Jaka armata dla Bojowego Wozu Piechoty?

Automatyczne armaty wozów bojowych przeznaczone są do energetycznego oddziaływania na różne cele określonymi typami pocisków wystrzeliwanych z luf pod działaniem ciśnienia gazów prochowych. Dla zapewnienia wymaganej skuteczności i efektywności trafienia przez pocisk nadaje mu się (oprócz wcześniejszego ukształtowania i rozłożenia mas) odpowiednią prędkość i kierunek w momencie opuszczenia lufy.

Na efektywność bojową armaty (w tym automatycznej) składa się m.in. jej początkowa moc ogniowa będąca funkcją energii początkowej pocisku i szybkostrzelności, a wpływająca na zasięg i czas lotu pocisku do celu.

Umieszczenie automatycznych armat w wieżach (o różnej konstrukcji) nakłada ograniczenia na ich rozmiary i masę. Czasami może wystąpić odwrotny przypadek, gdy konstrukcja wieży jest optymalizowana do danego rodzaju uzbrojenia, ale występuje to wówczas, gdy mamy szeroki zakres akceptowalnej tolerancji co do wymiarów i masy samej wieży i możliwości konstrukcyjnych podwozia, na którym zostanie ona zamocowana.

Charakterystyki użycia współczesnych armat nakładają na nie wymogi uzyskania dużej skuteczności i niezawodności podczas działania w zmiennych warunkach pracy poszczególnych mechanizmów i układów, zmiennych warunkach atmosferycznych, czy w czasie np. zapylenia i braku wydajnego układu smarowania/chłodzenia.

Specyfika działania takiej broni wymusza również zapewnienie automatycznego systemu zasilania w amunicję, sygnalizowania zacięć i zużycia amunicji, czy innych procesów pomocniczych związanych z realizacją prowadzenia skutecznego ognia.

Ogólne charakterystyki armat automatycznych małego i średniego kalibru

Zasadniczo do broni artyleryjskiej zaliczamy tą o kalibrze od 20 mm wzwyż. Nie ma dokładnie sprecyzowanego podziału pomiędzy armatami automatycznymi małego i średniego kalibru. Najczęściej przyjmuje się, że do tych pierwszych zaliczamy armaty o kalibrze od 20 do 35 mm a do drugich armaty o kalibrze od 36÷40 do 76 mm.

Do najważniejszych parametrów charakteryzujących automatyczne armaty wozów bojowych należą:

-      kaliber;

-      szybkostrzelność;

-      prędkość wylotowa pocisku;

-      masa;

-      żywotność;

-      siła odrzutu.

Inne, nie mniej ważne parametry, to np. wymiary armaty czy charakterystyka budowy jej konstrukcji (stopień skomplikowania powiązania pracy poszczególnych mechanizmów i zespołów). Te charakterystyki znajdują się w ścisłej zależności wzajemnej i zmiana każdej z nich pociąga zmianę pozostałych.

Kaliber

W zasadzie od kalibru i rodzaju/parametrów użytej amunicji zależy zdolność armaty do niszczenia/obezwładniania różnych celów. Dla wozów bojowych kaliber przyjętego uzbrojenia determinowany jest uwarunkowaniami taktyczno-operacyjnymi użycia takiego pojazdu w walce, przyjętą doktryną, warunkami środowiskowymi planowanych działań, logistycznym systemem wsparcia ale również uwarunkowaniami politycznymi czy  technologicznym poziomem przemysłu.

Obecnie używane armaty na wozach posiadają kaliber od 20 do 57 mm. Wyjątkiem jest tu autonomiczna wieża Draco systemu przeciwlotniczo-wielozadaniowego, której zasadnicze uzbrojenie to 76 mm armata automatyczna o długości lufy 62 kalibrów. Należy ją jednak raczej rozpatrywać jako samodzielny system uzbrojenia, a nie dedykowany wozom bojowym przeznaczonym do transportu i wsparcia żołnierzy na polu walki.

Koncepcja związana z rozwojem kalibru armat automatycznych wozów bojowych sięga końca lat trzydziestych ubiegłego wieku. Wówczas to szereg lekkich czołgów/tankietek, czy wozów opancerzonych uzbrajano w 20÷25 mm armaty automatyczne (również półsamoczynne), wywodzące się wprost z systemów uzbrojenia  lotniczego czy morskiego. Z czasem zastąpiono je bronią większego kalibru 75/76 mm, 85/88 mm, 100/122 mm. W okresie powojennym do końca lat sześćdziesiątych jako uzbrojenie wozów bojowych prym wiodła broń strzelecka kalibru od 7,62 do 14,5 mm.

Dopiero wraz z wprowadzeniem wyspecjalizowanych bojowych wozów piechoty pojawiły się armaty automatyczne małego kalibru 20÷30 mm, by z czasem osiągnąć przedział 35÷40 mm. Dynamiczny rozwój skuteczności systemów osłon (zastosowanie kompozytów, efektywniejszej technologii wytwarzania i obróbki pancerzy warstwowych, opancerzenia reaktywnego itp.) oraz elektroniki i optoelektroniki (wzrost zasięgu wykrywania i zwalczania, szybkości wypracowania decyzji i polepszenie świadomości sytuacyjnej) spowodował dalsze kroki w celu zwiększenia skuteczności walki z nowo opracowanymi systemami uzbrojenia. Zasadniczo powstały wówczas trzy kierunki rozwoju.

Pierwszy, preferowany przez Rosjan, polegał na sprzężeniu armaty automatycznej małego kalibru z działem średniego kalibru (BMP-3 – 100 mm armata 2A70 z 30 mm 2A72) co dawało możliwość walki z czołgami (za pomocą ppk 9M117 Bastion wystrzeliwanych z 100 mm działa), wozami bojowymi, zakrytymi i odkrytymi stanowiskami piechoty (za pomocą pocisków odłamkowo-burzących również wystrzeliwanych z działa) oraz środkami napadu powietrznego.

Drugim była koncepcja zastosowania zamiennych luf dla tego samego układu podstawowego działka (niemiecka koncepcja ze zmiennymi lufami 35 i 50 mm armaty Rh 503 czy amerykańska firmy ATK z Bushmaster III z dwoma lufami o identycznych jak wyżej kalibrach). Zmiany dokonywano by w zależności od przewidywanych potrzeb związanych z realizacją stawianych zadań. Czas wymiany lufy w armacie Rh 503 wynosi ok. 5 min. Taka koncepcja napotkała poważne problemy logistyczne (dwa odmienne kalibry i różna amunicja komplikują system logistycznego zabezpieczenia) i taktyczne (trudność w przewidzeniu, czy dany typ armaty jest akurat tym jaki spełni najlepiej nasze potrzeby w wykonaniu konkretnej misji bojowej).

Trzecim, obecnie najbardziej rozpowszechnionym, było zastosowanie najnowszych technologii do poprawy parametrów taktyczno-technicznych sprawdzonych już i użytkowanych konstrukcji armat oraz zastosowanie udoskonalonej amunicji, w tym programowalnej. 

W ostatnich latach powraca jednak tendencja do dalszego wzrostu kalibru armat automatycznych wozów bojowych (57 mm armaty w systemach wieżowych AU220M Bajkał i  Dieriwacija opracowywane i badane w Rosji). Związane jest to z dalszym udoskonaleniem pancerzy wozów bojowych oraz chęcią zwiększeniem zasięgu i skuteczności oddziaływania (zasada pierwszy wykrywam – pierwszy niszczę). Szybkostrzelność takich armat wynosi 80÷120 strz/min i więcej (ale w zasadzie nie przekracza 200 strz./min.), donośność dochodzi do 12 km, a zakres katów podniesienia to od -5⁰ do +75⁰ (w zależności od konfiguracji i zamontowania w wieży). Armata taka może być już użyta jako efektowna broń przeciwlotnicza, co w połączeniu z dużym kalibrem umożliwia m.in. zastosowanie inteligentnej amunicji – z zapalnikiem zbliżeniowym, a nawet kierowanej w wiązce laserowej.

Również Włosi testowali zastosowanie na wozach bojowych armaty 60 mm L70 firmy Oto Melara (zamontowanej na bwp Dardo).

Francja i Wielka Brytania zdecydowały się na zunifikowany kaliber 40 mm w artyleryjskim systemie uzbrojenia CTAI CTCA (ang. CTA International Cased Telescoped Cannon and Ammunition), w skład którego wchodzi 40 mm armata CT 40 z obrotowym zamkiem (mniejsze wymiary i większa niezawodność), strzelająca amunicją teleskopową. Zastosowanie tej amunicji spowodowało zmniejszenie o ok. 30% długości naboju a tym sam gabarytów samej armaty (jej długość jest porównywalna z 30 mm armatą Mk44) oraz lepsze rozłożenie mas (co wpływa na większą stabilizację podczas strzelania, a to z kolei na zwiększenie żywotności).

Szybkostrzelność

Ogólnie rozróżnia się szybkostrzelność teoretyczną i praktyczną (czasami nazywaną wydajnością). Pod pierwszym pojęciem rozumie się liczbę wystrzałów, jakie można oddać z broni w jednostce czasu przy nieprzerwanej pracy (bez uwzględnienia czasu pierwszego załadowania, braku przerw na chłodzenie, czy korekcję celowania itp.). Szybkostrzelność teoretyczna w istotny sposób zależy od kalibru broni oraz rozmiarów i masy naboju. Ma na nią również wpływ sposób rozwiązania/powiązania zasad działania mechanizmów i układów automatyki broni (m.in. ich dróg przemieszczeń i prędkości).

Szybkostrzelność praktyczna to liczba wystrzałów w jednostce czasu z uwzględnieniem czasu załadowania, uruchomienia, wymuszonych przerw w strzelaniu, czy korekcji celowania. Jej zwiększenie można uzyskać poprzez zwiększenie szybkostrzelności teoretycznej, skrócenie lub ograniczenie przerw w strzelaniu i załadowaniu broni, czy zastosowanie efektywniejszego systemu chłodzenia.

Armaty automatyczne kalibrów 20÷30 mm charakteryzują się szybkostrzelnością rzędu 200÷700 strz./min, a w większych spada ona do 100÷200 strz/min. (rosyjskie 57 mm armaty automatyczne posiadają szybkostrzelność do ok. 120 strz./min.).

Konstruktorzy nowoczesnych armat automatycznych, dążąc do zapewnienia im odpowiedniej szybkostrzelności, opracowali m.in. dwudrożny układu zasilania amunicją. Szybki postęp w opracowywaniu coraz to nowych rodzajów amunicji zapoczątkował prace nad trójdrożnym układem, ale z czasem wymagania wojska odnośnie amunicji typu HE uległy zmianie na rzecz uniwersalnej amunicji programowalnej typu ABM (ang. Air Bursting Munition), więc zasadniczo pozostaje dalej dwudrożny system zasilania. Zastosowanie amunicji programowalnej wymusiło ograniczenie szybkostrzelności do 200 strz./min.

Masa

Zasadniczo masy nowoczesnych armat automatycznych nie przekraczają 800 kg. Daje to konstruktorom szerokie możliwości związane z zaprojektowaniem systemów wieżowych spełniających wysokie wymagania wojska w zakresie odporności balistycznej, zakresów kątów naprowadzania w azymucie i elewacji, czy zamontowanie systemów optoelektronicznych i samoosłony. Zapewnienie prowadzenia skutecznego ognia z armat automatycznych wozów bojowych spowodowało opracowanie dla nich skutecznych systemów stabilizacji, które ze względu na masę samej armaty posiadają o wiele lepsze parametry, niż adekwatne systemy zastosowane w czołgach lub wozach wsparcia z uzbrojeniem większego kalibru.

Armata Bushmaster III z lufą o kalibrze 35 mm posiada masę 218 kg, a z 50 mm 231 kg (masa lufy 35 mm to 113 kg, a 50 mm 127 kg – inne mechanizmy i zespoły praktycznie pozostają przy tej samej masie). Podobnie jest dla armaty Rh 503, gdzie masa armaty z lufą 35 mm wynosi 575 kg, a z 50 mm 615 kg. Widać więc wyraźnie, że zmiana kalibru na większy wpłynęła tylko nieznacznie na masę samej armaty. Inaczej będzie to wyglądało gdy spojrzymy na masę amunicji do obu wariantów, czy skomplikowanie systemu ich wsparcia logistycznego, rozpatrzymy też jednak korzyści taktyczno-techniczne wynikające z zastosowania większego kalibru na polu walki.

W tym miejscu należy podkreślić, że małokalibrowe armaty automatyczne nie do końca wyparły wielkokalibrowe karabiny maszynowe w działaniach bojowych. Chodzi tu zwłaszcza o działania wojsk specjalnych, patrolowo–osłonowe, czy zapewnienie bezpośredniej osłony pojazdom specjalnym lub logistycznym. Związane jest to głownie z masą (zwłaszcza amunicji), wymiarami i wartością siły odrzutu. Masa 20 mm naboju 20x102 M50 to ok. 0,25 kg, a 12,7x99 to ok. 0,12 kg. Ale 20 mm armata z takim samym zapasem amunicji, co dla 12,7 mm wkm, osiąga blisko dwukrotnie większą masę, a jej wymiary i odrzut nie zawsze pozwalają na zamontowanie na specjalistycznych pojazdach (przy czym charakter i cel zadań stawianych broni bezpośredniego wsparcia praktycznie redukuje balistyczną przewagę armat małokalibrowych nad wkm).

Żywotność

Pod tym pojęciem rozumiemy żywotność całej broni i balistyczną żywotność lufy. Żywotność całej broni to jej zdolność do zachowania zadanych konstrukcyjnie parametrów w całym przedziale eksploatacji.

Podczas prowadzenia ognia wewnętrzna powierzchnia lufy podlega jednoczesnemu działaniu ciśnienia gazów prochowych i temperatury (materiał z którego jest ona wykonana podlega reakcji chemicznej ze składnikami gazów prochowych, a także ulega ścieraniu przez elementy wiodące pocisku). To wszystko powoduje szybkie wypalanie i zużycie luf (co ogólnie klasyfikujemy jako żywotność lufy – jej zdolność do zachowania własności balistycznych w dopuszczalnych granicach). Jako podstawowe kryterium żywotności lufy często przyjmuje się względną wielkość obniżenia prędkości początkowej z jednoczesnym sprawdzeniem rozrzutu i stabilności pocisków na torze lotu. Żywotność lufy zmniejsza się wraz ze wzrostem kalibru i prędkości początkowej pocisku.

Szczególnym rodzajem lufy bruzdowanej jest lufa poligonalna (o kształcie wieloboku foremnego przekroju poprzecznego przewodu). Taki kształt zwiększa trwałość przewodu lufy, zmniejsza opór oddziaływania pocisku i ogranicza przerywanie się gazów prochowych przez pocisk (wpływając na zwiększenie jego prędkości wylotowej), a także ułatwia czyszczenie i konserwacje.

Przy ogólnej żywotności mechanizmów i układów broni wynoszącej od 20 do nawet 100 tysięcy wystrzałów, żywotność luf współczesnych armat małego i średniego kalibru waha się od 600 do 15000 strzałów. Np. niemiecka armata Rh 503 o dwóch kalibrach (35 i 50 mm) posiada trwałość każdej lufy ok. 5000 strz. - ogólnie jednak żaden z producentów nie podaje dokładnych wartości tego parametru. Związane to jest, przede wszystkim, z technologią wytwarzania, czynnikami balistycznymi i konstrukcyjnymi, rodzajami używanej amunicji (w tym parametrami prochu,) czy intensywności i warunkami użycia (ważne jest dokładne sprecyzowanie zasad użycia i procesu utrzymania armat w całym cyku ich życia).

Z punktu widzenia technologii wytwarzania, lufy są elementami złożonymi, wymagającymi zaangażowania znacznego nakładu pracy, energii oraz specjalnych materiałów. Zmodyfikowanie technologii produkcji rosyjskiej armaty 2A42 (wprowadzenie chromowanego przewodu lufy) spowodowało wzrost trwałości lufy z 6000 do ok. 9000 strzałów. Również w  celu poprawy żywotności lufy zastępuje się miedziane pierścienie prowadzące pocisku wykonanymi z tworzyw sztucznych (takie działania dają ok. trzykrotne zmniejszenie zużycia luf oraz zwiększają celność w przypadku prowadzenia ognia ciągłego).

Na trwałość nie tylko luf, ale również innych elementów broni, duży wpływ będzie miało prawidłowe rozwiązanie konstrukcyjne współpracy poszczególnych jej mechanizmów i zespołów podczas prowadzenia ognia. Związane jest to z właściwym doborem materiałów i technologii wytwarzania, które powinny zapewnić odpowiednią wytrzymałość konstrukcji.

Wprowadzenie prowadnic (kratownicowych czy prętowo-wspornikowych) polepszyło stopień stabilizacji lufy oraz zabezpiecza ją przed uszkodzeniami mechanicznymi. Niemiecki bwp Puma został wyposażony w dodatkowy system stabilizacji armaty podczas strzelania, poprawiający zarówno skuteczność użycia i prawdopodobieństwo zniszczenia celu pierwszym pociskiem, jak i żywotność samej lufy (jej sztywność konieczną do zapewnienia minimalnego rozrzutu pocisków).

Siła odrzutu                 

Siła odrzutu rośnie wraz ze wzrostem kalibru armaty, a tym samym wartości energii wywieranej przez ciśnienie gazów prochowych i sam pocisk o większych charakterystykach balistyczno-energetycznych. W przypadku 20 mm armaty M621 odrzut maksymalny wynosi 4500 N, a w wypadku ognia pojedynczego około 3500 N, by przy ogniu ciągłym osiągnąć wartość ok. 2500 N.

Podsumowanie

Przy zwalczaniu celów powietrznych zasadniczym parametrem jest szybkostrzelność, a w wypadku celów lądowych kaliber armaty.  Zwiększenie kalibru jest więc pożądane w wypadku wymogu efektywniejszej walki z opancerzonymi celami, ale znacznie ogranicza zdolności walki z systemami napadu powietrznego. Małokalibrowe armaty automatyczne wozów bojowych są w stanie w danym przedziale czasu nie tylko wystrzelić więcej pocisków, ale ich łączna masa jest większa niż w przypadku armat większego kalibru. Posiadają zatem dużo większą efektywność bojową.

Jednak większa szybkostrzelność związana jest również z problemami związanymi z niezawodnością, konserwacją i obsługą, wytrzymałością, większymi kosztami cyklu życia i poziomem bezpieczeństwa użytkowania.

Armaty automatyczne większych kalibrów charakteryzują się dobrą balistyką, a co za tym idzie - w połączeniu z nowoczesną amunicją - dużą skutecznością. Okupione jest to większą masą samej armaty, ale przede wszystkim amunicji (a więc mniejszą zabieraną jej ilością). Tą niedogodność obecnie eliminuje się poprzez zastosowanie amunicji teleskopowej, programowalnej i kierowanej oraz wykorzystanie większego zasięgu takich armat do wcześniejszego niszczenia celów w połączeniu z nowoczesnymi systemami kierowania ogniem i przekazywania danych.  

Zwiększenie kalibru lub prędkości początkowej, albo masy amunicji, pociąga za sobą natychmiastowy wzrost masy broni, siły odrzutu oraz zmniejszenie żywotności. Te wszystkie zasadnicze charakterystyki są ze sobą ściśle powiązane. Poprawa jednych skutkuje obniżeniem innych. Dlatego podczas określania wymagań taktyczno-technicznych wobec armat automatycznych małego i średniego kalibru należy dokładnie przeanalizować główne zadania stawiane przed tym typem broni, wybrać charakterystyki je spełniające i znajdować rozwiązania kompromisowe wobec pozostałych. 

O wyborze danego typu armaty, w tym automatycznej dla wozów bojowych, decyduje również planowany sposób wykorzystania (charakter zadań realizowanych przez wozy w nią wyposażone), możliwe zagrożenia występujące podczas misji, masa i wymiary samego pojazdu/nośnika oraz potencjał modernizacyjny całego systemu uzbrojenia gwarantujące jego eksploatacje przez następne 20-30 lat.

 Tabela 1. Wybrane parametry automatycznych armat małego kalibru i średniego wozów bojowych

Marek Dąbrowski