Rheinmetalls 20 kW laser på Boxer 8x8 presentert på DSEI 2015
Den teknologiske fremskritt har nå nådd en milepæl da kjøretøymonterte laservåpensystemer har blitt en realitet. La oss ta en titt på hvordan disse kampforbedringssystemene utvikler seg
Kjøretøymonterte våpen er et rimelig verktøy for kampforbedring som brukes av både vanlige hærer og uregelmessige "asymmetriske" formasjoner som er involvert i nesten alle konflikter i verden.
Inntil nylig var alternativene for installasjon av våpen på kampbiler begrenset til maskingevær og artillerisystemer av forskjellige former. Situasjonen her begynte imidlertid å endre seg med bruk av lasersystemer eller styrte energisystemer med tilstrekkelig kraft til å brenne ut små fly og ammunisjon i luften.
Plasseringen av store energilagringsenheter for slike systemer har alltid vært et alvorlig problem, men den siste utviklingen har bidratt til reduksjon av lasere til en størrelse som gjør at de kan installeres selv i en stor jeep.
Teknologisk revolusjon
På 1990-tallet så en teknologisk revolusjon innen fiberoptisk kommunikasjon, noe som akselererte utviklingen av høyeffekts solid-state lasere, som et tiår senere fant anvendelser i industriell prosessering som merkevarebygging, skjæring, sveising og smelting.
Disse laserne var ekstremt effektive på nært hold, men det var et spørsmål om tid for industrien å finne en måte å skalere denne teknologien og lage futuristiske våpen som kunne kutte og smelte mål på en avstand på flere hundre eller tusenvis av meter.
Den amerikanske forsvarsgiganten Lockheed Martin gjorde nettopp det. Basert på ny teknologi for halvlederproduksjon, solceller og bilsveising, har selskapet utviklet en militær lasermaskin som er hundrevis av ganger kraftigere enn sine kommersielle forgjenger.
Robert Afzal, seniorforsker ved dette selskapet, sier: “Det skjer en virkelig revolusjon på dette området i dag, forberedt på mange års gigantisk arbeid av forskere. Og vi tror at laserteknologien endelig er klar i den forstand at vi nå er i stand til å lage en laser som er kraftig nok og liten nok til å passe inn i taktiske kjøretøyer.”
“Tidligere lasere var rett og slett for store - de var hele stasjoner. Men med fremkomsten av høyeffektiv fiberlaserteknologi med en stråle av høy kvalitet, har vi endelig den siste brikken i puslespillet som passer til disse maskinene."
Sivil industri brukte lasere i størrelsesorden flere kilowatt, men Afzal bemerket at militære lasere skulle ha en effekt på 10-100 kW.
"Vi har utviklet teknologi som lar oss skalere kraften til fiberlasere, ikke bare ved å bygge en større fiberlaser, men ved å kombinere flere kilowatt-klasser for å oppnå kraften som kreves av militæret."
Han sa at laseren er basert på strålekombinasjon, en prosess som kombinerer flere lasermoduler for å danne en stråle av høy kvalitet som gir mer effektivitet og dødelighet enn noen få individuelle 10kW lasere.
Hvit kollimert stråle
Han beskrev prosessen med å føre en lysstråle gjennom et prisme, brytes inn i mange fargede bekker, forklarte han: “Hvis du har flere laserstråler, hver med en litt annen farge, som kommer inn i dette prismen i nøyaktig riktig vinkel, vil de alle komme ut av dette prismen lagt over og vil danne en såkalt hvit kollimert stråle."
"Dette er egentlig det vi gjør, men i stedet for et prisme bruker vi et annet optisk element kalt diffraksjonsgitter, som utfører samme funksjon. Det vil si at vi bygger lasermoduler med høy effekt, hver med en litt annen bølgelengde, og kombinerer dem deretter, reflekterende fra diffraksjonsgitteret, og ved utgangen får vi en laser med høy effekt."
Afzal sa at en slik løsning faktisk er en bølgelengde divisjon multiplexeringsteknologi fra telekommunikasjonssektoren, kombinert med fiberoptiske lasere med høy effekt fra industriell produksjon.
"Fiberlaseren er den mest effektive og kraftige laseren som noen gang er utviklet," sa han. -Det vil si at vi snakker om en full elektrisk effektivitet på over 30%, som ikke engang var drømt om for 10-15 år siden, da vi hadde en effektivitet på 15-18%. Dette har mye å gjøre med kraft og kjøling, så disse systemene kan nå bli mindre. Laseren skaleres nå ikke ved å bygge en stor laser, men ved å legge til nye moduler."
Den amerikanske hæren rekrutterte nylig Lockheed Martin til å lage et kraftfullt laservåpensystem basert på ATHENA (Advanced Test High Energy Asset) -installasjonen, som kan monteres på et av selskapets lette taktiske kjøretøyer.
Under fjorårets tester slo en 30 kW fiberlaserprototype vellykket ut motoren til en liten pickup, og brente grillen på sekunder fra en kilometer unna. For å simulere virkelige driftsforhold under testen, ble pickupen installert på plattformen mens motoren var i gang og giret innkoblet.
Ny generasjon
I oktober 2015 kunngjorde Lockheed at den hadde startet produksjonen av en ny generasjon modulære lasere med høy effekt, den første med en kapasitet på 60 kW vil bli installert på et taktisk kjøretøy fra den amerikanske hæren.
Afzal sa at hæren ønsker å distribuere en kjøretøymontert laser for luftfartsoppdrag, motvirkning av missiler, artilleriskjell og mørtelammunisjon og UAV. "Vi ser på det taktiske forsvarsnivået i stedet for missilforsvar i strategisk forstand."
I følge Lockheed lar den modulære løsningen strømmen justeres i henhold til behovene til en bestemt oppgave og trussel. Hæren har muligheten til å legge til flere moduler og øke effekten fra 60 kW til 120 kW.
Afzal fortsatte: “Arkitekturen skalerer i henhold til dine krav: vil du ha 30 kW, 50 kW eller 100 kW? Det er som servermoduler i et serverhylle. Vi tror dette er en fleksibel arkitektur - bedre egnet for fullskala produksjon. Den lar deg ha en modul som du kan lage om og om igjen, som lar deg tilpasse systemet til din smak."
“Systemet tilpasser seg hvilket kjøretøy du vil bruke i dag, og det er derfor denne teknologien er så imponerende fordi den vil tillate fleksibiliteten til arkitekturen å tilpasse seg forskjellige kjøretøyer uten å tilpasse det du bestemmer deg for å ha. Dette gjør det mulig å få et system for å gi støtte for både en kampbrigade og en avansert operasjonsbase, for eksempel."
Systemet bruker kommersielle fiberlasere samlet i svært reproduserbare moduler, noe som gjør det svært rimelig. Bruken av flere fiberlasermoduler reduserer også sannsynligheten for mindre funksjonsfeil, samt kostnadene og omfanget av vedlikehold og reparasjon.
På spørsmål om når en kamplaser installert på et taktisk kjøretøy kan vises på slagmarken, foreslo Afzal en omtrentlig tidsramme: “Vi planlegger å levere laseren vår i slutten av 2016. Etterpå vil hæren gjøre jobben sin en stund, og så får vi se."
Attraksjonen til laseren
Det er flere kjennetegn ved taktisk styrte energivåpen som gjør dem veldig attraktive for moderne militære styrker, inkludert de lave kostnadene for "ammunisjon" og deres hastighet, nøyaktighet og brukervennlighet.
"Først og fremst er dette veldig nøyaktige våpen med potensielt svært lav sikkerhet, noe som er viktig," la Afzal til. "Lysets hastighet lar deg øyeblikkelig bestråle et mål, og derfor kan du treffe svært manøvrerbare mål, det vil si at du kan beholde strålen på et mål som kinetisk ammunisjon noen ganger ikke kan håndtere."
Den kanskje viktigste fordelen er den lave kostnaden for et effektivt "skudd".
"På dette tidspunktet vil du ikke bruke dyre og kraftige defensive kinetiske våpen på billige flere trusler," fortsatte Afzal. - Vi anser laservåpen som et tillegg til kinetiske systemer. Vi antar at du vil bruke lasersystemet mot et stort antall lavintensive lavintensitets trusler, og etterlate ditt kinetiske magasin for de angripende komplekse, pansrede, langdistanse truslene."
Afzal foreslår at laservåpenet kan distribueres i kamprommet i det operative kontrollsensornettverket, som vil gi den første målbetegnelsen for det.
Først og fremst må et bestemt system informere om utseendet på en trussel, og deretter bestemmer operatøren av kommandoen og kontrollen hvilket mottiltak som skal brukes, bestemmer målet, kaster en laser på det og låser målet i henhold til radardataene, hvoretter operatøren, som ser målet på skjermen, bestemmer seg for å ta med seg om laseren er i aksjon”.
Mange problemer har samlet seg på dette området siden militæret over hele verden allerede har fantasert om laservåpen for seg selv for flere tiår siden, og spørsmålet er hvorfor vi ikke har dem i dag. Jeg tror hovedårsaken er at vi ikke hadde teknologien til å lage en laservåpenkomponent som var liten nok og kraftig nok til å kunne plasseres på taktiske kjøretøyer.”
Siste etapper
I mellomtiden har Boeing også brukt flere år på å jobbe med en High Energy Laser Mobile Demonstrator (HEL MD) for den amerikanske hæren, som for øyeblikket er i sluttfasen av utviklingen. Montert på et lastebilkabinett, leder en laser en høyeffektstråle mot trusler som hæren sannsynligvis vil håndtere, og fungerer som et avskjæringssystem for ustyrte missiler, artilleriskjell, gruver og UAV. Dette systemet har så langt oppnådd en slik nøyaktighet at det kan ødelegge sensorer på droner, som det ble vist under demonstrasjonen av en 10 kW laser på White Sands Proving Ground i 2013 og igjen på Eglin AFB i 2014.
I henhold til militære spesifikasjoner vil det komplette HEL MD-systemet bestå av en høyeffektiv laser og kraftige delsystemer som skal installeres på et militært kjøretøy. Systemet vil kunne utføre, sammen med andre ødeleggelsesmidler, beskyttelsen av visse soner, det være seg baser, marineanlegg, flybaser og andre strukturer.
Boeing utvikler flere systemer for å integreres i en siste prototype som vil bli installert på en modifisert Heavy Expanded Mobility Tactical Truck (HEMTT).
Disse delsystemene inkluderer en laser; strålekontroll; strømforsyning; varmevekslingsstyringssystem og kampkontrollsystem.
Den amerikanske hærens romfartskommando utvikler HEL MD i etapper. Laser-, strømforsynings- og varmevekslingssystemet vil bli forbedret i løpet av de neste årene med sikte på å øke effekten og teknologisk utvikling av delsystemene.
Etter hvert som teknologien forbedres, vil komponentenes modulære karakter tillate introduksjon av kraftigere lasere, integrert med forbedret målretting og sporing.
Full syklus
I følge Boeing gir HEL MD-stråleføreren "all-sky" -dekning når den roterer 360 ° og er hevet over taket på kjøretøyet for å fange mål over horisonten. Kontinuerlig ødeleggelse av mål forenkles av varmevekslings- og strømforsyningssystemer.
Hele systemet går på diesel; det vil si at alt som trengs for å fylle opp "ammunisjonen" til våpenet er en rask tanking. Litium-ion-batteriene i HEL MD-systemet lades opp av en 60 kW dieselgenerator, så så lenge hæren har drivstoff, kan den fungere på ubestemt tid.
Systemet kontrolleres av bilføreren og anleggsoperatøren ved hjelp av en bærbar datamaskin og en set-top-boks av Xbox-type. Den nåværende demomodellen bruker en laser på 10 kW. Imidlertid vil laseren i nær fremtid bli installert i 50 kW -klassen, og om to år vil effekten øke til 100 kW.
Boeing utviklet tidligere en mindre laserinstallasjon for den amerikanske hæren og installerte den på den pansrede bilen AN / TWQ-1 Avenger, kalt Boeing Laser Avenger. En 1 kW solid-state laser brukes til å bekjempe UAV og nøytralisere improviserte eksplosive enheter (IED). Systemet fungerer slik: det er rettet mot en IED eller ueksplodert ammunisjon på siden av veien med en gradvis økning i kraften til laserstrålen til sprengstoffet brenner ut i prosessen med lav-effekt detonasjon. Under tester i 2009 ødela Laser Avenger -systemet vellykket 50 slike enheter, lik de som ble oppdaget i Irak og Afghanistan. I tillegg ble det gjennomført en annen demonstrasjon av driften av dette systemet, hvor det ødela flere små droner.
Boeing Laser Avenger
Treårsplan
I følge det tyske forsvarsselskapet Rheinmetall, om tre år, vil det tilby sin egen høyeffekt High Energy Laser (HEL), som er installert på bilen, på markedet.
Etter en rekke tester som ble utført i Sveits i 2013, jobbet selskapet med å utvide programvaremulighetene til stråleformingsmodulene og selve laserteknologien, hvoretter det spådde at dets lasersystem for å bekjempe bakkemål, så vel som for bakken luftforsvaret kan allerede være klart. i 2018.
Tre maskiner ble valgt til å fungere som mobile HEL -plattformer. Sammen med det pansrede kjøretøyet Boxer demonstrerte det modifiserte pansrede personellskipet M113 med en 1 kW laser (Mobile HEL Effector Track V) og Tatra 8x8 lastebil med to 10 kW lasere (Mobile HEL Effector Wheel XX) sine egenskaper.
Alle tre laserplattformene
20 kW -laseren installert på det pansrede kjøretøyet GTK Boxer kjennetegnes av HEL -utførelsesmodulen, fordelen ligger i det modulære designprinsippet. Rheinmetall sier at bokseren ennå ikke har hatt en laser med mer enn 20 kW effekt, selv om kombinasjon av flere lasere ved hjelp av strålejusteringsteknologi kan øke den totale effekten. I tillegg kan flere Boxer HEL -enheter kombineres for å lage et system med en effektiv effekt på over 100 kW.
Under demotester som ble utført i 2013, bekreftet mannskapet på Boxer -kjøretøyet mulighetene til HEL -laserinstallasjonen, og deaktiverte det tunge maskingeværet som ble installert på pickupen uten å risikere maskingeværet selv (bilde nedenfor). I tillegg, i samarbeid med Skyguard-radarstasjonen, har installasjonen på en Tatra Mobile Effector Wheel XX-lastebil demonstrert alle stadier av nøytralisering av en helikoptertype UAV.
Nøytraliseringen av heliporter ble utført ved hjelp av SkyGuard -radar, som oppdaget og identifiserte målet. Videre mottok HEL Boxer -installasjonen data fra ham, utførte grov og nøyaktig sporing og fanget deretter målet for ødeleggelse.
Boeings HEL MD -lasersystem er under kontrakt med United States Rocket and Space Defense Command
Havforskning
United States Navy's Research and Development Administration (ONR) tester sin egen kjøretøymonterte solid-state-kamplaser, utpekt til bakkebasert luftforsvar dirigert energi på farten (GBAD OTM). Faktisk er systemet en laser med høy effekt montert på et taktisk kjøretøy og designet for å beskytte ekspedisjonsstyrker mot fiendtlige UAV-er.
Gitt den økende spredningen av ubemannede luftsystemer, antyder US Marine Corps at kampenheter i økende grad vil bli tvunget til å forsvare seg mot motstandere som utfører overvåking og rekognosering fra luften.
GBAD OTM -systemet er designet for installasjon på lette taktiske kjøretøyer som HMMWV og JLTV (Joint Light Tactical Vehicle). I følge ONR er GBAD OTM -programmet rettet mot å skape et alternativ til tradisjonelle systemer som kan holde marinene fra fiendens rekognosering og angripe droner. Komponenter i GBAD OTM -systemet, inkludert laser, strålesikteapparat, batterier, radar, kjøle- og kontrollsystem, utvikles i fellesskap av ONR, Sjøforsvarets Dahlgren Surface Weapons Development Center og flere industriforetak.
Målet med programmet er å kombinere alle disse komponentene til et enkelt kompleks, som vil være lite nok til å installeres på lette taktiske pansrede kjøretøyer, men kraftig nok til å håndtere de tiltenkte truslene.
Bred applikasjon
Under Sea-Air-Space 2015-konferansen i Washington forklarte sjefen for programmer for beskyttelse av tropper ved ONR, Lee Mastroiani, i en samtale med journalister at lasere effektivt kan ødelegge trusler over hele spekteret av luftforsvar, inkludert missiler, artilleriskjell, mørtelammunisjon, UAV, transportmidler og IED. "Men først og fremst er GBAD-systemet designet for å bekjempe små UAV-er som utgjør en trussel for våre kampenheter."
“GBAD OTM-systemet består av tre hovedkomponenter: en 3-akset radarsporingsstasjon som identifiserer en trussel; en kommando- og kontrollenhet som identifiserer og bestemmer hvordan trusselen skal nøytraliseres ved bruk av missiler eller artillerivåpen; og selve plattformen med en laser."
Mastroiani bemerket at når det gjelder GBAD-programmet, er det vekt på utvikling av en laser med høy effekt for ødeleggelse av UAVer installert på et lett kampvogn.
"Det er et betydelig argument for en slik avgjørelse, som er at slike trusler er rimelige, det vil si at bruk av dyre missiler i denne saken ikke passer inn i vår visjon om problemet. Derfor kan du trygt bekjempe billige trusler med et billig våpensystem ved å bruke en laser som koster en krone per puls. Generelt er essensen av programmet å kjempe mot slike mål selv på farten for å støtte kampoperasjonene til Marine Corps."
I følge Mastroiani brukte ONR flere komponenter fra demonstrasjonsinstallasjonen LaWS (Laser Weapon System) som den amerikanske marinen installerte ombord på Ponce -skipet i Persiabukta.
"Vi bruker prinsippet om forutsigbar unngåelse, noen av de viktigste teknologiene og programvaren, men det er også mange andre problemer," la Mastroiani til. - Når det gjelder USS Ponce -skipet, er det god plass og alt annet, mens jeg har mange problemer angående vekt, størrelse og strømforbrukskarakteristika når systemet må installeres på et lett taktisk kjøretøy. Jeg har en bjelkeføringsenhet, strømforsyning, kjølesystemer, veiledning og målbetegnelse, og alt dette skal fungere sammen og uten "plugger", så mange forskjellige problemer må løses i dette separate prosjektet."
I følge ONR ble noen av systemets komponenter brukt i tester for å oppdage og spore droner i forskjellige størrelser, og hele systemet ble testet med en 10kW laser, som er en mellomløsning når du flytter til en 30kW laser. Det er planlagt at feltprøver av 30 kW -systemet vil finne sted i 2016, da programmet vil starte omfattende tester med sikte på å gå fra enkel deteksjon og sporing til avfyring fra lette militære kjøretøyer.
