Потребность в лучшей ситуационной осведомленности, которая появилась вместе с боевыми задачами асимметричной боевых действий, при выполнении которых военные подразделения должны передвигаться в гражданском окружении и избегать косвенных потерь, привела к резкому увеличению количества военных машин, имеющих большие броневые стекла, позволяющие водителю иметь гораздо лучший обзор окружающей местности, а солдатам, сидящим в кормовом отделении, лучшее понимание локальной ситуации.
Хотя защита была приоритетом номер один, все машины типа Mrap (Mine Resistant Ambush Protected, т.е. «защищенный от мин и нападений из засад») оборудовались широкими стеклянными поверхностями. Но, несмотря на то, что на некоторые новые машины, попадающие в боевую категорию, также начали устанавливаться лобовые стекла, они все еще были ограниченных размеров. С повышением уровней защиты, масса, прозрачность и искажения стали проблемой.
При одинаковом уровне защиты стандартное броневое стекло имеет поверхностную плотность в четыре раза большую, чем броневая сталь – проблема, которая должна учитываться на этапе проектирования. Размеры прозрачной брони также увеличиваются, что создает определенные проблемы, особенно там, где применены новые технологии. В некоторых армиях считают, что в легком патрульном автомобиле двухпанельное лобовое стекло с центральной стойкой придает ему агрессивный вид и поэтому предпочитают цельное лобовое стекло.
Кроме того, поскольку многие машины в настоящее время изготавливаются с базовым уровнем защиты, они должны затем модернизироваться за счет установки комплектов дополнительного бронирования. Это означает, что они должны также включать соответствующую модернизацию прозрачной защиты, что конечно создает огромную проблему при преобладающей методике прикручивания панелей из стекла на болты.
Масса более прочных лобовых и боковых стекол является не только негативным фактором, по сравнению с непрозрачной броней толщина также существенно увеличивается, не говоря уже об ухудшении оптических свойств, поскольку при увеличении толщины пропускание света имеет тенденцию уменьшаться, а искажения увеличиваться. Принимая во внимание растущие рынок и спрос за прошедшие несколько лет, производители броневого стекла много поработали над решением головоломки «масса-защита». Это было достигнуто за счет повышения эффективности стандартных ламинатов (слоистых материалов) и изучения альтернативных материалов, например прозрачной керамики.
Кроме того, что некоторые производители довольно успешны в поисках оптимальной пропорции «плотность-защита-визуальные качества», они рассматривают прозрачную защиту в качестве идеальной среды, которая может представлять водителю большие объемы информации и возможно даже другим пассажирам машины. На эту идею их вдохновили проекционные дисплеи из авиации – интересное решение, которое могло бы помочь улучшить эргономику и снизить рабочую нагрузку.
Недавние миссии в районах с большими перепадами температуры (как следствие большая разница между температурой снаружи и температурой кондиционированного салона), с песчаными бурями и т.д. оказывают значительное воздействие на прозрачную броню с печальными последствиями для ее срока службы.
Учитывая, что наземные машины не могут сравниться с воздушными судами касательно стоимости обслуживания, эта стоимость должна быть максимально снижена, и она должна стать частью уравнения наряду с массой и характеристиками. Операторы транспортных средств, несомненно, также должны принимать меры для защиты припаркованных машин, а также следовать особым методикам очистки броневого стекла. Немаловажную роль в снижении стоимости играет также ремонтопригодность.
Тенденции
Целью этой статьи является не обзор продукции всех производителей прозрачной брони по всему миру (и их число растет с каждым днем. Например, в октябре 2013 года мексиканский секретариат национальной обороны объявил о создании еще одного завода по производству броневого стекла), а желание обозначить новейшие тенденции в этой области.
Большинство производителей смотрят как на гражданский, так на и военный рынки. Самыми крупными из них являются American Glass Products (заводы в Колумбии, Бразилии и Перу) и французская Saint-Gobain Sully. В США в этой сфере также имеется много компаний, например PPG Aerospace, которая изготавливает прозрачную броню, соответствующую стандартам Stanag (как правило, уровни от 1 до 3) и US ATPD 2325P (уровни от 1 до 3).
Еще одним крупным игроком на арене прозрачной брони для военных является немецкая компания Schott. Кроме производства в Германии, которое производит броневое стекло в соответствии со Stanag, компания также имеет отделение в Америке, производящее стекло в соответствии со стандартами США, но независимое от Правил международной торговли оружием.
Нынешним европейским продуктом для военного применения является материал Resistan, который варьируется от уровня 1 до уровня 4 стандарта Stanag 4569 и в котором идентификационный номер обозначает толщину в миллиметрах. В своем производстве изделий прозрачной защиты компания Schott использует высококачественное боросиликатное стекло Borofloat 33 с выдающимися свойствами, которое позволяет уменьшить массу на 12-15% по сравнению с силикатным стеклом при сохранении оптимальных оптических характеристик.
В 2013 году были представлены три новых типа стекла, соответствующие уровням 2 и 3 стандарта Stanag. Для приложений уровня 2 было разработано броневое стекло NY 52 BF за счет оптимизации конструкции и ламинирования, оно предназначено для машин, работающих в обычных температурных условиях от –32°C до +49°C; материал имеет поверхностную плотность 112 кг/м2 и гарантирует светопропускание 86%. Стекло было обстреляно 20-мм одиночным осколочным снарядом FSP на скорости 630 м/с и универсальными бронебойными зажигательными пулями (API) 7,62×39 мм.
Плотность стекла NY 58 BF составляет 124 кг/м2, что примерно на 10% больше плотности NY 52 BF (соответственно увеличилась масса и толщина), однако оно имеет больший рабочий диапазон (до +75°C) и испытано против осколочного боеприпаса с более высокой начальной скоростью (700 м/с) и более могущественных бронебойных зажигательных пуль 7,62×51 мм.
На рынке доступны два новых изделия, соответствующие уровню 3. Они позволяют значительно снизить массу по сравнению с предыдущим типом стекла NY 92 BF, который квалифицирован для высоких температур и определенно прочнее, поскольку при поверхностной плотности 195 кг/м2 может выдержать 20-мм снаряд FSP со скоростью свыше 1250 м/с, а также 7,62x54R API, 7,62×51 API и обычную пулю 12,7×109. Новая модель NY 80 BF отличается плотностью 174 кг/м2 (10% снижение), хотя испытания не включали обстрел 12,7 мм пулями, тогда как NY 69 BF идет с плотностью 153 кг/м2 (на 22% меньше чем у NY 92) и он был испытан только против 7,62x54R API.
Что касается уровня 4, то здесь компания Schott предлагает два сорта стекла из своего семейства Resistant. Это NY135 плотностью 284 кг/м2 и NY 194 плотностью 398 кг/м2. Оба выдерживают 20-мм снаряд FSP на скорости свыше 1550 м/с и патрон 14,5×114 API, хотя более тонкое стекло проверено только на одно попадание, тогда как более толстое стекло имеет многоударные характеристики.По данным Schott сорт стекла NY 194 является единственным одобренным и сертифицированным решением, соответствующим уровню 4, поскольку был сертифицирован немецким управлением по вооружениям BAAINBw (бывшее BWB).
Каталог Resistant включает множество других продуктов, семейство VPAM соответствует стандартам EN 1063 и VPAM BRV 2009, а семейство DV стандартам ATPD Revision T. С целью лучшего реагирования на потребности рынка и учитывая увеличение производства не только для военных, но и для гражданских нужд, компания Schott недавно перепрофилировала свой завод по производству плоского многослойного стекла в полностью интегрированную линию, которая также включает гибку с радиусами гиба 500-1000 мм и обработку кромок.
Заглядывая в будущее, компания Schott пристально изучает новые материалы, например прозрачную керамику и шпинели (группа природных и искусственных минералов класса сложных окислов, имеющих высокую твердость). Учитывая жесткие правилами дорожного движения в Германии, в компании считают, что оптические характеристики, предлагаемые подобными альтернативами материалами, не могут быть приняты для лобовых стекол, но благодаря своей легкой массе они могли бы хорошо подойти для боковых окон. Впрочем, стоимость подобных инновационных материалов еще должна быть определена.
Что касается классического многослойного стекла, то эксперты Schott считают, что доступные в настоящее время технологии не позволят провести какие-либо улучшения в ближайшие годы. Такие стекла приблизились к своему пределу, соответствующему уровню 3, что соответствует толщине примерно 75 мм и поверхностной плотности 160 кг/м2. Schott North America специализируется на стеклокерамике, поликристаллических материалах, изготавливаемых путем управляемой кристаллизации стеклоосновы, в основном за счет термической обработки.
При обработке создается кристаллизованный поверхностный слой толщиной 35 нанометров, тогда как остальная керамика имеет на 80% кристаллическую структуру. Этот материал не дает экономии массы, но соответствует американским стандартам ATPD-235 (хотя полученные результаты остаются засекреченными).
Еще одним ключевым игроком в области броневого стекла является компания Oran Safety Glass (OSG) из Израиля, единственный поставщик израильской армии. Компания поставляет плоское и гнутое броневое стекло в государства первого ряда, например США, Франция, Германия, Италия и т.д. Компания OSG в частности сосредоточена на рынке США, хотя ее броневые стекла стоят на двух из трех машинах проекта JLTV.
Для достижения этой цели компания, имеющая два завода в Израиле, создала свое отделение OSG Inc в штате Вирджиния. OSG, безусловно, стремится уменьшить массу для данного уровня защиты, но она также нацелена на дальнейшее развитие, на сочетание различных технологий в своих изделиях с целью добавления таких «примочек», как например, размораживание для улучшения обзора в течение 30 секунд при –42°C.
Используя полуэкзотические материалы, компания OSG недавно разработала решение с плотностью 170 кг/м2 и толщиной 83 мм, соответствующее уровню 3. Для того, чтобы увеличить максимально срок службы своего многослойного стекла, компания разработала специальный герметик для борьбы с воздействием жары, влажности, песка и последствиями кондиционирования. OSG также предлагает свою технологию кристаллического материала Crystallised Material (CM), позволяющую снизить массу на 30 — 50% (см. табл.) с уменьшением толщины от 40 до 60%.
Конечно, снижение массы в этом случае более значительное, поскольку необходимо учесть снижение массы самой рамы стекла. Здесь проблема не только техническая, но также экономическая, так как стекла керамического типа стоят значительно дороже стандартного бронестекла.
Технология кристаллизованного материала позволяет OSG изготавливать прозрачную броню в три раза дешевле стоимости аналогов из многослойного стекла. Израильская компания также разработала две новых технологии с целью улучшения характеристик многослойного стекла. Первое получило обозначение Rock Strike Glass (RSG) и предназначено для предотвращения раскалывания слоев внутреннего стекла в случае попадания низкоскоростных осколков, наподобие гравия и камней. Это не только позволяет водителю продолжить движение с минимально ухудшенным обзором, но также в большинстве случаев стекло не потребует немедленной замены, что экономит время и гарантирует большую готовность парка машин.
Поскольку в военной сфере еще нет стандартов связанных с этой проблемой, компания OSG взяла за основу французские железнодорожные стандарты, в соответствии с которыми конический предмет диаметром 90,5 мм и весящий 20 грамм после удара на скорости 40 м/с не должен нанести никакого ущерба. Эти цифры для военного применения были увеличены до 140 м/с; в итоге стекло OSG RSG показало устойчивость к множественным ударам на скоростях 160 м/с.
Другая технология под обозначением «Adi» (драгоценный камень на иврите) была показана на выставке DSEI 2013. Сегодня типичные многослойные стекла имеют поликарбонатный внутренний слой, предотвращающий при попадании в стекло распространение осколков внутри машины. По данным компании OSG связка стекла и поликарбоната ускоряет расслоение, поликарбонат также может повреждаться от неправильной эксплуатации или очистки.
Статистика, предоставленная компанией, показывает ожидаемый срок службы от 3 до 5 лет для обычного прозрачного стекла в полевых условиях. Технология Adi обеспечит противоосколочные характеристики без поликарбоната плюс удвоение срока эксплуатации. OSG работала над этой технологией более двух лет. Последние баллистические испытания были проведены осенью 2013 года, а производство стекла по технологии Adi началось в 2014 году.
Компания OSG также работает над применением стеклянных поверхностей в качестве иллюстративно-изобразительных средств. Технология «Silk-light» (шелковый свет) позволяет создать встроенную светоуправляемую электронную систему, которая дает возможность демонстрировать простые (большей частью экстренные) сообщения прямо на броневом стекле. Также технология цифрового визуального окна (Digital Visual Window) позволяет интегрировать ЖК-дисплей в прозрачную броню без снижения уровня защиты, позволяя сэкономить место в машине. Дисплей связан с отдельным электронным блоком, который легко может быть отремонтирован или заменен.
Компания Glas und Optik GmbH, лучше известная как GuS, является еще одним крупным немецким производителем. В начале сентября 2013 года немецкое управление BAAINBw квалифицировало новое многослойное стекло на соответствие Уровню 3; плотность его уменьшена с 215 до 170 кг/м2 (-20% массы) и толщина с 91 до 83 мм, одновременно был увеличен диапазон рабочих температур от –32° до +49°. Кроме того, его многоударные характеристики были протестированы на треугольнике с основанием 120 мм вместо обычных 300 мм и отпечаток был очень небольшим, таким образом, воздействие на задний поликарбонатный лист намного уменьшилось.
Являясь единственным поставщиком немецкой армии, компания GuS показала свои возможности по ремонту в Афганистане, где камнями были повреждены около 3500 лобовых стекол (там было развернуто более 600 машин Dingo), многие из которых были отремонтированы рабочей группой компании. В области прозрачной керамики GuS также ведет множество исследовательских программ с немецкой же компанией CeramTec GmbH.
В то время как уровень защиты не кажется основной проблемой, компания встречает препятствия в немецких правилах дорожного движения, так как клей, склеивающий керамические плитки, вызывает визуальные эффекты, которые еще должны быть оценены касательно усталости глаз, головных болей и дезориентации. В настоящее время GuS тесно сотрудничает с BAAINBw с целью анализа побочных эффектов прежде чем двигаться дальше в направлении керамики.
Немецкая компания ESW GmbH, подразделение Jenoptik Defense & Civil Systems, показала на выставке DSEI 2013 прозрачную броню из пластика, которая гарантирует светопропускаемость свыше 90%. Одно из огромнейших преимуществ решения Jenoptik заключается в том, что лобовое стекло можно гнуть; это позволяет уйти от центральной стойки типичной для лобовых стекол военных машин, состоящих из двух плоских панелей бронестекла, и тем самым обеспечить максимальную видимость. Вдобавок, пластиковая прозрачная защита от Jenoptik не создает никаких искажений даже в местах изгиба.
В настоящее время компания предлагает два типа поверхностей, соответственно с уровнями защиты 2 и 3. Первая имеет приблизительно плотность 144 кг/м2 и толщину 121 мм, а вторая имеет поверхностную плотность 238 кг/м2 и толщину 201 мм. Решение, соответствующее уровню 3, также сертифицировано для противодействия множественным попаданиям пуль и снарядоформирующий зарядам в секторе от 0° до 45° и для противодействия попаданию РПГ-7 под углом 45°. По запросу устанавливаются противообледенительная защита и электромагнитная защита. По данным компании Jenoptik, ее прозрачное пластиковое бронестекло способно сохранить хорошую видимость даже после удара.
Одним из авторитетных европейских экспертов в области прозрачной брони является компания IBD. Было понятно, что должно быть найдено решение с целью снижения массы прозрачной брони. Действительно, обычное броневое стекло для грузовой машины площадью 3 м2 не только весит 600 кг, но также поднимает центр тяжести и катастрофически ухудшает устойчивость. Взяв на вооружение свою технологию NanoTech, компания IBD разработала защиту из прозрачной керамики, ключевой фактором здесь является разработка специальных процессов соединения керамических плиток («мозаичная прозрачная броня») и ламинирование этих сборок с прочными несущими слоями для формирования больших прозрачных панелей.
Благодаря выдающимся баллистическим характеристикам керамического материала и упругому поглощению остаточной кинетической энергии компания смогла получить панели из прозрачной брони со значительно уменьшенной массой. По сравнению с плотностью 200 кг/м2 стандартного бронестекла, соответствующего уровню 3 Stanag 4569, новая технология позволяет уменьшить массу прозрачной керамики для этого же уровня 3 до 56 кг/м2. Это составляет выигрыш 72%, что в абсолютных терминах для окон грузовика, взятого в качестве примера, могло бы означать 170 кг.
По данным IBD оптические свойства новой прозрачной керамики, по меньшей мере, также хороши как оптические свойства традиционного многослойного броневого стекла, поскольку оно менее тонировано и демонстрирует меньшую дифракцию, к тому же совсем незаметно краев склеенных плиток. Эти оптические свойства также распространяются на инфракрасный спектр, означая, что могут также использоваться очки ночного видения. Одна из стран НАТО стояла перед проблемой выбора сниженной защиты или добавления еще одного переднего моста для своих грузовиков, но решение компании IBD позволяет либо сохранить конфигурацию с одним мостом и сэкономить средства, либо удвоить количество мостов и повысить уровень защиты.
По данным компании IBD ее прозрачная керамическая защита полностью квалифицирована и в настоящее время находится на этапе внедрения в производство, в котором процесс оптимизации сосредоточен на снижении стоимости; целью компании является получить продукт всего на 50% дороже, чем стандартное стекло. Впрочем, на настоящий момент считается, что можно достичь стоимости в два раза меньшей по сравнению со стоимостью нынешнего решения.
Американская компания ArmorLine, часть Defense Venture Group, разработала оптическую шпинельную керамику, которая позволяет изготавливать прозрачную броню со значительной экономией массы. Шпинель от ArmorLine представляет собой поликристаллический материал, отличающийся чрезвычайно твердостью и прочностью; отличаясь абразивной стойкостью, что типично для керамики, он гарантирует светопроницаемость в диапазоне 0,2 – 5,5 микрон. Это позволяет применять ее в ультрафиолетовом (0,2 – 0,4 микрон), видимом (0,4 – 0,7) диапазонах, ближней ИК-области спектра (0,7 – 3) и средней ИК-области спектра (3 – 5). То есть, он может использоваться в военных приложениях не только в качестве прозрачной брони, но также для защиты сенсоров.
Преимущество шпинели ArmorLine состоит в том, что из нее можно изготавливать панели таких размеров, которые определенно крупнее, чем размеры панелей из прозрачной керамики. Нынешние крупные панели имеют размеры примерно 70 x 50 см, компания в течение года намерена начать производство панелей размерами 85 x 60 см, как плоских, так и изогнутых (с радиусом гиба 2500 мм), и, в конечном счете, производство плоских панелей 100 x 75 см, что составляет половину лобового стекла.
Способность поставлять изогнутую прозрачную защиту рассматривается как преимущество над другими системами, позволяя конструкторам реализовывать более гибкие решения. Прозрачная защита на основе шпинели, которая заменяет несколько слоев в ламинированном стекле, позволила повысить многоударные характеристики и уменьшить массу и толщину на 50–60%. В качестве примера возьмем многослойное броневое стекло, которое способно выдержать попадание одиночной бронебойной пули 12,7×99 мм. Оно имеет толщину 103 мм и поверхностную плотность 227 кг/м2, в то время как шпинель от ArmorLine снижает эти значения до 49 мм и 100 кг/м2, другими словами на 53% и 56% соответственно.
Эти данные подтверждаются при взгляде на прозрачную броню ATPD 2352 Class 3A, в которой толщина уменьшается с 112 до 52 мм, а поверхностная плотность с 249 до 109 кг/м2. Впрочем, ArmorLine не занимается многослойными материалами, то есть в этих случаях массы даются для неоптимизированных тестовых образцов и могут быть оптимизированы дополнительно. В терминах Stanag поверхностная плотность, достигнутая для прозрачных материалов, соответствующих уровню 2, составляет около 69 кг/м2, тогда как для уровня 3 (бронебойная зажигательная пуля 7,62 x 54R B32) она повышается до 84 кг/м2.
Итальянская компания Isoclima начала работу над прозрачной броней в начале 80-х годов для гражданского и военного рынков и с тех пор разработала собственные патентованные технологии по оптимизации ламинирования стекла и поликарбоната. Она предоставила большую часть решений прозрачной защиты для компании Iveco DV LMV, которые были адаптированы под требования разных заказчиков этого легкого многоцелевого автомобиля 4×4.
Например, прозрачная броня, принятая для российских машин LMV, способна выдерживать температуры от -45°C до +70°C, сопряжение разных материалов здесь является ключевым элементом, поскольку термический коэффициент расширения поликарбоната в восемь раз больше коэффициента расширения стекла. Среди ее продуктов мы можем найти решение, соответствующее уровню 2 Stanag, толщиной 58-59 мм и поверхностной плотностью 125-130 кг/м2, и решение, соответствующее уровню 3, толщиной 79-80 мм и плотностью 157-162 кг/м2; все значения приводятся для работы в стандартных температурных пределах.
Компания в настоящее время рассматривает новые решения, повышающие характеристики при одновременном снижении массы. Компания испытывает новые материалы, например шпинель и другие, хотя ее руководство при этом убеждено, что усовершенствования лежат в комплексных решениях, то есть повышение характеристик стекла и слоистых материалов, например пленок, позволит Isoclima улучшить свои позиции на рынке.
Компания также разработала решения с целью улучшения срока службы прозрачной защиты, например это обработка против царапин на поликарбонатной подложке, а также патентованный, фиксируемый магнитным способом внешний слой, защищающий баллистическое стекло от повреждения камнями известный как Antistone Protection Solution (AspS). Удаляемый защитный слой базируется на магнитной прокладке с двойным уплотнением, удерживающей внешний защитный слой, изготовленный из внешнего стекла и внутреннего технополимера; создается воздушная прослойка между этим слоем и прозрачной броней. Были учтены и верифицированы все возможные недостатки, то есть конденсация, оптические искажения и т.д., тесты показали минимальное влияние этих факторов на характеристики прозрачной защиты.
С другой стороны технология AspS способствует значительному снижению объемов обслуживания и увеличивает срок службы прозрачной брони. Многие решения, разработанные Isoclima, созданы благодаря участию компании в проектировании современных систем прозрачной защиты для аэрокосмической отрасли.
/Alex Alexeev, topwar.ru/