XM291 Advanced Tank Cannon

Die XM291 Advanced Tank Cannon (ATAC) ist eine US-amerikanische Glattrohrkanone, die sich seit 1985 in Entwicklung befindet. Sie ist als zukünftige Hauptbewaffnung für Kampfpanzer vorgesehen. Die Waffe kann durch einen einfachen Rohrwechsel sowohl 120-mm-Munition als auch 140-mm-Munition verschießen. Eine 120-mm-Variante mit elektrothermisch-chemischer Antriebstechnik (ETC) befindet sich ebenfalls in Entwicklung. Zur Gewichtseinsparung und um eine bessere Balance zu ermöglichen, ist das Waffenrohr aus einem Kompositwerkstoff gefertigt.

Entwicklungsgeschichte

Konzepte der US-Armee für die schwere Plattform des ASM-Programms (1991)

Als die NATO 1983 von der Einführung des T-80 für die Streitkräfte des Warschauer Paktes und seinem Design erfuhr, war man überrascht, da man einen revolutionären Entwurf wie bei der Einführung des T-64 erwartete, aber durch ein evolutionär weiterentwickeltes Fahrzeug enttäuscht wurde. Um die Bedrohungslage besser abschätzen zu können, wurden im Anschluss sowjetische Kampfpanzer postuliert, welche dem T-80 nachfolgen sollten. Diese wurden als Future Soviet Tank, kurz FST bezeichnet:

• FST-1: Bezeichnet den T-80U und den T-72B, als Kampfwertsteigerung etablierter Modelle.
• FST-2: Kampfpanzer mit unbemanntem Turm und 2–3 Mann Besatzung in der Wanne, Blendlaser und immun gegen (zu diesem Zeitpunkt existierende) Panzerabwehrmunition der NATO. Die potentielle Bedrohung führte zur Einführung des M1A1HA mit Uranpanzerung.
• FST-3: Das Fahrzeug sollte die existierenden Kampfpanzer wie den M1 Abrams deklassieren. Zur Zerstörung des FST-3 wurde eine Kanone mit einer Mündungsenergie von 18 MJ als notwendig angesehen.

Mit dem Ziel, die Betriebskosten zu senken, plante die US Army Mitte der 1980er-Jahre, 24 Kampffahrzeuge gleichzeitig zu entwickeln und zu bauen. Durch die Vereinheitlichung der Bauteile versprach man sich von diesem Armored Family of Vehicles Program Kostenvorteile. Allerdings wurde schnell klar, dass diese Maßnahme das Budget sprengen würde, so dass man sich im März 1985 auf eine schwere Plattform (vier Fahrzeuge) und eine mittlere Plattform (zwei Fahrzeuge) einigte. Im Februar 1990 wurde noch ein leichtes Armored Gun System ausgeschrieben, wobei das M8 Armored Gun System den Wettbewerb gewann. Das zentrale Element des als ASM-Programm bezeichneten Entwicklungsprogramms war der Block-III-Panzer, welcher dem FST-3 begegnen sollte. Da auf Basis des schweren Chassis auch die Schützenpanzerversion Future Infantry Fighting Vehicle (FIFV) entwickelt werden sollte, war auch eine Aufteilung des schweren Chassis in eine front- und heckgetriebene Variante angedacht. Letztlich einigte man sich jedoch auf eine schwere Einheitswanne mit Frontmotor.

1985 begann auch die Entwicklung der XM291, um die geforderte Vernichtungsleistung gegenüber dem FST-3 zu erreichen. Gleichzeitig startete die US Army Entwicklungsprogramme für das Waffensystem Kampfpanzer, die zu den TTB (Tank Test Bed) und CATTB (Component Advanced Technology Test Bed) Prototypen führten. Das CATTB wurde von 1987 bis 1988 erprobt und konnte den erfolgreichen Einsatz der 140-mm-Kanone XM291 und des XM91-Ladeautomaten demonstrieren. Ein Fahrzeug steht heute noch am Aberdeen Proving Ground für Tests. Die Weiterentwicklung der 140-mm-Variante wurde 1992 nach dem Zusammenbruch des Ostblocks eingestellt, nur die 120-mm-Version mit Pulver- und ETC-Technologie wird weiter verbessert. Im Januar 2000 konnte mit einer 120-mm-L/55-ETC-Kanone XM291 eine Mündungsenergie von 17 MJ und somit ein wichtiger Meilenstein erreicht werden. Weitere Tests wurden im August 2004 durchgeführt, als ein mit einem seriellen Hybridantrieb ausgestattetes M8 AGS, genannt „Lightning Bolt“, sieben modifizierte M829A2-APFSDS-Geschosse mit der ETC-Kanone abfeuerte. Der Treibladungsanzünder M129 wurde dabei durch einen koaxialen Plasmainjektor ersetzt.

Technik

Waffenanlage

Die XM291 ATAC wurde von den Benet Laboratories und dem Watervliet Arsenal (WVA) entwickelt, wobei auf die Erfahrung mit der 105-mm-Zugrohrkanone XM35 zurückgegriffen wurde. Dabei wurde vor allem die Konstruktion von Verschluss, Rückstoßdämpfer und Rauchabsauger übernommen. Um dem M1 Abrams eine unkomplizierte Erhöhung der Feuerkraft zu ermöglichen, sind die Abmessungen mit der M256 vergleichbar. Der Verschluss mit Rohraufnahme, Schildzapfen und Rückstoßdämpfern ist bei allen Versionen gleich. Die Rohraufnahme und der Verschluss können sich zur Aufnahme der Rückstoßkräfte auf 40 Zoll (1016 mm) langen Rohrrücklaufschienen bewegen. Dabei wird eine Bremshöchstkraft von bis zu 1.200 kN erreicht. Der Verschluss allein wiegt 1300 Pfund (590 kg). Die Konstruktion des Verschlusses wurde von der XM35 übernommen und wird dort als EX35 bezeichnet. Im Gegensatz zur M256, die einen einfachen Fallkeilverschluss verwendet, wird bei der XM291 ein Schraubenverschluss mit unterbrochenem Gewinde verwendet, welcher sich vertikal öffnet. Dadurch wird das Material an der Kontaktstelle zwischen Verschluss und Rohraufnahme weniger stark belastet, als wenn ein konventioneller Fallkeilverschluss verwendet würde, was die Lebensdauer verlängert.

Das Rohr, welches Lauf und Patronenlager enthält, kann entweder für 140-mm- oder 120-mm-Munition ausgelegt sein, wobei ein Rohrwechsel eine Stunde benötigt. Das 120-mm-Rohr mit 55 Kaliberlängen wiegt 3200 Pfund (1452 kg) und besitzt zwischen 125 und 160 Zoll (3175 bis 4064 mm), gemessen vom hinteren Rohrende aus, einen 30 Pfund (13,6 kg) schweren Rauchabsauger. In 259 Zoll (6579 mm) Entfernung vom hinteren Rohrende aus befindet sich der 12,4 Pfund (5,6 kg) schwere Kollimator der Feldjustieranlage. Trotz der größeren Kaliberlänge ist die Waffenanlage 91 kg leichter als die M256-Kanone und wiegt somit 3689 kg. Gegenüber der 120 mm L/55 von Rheinmetall (M256E1), die 4160 kg auf die Waage bringt, ist die Gewichtseinsparung signifikant. Die Masse des 140-mm-Rohres mit 47 Kaliberlängen wurde nicht veröffentlicht, dürfte aber etwa 40 % höher liegen.

Das Rohr ist aus einem Kompositwerkstoff gefertigt, um Gewicht zu sparen und eine bessere Balance der Waffenanlage zu ermöglichen. In den Jahren 1987 und 1988 wurden dazu in den Benet Laboratories und im Watervliet Arsenal Stahlrohre mit einer Hülle aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff untersucht, welche Bismaleimide als Matrixmaterial verwendeten. In späteren Jahren wurde dann auf ein Stahlrohr mit MMC-Mantel gewechselt. Dabei werden 0,14 mm dicke Siliciumcarbid-Fasern um das geschmiedete Rohr gewickelt, und diese während des Vorganges mit Aluminium 6061 im Plasmaspritzverfahren beschichtet. Der Volumenanteil des SiC liegt am Ende bei etwa 47 %. Das Endprodukt wird dann stufenweise bedruckt und schließlich einer Autofrettage unterzogen. Um die Eigenspannungen zu reduzieren, wird das Rohr danach erwärmt. Aus Korrosionsschutzgründen und um eine bessere Haftung zu gewährleisten, wird die Zwischenschicht – das heißt das Äußere des Stahlrohres – vorher mit einer 0,25 bis 0,5 µm dicken Schicht aus Nickel, Silber und einer Aluminium-Silber-Legierung mit 10 % Silberanteil beschichtet.

Das Rohr wird danach mit einer Wärmeschutzhülle versehen, um den Einfluss von Wind und Wetter auf die Waffenanlage zu reduzieren. Als Besonderheit wurde hier das „Dynamically Tuned Shroud (DTS)“-Konzept getestet, um die Eigenschwingungen der Waffe zu reduzieren. Dabei wird der vordere Teil der Wärmeschutzhülle, welche gemäß Patentschrift aus dünnem Aluminium besteht, über einen Spannring am Rauchabsauger befestigt. Das vordere Ende ist über radiale Spiralfedern mit dem Rohr verbunden. Diese sind mit Schrauben an der Wärmeschutzhülle befestigt, über welche die Federhärte und somit das Schwingungsverhalten eingestellt werden kann. Zur Dämpfung ist an der Übergangsstelle zwischen Federn und dem Ring der Wärmeschutzhülle eine dünne Schicht Gummi eingebaut. Damit wurden 2001 Fahrversuche mit dem M1A1 am Aberdeen Proving Ground durchgeführt. Allerdings wurden keine Testschüsse abgefeuert, da das System nicht robust genug war. Bei späteren Tests mit der M256E1 wurden die Schrauben- durch Blattfedern ersetzt, auch um die Sichtlinie der Feldjustieranlage nicht mehr zu beeinflussen. Nach Testschüssen wurde eine weiter verbesserte Version ohne Stellschrauben entwickelt.

Um Präzision und Schwingungsverhalten der XM291 zu untersuchen, wurden vor 1990 Schusstests mit der dafür neuentwickelten KE-Munition XM866 und HEAT-Munition XM831 durchgeführt. Die Anforderung war, dass die Krümmung des gesamten Laufes 0,05 Zoll (1,27 mm) nicht überschreiten dürfe, oder 0,01 Zoll (0,25 mm) auf einer Rohrlänge von 25 Zoll (635 mm). Die Durchbiegung durch das Eigengewicht ist dabei nicht berücksichtigt. Diese Präzisionsangaben liegen signifikant über den üblichen, vorher gültigen Werte für Panzerkanonen. Bei den Testschüssen schwang die Mündung beim Verschuss der XM321 HEAT um 0,005 Zoll (0,127 mm), beim XM866 KE um 0,0015 Zoll (0,038 mm). Dies entspricht einer Abweichung von 0,05 Milliradiant (0,0028°) und ist gegenüber dem akzeptierten Wert von 0,25 mil (0,014°) für Panzerkanonen vernachlässigbar. Dabei handelt es sich allerdings nur um die Ungenauigkeit des Rohres, andere Faktoren wie die Stabilisierungsanlage und dynamische Lasten durch die Fahrt sind darin nicht enthalten.

Ladeautomaten

Da die zweiteilige 140-mm-Munition nur mühsam von einem Ladeschützen in das Patronenlager befördert werden kann und die Arbeit eines menschlichen Laders bei zügiger Geländefahrt stark erschwert wird, wurde der Einsatz der XM291 ATAC immer zusammen mit einem Ladeautomaten geplant. Die erst später in den Fokus gerückte 120-mm-Version kann theoretisch auch von Hand geladen werden, wie dies heute bereits üblich ist. Die für das CATTB und den Block-III-Kampfpanzer konzipierten Autolader werden hier kurz beschrieben:

• CATTB: Das Component Advanced Technology Test Bed sollte einen Teil der Technik erproben, welche im Block-III-Kampfpanzer verbaut werden sollte. Gleichzeitig sollte damit eine Kampfwertsteigerung für den M1 Abrams aufgezeigt werden. Dazu wurde das Advanced Integrated Propulsion System (AIPS) in die Wanne integriert, und zusätzliche Staubschürzen an den Seitenschürzen befestigt. Die Turmfront, -seiten und -dachpanzerung wurde massiv verstärkt und die 140-mm-Pulverkanone XM291 mit dem XM91-Ladeautomat eingebaut. Ein besseres Feuerleitsystem war angedacht, konnte aber im Rahmen des Budgets nicht verwirklicht werden.

• Block-III-Panzer: Ein Konsortium unter Führung von General Dynamics Land Systems (GDLS) erhielt im Dezember 1990 von der US-Armee den Auftrag, einen Kampfpanzer der nächsten Generation zu entwickeln. Im Gegensatz zum Panzerkampfwagen 2000 war das Fahrzeug als Fronttriebler mit LV100-Gasturbine, drei Mann Besatzung und einer scheitellafetierten 140-mm-Pulverkanone XM291 konzipiert. Um trotz des Raumbedarfs für den Antriebsstrang einen adäquaten Frontschutz zu gewährleisten, wurde die Wannenfront sehr stark geneigt, um die effektive Panzerungsstärke zu erhöhen. Der Fahrer war klassisch in der Wannenfront untergebracht, im Turmkorb sollten Kommandant und Schütze Platz nehmen.

Stryker MGS mit 105-mm-Kanone

Munition

Die 140-mm-Munition ist etwa 1,5 Meter lang und zweigeteilt. Die Patrone hat eine Länge von etwa einem Meter und ist mit einer abbrennenden Hülse ausgestattet, an deren Ende ein Übertragungszünder sitzt. Die Zusatztreibladung ist etwa einen halben Meter lang und mit einer abbrennbaren Hülse mit einem Hülsenstummel aus Stahl ausgerüstet, die den eigentlichen Zünder enthält. Beim Zusammenschieben verbinden sich beide Teile durch einen Schnappverschluss, was auch die Übertragung der Zündladung ermöglicht. Die 140-mm-Munition kann aus allen NATO-Kanonen dieses Kalibers, wie der NPzK-140 der RGR Armament GmbH verschossen werden, da sie im Rahmen des multinationalen FTMA-Programms entwickelt wurde. Die Munition wurde bereits standardisiert und mit XM-Nummern versehen:

• XM964 APFSDS: Wuchtmunition, erschien zur gleichen Zeit wie die M829A1. Der Aufbau dürfte deshalb identisch sein. Die Mündungsenergie liegt bei etwa 23 MJ.
• XM965 HEAT: Mehrzweckgeschoss mit Hohlladung und Splittermantel gegen halbharte und weiche Ziele.
• XM966 Üb-Mun: Übungsmunition für beide Geschossarten.

Die 120-mm-Munition ist nach STANAG 4385 vereinheitlicht. Die 120-mm-Version kann deshalb die komplette NATO-Munitionspalette dieses Kalibers verschießen. Exemplarisch sind dies:

• M829A3 APFSDS: Aktuelle Wuchtmunition der US-Armee. Der Gewinn an Mündungsenergie wird wie bei der 120 mm L/55 von Rheinmetall bei etwa +15 % gegenüber der L/44 betragen.
• M830 MPAT: Ein Hohlladungsmehrzweckgeschoss für leichte Bodenziele und langsame, niedrigfliegende Luftziele.
• M865 KE-Üb: Übungsmunition für das Wuchtgeschoss

Bilder

• XM291-Waffenanlage, vmtl. 140-mm-Variante
• CATTB mit 140-mm-Kanone und vergrößertem Turmheck

Einzelnachweise

1. United States. Congress. Senate. Committee on Appropriations. Subcommittee on Defense · 1993, Abruf 5. Dezember 2021
2. (Memento vom 21. September 2012 im Internet Archive) (PDF; 4,4 MB)
3. (Memento vom 19. Dezember 2015 im Internet Archive)
4. R.M. Orgorkiewicz: Future Tank Guns. Part I: solid and liquid propellant guns. Janes International Defense Review, 12/1990, S. 1377.
5. Steven J. Zaloga, Peter Sarson: M1 Abrams Main Battle Tank 1982-92. ISBN 1855322838.
6. (Memento vom 21. September 2012 im Internet Archive) (PDF; 3,8 MB)
7. (Memento vom 20. September 2012 im Internet Archive) (PDF; 922 kB)
8. (Memento vom 8. April 2013 im Internet Archive)
9. Directory of Federal Laboratory and Technology Resources: A Guide to Services, Facilities and Expertise. Jan. 1993
10. (Memento vom 4. März 2016 im Internet Archive) (PDF; 10,7 MB)
11. Hilmes, Rolf: Aspects of Future MBT Conception. Military Technology, 30. Juni 1999.
12. (Memento vom 8. April 2013 im Internet Archive)
13. (Memento vom 6. Juli 2012 im Internet Archive)
14. Us Future Combat & Weapon Systems Handbook. 2011
15. ARMY ARMAMENT RESEARCH DEVELOPMENT AND ENGINEERING CENTER: Experimental and Analytical Investigation of a Steel Pressure Vessel Overwrapped with Graphite Bismaleimide. Mai 1987
16. (Memento vom 4. März 2016 im Internet Archive) (PDF; 965 kB)
17. (Memento vom 28. Mai 2015 im Internet Archive) (PDF; 554 kB)
18. (Memento vom 19. Januar 2016 im Internet Archive) (PDF; 809 kB)
19. (Memento vom 5. März 2016 im Internet Archive) (PDF; 12 kB)
20. US-Patent Nummer 6,167,794 B1, Gun Barrel Vibration Absorber. 2. Jan. 2001
21. (Memento vom 8. April 2013 im Internet Archive)
22. (Memento vom 21. September 2012 im Internet Archive) (PDF; 6,3 MB)
23. Stryker mobile gun system replenisher. In: MEGGITT. Abgerufen am 21. November 2021. 
24. (Memento vom 30. Mai 2012 im Internet Archive) (PDF; 1,6 MB)