Tidligere har vi undersøkt hvordan laserteknologier utvikler seg, hvilke laservåpen som kan lages for bruk av luftstyrkene, bakkestyrker og luftforsvar og marinen.
Nå må vi forstå om det er mulig å forsvare seg mot det, og hvordan. Det sies ofte at det er nok å dekke raketten med et speilbelegg eller polere prosjektilet, men dessverre er ikke alt så enkelt.
Et typisk aluminiumsbelagt speil reflekterer omtrent 95% av den innfallende strålingen, og effektiviteten er sterkt avhengig av bølgelengden.
Av alle materialene som vises i grafen, har aluminium den høyeste refleksjonen, som på ingen måte er et ildfast materiale. Hvis speilet varmer litt opp når det utsettes for lavstråling, så når kraftig stråling treffer, vil materialet i speilbelegget raskt bli ubrukelig, noe som vil føre til en forringelse av dets reflekterende egenskaper og ytterligere skredlignende oppvarming og ødeleggelse.
Ved en bølgelengde på mindre enn 200 nm synker speilenes effektivitet kraftig; mot ultrafiolett eller røntgenstråling (fri elektronlaser) vil slik beskyttelse ikke fungere i det hele tatt.
Det finnes eksperimentelle kunstige materialer med 100% reflektivitet, men de fungerer bare for en bestemt bølgelengde. Speil kan også dekkes med spesielle flerlagsbelegg som øker refleksjonsevnen til 99,999%. Men denne metoden fungerer også for bare én bølgelengde og hendelse i en bestemt vinkel.
Ikke glem at driftsbetingelsene for våpen er langt fra laboratoriebetingelser, dvs. speilraketten eller prosjektilet må lagres i en beholder fylt med en inert gass. Den minste dis eller flekker, for eksempel fra håndavtrykk, vil umiddelbart svekke refleksjonen til speilet.
Hvis du forlater beholderen, vil speiloverflaten umiddelbart utsettes for miljøet - atmosfære og varme. Hvis speiloverflaten ikke er dekket med en beskyttende film, vil dette umiddelbart føre til en forringelse av de reflekterende egenskapene, og hvis den er belagt med et beskyttende belegg, vil den selv forringe de reflekterende egenskapene til overflaten.
Når vi oppsummerer det ovenfor, bemerker vi at speilbeskyttelse ikke er særlig godt egnet for beskyttelse mot laservåpen. Og hva passer da?
Til en viss grad vil metoden for å "smøre" laserstrålens termiske energi over kroppen ved å sørge for rotasjonsbevegelse av flyet (AC) rundt sin egen lengdeakse. Men denne metoden er bare egnet for ammunisjon og i begrenset grad for ubemannede luftfartøyer (UAV), i mindre grad vil den være effektiv når laser bestråles inn i fronten av skroget.
På noen typer beskyttede objekter, for eksempel på glidebomber, cruisemissiler (CR) eller antitankstyrte missiler (ATGM) som angriper et mål når de flyr ovenfra, kan heller ikke denne metoden brukes. Ikke-roterende, for det meste, er mørtelgruver. Det er vanskelig å samle inn data om alle ikke-roterende fly, men jeg er sikker på at det er mange av dem.
Uansett vil rotasjonen av flyet bare i liten grad redusere effekten av laserstråling på målet, fordivarmen som overføres av den kraftige laserstrålingen til kroppen vil bli overført til de indre strukturene og videre til alle komponentene i flyet.
Bruken av røyk og aerosoler som mottiltak mot laservåpen er også begrenset. Som allerede nevnt i artiklene i serien, er bruk av lasere mot bakkebaserte pansrede kjøretøyer eller skip bare mulig når den brukes mot overvåkingsutstyr, som vi kommer tilbake til senere. Det er urealistisk å brenne skroget til et infanterikjemper / tank eller overflateskip med en laserstråle i overskuelig fremtid.
Selvfølgelig er det umulig å bruke røyk- eller aerosolbeskyttelse mot fly. På grunn av flyets høye hastighet vil røyk eller aerosol alltid blåses tilbake av det møtende lufttrykket, i helikoptre vil de blåses bort av luftstrømmen fra propellen.
Dermed kan beskyttelse mot laservåpen i form av sprøytede røyk og aerosoler være nødvendig bare på lettpansrede kjøretøyer. På den annen side er tanker og andre pansrede kjøretøyer ofte allerede utstyrt med standardsystemer for å sette opp røykskjermer for å forstyrre fangst av fiendtlige våpensystemer, og i dette tilfellet, når de utvikler passende fyllstoffer, kan de også brukes til å motvirke laservåpen.
Når vi går tilbake til beskyttelsen av rekognoseringsutstyr for optisk og termisk avbildning, kan det antas at installasjon av optiske filtre som forhindrer passering av laserstråling med en bestemt bølgelengde, bare vil være egnet i begynnelsen av beskyttelsen mot laveffektlaservåpen, av følgende årsaker:
- i bruk vil det være et stort utvalg lasere fra forskjellige produsenter som opererer med forskjellige bølgelengder;
- et filter designet for å absorbere eller reflektere en bestemt bølgelengde, når det utsettes for kraftig stråling, vil sannsynligvis mislykkes, noe som enten vil føre til at laserstråling treffer de følsomme elementene eller svikt i selve optikken (grumling, bildeforvrengning);
- Noen lasere, spesielt den frie elektronlaseren, kan endre driftsbølgelengden over et stort område.
Beskyttelse av rekognoseringsutstyr for optisk og termisk avbildning kan utføres for bakkeutstyr, skip og luftfartsutstyr, ved å installere høyhastighets beskyttende skjermer. Hvis det oppdages laserstråling, skal beskyttelsesskjermen dekke linsene i brøkdelen av et sekund, men selv dette garanterer ikke fravær av skade på de følsomme elementene. Det er mulig at utbredt bruk av laservåpen over tid vil kreve minst duplisering av rekognoseringsaktiver som opererer i det optiske området.
Hvis det på store bærere er ganske mulig å installere beskyttende skjermer og duplisere midler til rekognosering av optisk og termisk avbildning, så er det mye vanskeligere å gjøre på våpen med høy presisjon, spesielt kompakte. For det første skjerpes kravene til vekt og størrelse for beskyttelse vesentlig, og for det andre kan effekten av laserstråling med høy effekt, selv med lukket lukker, forårsake overoppheting av komponentene i det optiske systemet på grunn av den tette utformingen, noe som vil føre til delvis eller fullstendig avbrudd i driften.
Hvilke metoder kan brukes for effektivt å beskytte utstyr og våpen mot laservåpen? Det er to hovedmåter - ablativ beskyttelse og konstruktiv varmeisolerende beskyttelse.
Ablasjonsbeskyttelse (fra latinsk ablatio - ta bort, overføring av masse) er basert på fjerning av et stoff fra overflaten av det beskyttede objektet med en strøm av varm gass og / eller på omstruktureringen av grenselaget, som sammen vesentlig reduserer varmeoverføring til den beskyttede overflaten. Med andre ord blir den innkommende energien brukt på oppvarming, smelting og fordampning av det beskyttende materialet.
For øyeblikket brukes ablativ beskyttelse aktivt i nedstigningsmoduler for romfartøyer (SC) og i jetmotordyser. De mest brukte er forkullingsplaster basert på fenol, organosilisium og andre syntetiske harpikser som inneholder karbon (inkludert grafitt), silisiumdioksid (silika, kvarts) og nylon som fyllstoffer.
Ablasjonsbeskyttelse er engangs, tung og voluminøs, så det gir ingen mening å bruke den på gjenbrukbare fly (les ikke alle bemannede og de fleste ubemannede fly). Den eneste applikasjonen er på guidede og ustyrte prosjektiler. Og her er hovedspørsmålet hvor tykk beskyttelsen for en laser med effekt, for eksempel 100 kW, 300 kW, etc.
På romfartøyet Apollo varierer tykkelsen på skjermen fra 8 til 44 mm for temperaturer fra flere hundre til flere tusen grader. Et eller annet sted i dette området vil også den nødvendige tykkelsen på ablativ beskyttelse mot kamplasere ligge. Det er lett å forestille seg hvordan det vil påvirke vekt- og størrelsesegenskapene, og følgelig rekkevidden, manøvrerbarheten, stridshodets vekt og andre parametere for ammunisjonen. Ablativ termisk beskyttelse må også tåle overbelastning under oppskytning og manøvrering, i samsvar med normene for vilkårene for ammunisjonslagring.
Uledet ammunisjon er tvilsomt, siden den ujevne ødeleggelsen av ablativ beskyttelse mot laserstråling kan endre den eksterne ballistikken, som følge av at ammunisjonen avviker fra målet. Hvis ablativ beskyttelse allerede brukes et sted, for eksempel i hypersonisk ammunisjon, må du øke tykkelsen.
En annen beskyttelsesmetode er et strukturelt belegg eller utførelse av saken med flere beskyttende lag av ildfaste materialer som er motstandsdyktige mot ytre påvirkninger.
Hvis vi trekker en analogi med romfartøy, kan vi vurdere termisk beskyttelse av det gjenbrukbare romfartøyet "Buran". I områder hvor overflatetemperaturen er 371 - 1260 grader Celsius, ble det påført et belegg bestående av amorf kvartsfiber 99,7% renhet, som et bindemiddel, kolloidalt silisiumdioksid, ble tilsatt. Belegget er laget i form av fliser i to standardstørrelser med en tykkelse på 5 til 64 mm.
Borosilikatglass som inneholder et spesielt pigment (hvitt belegg basert på silisiumoksid og skinnende aluminiumoksyd) påføres på flisens ytre overflate for å oppnå en lav absorpsjonskoeffisient for solstråling og høy emisjon. Ablasjonsbeskyttelse ble brukt på neskeglen og vingespissene på kjøretøyet, der temperaturen overstiger 1260 grader.
Det må huskes på at ved langvarig bruk kan beskyttelsen av fliser mot fuktighet svekkes, noe som vil føre til tap av termisk beskyttelse av egenskapene, derfor kan den ikke brukes direkte som anti-laser-beskyttelse på gjenbrukbare fly.
For øyeblikket utvikles en lovende ablativ termisk beskyttelse med minimal overflateslitasje, som sikrer beskyttelse av fly mot temperaturer opp til 3000 grader.
Et team av forskere fra Royce Institute ved University of Manchester (UK) og Central South University (Kina) har utviklet et nytt materiale med forbedrede egenskaper som tåler temperaturer opp til 3000 ° C uten strukturelle endringer. Dette er et keramisk belegg Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, som er lagt over på en karbon-karbon komposittmatrise. Når det gjelder egenskapene, overgår det nye belegget betydelig den beste høytemperaturkeramikken.
Den kjemiske strukturen til varmebestandig keramikk i seg selv fungerer som en forsvarsmekanisme. Ved en temperatur på 2000 ° C oksiderer materialene Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 og SiC til henholdsvis Zr0.80T0.20O2, B2O3 og SiO2. Zr0.80Ti0.20O2 smelter delvis og danner et relativt tett lag, mens lavsmeltende oksider SiO2 og B2O3 fordamper. Ved en høyere temperatur på 2500 ° C smelter Zr0.80Ti0.20O2 -krystallene sammen til større formasjoner. Ved en temperatur på 3000 ° C dannes et nesten absolutt tett ytre lag, hovedsakelig bestående av Zr0.80Ti0.20O2, zirkoniumtitanat og SiO2.
Verden utvikler også spesielle belegg designet for å beskytte mot laserstråling.
Tilbake i 2014 uttalte en talsmann for People's Liberation Army of China at amerikanske lasere ikke utgjør en spesiell fare for kinesisk militært utstyr dekket med et spesielt beskyttende lag. De eneste spørsmålene som gjenstår er lasere om hvilken kraft dette belegget beskytter, og hvilken tykkelse og masse det har.
Av størst interesse er et belegg utviklet av amerikanske forskere fra National Institute of Standards and Technology og University of Kansas - en aerosolsammensetning basert på en blanding av karbon -nanorør og spesiell keramikk, som effektivt kan absorbere laserlys. Nanorørene i det nye materialet absorberer jevnt lys og overfører varme til nærliggende områder, og senker temperaturen ved kontaktpunktet med laserstrålen. Keramiske skjøter med høy temperatur gir det beskyttende belegget høy mekanisk styrke og motstand mot skader fra høye temperaturer.
Under testing ble et tynt lag med materiale påført overflaten av kobber, og etter tørking fokuserte du på overflaten av materialet en stråle av en langbølget infrarød laser, en laser som ble brukt til å kutte metall og andre harde materialer.
Analyse av de innsamlede dataene viste at belegget vellykket absorberte 97,5 prosent av laserstrålenergien og tålte et energinivå på 15 kW per kvadratcentimeter overflate uten ødeleggelse.
På dette belegget oppstår spørsmålet: i tester ble et beskyttende belegg påført en kobberoverflate, som i seg selv er et av de vanskeligste materialene for laserbehandling, på grunn av dets høye varmeledningsevne er det uklart hvordan et slikt beskyttende belegg vil oppføre seg med andre materialer. Det oppstår også spørsmål om maksimal temperaturmotstand, motstand mot vibrasjoner og sjokkbelastninger, virkningen av atmosfæriske forhold og ultrafiolett stråling (sol). Tidspunktet for bestråling ble ikke angitt.
Et annet interessant poeng: hvis flymotorene også er belagt med et stoff med høy varmeledningsevne, vil hele kroppen bli jevnt oppvarmet fra dem, noe som maksimerer masken av flyet i det termiske spekteret.
Uansett vil egenskapene til aerosolbeskyttelsen ovenfor stå i direkte forhold til størrelsen på det beskyttede objektet. Jo større det beskyttede objektet og dekningsområdet er, desto mer energi kan spres over området og gis i form av varmestråling og avkjøling av den innfallende luftstrømmen. Jo mindre det beskyttede objektet er, desto tykkere må beskyttelsen være. det lille området vil ikke tillate nok varme å bli fjernet og de indre strukturelle elementene blir overopphetet.
Bruken av beskyttelse mot laserstråling, uansett ablativ eller konstruktiv varmeisolerende, kan snu trenden mot en reduksjon i størrelsen på guidet ammunisjon, redusere effekten av både guidet og ikke-guidet ammunisjon betydelig.
Alle lagerflater og kontroller - vinger, stabilisatorer, ror - må være laget av dyre og vanskelige å behandle ildfaste materialer.
Det oppstår et eget spørsmål om beskyttelse av radardeteksjonsutstyr. På det eksperimentelle romfartøyet "BOR-5" ble det radiotransparente varmeskjoldet testet-glassfiber med silisiumfyllstoff, men jeg fant ikke dets varmebeskyttelse og vekt- og størrelsesegenskaper.
Det er ennå ikke klart om en høytemperatur plasmadannelse kan oppstå som følge av bestråling med kraftig laserstråling fra radomen til radarrekognoseringsutstyr, om enn med beskyttelse mot termisk stråling, som forhindrer passering av radiobølger, som følge av som målet kan gå tapt.
For å beskytte saken kan det brukes en kombinasjon av flere beskyttende lag-varmebestandig-lav-varmeledende fra innsiden og reflekterende-varmebestandig-svært varmeledende fra utsiden. Det er også mulig at stealth -materialer vil bli påført på toppen av beskyttelsen mot laserstråling, som ikke vil tåle laserstråling, og må komme seg etter skader fra laservåpen i tilfelle selve flyet overlevde.
Det kan antas at forbedring og utbredt distribusjon av laservåpen vil kreve beskyttelse mot all laser for all tilgjengelig ammunisjon, både guidet og ustyrt, samt bemannede og ubemannede luftfartøyer.
Innføringen av anti-laserbeskyttelse vil uunngåelig føre til en økning i kostnad og vekt og dimensjoner på guidet og ustyrt ammunisjon, samt bemannede og ubemannede luftfartøyer.
Avslutningsvis kan vi nevne en av de utviklede metodene for aktivt å motvirke et laserangrep. California-baserte Adsys Controls utvikler Helios forsvarssystem, som skal slå ned fiendens laserveiledning.
Når han retter fiendens kamplaser mot den beskyttede enheten, bestemmer Helios dens parametere: effekt, bølgelengde, pulsfrekvens, retning og avstand til kilden. Helios forhindrer ytterligere fiendens laserstråle fra å fokusere på et mål, antagelig ved å sikte mot en møtende lavenergilaserstråle, noe som forvirrer fiendens målsystem. De detaljerte egenskapene til Helios -systemet, utviklingsstadiet og dets praktiske ytelse er fremdeles ukjente.
