Applicazioni dei penetratori di tungsteno nelle nuove armature e nella protezione ottica

Introduzione ai penetratori di tungsteno

Nel mondo in evoluzione della tecnologia della difesa, le prestazioni dei materiali spesso determinano il successo della missione. Tra i materiali moderni, spicca il tungsteno, in particolare sotto forma di penetratori di tungsteno. Noto per la sua eccezionale densità (19,25 g/cm³) e durezza, il tungsteno è un materiale fondamentale per lo sviluppo di proiettili perforanti ad alte prestazioni e sistemi di protezione avanzati. Oggi, i penetratori di tungsteno non solo stanno ridisegnando le munizioni a energia cinetica (KE), ma stanno anche trovando spazio in piattaforme di protezione ottica all'avanguardia.

Come vengono utilizzati i penetratori di tungsteno nelle munizioni perforanti per armature

Il tungsteno è stato a lungo utilizzato nei penetratori di livello militare per una ragione primaria: è incredibilmente denso e duro. Queste qualità lo rendono ideale per sconfiggere bersagli corazzati. I proiettili tradizionali con anima in acciaio spesso non riescono a penetrare l'acciaio ad alta resistenza o le armature composite. Il tungsteno, invece, concentra un'enorme energia cinetica in un piccolo punto d'impatto, perforando i bersagli con effetti devastanti.

Prestazioni contro le armature

Nei test comparativi, i penetratori in lega pesante di tungsteno (WHA) superano l'acciaio e persino l'uranio in alcune applicazioni. Ad esempio, i proiettili al tungsteno da 120 mm sparati da carri armati principali possono sconfiggere oltre 600 mm di armatura omogenea laminata (RHA) equivalente a distanze fino a 2.000 metri. Questo li rende adatti a neutralizzare i veicoli corazzati di nuova generazione.

I moderni penetratori a energia cinetica, come i proiettili APFSDS (Armor-Piercing Fin-Stabilized Discarding Sabot), utilizzano barre di tungsteno tipicamente lavorate con un rapporto lunghezza/diametro (L/D) compreso tra 10:1 e 20:1. Un elevato rapporto L/D consente una migliore penetrazione. Un rapporto L/D elevato consente una migliore penetrazione attraverso le corazze spesse, mantenendo la stabilità durante il volo.

Vantaggi ambientali e strategici rispetto all'uranio impoverito

Il tungsteno offre un'alternativa non tossica all'uranio impoverito (DU), utilizzato da decenni per la sua densità simile e le sue proprietà piroforiche. Tuttavia, il DU solleva gravi problemi ambientali e di salute. Il tungsteno, invece, è chimicamente stabile e più facile da gestire negli ambienti di produzione e sul campo di battaglia.

In seguito ai recenti cambiamenti negli appalti della difesa, diversi Paesi della NATO, tra cui Germania e Svezia, si sono impegnati a passare dai sistemi a base di DU a quelli a base di tungsteno. Negli Stati Uniti, le varianti M829A1 e successive a base di tungsteno dimostrano prestazioni competitive senza rischi radioattivi.

Come vengono utilizzati i penetratori al tungsteno per la protezione di armature ottiche e trasparenti

Il tungsteno sta diventando una parte essenziale dell'ottica protettiva avanzata. Pur non essendo di per sé trasparente, le pellicole sottili e le nanoparticelle di tungsteno vengono utilizzate per migliorare la resistenza agli urti e l'assorbimento di energia dei sistemi di armatura trasparenti.

--Armatura trasparente drogata con tungsteno

Le armature trasparenti, utilizzate nei finestrini dei veicoli, negli alloggiamenti dei sensori e nelle visiere protettive, sono solitamente realizzate in policarbonato stratificato con vetro e ceramica. I ricercatori hanno scoperto che l'aggiunta di particelle o pellicole di ossido di tungsteno (WO₃) può aumentare significativamente la resistenza agli urti senza sacrificare la chiarezza ottica.

Nei test condotti dal Laboratorio di Ricerca dell'Esercito degli Stati Uniti, il vetro stratificato rinforzato con ossido di tungsteno ha mostrato un miglioramento della resistenza agli impatti balistici fino al 30% rispetto ai compositi vetro-policarbonato convenzionali. Questi risultati sono particolarmente importanti per i tettucci degli aerei e le cupole dei sensori, dove la chiarezza ottica deve essere preservata in condizioni estreme.

--Applicazioni di protezione laser

L'ossido di tungsteno viene impiegato anche nei filtri ottici progettati per proteggere dai laser ad alta energia. Regolando il bandgap dei rivestimenti di ossido di tungsteno, gli ingegneri possono bloccare specifiche lunghezze d'onda laser, soprattutto nello spettro del vicino infrarosso (NIR) e del visibile. Si tratta di un aspetto critico sia sul campo di battaglia che negli ambienti aerospaziali, dove le minacce laser sono sempre più frequenti.

--Utilizzi emergentiin sistemi leggeri e modulari

Sebbene il tungsteno sia intrinsecamente denso, i progressi nei compositi di tungsteno e nel tungsteno poroso consentono agli ingegneri di utilizzare il materiale in modo selettivo nei sistemi di armatura modulari. Ad esempio, si stanno sviluppando piastrelle ibride in ceramica e tungsteno per armature leggere di veicoli e aerei, che offrono una maggiore protezione senza aumentare significativamente il peso.

I componenti in tungsteno stampati in 3D consentono inoltre di realizzare geometrie personalizzate per i proiettili stabilizzati con alette e persino per gli inserti degli indumenti protettivi indossabili, ottimizzando sia la penetrazione che la dispersione di energia.

Conclusione

I penetratori al tungsteno continuano a essere all'avanguardia nella tecnologia delle armature. La loro impareggiabile densità, resistenza e adattabilità li rende indispensabili nelle moderne applicazioni militari, dai proiettili KE alle protezioni ottiche di alto livello.

Che siate ingegneri che progettano proiettili APFSDS o che lavorate su armature trasparenti per droni e veicoli, il tungsteno rimane un materiale di scelta quando le prestazioni e la protezione non sono negoziabili.

Domande frequenti

F: A cosa servono i penetratori di tungsteno nelle armature?
D: Sono utilizzati per migliorare la protezione resistendo agli impatti ad alta velocità grazie all'alta densità e alla forza.

F: Perché si sceglie il tungsteno per la protezione ottica?
D: Il tungsteno offre resistenza ai graffi e agli impatti ad alta energia, mantenendo i componenti ottici puliti.

F: Le miscele di tungsteno possono migliorare i sistemi di protezione?
D: Sì, combinando il tungsteno con la ceramica si ottiene spesso un migliore assorbimento degli urti e una maggiore durata.