Den amerikanske marinens LaWS -program utforsket muligheten for å bruke billig fiberlaserteknologi som grunnlag for laservåpen som kan integreres i eksisterende Phalanx -installasjoner.
For første gang er den amerikanske marinen fullt forberedt på å demonstrere driften av laser med høyenergivåpen, og kunngjorde nylig planer om å lansere en prototype elektromagnetisk jernbanepistol til sjøs. Tenk på fremdriften i neste generasjon pulsvåpen
I flere tiår har den amerikanske marinen bare snakket om distribusjon av lasere, pulserende energisystemer og elektriske våpen på skip. En rekke svært attraktive teoretiske fordeler - nesten ubegrensede butikker, billig ammunisjon og rask innvirkning og mer - bidro til betydelige investeringer fra forsvarsvitenskap og teknologisamfunn i skapelsen, utviklingen og demonstrasjonen av relevant teknologi den gangen. Denne prosessen har resultert i en flom av publikasjoner og patenter, flere prototyper og en rekke berømte verdensrekorder.
Fra et teknisk synspunkt viste det seg imidlertid å være for vanskelig å konstruere og produsere slike våpen. Teknologien og de tekniske midlene passet ikke alltid godt inn i den forventede tidsrammen, og noen i utgangspunktet lovende løsninger viste seg å være upraktiske eller ikke fungere; fysikkens lover kom noen ganger i veien for fremgang.
Likevel opprettholdt marinen troen på grunnleggende vitenskap, og den forsiktige tildelingen av FoU -ressurser for å redusere risiko og utvikle viktige avanserte teknologier har nylig begynt å betale utbytte. Faktisk er marinen for øyeblikket på tide med å distribuere sin første operative høyenergilaser (HEL); det er også planlagt å lansere en prototype av en elektromagnetisk jernbanepistol i sjøen i 2016.
Naval Research Chief Rear Admiral Matthew Klunder beskriver dette høykapasitetsvåpenet som "fremtiden for marinekamp", og legger til at marinen "er i forkant med denne unike teknologien."
Det er imidlertid verdt å minne om at styrte energivåpen som lasere med høy effekt og mikrobølger med høy effekt har blitt studert i over fire tiår. For eksempel åpnet Marinen en avdeling under HEL -programmet tilbake i 1971 og begynte utvikling, produksjon og testing av en militær demonstrasjonsmodell av et kraftig (omtrent en megawatt) HEL på deuteriumfluorid.
Den siste historien om utviklingen av styrte energivåpen for den amerikanske marinen begynte virkelig med reetablering av programkontoret (PMS 405) i juli 2004 for de retningsbestemte energisystemene og elektriske våpnene til Naval Systems Command. Dette trekket tjente som en ny drivkraft for vitenskapelig og teknisk utvikling, som ble utsatt i omtrent et tiår i en eske merket "eksotisk". Det er ikke det at forskning har blitt satt på vent, snarere har teknologien ikke hatt en klar vei til suksess.
I løpet av det siste tiåret har PMS 405 tjent som et knutepunkt for overføring av elektrisk og styrt energivåpenteknologi fra laboratorier til marinen. I denne rollen koordinerte han FoU mellom marine forskningssentre, offentlige laboratorier og industri.
Det er også verdt å merke seg her bidraget fra ONR (Office of Naval Research) og Naval Surface Warfare Establishment Dahlgren Division (NSWCDD), Naval Surface Warfare Development Center i Dahlgren. ONR har overvåket innovasjon innen laser- og jernbanepistolteknologi med høy effekt, mens NSWCDD ble grunnlagt som et "senter for fortreffelighet" for forskning, utvikling, retningsbestemt energisimulering. Innenfor Directed Energy Research Office flytter Directed Energy Warfare Office (DEWO) HEL -teknologi fra vitenskaps- og teknologirommet til marinens frontlinje.
Sjarmen til laseren
I det abstrakte gir våpensystemer med en kraftig HEL -laser mange fordeler i forhold til tradisjonelle kanoner og guidet ammunisjon: levering av et slag med lysets hastighet og en kort målbestrålingstid; skalerbar påvirkning (alt fra dødelig til ikke-dødelig); siktlinje nøyaktighet; høy presisjon veiledning; superrask gjenerverv av målet; et stort og fornybart magasin uten farer og logistiske byrder forbundet med standard eksplosiv ammunisjon.
Men fremfor alt hadde utsiktene til en veldig lav kostnad per skudd - ifølge ONRs beregninger, betydelig mindre enn en dollar per skudd - en fascinerende effekt på kommandoen til den amerikanske marinen, som leter etter måter å fortsette finansieringen.
På samme tid, til tross for at de veldig ofte snakker om de positive egenskapene til HEL -systemer, har de komplekse oppgavene med å fullføre laservåpenene som er satt ut på skip, hjemsøkt fysikere og ingeniører i lang tid. Å fokusere makt på et mål er en av hovedutfordringene. Et laservåpen må være i stand til å fokusere en høyenergistråle på et lite og klart definert siktepunkt på et mål for å levere innvirkning. Gitt de mange typer potensielle mål, kan imidlertid den nødvendige energimengden og rekkevidden som ødeleggelse garanteres, variere betydelig.
Strøm er ikke det eneste problemet. Termisk spredning kan oppstå når en laserstråle som sendes ut over en lengre periode langs samme siktlinje varmer luften den passerer gjennom, noe som får strålen til å spre seg og defokusere. Målretting blir også vanskeligere av de komplekse og dynamiske egenskapene til det omkringliggende havmiljøet.
Deretter må du vurdere ulike spørsmål om integrasjon med plattformen. Store prototypenheter har en stor formfaktor, og hyller-systemer krever betydelige nedbemanning for å integreres med mindre plattformer. Integreringen av HEL -våpen i krigsskip stiller også nye krav til bærerplattformen når det gjelder kraftproduksjon, energidistribusjon, kjøling og varmespredning.
ONR identifiserte Free Electron Laser (FEL) på midten av 2000-tallet som den beste langsiktige løsningen for skipets HEL-våpensystem. Dette er fordi bølgelengden til FEL -strålen kan finjusteres til de rådende miljøforholdene for å oppnå den beste "atmosfæriske permeabiliteten".
I denne forbindelse, under ledelse av ONR, ble programmet Innovative Naval Prototype (INP) lansert med sikte på å utvikle en 100 kW klasse FEL-demonstrator med en driftsbølgelengde i området 1,0-2,2 mikron. Boeing og Raytheon ble tildelt parallelle årlige fase IA -kontrakter i april 2009 for foreløpig design, og Boeing ble valgt til å fortsette fase IB i september 2010, hvoretter prosjektet ble videreført til designkritisk gjennomgangsfase.
Etter å ha fullført en kritisk gjennomgang av FEL -kraftverket, satte Boeing seg for å bygge og teste den neste 100 kW FEL -demoen, designet for å operere ved tre forskjellige bølgelengder. ONR skrotet imidlertid INP i 2011 for å kanalisere nåværende ressurser til utvikling av en solid state laser (SSL). Arbeidet med FEL er for tiden fokusert på å fortsette arbeidet med å redusere risikoen knyttet til dette systemet.
LaWS, utpekt AN / SEQ-3, vil bli distribuert til US Navy's Ponce i løpet av de neste månedene som et "hurtigresponsbil". LaWS -styringsenhet vil bli installert over broen til Ponce -skipet
Denne omdirigering av ressurser er en konsekvens av den større modenheten til SSL -teknologi og utsiktene til raskere utplassering av rimelige HEL -våpen i den amerikanske marinen. ONR og PMS 405 anerkjente denne utviklingsveien for neste periode tilbake på midten av slutten av 2000-tallet.
I følge kontreadmiral Klander er SSL -programmet "blant våre høyest prioriterte vitenskaps- og teknologiprogrammer." Han la til at disse nye mulighetene er spesielt overbevisende fordi de tilbyr "en rimelig løsning på det kostbare problemet med å beskytte mot asymmetriske trusler. Våre motstandere dukker kanskje ikke opp med å vite at vi kan sikte en laser mot et mål for mindre enn en dollar per skudd.”
De siste seks årene har det vært vekt på utvikling av solid state -teknologi, noe som fremgår av utviklingen og demonstrasjonene på dette området. Et eksempel er Maritime Laser Demonstration (MLD). I april 2011 installerte Northrop Grumman en prototype SSL -laser på et testfartøy, som slo ut et lite målfartøy med strålen. Peter Morrison, HEL -programleder ved ONR, sa at det var "første gang en HEL med slike kraftnivåer er installert på et krigsskip, drevet av det skipet, og distribuert på et fjernt mål i sjøen."
MLD -demonstrasjonen var kulminasjonen på to og et halvt års design, utvikling, integrering og testing. På MLD -prosjektet, sammen med industrien, High Energy Technology Division og Navy Laboratories ved Dahlgren, China Lake, Port Huenem og Point Mugu; dette prosjektet belyser også utviklingen hentet fra det generelle høyeffekts solid-state laserprogrammet.
I mars 2007 begynte arbeidet med et prototype laservåpensystem Laser Weapon System (LaWS), tenkt som et tillegg til det eksisterende 20 mm korte avstand Mk 15 Phalanx (CIWS) komplekset. LaWS vil dra nytte av kommersiell glassfiberlasersteknologi for å tilby en ekstra våpentype for å engasjere en delmengde av rimelige "asymmetriske" mål, for eksempel små UAVer og raske kampbåter.
LaWS -programmet administreres av PMS 405 i samarbeid med Integrated Combat Systems Program Execution Office, DEWO Dahlgren og Raytheon Missile Systems (originalprodusent av Phalanx). Programmet ser for seg å sette billig glassfiberlaserteknologi i hjertet av et laservåpen som potensielt kan integreres i en eksisterende Phalanx-installasjon. Dette kravet for integrering av laseren med den eksisterende installasjonen bestemmer dens masse opp til 1200-1500 kg. Det ville også være ønskelig at denne ekstra bevæpningen ikke påvirker installasjonens drift, asimut- og høydevinklene, maksimal overføringshastighet eller akselerasjon.
Kraftgrenser
Gitt disse begrensningene har kommersiell fiberlaserteknologi på hyllen blitt identifisert som den mest lovende løsningen. Selv om denne SSL-teknologien har noen strømbegrensninger (de blir gradvis fjernet etter hvert som teknologien forbedres), har bruken av fiberoptiske lasere gjort det mulig å redusere kostnadene for ikke bare teknologien til våpeninstallasjoner, men også modifikasjonen av system på eksisterende installasjoner.
Etter en innledende periode med analyse, truseldødelighetsvurderinger, kritiske komponentanmeldelser og avveininger, fullførte LaWS -teamet designet og implementeringen av prototypesystemet. For å oppnå tilstrekkelig kraft og følgelig dødelighet på en viss avstand, krever denne typen teknologi bruk av en ny bjelkekombinator, som kan kombinere seks separate 5,4 kW glassfiberlasere i ledig plass for å oppnå en høyere strålingsintensitet på målet.
For å redusere kostnadene for dette programmet, ble mye utstyr samlet inn, tidligere utviklet og kjøpt for andre forskningsoppgaver. Dette inkluderer L-3 Brashear KINETO K433 sporingsstøtte, et 500 mm teleskop og høyytelses infrarøde sensorer. Noen av komponentene ble kjøpt på hyllen, for eksempel fiberlaserne selv.
I mars 2009 ødela et LaWS -system (med en fiberlaser) mørtel på White Sands -området. I juni 2009 ble de testet ved Center for Naval Aviation Combat Systems, hvor prototypen sporet, fanget og ødela fem UAV -er som utførte "trusselrollen" under flukt.
Den neste serien med fullskala tester fant sted på åpent hav i mai 2010, der LaWS-systemet med hell ødela fire UAV-mål i "nær kamp" -scenarier på omtrent en nautisk mil i fire forsøk. Denne hendelsen ble kalt signifikant i ONR - den første ødeleggelsen av mål med en full syklus fra veiledning til et skudd i et overflatemiljø.
Imidlertid ble tilliten til den amerikanske marinen i deres ønske om å gå videre med en akselerert utviklingsplan gitt av sjøforsøk på missil destroyer DDG-51 USS Dewey (DDG 105) i juli 2012. Under tester på ødeleggeren Dewey traff LaWS -systemet (midlertidig installert på flydekket til skipet) tre UAV -mål, og satte rekord for å fange mål 12 av 12.
Planer om å installere LaWS, utpekt AN / SEQ-3 (XN-1), ombord på USS Ponce som fungerer som en flytende fremoverbase (mellom) i Persiabukta, ble kunngjort av sjefen for sjøoperasjoner, admiral Jonathan Greenert i april 2013. årets. AN / SEQ-3 blir distribuert som en "hurtig responsskapasitet" som vil gjøre det mulig for den amerikanske marinen å vurdere teknologi i operasjonsrom. Eksperimentet ledes av Naval Operations Research Directorate i samarbeid med Central Command of the Navy / Fifth Fleet.
Adressere delegater til Surface Fleet Association Symposium i januar 2014? Kontreadmiral Klunder sa at det var "den første operative utplasseringen av styrte energivåpen i verden." Han la til at den siste monteringen av LaWS ble utført på NSWCDD -senteret, på Dahlgren -teststedet, tester av hele systemet ble fullført før de ble sendt til Persiabukta for installasjon på Ponce -skipet. Offshore -tester er planlagt i tredje kvartal 2014.
LaWS vil bli installert på dekk på toppen av Ponce Bridge. "Systemet vil være fullt integrert med skipet når det gjelder kjøling, elektrisk og kraft," sa Klander. Det vil også være fullt integrert med skipets kampsystem og Phalanx CIWS kortdistansesystem."
NSWCDD oppgraderte systemet og demonstrerte Phalanx CIWSs evne til å spore og overføre mål til LaWS -systemet for videre sporing og målretting. Ombord på Ponce vil sjefen for rakett- og artilleri -sprenghodet arbeide på LaWS -kontrollpanelet.
Dataene som samles inn under den maritime demonstrasjonen, går til ONRs SSL TM (SSL Technology Maturation) -program. Hovedmålet med SSL TM -programmet, som ble lansert i 2012, er å tilpasse terskler og mål for vitenskaps- og teknologiprogrammet til fremtidige behov for forskning, utvikling og innkjøp.
I følge ONR består SSL TM -programmet av "flere demonstrasjonshendelser med prototypesystemer i et konkurransedyktig rom."Tre bransjegrupper ble valgt til å utvikle SSL TM -prosjekter, ledet av Northrop Grumman, BAE Systems og Raytheon; analysen av designutkast skal etter planen være ferdig innen utgangen av andre kvartal 2014. ONR bestemmer neste år hvilke som er egnet for en marin demonstrasjon.
Jernbanepistol i sjøen
Sammen med laseren vurderer den amerikanske marinen den elektromagnetiske skinnekanonen som et annet transformasjonsvåpensystem som tillater levering av ultrahøyhastighetsprosjektiler på utvidede områder med svært høy nøyaktighet. Flåten planlegger å få en innledende rekkevidde på 50-100 nautiske mil, og øke den over tid til 220 nautiske mil.
Elektromagnetiske kanoner overvinner begrensningene til tradisjonelle kanoner (som bruker kjemiske pyrotekniske forbindelser for å akselerere prosjektilet langs hele tønnens lengde) og tilbyr utvidede områder, korte flytider og høyenergimålsdødelighet. Ved å bruke passasjen til en meget høy spenning elektrisk strøm, opprettes kraftige elektromagnetiske krefter, for eksempel teoretisk sett kan en marin elektromagnetisk kanon skyte prosjektiler med en hastighet på mer enn Mach 7. Prosjektilet vil veldig raskt nå en ikke-atmosfærisk bane (flyging uten aerodynamisk drag), og komme inn i atmosfæren igjen for å treffe målet med en hastighet som overstiger 5 Mach-tall.
Programmet for prototypeskipets elektromagnetiske pistol ble lansert av ONR i 2005 som hovedkomponenten i vitenskapelig og teknologisk arbeid, innenfor rammen av det er det nødvendig å forfine teknologien til jernbanepistoler for å sette et helt ferdig system i bruk med flåten rundt 2030-2035.
I fase 1 -fasen av INP -innovasjonsprosjektet ble det lagt vekt på å utvikle bærerakettteknologi med en passende levetid, utvikle pulset effektteknologi og redusere risikoen for prosjektilkomponenter. BAE Systems og General Atomics har levert prototyper av sine skinnevåpen til NSWCDD for testing og evaluering.
Under fase 1 -fasen av Sjøforsvarets FoU -program for elektromagnetisk kanon, er det lagt vekt på å utvikle en bærerakett med tilstrekkelig levetid, utvikle pålitelig pulserende kraft og redusere risikoen for prosjektilet. BAE Systems and General Atomics leverer prototype jernbanepistoler til våpenutviklingssenter for test og evaluering
I fase 1 ble målet om å demonstrere det eksperimentelle oppsettet oppnådd, i desember 2010 ble en innledende energi på 32 MJ oppnådd; et lovende våpensystem med dette energinivået vil kunne skyte et prosjektil med en rekkevidde på 100 nautiske mil.
BAE Systems mottok en kontrakt på 34,5 millioner dollar fra ONR for å fullføre fase 2 av INP i midten av 2013, og ble valgt først, og etterlot det rivaliserende General Atomics-teamet. I fase 2 -fasen vil teknologier bli ferdigstilt til et nivå som er tilstrekkelig for overgangen til utviklingsprogrammet. Lanseringsprogrammet og pulsstyrken vil bli forbedret, slik at overgangen fra enkeltskudd til flerskuddsmuligheter kan gjøres. Termiske reguleringsteknikker vil også bli utviklet for bæreraketten og det pulserende kraftsystemet, som er nødvendige for langvarig avfyring. De første prototypene vil bli levert i løpet av 2014; utviklingen utføres av BAE Systems i samarbeid med IAP Research og SAIC.
På slutten av 2013 tildelte ONR BAE Systems en egen kontrakt til en verdi av 33,6 millioner dollar for utvikling og demonstrasjon av Hyper Velocity Projectile (HVP) hypersonisk prosjektil. HVP beskrives som neste generasjons guidede prosjektil. Det vil være et modulært prosjektil med lav aerodynamisk motstand, kompatibel med en elektromagnetisk kanon, samt eksisterende 127 mm og 155 mm kanonsystemer.
Den første fasen av HVP-kontrakten ble fullført i midten av 2014; målet deres var å utvikle en konseptuell design- og utviklingsplan for å demonstrere fullt kontrollert flytur. Utviklingen vil bli utført av BAE Systems i samarbeid med UTC Aerospace Systems og CAES.
Kostnaden for et HVP -prosjektil som veier 10,4 kg for en elektromagnetisk kanon er estimert til omtrent 25 000 dollar stykket; ifølge admiral Klander, "koster prosjektilet omtrent 1/100 av kostnaden for det eksisterende missilsystemet."
I april 2014 bekreftet marinen sine planer om å demonstrere jernbanepistolen ombord på høyhastighetsskipet Millinocket i 2016.
Ifølge kontreadmiral Bryant Fuller, sjefingeniør for NAVSEA Naval Systems Command, vil denne demonstrasjonen til sjøs inneholde en 20 MJ jernbanepistol (fase 1 INP -valg vil bli gjort mellom prototyper produsert av BAE Systems og General Atomics)..
"Ved sjøoverflatevåpenesenteret i Dahlgren har vi avfyrt hundrevis av skjell fra en kystinstallasjon," sa han. "Teknologien er moden nok på dette nivået, så vi vil ta den ut på sjøen, sette den på et skip, gjennomføre fullverdige tester, skyte en rekke skjell og studere den fra erfaringene som er gjort."
"Siden jernbanepistolen ikke vil bli integrert med Millinocket -skipet for demonstrasjonen i 2016, vil dette skipet ikke gjennomgå en utvidet modifikasjon for å gi disse mulighetene," sa kontreadmiral Fuller.
Hele den elektromagnetiske skinnepistolen består av fem deler: en akselerator, et energilagrings- og lagringssystem, en pulsformer, et høyhastighetsprosjektil og et roterende pistolfeste.
For demonstrasjonen vil pistolfestet og forsterkeren bli installert på flydekket til Millinocket -skipet, mens magasinet, ammunisjonshåndteringssystemet og energilagringssystemet som består av flere store batterier vil være plassert under dekk, mest sannsynlig i containere i lasten rom.
Den amerikanske marinen har til hensikt å gå tilbake til sjøen i 2018 med sikte på å skyte utbrudd av elektromagnetiske kanoner fra skipet. Full integrasjon med skipet kan utføres samme 2018.
Som en del av en egen utvikling testet US Navy forskningslaboratorium tidlig i 2014 en ny skinnekanon med liten kaliber (en tomme i diameter). Det første skuddet ble avfyrt 7. mars 2014. Denne lille jernbanepistolen er utviklet med støtte fra ONR, og er et eksperimentelt system som bruker avansert batteriteknologi til å skyte flere lanseringer per minutt fra en mobil plattform.
Den amerikanske marinen planlegger å vise driften av jernbanepistolen til sjøs under tester på Millinocket (JHSV 3) i 2016.
