La General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) ha confermato che continuerà la consegna puntuale del sistema di lancio elettromagnetico (EMALS) e del dispositivo di arresto avanzato (AAG)
La General Atomics ha in corso la consegna delle catapulte elettromagnetiche Emals E Aag per le portaerei nucleari statunitensi Cvn 79 e Cvn 80.
La General Atomics Electromagnetic Systems (GA-EMS) ha confermato che continuerà la consegna puntuale del sistema di lancio elettromagnetico (EMALS) e del dispositivo di arresto avanzato (AAG) per l’installazione sulle future portaerei di classe Gerald R. Ford USS John F Kennedy (CVN 79) e USS Enterprise (CVN 80).
Le EMALS e AAG di GA-EMS installate a bordo della USS Gerald R. Ford (CVN 78) hanno recentemente completato con successo i test operativi in mare durante un periodo di prova e test post-consegna di 18 mesi.
“Gli effetti della pandemia durante lo scorso anno hanno presentato a tutti alcune sfide incredibili e siamo orgogliosi della dedizione e dell’attenzione del nostro team sulla fornitura di attrezzature EMALS e AAG per i vettori classe Ford anche nelle circostanze più difficili. Con molteplici contratti con la Us Navy, continuiamo a supportare i requisiti di supporto CVN 78 ed a fornire EMALS e AAG per i prossimi due vettori classe Ford ora in costruzione, la CVN 79 e la CVN 80”.
“Più contratti ci aiutano a massimizzare in modo efficiente i piani di produzione per garantire che non vi siano lacune nella produzione e siamo in grado di mantenere una catena di approvvigionamento stabile e una forza lavoro per soddisfare il programma dei risultati”, ha continuato Forney. “Abbiamo consegnato il 97% delle apparecchiature EMALS e AAG per la CVN 79, rispettando il programma di installazione. Rimaniamo inoltre sulla buona strada per supportare il programma di costruzione della CVN 80, avendo costruito, testato e consegnato oltre il 25% delle apparecchiature EMALS e AAG fino ad oggi. Detto questo, rimaniamo pronti a fornire queste stesse tecnologie critiche poiché la Us Navy determina il contratto EMALS e AAG e i requisiti di pianificazione per la quarta portaerei classe Ford, la USS Doris Miller (CVN 81).”
La GA-EMS ha recentemente ribadito che le apparecchiature EMALS e AAG a bordo del CVN 78 hanno svolto 8.157 lanci e recuperi di velivoli con successo durante gli Independent Steaming Events della nave. Oltre 400 piloti, inclusi nuovi cadetti, hanno conseguito le qualifiche iniziali per i vettori o hanno ricertificato le proprie competenze utilizzando EMALS e AAG. Entrambi i sistemi hanno completato con successo i test di compatibilità dei velivoli, che confermano la capacità di lanciare e recuperare i velivoli dalle attuali e future portaerei. I sistemi forniscono anche una maggiore flessibilità rispetto ai sistemi legacy per ospitare la futura ala aerea, compresi gli aerei con e senza equipaggio.
La U.S. Navy sta così ultimando lo sviluppo del nuovo sistema per far decollare i propri velivoli dalle portaerei: si tratta di una catapulta elettromagnetica che rappresenta un deciso miglioramento rispetto alle datate catapulte a vapore attualmente in uso.
La catapulta è sempre stata utilizzata sulle portaerei: la pista è infatti troppo corta per fa sì che l’aereo acquisisca la velocità necessaria per il distacco da terra.
Ad oggi la tecnologia più utilizzata era quella della catapulta a vapore, sperimentata per la prima volta nel 1949 sulla portaerei britannica Perseus. Il sistema di lancio consiste in un solco realizzato sul ponte di volo, all’interno del quale viene fatto muovere un sistema di aggancio che fa accelerare il velivolo. Nell’istante del decollo, i pistoni situati sotto il ponte di volo vengono spinti in avanti dal vapore ad alta pressione fornito dalle caldaie dell’apparato motore della portaerei e la spinta, attraverso il gancio, viene così trasmessa all’aereo.
La catapulta elettromagnetica, ribattezzata Electromagnetic Aircraft Launch System (EMALS) sta velocemente soppiantando il vecchio sistema. Il principio di fondo rimane invariato, ma in questo caso, quando vengono rilasciati i fermi, il sistema di aggancio che serve per lanciare il velivolo si muove a tutta velocità lungo le rotaie trainato da una forza elettromagnetica.
L’EMALS, che è stato sperimentato per la prima volta nel 2010; risulta molto più flessibile rispetto alla catapulta a vapore, dato che non richiede di essere riconfigurato a seconda del velivolo da lanciare. Può infatti far decollare indistintamente un grosso caccia o un piccolo drone.
L’ Electromagnetic Aircraft Launch System (EMALS) è un tipo di sistema di lancio aereo sviluppato dalla General Atomics per la Marina degli Stati Uniti.
Il sistema lancia velivoli basati su portaerei per mezzo di una catapulta che impiega un motore a induzione lineare anziché il convenzionale pistone a vapore. Il sistema EMALS è stato installato per la prima volta sulla portaerei USS Gerald R. Ford.
Il suo principale vantaggio è che accelera gli aerei in modo più fluido, sottoponendo a meno stress le loro cellule. Rispetto alle catapulte a vapore, l’EMALS pesa anche meno e, una volta sperimentato, dovrebbe costare meno e richiedere meno manutenzione; può lanciare sia aerei più pesanti che più leggeri di un sistema a pistoni a vapore. Riduce inoltre il fabbisogno di acqua dolce da parte del vettore, riducendo così la richiesta di desalinizzazione ad alta intensità energetica.
Anche la Cina sta sviluppando un sistema simile che dovrebbe essere utilizzato sulle portaerei cinesi di tipo 003.
Progettazione e sviluppo
Sviluppate negli anni ’50, le catapulte a vapore si sono dimostrate eccezionalmente affidabili. I vettori dotati di quattro catapulte a vapore sono stati in grado di utilizzarne al 99,5% delle volte. Tuttavia, ci sono una serie di inconvenienti. Un gruppo di ingegneri della Marina ha scritto: “La principale carenza è che la catapulta funziona senza il controllo del feedback. Senza feedback, si verificano spesso grandi transitori nella forza di traino che possono danneggiare o ridurre la vita della cellula”. Il sistema del vapore è massiccio, inefficiente (4–6%), e difficile da controllare. Questi problemi di controllo consentono alle catapulte a vapore della portaerei di lanciare aerei pesanti, ma non aerei leggeri come molti UAV.
Un sistema in qualche modo simile a EMALS, l’ elettropulta di Westinghouse, fu sviluppato nel 1946 ma non fu implementato.
Motore lineare a induzione
L’EMALS utilizza un motore a induzione lineare (LIM), che utilizza correnti elettriche per generare campi magnetici che spingono un carrello lungo una pista per lanciare l’aereo. L’EMALS è costituito da quattro elementi principali: Il motore a induzione lineare è costituito da una fila di bobine di statore con la stessa funzione delle bobine di statore circolari in un motore a induzione convenzionale. Quando eccitato, il motore accelera il carrello lungo il binario. Solo la sezione delle bobine che circonda il carrello viene eccitata in un dato momento, minimizzando così le perdite reattive. Il LIM da 300 piedi (91 m) di EMALS accelererà un aereo da 100.000 libbre (45.000 kg) a 130 kn (240 km/h; 150 mph).
Sottosistema di accumulo di energia
Durante il varo, il motore a induzione richiede una grande ondata di energia elettrica che supera quella che può fornire la fonte di energia continua della nave. Il design del sistema di accumulo dell’energia EMALS consente di attingere energia dalla nave durante il suo periodo di ricarica di 45 secondi e immagazzinare l’energia cineticamente utilizzando i rotori di quattro alternatori a disco; il sistema quindi rilascia quell’energia (fino a 484 MJ) in 2-3 secondi. Ciascun rotore eroga fino a 121 MJ (34 kWh) (circa un gallone di benzina equivalente) e può essere ricaricato entro 45 secondi dal lancio; questo è più veloce delle catapulte a vapore. Un lancio dalle massime prestazioni utilizzando 121 MJ di energia da ciascun alternatore a disco rallenta i rotori da 6400 giri/min a 5205 giri/min.
Sottosistema di conversione di potenza
Durante il lancio, il sottosistema di conversione di potenza rilascia l’energia immagazzinata dagli alternatori a disco utilizzando un cicloconvertitore. Il cicloconvertitore fornisce una frequenza e una tensione crescenti controllate al LIM, energizzando solo la piccola porzione di bobine dello statore che influenzano il carrello di lancio in un dato momento.
Console di controllo
Gli operatori controllano la potenza attraverso un sistema a circuito chiuso. I sensori ad effetto Hall sulla pista ne monitorano il funzionamento, consentendo al sistema di garantire che fornisca l’accelerazione desiderata. Il sistema a circuito chiuso consente all’EMALS di mantenere una forza di traino costante, che aiuta a ridurre le sollecitazioni di lancio sulla cellula dell’aereo.
Stato del programma
- La fase 1 dei test di compatibilità degli aerei (ACT) si è conclusa alla fine del 2011 dopo 134 lanci (tipi di aeromobili che comprendono l’F/A-18E Super Hornet, il T-45C Goshawk, il C-2A Greyhound, l’E-2D Advanced Hawkeye e l’F-35C Lightning II) utilizzando il dimostratore EMALS installato presso la Naval Air Engineering Station Lakehurst. Al completamento dell’ACT 1, il sistema è stato riconfigurato per essere più rappresentativo dell’effettiva configurazione della nave a bordo della USS Gerald R. Ford, che utilizzerà quattro catapulte che condividono diversi depositi di energia e sottosistemi di conversione dell’energia.
- 1-2 giugno 2010: lancio riuscito di un McDonnell Douglas T-45 Goshawk.
- 9-10 giugno 2010: lancio riuscito di un Grumman C-2 Greyhound.
- 18 dicembre 2010: lancio riuscito di un Boeing F/A-18E Super Hornet.
- 27 settembre 2011: lancio di successo di un Northrop Grumman E-2D Advanced Hawkeye.
- 18 novembre 2011: lancio riuscito di un Lockheed Martin F-35 Lightning II.
- La Fase 2 dell’ACT è iniziata il 25 giugno 2013 e si è conclusa il 6 aprile 2014 dopo altri 310 lanci (compresi i lanci del Boeing EA-18G Growler e del McDonnell Douglas F/A-18C Hornet, nonché un altro ciclo di test con tipi di aeromobili precedentemente avviato durante la Fase 1). Nella fase 2, sono state simulate varie situazioni del vettore, inclusi lanci fuori centro e guasti pianificati del sistema, per dimostrare che l’aeromobile potrebbe raggiungere la velocità finale e convalidare l’affidabilità critica per il lancio.
- Giugno 2014: la Marina ha completato i test sui prototipi EMALS di 450 lanci di aerei con equipaggio che coinvolgevano tutti i tipi di aeromobili portati da portaerei ad ala fissa nell’inventario USN presso la Joint Base McGuire-Dix-Lakehurst durante due campagne Aircraft Compatibility Testing (ACT).
- Maggio 2015: condotti i primi test di bordo a tutta velocità.
Consegna e distribuzione
Il 28 luglio 2017, il tenente Cmdr. Jamie “Coach” Struck of Air Test and Evaluation Squadron 23 (VX-23) ha eseguito il primo lancio di catapulta EMALS dalla USS Gerald R. Ford (CVN-78) in un Super Hornet F/A-18F.
Vantaggi
Rispetto alle catapulte a vapore, il sistema EMALS pesa meno, occupa meno spazio, richiede meno manutenzione e manodopera, è più affidabile, si ricarica più velocemente e consuma meno energia. Le catapulte a vapore, che utilizzano circa 1.350 libbre (610 kg) di vapore per lancio, hanno ampi sottosistemi meccanici, pneumatici e idraulici. EMALS non utilizza vapore, il che lo rende adatto alle navi completamente elettriche pianificate dalla Marina degli Stati Uniti.
Rispetto alle catapulte a vapore, l’EMALS può controllare le prestazioni di lancio con maggiore precisione, consentendo di lanciare più tipi di velivoli, dai caccia pesanti ai velivoli senza pilota leggeri. Con un massimo di 121 megajoule disponibili, ciascuno dei quattro alternatori a disco nel sistema EMALS può fornire il 29% di energia in più rispetto ai circa 95 MJ di una catapulta a vapore. Gli EMALS, con la loro efficienza di conversione di potenza pianificata del 90%, saranno anche più efficienti delle catapulte a vapore, che raggiungono solo un’efficienza del 5%.
Critiche
Nel maggio 2017, il presidente Donald Trump ha criticato EMALS durante un’intervista con Time, affermando che rispetto alle tradizionali catapulte a vapore, “il digitale costa centinaia di milioni di dollari in più e non va bene”.
La critica del presidente Trump è stata ripresa da un rapporto altamente critico del 2018 del Pentagono, che ha sottolineato che l’affidabilità di EMALS lasciava inizialmente molto a desiderare e che il tasso medio di guasti critici era nove volte superiore ai requisiti di soglia della Marina statunitense.
Affidabilità
Nel 2013, 201 dei 1.967 lanci di test sono falliti, oltre il 10%.
Considerando lo stato attuale del sistema, i numeri più generosi disponibili nel 2013 hanno mostrato che l’EMALS ha un tasso medio di “tempo tra guasti” di 1 su 240.
Secondo un rapporto di marzo 2015, “Sulla base della crescita prevista dell’affidabilità, il tasso di fallimento per gli ultimi cicli medi segnalati tra guasti critici era cinque volte superiore a quanto ci si sarebbe dovuto aspettare. Ad agosto 2014, la Marina ha riferito che oltre 3.017 lanci hanno sono stati condotti presso il sito di test di Lakehurst, ma non hanno fornito a DOT&E – direttore, test operativi e valutazione – un aggiornamento dei guasti.”
Nella configurazione di prova, EMALS non poteva lanciare aerei da combattimento con serbatoi sganciabili esterni montati. “La Marina ha sviluppato correzioni per correggere questi problemi, ma i test con aerei con equipaggio per verificare le correzioni sono stati rinviati al 2017”.
Nel luglio 2017 il sistema è stato testato con successo in mare sulla USS Gerald R. Ford.
Un rapporto DOT&E del gennaio 2021 affermava “Durante i 3.975 lanci della catapulta l’EMALS ha dimostrato un’affidabilità raggiunta di 181 cicli medi tra i guasti delle missioni operative (MCBOMF) Questa affidabilità è ben al di sotto del requisito di 4.166 MCBOMF”.
Il sistema EMALS si guasta spesso e non è affidabile, ha riferito il direttore dei test del Pentagono Robert Behler dopo aver valutato 3.975 cicli sulla USS Gerald R. Ford da novembre 2019 a settembre 2020.
Sistemi che utilizzano o utilizzeranno EMALS
Francia
La Marina francese sta pianificando attivamente una futura portaerei e una nuova ammiraglia. È conosciuta in francese come PANG – Porte-avions de nouvelle génération, per ‘portaerei di nuova generazione’, o con l’acronimo PANG. La nave sarà a propulsione nucleare e sarà dotata del sistema di catapulta EMALS. La costruzione della PANG dovrebbe iniziare intorno al 2025 ed entrerà in servizio nel 2038, anno in cui la portaerei Charles de Gaulle dovrebbe essere ritirata dal servizio operativo.
Cina
Il contrammiraglio Yin Zhuo della marina cinese ha affermato che la prossima portaerei cinese avrà anche un sistema di lancio aereo elettromagnetico. Diversi prototipi sono stati individuati dai media nel 2012 e velivoli in grado di eseguire il lancio elettromagnetico sono in fase di test presso una struttura di ricerca della marina cinese.
Secondo un rapporto del luglio 2017, la costruzione della portaerei Tipo 003 è stata riprogrammata per scegliere tra una catapulta a vapore o elettromagnetica e gli ultimi risultati della competizione mostrano che i lanciatori elettromagnetici saranno utilizzati nella portaerei Tipo 003.
Il capo militare cinese afferma che è stata fatta una svolta nei sistemi di lancio elettromagnetici per le portaerei e utilizzerà tale sistema nella terza portaerei che la Cina costruirà dopo il tipo 002. Il sistema di lancio è alimentato da combustibili fossili tramite generatori e condensatori. Il progetto sulla portaerei Tipo 003 è guidato dal contrammiraglio Ma Weiming.
India
La Marina indiana ha mostrato interesse per l’installazione di EMALS per la sua superportaerei CATOBAR INS Vishal. Il governo indiano ha mostrato interesse a produrre localmente il sistema di lancio di aerei elettromagnetici con l’assistenza di General Atomics.
Il concetto di trasporto a terra è destinato all’uso civile e porta l’idea di un sistema di lancio aereo elettromagnetico un passo avanti, con l’intero carrello di atterraggio che rimane sulla pista sia per il decollo che per l’ atterraggio.
Russia
La United Shipbuilding Corporation (USC) della Russia sta sviluppando nuovi sistemi di lancio per aerei da guerra basati su portaerei, ha dichiarato il presidente della USC Alexei Rakhmanov alla TASS il 4 luglio 2018.
Regno Unito
Converteam UK stava lavorando a un sistema di catapulta elettromagnetica (EMCAT) per la portaerei classe Queen Elizabeth. Nell’agosto 2009, si è diffusa la speculazione secondo cui il Regno Unito poteva abbandonare lo STOVL F-35B per il modello CTOL F-35C, il che avrebbe significato che i vettori sarebbero stati costruiti per operare aerei convenzionali di decollo e atterraggio utilizzando il modello non a vapore progettato nel Regno Unito. Catapulte EMCAT.
Nell’ottobre 2010, il governo del Regno Unito ha annunciato che avrebbe acquistato l’F-35C, utilizzando un sistema CATOBAR allora indeciso. Nel dicembre 2011 venne firmato un contratto con la General Atomics di San Diego per sviluppare EMALS per i vettori della classe Queen Elizabeth.
Tuttavia, nel maggio 2012, il governo del Regno Unito ha annullato la sua decisione dopo che i costi previsti erano aumentati fino a raddoppiare la stima originale e la consegna è tornata al 2023, annullando l’opzione F-35C e tornando alla sua decisione originale di acquistare l’ F-35B Stov/l.
Stati Uniti
Il sistema EMALS è stato progettato per le portaerei classe Gerald R. Ford. Una proposta per riadattarlo ai vettori classe Nimitz è stata respinta. John Schank ha dichiarato: “I maggiori problemi che deve affrontare la classe Nimitz sono la limitata capacità di generazione di energia elettrica e l’aumento del peso della nave guidato dall’aggiornamento e l’erosione del margine del baricentro necessario per mantenere la stabilità della nave”.
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