Конструкция и геометрическая форма БШ менялись со временем в зависимости от постоянного совершенствования оружия и средств поражения, от которых надо было защитить человека. Однако материал, из которого изготавливали корпус шлема – его главную конструктивную часть, практически не менялся на протяжении многих столетий. Этим материалом был гомогенный тонкий листовой металл – сначала медь и бронза, потом железо и сталь. До начала 80-х годов прошлого века только стальные БШ использовались во всех армиях мира. Потребовалась замена
Главнейшая задача бронешлема, сформулированная военными ведущих мировых держав, заключается в защите головы бойца от самого массового на поле боя фактора поражения – осколков естественного дробления осколочно-фугасных снарядов, мин и гранат, а также в предохранении черепа от ударных нагрузок. “ На рубеже 60–70-х возникла потребность в создании низкоплотных полимерных материалов, обладающих соизмеримым с высокопрочной сталью пределом прочности ”
В середине XX столетия, когда были проанализированы результаты Первой и Второй мировых войн, последующих локальных вооруженных конфликтов (в Корее и Вьетнаме), стало очевидно, что стальной гомогенный БШ не может уберечь голову военнослужащего от наиболее массовой части спектра осколочного потока поражения в современном бою. Уровень противоосколочной стойкости (ПОС) этого шлема был весьма низок и не превышал 300–350 метров в секунду для скорости (V50%) условного осколка массой один грамм, который с вероятностью 50 процентов не пробивает корпус БШ – меры, принятой для оценки ПОС.
Надо сказать, что сделать защиту с более высокой ПОС можно только за счет увеличения толщины корпуса шлема, что сразу приводит к существенному увеличению носимой на голове массы.
Так, например, чтобы поднять ПОС стального БШ с V50% в 300 метров в секунду до V50% в 600 метров в секунду, надо почти удвоить толщину корпуса – с 1,6 до 2,5 миллиметра, что при физической плотности стали 7,85 грамма на кубический сантиметр приводит к увеличению массы корпуса шлема с 1500 до 2350 граммов. А это недопустимо, поскольку существуют медико-технические ограничения по величине носимой распределенной массы БШ. Они предписывают: желательно, чтобы максимальный вес общевойскового шлема не превышал 1600 граммов. В противном случае, как опытно-экспериментальным путем определили медики, есть возможность получения человеком тяжелой травмы шейного участка позвоночника.
Таким образом, на рубеже 60–70-х годов XX века возникла потребность в создании низкоплотных полимерных материалов, обладающих соизмеримым с высокопрочной сталью пределом прочности, которые пришли бы на замену стальному листовому прокату в производстве БШ и позволили бы значительно повысить ПОС корпуса шлема без увеличения его массы. Кроме того, полимерные материалы ввиду своих физико-механических свойств лучше поглощают и рассеивают ударно-волновую энергию взаимодействия средства поражения с защитной структурой преграды, чем гомогенная высокоуглеродистая сталь. Они были первыми
Такой материал впервые разработали специалисты американской фирмы Dupont. Он был назван параарамидным волокном, обладал таким же пределом прочности, как конструкционная сталь, и физической плотностью 1,43 грамма на кубический сантиметр, что более чем в пять раз легче стали.
Из параарамидного волокна сделали нить линейной плотности 110 текс (масса нити в граммах на 1000 метров длины), которая получила торговую марку Kevlar®29, и соткали полотно удельной массой 255 граммов на квадратный метр. Из этой ткани была изготовлена квазигомогенная многослойная тканево-полимерная структура, которая в эквивалентной массе с гомогенной монолитной сталью показала вдвое более высокую ПОС и существенно меньший динамический прогиб композиции при взаимодействии с имитатором стандартного осколка и пистолетной пулей девятимиллиметрового калибра.
Первый в мире тканево-полимерный шлем появился в США. Его разработала Натикская научно-исследовательская лаборатория американских сухопутных войск в конце 70-х годов. В начале 80-х он был принят на вооружение ВС Соединенных Штатов, получив название Personnel Armor System, Ground Troops (PASGT).
Шлем изготавливался из ткани на основе волокна Kevlar®29 и связующего материала – фенольной или PVB смолы. Масса БШ колебалась от 1,4 до 1,9 килограмма (3,1–4,2 фунта). Он имел пять типоразмеров – XS, S, M, L, XL. Уровень ПОС определялся военным стандартом MIL-STD-662E, полицейским NIJ 0106 и составлял V50% в 600 метров в секунду по стандартному осколку STANAG 2920, что примерно соответствует уровню V50% в 570–580 метров в секунду по стальному шарику массой 1,03 грамма, которым испытываются все российские шлемы. Противоударные характеристики регламентированы стандартом MIL-H44099A.
Технология изготовления этих шлемов достаточно проста. Ткань, пропитанную полимерным связующим материалом, проще говоря, смолой, укладывают в несколько слоев в форму. Полученную заготовку прессуют при определенной температуре, связующее вещество полимеризуется, твердеет. От прессованной оболочки обрезают облой, устанавливают подтулейное устройство – шлем готов.
Так как ткань, пропитанную смолой, называют препрегом, то и технология изготовления шлемов получила наименование препреговой. Основное преимущество этой технологии – простота и малая зависимость конечного результата от точности соблюдения режимов прессования. Вот почему шлемы, аналогичные PASGT, достаточно быстро начали выпускать во многих странах. За 30 лет произведено несколько миллионов шлемов типа PASGT, они входят в экипировку военнослужащих вооруженных сил государств НАТО и до сих пор используются сухопутными войсками США. Военнослужащие армий многих стран мира носят или этот шлем, или его аналоги. Количество фирм-производителей перевалило за несколько сотен. Соответственно и разброс характеристик этих шлемов как по массовым, так и по защитным показателям достаточно велик. Бойцам будущего
Хотя в целом PASGT удовлетворял требованиям военных, работы по его совершенствованию начались уже в конце 90-х годов и были инициированы началом реализации во многих государствах программ по оснащению бойца будущего столетия. В этих программах военнослужащий и его экипировка рассматриваются как единая система, которая, взаимодействуя с другими системами, должна максимально эффективно способствовать выполнению боевой задачи.
Средства защиты и, в частности, шлем согласно этим программам предназначены не только для предохранения военнослужащего от пуль и осколков, но и для того, чтобы комплексироваться с другими элементами системы. Практически во всех программах «Боец будущего» шлем призван быть платформой для установки приборов ночного видения, связи, навигации, дисплеев для самоконтроля и информационных функций, что неминуемо приводит к увеличению массы, нагружающей голову.
Поэтому еще в 1996 году Пентагон подготовил программу SEP (Soldier Enhancement Program – Программа повышения боевых возможностей солдата), в рамках которой требовалось разработать и испытать шлем с более легкой основой, снизив его вес на 25 процентов.
Однако реализовать эти цели зарубежным разработчикам удается с большим трудом. Основная причина кроется как раз в созданной и эксплуатируемой ими технологии. Уже давно стало ясно, что баллистическая ткань наиболее эффективно работает, когда ее отдельные нити имеют возможность при упругой деформации растягиваться, достигая предела текучести, что происходит при максимальных нагрузках на материал. Ткань сама по себе уже ограничивает эластичность нитей и от типа плетения ее стойкость может существенно меняться. Если же она пропитана смачивающим клеевым составом и превратится в жесткий композит, то баллистические характеристики последнего будут хуже, чем эквивалентного по массе ничем не связанного тканевого пакета.
Тем не менее, применяя новые, более эффективные, чем Kevlar®29, материалы, зарубежным специалистам удалось на 10–15 процентов снизить массу шлема, подняв его ПОС. Так, применение нового усовершенствованного арамидного волокна Kevlar® KM2 и изготовление из него нитей более низкой линейной плотности (44 и 67 текс) позволило снизить вес шлема на восемь-десять процентов.
Дальнейшие исследования по снижению массы привели к разработке и принятию на вооружение ВС США в 2002 году новой, также арамидной каски АСН (Advanced Combat Helmet), имеющей еще меньший вес. Правда, это обеспечивалось в основном уменьшением на восемь процентов площади защиты, но разработчикам удалось увеличить на шесть процентов ее ПОС.
Упорно трудится над проблемой снижения массы шлема и бывший разработчик шлема PASGT – исследовательская лаборатория NATICK. Так, в настоящее время она исследует два новых материала, которые могут решить проблему снижения веса. Один из них – известный Zyion. Используя его, NATICK удалось получить шлем массой всего 800 граммов (1,79 фунта). Однако этот материал оказался нестойким к воздействию солнечного света, воды и потому непригодным для использования в шлемах. Сейчас опробуется новый материал на основе волокна М5 фирмы Magellan Systems Int. Расчеты показывают, что при том же уровне защиты использование М5 позволит уменьшить массу шлема на 35 процентов. Пока же американский солдат воюет в шлеме, масса которого не менее 1,3–1,5 килограмма, а ПОС не превышает 680–700 метров в секунду по STANAG-2920.
