Laservåpensystemer er langt fra et nytt konsept, men noen betydelige problemer gjenstår i den daglige utviklingen.
I følge David James fra University of Cranfield (Storbritannia), faller slike systemer inn i to brede kategorier. Den første inkluderer våpen designet for å engasjere omfang og andre optiske sensorer, mens den andre fokuserer på kampen mot ustyrte missiler og droner. Systemer fra den andre kategorien tiltrekker seg mer og mer oppmerksomhet fra militæret, ettersom laservåpen blir mer effektive og energikilder reduseres i størrelse. James bemerket:
- Disse systemene har en rekke fordeler. De tilbyr nesten uendelig ammunisjon … hvis strømforsyningen fungerer, vil lasersystemet fortsette å fungere. De er relativt enkle å bruke, noe som betyr at prosessen med opplæring av ansatte ikke er for komplisert."
Fra sjø til land
Som James bemerket, har det i de siste tiårene blitt utført en betydelig mengde arbeid på dette området, spesielt i maritim sektor, hvor en rekke programmer vurderer muligheten for å bruke lasere for å bekjempe trusler som marine UAVer eller småbåter.
Skipbaserte systemer var de første som dukket opp, siden de har lett tilgang til en kraftkilde med høy effekt, mens økningen i effektiviteten til laservåpen gjør dem stadig mer tilgjengelige for bakkestyrker. Dette er tydeligst demonstrert av prosjektet fra den amerikanske hæren for å lage en prototype og distribuere det første kamplasersystemet. Systemer med en kapasitet på 50 kW vil bli installert på fire pansrede kjøretøyer i Stryker i 2022 for å støtte oppgavene til mobilt kortdistanse luftforsvar, utpekt M-SHORAD (Maneuver-Short-Range Air Defense) for beskyttelse av kampbrigader fra UAV, ustyrte missiler, artilleri og mørtelbrann og luftfartshelikoptertype.
"Nå er det på tide å bringe det styrte energivåpenet til slagmarken," sa Neil Thurgood, direktør for den amerikanske hærens kontor for hypersoniske, dirigerte energi og romvåpen, under tildelingen av kontrakten. - Hæren erkjenner behovet for styrte energilasere, som er fastsatt i hærens moderniseringsplan. Dette er ikke lenger forskning eller demonstrasjonsaktivitet. Dette er en strategisk kampevne, og vi er på rett vei som vil bringe den rett i hendene på soldatene."
Som nevnt av James, kan en slik utvikling bidra til å fylle hullet i potensielle kampmuligheter, spesielt med hensyn til UAV -er. Når et stort antall droner dukker opp på slagmarken, må bakketropper kunne håndtere trusselen. For øyeblikket løses denne oppgaven ved å skyte håndvåpen og maskingevær fra et nært hold, selv om det er åpenbart at det er veldig vanskelig å utføre målrettet ild her. Et kinetisk alternativ ville være overflate-til-luft-missiler. I motsetning til raketter er droner imidlertid mye billigere å produsere og bruke.
"De økonomiske fordelene er at det ikke er lønnsomt for deg å bruke missiler mot en sverm av droner, siden missilene da ville løpe ut veldig raskt. Du må beholde rakettarsenalet ditt for viktigere mål som fly eller helikoptre."
En annen fordel med lasere er hastigheten.
"Siden" ammunisjonen "beveger seg med lysets hastighet, faktisk, hvis du til og med plasserer strålen på målet, treffer du dronen … selv om den krysser siktlinjen din med en forferdelig hastighet, kan du bare sikt laseren mot fiendens plattform - og målet er ditt ".
Uavhengig av trusselen
Craig Robin, leder for den amerikanske hærens Directed Energy Project Office, er enig og legger til at laservåpensystemer også er ufølsomme for trusler.
"De fleste materialer holder ikke høy temperatur. Hvis du fokuserer laseren på en gruve eller en drone, vil effekten din være dødelig."
Alt dette gir selvfølgelig fordeler fra et økonomisk synspunkt, men samtidig kan lasersystemer redusere mengden materiale og teknisk forsyning til militæret.
"Når det gjelder kinetiske midler, må du lage raketter, du må opprettholde raketter, du må avskrive dem. Dette gjelder tydeligvis ikke våpensystemer med kraft, det vil si at de reduserer den logistiske byrden betydelig."
Robins kontor er en del av Army's Rapid Capabilities and Critical Technologies Office (RCCTO). Under Thurgoods ledelse jobber organisasjonen med å innlemme ny teknologi i eksperimentelle utviklinger som kan nå soldatene. Rettet energi er hovedfokuset for denne aktiviteten.
I arbeidet med M-SHORAD-laseren ble utviklingen av det forrige MHHEL-prosjektet (Multi-Mission High-Energy Laser) brukt, som også ga installasjon av en 50 kW laser på Stryker-maskinen og produksjon av en prototype i 2021. Imidlertid bestemte RCCTO seg for å utvide omfanget av prosjektet, så fire lasere er for tiden planlagt å bli distribuert. I samarbeid med hovedentreprenør Kord Technologies konkurrerer Raytheon og Northrop Grumman om dette prosjektet med sine M-SHORAD-prototyper.
RCCTO er involvert i andre styrte energiprosjekter. Hovedvekten er på beskyttelse mot indirekte brann, som vil bli levert av våpensystemet som er installert på Stryker -kjøretøyet. Dette prosjektet er kjent som indirekte brannbeskyttelsesevne-højenergilaser og er en videreutvikling av programmet High-Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator for å flytte fra et 100 kW-system til en 300 kW-laser og levere det til troppene innen 2024.
Hæren installerte tidligere en 10 kW laser på Stryker-maskinen som en del av MEHEL (Mobile Experimental High-Energy Laser) -prosjektet, som dannet grunnlaget for arbeidet med M-SHORAD.
Beslutningen om å øke kraften til våpnene var basert på den vellykkede utviklingsprosessen. Som Robin forklarte: "Når det gjelder teknologisk modenhet, har investeringer i industrien bidratt til å fremskynde hele prosessen og oppnå gode resultater."
Fiberoptikk
Scott Schnorrenberg fra Kord Technologies sa at det har vært et skifte fra solid-state lasere til spektrisk kombinerte fiberenheter, "som er betydelig mer effektive og har redusert størrelse." Han la til at åpenbare fremskritt innen batterier med høy kapasitet, kraftproduksjon og termisk styringssystem spiller en stor rolle, slik at svært kraftige lasersystemer kan installeres på relativt små kampbiler.
Kord fokuserer for tiden på utviklingen av teknologien i FoU -fasen og bruk i prototypeutvikling og påfølgende produksjonsprodukter. Schnorrenberg pekte også på logistikkfordelene ved lasere, og bemerket at "de også er utstyrt med kraftige sensorer for å gi ytterligere informasjonsinnsamling og målrettingsfunksjoner på slagmarken." Han mener at etter implementering av systemer for M-SHORAD-prosjektet og andre programmer, bør omfanget av lasere utvides i årene som kommer.
"Du ser at lasere utvikler seg raskt, utvider seg til andre plattformer og utvider rekke oppdrag de kan utføre, for eksempel avhending av eksplosiv ammunisjon, mottiltak mot rekognoseringsmidler, presisjonsmålretting, konsentrert strålingskraft og høyhastighets dataoverføring. Det utvidede utvalget av potensielle mål vil utvilsomt bidra til å øke utvalget av grunnleggende plattformer som lasersystemer skal installeres på."
Evan Hunt, Head of High Power Lasers på Raytheon, bemerket også muligheten for målsporing med lasersystemer.
"Med et tastetrykk etter å ha identifisert en drone som en trussel, kan du øyeblikkelig skyte den ned, og det blir en så kortvarig prosess der dronen begynner å falle samtidig som knappen trykkes. Dette er en revolusjonerende måte å treffe mål i sammenligning med tradisjonell ammunisjon, som godt kan gå glipp av og fly i stykker i forskjellige retninger."
"Vi snakker om en ny type teknologi som tillater ganske uavhengig å oppdage, spore, identifisere og engasjere mål på en måte som potensielt kan brukes selv i relativt nærhet til industri- eller boligområder uten å forårsake stor ødeleggelse."
Skyt ned droner
Sammen med deltakelse i M-SHORAD-prosjektet, legger Raytheon særlig vekt på utviklingen av laservåpen for å bekjempe små droner, spesielt i konseptet om en "laser dune buggy"-en kraftig laser i kombinasjon med en multispektral observasjon eget system, installert på et terrengkjøretøy Polaris MRZR.
Systemet blir produsert for US Air Force, og levering av tre plattformer er planlagt i 2020. På slutten av samme år vil disse tre mobile enhetene bli distribuert i utlandet for operativ evaluering.
Raytheon skjøt ned mer enn 100 droner fra sin vogn under mange flyvåpen- og militære show. Luftforsvaret kan bruke systemet til en rekke oppgaver, for eksempel kan bilen stå parkert ved enden av rullebanen for å stoppe eller ødelegge uønskede UAVer som kommer inn i luftrommet. Hunt bemerket:
“Lasere har virkelig vist seg å være det mest nøyaktige og effektive middelet for å slå droner direkte. Den "magiske kombinasjonen" av egenskaper lar deg stille og diskret deaktivere flere droner samtidig på en veldig nøyaktig og billig måte, så de er ikke like ødeleggende som kinetiske våpen."
Før laservåpen går i tjeneste i betydelige mengder, er det nødvendig å løse en rekke presserende oppgaver. Robin bemerket at laseren i seg selv er et av tre viktige elementer i våpeninstallasjonen, sammen med en strålekontroller som nøyaktig dirigerer strålen til trusselen og følger den, og et delsystem for generering og håndtering av energi. Det sistnevnte delsystemet bør være kompakt nok til installasjon i kjøretøyer, men i dette tilfellet kan utviklingen fra bilsektoren dra nytte av, spesielt utviklingen av batterisystemer, noe som bidro til den raske utviklingen av elektriske kjøretøyer. "Du vil kjøre elbilen din med samme hastighet over en lengre periode, noe som ligner veldig på hvordan du vil at en laser skal fungere," fortsatte Hunt. "Kravene til denne teknologien og lasere er like og overlapper her."
Ifølge James er reduksjonen i størrelsen på strømforsyningssystemene den begrensende faktoren. Han forventer at den amerikanske hæren og dens partnere skal møte utfordringene med å plassere slikt utstyr i Stryker. I tillegg bemerket han at ikke alle målene i M-SHORAD-systemet er like, og det er spørsmål om hvilket nivå av skade som vil kreves for forskjellige typer plattformer.
"Hvis dette bare er droner du jakter på, reduserer det målområdet i så måte, reduserer materialområdet som de er laget av. Hvis det er en veldig stor drone, kan det være verdt å bruke en overflate-til-luft-missil."
På den annen side, ifølge James, er rekkevidde den viktigste faktoren å vurdere: jo mer avstand du vil forårsake skade, jo mer strøm er nødvendig. Han la merke til at atmosfæren er full av forskjellige partikler som sprer lys, det vil si at det aldri vil være hundre prosent lysoverføring. I en avstand på en kilometer kan atmosfæren være 85% permeabel, det vil si at 15% av lyset ikke når målet. I en avstand på mer enn 5 km kan tap være 50%, "det vil si at halvparten av fotonene rett og slett går tapt, laserstrålen mister sin styrke og når ikke målet."
Lær å slåss
"Hovedutfordringen for militære brukere vil være opplæring i å håndtere et ekspanderende sett med mål," sa Chris Frye, direktør for nært luftforsvar i Northrop Grumman, selv om han bemerket at de beveger seg bort fra eksperimentelle teknologidemonstrasjoner og går til reell utnyttelse. av en soldat. "Vil tillate å adoptere, tilpasse og forbedre teknologien." I tillegg til M-SHORAD-prosjektet, har Northrop Grumman jobbet med den amerikanske hæren på en rekke andre styrte energiprogrammer, samt med Sjøforsvarets FoU-kontor, DARPA, Air Force Laboratory og andre kunder.
"Fokuset er på å bygge komplekse basissystemer," la Fry til. “Dette handler ikke bare om laseren, men hele systemet: radar, kommando- og kontrollsystem, nettverk, plattform, generasjon og strømstyring. Den maksimale effektiviteten til alle disse komponentene og hvordan de fungerer sammen er viktig for å maksimere systemets potensial.”
Northrop Grumman sa at selv om vekten, størrelsen og strømforbruket til systemer har blitt betydelig redusert det siste tiåret, forventer de å akselerere denne prosessen i de kommende årene. Også lasersystemers evne til å spore trusler og "holde fotoner på målet så lenge som nødvendig for å gi ønsket effekt" har økt betydelig.
Opprettelse
Schnorrenberg sa at den største utfordringen akkurat nå er produksjonsbegrensninger. På grunn av det begrensede antallet lasersystemer som er utviklet til nå, er produksjonsbasen uutviklet, det vil si at de viktigste komponentene fremdeles må fullføres for produksjonsscenarier med store volumer.
"Den amerikanske regjeringen investerer i produksjonsanlegg for å løse dette problemet," la han til. "Til syvende og sist vil industrien til slutt tilby de utøvende mekanismene for å utvikle denne basen."
Dette er nøkkelen til den amerikanske hærens målsetting for M-SHORAD-programmet. I kontraktsutlysningen bemerkes at valget av Northrop Grumman og Raytheon "vil fremme konkurranse og stimulere det industrielle grunnlaget for styrte energisystemer."
James håper at laseren vil utvikle seg som et krigsvåpen på sin egen måte i årene som kommer. Selv om han tviler på at lasere vil fungere som helt separate systemer, tror han at de sikkert vil bli et betydelig tillegg til andre våpen. Det er usannsynlig at luftforsvarssystemer, for eksempel, vil bestå av lasere alene, men de vil bli en del av et bredere system som vil inkludere missiler. I tillegg vil militæret mest sannsynlig ønske å forlate en egen soldat for å bekjempe mål på ultrakorte avstander.
"Kanskje lasere for alltid vil være en del av kjernesystemet."
"For å gjøre lasere virkelig effektive og mer nyttige for det amerikanske militæret, må kostnadene komme ned," sa Robin. Imidlertid vil all teknologi som kommer fra et nisjemarked spille en mer fremtredende rolle over tid.
"Etter hvert som prototyper og demonstrasjonstester vokser i antall - ikke bare i det militære, men også i andre typer væpnede styrker - vil vi snart være vitne til en utvidelse av dette markedet og en reduksjon i kostnadene for laservåpensystemer."
