l'Università della California, sono in fase di sviluppo materiali piezoelettrici all'avanguardia basati su materiali piezoelettrici con una struttura cristallina di perovskite. Tuttavia, Accellent Technologies, un'azienda di difesa con sede a Minneapolis specializzata nel monitoraggio strutturale, ha sviluppato una suite hardware e software chiamata SMART Layer che combina i sensori in componenti strutturali come pannelli e pareti. Il sistema dell'azienda utilizza multisensori incorporati che utilizzano sensori termici, di trazione ea fibra ottica basati su microprocessore per rilevare i cambiamenti nell'integrità delle strutture osservate utilizzando un metodo di scansione attivo proprietario. Diaform Armor Solutions, una divisione di Ceradyne Inc., ha creato soluzioni di armature strutturali leggere utilizzando compositi termoplastici per fabbricare rapidamente forme strutturali tridimensionali che possono formare elementi modulari di assemblaggi strutturali rinforzati.
Modulo di sicurezza Protech a prova di proiettile
IBD Deisenroth Advanced Multi-Layer Armor Concept
Gli elementi di design modulari che soddisfano gli standard della matrice dell'armatura balistica (BAM) sono ampiamente utilizzati anche in nuovi progetti, aggiunte e modifiche a strutture esistenti, dove le caratteristiche più importanti sono una maggiore sicurezza e resistenza agli attacchi balistici. La specifica BAM, brevettata da Antiballistic Security and Protection (ASAP), Inc, descrive elementi strutturali corazzati multistrato, come pareti, soffitti e pavimenti, composti da strati di lastre dure di fibra aramidica e acciaio per utensili temprato (ad esempio, Thermasteel, prodotto da Thermasteel Corporation), o rete in acciaio temprato. Le specifiche BAM includono BAM-1, BAM-1A e BAM-8; ciascuno descrive livelli crescenti di protezione strutturale. Zagros Construction ha sviluppato il suo sistema di pareti, ThermalBlast, che secondo l'azienda è altamente resistente agli attacchi balistici e alle incursioni di forza. Utilizza il sistema brevettato BAM-8 costituito da una parete interna protettiva e leggera antiproiettile (o BAM Inner Matrix), in parte composta da Kevlar balistico, che può essere incorporata anche in soffitti e pavimenti e altri pannelli ThermaSteel. L'azienda consiglia il suo sistema ThermalBlast per ambasciate, governi e uffici postali, installazioni militari, depositi di munizioni e altre strutture critiche. US Bullet-proofing produce la sua gamma di pannelli in acciaio antiproiettile come un'unica soluzione balistica, che l'azienda valuta soddisfare NIJ Armor Level IV.
I materiali SZB sono utilizzati anche in alcuni sistemi offensivi, come i rivestimenti dei silos missilistici e dei tubi e contenitori di lancio trasportati su lanciatori mobili antimissile, che richiedono buone caratteristiche di resistenza all'abrasione termica e agli shock cinetici. Il sistema HyperShield, sviluppato dalla società americana V-System Composites, che utilizza armature integrate e strutture composite avanzate, è una soluzione di prenotazione antiproiettile leggera ed economica e ha un livello di protezione NIJ Level III per la difesa missilistica, che include anche veicoli da trasporto e requisiti balistici per gli aeromobili. Una testata nucleare sepolta, come l'americano B-61, può anche utilizzare materiali di armatura strutturale, mentre le munizioni nucleari destinate alla detonazione a terra nel cosiddetto "bombardamento a tappeto", come la bomba americana B-53, richiederanno anche l'armatura del corpo della munizione da carichi d'urto.
Frontier Performance Polymers, con il supporto di Army Center Natick, ha sviluppato con successo una tecnologia polimerica rivoluzionaria e un metodo di produzione innovativo per armature leggere e trasparenti per proteggere gli occhi e il viso. Questo materiale con una grammatura di 0,16 kg/cm2 ha le stesse caratteristiche balistiche dei materiali aramidici/fenolici utilizzati negli elmetti militari, ma costa 10 volte meno
Materiali tradizionali
Tuttavia, i materiali tradizionali utilizzati nella produzione di strutture protettive, come l'acciaio non legato e il cemento armato, non sono affatto materiali del passato. Le leghe metalliche in particolare rimangono i materiali preferiti grazie alle loro comprovate proprietà di schermatura e agli impianti di produzione esistenti per le loro applicazioni di produzione e difesa. Queste cosiddette soluzioni corazzate "resistenti" si applicano non solo agli acciai balistici e alle leghe strategiche, ma anche ai materiali compositi avanzati con buone proprietà balistiche. Questo vale anche per i tipi di armatura realizzati o rinforzati con fibre o reti a trama fitta. Come materiale corazzato strutturale, il calcestruzzo ha le caratteristiche desiderate e continua ad essere ampiamente utilizzato pur avendo un basso costo di fabbricazione.
L'US Marine Corps LAV 8x8 sta ricevendo ulteriori elementi di armatura compositi sullo scafo in lega di alluminio come parte di un programma di modernizzazione in corso.
Il materiale corazzato di AMAP-S IBD Deisenroth svolge un'importante funzione di supporto nella riduzione della firma termica del veicolo
Veicolo da combattimento Expeditionary EFV (Expeditionary Fighting Vehicle) del Corpo dei Marines è il primo veicolo corazzato da combattimento, che utilizzava l'armatura 2518-787, una lega di alluminio, rame, manganese. Sebbene questa lega sia tenace e abbia buone proprietà balistiche, ha una scarsa tenacità balistica nelle saldature di testa convenzionali. Ciò ha costretto il produttore a escludere le saldature di testa e le saldature d'angolo principali dalla struttura al fine di aumentare la resistenza agli urti, la piastra alla piastra è ora fissata meccanicamente. Alla fine, molti problemi con questo programma hanno portato alla chiusura di questo promettente progetto.
Le leghe sono alcuni dei materiali più resistenti con cui è possibile realizzare armature strutturali. Le leghe sono una combinazione di due o più elementi chimici - metalli (o elementi metallici e non metallici), solitamente "fusi" insieme o disciolti l'uno nell'altro durante il processo di fusione. Il risultato è un materiale con prestazioni migliori di ogni singolo componente. Il titanio e le leghe di titanio sono elementi comuni dell'armatura strutturale. Il loro utilizzo include placche "traumatiche" nei sistemi di prenotazione personale, che forniscono un alto grado di protezione per le aree del corpo altamente vulnerabili. Anche la lega berillio-alluminio ha dimostrato di avere successo in molti casi. La particolare resistenza e rigidità di questa lega supera quelle delle leghe di titanio convenzionali, con conseguente minor peso strutturale e prestazioni migliorate. Gli acciai per armature sono anche materiali strategici adatti per armature strutturali.
Anche un certo numero di cosiddette "superleghe" o "leghe ad alte prestazioni" sono state prodotte commercialmente con i marchi. Tra questi c'è la lega Hastelloy ad alta resistenza, il cui componente principale è un metallo di transizione: il nichel; Kovar, una lega cobalto-nichel apprezzata per il suo ottimo coefficiente di dilatazione termica; leghe di nichel-rame-ferro Monel; e Inconel in lega di nichel-cromo.
La tempra laser è uno dei processi di lavorazione che esalta le caratteristiche funzionali dei metalli di base e delle leghe. Esistono altri tipi di miglioramenti delle proprietà, inclusa la microcompressione, un processo di elaborazione che utilizza una tecnica a fascio di ioni focalizzato per saturare materiali avanzati con sottostrutture per una maggiore resistenza e durata. Viene anche utilizzata la sagomatura superplastica, che consente di ottenere prodotti in metallo e ceramica con una resistenza alla trazione estremamente elevata.
Il laboratorio NETL (National Energy Technology Laboratory) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha ricevuto un incarico dal Tank-Automotive and Armaments Command (TACOM) e dal Military Research Laboratory dell'ARL per realizzare un programma per sviluppare una corazza in acciaio fuso per veicoli militari americani, compreso il BRADLEY BMP. Su di esso, NETL-TACOM-Lanoxide Corp e DARPA hanno sviluppato congiuntamente un portello fuso e un effetto collaterale del programma è stata la ricezione di armature patch. Successivamente, nell'ambito del programma, è stata sviluppata una piastra di armatura in titanio (utilizzando la lega aeronautica Ti-6Al-4V) per il portello M-1A1 ABRAMS MBT in collaborazione con TACOM e l'appaltatore principale General Dynamics. Più di recente, NETL ha sviluppato armature AFV ad alta resistenza utilizzando leghe di polvere di titanio sinterizzato per aumentare la resistenza del materiale finale. I materiali dell'armatura realizzati con infiltrazione di silicio (SiSiC) e carburo di silicio sinterizzato (SSiC) sono prodotti della CeramTec of North America del New Jersey, la divisione americana dell'azienda tedesca CeramTec AG. Questi materiali dimostrano una buona stabilità termica chimica e un'elevata resistenza alle sollecitazioni tribologiche (la tribologia è una disciplina scientifica che studia l'attrito e l'usura dei componenti e dei meccanismi delle macchine in presenza di lubrificanti).
AT&F Advanced Metals of Orville, con sede in Ohio, è un'azienda privata specializzata nella fabbricazione e lavorazione di metalli e leghe durevoli, tra cui titanio, zirconio, niobio, leghe di nichel e acciaio inossidabile duplex, che fornisce clienti civili e della difesa. Ancora più specifica è la divisione Steel Solutions e Nuclear di questa azienda. Produce anche materiali per SZB a base di acciaio bassolegato ad alta resistenza, acciaio al carbonio, leghe a base di acciaio. L'azienda si occupa anche di blindatura strutturale di impianti nucleari, compresi interni di reattori e contenitori per scorie nucleari.
Altri programmi
Altri programmi SZB vengono condotti attraverso l'intero spettro delle forze dispiegate e una moltitudine di operazioni militari globali. Le loro richieste e sfide immediate sono direttamente correlate alla protezione attuale e futura delle loro forze di comunicazione, poiché queste aree di applicazione includono la protezione balistica dei veicoli, il soldato come opera di modernizzazione del sistema e il contributo alla sopravvivenza delle infrastrutture militari contro le varie minacce asimmetriche comunemente riscontrati nelle operazioni di mantenimento della pace regionali.
L'armatura avanzata di veicoli, installazioni militari e governative e postazioni del personale militare in prima linea e nelle retrovie trarrà vantaggio solo dalla disponibilità di capacità schierate. Mentre molte applicazioni sono miglioramenti e aggiornamenti di capacità e sistemi esistenti in quanto tali, come nuovi tipi di armature aggiuntive per veicoli da combattimento per la protezione contro gli IED, altre sono sistemi innovativi e di futura generazione.
La società tedesca IBD Deisenroth Engineering AG produce il sistema di miglioramento della sopravvivenza ad alta tecnologia AMAP. Si tratta di una gamma di soluzioni di armature strutturali che utilizzano più metodi di produzione e materiali avanzati, tra cui leghe e compositi ad alta resistenza. Tra questi c'è l'AMAP-IED, che combina la tecnologia dell'armatura in ceramica e del rivestimento antiframmentazione e che può essere fornito come elementi modulari e che è progettato per aumentare la protezione dei veicoli militari. IBD definisce l'AMAP-IED un sistema di protezione di nuova generazione e lo classifica come protezione contro frammenti di proiettili di artiglieria fino a 155 mm di calibro, nonché mine stradali e IED. AMAP-T è un'armatura trasparente realizzata con vetro ceramico, che l'azienda descrive come avente una trasparenza superiore e un'estrema durata, soddisfacendo i livelli STANAG da 1 a 4.
La protezione del tetto del veicolo è fornita da AMAP-R e AMAP-ADS, che sono materiali ottimizzati per le armi, i primi realizzati con materiali compositi ultraleggeri adatti per l'armatura del tetto dei veicoli. La soluzione di armatura più interessante è l'AMAP-S. Ottimizzato per la protezione balistica e la gestione della firma, riduce la firma dei veicoli militari quando scansionato da sensori di ricognizione negli spettri visibile, infrarosso, radar e acustico. Questi materiali possono essere utilizzati come complemento ai corpi macchina esistenti, cioè possono essere installati su nuovi modelli o su macchine già in servizio.
Campioni di nastri per sensori di livello SMART Accellent
La divisione BAE della società americana ProTech offre una gamma di soluzioni di armatura strutturale che includono diversi tipi di recinzioni antiproiettile e postazioni di combattimento corazzate, comprese cabine blindate e torri di guardia, recinzioni di sicurezza mobili e sistemi di protezione montati su veicoli per soldati a torre. Le soluzioni fisse per l'armatura strutturale di questa azienda sono rappresentate da una serie di posizioni di combattimento corazzate prefabbricate AFPS (posizioni di combattimento corazzate), che sono in grado di proteggere da proiettili di calibro 9 mm - 12,7 mm. Altre soluzioni AFPS di ProTech includono strutture corazzate trasportabili ottimizzate per la sicurezza perimetrale e dei checkpoint, la protezione delle risorse vitali, la sicurezza dei corpi di guardia e i checkpoint alle frontiere.
ProTech produce anche sistemi modulari che possono essere progettati secondo le specifiche dell'utente finale. Sistemi simili, basati su container blindati trasportabili prodotti da EADS, sono stati sviluppati in collaborazione con KMW nell'ambito di un contratto con l'Agenzia federale tedesca per gli appalti della difesa. Un sistema di container corazzati chiamato TransProtec, che può ospitare 18 persone, compreso l'equipaggiamento, è ottimizzato per proteggere le forze di terra da attacchi IED, cecchini, schegge, mine e armi di distruzione di massa ed è attualmente in servizio con gli eserciti danese e tedesco, in quest'ultimo il sistema prende il nome di MuConPers (contenitore universale per il trasporto di persone).
Plasan North America, una divisione della Plasan Sasa di Israele, ha anche sviluppato soluzioni di armatura strutturale nell'ambito di un contratto multimilionario con il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti per la protezione dei nuovi veicoli MRAP. Secondo il contratto, Plasan è il principale appaltatore nel programma di produzione congiunto con BAE Systems come subappaltatore per la fornitura di sistemi di prenotazione per le macchine Oshkosh M-ATV, la maggior parte delle quali lavora in Afghanistan nell'ambito di un contratto con il comando TACOM dell'americano esercito. Plasan è leader mondiale nella progettazione di sistemi di blindatura complementari e sistemi di protezione antiesplosione per la protezione di veicoli tattici in ambito militare e civile.
I sistemi avanzati di protezione dei soldati rientrano nel campo delle applicazioni di protezione strutturale e includono esoscheletri da combattimento a motore meccanico. Promettono di avere un impatto significativo sulle operazioni di combattimento a terra se tali sistemi raggiungono il loro pieno potenziale. Negli Stati Uniti sono attualmente aperte diverse importanti iniziative del DOD e del programma di sviluppo tecnologico del settore privato. Uno di questi programmi è svolto dal Centro di ricerca Natick Labs per lo sviluppo dei soldati dell'esercito americano secondo il Future Warrior Concept, che fornisce un sistema completamente integrato per il soldato, che include sei sottosistemi principali. Anche NSRDEC (ISN - Soldier Nanotechnologies del MIT) e Soldier System Integration Lab (SSIL) stanno lavorando a questi programmi. L'obiettivo finale di SSIL è sviluppare ciò che SSIL chiama una tuta da combattimento del 21° secolo, che combina capacità high-tech con peso ridotto.
Il Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory (BLEEX) ha sviluppato un prototipo di esoscheletro semovente, costituito da due gambe motorizzate antropomorfe, un sistema di propulsione e un telaio tipo zaino su cui sono caricati vari carichi. L'esoscheletro consente all'utente - o "pilota" - di trasportare carichi estremamente pesanti, facilitando al contempo la camminata e la corsa su e giù per le pendenze durante l'intera corsa normale senza l'uso della forza fisica da parte dell'operatore.
L'iniziativa Raytheon Sarcos è in corso presso lo stabilimento Raytheon di Salt Lake City. Rappresenta un lavoro più ambizioso per sviluppare l'esoscheletro di un soldato, che Raytheon sostiene sia essenzialmente un robot indossabile che migliora la forza, la resistenza e la mobilità di chi lo indossa. L'esoscheletro XOS, che risale al sistema sperimentale originale sviluppato da Sarcos, attualmente consente al pilota di sollevare carichi fino a 200 libbre ed eseguire compiti ad alto sforzo come salire scale e inclinazioni senza fatica, ma ora è azionato idraulicamente. una fonte di energia esterna stazionaria per se stessa. Viene inoltre introdotto il programma di esoscheletri HULC di Lockheed Martin, anch'esso progettato per trasportare 200 libbre di carichi in qualsiasi momento e su qualsiasi terreno, ed è progettato per essere completamente idraulico e non richiede una fonte di alimentazione esterna. Il sistema HULC include un microprocessore di bordo collegato alle interfacce dei sensori, che consente all'esoscheletro di percepire l'intento del pilota e di muoversi insieme ad esso. Il sistema HULC è altamente modulare, consentendo la sostituzione sul campo rapida ed efficiente dei componenti principali, ed è efficiente dal punto di vista energetico nel design per consentire il funzionamento della batteria durante le missioni estese. Tuttavia, l'HULC, come l'esoscheletro di BLEEX, è concepito più come un sistema per trasportare carichi, piuttosto che sostituire le naturali capacità fisiche di un soldato. Attualmente sviluppando l'HAL (Hybrid Assistive Limb) dalla società giapponese Cyberdyne di Ibaraki, è un sistema complessivamente potente progettato per aumentare la forza fisica di una persona da due a 10 volte. Nonostante l'apparizione di "Iron Man", la sua adattabilità ai futuri compiti militari rimane in discussione.
Ulteriori azioni
In sintesi, un compito importante per SZB può essere ampiamente definito come ridurre la vulnerabilità alle azioni ostili, in particolare agli attacchi balistici, per i quali molti, se non tutti i materiali tradizionali, attualmente non forniscono livelli adeguati di protezione delle truppe.
Il combattimento spesso insegna ai comandanti dure lezioni che in passato sembravano ovvie. Una delle lezioni più difficili del combattimento odierno è l'inadeguatezza della protezione dell'armatura alle minacce improvvisate, che includono attacchi suicidi con auto su obiettivi militari e civili e attacchi IED al personale dei trasporti e del teatro. Le vecchie abitudini, soprattutto quelle militari, muoiono in modo particolarmente duro. Ma storicamente, queste abitudini tendono a scomparire sotto la pressione del combattimento, come la cavalleria francese contro gli archi inglesi durante la Guerra dei Cent'anni, o l'inadeguatezza dei veicoli corazzati iracheni in stile sovietico agli attacchi di munizioni guidate di precisione e MBT più avanzati durante il Golfo Guerra.
Rispondere alle sfide rapidamente e con contromisure appropriate è la chiave del successo militare e della stabilità della sicurezza. Quindi, se vengono presi sul serio quando si tratta di protezione delle truppe e sono un importante problema di difesa in questa era di trasformazione della ristrutturazione del potere, allora la protezione strutturale e SZB che utilizzano questa tecnologia dovrebbero diventare un approvvigionamento di difesa e una priorità di ricerca e sviluppo per tutti i leader militari. Le odierne minacce asimmetriche alle infrastrutture militari e civili, nonché il combattimento asimmetrico nelle operazioni di combattimento regionali, influenzano lo sviluppo della politica di difesa e la progettazione e l'approvvigionamento dei sistemi a livello globale. Questo è come dovrebbe essere nel prevedibile futuro.
Tali sistemi militari corazzati erano visti principalmente come complementi ad altre soluzioni prioritarie e non come parte integrante di molti e la maggior parte dei sistemi di combattimento. Ma tutto sta cambiando. I sistemi di protezione e armatura rappresentano un grande potenziale e migliorano le capacità nelle operazioni del 21° secolo. Il loro uso si espanderà e diventerà lo standard per molti, se non la maggior parte, dei sistemi di difesa a tutti i livelli.
