Da det amerikanske forsvarsdepartementet i mai i år bestemte seg for å sende en patriotisk divisjon til Midtøsten for å motvirke det det kaller Irans økte trussel, satte det inn personell som allerede var for utslitt av periodiske rotasjoner.
"Når det gjelder missilforsvarsstyrker, så møtte vi i Midtøsten regelmessig dette problemet lenge før denne utplasseringen," sa daværende viseminister til journalister og bemerket at Patriot-enheter hadde en plikt-til-hvile-forhold på mindre enn 1: 1 i mai. I begynnelsen av året var det samlede kamp- og hvileforholdet omtrent 1: 1, 4, mens kommandoen satte et mål om å oppnå et 1: 3 -forhold.
Mens den amerikanske hæren leter etter måter å redusere antall kontinuerlige toskiftsrotasjoner og øke kampberedskapen, står et like presserende spørsmål på dagsordenen for hvordan den fremtidige kombinasjonen av kinetiske og ikke-kinetiske våpen vil påvirke kampene behov.
Hvis du må kjempe mot en nesten like motstander, vil Patriot være effektiv, men til syvende og sist kan det svekke eller nøytralisere trusselen? Kanskje ikke. Derfor vil du over tid se nye evner som vil bli introdusert i vårt missilforsvarsarsenal,”
- sa han og la til at fremtidige store investeringer i utviklingen av styrte energivåpen kan endre hærens taktiske modell.
"Ellers vil du fortsette å samle Patriot -batterier og prøve å bekjempe flere og flere trusler."
Pentagon har jaktet på rettet energiteknologi i flere tiår, og det virket ofte som om fuglen allerede var i et bur. Mange amerikanske militærer tror at tingenes tilstand i dag har endret seg radikalt, og de siste fremskrittene på dette området gir landets væpnede styrker håp om tidlig utplassering av virkelige våpensystemer for forskjellige kampoppdrag.
Selv om Pentagon tilsynelatende er optimistisk om distribusjonen av styrte energisystemer i nær fremtid, spesielt lasere med høy effekt, er det mange uløste problemer. Fra forskjeller i taktiske og strategiske evner til problemer knyttet til skalerbarhet eller skalerbarhet av lasere og finansiering for konkurrerende prosjekter, har militæret mye å overvinne.
Endrer behov
Det har gått nesten seks tiår siden laseren ble introdusert, og i det meste av den tiden har forsvarsdepartementet vært på utkikk etter måter å utvikle denne teknologien med målet om å skape neste generasjon våpen. For luftforsvarsstyrker lover slike systemer lavere kostnader per nederlag og samtidig redusert ammunisjonsforbruk. For eksempel, hvis Kina skyter ut mange billige missiler mot et amerikansk skip, så i teorien kan en kraftig laser brukes til å målrette og ødelegge dem.
Dr. Robert Afzal, en ledende laserteknologispesialist ved Lockheed Martin, mener at to faktorer har forhindret implementering av laserteknologi til nå: Forsvarsdepartementets første vektlegging av utvikling av strategiske våpen og underutvikling.
Tidligere har militæret bevilget midler til rettet energiforskning på prosjekter som det nå nedlagte YAL-1 Airborne Laser-programmet, i fellesskap drevet av US Air Force og Missile Defense Agency. Som en del av dette initiativet ble en kjemisk laser installert på et modifisert Boeing 747-400F-fly for å fange opp ballistiske missiler under akselerasjonsfasen.
"På den tiden var det alltid vekt på strategisk konfrontasjon, som krevde veldig store og veldig kraftige lasersystemer." I dag har spredningen av ubemannede luftfartøyer og småbåter bidratt til et delvis skift i Pentagons kortsiktige vektlegging av taktiske systemer. Dette hjelper militæret til gradvis å skalere opp våpensystemer med tanke på å håndtere nye trusler.
I april 2019 ble det holdt en diskusjon ved Brookings Institution i Washington om dette spørsmålet. "Jeg har en liten visjon om utsiktene på kort og mellomlang sikt for rettet energi,"
- bemerket seniorforsker ved instituttet.
"Tilsynelatende kan rettet energi hjelpe oss i et veldig, veldig spesifikt taktisk miljø. Ideen om å lage en stor nok laser til å gi et territorielt missilforsvarssystem er ganske urealistisk, mens beskyttelsen av et bestemt kjøretøy med et aktivt system er litt mer realistisk."
Den daværende sekretæren for den amerikanske hæren bemerket at fremskritt innen rettet energi var "lenger enn du kan forestille deg", og hærens beslutning om å gjenopprette et manøvrerbart luftforsvarssystem for sine tunge enheter gjør det mulig å sette inn nye laservåpen.
“Basert på eksisterende og nye trusler, er dette en veldig stor sak for oss. Når det gjelder teknologien, er vi i nærheten av å eie et system som kan distribueres som kan skyte ned droner, små fly og lignende objekter."
Teknologiske barrierer
For å lage lasersystemer med høy effekt som er i stand til å skyte ned droner, er det nødvendig med teknologier i det bredeste spekteret. I tillegg til baseplattformen brukes en radar til å oppdage lufttrussler og forskjellige sensorer for å låse et mål. Deretter spores målet, målpunktet bestemmes, laseren aktiveres og holder strålen på dette punktet til UAV lider uakseptabel skade.
Gjennom flere tiår har forskerne som utvikler disse laserne vært i stand til å teste en rekke konsepter, inkludert massive investeringer i kjemiske våpen, før de skiftet fokus til skalering av fiberlasere.
"Fordelen med fiberlasere er at du kan passe disse laserne til en mye mindre størrelse,"
- sa under et møte med journalister direktøren for Office of DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).
YAL-1 ABL-systemet brukte for eksempel en høyenergisk kjemisk oksygen-jodlaser, og selv om det lyktes med å fange opp et testmål i 2010, stoppet utviklingen etter nesten 15 års finansiering. På det tidspunktet satte daværende forsvarsminister Robert Gates offentlig spørsmålstegn ved den operasjonelle beredskapen til ABL og kritiserte dens effektive rekkevidde.
En av ulempene med kjemiske lasere er at laseren slutter å fungere når kjemikalier forbrukes. “I dette tilfellet har du en begrenset butikk, og målet har alltid vært å lage en laser som går på strøm. Tross alt, så lenge du har muligheten til å generere elektrisitet på plattformen din, enten gjennom en innebygd generator eller en batteripakke, vil laseren din fungere, sier Afzal.
De siste årene har forsvarsdepartementet økt investeringer i utvikling av en elektrisk fiberlaser, men har også stått overfor alvorlige utfordringer, spesielt i utviklingen av en laser med redusert vekt, størrelse og strømforbrukskarakteristika.
Tidligere, hver gang utviklere prøvde å øke effekten til en fiberlaser til det nivået som var nødvendig for kampoppdrag, bygde de lasere av store størrelser, noe som spesielt skapte problemer med overdreven varmegenerering. Når lasersystemet genererer en stråle, genereres også varme, og hvis systemet ikke er i stand til å avlede det fra installasjonen, begynner laseren å overopphetes og strålens kvalitet forringes, noe som betyr at strålen ikke kan fokusere på målet og laserens effektivitet reduseres.
Etter hvert som militæret streber etter å øke effekten til elektriske lasere, samtidig som økningen i vekt, størrelse og strømforbrukskarakteristika for systemer begrenses, kommer effektiviteten til syne; jo høyere elektrisk effektivitet, jo mindre energi er nødvendig for å drive og kjøle systemet.
En talsmann for den amerikanske hæren som jobber med lasere med høy effekt sa at selv om generatorer vanligvis kan drive 10 kW -systemer uten problemer, starter problemer når effekten til lasersystemene økes. "Når strømmen til kamplaseren økes til 50 kW eller mer, må unike energikilder, for eksempel batterier og lignende systemer, allerede brukes."
For eksempel, hvis du tar et 100 kW lasersystem, som har en effektivitet på omtrent 30%, trenger det 300 kW effekt. Imidlertid, hvis plattformen den er installert på, genererer bare 100 kW strøm, trenger brukeren batterier for å dekke forskjellen. Når batteriene er utladet, slutter laseren å fungere til generatoren lader dem igjen.
"Systemet må være ekstremt effektivt, fra generering av energi og videre transformasjon til fotoner, som er rettet mot målet,"
- sa representanten for Lockheed Martin -selskapet.
I mellomtiden sa Rolls-Royce LibertyWorks at det har jobbet i over et tiår for å integrere et kraft- og varmekontrollsystem som kan brukes i lasersystemer med høy effekt, og har nylig "gjort betydelige teknologiske gjennombrudd."
Rolls-Royce sa at gjennombruddene inkluderer områder som "elektrisk kraft, termisk styring, temperaturkontroll og overvåking, umiddelbar energitilgjengelighet og forretningskontinuitet." De la til at tester av systemet på kundens nettsted vil begynne i slutten av dette året, og hvis de er vellykket fullført, kan det bli mulig å levere modulære integrerte løsninger for kraftregulering og varmefjerning for hær- og marineprogrammer.
Leter etter løsninger
DARPA og MIT's Lincoln Laboratory har vellykket utviklet en liten, kraftig fiberlaser som ble demonstrert i oktober i år. Imidlertid nektet de å klargjøre detaljene i dette prosjektet, inkludert effektnivået.
Mens militæret og selskapene har rapportert konsekvent suksess i utviklingen av militære lasere, sa Afzal at Lockheed Martins innsats for å løse noen av de teknologiske utfordringene inkluderer "en spektralstrålefusjonsprosess som minner noe om omslaget til Dark Side of the Moon -albumet. "av Pink Floyd".
“Jeg kan ikke lage en 100 kW fiberlaser hvis det er skaleringsproblemer. Gjennombruddet ble muliggjort av muligheten til å utvide fibermaskiner med høy effekt ved å kombinere bjelker i stedet for bare å prøve å bygge et større og kraftigere lasersystem."
“Laserstråler fra flere lasermoduler, hver med en bestemt bølgelengde, passerer gjennom et diffraksjonsgitter som ser ut som et prisme. Så, hvis alle bølgelengder og vinkler er riktige, så skjer det ikke gjensidig absorpsjon, men justeringen av bølgelengder i en streng sekvens etter hverandre, noe som resulterer i at kraften vokser proporsjonalt, '' forklarte Afzal. - Du kan skalere laserkraften ved å legge til moduler eller øke effekten til hver modul, uten å prøve å bare bygge en stor laser. Det er mer parallell databehandling enn en superdatamaskin."
Sammen
Mye oppmerksomhet blir viet potensialet til lasere med høy effekt, men samtidig ser det amerikanske militæret og industrien potensialet for å bruke mikrobølgefrekvenser med høy effekt til å skyte ned svermer av droner eller kombinere dem med lasere.
"Konsolidering av teknologi kan være en god løsning," sa general Neil Thurgood fra Office of Critical Technology til journalister. - Det vil si at du kan slå mange gjenstander med en laser. Men jeg kan treffe flere mål med to lasere, jeg kan treffe flere mål med lasere og mikrobølger med høy effekt. Arbeidet på dette området har allerede begynt."
Raytheons regisserte energiekspert Don Sullivan på sin side snakket om arbeidet i denne retningen. Spesielt sa han at Raytheon har kombinert en høyeffektslaser med et multispektral observasjonssystem i et Polaris MRZR-kjøretøy, mens han utviklet et mikrobølgeovn med høy effekt som er montert i en fraktbeholder. Raytheon demonstrerte disse teknologiene separat under Army's Maneuver Fires Integrated Experiment (MFIX) i 2017, og jobbet sammen i 2018 under tester utført av US Air Force på White Sands Proving Grounds.
Sullivan sa at lasersystemet ble brukt til å skyte ned droner som flyr over lange avstander, mens kraftige mikrobølger ble brukt til å beskytte nærfeltet og hindre angrep fra sverm UAVer.
"Selvfølgelig ser og forstår luftvåpenet den komplementære naturen til begge teknologiene når det gjelder å utføre ikke bare motdroneoppdrag, men også andre oppdrag."
I marinen
Når det gjelder problemene med masse, volum og energi, har krigsskip med sin store størrelse en klar fordel i forhold til bakke- og luftplattformer her, noe som gjorde at sjømannspersonell kunne starte flere prosjekter samtidig.
Sjøforsvaret jobber med Navy Laser Family of Systems (NLFoS), et initiativ for å distribuere høylastiske marine lasersystemer i nær fremtid. Dette Navy-initiativet inkluderer: Solid-State Laser Technology Maturation (SSL-TM) -program; RHEL (Ruggedized High Energy Laser) 150 kW højenergilaser; optisk blendende laser Optisk blendende interdiktor for ødeleggere av Arleigh Burke -prosjektet; og prosjektet High Energy Laser og Integrated Optical-dazzler with Surveillance (HELIOS).
I følge en rapport fra Congressional Research Service implementerer marinen også High Energy Laser Counter-Anti-Ship Cruise Missile Program (HELCAP), som låner NLFoS-teknologi for å utvikle avanserte laservåpen for å bekjempe cruisemissiler.
HELIOS -programmet tar sikte på å forsyne krigsskip og andre plattformer med tre systemer: en 60 kW laser; langdistanseovervåking, rekognosering og informasjonsinnhentingsutstyr, og en blindeinnretning for å motvirke UAV. I motsetning til andre lasere testet på amerikanske marineskip, som er installert på skip som tilleggssystemer, vil HELIOS bli en integrert del av skipets kampsystem. Aegis våpensystem vil gi brannkontroll for standardmissiler sammen med målretting og målretning av passende våpen.
I mars 2018 ble Lockheed Martin tildelt en kontrakt på 150 millioner dollar (med ekstra 943 millioner dollar i opsjoner) for å designe, produsere og levere to systemer innen utgangen av 2020. I 2020 planlegger flåten å gjennomføre en analyse av HELIOS -prosjektet for å sikre at den oppfyller kravene.
Kongressens servicerapport bemerker at integrering av lasere på skip potensielt gir mange fordeler: kortere kontakttid, evnen til å håndtere aktivt manøvrerende missiler, nøyaktig målretting og nøyaktig respons, alt fra varselsmål til reversibelt fastkjøring av systemene. Imidlertid bemerkes det at potensielle begrensninger gjenstår.
I følge rapporten inkluderer disse restriksjonene: kun skyting fra synsfeltet; problemer med atmosfærisk absorpsjon, spredning og turbulens; termisk spredning, når laseren varmer opp luften, noe som kan defokusere laserstrålen; kompleksiteten ved å avvise svermeangrep, treffe herdede mål og elektroniske undertrykkelsessystemer; og risikoen for kollateral skade på fly, satellitter og menneskesyn.
De potensielle ulempene med laserutstyr med høy avkastning som fremheves i rapporten er ikke unike for marinen, og andre grener av de væpnede styrkene står også overfor lignende problemer.
Marine Corps (ILC) tydeliggjorde taktikken, metodene og metodene for å bekjempe bruk av Boeing CLWS (Compact Laser Weapon System) lasersystem, som er installert i en transportcontainer.
En talsmann for Boeing sa at den har til hensikt å oppgradere CLWS -systemet, og øke kapasiteten fra 2 kW til 5 kW. Da bemerket han at økningen i kraft ville redusere tiden det tar å skyte ned små droner. "Marinen ønsker et veldig raskt system som kan levere de egenskapene den ønsker. De er i ferd med å kontrollere egenskapene til disse systemene, og derfor har de gitt oss en kontrakt for modernisering og økning i kapasitet."
Ønsker å investere
Hærens kommando gjennom første halvår i år var engasjert i å definere nåværende styrte energiprogrammer og utvikle en langsiktig plan for overføring av prosjekter fra utviklingsstadiet til stadiet av praktisk kampbruk.
Som en del av denne aktiviteten fikk general Turgud 45 dager til å avklare og samle alle nåværende prosjekter i et enkelt register. Dette kan føre til at noen av dem vil bli avvist. “Når vi etablerte Critical Technologies Office, gjorde jeg en spesiell innsats for å finne alle konkurrerende styrte energiprosjekter. Alle jobber med det som kalles rettet energi, og jeg prøver å forstå hva det egentlig betyr og hva som egentlig skjer der, sa Thurgood under høringene til komiteen om de væpnede styrkene.
I slutten av mai godkjente hærkommandoen en omfattende plan, som sørger for økte investeringer og akselerert utvikling av laser- og mikrobølgeteknologier i forskjellige hærprosjekter. Under en pressekonferanse kunngjorde Thurgood at hæren har besluttet å fremskynde MMHEL (Multi-Mission High Energy Laser) -programmet, der 50 kW lasere vil bli installert på Stryker pansrede kjøretøyer som en del av et kortdistans luftforsvarssystem. Hvis alt går etter planen, vil hæren ved utgangen av 2021 ha vedtatt fire kjøretøyer med lasersystemer.
Det er ennå ikke klart hvilke initiativer som skal slås sammen eller stenges, men Thurgood sa at dette sikkert vil skje uansett. "Noen mennesker jobber med en 150 kW laser som til slutt vil bli installert på en lastebil og tilhenger eller skip. Vi trenger ikke vårt eget 150 kW laserprogram, vi kan kombinere slike prosjekter sammen, fremskynde denne prosessen og spare ressurser for landet vårt."
En rekke styrte energitiltak forblir i mellomtiden i hærens portefølje. For eksempel brukte hæren MEHEL (Mobile Experimental High Energy Laser) laser for å akselerere utviklingen av lovende lasersystemer og for å utarbeide taktikk, metoder og prinsipper for kampbruk knyttet til driften av slike systemer. I følge MEHEL -prosjektet installerte hæren en Stryker på maskinen og testet lasere med en effekt på opptil 10 kW.
I mai 2019 kunngjorde gruppen ledet av Dynetics at det var valgt å utvikle et 100 kW våpensystem og installere det på FMTV (Family of Medium Tactical Vehicles) lastebiler under programmet for utvikling av en demonstrasjonsmodell av en høyeffekt HEL laserinstallasjon TVD (High Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator). Dette implementeres som en del av hærens arbeid med dirigerte energivåpen designet for å bekjempe missiler, artilleriskjell og mørtelgruver, samt droner.
Under en treårig kontrakt på 130 millioner dollar ble det dannet et trepartsteam (US Army, Lockheed Martin og Rolls-Royce) for å forberede en kritisk prosjektgjennomgang som vil bestemme den endelige laserdesignen, deretter produsere systemet og installere det på en FMTV -lastebil. 6x6 for felttesting ved White Sands Missile Range i 2022.
Trioen planlegger å øke effekten til Lockheed Martins fiberlaser, som Rolls-Royce utvikler et kraftsystem for. Samtidig nektet Rolls-Royce å avsløre om den vil bruke sitt nye integrerte energistyrings- og varmevekslingsstyringssystem.
I 2018 kunngjorde hæren at den jobbet separat med Lockheed Martin for å utstyre droner med en kraftig mikrobølgeoppskyting for å skyte ned andre droner. Under en kontrakt på 12,5 millioner dollar vil duoen utvikle et luftbåren anti-drone-system. Potensielle UAV -nyttelast vil inkludere eksplosive enheter, nettverk og mikrobølgeovninstallasjoner.
Imidlertid fortalte direktøren for DARPA -kontoret til journalister at til tross for fremskritt innen direkte energi, er militæret fortsatt langt fra å integrere teknologi i flyet, og derfor vil skip og bakkekjøretøy sannsynligvis bli de første grunnleggende plattformene.
I himmelen
United States Air Force implementerer også styrte energiprosjekter, inkludert de som er utviklet under SHiELD ATD (Self-Protect High Energy Laser Demonstrator-Advanced Technology Demonstrator) prototypeprogram, som sørger for installasjon av et lite kraftig lasersystem på fly for å beskytte mot raketter i klasse "jord-til-luft" og "luft-til-luft".
Tidligere i år kunngjorde Air Force Research Laboratory at det hadde oppnådd midlertidig suksess da det brukte en bakketestprøve for å skyte ned flere missiler. Etter hvert som teknologien utvikler seg, planlegger US Air Force å gjøre systemet mindre og lettere og tilpasse det for fly.
Den mer ambisiøse planen til Pentagon og Missile Defense Agency er et tilbakeblikk til president Ronald Reagans strategiske forsvarsinitiativ, også kjent som Star Wars, som teoretisk krever bruk av laservåpensystemer i verdensrommet.
I januar i år publiserte Trump-administrasjonen en etterlengtet missilforsvarsanmeldelse, som berømmet Anti-Ballistic Missile Agency sitt arbeid med å utvikle styrte våpen for å avskjære ballistiske missiler i boostfasen. I 2017 utstedte byrået for eksempel en forespørsel om informasjon om langdistanse høyhøyde droner som ville ha nyttelastkapasitet til å installere kraftige lasere for å ødelegge ICBM i boostfasen. Forespørselsforespørselen, utstedt i 2017, bestemmer at dronen vil fly i minst 19 000 meters høyde, ha en nyttelastkapasitet på minst 2 286 kg og en tilgjengelig effekt fra 140 kW til 280 kW. For å lage en lovende installasjon for slike droner jobber Byrået med Boeing, General Atomics og Lockheed Martin for å undersøke muligheten for å implementere laserteknologi med høy effekt ombord på UAVer.
"Når det gjelder oss, legger vi en spesiell vekt på fangst, sporing og målretting,"
- sa representanten for Boeing -selskapet.
“Dette er egentlig kjernekompetansen vår, som vi har utviklet mens vi jobbet med kjemiske lasere. Boeing har demonstrert dette i alle systemene sine og har vist at du ved hjelp av eksisterende teknologi kan lage et kompakt, svært effektivt oppkjøps-, sporings- og målrettingssystem og integrere det sømløst i en hvilken som helst laserenhet, og dermed øke kapasiteten betydelig."
