Moderne AFV's, zoals de M1117 ASV op de foto, worden meestal beschermd door de belangrijkste structurele bepantsering van staal en aluminium plus extra beschermingscomponenten gemaakt van verschillende legeringen, keramiek, composieten of een combinatie hiervan.
Voor de Verenigde Staten en hun strategische partners is de behoefte aan verbeterde defensie- en bepantseringscapaciteiten om te voldoen aan de huidige en verwachte tactische verplichtingen duidelijk. De door de VS geleide multinationale missie in Afghanistan, die nog steeds streeft naar een logische conclusie, zal profiteren van de lessen die in Irak zijn geleerd met betrekking tot de missies en vereisten voor de bescherming van zijn troepen en de strategie voor nieuwe initiatieven om defensiesystemen te ontwikkelen
Het Defensie- en Reserveringssysteem (SPB) (een andere term voor Structurele Defensie) is een strategisch hulpmiddel omdat het een merkbaar effect heeft op kritieke systemen en middelen en ook een directe impact heeft op de jager. Dit geldt vooral voor asymmetrische operationele omgevingen waarin bedreigingen voor vaste posities en perimeterbeveiliging, evenals gedemonteerde troepen en patrouillevoertuigen bijzonder acuut zijn. Hoewel deze gevechten snel evolueren, kan de aanwezigheid van elektronische waarschuwingssystemen, in combinatie met effectieve defensieve oplossingen, het leger vaak een beslissend voordeel geven, waardoor ze kunnen overleven, een tegenaanval kunnen uitvoeren en kunnen domineren. Omgekeerd kan het ontbreken van een geschikte of effectieve infrastructuur om hun strijdkrachten te verdedigen zowel strijders als niet-strijders kwetsbaar maken voor hinderlagen, en dit is een van de belangrijkste, zij het ontnuchterende lessen van moderne operaties in regionale strijdtonelen.
Sleutelaspecten
Structurele bepantsering verwijst naar die soorten strategische materialen die bestand zijn tegen ballistische aanvallen en die kunnen worden geïntegreerd in stationaire, verplaatsbare of mobiele transportsystemen en persoonlijke ballistische beschermingsoplossingen. Traditionele materialen zoals staal en aluminium of gewapend beton, maar ook geavanceerde materialen zoals nanomaterialen en keramische composieten, kunnen worden gebruikt bij de productie van SZB. Enkele voorbeelden van structurele bepantsering zijn de vervaardiging van permanente en tijdelijke constructies zoals wachttorens, troepen- of veiligheidswagens, voertuigbeschermingssystemen en persoonlijke bescherming van strijders. Dit laatste kan draagbare schilden of controlepostbeschermingssystemen en verplaatsbare gepantserde gevechtsposities omvatten.
Drie pogingen om een exoskeletconcept te creëren: projecten BLEEX, Raytheon SARCOS en Lockheed Martin HULC
Daarom kunnen beschermings- en reserveringssystemen (SPB) een grote hulp zijn bij het vergroten van de tactische en strategische overlevingskansen in gevechts- en andere risicovolle omgevingen. Ze zijn een sleutelfactor in programma's om hun troepen te beschermen. Ze vormen ook de basis voor het tegengaan van vele soorten asymmetrische aanvallen, zoals bermmijnen en RPG's tijdens missies in stedelijke omgevingen en counterinsurgency-operaties. Omdat ze kunnen worden gemaakt van lichtgewicht composieten en andere geavanceerde en exotische materialen, kunnen ze ook nuttig zijn op het gebied van handtekeningbeheer voor beschermde infrastructuren, zoals het afdekken van voertuigen met meer maskeringsmateriaal van grondradars. In feite kunnen we stellen dat de toepassingen van SZB zeer divers zijn - evenals de materialen waaruit ze kunnen worden gemaakt.
Sommige materialen waaruit de SZB zijn gevormd, kunnen worden geclassificeerd als exotische en nieuwe materialen, dat wil zeggen materialen die nieuwe eigenschappen hebben naast de mogelijkheden van traditionele materialen. Nanomaterialen, waaronder nanobuisjes en nanovezels, en geavanceerde composietmaterialen kunnen bijvoorbeeld de prestaties van bepantsering verbeteren. In de uitvoeringsplannen van de SZB zijn constructies in vermoedelijke niet-gevechtsgebieden, die voorheen als een lage mate van verdediging voor gevechtsaanvallen werden beschouwd, opgenomen. Zo voorziet de National Defense Authorization Act van 2012 in verhoogde veiligheidsnormen bij militaire bouwprojecten bij de militaire constructie, aanleg en modernisering van bestaande infrastructuur in de Verenigde Staten en NAVO-landen. In de bouw in de particuliere sector nemen ook de SOC-vereisten voor nieuwbouwprojecten en renovatie van bestaande gebouwen toe vanwege veiligheids-, ergonomische en milieuoverwegingen, aangezien structurele bescherming ook het vermogen heeft om het geluid te verminderen en de thermische isolatie te verhogen. De vereisten voor de bescherming van strijders blijven echter een van de grootste zorgen voor militaire planners.
Het United States Corps of Engineers (USACE) is verantwoordelijk voor de programma's van de Amerikaanse regering voor het bouwen van militaire, civiele en nationale veiligheidsinfrastructuur, zowel wereldwijd als in eigen land. Misschien wel het meest bekende project dat door USACE is gebouwd, het Pentagon, herinnert ons aan het belang van SIS-programma's en hun relevantie voor lopende operaties en missies voor nationale veiligheid en troepenbescherming. De bouw werd voltooid in 1941, met een kleine hoeveelheid metaal die werd gebruikt vanwege een tekort aan strategische grondstoffen in oorlogstijd, het Pentagon werd bijna volledig gebouwd van gewapend beton. In de conclusie van de studie van de American Society of Civil Engineers naar de toestand van het gebouw onmiddellijk na 11 september, werd gezegd dat elementen van het oorspronkelijke ontwerp en de oorspronkelijke constructie van het Pentagon bijdroegen aan de veerkracht ervan tijdens de aanval van het straalvliegtuig. beperkte fysieke vernietiging en verlies van mensenlevens. De ontwerpkenmerken van integriteit, redundantie en energieabsorptie werden benadrukt in het rapport van de groep. Het zei dat dergelijke elementen "in de toekomst moeten worden opgenomen in de ontwerpen van gebouwen en andere constructies waarin weerstand tegen progressieve vernietiging als zeer belangrijk wordt beschouwd."
Soortgelijke, zo niet identieke, eigenschappen en vereisten zijn van toepassing op vaste en mobiele overheidsstructuren in binnen- en buitenland, groot en klein, en zouden beveiligingsverbeteringen moeten omvatten, zoals weerstand tegen ballistische aanvallen als ingebouwde structurele elementen om te beschermen tegen realistisch verwachte bedreigingen. Daarom zijn SZB's van cruciaal belang voor het hele scala van militaire en civiele inspanningen en zullen ze in de toekomst waarschijnlijk gemeengoed worden.
Vuistregels voor het creëren van bescherming
Monolithische systemen
Hoe sterker hoe beter, "voldoende" kracht zal het projectiel vernietigen
Hoe taai, hoe beter, "voldoende" taaiheid is bestand tegen scheuren
Hoe dikker hoe beter
Hoe harder hoe beter
Eén dikke plaat is beter dan twee dunne gelaagde platen
Hoe meer de helling (hoek van ontmoeting) hoe beter
Multi-materiaal systemen (hybride)
Steviger is niet altijd beter, maar een hard fineer is meestal wel aanwezig
Stoer is niet altijd beter, maar een stoere basis is meestal wel aanwezig
Dikker is niet altijd beter
Harder is niet altijd beter
Twee dunne platen kunnen beter zijn dan één dikke
Meer helling is niet altijd beter
Adaptieve voordelen
Traditionele pantsermaterialen hebben beperkingen getoond in het licht van nieuwe beveiligingsuitdagingen, terwijl geavanceerde materialen, waaronder composieten en nanomaterialen, aanzienlijke voordelen hebben laten zien ten opzichte van oudere systemen, waardoor de overlevingskansen van de soldaat zelfs in extreme omstandigheden toenemen.
De tekortkomingen van bestaande verdedigingssystemen zouden misschien een van de erfenissen van de Koude Oorlog kunnen zijn. Militaire doctrines van die tijd waren niet gericht op militaire operaties in de bebouwde kom (Engelse term MOBA - Mobility Operations For Built-up Areas) of militaire operaties in stedelijke omstandigheden (Engelse term MOUT - Military Operations in Urban Terrain). Evenzo waren de doctrines die na de Golfoorlog naar voren kwamen, gebaseerd op inzetbare hightech, hoge-precisiecapaciteiten in schok- en ontzagscenario's met een beperkt tijdsbestek. Dit gebeurde natuurlijk niet in Irak, waar hightech offensieve systemen en tactieken van primair belang waren in de vroege stadia van het conflict, en de noodzaak om het operationele tempo gedurende een lange periode vast te houden van cruciaal belang werd.
SZB's bieden voordelen aan troepen die betrokken zijn bij langdurige operaties op theater- of regionaal niveau, inclusief die in het kader van MOUT-campagnes. Veel van deze voordelen, bijvoorbeeld bij de bescherming van wapens en waardevolle voorwerpen bij een hoog risico, liggen voor de hand, andere zijn minder voor de hand liggend. Deze kunnen betrekking hebben op milieu- en ergonomische veiligheidskwesties en de verharding, afdichting en bescherming van gevechtselektronica en andere kritieke informatie-infrastructuur tegen mogelijk schadelijke asymmetrische effecten. SZB als geheel van technologieën zal echter ook een bredere betekenis hebben dan zelfs die welke door het hele veld van defensietechnologie lopen. Dit komt door het feit dat structurele bepantsering een gemeenschappelijke technologiesector is voor alle takken van het leger, wat van invloed is op andere defensietoepassingen en categorieën van militair materieel, taken en nationale veiligheidstoepassingen.
Bovenstaande is uit te breiden. De SZB moet worden opgenomen in de eisen voor de bescherming van nucleaire en strategische voorzieningen (vanwege zijn geschiktheid voor stationaire, semi- en volledig mobiele systemen onder alle gevechtsomstandigheden), de militaire en civiele sector in niet-combatterende bebouwde kom (omdat gebouwen zullen profiteren van veiligheidsmaatregelen en nieuwe bouwmethoden die de weerbaarheid tegen terrorisme en natuurrampen zoals orkanen en aardbevingen vergroten), modernisering en initiatieven om troepen te transformeren, elektronica en gegevensverwerking te bestrijden (vanwege het vermogen om de bescherming van elektronische infrastructuur te verbeteren) en gevechtsvoertuigen (vanwege hun vermogen om betrouwbare ballistische bescherming voor mobiel personeel te creëren).
Structuur van een typisch sandwichpaneel van transparant pantser
De glasstructuur die door de meeste fabrikanten van kogelvrij glas wordt gebruikt: eerst glas als buitenste laag, meerdere lagen glas en polyvinylbutyral in het midden, dan polyurethaan en tenslotte polycarbonaat. Het voordeel van deze methode ligt in het vermogen van polycarbonaat om uit te zetten en het vuil dat door de hardere glasoppervlakken wordt gevormd, te "vangen". Deze uitbreiding is mogelijk over twee inch.
De NWB's sluiten ook aan bij initiatieven voor begrotingshervorming. Dit komt omdat sommige toepassingen op dit technologiegebied de modernisering en renovatie van bestaande faciliteiten en systemen tegen lage kosten mogelijk maken en een geheel nieuwe infrastructuur creëren, wat op zijn beurt de voordelen van een stabiel budget voor andere componenten van algemene moderniseringsprogramma's mogelijk maakt en initiatieven. Zo werd in de begroting van het Amerikaanse ministerie van Defensie voor 2010 1,4 miljard dollar toegewezen voor militaire ontwikkelingsprogramma's, 15,2 miljard dollar voor troepenbeschermingsinitiatieven (het grootste verzoek na uitgaven voor militaire inlichtingen) en 1,5 miljard dollar voor de bestrijding van IED's (geïmproviseerde explosieven). SPB's kunnen de kostenefficiëntie in deze defensiesectoren verbeteren. Daarom is het een technologie met potentieel grote betalingen voor de ontwikkeling van programma's voor nationale en internationale veiligheid en de strijd tegen terrorisme, zoals ambassades en andere langlopende technische projecten, om VIP's te beschermen en personeel te beschermen dat betrokken is bij kritieke situaties.
Andere voordelen van het aannemen van SZB's en het integreren ervan in de ontwikkeling van militaire programma's zijn onder meer het feit dat de materialen zelf en de geavanceerde productiemethoden en daaropvolgende verwerking en verfijning een gemeenschappelijk basisplatform delen voor ontwikkeling op het gebied van exotische en geavanceerde materialen, waaronder nanomaterialen. Ze kunnen worden ingebed in de SZB om extra mogelijkheden te bieden, zoals een ingebouwde sensormatrix en biometrie, die zelf onderdeel worden van het beveiligingssysteem zelf. Er zijn een aantal wereldwijde initiatieven gaande om structurele bescherming, fabricage en ontwerp en gebruik van SSS te ontwikkelen, die hun unieke reeks kenmerken gebruiken voor gebruik in een verscheidenheid aan toepassingen.
Piëzo-elektrische componenten van Ceramtec
In de Verenigde Staten worden materialen voor SZB en aanverwante processen ontwikkeld in de centra en diensten van het Ministerie van Defensie en de particuliere sector. Een van de belangrijkste centra van lopende R&D is het militaire onderzoekslaboratorium ARL, waarvan de afdeling wapen- en materiaalonderzoek zich bezighoudt met beschermingsinitiatieven in programma's voor een veelbelovende vrachtwagen, wapensysteem en toekomstig voertuig. Het University of Delaware Center for Composite Materials voert ook door DOD gefinancierd onderzoek uit naar geavanceerde afschermingsmaterialen, en andere SZB-ontwikkelingscentra zullen worden belicht.
Geavanceerde nanomaterialen
Structurele bescherming kan worden gemaakt van een verscheidenheid aan materialen met behulp van een uitgebreid scala aan geavanceerde ontwerp-, fabricage- en vormtechnieken. Het tempo van materiaalontwikkeling is een van de snelste in defensietechnologie en toegepaste wetenschap, gedreven door strategische uitdagingen. Dit geldt voor de ontdekking van nieuwe materialen, maar ook voor het voortdurend verbeteren van het gebruik van bestaande defensiewaardige producten die geschikt zijn voor transformationele ontwikkeling in de verdediging van hun strijdkrachten.
Nanomaterialen zijn wijdverbreid gebruikt in ontwikkelingsprogramma's in deze toepassingssector, en veel revolutionaire fabricageprocessen zijn in ontwikkeling of zijn in industriële productie gegaan. In de voorhoede van geavanceerde materiaalontwikkeling is grafeen, voor het eerst ontdekt in 2004, een grafiethomoloog waarvan de ongebruikelijke eigenschappen het veelbelovend maken voor een aantal toepassingen, waaronder het mogelijke gebruik van structurele bescherming. Grafeen is een plaat grafiet van slechts één atoom dik en is daarmee het dunste materiaal dat tot nu toe is ontdekt. Omdat het ongeveer tweehonderd keer sterker is dan staal, is grafeen ook een van de meest duurzame materialen die ooit in het laboratorium zijn gemaakt. Grafeen heeft ook ongebruikelijke elektrische geleidbaarheidseigenschappen, wat revolutionaire toepassingen in halfgeleidermicroprocessors inluidt. Dit maakt grafeen een materiaal met een groot potentieel op verschillende belangrijke technologische gebieden. Hoewel dit alles veelbelovend is, blijft het gebruik van grafeen voor de ontwikkeling van militaire programma's nog steeds in de toekomst vanwege het gebrek aan toegepast onderzoek naar dit zeer nieuwe materiaal, de moeilijkheden om in industriële hoeveelheden te produceren met behoud van een hoge winstgevendheid.(Voor "geavanceerde experimenten met tweedimensionaal materiaal - grafeen" kregen A. K. Geim en K. S. Novoselov de Nobelprijs voor natuurkunde voor 2010).
De M2 / M3 BRADLEY BMP gebruikt 7039-T64 (bovenste helft) en 5083-H131 (onderste helft) aluminiumlegering. De gevechtservaring in Irak leidde echter tot meer bescherming dankzij een extra pantserlaag gemaakt van meerlagig staal plus elementen van passieve (compositionele) en reactieve bepantsering, die we op de foto zien.
Koolstofnanobuizen (CNT's) zijn echter veel beter bekend op het gebied van onderzoeks- en ontwikkelingsinitiatieven en hebben al talloze praktische toepassingen gevonden, niet alleen op militair gebied, maar ook op het gebied van nationale veiligheid en rechtshandhaving. Geavanceerde pantsermaterialen van lange koolstofnanobuizen kunnen in verschillende vormen en structuren worden gemaakt, waaronder vellen, vezels, platen en gegoten vormen. De uiteindelijke "nano-verbeterde" materialen zijn lichtgewicht maar extreem duurzaam, en hun elektrothermische eigenschappen kunnen tijdens het fabricageproces worden gewijzigd. Bij het vervaardigen van composietstructuren biedt op CNT gebaseerde bepantsering een flexibele, lichtgewicht oplossing die superieure bescherming biedt tegen ballistische aanvallen op voertuigen en andere vaste of mobiele gevechtsinfrastructuur. Onder het bestaande contract met het Natick Labs-laboratorium heeft Nanocomp Technologies composietpanelen ontwikkeld op basis van CNT van slechts enkele millimeters dik voor persoonlijke bescherming van personeel, ze stoppen een 9 mm-kogel van dichtbij.
Schade bij het ponsen van een composietmateriaal
Composietmaterialen
Enigszins vergelijkbaar met metaallegeringen, verschillen composietmaterialen in wezen doordat ze onoplosbaar in elkaar zijn en op een andere manier uit de samenstellende materialen kunnen worden gevormd dan elementen of vermenging van metaalfasen. Net als legeringen kunnen composieten echter worden gevormd uit twee of meer componenten, die aanzienlijk kunnen variëren in vorm of structuur. Composietmaterialen kunnen worden gemaakt volgens een breed scala aan processen. Deze omvatten nieuwe bindingstechnieken zoals lamineren, sandwichen, sinteren, deeltjesspuitgieten, vezelweven en nanofabricagetechnieken zoals microcompressie. Wanneer ze worden vervaardigd als ballistische beschermingssystemen, worden ze geclassificeerd als composiet structurele bepantsering (CSA) en vormen ze een aantal nieuwe materialen zoals metalen intermetallische laminaten (MIL) en keramische matrixcomposieten (CMC).
Ballistische composieten worden doorgaans vervaardigd als honingraatstructuren en laminaten van dikwandige composiet-, rubber- en keramische lagen die worden gecombineerd om een optimale balans tussen structuur en ballistische prestaties te bieden met een minimaal gewicht. Onder deze laminaten bevinden zich ondoorzichtige, doorschijnende en transparante pantsercomposieten die worden gebruikt als explosieveilige glasvervanging voor voertuigen. Epoxyglasvezel en glasvezelcomposieten bieden uitstekende bescherming voor voertuigen in gevechtsgebieden waar het risico op IED-aanvallen zeer hoog is. Aluminiumschuim met gesloten cellen CCAF (Closed-Cell Aluminium Foam) heeft een laag gewicht in combinatie met een hoge sterkte, stijfheid, absorbeert energie goed, de productiekenmerken kunnen verschillen vanwege de structuur van de microstructuur die ze vormt. Wanneer het ballistisch is, vertoont CCAF significante niet-lineaire vervorming en spanningsgolfdemping. Composiet pantserpanelen met CCAF zijn bestand tegen de impact van 20 mm fragmentatiegranaten, volgens informatie van het Amerikaanse laboratorium ARL.
Ballistische composieten in deze categorie zijn geschikt voor bescherming tegen explosies van voertuigen, zoals ballistische afscherming voor MRAP-voertuigen die worden ingezet in stedelijke gevechtsomgevingen. Ze kunnen ook op andere gebieden worden gebruikt, zoals kanonlopen. Ze worden vaak gemaakt in de vorm van afdekplaten of panelen, die binnen en buiten beschermde machines worden geïnstalleerd als vloerplaten, spall guards en voeringen. Keramische composieten kunnen worden gemaakt in de vorm van structurele bepantsering met goede anti-explosie- en anti-fragmentatie-eigenschappen (veel secundaire fragmenten en puin). Dit maakt keramische composieten zeer geschikt voor structurele bepantsering, met name voor MRAP en andere kleine en middelgrote gevechtsvoertuigen, waarvan het ontwerp een compromis zou moeten zijn gezien de gewichtsbeperkingen vanwege het feit dat zware bepantsering een negatief effect heeft op de mobiliteit van voertuigen. Grotere voertuigen, waaronder tactische vrachtwagens en gepantserde voertuigen (zoals de Rhino Runner gepantserde bus), zijn echter betere kandidaten voor integratie met standaard metalen pantseroplossingen.
Wanneer ze worden opgenomen in geavanceerde composieten van nanomaterialen, kunnen de resulterende nanocomposieten extra prestatieniveaus of bescherming bieden ten opzichte van niet-versterkte materialen, of dezelfde niveaus terwijl de massa afneemt. Polymeren en monomeren, waaronder kunststofpolymeren, kunnen ook worden vervaardigd voor gebruik als geavanceerde composietmaterialen voor structurele beschermingstoepassingen. Een kenmerk van nanopolymeren waarin nanodeeltjes zijn geïmplanteerd - dat de golflengte kleiner is dan de golflengte van zichtbaar licht (ongeveer 400 nanometer) - suggereert dat de afgewerkte materialen transparant kunnen zijn. Er zijn verschillende typen van dergelijke gepolymeriseerde strategische materialen vervaardigd met vergelijkbare kenmerken. Het is duidelijk dat deze eigenschappen strategisch waardevol zijn bij het aanpassen of vervangen van traditioneel kogelvrij glas in gevechts- en veiligheidsvoertuigen.
SmartArmour is een meerlaags, multifunctioneel reserveringssysteem vervaardigd door SmartNano Materials of Piano, kan transparant of ondoorzichtig worden geleverd volgens de specificaties van de eindgebruiker, het is bestand tegen pantserdoorborende kogels, explosiegolven, granaatscherven en ontploffing bij IED's. Vitreloy-zirkonium- en berylliummetaalglas wordt echter ook vervaardigd met vergelijkbare eigenschappen door Amorphous Technologies International. Het RDECOM R&D-centrum van ARL heeft een vloeibaar pantser voor ballistische bescherming ontwikkeld op basis van een afschuifverdikkende vloeistof van vaste silica-nanodeeltjes gesuspendeerd in polyethyleenglycol; het is met succes getest op kogelvrije vesten met Kevlar.
Apparaatverwerking is de verzadiging van structurele pantsermaterialen met nanostructuren die hoogwaardige halfgeleiderprocessors kunnen combineren tot pantserelementen. Dergelijke "slimme materialen" kunnen worden ingebouwd in gepantserde muren, een voorbeeld van het gebruik is piëzo-elektrisch. Dit zijn natuurlijke materialen die elektrische impulsen afgeven wanneer ze worden geschud, vervormd of samengedrukt. Piëzo-elektriciteit, voorheen commercieel gebruikt in draaitafelnaalden, kan worden ingebed in pantserconstructies, bijvoorbeeld panelen, modulaire elementen en worden geïnstalleerd in dragende wanden in de vorm van thermische, trillings- en schoksensoren.
In een project dat wordt gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie en uitgevoerd door het Berkeley-laboratorium van de Universiteit van Californië, worden geavanceerde piëzo-elektrische materialen ontwikkeld op basis van piëzo-elektrische materialen met een perovskiet-kristalstructuur. Accellent Technologies, een in Minneapolis gevestigd defensiebedrijf dat gespecialiseerd is in structurele monitoring, heeft echter een hardware- en softwaresuite ontwikkeld, de SMART Layer genaamd, die sensoren combineert tot structurele componenten zoals panelen en muren. Het systeem van het bedrijf maakt gebruik van ingebouwde multisensoren die gebruikmaken van op microprocessors gebaseerde thermische, trek- en glasvezelsensoren om veranderingen in de integriteit van waargenomen structuren te detecteren met behulp van een gepatenteerde actieve scanmethode. Diaform Armour Solutions, een divisie van Ceradyne Inc., heeft lichtgewicht structurele wapeningsoplossingen gecreëerd met behulp van thermoplastische composieten om snel driedimensionale structurele vormen te fabriceren die modulaire elementen van versterkte structurele assemblages kunnen vormen.
Kogelvrije Protech-beveiligingsmodule
IBD Deisenroth Geavanceerd meerlaags pantserconcept
Modulaire ontwerpelementen die voldoen aan de Ballistic Armour Matrix (BAM)-normen worden ook veel gebruikt in nieuwe ontwerpen, toevoegingen en aanpassingen aan bestaande constructies, waarbij de belangrijkste kenmerken verhoogde veiligheid en weerstand tegen ballistische aanvallen zijn. De BAM-specificatie, gepatenteerd door Antiballistic Security and Protection (ASAP), Inc, beschrijft meerlaagse gepantserde structurele elementen, zoals muren, plafonds en vloeren, samengesteld uit lagen harde platen van aramidevezel en gehard gereedschapsstaal (bijvoorbeeld Thermasteel, vervaardigd door Thermasteel Corporation), of gehard stalen gaas. BAM-specificaties omvatten BAM-1, BAM-1A en BAM-8; elk beschrijft toenemende niveaus van structurele bescherming. Zagros Construction heeft zijn wandsysteem, ThermalBlast, ontwikkeld dat volgens het bedrijf zeer goed bestand is tegen ballistische aanvallen en invallen met geweld. Het maakt gebruik van het gepatenteerde BAM-8-systeem bestaande uit een beschermende, lichtgewicht kogelvrije binnenwand (of BAM Inner Matrix), deels samengesteld uit ballistisch Kevlar, dat ook kan worden verwerkt in plafonds en vloeren en andere ThermaSteel-panelen. Het bedrijf beveelt zijn ThermalBlast-systeem aan voor ambassades, regeringen en postkantoren, militaire installaties, munitiedepots en andere kritieke faciliteiten. US Bullet-proofing produceert zijn assortiment kogelvrije stalen panelen als een enkele ballistische plaatoplossing, die volgens het bedrijf voldoet aan NIJ Armor Level IV.
SZB-materialen worden ook gebruikt in sommige offensieve systemen, zoals de voeringen van raketsilo's en lanceerbuizen en containers die worden gedragen op mobiele antiraketwerpers, die goede thermische slijtvastheid en kinetische schokbestendigheid vereisen. Het HyperShield-systeem, ontwikkeld door het Amerikaanse bedrijf V-System Composites, dat gebruik maakt van geïntegreerde pantsertegels en geavanceerde composietstructuren, is een goedkope, lichtgewicht kogelvrije boekingsoplossing en heeft een NIJ Level III-beschermingsniveau voor raketverdediging, waaronder ook transportvoertuigen en ballistische eisen voor vliegtuigen. Een begraven kernkop, zoals de Amerikaanse B-61, kan ook structurele pantsermaterialen gebruiken, terwijl nucleaire munitie bedoeld voor grondontploffing in de zogenaamde "tapijtbombardementen", zoals de Amerikaanse B-53-bom, ook bepantsering vereist van het munitielichaam door schokbelastingen.
Frontier Performance Polymers heeft, met de steun van Army Center Natick, met succes baanbrekende polymeertechnologie en een innovatieve productiemethode ontwikkeld voor lichtgewicht, transparante bepantsering om de ogen en het gezicht te beschermen. Dit materiaal met een basisgewicht van 0,16 kg/cm2 heeft dezelfde ballistische eigenschappen als de aramide/fenolische materialen die gebruikt worden in militaire helmen, maar kost 10 keer minder
Traditionele materialen
Traditionele materialen die worden gebruikt bij de productie van beschermende constructies, zoals ongelegeerd staal en gewapend beton, behoren echter geenszins tot het verleden. Vooral metaallegeringen blijven de voorkeursmaterialen vanwege hun bewezen afschermende eigenschappen en bestaande productiefaciliteiten voor hun productie- en defensietoepassingen. Deze zogenaamde “taaie” pantseroplossingen zijn niet alleen van toepassing op ballistische staalsoorten en strategische legeringen, maar ook op geavanceerde composietmaterialen met goede ballistische eigenschappen. Dit geldt ook voor soorten pantser gemaakt van of versterkt met vezels, of strak geweven gaas. Als structureel gepantserd materiaal heeft beton de gewenste eigenschappen en wordt het nog steeds op grote schaal gebruikt terwijl het lage productiekosten heeft.
Het US Marine Corps LAV 8x8 ontvangt extra composiet pantserelementen over de romp van aluminiumlegering als onderdeel van een doorlopend moderniseringsprogramma.
Gepantserd materiaal van AMAP-S IBD Deisenroth heeft een belangrijke ondersteunende functie bij het verminderen van de thermische handtekening van het voertuig
Expeditioneel gevechtsvoertuig EFV (Expeditionary Fighting Vehicle) van het Korps Mariniers is het eerste gepantserde gevechtsvoertuig, dat pantser 2518-787 gebruikte, een legering van aluminium, koper, mangaan. Hoewel deze legering taai is en goede ballistische eigenschappen heeft, heeft deze een slechte ballistische taaiheid bij conventionele stuiklassen. Dit dwong de fabrikant om stompe lassen en hoofdhoeklassen uit de structuur te weren om de slagvastheid te vergroten, de plaat aan de plaat is nu mechanisch bevestigd. Uiteindelijk leidden veel problemen met dit programma tot de sluiting van dit veelbelovende project.
Legeringen zijn enkele van de zwaarste materialen waaruit structurele bepantsering kan worden gemaakt. Legeringen zijn een combinatie van twee of meer chemische elementen - metalen (of metallische en niet-metalen elementen), gewoonlijk "versmolten" of in elkaar opgelost tijdens het smeltproces. Het resultaat is een materiaal met betere prestaties dan elk afzonderlijk onderdeel. Titanium en titaniumlegeringen zijn veel voorkomende structurele pantserelementen. Het gebruik ervan omvat "traumatische" platen in persoonlijke boekingssystemen, die een hoge mate van bescherming bieden voor zeer kwetsbare delen van het lichaam. Beryllium-aluminiumlegering is ook in veel gevallen succesvol gebleken. De bijzondere sterkte en stijfheid van deze legering overtreft die van conventionele titaniumlegeringen, wat resulteert in een lager structureel gewicht en verbeterde prestaties. Pantserstaal is ook een strategisch materiaal dat geschikt is voor structurele bepantsering.
Een aantal zogenaamde "superlegeringen" of "high performance legeringen" zijn ook commercieel geproduceerd onder de merknamen. Onder hen is de zeer sterke Hastelloy-legering, waarvan het hoofdbestanddeel een overgangsmetaal is - nikkel; Kovar, een kobalt-nikkellegering die wordt gewaardeerd om zijn uitstekende thermische uitzettingscoëfficiënt; nikkel-koper-ijzer legering Monel; en Inconel nikkel-chroom legering.
Laserharden is een van de verwerkingsprocessen die de functionele eigenschappen van onedele metalen en legeringen verbetert. Er zijn andere soorten verbetering van eigenschappen, waaronder microcompressie, een verwerkingsproces dat gebruik maakt van een gerichte ionenstraaltechniek om geavanceerde materialen te verzadigen met substructuren voor extra sterkte en duurzaamheid. Ook wordt er gebruik gemaakt van superplastische vormgeving, wat resulteert in metalen en keramische producten met een extreem hoge treksterkte.
Het NETL-laboratorium (National Energy Technology Laboratory) van het Amerikaanse ministerie van Energie heeft een opdracht gekregen van het Tank-Automotive and Armaments Command (TACOM) en het ARL Military Research Laboratory om een programma uit te voeren voor de ontwikkeling van een gegoten stalen pantserplaat voor Amerikaanse militaire voertuigen, inclusief de BRADLEY BMP. Hierop ontwikkelden NETL-TACOM-Lanoxide Corp en DARPA gezamenlijk een gegoten luik, en een neveneffect van het programma was de ontvangst van patchpantser. Later, in het kader van het programma, werd een titanium pantserplaat (met behulp van de Ti-6Al-4V luchtvaartlegering) ontwikkeld voor het M-1A1 ABRAMS MBT-luik in samenwerking met TACOM en de hoofdaannemer General Dynamics. Meer recentelijk heeft NETL een zeer sterk AFV-pantser ontwikkeld met behulp van gesinterde titaniumpoederlegeringen om de sterkte van het uiteindelijke materiaal te vergroten. De pantsermaterialen gemaakt van siliciuminfiltratie (SiSiC) en gesinterd siliciumcarbide (SSiC) zijn producten van CeramTec uit Noord-Amerika uit New Jersey, de Amerikaanse divisie van het Duitse bedrijf CeramTec AG. Deze materialen vertonen een goede chemische thermische stabiliteit en een hoge weerstand tegen tribologische stress (tribologie is een wetenschappelijke discipline die de wrijving en slijtage van machinecomponenten en -mechanismen in de aanwezigheid van smeermiddelen bestudeert).
AT&F Advanced Metals uit Orville, gevestigd in Ohio, is een niet-beursgenoteerd bedrijf dat gespecialiseerd is in de fabricage en verwerking van duurzame metalen en legeringen, waaronder titanium, zirkonium, niobium, nikkellegeringen en duplex roestvrij staal, en levert aan civiele en defensieklanten. Nog specifieker is de divisie Steel Solutions en Nuclear van dit bedrijf. Het produceert ook materialen voor SZB op basis van laaggelegeerd staal met hoge sterkte, koolstofstaal en legeringen op staalbasis. Het bedrijf houdt zich ook bezig met de structurele bepantsering van nucleaire installaties, waaronder de interne reactoren en containers voor nucleair afval.
Andere programma's
Andere SZB-programma's worden uitgevoerd over het volledige spectrum van ingezette strijdkrachten en een groot aantal wereldwijde militaire operaties. Hun onmiddellijke eisen en uitdagingen houden rechtstreeks verband met de huidige en toekomstige bescherming van hun communicatietroepen, aangezien deze toepassingsgebieden de ballistische bescherming van voertuigen omvatten, het moderniseringswerk van soldaten als een systeem en bijdragen aan het overleven van de militaire infrastructuur tegen de verschillende asymmetrische bedreigingen veel voorkomend bij regionale vredesoperaties.
Geavanceerde bepantsering van voertuigen, militaire en overheidsinstallaties en locaties van militair personeel in de frontlinie en in de achterhoede zullen alleen profiteren van de beschikbaarheid van ingezette capaciteiten. Hoewel veel toepassingen verbeteringen en upgrades zijn van bestaande mogelijkheden en systemen als zodanig, zoals nieuwe soorten extra bepantsering voor gevechtsvoertuigen ter bescherming tegen IED's, zijn andere innovatieve en toekomstige systemen.
Het Duitse bedrijf IBD Deisenroth Engineering AG produceert het AMAP High-tech Survivability Enhancement System. Het is een reeks structurele bepantseringsoplossingen die gebruik maken van meerdere productiemethoden en geavanceerde materialen, waaronder zeer sterke legeringen en composieten. Onder hen is de AMAP-IED, die keramische bepantsering en anti-fragmentatie voeringtechnologie combineert en die als modulaire elementen kan worden geleverd en die is ontworpen om de bescherming van militaire voertuigen te vergroten. IBD noemt de AMAP-IED een beschermingssysteem van de volgende generatie en classificeert het als bescherming tegen fragmenten van artilleriegranaten tot 155 mm kaliber, evenals tegen mijnen en IED's langs de weg. AMAP-T is een transparant pantser gemaakt van keramisch glas, dat volgens het bedrijf superieure transparantie en extreme duurzaamheid heeft en voldoet aan STANAG-niveaus 1 tot 4.
Bescherming van voertuigdaken wordt geleverd door AMAP-R en AMAP-ADS, die voor wapens geoptimaliseerde materialen zijn, de eerste gemaakt van ultralichte composietmaterialen die geschikt zijn voor bepantsering van voertuigdaken. De meest interessante pantseroplossing is de AMAP-S. Geoptimaliseerd voor ballistische bescherming en handtekeningbeheer, vermindert het de handtekening van militaire voertuigen wanneer het wordt gescand door verkenningssensoren in de zichtbare, infrarood-, radar- en akoestische spectra. Deze materialen kunnen worden gebruikt als aanvulling op bestaande machinebehuizingen, dat wil zeggen dat ze kunnen worden geïnstalleerd op nieuwe modellen of machines die al in gebruik zijn.
Accellent SMART Layer Sensor Tapes-voorbeelden
De BAE-divisie van het Amerikaanse bedrijf ProTech biedt een reeks structurele bepantseringsoplossingen, waaronder verschillende soorten kogelvrije hekken en gepantserde gevechtsposities, waaronder gepantserde cabines en wachttorens, mobiele veiligheidshekken en op voertuigen gemonteerde beschermingssystemen voor torenachtige soldaten. Stationaire oplossingen voor structurele bepantsering van dit bedrijf worden vertegenwoordigd door een aantal geprefabriceerde gepantserde gevechtsposities AFPS (gepantserde gevechtsposities), die kunnen beschermen tegen kogels van kaliber 9 mm - 12,7 mm. Andere AFPS-oplossingen van ProTech omvatten verplaatsbare gepantserde constructies die zijn geoptimaliseerd voor perimeter- en checkpointbeveiliging, vitale activabescherming, wachthuisbeveiliging en grenscontroleposten.
ProTech produceert ook modulaire systemen die kunnen worden ontworpen volgens de specificaties van de eindgebruiker. Vergelijkbare systemen, gebaseerd op verplaatsbare gepantserde containers vervaardigd door EADS, zijn ontwikkeld in samenwerking met KMW in het kader van een contract met het Duitse Federale Defensie Procurement Agency. Een gepantserd containersysteem genaamd TransProtec, dat plaats biedt aan 18 personen, inclusief uitrusting, is geoptimaliseerd om grondtroepen te beschermen tegen IED-aanvallen, sluipschuttervuur, granaatscherven, mijnen en massavernietigingswapens en is momenteel in dienst bij de Deense en Duitse legers, in bij dat laatste heet het systeem MuConPers (universele container voor het vervoeren van personen).
Plasan North America, een divisie van het Israëlische Plasan Sasa, heeft ook structurele bepantseringsoplossingen ontwikkeld in het kader van een miljoenencontract met het Amerikaanse ministerie van Defensie voor de bescherming van nieuwe MRAP-voertuigen. Volgens het contract is Plasan de hoofdaannemer in het gezamenlijke productieprogramma met BAE Systems als onderaannemer voor de levering van reserveringssystemen voor Oshkosh M-ATV-machines, waarvan de meeste in Afghanistan werken onder een contract met het TACOM-commando van de Amerikaanse leger. Plasan is een wereldleider in het ontwerpen van complementaire bepantseringssystemen en onderstraalbeschermingssystemen voor de bescherming van tactische voertuigen in militaire en civiele gebieden.
Geavanceerde beschermingssystemen voor soldaten vallen binnen het domein van structurele beschermingstoepassingen en omvatten mechanisch aangedreven gevechts-exoskeletten. Ze beloven een aanzienlijke impact te hebben op grondgevechtsoperaties als dergelijke systemen hun volledige potentieel bereiken. In de Verenigde Staten lopen momenteel verschillende grote DOD-initiatieven en initiatieven voor technologieontwikkeling in de particuliere sector. Een van deze programma's wordt uitgevoerd door het Natick Labs Research Center for Soldiers Development van het Amerikaanse leger volgens het Future Warrior-concept, dat een volledig geïntegreerd systeem voor de soldaat biedt, dat zes hoofdsubsystemen omvat. NSRDEC (MIT's ISN - Soldier Nanotechnologies) en het Soldier System Integration Lab (SSIL) werken ook aan deze programma's. Het uiteindelijke doel van SSIL is het ontwikkelen van wat SSIL een 21e-eeuws gevechtspak noemt. Dat combineert high-tech mogelijkheden met een laag gewicht.
Het Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory (BLEEX) heeft een prototype ontwikkeld van een zelfrijdend exoskelet, bestaande uit twee antropomorfe aangedreven poten, een voortstuwingssysteem en een rugzakachtig frame waarop verschillende ladingen. Het exoskelet stelt de gebruiker - of "piloot" - in staat om extreem zware lasten te dragen terwijl het lopen en rennen op en neer hellingen gedurende het hele bereik van normale reizen vergemakkelijkt zonder het gebruik van fysieke kracht door de operator.
Het Raytheon Sarcos-initiatief loopt in de Raytheon-fabriek in Salt Lake City. Het vertegenwoordigt ambitieuzer werk om het exoskelet van een soldaat te ontwikkelen, waarvan Raytheon beweert dat het in wezen een draagbare robot is die de kracht, het uithoudingsvermogen en de mobiliteit van de drager verbetert. Het XOS-exoskelet, dat dateert uit het oorspronkelijke experimentele systeem dat door Sarcos is ontwikkeld, stelt de piloot momenteel in staat om lasten tot 200 pond op te tillen en zware taken uit te voeren zoals traplopen en hellingen zonder vermoeidheid, maar wordt nu hydraulisch aangedreven. een stationaire externe energiebron voor zichzelf. Ook wordt het HULC-exoskeletprogramma van Lockheed Martin geïntroduceerd, dat ook is ontworpen om op elk moment en op elk terrein 200 pond aan lasten te dragen, en is ontworpen om volledig hydraulisch te zijn en vereist geen externe stroombron. Het HULC-systeem bevat een microprocessor aan boord die is aangesloten op sensorinterfaces, waardoor het exoskelet de bedoeling van de piloot kan detecteren en ermee kan bewegen. Het HULC-systeem is zeer modulair, waardoor belangrijke componenten snel en efficiënt kunnen worden vervangen, en is energiezuinig ontworpen om batterijgebruik tijdens langdurige missies mogelijk te maken. De HULC is echter, net als het exoskelet van BLEEX, meer ontworpen als een systeem om lasten te dragen, in plaats van de natuurlijke fysieke capaciteiten van een soldaat te vervangen. Momenteel wordt de HAL (Hybrid Assistive Limb) ontwikkeld door het Japanse bedrijf Cyberdyne uit Ibaraki. Het is een algeheel krachtig systeem dat is ontworpen om de fysieke kracht van een persoon van twee tot tien keer te vergroten. Ondanks het verschijnen van "Iron Man", blijft zijn aanpassingsvermogen aan toekomstige militaire taken twijfelachtig.
Verdere acties
Samenvattend kan een belangrijke taak voor SZB in brede zin worden gedefinieerd als het verminderen van de kwetsbaarheid voor vijandige acties, met name ballistische aanvallen, waarvoor veel, zo niet alle traditionele materialen momenteel niet voldoende troepenbescherming bieden.
Gevechten leren commandanten vaak harde lessen die in het verleden vanzelfsprekend leken. Een van de moeilijkste lessen van de strijd van vandaag is de ontoereikendheid van pantserbescherming tegen geïmproviseerde dreigingen, waaronder zelfmoordaanslagen op militaire en civiele doelen en IED-aanvallen op transport- en theaterpersoneel. Oude gewoonten, vooral militaire gewoonten, sterven bijzonder hard af. Maar historisch gezien verdwijnen deze gewoonten vaak onder druk van gevechten, zoals Franse cavalerie versus Engelse bogen tijdens de Honderdjarige Oorlog, of de ontoereikendheid van Iraakse gepantserde voertuigen in Sovjetstijl voor aanvallen met precisiegeleide munitie en meer geavanceerde MBT's tijdens de Golf Oorlog.
Snel en met passende tegenmaatregelen reageren op uitdagingen is de sleutel tot militair succes en stabiliteit van de veiligheid. Dus als ze serieus worden genomen als het gaat om troepenbescherming en een belangrijk defensieprobleem vormen in dit transformationele tijdperk van machtsherstructurering, dan zouden structurele bescherming en SZB die deze technologie gebruiken een defensie-inkoop- en R&D-prioriteit moeten worden voor alle militaire leiders. De huidige asymmetrische bedreigingen voor militaire en civiele infrastructuur, evenals asymmetrische gevechten in regionale gevechtsoperaties, beïnvloeden de ontwikkeling van het defensiebeleid en het ontwerp en de aanschaf van systemen wereldwijd. Dit is zoals het zou moeten zijn in de voorspelbare toekomst.
Dergelijke gepantserde militaire systemen werden vooral gezien als een aanvulling op andere prioritaire oplossingen, en niet als een integraal onderdeel van veel en de meeste gevechtssystemen. Maar alles verandert. Beschermings- en bepantseringssystemen vertegenwoordigen een groot potentieel en verbeteren de mogelijkheden in operaties van de 21e eeuw. Het gebruik ervan zal zich uitbreiden en de standaard worden voor veel, zo niet de meeste, verdedigingssystemen op alle niveaus.
