Jaka amunicja dla Bojowego Wozu Piechoty?

Ze względu na posiadane parametry taktyczno-techniczne amunicja do automatycznych armat małego i średniego kalibru (w tym podkalibrowa) jest obecnie skutecznym środkiem do walki/obezwładniania lekko i średnio opancerzonych wozów bojowych, BSP, śmigłowców różnych typów, samolotów transportowych i bezpośredniego wsparcia oraz punktowych i powierzchniowych celów odkrytych i zakrytych.

Do najważniejszych parametrów charakteryzujących amunicję do automatycznych armaty wozów bojowych należą:

-      prędkość wylotowa;

-      masa naboju;

-      masa pocisku;

-      masa ładunku prochowego;

-      zdolność penetracji.

Amunicja najnowszej generacji powinna się poza tym charakteryzować krótkim czasem lotu do celu, małym współczynnikiem oporu powietrza oraz mała wrażliwością na zmianę balistycznych warunków strzelania.

O możliwościach samego pocisku decyduje tzw. moc pocisku czyli jego energia w momencie spotkania z celem. Wielkość ta opisuje zdolność do przenikania różnych przeszkód a także efektywność burzącego lub odłamkowego działania na dany obiekt. Innym parametrem jest skupienie (rozrzut) pocisków w płaszczyźnie celu określone uchyleniem bocznym.

Konstrukcja współczesnego pocisku podkalibrowego różni się znacząco od tradycyjnego ppanc. pocisku pełnokalibrowego. W pocisku podkalibrowym elementy prowadzące go w przewodzie lufy odpadają po jej opuszczeniu a więc masa i kaliber pociski w locie jest różny niż w jej przewodzie. Ponieważ elementy te są one wykonywane ze stopów lekkich i tworzyw sztucznych masa pocisku podkalibrowego jest o ok. 30÷40% mniejsza niż pocisku pełnokalibrowego. Dzięki temu przy podobnych wartościach ciśnienia w przewodzie lufy zyskujemy wzrost prędkości wylotowej o ok. 20%.

Przy zachowaniu tej samej wartości współczynnika oporu aerodynamicznego powietrza, spadek prędkości pocisku na torze lotu zależy przede wszystkim od współczynnika obciążenia poprzecznego. Jego wartość można zmniejszyć poprzez zastosowanie pocisków o stosunkowo dużej masie oraz małemu ich kalibrowi a to z kolei przyczynia się do zmniejszenia spadku prędkości pocisku na torze lotu.

Dużą masę pocisku uzyskuje się poprzez zastosowanie do budowy penetratorów materiałów o dużej gęstości (np. wolframu o gęstości 17÷18 g/cm³ czy z zubożonego uranu U 238 - gęstości 17,5 ÷18,4 g/cm³), które charakteryzują się również wysokimi właściwościami wytrzymałościowym (dla wolframu jest to wytrzymałość na rozciąganie rzędu 1200÷1500 MPa a udarność 160÷200 J) i wysoką temperaturą topnienia. Prócz zwiększenia masy i prędkości wylotowej, pociski podkalibrowe charakteryzują się zmniejszonym czasem dolotu do celu czy mniejszą podatnością na wpływ zmiennych warunków atmosferycznych. Cechy te maja znaczący wpływ na zdolność penetracji różnych pancerzy, która to jest funkcją wielu parametrów. Do parametrów tych należy m.in.:

-      grubość pancerza;

-      prędkość pocisku w momencie uderzenia;

-      długość pocisku;

-      średnica pocisku;

-      masa pocisku;

-      twardość jego materiału;

-      twardość materiału pancerza.

Wobec pancerzy wykonanych z materiałów o podobnej twardości o przebiciu decyduje ilość energii przypadającej na jednostkę ich powierzchni. Wynika z tego wiec, że o skuteczność pocisku wobec takiej przeszkody decyduje jego masa i prędkość w momencie uderzenia oraz mała średnica. Stąd pociski podkalibrowe posiadają znacznie większą energię na jednostkę powierzchni niż pociski pełnokalibrowe, co w dużej mierze decyduje o ich skuteczności.

W przypadku pocisków kumulacyjnych ich zdolności penetracji pancerzy nie zależą od prędkości w momencie zderzenia z przeszkodą a dla amunicji małego kalibru ich balistyka zewnętrzna jest porównywalna z balistyką rdzeniowych pocisków pełnokalibrowych.

Pociski podkalibrowe w czasie lotu mogą być stabilizowano obrotowo APDS (ang. armour percing discarding sabot) i nieobrotowo APFSDS (ang. armour percing fin stabilized discarding sabot). Pociski takie dzięki zmniejszonemu oporowi powietrza cechuje zwiększona celność i zmniejszony spadek energii kinetycznej na torze jego lotu, przy czym dla pocisków typu APFSDS uzyskano dalsze poprawę tych parametrów. Zasadniczą wadą tych pierwszych jest mała wartość stosunku długości penetratora do kalibru (z reguły, poniżej 6) co znacząc wpływa na zdolność penetracji pancerzy. W tych drugich stosunek ten wynosi już od 10 do 22, co przekłada się na wzrost przebijalności o ok. 50%.

Pociski typu FAPDS (ang. frangible armour percing discarding sabot) zwane też „kruchymi”, w których penetrator po penetracji przeszkody rozpada się na kilka części a po pokonaniu kolejnej liczba odłamków wzrasta. Jest to oddziaływanie podobne do pocisków typu HEI (ang. high explosive incendiary), przy czym zdolność rażenia tych odłamków jest znacznie większa, (ale ok. 10% mniejsza niż dla adekwatnego pocisku typu APDS).

Wobec pocisków mniejszych kalibrów (20÷25 mm) powstają pewne ograniczenia związane z zachowaniem ich wymaganej energii wylotowej czy wytrzymałością komór nabojowych luf armat. Takie ograniczenia energetyczno-wytrzymałościowe pozwalają na stosowanie pocisków określonego typu (zazwyczaj APDS, rzadziej APFSDS).

Tabela 1. Wybrane parametry amunicji uniwersalnej różnych kalibrów 

Tabela 2. Wybrane parametry amunicji ppanc. różnych kalibrów 

Właściwości materiałów wybuchowych oraz proporcje wielkości i masy zapalnika w stosunku do całego pocisku powodują, że skuteczność działania ppanc. małokalibrowych pocisków kumulacyjnych rośnie wraz ze wzrostem kalibru. Dla pocisków 20 mm z reguły nie przekracza ona dwóch kalibrów, dlatego przy tych kalibrach najpowszechniejsze są pociski rdzeniowe. Przebijalność amunicji 30 mm jest od 20 do 30% wyższa niż analogicznej amunicji 25 mm. Ale również nowoczesny pocisk kalibru 30  mm jest w stanie przebić w odległości 2000 m pancerz o grubości porównywalnej z pancerzem jaki jest w stanie spenetrować pocisk 25 mm z odległości 1000m, przy czym ten pierwszy posiada jeszcze stosunkowo wysoką skuteczność na 3000 m. Wobec amunicji ppanc. kumulacyjnej o kalibrze 25÷57 mm przebijalność wynosi od 2 do 5 kalibrów. 

Amunicja do armat małego kalibru to również naboje z pociskami zapalającymi i odłamkowo-burzacymi HE (ang. high explosive). Te ostatnie przeznaczone są przede wszystkim do zwalczania celów powietrznych i siły żywej (w tym za zakrytymi i umocnionymi stanowiskami bojowymi). Zawierają one przeciętnie 5÷15 g i więcej materiału wybuchowego i są w stanie skutecznie razić odłamkami w promieniu 5÷20 metrów.

Amunicja 25 mm pozwala na efektywne zwalczanie celów (różnymi typami pocisków) w zasięgu do 1800 m, 30 mm do 2000 m, 40 mm do 3000 m a 50 mm ponad 3500m.

Amunicja HE kalibru 25 ÷ 57 mm umożliwia niszczenie lekkich umocnień polowych i systemów powietrznych m.in. poprzez wyposażenie jej w zapalniki zbliżeniowe. 30 mm amunicja HE stwarza 10÷15 metrowa strefę rażenia odłamkami wobec celów lądowych i ok. 5 m dla celów powietrznych.

Amunicja większego kalibru 35÷57 mm pozwala na zastosowanie układów elektroniki w zapalnikach z niewielkim ograniczeniem, co do masy przenoszonego ładunku bojowego. Powoduje to nie tylko wzrost precyzji takiej amunicji, ale daje zupełnie nowe możliwości w zwalczaniu różnych celów. Nowoczesne zapalniki zbliżeniowe (radiowe, laserowe itp.) dają wozom bojowym kilku lub kilkunasto krotny wzrost skuteczności w walce z systemami uzbrojenia w tym powietrznymi.

Amunicja typu ABM (ang. Air Bursting Munition) pozwala na zwalczanie/obezwładnianie optoelektroniki wozów bojowych, pojazdów i żołnierzy za przeszkodami czy lekkimi umocnieniami polowymi, środków napadu powietrznego czy rażenie odłamkami obszarów koncentracji i rozśrodkowania wojsk.

Obecne rozwiązania bazują na dwóch koncepcjach programowania pocisku. Pierwsza preferowana przez firmy amerykańskie, angielskie i francuskie (ATK, Nexter, BAE System) polega na zaprogramowaniu zapalnika pocisku w komorze nabojowej. Wykorzystuje się przy tym dane wynikające z obliczonych prędkości wirowania dla różnych typów pocisków uzyskane z pomiaru ich drogi w lufie i ilości/kąta nachylenia bruzd (ich kształtu). Dane te pozwalają na wyliczenie prędkości pocisku w danych warunkach strzelania a to służy do zaprogramowania zapalnika, który rozcala pocisk w odpowiedniej odległości i wysokości od celu.

Druga opracowana i rozwijana przez Niemcy i Szwajcarię metoda polega na zaprogramowaniu zapalnika w czasie przejścia przez trzy pierścienie umieszczone przy wylocie lufy. Po przejściu przez dwa pierwsze pierścienie zostaje zmierzona dokładana prędkość pocisku a programowanie następuje w trakcie przechodzenia przez trzeci pierścień (z wykorzystaniem danych o celu – jak prędkość, odległość, kierunek itp.). Dokładny czas lotu pocisku jest programowalny do tysięcznych części sekundy i elektryczno-indukcyjnie wprowadzany do zapalnika. W odległości 40 m od miejsca detonacji subpociski pokrywają obszar o średnicy 7 m z gęstością cztery na metr kwadratowy. W tym czasie osiągają one prędkość równą ok. 75÷80% prędkości pocisku w chwili detonacji.

Pocisk 35x228 mm o masie 750g zawiera 152 subpociski w postaci 3,3 gramowych walcowych kształtek z ciężkiego i twardego stopu wolframu, umieszczonych w jego środkowej części. Podobną budowę ma pocisk 30x173 mm, przy czym liczba subpocisków wynosi 135 i maja one masę 1,5 g (całkowita masa 206 g). Przy prędkości wylotowej takiego pocisku wynoszącej 1080 m/s posiada on zdolność do penetracji 13÷15 mm pancerza aluminiowego nachylonego pod katem 0⁰ w odległości 1000 m.  Cztery pociski (posiadające łącznie 540 subpocisków) pozwalają na pokrycie obszaru o wymiarach 30x10 m. Obecnie podobna amunicja została  opracowana dla pocisków 25x137 mm i 27x145 mm.

Opracowana przez firmę Bofors amunicja 3P (ang. pre-fragmented programmable proximity fuzed) jest programowalna w funkcji zbliżeniowej w bramce czasowej i z priorytetem dla funkcji uderzeniowej, ciągłej funkcji zbliżeniowej, funkcji czasowej, funkcji uderzeniowej czy uderzeniowej-przeciwpancernej. Każdy 40 lub 57 mm pocisk jest indywidualnie programowany za pomocą elektronicznego programatora zapalnika w chwili ładowania do armaty. Tryb pracy zapalnika jest wprowadzany poprzez wybranie odpowiedniej funkcji. Dane do programatora zapalnika przesyła system kierowania ogniem w oparciu o uzyskane z własnych sensorów informacje.  We wnętrzu skorupy pocisku wraz z programowalnym zapalnikiem znajduje się  ok. 1100 kulek wolframowych o średnicy 3 mm które w chwili detonacji rozpryskują się w ustalony sposób rażąc cel i przenikając do jego wnętrza. Oprócz pocisku 3P opracowano pocisk 3P-HV o prędkości początkowej 1100 m/s.

Nad opracowaniem amunicji 25x137 mm z zapalnikiem programowalnym od 2010 roku pracuje firm Nexter. Wielofunkcyjny zapalnika elektroniczny ma zapewnić zdolność do wybuchu pocisku na wymaganym odcinku toru lotu lub podczas penetracji rożnych przeszkód. Jego programowanie odbywa się w układzie zasilania armaty przy pomocy specjalnej głowicy sprzężonej z blokiem przelicznika balistycznego.

Pewnym poprawieniem wymagań odnośnie amunicji do armat automatycznych małego i średniego kalibru (masy, wymiarów itp.)  jest zastosowanie amunicji teleskopowej (pocisk całkowicie schowany w łusce i otoczony ładunkiem miotającym).

Tabela 4. Wybrane typy amunicji programowalnej

Jednym z pierwszych krajów na świecie rozwijających i badających amunicję teleskopową  były Stany Zjednoczone.  Prowadzono testy 45 i 75 mm amunicji teleskopowej XM 29 SCOMVAT Ares XM274. Amunicja teleskopowa 50 mm „Supershot” posiada długość identyczną jak 35 mm amunicja firmy Oerlikon a 40 mm amunicja dla armaty  CT 40 nawet mniejszą.

35 mm amunicja zastosowana w armacie Bushmaster III ma mniejszą energie niż 40 mm amunicja teleskopowa armaty CT40 a 50 mm amunicja teleskopowa „Supershot” nawet ponad dwa razy większą.  Również długość standardowej amunicji 40x365 mm jest znacznie większa niż teleskopowej 40x225 mm. Teleskopowa amunicja 40 mm Super Forty posiada identyczną długość co np. 30 mm amunicja MK239/266/268 i 310. Pozwala to na zabranie  większej ilości takiej amunicji oraz dzięki m.in. zastosowaniu obrotowej komory nabojowej (a nie dwudrożnego układu zasilania) na optymalny dobór rodzaju amunicji do konkretnego zadania w tym jej programowania.

Masa amunicja jest parametrem znaczącym bo zasadniczo wpływa na możliwości wozu w walce. Masa materiału wybuchowego w standardowym pocisku 30 mm wynosi ok. 206 g a w 25 mm 96 g co może świadczyć, że dla uzyskania tego samego efektu co dla amunicji 30 mm należy wystrzelić dwa pociski 25 mm.

 Wykonując zadania bojowe załoga stara się mieć jak najwięcej amunicji (często jest zabierana jej większa ilość niż przewidziana wytycznymi jednostka ognia dla danego pojazdu). Bwp CV90 z armatą 25 mm  Bushmaster M242 zabiera 240 sztuk naboi do natychmiastowego użycia i 280 dodatkowych, z armatą 30 mm Bushmaster II odpowiednio 160 i 240 a z 35 mm Bushmaster III 70 i 167.

Analizy porównawcze prowadzone w USA na początku XXI wieku wykazały, że przeciętnie dla jednego pojazdu koszt całkowity użytkowania amunicji kalibru 25 mm wynosi ok. 3 mln $ wobec 4,5 mln $ dla amunicji kalibru 30mm (na koszt ten składał się m.in. 20 letni koszt użytkowania, 30 dniowy zapas amunicji przeznaczonej do walki – na każdy jej dzień, amunicja szkolna i treningowa, serwis i obsługa itp.). 

Tabela 4. Wybrane parametry amunicji treningowej różnych kalibrów

Na koniec należy podkreślić, że obecnie dostarczana nowoczesna amunicja mało i średnio kalibrowa spełnia normę STANAG 4439 i AOP-39 dotyczącą zastosowanie materiałów wybuchowych o małej czułości na bodźce zewnętrzne (ogień, uderzenie pocisku itp.).

Podsumowanie

Wobec amunicji do armat automatycznych małego i średniego kalibru dąży się do zmniejszenia jej masy oraz wymiarów oraz zwiększenia skuteczności w niszczeniu/obezwładnianiu różnych celów.  Dla  klasycznej amunicji jest to zadanie trudne i wymaga wprowadzenia wielu kompromisów. Dlatego jednym z rozwiązań jest wprowadzenie amunicji teleskopowej a drugim zrekompensowanie ilości większym kalibrem a co za tym idzie lepszą balistyką i zdolnościami niszczenia. Amunicja większego kalibry jest również podatniejsza do zastosowania różnych metod jej programowania i naprowadzania co rekompensuje większą masę całościową posłaną do celu przez szybkostrzelne armaty mniejszego kalibru. Należy przy tym pamiętać o możliwości zakłócania procesu zarówno samego programowania ale również naprowadzania takiej amunicji.

Obecnie oferowana amunicja typu HE i ABM pozwala na skuteczne zwalczanie śmigłowców (w tym bojowych) oraz BSP. Tylko niektóre typy śmigłowców (jak np. AH-64 Apache, Mi-24/28, Tiger czy Ka50/52) są odporne na ostrzał broni kalibru 7,62÷12,7 mm a także są w stanie kontynuować lot po bezpośrednim trafieniu pociskiem HE kalibru 20÷23 mm.

Nowoczesna amunicja ppanc. typu APFSDS-T pozwala już na walkę z czołgami II generacji oraz w sprzyjających warunkach (ostrzał z boku lub tyłu) czołgami najnowszych generacji. Ale nie jest to zasadniczym zadaniem wozów bojowych w nią wyposażonych.

Kolejnym ważnym parametrem stawianym wobec amunicji jej niewrażliwość na działania bodźców zewnętrznych która to ma duże znaczenie zarówno w użyciu bojowym ale również podczas logistycznego zabezpieczenia jej wykorzystania w całym cyklu życia.

Wobec amunicji mało i średnio kalibrowej stosowanej obecnie i w przyszłości dla wozów bojowych oczekuje się pełnej uniwersalności w zwalczaniu/obezwładnianiu różnych celów tak by pojazdy te spełniły stawiane im w systemie  walki i współdziałania zadania.

Marek Dąbrowski.