W ostatnich latach doszło do kilku głośnych konfliktów. Dlatego też wiele krajów znajduje się obecnie w stanie najwyższej gotowości. Przygotowują swoje siły zbrojne i mechanizmy obronne, zarówno do ochrony własnej, jak i do wspierania innych. Producenci OEM rakiet i ich partnerzy w znajdują się pod presją opracowywania i dostarczania uzbrojenia, które zapewni skuteczność i niezawodność. Jednym z najważniejszych wyzwań jest zabezpieczenie wrażliwej elektroniki rakiety przed potencjalnie katastrofalnymi w skutkach zakłóceniami elektromagnetycznymi EMI.

MIM-104 Patriot – US system rakietowy ziemia-powietrze na mobilnej platformie pojazdu; Parker Hannifin Chomerics Division

Jest mało prawdopodobne, aby większość konfliktów światowych w najbliższym czasie uległa deeskalacji. Można więc się spodziewać, że w nadchodzących latach rynek obrony przeciwrakietowej będzie się umacniał. Mordor Intelligence szacuje wielkość tego rynku w Europie na 3,79 miliarda dolarów w 2024 r., potencjalnie osiągając 4,83 miliarda dolarów do 2029 r., co oznacza wzrost o 27%.

We wrześniu 2023 r. Unia Europejska (UE) zgodziła się przeznaczyć 500 mln euro na wsparcie projektów inwestycyjnych o wartości do 1,4 mld euro, zachęcając w ten sposób do zwiększania produkcji amunicji i rakiet w UE. Wielka Brytania również zapewnia wsparcie: w grudniu 2023 r. Sekretarz Obrony ogłosił, że setki brytyjskich rakiet przeciwlotniczych są w drodze na teren konfliktów, aby chronić ludność cywilną i infrastrukturę.

Rakietowe możliwości

Do głównych czynników wymagających dokładnego rozważenia przy zwiększaniu produkcji należy projekt rakiety. Podstawowe założenia konstrukcji uległy w ostatnich latach znacznej ewolucji, w związku z czym w systemach lotu i dokładności pozycjonowania wymagana jest dużo bardziej złożona elektronika. Rzeczywiście, obserwujemy postęp w zakresie inteligencji pokładowej we wszystkich mechanizmach wystrzeliwania: z powietrza, morza i lądu.

Elektronika rakietowa ma wiele zastosowań, takich jak systemy sterowania lotkami i klapami, pokładowe systemy nawigacji, jednostki poszukiwawcze i śledzące oraz jednostki żyroskopowe, które zapewniają kontrolę stabilności i orientacji. Niektóre rakiety wykorzystują nawet łącza danych do komunikacji z naziemnymi lub powietrznymi systemami kontroli, umożliwiając zdalne naprowadzanie i sterowanie.

Jak widać, możliwości są imponujące, ale elektronika rakietowa jest podatna na ataki wielu niewidzialnych sił. Najważniejszymi z nich są zakłócenia elektromagnetyczne występujące w połączeniach elektrycznych lub układach elektrycznych, które są indukowane na skutek oddziaływania źródeł zewnętrznych. Mogą to być na przykład radary, lub inne wrogie systemy. Obecnie wojna elektroniczna jest strategią bojową, w której panuje zagrożenie zagłuszaniem radarów, myleniem elektroniki i atakami za pomocą impulsów elektromagnetycznych (EMP). Czynniki te powodują potrzebę większej ochrony przed zakłóceniami elektromagnetycznymi, ponieważ jakakolwiek awaria w tym zakresie może potencjalnie okazać się katastrofalna.

Wypełnianie luki

Rozwiązania ekranujące EMI zazwyczaj przyjmują postać przewodzących materiałów uszczelniających, które zatykają szczeliny w zespołach mechanicznych i chronią przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. Pociski mają kilka metalowych interfejsów, a także wiele pokryw i paneli dostępowych, z których wszystkie wymagają ekranowania. Wszelkie niezabezpieczone potencjalne ścieżki zakłóceń elektromagnetycznych mogą zagrozić skuteczności pocisku.

ELASTOMER; Parker Chomerics Missile Defence

Przewodzące materiały uszczelniające to zazwyczaj elastomery impregnowane metalem (silikon lub fluorosilikon), takie jak rodzina produktów Parker Chomerics CHO-SEAL®. Te elastomery wyglądają i zachowują się jak guma, co ułatwia ich stosowanie i zapewnia dopasowywanie się do kształtu, ale około 75% ich zawartości to w rzeczywistości platerowane cząstki metalu, które zapewniają przewodność elektryczną.

Uszczelki z elastomeru przewodzącego prąd elektryczny są zazwyczaj dostępne w postaci formowanych arkuszy lub części na zamówienie, co pozwala na większą złożoność komponentów i lepsze dopasowanie. Mogą być też wytłaczane w paski i oferowane jako sznur lub łączone (wulkanizowane) w celu utworzenia ciągłego uszczelnienia. Typowe zastosowania rakietowe przewodzących elastomerów obejmują panele dostępowe, pokrywy włazów i radary.

Farba przewodząca

Kolejnymi popularnymi opcjami, które często stanowią uzupełnienie przewodzących elastomerów, są powłoki przewodzące prąd elektryczny oraz farby na bazie uretanu lub epoksydu, które dobrze przylegają do trudnych podłoży. Powłoki te, takie jak rodzina produktów Parker Chomerics CHO-SHIELD®, ponownie zawierają platerowane cząstki metali szlachetnych, co czyni je idealnymi do zapewnienia ścieżki przewodzącej na współpracujących krawędziach.

Takie rozwiązania doskonale sprawdzają się w panelach konstrukcyjnych i kołnierzach rakiet, gdzie zapewniają również znaczną ochronę przed korozją galwaniczną: farby te wytrzymują ekstremalne wahania temperatur, dużą wilgotność i mgłę solną.

CHO-SHIELD 579; Parker Chomerics Missile Defence

Wybierając przewodzący elastomer lub farbę, zawsze należy sprawdzać faktyczną akredytację zgodnie ze specyfikacjami wojskowymi, takimi jak MIL-DTL-83528 lub MIL-C-22750. Na niektórych produktach może być umieszczany napis, że są „wyprodukowane zgodnie” ze specyfikacjami wojskowymi, ale to nie oznacza, że mają akredytację. Akredytacja wymaga częstych rygorystycznych testów w celu zapewnienia zgodności i przydatności do wymagających zastosowań, takich jak rakiety.

Cisza radiowa

Oprócz zakłóceń elektromagnetycznych do innych niewidzialnych „wrogów” rakiet zaliczają się RFI (zakłócenia częstotliwości radiowych), zasadniczo niepożądane sygnały elektromagnetyczne, które zakłócają odbiór sygnałów radiowych. Typowe rozwiązania opierają się na materiałach absorbujących na bazie elastomerów, które służą do pochłaniania fali.

Dobrym przykładem jest asortyment produktów CHO-MUTE® firmy Parker Chomerics, który składa się z matrycy z elastomeru silikonowego z wypełniaczem żelaznym, zapewniającym pochłanianie częstotliwości radiowych przez pociski w szerokim zakresie częstotliwości, w tym częstotliwości bardzo wysokich. Materiały te minimalizują również sprzężenia krzyżowe między wnękami i rezonanse wnęk mikrofalowych. Są one ogólnie dostępne w postaci arkuszy i zapewniają łatwe cięcie.

Warto zauważyć, że rozwiązania uszczelniające EMI/RFI dostępne dla rakiet są równie odpowiednie dla powiązanego sprzętu, takiego jak wyrzutnie i systemy naziemne.

Uziemienie

Istotne jest również uziemienie elektryczne. Uziemienie to złożony temat, nie da się jednak ukryć, że odgrywa on kluczową rolę w ochronie wrażliwych rakiet o wysokiej skuteczności. Właściwe uziemienie pozwala uniknąć usterek układów, co jest niezbędne w systemach krytycznych.

W zależności od wymagań projektowych odpowiednie uszczelki mogą mieć postać przewodzących pianek/pianek z tkaniny, przewodzących elastomerów lub metalowych łapek. Zastosowanie tych rozwiązań do uziemienia kieruje prąd wytwarzany przez EMI do bezpiecznych punktów.

Oczywiście wiele produktów uziemiających z założenia funkcjonuje również jako urządzenia ekranujące EMI, zatem mają służyć jako przewodzący interfejs pomiędzy ekranami a uziemionymi powierzchniami.

Zachowaj spokój

Kolejnym problemem jest ciepło, które może obniżyć wydajność elektroniki i skrócić żywotność podzespołów. Aby zapewnić, że wrażliwe elementy elektroniczne pozostaną w granicach zakresu temperatur roboczych, niezbędne są nowe materiały zarządzające ciepłem.

Typowym rozwiązaniem jest podkładka szczelinowa. Jest to miękki i łatwo dopasowujący się materiał, który zapewnia interfejs termiczny pomiędzy radiatorami a urządzeniami elektronicznymi, wyrównując nierówne powierzchnie, szczeliny powietrzne i szorstkie tekstury powierzchni. Doskonałym przykładem jest seria termoprzewodzących podkładek i żeli wypełniających szczeliny THERM-A-GAP™ firmy Parker Chomerics, dostępnych w różnych konfiguracjach nośników i wkładek w celu zwiększenia wydajności operacyjnej.

Wybór partnera

Znalezienie odpowiedniego partnera technologicznego w zakresie zakłóceń elektromagnetycznych/RFI, uziemień elektrycznych i problemów termicznych w dowolnym typie rakiety, wymaga od inżynierów dokładnego rozważenia dostępnych opcji. Priorytetowo powinni być traktowanie partnerzy technologiczni, którzy są w stanie zapewnić wsparcie począwszy od koncepcji projektu po wprowadzenie na rynek części zamiennych, jednocześnie pomagając klientom w usprawnieniu produkcji i montażu modułów. Obszerny katalog produktów wysokiej jakości i własna produkcja akredytowana zgodnie ze standardami wojskowymi to kolejne wyróżniki, które pomagają zapewnić pełną ochronę gotowych do walki systemów rakietowych o krytycznym znaczeniu.

Chomerics jest oddziałem Parker Hannifin Corporation i stanowi część grupy Engineered Materials Group. Jest światowym liderem w opracowywaniu i stosowaniu materiałów przewodzących prąd i ciepło w elektronice, transporcie i alternatywnych systemach energetycznych.  www.parker.com/chomerics

Parker Hannifin jest globalnym liderem w dziedzinie technologii ruchu i sterowania, notowanym na liście Fortune 250. Od ponad wieku firma umożliwia przełomowe rozwiązania inżynieryjne. Więcej informacji można znaleźć na stronie www.parker.com lub @parkerhannifin.

Więcej informacji

Tłumaczył i opracował Jarosław Doliński