Na wyciągnięcie ręki Amerykanie są gotowi do wdrożenia ukierunkowanych systemów energetycznych
Po dziesięcioleciach postępów w technologii laserowej Pentagon jest wreszcie na krawędzi wdrożenia. broń skierowana energia. Pozostaje jednak szereg problemów, które utrudniają wdrożenie tej technologii w wojsku.
Kiedy w maju tego roku Departament Obrony USA zdecydował o wysłaniu batalionu Patriotów na Bliski Wschód, aby przeciwdziałać temu, co nazywają zwiększonej groźby ze strony Iranu, rozmieścił personel, który był już zbyt wyczerpany okresowymi rotacjami.
„Jeśli chodzi o siły obrony przeciwrakietowej, my na Bliskim Wschodzie mieliśmy ten problem regularnie na długo przed tym rozmieszczeniem”, powiedział dziennikarzom ówczesny zastępca sekretarza, zauważając, że jednostki Patriot mają mniej niż 1:1 obowiązek. stosunek odpoczynku w maju. Na początku roku ogólny stosunek dyżuru bojowego do odpoczynku wynosił około 1:1,4, podczas gdy dowództwo postawiło sobie za cel osiągnięcie stosunku 1:3.
Podczas gdy armia amerykańska szuka sposobów na zmniejszenie liczby ciągłych zmian dwuzmianowych i zwiększenie poziomu gotowości bojowej, równie palącym pytaniem na porządku dziennym jest to, jak przyszła kombinacja broni kinetycznej i niekinetycznej wpłynie na jej potrzeby bojowe .
powiedział, dodając, że przyszłe duże inwestycje w rozwój ukierunkowanej broni energetycznej mogą zmienić model taktyczny armii.
Pentagon od dziesięcioleci poluje na ukierunkowane technologie energetyczne i często wydawało się, że „ptak był już w klatce”. Wielu w armii amerykańskiej uważa, że sytuacja zmieniła się dziś radykalnie, a ostatnie postępy w tej dziedzinie dają nadzieję siłom zbrojnym tego kraju na szybkie rozmieszczenie prawdziwych systemów uzbrojenia w różnych misjach bojowych.
Chociaż Pentagon wydaje się optymistycznie podchodzić do wdrażania systemów energii ukierunkowanej w najbliższej przyszłości, zwłaszcza laserów dużej mocy, wciąż istnieje wiele nierozwiązanych problemów. Od różnic w zdolnościach taktycznych i strategicznych po kwestie związane ze skalowalnością lub skalowalnością laserów i finansowaniem konkurencyjnych projektów, wojsko ma jeszcze długą drogę do przebycia.
Zmieniające się potrzeby
Od pojawienia się lasera minęło prawie sześć dekad i przez prawie cały ten czas Departament Obrony szukał sposobów na rozwój tej technologii w celu stworzenia broni nowej generacji. Dla sił obrony powietrznej takie systemy obiecują niższy koszt w przeliczeniu na porażkę, a jednocześnie zmniejszenie zużycia amunicji. Na przykład, jeśli Chiny wystrzelą w amerykański okręt dużo tanich pocisków, to teoretycznie do ich namierzenia, a następnie zniszczenia można użyć potężnego lasera.
Dr Robert Afzal, starszy specjalista ds. technologii laserowej w Lockheed Martin, mówi, że dwa czynniki jak dotąd powstrzymywały technologię laserową: początkowe skupienie się Departamentu Obrony na rozwoju broni strategicznej i jej niedorozwój.
W przeszłości wojsko finansowało badania nad ukierunkowaną energią w projektach, takich jak nieistniejący już program laserów powietrznych YAL-1, prowadzony wspólnie przez Siły Powietrzne USA i Agencję Obrony Przeciwrakietowej. W ramach tej inicjatywy na zmodyfikowanym samolocie Boeing 747-400F zainstalowano laser chemiczny do przechwytywania pocisków balistycznych podczas fazy doładowania.
W kwietniu 2019 roku w Brookings Institution w Waszyngtonie odbyła się dyskusja na ten temat. „Mam małe pojęcie o krótko- i średnioterminowych perspektywach dla energii kierunkowej”
– powiedział starszy pracownik naukowy instytutu.
Ówczesny sekretarz armii USA zauważył, że postęp w dziedzinie energii ukierunkowanej był „bardziej zaawansowany, niż można sobie wyobrazić”, a decyzja armii o przywróceniu zwrotnej obrony powietrznej swoim ciężkim jednostkom daje możliwość rozmieszczenia nowej broni laserowej.
Przeszkody technologiczne
Aby stworzyć systemy laserowe dużej mocy zdolne do zestrzeliwania dronów, potrzebne są technologie o najszerszym spektrum. Oprócz platformy bazowej używany jest radar do wykrywania zagrożeń powietrznych i różne czujniki do wykrywania celów. Następnie cel jest śledzony, określany jest punkt celowania, aktywowany jest laser i utrzymuje wiązkę w tym miejscu do momentu, gdy UAV nie spowoduje niedopuszczalnych uszkodzeń.
Przez dziesięciolecia naukowcy opracowujący te lasery byli w stanie przetestować szereg koncepcji, w tym duże inwestycje w broń chemiczną, zanim skupili się na skalowaniu laserów światłowodowych.
- powiedział podczas spotkania z dziennikarzami dyrektor DARPA (Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony).
Na przykład system YAL-1 ABL wykorzystywał wysokoenergetyczny chemiczny laser tlenowo-jodowy i chociaż z powodzeniem przechwycił cel testowy w 2010 r., jego rozwój przerwano po prawie 15 latach finansowania. W tym momencie ówczesny sekretarz obrony Robert Gates publicznie zakwestionował gotowość operacyjną ABL i skrytykował jej skuteczny zasięg.
Jedną z wad laserów chemicznych jest to, że laser przestaje działać po zużyciu chemikaliów. „W tym przypadku masz ograniczony sklep, a celem zawsze było stworzenie lasera zasilanego energią elektryczną. W końcu tak długo, jak masz możliwość generowania energii elektrycznej na swojej platformie, za pomocą generatora pokładowego lub zestawu akumulatorów, twój laser będzie działał” – powiedział Afzal.
W ostatnich latach Departament Obrony zwiększył inwestycje w rozwój elektrycznego lasera światłowodowego, ale napotkał również poważne problemy, zwłaszcza w opracowaniu lasera o zmniejszonej masie, rozmiarze i charakterystyce zużycia energii.
W przeszłości za każdym razem, gdy twórcy próbowali zwiększyć moc lasera światłowodowego do wymaganej w misjach bojowych, budowali lasery o dużych rozmiarach, co powodowało zwłaszcza problemy z nadmiernym wytwarzaniem ciepła. Gdy system laserowy generuje wiązkę, generowane jest również ciepło, a jeśli system nie jest w stanie usunąć go z instalacji, wówczas laser zaczyna się przegrzewać i jakość wiązki pogarsza się, co oznacza, że wiązka nie może skupić się na celu i spada wydajność lasera.
Ponieważ wojsko dąży do zwiększenia mocy laserów elektrycznych, przy jednoczesnym ograniczeniu wzrostu masowo-wymiarowych i energochłonnych charakterystyk systemów, na pierwszy plan wysuwa się współczynnik sprawności; im wyższa sprawność elektryczna, tym mniej energii potrzeba do działania i chłodzenia systemu.
Rzecznik armii amerykańskiej pracujący nad laserami dużej mocy powiedział, że chociaż generatory mogą bez problemu zasilać systemy o mocy 10 kW, problemy zaczynają się, gdy moc lasera jest zwiększona. „Podczas zwiększania mocy lasera bojowego do 50 kW lub więcej, należy już stosować unikalne źródła energii, takie jak baterie i podobne systemy”.
Na przykład, jeśli weźmiemy system laserowy o mocy 100 kW, który ma wydajność około 30%, będzie potrzebował mocy 300 kW. Jeśli jednak platforma, na której jest zainstalowany, generuje tylko 100 kW mocy, użytkownik potrzebuje baterii, aby zniwelować różnicę. Gdy akumulatory są rozładowane, laser przestaje działać, dopóki generator nie naładuje ich ponownie.
— powiedział przedstawiciel firmy Lockheed Martin.
Tymczasem Rolls-Royce LibertyWorks powiedział, że od ponad dekady pracuje nad integracją systemu kontroli mocy i ciepła, który może być używany w systemach laserowych dużej mocy, a ostatnio „dokonał znaczących przełomów technologicznych”.
Rolls-Royce powiedział w oświadczeniu, że te przełomy dotyczą takich obszarów, jak „energia elektryczna, zarządzanie ciepłem, zarządzanie i kontrola temperatury, natychmiastowa dostępność energii i ciągłość biznesowa”. Dodali, że testy systemu u klientów rozpoczną się jeszcze w tym roku, a jeśli zostaną pomyślnie zakończone, możliwe będzie dostarczenie modułowych zintegrowanych rozwiązań do sterowania mocą i odprowadzania ciepła dla programów wojskowych i wojskowych. flota.
Szukasz rozwiązań
Lincoln Lab DARPA i MIT z powodzeniem opracowało laser światłowodowy o dużej mocy i niewielkich rozmiarach, który zademonstrowano w październiku tego roku. Odmówili jednak wyjaśnienia szczegółów tego projektu, w tym poziomu mocy.
Podczas gdy wojsko i firmy odnotowują stały sukces w opracowywaniu laserów wojskowych, Afzal powiedział, że wysiłki Lockheed Martina, aby sprostać niektórym wyzwaniom technologicznym, obejmują „proces łączenia wiązki widmowej, który nieco przypomina okładkę albumu Dark Side of the Moon. zespół Pink Floyd.
„Wiązki laserowe z wielu modułów laserowych, każdy o określonej długości fali, przechodzą przez pryzmatyczną siatkę dyfrakcyjną. Wtedy, jeśli wszystkie długości fal i kąty są poprawne, to nie ma wzajemnej absorpcji, ale wyrównanie długości fal w ścisłej kolejności jedna po drugiej, w wyniku czego moc rośnie proporcjonalnie – wyjaśnił Afzal. „Możesz skalować moc lasera, dodając moduły lub zwiększając moc każdego modułu, nie próbując budować ogromnego lasera. To bardziej przypomina przetwarzanie równoległe niż superkomputer”.
Razem
Wiele uwagi poświęca się potencjałowi laserów dużej mocy, ale wojsko i przemysł USA dostrzegają również potencjał wykorzystania potężnych częstotliwości mikrofalowych do zestrzeliwania rojów dronów lub łączenia ich z laserami.
„Łączenie technologii to prawdopodobnie dobry pomysł” – powiedział dziennikarzom generał Neil Thurgood z Biura Technologii Krytycznych. - Oznacza to, że laserem można trafić wiele obiektów. Ale mogę trafić więcej celów za pomocą dwóch laserów, mogę trafić więcej celów za pomocą laserów i potężnych mikrofal. Prace w tym obszarze już się rozpoczęły.
Don Sullivan, ekspert ds. energii skierowanej w firmie Raytheon, mówił o pracy w tym kierunku. W szczególności powiedział, że Raytheon połączył laser dużej mocy z wielospektralnym systemem celowniczym w pojeździe Polaris MRZR, jednocześnie opracowując system mikrofalowy dużej mocy, który jest montowany w kontenerze transportowym. Raytheon zademonstrował te technologie oddzielnie podczas Armii Maneuver Fires Integrated Experiment (MFIX) w 2017 r., a w 2018 r. współpracowali ze sobą podczas testów przeprowadzonych przez siły powietrzne USA na poligonie White Sands.
Sullivan powiedział, że system laserowy był używany do zestrzeliwania dronów latających na duże odległości, podczas gdy potężne mikrofale były używane do ochrony bliskiego obszaru i zakłócania ataków roju dronów.
w marynarce wojennej
Jeśli chodzi o problemy masy, objętości i zasobów energetycznych, okręty wojenne ze swoimi dużymi rozmiarami mają tu wyraźną przewagę nad platformami lądowymi i powietrznymi, co pozwoliło marynarzom na uruchomienie kilku projektów jednocześnie.
Marynarka Wojenna pracuje nad rodziną systemów laserowych NLFoS (Navy Laser Family of Systems), inicjatywą mającą w niedalekiej przyszłości wdrożyć systemy laserowe o dużej mocy na statkach. Ta inicjatywa marynarki wojennej obejmuje: program Solid-State Laser Technology Maturation (SSL-TM); Wytrzymały laser wysokoenergetyczny RHEL (Ruggedized High Energy Laser) o mocy 150 kW; laser oślepiający optyczny Optical Dazzling Interdictor dla niszczycieli projektu Arleigh Burke; oraz projekt High Energy Laser i Integrated Optical-Dazzler with Surveillance (HELIOS).
Według raportu Congressional Research Service Marynarka Wojenna wdraża również High Energy Laser Counter-Anti-Ship Cruise Missile Program (HELCAP), który zapożycza technologię NLFoS do opracowania zaawansowanej broni laserowej do zwalczania przeciwokrętowych pocisków manewrujących.
Program HELIOS ma na celu wyposażenie bojowników nawodnych i innych platform w trzy systemy: laser o mocy 60 kW; sprzęt do obserwacji dalekiego zasięgu, rozpoznania i gromadzenia informacji oraz urządzenie oślepiające do zwalczania bezzałogowych statków powietrznych. W przeciwieństwie do innych laserów testowanych na okrętach US Navy, które są instalowane na okrętach jako dodatkowe systemy, HELIOS stanie się integralną częścią systemu bojowego okrętu. System uzbrojenia Aegis zapewni kontrolę ognia standardowych pocisków wraz z planowaniem i doborem odpowiedniej broni w zależności od rodzaju celu.
W marcu 2018 r. Lockheed Martin otrzymał kontrakt o wartości 150 mln USD (z opcjami na kolejne 943 mln USD) na opracowanie, produkcję i dostawę dwóch systemów do końca 2020 r. W 2020 roku flota planuje przeprowadzić przegląd projektu HELIOS, aby upewnić się, że spełnia on wymagania.
Raport Służby Kongresowej zauważa, że integracja laserów ze statkami może przynieść wiele korzyści: skrócony czas kontaktu, zdolność do radzenia sobie z aktywnie manewrującymi pociskami, precyzyjne namierzanie i precyzyjna reakcja, od celów ostrzegawczych po odwracalne zagłuszanie ich systemów. Należy jednak zauważyć, że nadal istnieją potencjalne ograniczenia.
Według raportu ograniczenia te obejmują: ostrzał tylko w zasięgu wzroku; problemy z absorpcją, rozpraszaniem i turbulencją atmosfery; rozpraszanie termiczne, gdy laser nagrzewa powietrze, co może rozogniskować wiązkę lasera; trudność w odpieraniu ataków roju, uderzanie w utwardzone cele i elektroniczne systemy tłumienia; oraz ryzyko dodatkowych uszkodzeń statków powietrznych, satelitów i ludzkiego wzroku.
Potencjalne wady wysokowydajnej broni laserowej odnotowane w raporcie nie dotyczą wyłącznie marynarki wojennej, inne gałęzie wojska również borykają się z podobnymi problemami.
Ze swojej strony Marine Corps (MCC) wyjaśnił taktykę, metody i metody bojowego wykorzystania systemu laserowego Boeing CLWS (Compact Laser Weapon System), który jest instalowany w kontenerze transportowym.
Rzecznik Boeinga powiedział, że zamierza zmodernizować system CLWS, zwiększając moc z 2 do 5 kW. Jednocześnie zauważył, że wzrost mocy skróciłby czas potrzebny na zestrzelenie małych dronów. „Marynarka wojenna chce uzyskać bardzo szybki system, który zapewni pożądane możliwości. Są w trakcie testowania wydajności tych systemów i dlatego złożyli nam umowę na modernizację i zwiększenie ich wydajności”.
Chęć inwestowania
Dowództwo armii przez całą pierwszą połowę tego roku zajmowało się definiowaniem aktualnych programów energetyki ukierunkowanej oraz opracowaniem długofalowego planu przejścia projektów z fazy rozwojowej do fazy praktycznego użycia bojowego.
W ramach tej działalności generał Thurgood miał 45 dni na wyjaśnienie i zebranie wszystkich bieżących projektów w jednym rejestrze. Może to spowodować odrzucenie niektórych z nich. „Po utworzeniu Biura Technologii Krytycznych podjąłem szczególny wysiłek, aby znaleźć wszystkie konkurujące projekty ukierunkowanej energii. Wszyscy pracują nad tym, co nazywają energią ukierunkowaną, a ja próbuję zrozumieć, co to naprawdę oznacza i co naprawdę się tam dzieje ”- powiedział Thurgood podczas przesłuchania Komisji Sił Zbrojnych.
Pod koniec maja dowództwo armii zatwierdziło kompleksowy plan zakładający zwiększenie inwestycji i przyspieszenie rozwoju technologii laserowych i mikrofalowych w różnych projektach wojskowych. Podczas konferencji prasowej Thurgood poinformował, że armia podjęła decyzję o przyspieszeniu programu MMHEL (Multi-Mission High Energy Laser), w ramach którego na pojazdach opancerzonych Stryker zostaną zainstalowane lasery o mocy 50 kW w ramach systemu obrony powietrznej krótkiego zasięgu. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, to do końca 2021 r. armia przyjmie cztery pojazdy z systemami laserowymi.
Nie jest jeszcze do końca jasne, które inicjatywy zostaną połączone lub zamknięte, ale Thurgood powiedział, że i tak to się stanie. „Niektórzy pracują, powiedzmy, nad laserem o mocy 150 kW, który docelowo zostanie zainstalowany na ciężarówce, przyczepie lub statku. Nie potrzebujemy własnego programu laserowego o mocy 150 kW, możemy łączyć ze sobą podobne projekty, przyspieszać ten proces i oszczędzać zasoby dla naszego kraju.”
Tymczasem w portfolio armii pozostaje szereg ukierunkowanych inicjatyw energetycznych. Na przykład wojsko wykorzystało laser MEHEL (Mobile Experimental High Energy Laser) w celu przyspieszenia rozwoju zaawansowanych systemów laserowych oraz opracowania taktyki, metod i zasad użycia bojowego związanych z działaniem takich systemów. W ramach projektu MEHEL wojsko zainstalowało na maszynie Stryker i przetestowało lasery o mocy do 10 kW.
W maju 2019 r. grupa kierowana przez Dynetics ogłosiła, że została wybrana do opracowania systemu uzbrojenia o mocy 100 kW i zainstalowania go na ciężarówkach FMTV (rodzina średnich pojazdów taktycznych) w ramach programu demonstracyjnego lasera dużej mocy HEL. Demonstrator Pojazdów Taktycznych). Jest to realizowane w ramach prac armii nad ukierunkowaną bronią energetyczną przeznaczoną do zwalczania pocisków, pocisków artyleryjskich i moździerzy, a także dronów.
W ramach trzyletniego kontraktu o wartości 130 mln USD utworzono trójstronny zespół (armia amerykańska, Lockheed Martin i Rolls-Royce) w celu przygotowania przeglądu projektu, który określi ostateczny projekt lasera, po czym sam system zostanie wyprodukowany i zainstalowany na ciężarówce FMTV 6x6 do testów w terenie na poligonie rakietowym White Sands w 2022 roku.
Trio planuje zwiększyć moc lasera światłowodowego Lockheed Martin, dla którego Rolls-Royce opracowuje sieć energetyczną. Jednak Rolls-Royce odmówił ujawnienia, czy będzie korzystać z nowego zintegrowanego systemu zarządzania energią i zarządzania ciepłem.
W 2018 r. armia ogłosiła, że osobno współpracuje z Lockheed Martin, aby wyposażyć drony w potężną wyrzutnię mikrofal, aby zestrzelić inne drony. W ramach kontraktu o wartości 12,5 miliona dolarów duet opracuje powietrzny system antydronowy. Możliwe ładunki dla UAV obejmowałyby urządzenia wybuchowe, sieci i instalacje mikrofalowe.
Jednak dyrektor Biura DARPA powiedział dziennikarzom, że pomimo postępów w energetyce ukierunkowanej wojsko jest dalekie od integracji tej technologii z samolotami, a zatem statki i pojazdy naziemne prawdopodobnie staną się pierwszymi podstawowymi platformami.
Na niebie
Siły Powietrzne prowadzą również projekty ukierunkowanej energii, w tym te opracowywane w ramach programu SHiELD ATD (Self-Protect High Energy Laser Demonstrator - Advanced Technology Demonstrator), który polega na zainstalowaniu na samolotach małego systemu laserowego o dużej mocy w celu ochrony przed pociskami klasy ziemia-powietrze i powietrze-powietrze.
Na początku tego roku Laboratorium Badawcze Sił Powietrznych ogłosiło, że odniosło tymczasowy sukces, używając naziemnej jednostki testowej do zestrzelenia kilku pocisków. W miarę postępu technologicznego Siły Powietrzne USA planują zmniejszyć i zmniejszyć wagę systemu oraz dostosować go do samolotów.
Większy plan Pentagonu i Agencji Obrony Przeciwrakietowej to retrospektywa Inicjatywy Obrony Strategicznej prezydenta Ronalda Reagana, znanej również jako „Gwiezdne Wojny”, która teoretycznie wzywa do rozmieszczenia systemów broni laserowej w kosmosie.
W styczniu tego roku administracja Trumpa opublikowała długo oczekiwany przegląd obrony przeciwrakietowej, chwaląc pracę Agencji Obrony Przeciwrakietowej w zakresie opracowywania broni o ukierunkowanej energii do przechwytywania pocisków balistycznych na ich trajektorii startowej. Na przykład w 2017 r. Agencja wydała prośbę o informacje na temat dronów na dużych wysokościach i dalekiego zasięgu, które miałyby ładowność umożliwiającą zamontowanie potężnych laserów do niszczenia ICBM na górnym etapie. Zapytanie ofertowe wydane w 2017 roku przewiduje, że dron będzie latał na wysokości co najmniej 19000 2286 metrów, będzie miał ładowność co najmniej 140 kg i dostępną moc od 280 kW do XNUMX kW. Aby stworzyć obiecującą instalację dla takich dronów, Agencja współpracuje z Boeingiem, General Atomics i Lockheed Martin w celu zbadania możliwości wdrożenia technologii laserowej dużej mocy na pokładach UAV.
Rzecznik Boeinga powiedział.
informacja