Moderne AFVs, wie das M1117 ASV auf dem Foto, werden in der Regel durch eine Hauptstrukturpanzerung aus Stahl und Aluminium sowie zusätzliche Schutzkomponenten aus verschiedenen Legierungen, Keramiken, Verbundwerkstoffen oder einer Kombination davon geschützt.
Für die Vereinigten Staaten und ihre strategischen Partner ist die Notwendigkeit verbesserter Verteidigungs- und Panzerfähigkeiten klar, um die aktuellen und erwarteten taktischen Verpflichtungen zu erfüllen. Die von den USA geführte multinationale Mission in Afghanistan, die ihren logischen Abschluss noch anstrebt, wird von den im Irak gewonnenen Erkenntnissen hinsichtlich der Missionen und Anforderungen zum Schutz seiner Truppen und der Strategie für neue Initiativen zur Entwicklung von Verteidigungssystemen profitieren
Das Defence and Reservation System (SPB) (ein anderer Begriff für Structural Defense) ist ein strategisches Instrument, da es spürbare Auswirkungen auf kritische Systeme und Ressourcen hat und auch direkt auf den Kämpfer einwirkt. Dies gilt vor allem für asymmetrische Einsatzumgebungen, in denen feste Positionen und die Perimetersicherheit sowie abgesessene Truppen und Patrouillenfahrzeuge besonders akut gefährdet sind. Während sich diese Gefechte schnell entwickeln, kann das Vorhandensein elektronischer Warnsysteme in Kombination mit effektiven Verteidigungslösungen dem Militär oft einen entscheidenden Vorteil verschaffen, indem es ihm ermöglicht, zu überleben, Gegenangriffe zu unternehmen und zu dominieren. Umgekehrt kann das Fehlen einer geeigneten oder effektiven Infrastruktur zur Verteidigung ihrer Streitkräfte sowohl Kombattanten als auch Nichtkombattanten anfällig für Hinterhaltstaktiken machen, und dies ist eine der wichtigsten, wenn auch ernüchternden Lehren aus modernen Operationen auf regionalen Kriegsschauplätzen.
Schlüsselaspekte
Strukturpanzerung bezieht sich auf solche Arten von strategischen Materialien, die gegen ballistische Angriffe resistent sind und in stationäre, transportable oder mobile Transportsysteme und persönliche ballistische Schutzlösungen integriert werden können. Bei der Herstellung von SZB können sowohl traditionelle Materialien wie Stahl und Aluminium oder Stahlbeton als auch fortschrittliche Materialien wie Nanomaterialien und keramische Verbundwerkstoffe verwendet werden. Einige Beispiele für strukturelle Panzerungsanwendungen umfassen die Herstellung von permanenten und temporären Strukturen wie Wachtürmen, Truppen- oder Sicherheitsfahrzeugen, Fahrzeugschutzsystemen und dem persönlichen Schutz von Kämpfern. Letztere können tragbare Schilde oder Checkpoint-Schutzsysteme und transportable gepanzerte Kampfstellungen umfassen.
Drei Versuche, ein Exoskelett-Konzept zu erstellen: Projekte BLEEX, Raytheon SARCOS und Lockheed Martin HULC
Folglich können Schutz- und Reservierungssysteme (SPB) eine große Hilfe bei der Erhöhung der taktischen und strategischen Überlebensfähigkeit in Gefechten und anderen Umgebungen mit hohem Risiko sein. Sie sind ein Schlüsselfaktor in Programmen zum Schutz ihrer Streitkräfte. Sie sind auch die Grundlage für die Abwehr vieler Arten asymmetrischer Angriffe, wie Minen am Straßenrand und RPGs bei Missionen in städtischen Umgebungen und Operationen zur Aufstandsbekämpfung. Da sie aus leichten Verbundwerkstoffen und anderen fortschrittlichen und exotischen Materialien hergestellt werden können, können sie auch im Bereich des Signaturmanagements für geschützte Infrastrukturen nützlich sein, beispielsweise beim Abdecken von Fahrzeugen mit mehr Maskierungsmaterialien von bodengestützten Radargeräten. Tatsächlich können wir sagen, dass die Anwendungen von SZB sehr vielfältig sind – ebenso wie die Materialien, aus denen sie hergestellt werden können.
Einige der Materialien, aus denen die SZB bestehen, können als exotische und neue Materialien klassifiziert werden, dh solche, die neben den Fähigkeiten traditioneller Materialien neue Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können Nanomaterialien, einschließlich Nanoröhren und Nanofasern, sowie fortschrittliche Verbundmaterialien die Panzerungsleistung verbessern. In die Umsetzungspläne der SZB werden nun auch Strukturen in kampfverdachtsfreien Gebieten aufgenommen, denen bisher ein geringer Abwehrgrad für Kampfangriffe zugesprochen wurde. Der National Defense Authorization Act von 2012 sieht beispielsweise erhöhte Sicherheitsstandards bei militärischen Bauvorhaben beim militärischen Bau, Aufbau und Modernisierung bestehender Infrastruktur in den USA und NATO-Staaten vor. Auch im privaten Bauwesen steigen die SOC-Anforderungen für Neubauprojekte und Sanierungen von Bestandsgebäuden aus Sicherheits-, Ergonomie- und Umweltaspekten, da Bautenschutz auch die Fähigkeit besitzt, Lärm zu reduzieren und die Wärmedämmung zu erhöhen. Die Anforderungen an den Kombattantenschutz bleiben jedoch eines der höchsten Anliegen der Militärplaner.
Das United States Corps of Engineers (USACE) ist für US-Regierungsprogramme zum Aufbau militärischer, ziviler und nationaler Sicherheitsinfrastrukturen sowohl weltweit als auch im Inland verantwortlich. Das vielleicht berühmteste Projekt der USACE, das Pentagon, erinnert an die Bedeutung von SIS-Programmen und ihre Bedeutung für laufende Operationen und nationale Sicherheits- und Truppenschutzmissionen. Der Bau wurde 1941 abgeschlossen, wobei aufgrund eines Mangels an strategischen Rohstoffen während des Krieges eine kleine Menge Metall verwendet wurde. Das Pentagon wurde fast vollständig aus Stahlbeton gebaut. In der Schlussfolgerung der Studie der American Society of Civil Engineers über den Zustand des Gebäudes unmittelbar nach dem 11. begrenzte physische Zerstörung und Verlust von Menschenleben. Die Konstruktionsmerkmale Integrität, Redundanz und Energieabsorption wurden im Bericht der Gruppe hervorgehoben. Solche Elemente sollten "in Zukunft in die Gestaltung von Gebäuden und anderen Bauwerken einbezogen werden, bei denen der Widerstand gegen fortschreitende Zerstörung sehr wichtig ist".
Ähnliche, wenn nicht identische Eigenschaften und Anforderungen gelten für ortsfeste und mobile Regierungsstrukturen im In- und Ausland, groß und klein, und sollten Sicherheitsverbesserungen wie die Widerstandsfähigkeit gegen ballistische Angriffe als eingebaute Strukturelemente zum Schutz vor realistisch erwarteten Bedrohungen beinhalten. Folglich sind SZBs für die gesamte Bandbreite militärischer und ziviler Bemühungen von zentraler Bedeutung und dürften in Zukunft zum Alltag werden.
Faustregeln für die Erstellung von Schutz
Monolithische Systeme
Je stärker, desto besser, "ausreichende" Stärke zerstört das Projektil
Je zäh, desto besser, "ausreichende" Zähigkeit widersteht Rissbildung
Je dicker desto besser
Je schwerer desto besser
Eine dicke Platte ist besser als zwei dünnschichtige Platten
Je größer die Neigung (Auftreffwinkel) desto besser
Multimaterialsysteme (Hybrid)
Fester ist nicht immer besser, aber meist ist ein hartes Furnier vorhanden
Hart ist nicht immer besser, aber meist ist eine harte Basis vorhanden
Dicker ist nicht immer besser
Härter ist nicht immer besser
Zwei dünne Platten können besser sein als eine dicke
Mehr Steigung ist nicht immer besser
Adaptive Vorteile
Herkömmliche Rüstungsmaterialien haben angesichts neuer Sicherheitsherausforderungen Einschränkungen gezeigt, während fortschrittliche Materialien, einschließlich Verbundwerkstoffen und Nanomaterialien, erhebliche Vorteile gegenüber älteren Systemen gezeigt haben und die Überlebensfähigkeit des Soldaten selbst unter extremen Bedingungen erhöhen.
Die Mängel der bestehenden Verteidigungssysteme könnten vielleicht eines der Hinterlassenschaften des Kalten Krieges sein. Militärdoktrinen dieser Zeit konzentrierten sich nicht auf militärische Operationen in bebauten Gebieten (englischer Begriff MOBA - Mobility Operations For Built-up Areas) oder militärische Operationen unter städtischen Bedingungen (englischer Begriff MOUT - Military Operations in Urban Terrain). Ebenso basierten die Doktrinen, die nach dem Golfkrieg entstanden, auf einsetzbaren High-Tech-Fähigkeiten mit hoher Präzision in Schock- und Ehrfurchtsszenarien mit einem begrenzten Zeitrahmen. Dies geschah natürlich nicht im Irak, wo hochtechnologische Offensivsysteme und -taktiken in der Anfangsphase des Konflikts von größter Bedeutung waren und die Notwendigkeit, das operative Tempo über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten, entscheidend wurde.
SZBs bieten Vorteile für Kräfte, die an langfristigen Einsätzen auf Theater- oder Regionalebene beteiligt sind, auch im Rahmen von MOUT-Kampagnen. Viele dieser Vorteile, zum Beispiel beim Schutz von Waffen und Wertgegenständen bei hohem Risiko, liegen auf der Hand, andere weniger. Dazu können Umwelt- und ergonomische Sicherheitsprobleme sowie das Härten, Versiegeln und der Schutz von Kampfelektronik und anderer kritischer Informationsinfrastruktur vor potenziell schädlichen asymmetrischen Auswirkungen gehören. SZB als Technologiepaket wird aber auch eine weitergehende Bedeutung haben als die, die sich durch die gesamte Wehrtechnik ziehen. Dies liegt daran, dass strukturelle Panzerung ein gemeinsamer Technologiesektor für alle Zweige des Militärs ist, der andere Verteidigungsanwendungen und Kategorien von militärischer Ausrüstung, Aufgaben und Anwendungen der nationalen Sicherheit betrifft.
Die oben genannten können erweitert werden. Die SZB sollte in die Anforderungen zum Schutz nuklearer und strategischer Einrichtungen (aufgrund ihrer Eignung für stationäre, semi- und vollmobile Systeme unter allen Gefechtsbedingungen), des militärischen und zivilen Sektors in nicht-kombattanten bebauten Gebieten (weil Gebäude von Sicherheitsmaßnahmen und neuen Bauweisen profitieren werden, die die Widerstandsfähigkeit gegen Terrorismus und Naturkatastrophen wie Hurrikane und Erdbeben erhöhen, Modernisierung und Initiativen zur Umgestaltung der Truppen, Bekämpfung von Elektronik und Datenverarbeitung (aufgrund ihrer Fähigkeit, den Schutz der elektronischen Infrastruktur zu verbessern)) und Kampffahrzeuge (wegen ihrer Fähigkeit, einen zuverlässigen ballistischen Schutz für mobiles Personal zu schaffen).
Struktur einer typischen Sandwichplatte aus transparenter Panzerung
Die von den meisten Panzerglasherstellern verwendete Glasstruktur: zuerst Glas als äußere Schicht, mehrere Glasschichten und Polyvinylbutyral in der Mitte, dann Polyurethan und schließlich Polycarbonat. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Fähigkeit von Polycarbonat, sich auszudehnen und die von den härteren Glasoberflächen gebildeten Ablagerungen "aufzufangen". Diese Ausdehnung ist über zwei Zoll möglich.
Die NWB sind auch auf Initiativen zur Haushaltsreform ausgerichtet. Denn einige Anwendungen in diesem Technologiebereich ermöglichen die kostengünstige Modernisierung und Sanierung bestehender Anlagen und Systeme sowie die Schaffung einer völlig neuen Infrastruktur, die wiederum die Vorteile eines stabilen Budgets für andere Komponenten von Gesamtmodernisierungsprogrammen ermöglicht und Initiativen. So hat das US-Verteidigungsministerium im Haushaltsplan 2010 1,4 Milliarden US-Dollar für militärische Entwicklungsprogramme, 15,2 Milliarden US-Dollar für Truppenschutzinitiativen (der größte Einzelantrag nach den Ausgaben für den militärischen Geheimdienst) und 1,5 Milliarden US-Dollar für die Bekämpfung von IEDs (improvisierte Sprengkörper) bereitgestellt. SPBs können die Kosteneffizienz in diesen Verteidigungssektoren verbessern. Folglich ist es eine Technologie mit potenziell hohen Zahlungen für die Entwicklung von Programmen für die nationale und internationale Sicherheit und den Kampf gegen den Terrorismus, wie Botschaften und andere langfristige Ingenieurprojekte, um VIPs zu schützen und Personal in kritischen Situationen zu schützen.
Weitere Vorteile der Übernahme von SZBs und deren Integration in die Entwicklung militärischer Programme sind die Tatsache, dass die Materialien selbst und die fortschrittlichen Methoden ihrer Herstellung und anschließenden Verarbeitung und Veredelung eine gemeinsame Basisplattform für die Entwicklung im Bereich exotischer und fortschrittlicher Materialien haben, einschließlich Nanomaterialien. Sie können in die SZB eingebettet werden, um zusätzliche Fähigkeiten wie eine eingebettete Sensormatrix und Biometrie bereitzustellen, die selbst Teil des Schutzsystems selbst werden. Eine Reihe globaler Initiativen sind im Gange, um strukturellen Schutz, Herstellung und Konstruktion und Verwendung von SSS zu entwickeln, die ihre einzigartigen Eigenschaften für den Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen nutzen.
Piezoelektrische Komponenten von Ceramtec
In den USA werden Materialien für SZB und verwandte Prozesse in den Zentren und Diensten des Verteidigungsministeriums und der Privatwirtschaft entwickelt. Unter den wichtigsten Zentren der laufenden Forschung und Entwicklung ist das Militärforschungslabor ARL hervorzuheben, dessen Waffen- und Materialforschungsabteilung an Schutzinitiativen in Programmen für einen vielversprechenden Lastwagen, ein Waffensystem und ein zukünftiges Fahrzeug beteiligt ist. Das Zentrum für Verbundwerkstoffe der University of Delaware führt auch vom DOD finanzierte Forschung zu fortschrittlichen Abschirmmaterialien durch, und andere SZB-Entwicklungszentren werden hervorgehoben.
Fortschrittliche Nanomaterialien
Struktureller Schutz kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, wobei eine erweiterte Palette fortschrittlicher Design-, Herstellungs- und Formtechniken verwendet wird. Das Tempo der Materialentwicklung ist eines der schnellsten in der Wehrtechnik und angewandten Wissenschaft, angetrieben von strategischen Herausforderungen. Dies gilt sowohl für die Entdeckung neuer Materialien als auch für die kontinuierliche Verbesserung des Einsatzes bestehender verteidigungsrelevanter Produkte, die für eine transformative Entwicklung bei der Verteidigung ihrer Streitkräfte geeignet sind.
Nanomaterialien haben in diesem Anwendungsbereich in Entwicklungsprogrammen breite Anwendung gefunden, und viele revolutionäre Herstellungsverfahren befinden sich in der Entwicklung oder gehen in die industrielle Produktion über. An der Spitze der fortschrittlichen Materialentwicklung steht das 2004 erstmals entdeckte Graphen, ein Graphithomologes, dessen ungewöhnliche Eigenschaften es für eine Reihe von Anwendungen vielversprechend machen, einschließlich des potenziellen Einsatzes des Strukturschutzes. Graphen ist eine nur ein Atom dicke Graphitschicht und damit das dünnste bisher entdeckte Material. Da es etwa zweihundert Mal stärker ist als Stahl, ist Graphen auch eines der haltbarsten Materialien, die jemals im Labor hergestellt wurden. Graphen hat auch ungewöhnliche elektrische Leitfähigkeitseigenschaften, die revolutionäre Anwendungen in Halbleiter-Mikroprozessoren ankündigen. Dies macht Graphen zu einem Material mit großem Potenzial in mehreren Schlüsseltechnologiebereichen. Obwohl dies alles vielversprechend ist, bleibt die Verwendung von Graphen für die Entwicklung von Militärprogrammen jedoch aufgrund des Mangels an angewandter Forschung zu diesem sehr neuen Material und der Schwierigkeiten bei der Herstellung in industriellen Mengen bei gleichzeitig hoher Rentabilität in der Zukunft bestehen.(Für "fortgeschrittene Experimente mit zweidimensionalem Material - Graphen" wurden A. K. Geim und K. S. Novoselov 2010 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet).
Der M2 / M3 BRADLEY BMP verwendet 7039-T64 (obere Hälfte) und 5083-H131 (untere Hälfte) Aluminiumlegierungspanzerung. Die Kampferfahrung im Irak führte jedoch zu einem erhöhten Schutz durch eine zusätzliche Panzerungsschicht aus mehrschichtigem Stahl plus Elemente der passiven (kompositionellen) und reaktiven Panzerung, die wir auf dem Foto sehen.
Carbon Nanotubes (CNTs) sind jedoch im Bereich von Forschungs- und Entwicklungsinitiativen viel bekannter und haben bereits zahlreiche praktische Anwendungen nicht nur im militärischen Bereich, sondern auch im Bereich der nationalen Sicherheit und der Strafverfolgung gefunden. Fortschrittliche Panzerungsmaterialien aus langen Kohlenstoffnanoröhren können in einer Vielzahl von Formen und Strukturen hergestellt werden, einschließlich Platten, Fasern, Platten und geformten Formen. Die endgültigen "nano-verbesserten" Materialien sind leicht, aber extrem langlebig, und ihre elektrothermischen Eigenschaften können während des Herstellungsprozesses geändert werden. Bei der Herstellung von Verbundstrukturen bietet CNT-basierte Panzerung eine flexible, leichte Lösung, die einen hervorragenden Schutz gegen ballistische Angriffe auf Fahrzeuge und andere feste oder mobile Kampfinfrastruktur bietet. Im Rahmen des bestehenden Vertrages mit dem Labor Natick Labs hat Nanocomp Technologies für den persönlichen Schutz des Personals nur wenige Millimeter dicke Verbundplatten auf Basis von CNT entwickelt, die ein 9-mm-Geschoss aus nächster Nähe stoppen.
Beschädigung beim Stanzen eines Verbundmaterials
Kompositmaterialien
Ähnlich wie Metalllegierungen unterscheiden sich Verbundwerkstoffe im Wesentlichen dadurch, dass sie ineinander unlöslich sind und aus den Bestandteilsmaterialien anders gebildet werden können als Elemente oder Mischungen von Metallphasen. Verbundwerkstoffe können jedoch wie Legierungen aus zwei oder mehr Komponenten gebildet werden, die in Form oder Struktur erheblich variieren können. Verbundwerkstoffe können nach einer Vielzahl von Verfahren hergestellt werden. Dazu gehören neue Verbindungstechniken wie Laminieren, Sandwiching, Sintern, Partikelspritzguss, Faserweben und Nanofertigungstechniken wie Mikrokompression. Wenn sie als ballistische Schutzsysteme hergestellt werden, werden sie als Verbundstrukturpanzerung (CSA) klassifiziert und bilden eine Reihe neuer Materialien wie Metall-Intermetallische Laminate (MIL) und Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe (CMC).
Ballistische Verbundwerkstoffe werden typischerweise als Wabenstrukturen und Laminate aus dickwandigen Verbund-, Gummi- und Keramikschichten hergestellt, die kombiniert werden, um ein optimales Gleichgewicht zwischen Struktur und ballistischer Leistung bei minimalem Gewicht zu bieten. Zu diesen Laminaten zählen opake, transluzente und transparente Panzerverbundwerkstoffe, die als explosionsgeschützter Glasersatz für Fahrzeuge verwendet werden. Epoxid-Glasfaser- und Glasfaser-Verbundstoffe bieten hervorragenden Schutz für Fahrzeuge in Kampfgebieten, in denen das Risiko von IED-Angriffen sehr hoch ist. Aluminiumschaum mit geschlossenen Zellen CCAF (Closed-Cell Aluminium Foam) hat ein geringes Gewicht kombiniert mit hoher Festigkeit, Steifigkeit, absorbiert Energie gut, seine Herstellungseigenschaften können aufgrund der Struktur der sie bildenden Mikrostruktur unterschiedlich sein. Im ballistischen Zustand weist CCAF eine signifikante nichtlineare Verformung und Spannungswellendämpfung auf. Nach Angaben des amerikanischen Labors ARL können Verbundpanzerplatten mit CCAF dem Aufprall von 20 mm Splittergranaten standhalten.
Ballistische Verbundwerkstoffe dieser Kategorie eignen sich für den Explosionsschutz von Fahrzeugen, wie zum Beispiel die ballistische Abschirmung für MRAP-Fahrzeuge, die in städtischen Kampfumgebungen eingesetzt werden. Sie können auch in anderen Bereichen, wie zum Beispiel Kanonenrohren, eingesetzt werden. Sie werden oft in Form von Abdeckplatten oder Verkleidungen hergestellt, die als Bodenplatten, Splitterschutz und Verkleidungen innerhalb und außerhalb von Maschinen geschützt eingebaut werden. Keramische Verbundwerkstoffe können in Form einer strukturellen Panzerung mit guten Anti-Explosions- und Anti-Fragmentierungs-Eigenschaften (viele sekundäre Fragmente und Trümmer) hergestellt werden. Dies macht keramische Verbundwerkstoffe gut geeignet für strukturelle Panzerungsanwendungen, insbesondere für MRAP und andere kleine und mittelgroße Kampffahrzeuge, deren Design angesichts der Gewichtsbeschränkungen aufgrund der Tatsache, dass sich schwere Panzerung negativ auf die Fahrzeugmobilität auswirkt, ein Kompromiss sein sollte. Größere Fahrzeuge, einschließlich taktischer Lastwagen und gepanzerter Fahrzeuge (wie der gepanzerte Bus Rhino Runner), sind jedoch bessere Kandidaten für die Integration mit Standardlösungen für Metallpanzerung.
Wenn sie in fortschrittliche Verbundwerkstoffe aus Nanomaterialien eingebaut werden, können die resultierenden Nanoverbundwerkstoffe gegenüber unverstärkten Materialien ein zusätzliches Leistungsniveau oder einen zusätzlichen Schutz bieten oder das gleiche Niveau bei gleichzeitiger Verringerung der Masse. Polymere und Monomere, einschließlich Kunststoffpolymere, können auch zur Verwendung als fortschrittliche Verbundmaterialien für Bauschutzanwendungen hergestellt werden. Eine Eigenschaft von mit Nanopartikeln implantierten Nanopolymeren – dass die Wellenlänge geringer ist als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts (etwa 400 Nanometer) – legt nahe, dass die fertigen Materialien transparent sein können. Mehrere Typen solcher polymerisierter strategischer Materialien wurden mit ähnlichen Eigenschaften hergestellt. Offensichtlich sind diese Eigenschaften strategisch wertvoll, wenn herkömmliches Panzerglas in Kampf- und Sicherheitsfahrzeugen modifiziert oder ersetzt wird.
SmartArmour ist ein mehrschichtiges, multifunktionales Reservierungssystem, das von SmartNano Materials of Piano hergestellt wird, transparent oder undurchsichtig nach den Spezifikationen des Endbenutzers geliefert werden kann und panzerbrechenden Kugeln, Druckwellen, Granatenfragmenten und Detonation bei IEDs standhält. Aber auch Vitreloy-Zirkonium- und Beryllium-Metallglas mit ähnlichen Eigenschaften werden von Amorphous Technologies International hergestellt. Das RDECOM-Forschungs- und Entwicklungszentrum von ARL hat eine flüssige Panzerung für den ballistischen Schutz entwickelt, die auf einer scherverdickenden Flüssigkeit aus festen Siliziumdioxid-Nanopartikeln, suspendiert in Polyethylenglykol, basiert; es wurde erfolgreich an Körperschutz mit Kevlar getestet.
Device-Processing ist die Sättigung von strukturellen Panzerungsmaterialien mit Nanostrukturen, die Hochleistungs-Halbleiterprozessoren zu Panzerungselementen kombinieren können. Solche "intelligenten Materialien" können in gepanzerte Wände eingebaut werden, ein Anwendungsbeispiel ist piezoelektrisch. Dabei handelt es sich um natürliche Materialien, die beim Schütteln, Verformen oder Zusammendrücken elektrische Impulse abgeben. Piezoelektrika, die bisher kommerziell in Drehtellernadeln eingesetzt wurden, können in Panzerstrukturen, beispielsweise Paneele, modulare Elemente eingebettet und in Form von Thermo-, Vibrations- und Schocksensoren in tragende Wände eingebaut werden.
In einem vom US-Energieministerium geförderten Projekt des Berkeley-Labors der University of California werden modernste piezoelektrische Materialien auf Basis piezoelektrischer Materialien mit Perowskit-Kristallstruktur entwickelt. Accellent Technologies, ein auf Strukturüberwachung spezialisiertes Verteidigungsunternehmen mit Sitz in Minneapolis, hat jedoch eine Hardware- und Software-Suite namens SMART Layer entwickelt, die Sensoren zu strukturellen Komponenten wie Paneelen und Wänden kombiniert. Das System des Unternehmens verwendet eingebettete Multisensoren, die mikroprozessorbasierte thermische, Zug- und faseroptische Sensoren verwenden, um Veränderungen in der Integrität beobachteter Strukturen mit einem proprietären aktiven Scanverfahren zu erkennen. Diaform Armor Solutions, ein Geschäftsbereich von Ceradyne Inc., hat leichte strukturelle Panzerungslösungen unter Verwendung thermoplastischer Verbundwerkstoffe entwickelt, um schnell dreidimensionale Strukturformen herzustellen, die modulare Elemente von verstärkten Strukturbaugruppen bilden können.
Kugelsicheres Protech-Sicherheitsmodul
IBD Deisenroth Advanced Multi-Layer Armor Concept
Modulare Konstruktionselemente, die den Ballistic Armor Matrix (BAM)-Standards entsprechen, werden auch häufig bei Neukonstruktionen, Ergänzungen und Modifikationen bestehender Strukturen verwendet, bei denen die wichtigsten Eigenschaften erhöhte Sicherheit und Widerstandsfähigkeit gegen ballistische Angriffe sind. Die von Antiballistic Security and Protection (ASAP), Inc. patentierte BAM-Spezifikation beschreibt mehrschichtige gepanzerte Strukturelemente wie Wände, Decken und Böden, die aus Schichten harter Aramidfaserplatten und gehärtetem Werkzeugstahl (z. B. Thermasteel®) bestehen, hergestellt von Thermasteel Corporation) oder gehärtetes Stahlgitter. BAM-Spezifikationen umfassen BAM-1, BAM-1A und BAM-8; jeder beschreibt ein zunehmendes Niveau des baulichen Schutzes. Zagros Construction hat sein Wandsystem ThermalBlast entwickelt, von dem das Unternehmen sagt, dass es sehr widerstandsfähig gegen ballistische Angriffe und Krafteinwirkungen ist. Es verwendet das patentierte BAM-8-System, bestehend aus einer schützenden, leichten, kugelsicheren Innenwand (oder BAM-Innenmatrix), teilweise bestehend aus ballistischem Kevlar, das auch in Decken und Böden und anderen ThermaSteel-Platten eingebaut werden kann. Das Unternehmen empfiehlt sein ThermalBlast-System für Botschaften, Regierungen und Postämter, militärische Einrichtungen, Munitionsdepots und andere kritische Einrichtungen. US Bullet-proofing stellt sein Sortiment an kugelsicheren Stahlplatten als eine einzige ballistische Plattenlösung her, die nach Einschätzung des Unternehmens NIJ Armor Level IV erfüllt.
SZB-Materialien werden auch in einigen Offensivsystemen verwendet, wie z. B. der Auskleidung von Raketensilos und Abschussrohren und -behältern, die auf mobilen Raketenabwehrraketen transportiert werden, die gute thermische Abrieb- und kinetische Stoßfestigkeitseigenschaften erfordern. Das von der amerikanischen Firma V-System Composites entwickelte HyperShield-System, das integrierte Panzerplatten und fortschrittliche Verbundstrukturen verwendet, ist eine kostengünstige, leichte kugelsichere Buchungslösung und verfügt über eine NIJ Level III-Schutzstufe für die Raketenabwehr, zu der auch Transportfahrzeuge und ballistische Anforderungen an Flugzeuge. Ein vergrabener Atomsprengkopf wie die amerikanische B-61 kann auch strukturelle Panzerungsmaterialien verwenden, während Nuklearmunition, die für die Bodendetonation beim sogenannten "Teppichbombardement" bestimmt ist, wie die amerikanische B-53-Bombe, ebenfalls eine Panzerung erfordert des Munitionskörpers durch Stoßbelastungen.
Frontier Performance Polymers hat mit Unterstützung von Army Center Natick erfolgreich eine bahnbrechende Polymertechnologie und ein innovatives Herstellungsverfahren für leichte, transparente Rüstungen zum Schutz von Augen und Gesicht entwickelt. Dieses Material mit einem Flächengewicht von 0,16 kg/cm2 hat die gleichen ballistischen Eigenschaften wie die in Militärhelmen verwendeten Aramid-/Phenol-Materialien, kostet aber 10 mal weniger
Traditionelle Materialien
Traditionelle Materialien, die bei der Herstellung von Schutzbauten verwendet werden, wie unlegierter Stahl und Stahlbeton, sind jedoch keineswegs Materialien der Vergangenheit. Insbesondere Metalllegierungen bleiben aufgrund ihrer bewährten Abschirmeigenschaften und der bestehenden Fertigungsanlagen für ihre Produktions- und Verteidigungsanwendungen die bevorzugten Materialien. Diese sogenannten „harten“Panzerlösungen gelten nicht nur für ballistische Stähle und strategische Legierungen, sondern auch für fortschrittliche Verbundwerkstoffe mit guten ballistischen Eigenschaften. Dies gilt auch für Rüstungen aus oder mit Fasern verstärkt oder engmaschig. Als strukturelles Panzermaterial weist Beton die gewünschten Eigenschaften auf und wird weiterhin weit verbreitet verwendet, während die Herstellungskosten niedrig sind.
Das US Marine Corps LAV 8x8 erhält im Rahmen eines laufenden Modernisierungsprogramms zusätzliche Verbundpanzerungselemente über seinem Rumpf aus Aluminiumlegierung.
Panzermaterial von AMAP-S IBD Deisenroth erfüllt eine wichtige unterstützende Funktion bei der Reduzierung der thermischen Signatur des Fahrzeugs
Expeditionary Fighting Vehicle EFV (Expeditionary Fighting Vehicle) des Marine Corps ist das erste gepanzerte Kampffahrzeug, das die Panzerung 2518-787 verwendet, eine Legierung aus Aluminium, Kupfer, Mangan. Obwohl diese Legierung zäh ist und gute ballistische Eigenschaften besitzt, weist sie bei herkömmlichen Stumpfschweißungen eine schlechte ballistische Zähigkeit auf. Dies zwang den Hersteller, Stumpfnähte und Hauptkehlnähte aus der Struktur auszuschließen, um die Schlagzähigkeit zu erhöhen, die Platte an der Platte wird nun mechanisch befestigt. Viele Probleme mit diesem Programm führten schließlich zum Abschluss dieses vielversprechenden Projekts.
Legierungen gehören zu den härtesten Materialien, aus denen Strukturpanzerungen hergestellt werden können. Legierungen sind eine Kombination aus zwei oder mehr chemischen Elementen - Metallen (oder metallischen und nichtmetallischen Elementen), die normalerweise während des Schmelzprozesses miteinander "verschmolzen" oder ineinander gelöst werden. Das Ergebnis ist ein Material mit einer besseren Leistung als jede einzelne Komponente. Titan und Titanlegierungen sind übliche strukturelle Panzerungselemente. Ihr Einsatz umfasst unter anderem „traumatische“Schilder in Personenbuchungssystemen, die hochgradig gefährdeten Körperstellen einen hohen Schutz bieten. Auch die Beryllium-Aluminium-Legierung hat sich in vielen Fällen bewährt. Die besondere Festigkeit und Steifigkeit dieser Legierung übertrifft die herkömmlicher Titanlegierungen, was zu einem geringeren Strukturgewicht und einer verbesserten Leistung führt. Rüstungsstähle sind auch strategische Materialien, die für strukturelle Rüstungen geeignet sind.
Eine Reihe von sogenannten "Superlegierungen" oder "Hochleistungslegierungen" wurden auch kommerziell unter den Markennamen hergestellt. Darunter ist die hochfeste Hastelloy-Legierung, deren Hauptbestandteil ein Übergangsmetall ist - Nickel; Kovar, eine Kobalt-Nickel-Legierung, die für ihren ausgezeichneten Wärmeausdehnungskoeffizienten geschätzt wird; Nickel-Kupfer-Eisen-Legierung Monel; und Inconel Nickel-Chrom-Legierung.
Laserhärten ist eines der Verarbeitungsverfahren, das die funktionellen Eigenschaften von unedlen Metallen und Legierungen verbessert. Es gibt andere Arten von Eigenschaftsverbesserungen, einschließlich Mikrokompression, einem Verarbeitungsprozess, der eine fokussierte Ionenstrahltechnik verwendet, um fortschrittliche Materialien mit Unterstrukturen für zusätzliche Festigkeit und Haltbarkeit zu sättigen. Auch superplastische Formgebungen kommen zum Einsatz, was zu Metall- und Keramikprodukten mit extrem hoher Zugfestigkeit führt.
Das NETL-Labor (National Energy Technology Laboratory) des US-Energieministeriums erhielt vom Tank-Automotive and Armaments Command (TACOM) und dem ARL Military Research Laboratory den Auftrag, ein Programm zur Entwicklung einer Panzerplatte aus Gussstahl für amerikanische Militärfahrzeuge durchzuführen. einschließlich des BRADLEY BMP. Darauf entwickelten NETL-TACOM-Lanoxide Corp und DARPA gemeinsam eine gegossene Luke, und ein Nebeneffekt des Programms war der Erhalt einer Patch-Rüstung. Später, im Rahmen des Programms, wurde in Zusammenarbeit mit TACOM und dem Hauptauftragnehmer General Dynamics eine Titanpanzerplatte (unter Verwendung der Ti-6Al-4V-Luftfahrtlegierung) für die M-1A1 ABRAMS-KPz-Luke entwickelt. In jüngerer Zeit hat NETL eine hochfeste AFV-Panzerung entwickelt, bei der gesinterte Titanpulverlegierungen verwendet werden, um die Festigkeit des Endmaterials zu erhöhen. Die Panzerungsmaterialien aus Siliziuminfiltration (SiSiC) und gesintertem Siliziumkarbid (SSiC) sind Produkte von CeramTec of North America aus New Jersey, der amerikanischen Division der deutschen CeramTec AG. Diese Materialien weisen eine gute chemisch-thermische Stabilität und eine hohe Beständigkeit gegenüber tribologischen Belastungen auf (Tribologie ist eine wissenschaftliche Disziplin, die Reibung und Verschleiß von Maschinenkomponenten und -mechanismen in Gegenwart von Schmierstoffen untersucht).
AT&F Advanced Metals of Orville mit Sitz in Ohio ist ein in Privatbesitz befindliches Unternehmen, das sich auf die Herstellung und Verarbeitung von langlebigen Metallen und Legierungen, einschließlich Titan, Zirkonium, Niob, Nickellegierungen und Duplex-Edelstahl, spezialisiert hat und Kunden aus dem Zivil- und Verteidigungsbereich beliefert. Noch spezifischer ist der Geschäftsbereich Steel Solutions und Nuclear dieses Unternehmens. Es stellt auch Materialien für SZB her, die auf hochfestem niedriglegiertem Stahl, Kohlenstoffstahl und stahlbasierten Legierungen basieren. Das Unternehmen beschäftigt sich auch mit der strukturellen Panzerung von Nuklearanlagen, einschließlich Reaktoreinbauten und Containern für Atommüll.
Andere Programme
Andere SZB-Programme werden über das gesamte Spektrum der eingesetzten Streitkräfte und eine Vielzahl globaler Militäroperationen durchgeführt. Ihre unmittelbaren Anforderungen und Herausforderungen stehen in direktem Zusammenhang mit dem aktuellen und zukünftigen Schutz ihrer Kommunikationskräfte, da diese Anwendungsgebiete den ballistischen Schutz von Fahrzeugen, den Soldaten als Systemmodernisierungsarbeit und den Beitrag zum Überleben der militärischen Infrastruktur gegen die verschiedenen asymmetrischen Bedrohungen umfassen bei regionalen Friedenssicherungseinsätzen häufig anzutreffen.
Die fortschrittliche Panzerung von Fahrzeugen, Militär- und Regierungseinrichtungen und Militärstandorten an den Frontlinien und im Heck wird nur von der Verfügbarkeit der eingesetzten Fähigkeiten profitieren. Während viele Anwendungen Verbesserungen und Upgrades bestehender Fähigkeiten und Systeme als solche sind, wie beispielsweise neue Arten zusätzlicher Panzerung für Kampffahrzeuge zum Schutz vor IEDs, sind andere innovative Systeme der Zukunft.
Das deutsche Unternehmen IBD Deisenroth Engineering AG stellt das AMAP Hightech Survivability Enhancement System her. Es handelt sich um eine Reihe von strukturellen Panzerungslösungen, die mehrere Herstellungsmethoden und fortschrittliche Materialien verwenden, einschließlich hochfester Legierungen und Verbundwerkstoffe. Darunter ist das AMAP-IED, das keramische Panzerungs- und Splitterschutzauskleidungstechnologie kombiniert und als modulare Elemente geliefert werden kann und den Schutz von Militärfahrzeugen erhöhen soll. IBD bezeichnet das AMAP-IED als Schutzsystem der nächsten Generation und klassifiziert es als Schutz gegen Splitter von Artilleriegeschossen bis Kaliber 155 mm sowie Minen und IEDs am Straßenrand. AMAP-T ist eine transparente Panzerung aus Keramikglas, die vom Unternehmen als überlegene Transparenz und extreme Haltbarkeit beschrieben wird und die STANAG-Stufen 1 bis 4 erfüllt.
Für den Schutz des Fahrzeugdachs sorgen AMAP-R und AMAP-ADS, waffenoptimierte Materialien, erstere aus ultraleichten Verbundwerkstoffen, die sich für Fahrzeugdachpanzerungen eignen. Die interessanteste Panzerungslösung ist die AMAP-S. Optimiert für ballistischen Schutz und Signaturmanagement reduziert es die Signatur von Militärfahrzeugen bei der Abtastung durch Aufklärungssensoren im sichtbaren, infraroten, Radar- und akustischen Spektrum. Diese Materialien können als Ergänzung zu bestehenden Maschinenkörpern verwendet werden, dh sie können auf neue Modelle oder bereits in Betrieb befindliche Maschinen installiert werden.
Accellent SMART-Layer-Sensorbänder-Beispiele
Der Geschäftsbereich BAE des amerikanischen Konzerns ProTech bietet eine Reihe von strukturellen Panzerungslösungen an, die verschiedene Arten von kugelsicheren Zäunen und gepanzerten Kampfstellungen umfassen, darunter gepanzerte Kabinen und Wachtürme, mobile Sicherheitszäune und fahrzeugmontierte Schutzsysteme für turmartige Soldaten. Stationäre Lösungen für strukturelle Panzerung dieser Firma werden durch eine Reihe von vorgefertigten gepanzerten Kampfpositionen AFPS (Panzerkampfpositionen) repräsentiert, die vor Kugeln des Kalibers 9 mm - 12,7 mm schützen können. Andere AFPS-Lösungen von ProTech umfassen transportable gepanzerte Strukturen, die für die Perimeter- und Kontrollpunktsicherheit, den Schutz lebenswichtiger Vermögenswerte, Wachhaussicherheit und Grenzkontrollpunkte optimiert sind.
ProTech stellt auch modulare Systeme her, die gemäß den Spezifikationen des Endbenutzers entworfen werden können. Ähnliche Systeme, basierend auf transportablen Panzercontainern des Herstellers EADS, wurden in Zusammenarbeit mit KMW im Auftrag des Bundesamtes für Rüstungsgüterbeschaffung entwickelt. Ein gepanzertes Containersystem namens TransProtec, das 18 Personen inklusive Ausrüstung aufnehmen kann, ist zum Schutz der Bodentruppen vor IED-Angriffen, Scharfschützenfeuer, Schrapnell, Minen und Massenvernichtungswaffen optimiert und ist derzeit bei der dänischen und deutschen Armee im Einsatz letzteres heißt das System MuConPers (Universalcontainer für den Personentransport).
Plasan North America, ein Geschäftsbereich der israelischen Plasan Sasa, hat im Rahmen eines millionenschweren Vertrags mit dem US-Verteidigungsministerium auch strukturelle Panzerungslösungen zum Schutz neuer MRAP-Fahrzeuge entwickelt. Laut Vertrag ist Plasan Hauptauftragnehmer im gemeinsamen Produktionsprogramm mit BAE Systems als Subunternehmer für die Lieferung von Reservierungssystemen für Oshkosh M-ATV-Maschinen, die größtenteils in Afghanistan im Rahmen eines Vertrags mit dem TACOM-Kommando der amerikanischen Heer. Plasan ist weltweit führend in der Entwicklung von komplementären Panzerungssystemen und Unterdruckschutzsystemen zum Schutz taktischer Fahrzeuge im militärischen und zivilen Bereich.
Fortschrittliche Soldatenschutzsysteme fallen in den Bereich struktureller Schutzanwendungen und umfassen mechanisch angetriebene Kampf-Exoskelette. Sie versprechen, einen erheblichen Einfluss auf Bodenkampfoperationen zu haben, wenn solche Systeme ihr volles Potenzial entfalten. In den Vereinigten Staaten laufen derzeit mehrere große Initiativen des DOD und des Privatsektors für Technologieentwicklungsprogramme. Eines dieser Programme wird vom Natick Labs Research Center for Soldiers Development der US-Armee nach dem Future Warrior Concept durchgeführt, das ein vollständig integriertes System für den Soldaten bereitstellt, das sechs Hauptsubsysteme umfasst. NSRDEC (MIT's ISN - Soldier Nanotechnologies) und das Soldier System Integration Lab (SSIL) arbeiten ebenfalls an diesen Programmen. Das ultimative Ziel von SSIL ist es, einen Kampfanzug des 21. Jahrhunderts zu entwickeln, den SSIL als Kampfanzug des 21. Jahrhunderts bezeichnet.
Das Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory (BLEEX) hat einen Prototyp eines selbstfahrenden Exoskeletts entwickelt, der aus zwei anthropomorphen angetriebenen Beinen, einem Antriebssystem und einem rucksackartigen Rahmen besteht, auf dem verschiedene Ladungen angebracht sind. Das Exoskelett ermöglicht dem Benutzer - oder "Piloten" - das Tragen extrem schwerer Lasten und erleichtert das Gehen und Laufen auf und ab Steigungen über den gesamten normalen Bewegungsbereich ohne den Einsatz von körperlicher Kraft durch den Bediener.
Die Raytheon Sarcos-Initiative läuft im Raytheon-Werk in Salt Lake City. Es stellt eine ehrgeizigere Arbeit dar, um das Exoskelett eines Soldaten zu entwickeln, von dem Raytheon behauptet, es sei im Wesentlichen ein tragbarer Roboter, der die Kraft, Ausdauer und Mobilität des Trägers verbessert. Das XOS-Exoskelett, das auf das ursprüngliche von Sarcos entwickelte Experimentalsystem zurückgeht, ermöglicht dem Piloten derzeit das Heben von Lasten von bis zu 200 Pfund und ermüdungsfreie Aufgaben wie Treppensteigen und Steigungen, wird jedoch jetzt hydraulisch angetrieben eine stationäre externe Energiequelle für sich. Ebenfalls eingeführt wird das HULC-Exoskeleton-Programm von Lockheed Martin, das auch dafür ausgelegt ist, jederzeit und in jedem Gelände 200 Pfund Lasten zu tragen und vollständig hydraulisch zu sein und keine externe Stromquelle benötigt. Das HULC-System umfasst einen integrierten Mikroprozessor, der mit Sensorschnittstellen verbunden ist, wodurch das Exoskelett die Absicht des Piloten erkennen und sich in Verbindung damit bewegen kann. Das HULC-System ist hochmodular, ermöglicht einen schnellen und effizienten Austausch wichtiger Komponenten vor Ort und ist energieeffizient ausgelegt, um den Batteriebetrieb bei längeren Missionen zu ermöglichen. Der HULC ist jedoch wie das Exoskelett von BLEEX eher als System zum Tragen von Lasten konzipiert, anstatt die natürlichen körperlichen Fähigkeiten eines Soldaten zu ersetzen. Das derzeit von der japanischen Firma Cyberdyne of Ibaraki entwickelte HAL (Hybrid Assistive Limb) ist ein insgesamt leistungsstarkes System, das entwickelt wurde, um die körperliche Kraft einer Person um das Zwei- bis Zehnfache zu steigern. Trotz des Erscheinens von "Iron Man" bleibt seine Anpassungsfähigkeit an zukünftige militärische Aufgaben fraglich.
Weitere Maßnahmen
Zusammenfassend lässt sich eine wichtige Aufgabe der SZB grob darin definieren, die Anfälligkeit für feindliche Aktionen, insbesondere ballistische Angriffe, zu verringern, für die viele, wenn nicht alle traditionellen Materialien derzeit keinen ausreichenden Truppenschutz bieten.
Der Kampf lehrt Kommandanten oft harte Lektionen, die in der Vergangenheit offensichtlich erschienen. Eine der schwierigsten Lehren des heutigen Kampfes ist die Unzulänglichkeit des Panzerschutzes gegenüber improvisierten Bedrohungen, zu denen Selbstmordwagenangriffe auf militärische und zivile Ziele und IED-Angriffe auf Transport- und Theaterpersonal gehören. Alte Gewohnheiten, insbesondere militärische Gewohnheiten, sterben besonders hart ab. Aber historisch gesehen neigen diese Gewohnheiten dazu, unter dem Druck des Kampfes zu verschwinden, wie etwa französische Kavallerie gegen englische Bögen während des Hundertjährigen Krieges oder die Unzulänglichkeit der irakischen Panzerfahrzeuge im sowjetischen Stil gegenüber Angriffen mit präzisionsgelenkter Munition und fortschrittlicheren MBTs während des Golfs Krieg.
Auf Herausforderungen schnell und mit geeigneten Gegenmaßnahmen zu reagieren, ist der Schlüssel zu militärischem Erfolg und sicherheitspolitischer Stabilität. Wenn sie also beim Truppenschutz ernst genommen werden und in dieser transformativen Ära der Machtumstrukturierung ein wichtiges Verteidigungsthema sind, sollten der Strukturschutz und die SZB-Nutzung dieser Technologie für alle militärischen Führer zu einer Priorität in der Beschaffung und in der Forschung und Entwicklung werden. Die heutigen asymmetrischen Bedrohungen der militärischen und zivilen Infrastruktur sowie asymmetrische Kampfhandlungen in regionalen Kampfhandlungen wirken sich weltweit auf die Entwicklung der Verteidigungspolitik sowie die Systemgestaltung und -beschaffung aus. So sollte es in absehbarer Zukunft sein.
Solche gepanzerten Militärsysteme wurden hauptsächlich als Ergänzung zu anderen vorrangigen Lösungen angesehen und nicht als integraler Bestandteil vieler und der meisten Kampfsysteme. Aber alles ändert sich. Schutz- und Panzersysteme stellen ein großes Potenzial dar und verbessern die Fähigkeiten im Einsatz im 21. Jahrhundert. Ihr Einsatz wird sich ausweiten und zum Standard für viele, wenn nicht die meisten Verteidigungssysteme auf allen Ebenen werden.
