Le slogan « Velocitas Eradico », repris par la marine américaine pour ses recherches sur les canons électromagnétiques sur rail, est tout à fait cohérent avec le but ultime. Traduite librement du latin, cette expression signifie "La vitesse tue". Les technologies électromagnétiques se développent avec succès dans le domaine maritime, ouvrant des perspectives pour les armes offensives et l'exploitation des porte-avions.
Un rapport rédigé par Ronald O'Rurk en octobre 2016 pour le Congressional Research Service, intitulé Lasers, Rail Guns, and Hypersonic Projectiles: Background and Challenges for the US Congress, déclare: des missiles de croisière anti-navire (ASM) et anti-navire missiles balistiques (ABM), certains observateurs s'inquiètent de la capacité de survie des navires de surface dans d'éventuels affrontements avec des opposants comme la Chine, qui sont armés de missiles antinavires et de missiles antibalistiques modernes. » Le premier et le seul FGM à moyenne portée au monde DF-21D (Dufeen-21) développé par l'Académie chinoise de mécanique et d'électronique de Chine Changfeng a fait l'objet de discussions actives dans les marines mondiales; cette fusée a été montrée à Pékin en septembre 2015 à la fin du défilé de la Seconde Guerre mondiale. Dans le même temps, le rapport note que la flotte russe continue de déployer la famille de missiles antinavires et de croisière au sol 3M-54 Caliber avec guidage inertiel/radar par satellite développé par le bureau d'études Novator.
Alors que certains pays, comme la Chine et la Russie, continuent d'équiper leurs navires d'armes puissantes, la marine américaine, ainsi que d'autres marines occidentales, est de plus en plus préoccupée par la capacité de survie de ses navires de guerre de surface. Et la réduction des effectifs oblige les flottes du monde entier à se tourner de plus en plus vers des technologies prometteuses. Par exemple, selon le site globalsecurity.org, le nombre de membres actifs de l'armée américaine devrait diminuer de 200 000 d'ici la fin de 2017, pour atteindre 1,28 million. Dans ce contexte, dans le domaine de la défense, les technologies électromagnétiques se développent rapidement comme une solution prometteuse à des problèmes complexes, qui sont en grande partie liés à l'armement des adversaires potentiels et à la réduction des effectifs. Par rapport aux systèmes traditionnels actuels, ces technologies, des catapultes de porte-avions aux canons sur rail (railguns), seront plus rentables et réduiront le nombre de personnes.
Électricité et magnétisme
L'énergie électromagnétique est une combinaison de champs électriques et magnétiques. Selon la définition publiée sur le site Internet de l'Organisation mondiale de la santé: « Les champs électriques sont créés en raison de la différence de tension, plus la tension est élevée, plus le champ résultant sera fort. Les champs magnétiques apparaissent lorsque des particules chargées se déplacent: plus le courant est fort, plus le champ magnétique est fort. »
EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System), un système de lancement prometteur pour les avions embarqués, est développé par General Dynamics pour remplacer les catapultes à vapeur, qui présentent un certain nombre d'inconvénients importants, notamment leur grande masse, leur taille et la nécessité de stocker un grand volume d'eau sur le navire, qui ne peut pas être emporté par-dessus bord en raison des propriétés chimiques agressives de l'eau de mer. Le nouveau système se compose de deux rails parallèles, constitués de nombreux éléments avec des bobines d'induction, installés à l'intérieur du pont d'envol du porte-avions, ainsi que d'un chariot, qui est monté sur la roue avant de l'avion. Megan Elke, General Atomics (GA), a expliqué: « L'excitation séquentielle des éléments de guidage crée une onde magnétique qui se déplace le long des rails de guidage et force le chariot et donc l'avion sur toute la longueur des rails de guidage à la vitesse requise pour un décollage réussi du pont. Ce procédé nécessite plusieurs mégawatts d'électricité. »
Le principe de fonctionnement de l'accélérateur de masse électromagnétique, aka railgun, aka rail gun, est similaire au principe de fonctionnement de la catapulte électromagnétique EMALS. Les plusieurs mégawatts d'énergie générés sont canalisés le long de deux rails de guidage (tout comme les deux rails de guidage du système EMALS) pour créer un champ magnétique. Comme l'explique John Finkenaur, responsable des nouvelles technologies chez Raytheon: « Une fois que le système a accumulé une certaine quantité d'énergie, les condensateurs (stockent la charge électrique générée) envoient une impulsion électrique le long de deux rails (l'un d'eux est chargé négativement et le l'autre est positif), créant un champ électromagnétique . Sous l'influence de ce champ, le projectile commence à se déplacer dans un canon à deux longs rails à très grande vitesse. Des sources ouvertes affirment que les vitesses peuvent atteindre 7 nombres de Mach (environ 8600 km/h). Le projectile pèse environ 11 kg et n'a pas de charge de combat. Le corps du projectile, rempli d'éléments de frappe en tungstène, est enfermé dans un boîtier en alliage d'aluminium, qui est jeté après que le projectile a quitté le canon. La grande vitesse de rencontre du projectile avec la cible, en combinaison avec les éléments de frappe, provoque une destruction importante sans aucun explosif.
Attraction magnétique
Les catapultes à vapeur, qui doivent être remplacées par le système EMALS, équipent les porte-avions de nombreux pays depuis les années 50. Pendant longtemps, ils ont été considérés comme la technologie la plus efficace, capable, par exemple, d'accélérer un avion pesant 27 300 kg à une vitesse de 240 km/h à partir d'une longueur de pont de 300 mètres. Pour faire ce travail, la catapulte a besoin d'environ 615 kg de vapeur pour chaque entrée, plus des équipements hydrauliques, de l'eau pour arrêter la catapulte, ainsi que des pompes, des moteurs électriques et des systèmes de contrôle. Autrement dit, la catapulte à vapeur traditionnelle, bien qu'elle fasse parfaitement son travail, est un équipement très volumineux et lourd qui nécessite un entretien important. De plus, il a été démontré que des chocs soudains pendant le décollage raccourcissent la durée de vie des avions basés sur des porte-avions. Les catapultes à vapeur ont également des restrictions sur les types d'avions qu'elles peuvent lancer; la situation est d'autant plus compliquée par le fait que la masse des avions ne cesse d'augmenter et il peut arriver bientôt que la modernisation des avions embarqués devienne impossible. Par exemple, selon les données fournies par la flotte, le chasseur embarqué F/A-18E/F Super Hornet de Boeing a une masse maximale au décollage de 30 tonnes, tandis que le précédent chasseur Douglas A-4F Skyhawk, qui a finalement été retiré du service au milieu des années 1980, avait une masse au décollage de 11, 2 tonnes.
Selon Elke: « Les avions d'aujourd'hui deviennent de plus en plus lourds, plus rapides et plus fonctionnels, ils ont besoin d'un système de lancement efficace avec plus d'efficacité et plus de flexibilité afin d'avoir les différentes vitesses de lancement nécessaires pour décoller du pont de chaque type d'avion. Selon General Atomics, par rapport aux catapultes à vapeur, le système EMALS sera 30 % plus efficace, nécessitant moins de volume et d'entretien que ses prédécesseurs, ce qui simplifiera son installation sur différents navires avec différentes configurations de catapulte. Par exemple, les porte-avions de la classe Nimitz possèdent quatre catapultes à vapeur, tandis que le seul porte-avions français, le Charles de Gaulle, n'en possède que deux. De plus, différentes accélérations EMALS, ajustées à la masse au décollage de chaque type d'avion avec ou sans pilote, contribueront à augmenter la durée de vie des coques des avions. "Avec moins d'espace d'installation, une meilleure efficacité et flexibilité, et une maintenance et des effectifs réduits, EMALS augmente considérablement les capacités et réduit les coûts, ce qui soutiendra davantage le développement de la flotte", a ajouté Elke.
Selon Alexander Chang de la société de conseil Avascent, les railguns présentent également un certain nombre d'avantages. "Et l'essentiel, bien sûr, est qu'ils peuvent tirer des projectiles à une vitesse élevée de l'ordre de Mach sept sans utiliser d'explosifs." Étant donné que la source d'énergie du canon à rails est le système d'alimentation électrique général de l'ensemble du navire, les risques associés au transport d'explosifs ou de propergols sont exclus. Les vitesses initiales élevées du canon à rails, environ le double des vitesses initiales des canons de navire traditionnels, se traduisent par des temps de frappe plus courts et permettent au navire de répondre presque simultanément à de multiples menaces. Cela est dû au fait qu'avec chaque nouveau projectile, il n'est pas nécessaire de charger des charges de combat ou des charges propulsives. Elke a noté que "au moyen d'ogives et de propergols, l'approvisionnement est simplifié, le coût d'un coup et la charge logistique sont réduits, tandis que les dimensions relativement petites du canon à rail permettent d'augmenter la capacité du chargeur … Il a également un portée beaucoup plus longue par rapport à d'autres armes (par exemple, avec des missiles sol-air utilisés pour protéger les navires de surface) ». Le rapport au Congrès note que jusqu'à présent, deux prototypes de canons sur rail construits par Raytheon et General Atomics pour l'US Navy « peuvent tirer des projectiles à des niveaux d'énergie compris entre 20 et 32 mégajoules, ce qui est suffisant pour qu'un projectile parcoure 92-185 km ». Si l'on compare, alors selon des sources ouvertes, le canon de navire de 76 mm de l'OTO Melara / Leonardo a une vitesse initiale de l'ordre de Mach 2,6 (3294 km/h), atteignant une portée maximale de 40 km. Finkenaur a déclaré que « le canon à rails peut être utilisé pour l'appui-feu des navires de surface lorsqu'il est nécessaire d'envoyer un projectile à des centaines de milles marins, ou il peut être utilisé pour les bombardements à courte portée et la défense antimissile ».
Défis à venir
La technologie utilisée dans le système EMALS est déjà au stade de la mise en œuvre en production. L'US Navy, qui a sélectionné cette catapulte conçue par General Atomics pour décoller des nouveaux porte-avions de la classe Ford, a réalisé ses premiers tests de résistance en novembre 2016. Sur le premier navire de cette classe, le Gerald R. Ford, des poids de ballast simulant un avion typique ont été éjectés dans la mer (vidéo ci-dessous). Utilisé 15 chariots de coquille de différents poids. Les premiers lancements se sont terminés sans succès, mais les suivants ont été reconnus comme réussis. Par exemple, un bogie pesant environ 6800 kg a été accéléré à une vitesse de près de 260 km/h, et un bogie plus petit pesant 3600 kg a été accéléré à 333 km/h. Selon Elke, le système est également fabriqué et installé sur le porte-avions John F. Kennedy, qui devrait être transféré à la flotte en 2020. GA a également été sélectionné comme l'unique sous-traitant EMALS pour le porte-avions Enterprise, dont la construction devrait commencer en 2018. Elke a noté que "nous voyons également l'intérêt d'autres États pour nos systèmes électromagnétiques de décollage et d'atterrissage, car ils souhaitent disposer de nouvelles technologies et d'avions embarqués dans leurs flottes". Cependant, il convient de noter que si la technologie EMALS est prête pour la production, le système lui-même ne peut pas être installé sur la grande majorité des porte-avions en service en raison de la quantité d'énergie nécessaire à son fonctionnement.
En plus de ce qui précède, le canon à rail présente un certain nombre d'inconvénients sérieux. Selon Finkenaur, "l'un des problèmes de l'utilisation de la technologie électromagnétique dans le secteur de la défense est de maintenir le canon en état de marche et de réduire l'usure du canon après chaque lancement de projectile". En effet, la vitesse à laquelle le projectile sort du canon provoque une telle usure que lors des premiers essais le canon a dû être entièrement reconstruit après chaque tir. "La puissance d'impulsion implique le défi de libérer une énorme quantité d'énergie et de coordonner le travail ensemble des modules de puissance d'impulsion pour un seul tir." Tous ces modules doivent libérer l'électricité accumulée au bon moment afin de créer la force de champ magnétique nécessaire et pousser le projectile hors du canon. Enfin, la quantité d'énergie nécessaire pour accélérer le projectile à de telles vitesses pose le problème de l'emballage des composants nécessaires du canon dans des dimensions physiques suffisamment petites pour qu'il puisse être installé sur des navires de surface de différentes classes. Pour ces raisons, selon Finkenaur, de petits canons à rail pourraient bien entrer en service dans les cinq prochaines années, tandis qu'un canon à rail d'une puissance totale de 32 mégajoules devrait être installé sur un navire au cours des 10 prochaines années.
Hyperactivité
Selon Chang, "récemment, l'US Navy a commencé à accorder moins d'attention à l'amélioration de la technologie du canon à rail et s'est tournée vers les capacités du projectile hypersonique HVP (Hyper Velocity Projectile), qui peut facilement s'adapter aux canons traditionnels existants". Dans un article technique sur le HVP, publié en septembre 2012 par l'US Navy Research Office, il est décrit comme « un projectile guidé polyvalent, à faible traînée, capable d'effectuer une variété de missions à partir d'une variété de systèmes d'armes », qui, en en plus du canon sur rail, comprend les systèmes navals américains standard: canon naval de 127 mm Mk. 45 et support d'artillerie avancé de 155 mm Advanced Gun System développé par BAE Systems. Selon BAE Systems, un "ingrédient spécial" dans la conception du HVP est sa traînée aérodynamique ultra-faible, éliminant le besoin d'un moteur-fusée, qui est largement utilisé dans les munitions conventionnelles pour étendre sa portée.
Selon un rapport du service de recherche CRS, lors d'un tir depuis une installation Mk.45, ce projectile ne peut atteindre que la moitié (soit Mach 3, soit environ 3704,4 km/h) de la vitesse qu'il pourrait atteindre lors d'un tir depuis un rail. canon, qui, cependant, est encore deux fois la vitesse d'un projectile conventionnel tiré d'un canon Mk. 45. Comme indiqué dans un communiqué de presse de l'US Navy, "HVP en combinaison avec Mk.45 fournira l'exécution de diverses tâches, y compris l'appui-feu pour les navires de surface, il étendra les capacités de la flotte dans la lutte contre les menaces aériennes et de surface.. mais aussi avec les menaces émergentes."
Selon Chang, la décision du département de recherche du ministère de la Défense d'investir des fonds importants dans le développement de HVP vise à résoudre le problème du rééquipement des navires pour l'installation d'un canon à rails sur eux. Ainsi, l'US Navy pourra utiliser le projectile hypersonique HVP sur ses croiseurs de classe Ticonderoga et ses destroyers de classe Arleigh Burke, emportant chacun deux canons Mk.45. Le canon à rail n'est pas encore technologiquement prêt à être installé sur les nouveaux destroyers de la classe Zamvolt, dont le premier a été accepté dans l'US Navy en octobre 2016. Mais, au moins à la fin du développement, le projectile HVP pourra entrer dans la charge de munitions de leurs montures d'artillerie de 155 mm telles que l'Advanced Gun System. Selon le communiqué de presse, la flotte a effectué des tests de tir d'un projectile HVP à partir d'un obusier de l'armée en janvier. L'US Navy ne fournit pas d'informations sur le moment où le HVP peut entrer en service avec ses navires de guerre.
Développements industriels
En 2013, BAE Systems a reçu un contrat de 34,5 millions de dollars de la Naval Research and Development Administration pour le développement d'un canon sur rail pour la deuxième phase du programme de construction d'un prototype de canon. Dans la première phase, les ingénieurs du Centre de développement des armes de surface de la Marine ont tiré avec succès le prototype Raytheon EM Railgun, atteignant un niveau d'énergie de 33 mégajoules. Selon BAE Systems, dans la deuxième phase, la société a l'intention de passer du tir unique au tir en rafale et de développer un système de chargement automatique, ainsi que des systèmes de contrôle thermique pour refroidir le pistolet après chaque tir. En 2013, BAE Systems a également reçu un contrat de ce département pour le développement et la démonstration du HVP.
General Atomics a commencé à développer la technologie des armes à feu en 1983 dans le cadre de l'Initiative de défense stratégique du président Ronald Reagan. L'initiative visait à « développer un programme de défense antimissile basé dans l'espace qui pourrait protéger le pays d'une attaque nucléaire à grande échelle ». L'initiative a perdu de sa pertinence après la fin de la guerre froide et a été rapidement abandonnée, en partie à cause de son coût exorbitant. Il y avait alors plus qu'assez de problèmes techniques, et les railguns ne faisaient pas exception. La première version du canon sur rail nécessitait tellement d'énergie pour faire fonctionner le canon qu'il ne pouvait être logé que dans un grand hangar, et donc, selon Elke, « au cours des huit dernières années, nous avons réduit la taille de l'électronique et des semi-conducteurs et créé de très gros condensateurs."
Aujourd'hui, General Atomics a déjà développé un canon sur rail de 30 mégajoules et un canon sur rail universel Blitzer de 10 mégajoules. Pendant ce temps, un condensateur qui simplifie le processus de stockage de l'énergie pour le tir des canons de secours sur des véhicules terrestres a été démontré avec succès en juillet 2016 dans un champ de tir ouvert. Elke a ajouté à cet égard: « Nous avons également démontré avec succès la transportabilité du canon Blitzer. Le canon a été démonté et transporté du site d'essai de Dagway au site d'essai de Fort Sill et y a été remonté pour une série de tests de tir réussis lors des manœuvres de l'armée de 2016. »
Raytheon développe également activement la technologie des canons sur rail et un réseau innovant d'énergie pulsée. Finkenaur a expliqué: « Le réseau se compose de nombreux conteneurs d'énergie pulsée de 6,1 m de long et 2,6 mètres de haut, qui abritent des dizaines de petits blocs appelés modules d'alimentation pulsée. Le travail de ces modules est d'accumuler l'énergie nécessaire pendant quelques secondes et de la restituer en un instant. Si nous prenons le nombre requis de modules et les connectons ensemble, ils peuvent alors fournir la puissance requise pour le fonctionnement du railgun.
Contrepoids aux menaces
Dans un discours prononcé en avril 2016 à Bruxelles, le sous-secrétaire américain à la Défense, Bob Work, a noté que « la Russie et la Chine améliorent quotidiennement la capacité de leurs forces d'opérations spéciales à opérer en mer, sur terre et dans les airs. Ils deviennent assez forts dans le cyberespace, les contre-mesures électroniques et dans l'espace. » Les menaces posées par ces développements ont contraint les États-Unis et les pays de l'OTAN à développer la TOI (Third Offset Initiative) commune dite « Third Counterbalance Strategy ». Comme l'a déclaré le ministre de la Défense de l'époque, Heigel, en 2014, l'objectif de TOI est d'égaliser ou de dominer les capacités militaires de la Chine et de la Russie, développées grâce à l'introduction des dernières technologies. Dans ce contexte, les canons sur rail, et les projectiles hypersoniques en particulier, représentent des capacités clés pour contrer ou neutraliser les menaces potentielles posées par les armes de la Chine et de la Russie, qui ont été mentionnées dans la partie introductive de l'article.
