Těžké ocelové a keramické pláty sice spolehlivě zastaví puškovou střelu, ale vojáka připraví o rychlost i obratnost. Vědci proto vyvinuli pružnou látku napuštěnou kapalinou, která zkamení teprve při nárazu.
Ochrana lidského těla na bojišti představovala odjakživa složité hledání kompromisu mezi balistickou odolností a volností pohybu. Klasické neprůstřelné vesty z aramidových tkanin sice dokážou zachytit střepiny a pistolové projektily, ale proti průrazným puškovým nábojům vyžadují přidání masivních pevných plátů, které váží i přes patnáct kilogramů a chrání pouze trup. Podle výzkumných zpráv americké armádní laboratoře U.S. Army Research Laboratory a studií vědeckého institutu National Institute of Standards and Technology proto materiáloví inženýři obrátili pozornost k fyzice nenewtonovských kapalin a vyvinuli takzvaný tekutý pancíř, který kombinuje ohebnost běžného oděvu s odolností oceli.
Základem této technologie je speciální kapalina zahušťující se střihem, v odborné literatuře označovaná zkratkou STF. Na rozdíl od běžné vody nebo oleje, jejichž tekutost zůstává při míchání stálá, reaguje tato směs na náhlé mechanické napětí okamžitým ztuhnutím. V klidovém stavu se chová jako hustší sirup, ale v okamžiku prudkého nárazu se její molekulární struktura v nepatrném zlomku sekundy přeskupí do podoby neprostupné bariéry.
Nanočástice křemíku a tajemství okamžitého ztuhnutí
Za zdánlivě kouzelnou proměnou kapaliny v pevnou látku stojí pokročilá nanotechnologie. Směs se skládá z mikroskopických kulovitých částic oxidu křemičitého o průměru několika desítek nanometrů, které jsou rovnoměrně rozptýleny v kapalném nosiči, nejčastěji v polyethylenglykolu. Za normálních okolností jsou tyto nanočástice od sebe odděleny slabými elektrostatickými silami, takže kolem sebe mohou při pomalém pohybu volně klouzat.
Když však do materiálu narazí projektil nebo střepina letící rychlostí stovek metrů za sekundu, prudký nárůst smykového napětí tyto odpudivé síly okamžitě překoná. Křemíkové částice se v mikrosekundě srazí do hustých shluků nazývaných hydroklastry. Tyto shluky vytvoří pevnou mřížku, která zastaví další pohyb kapaliny a promění látku v tvrdý kompozitní štít. Jakmile kinetická energie nárazu pomine a napětí opadne, částice se opět rozestoupí a materiál se vrátí do původního poddajného stavu.
Spojení tekutiny s aramidovými vlákny
Tekutý pancíř se ve vojenské praxi nepoužívá ve formě volně tekoucí tekutiny v nádržích, ale slouží jako hloubková impregnace balistických tkanin, jako je Kevlar nebo Twaron. Jednotlivé vrstvy aramidové látky se ponoří do lázně se směsí STF a následně se vysuší tak, aby kapalina pronikla hluboko do struktury mezi jednotlivá vlákna. Výsledkem je na pohled i na dotek zcela běžná textilie, která si zachovává téměř stejnou ohebnost jako původní látka.
Při dopadu střely do takto upravené vesty dochází k zásadnímu efektu. Ztuhlá směs zabrání tomu, aby projektil vlákna roztáhl od sebe a pronikl skrze ně, což bývá slabinou běžných textilních vest. Zároveň rozptýlí kinetickou energii nárazu do mnohem větší plochy okolní tkaniny. Balistické testy prokázaly, že pouhé čtyři vrstvy aramidové látky napuštěné kapalinou STF nabízejí stejnou úroveň ochrany jako čtrnáct vrstev suchého Kevlaru, a to při poloviční tloušťce a výrazně nižší hmotnosti.
Ochrana kloubů a konec těžkých střepinových zranění
Největší slabinou současných neprůstřelných vest na moderním bojišti je ochrana končetin. Statistiky vojenských lékařů z nedávných konfliktů ukazují, že více než sedmdesát procent všech zranění způsobených střepinami dělostřeleckých granátů a minometů zasahuje ruce, nohy, krk a třísla. Tyto části těla zůstávají nechráněné právě proto, že tvrdé pláty by vojákovi znemožnily běhat, klekat nebo manipulovat se zbraní.
Právě v ochraně končetin představuje tekutý pancíř skutečnou revoluci. Díky své poddajnosti umožňuje ušít ohebné rukávy, chrániče ramen, nohavice i nákrčníky, které vojáka neomezují v pohybu při běžné chůzi či běhu. Pokud však v blízkosti vybuchne granát nebo dron, ohebný chránič při dopadu střepiny okamžitě ztvrdne a zabrání proniknutí kovu do svalů a tepen. Mimořádnou odolnost vykazuje tento materiál také proti bodným zbraním a střepinám s ostrými hroty, které běžnými tkaninami snadno proklouznou.
| Typ ochranného materiálu | Ohebnost a volnost pohybu | Hmotnost na jednotku plochy | Ochrana proti bodnutí a střepinám | Vhodnost pro ochranu kloubů |
|---|---|---|---|---|
| Pevné keramické pláty | Nulová pláty jsou zcela tuhé | Vysoká až patnáct kilogramů | Vysoká ale pouze v ploše plátu | Nevhodné pro jakýkoliv pohyb |
| Suchá aramidová tkanina | Vysoká tkanina je poddajná | Střední vyžaduje mnoho vrstev | Nízká hroty snadno proklouznou | Střední omezuje pohyb tloušťkou |
| Tekutý pancíř STF | Vysoká ztuhne teprve při nárazu | Nízká poloviční počet vrstev | Vynikající vlákna jsou uzamčena | Ideální pro rukávy i kolenní chrániče |
Nástup do výzbroje a budoucnost balistické ochrany
Ačkoliv byl koncept zpočátku vnímán jako laboratorní kuriozita, v posledních letech vstupují kompozity s nenewtonovskými kapalinami do reálného nasazení. Výzkumná centra v USA, Velké Británii i Polsku úspěšně vyřešila počáteční problémy s odpařováním kapaliny a citlivostí na extrémní mrazy. Moderní formulace pracují bez ztráty účinnosti v teplotním rozmezí od padesáti stupňů pod nulou až po pouštní horka.
Budoucnost pěchotní výzbroje nespočívá ve výrobě stále tlustších a těžších plátů, ale v chytrých materiálech, které se přizpůsobují situaci. Tekutý pancíř představuje zásadní technologický krok k vytvoření lehkého balistického obleku, který vojáka ochrání před smrtícími střepinami moderní války, aniž by jej proměnil v nepohyblivý cíl.
