Światło i półcień na drodze Amerykanów do broni laserowej
Ostatnie testy systemów laserowych dla obrony przeciwlotniczej i przeciwlotniczej dronyopracowywane w wielu projektach wskazują, że ich zastosowanie będzie się rozszerzać dopiero w nadchodzącej dekadzie.
Systemy broni laserowej są dalekie od nowej koncepcji, ale niektóre istotne wyzwania pozostają w ich codziennym rozwoju.
Według Davida Jamesa z Cranfield University (Wielka Brytania), takie systemy można podzielić na dwie szerokie kategorie. Pierwsza obejmuje broń, przeznaczony do niszczenia celowników i innych czujników optycznych, natomiast drugi skupia się na walce z pociskami niekierowanymi i dronami. Systemy z drugiej kategorii zyskują coraz większą uwagę wojska, ponieważ broń laserowa staje się bardziej wydajna, a źródła zasilania zmniejszają się. Jakub zauważył:
„Takie systemy mają szereg zalet. Oferują prawie nieskończoną pojemność amunicji... jeśli system zasilania działa, system laserowy będzie nadal działał. Są stosunkowo łatwe w obsłudze, co oznacza, że proces szkolenia personelu nie jest zbyt skomplikowany.”
Z morza na ląd
Jak zauważył James, w ostatnich dziesięcioleciach wykonano w tej dziedzinie znaczną ilość pracy, zwłaszcza w sektorze morskim, gdzie w wielu programach rozważa się możliwość wykorzystania laserów do zwalczania zagrożeń, takich jak morskie bezzałogowe statki powietrzne lub małe łodzie.
Jako pierwsze pojawiły się systemy okrętowe, które mają łatwy dostęp do zasilania o dużej mocy, a rosnąca wydajność broni laserowej sprawia, że stają się one bardziej dostępne dla sił naziemnych. Najdobitniej pokazuje to projekt US Army polegający na stworzeniu prototypu i rozmieszczeniu pierwszego bojowego systemu laserowego. Systemy o mocy 50 kW zostaną zainstalowane na czterech pojazdach opancerzonych Stryker w 2022 r., aby wspierać mobilne misje obrony powietrznej krótkiego zasięgu oznaczone jako M-SHORAD (Maneuver - Short-Range Air Defense) w celu ochrony zespołów bojowych przed UAV, rakietami niekierowanymi, ostrzałem artyleryjskim i moździerzowym oraz lotnictwo typ helikoptera.
„Nadszedł czas, aby dostarczyć ukierunkowaną broń energetyczną na pole bitwy” – powiedział podczas wręczania nagrody Neil Thurgood, dyrektor Biura ds. Hypersonic, Directed Energy and Space Weapons w armii amerykańskiej. - Wojsko dostrzega potrzebę skierowania laserów energetycznych, co przewiduje plan modernizacji armii. Nie jest to już działalność badawcza ani demonstracyjna. To strategiczna zdolność bojowa i jesteśmy na dobrej drodze, by oddać ją w ręce żołnierzy”.
Lasery mogą odegrać kluczową rolę w konfrontacji z UAV na przyszłym polu bitwy
Jak zauważył James, takie zmiany mogą pomóc wypełnić lukę w potencjalnych zdolnościach bojowych, zwłaszcza w odniesieniu do UAV. Gdy pojawi się duża kwota drony na polu bitwy wojska lądowe muszą być w stanie poradzić sobie z zagrożeniem. Obecnie zadanie to rozwiązuje się strzelając z broni strzeleckiej i karabinów maszynowych z bardzo bliskiej odległości, choć wiadomo, że prowadzenie ognia celnego jest tu bardzo trudne. Alternatywą kinetyczną byłyby pociski ziemia-powietrze. Jednak w przeciwieństwie do pocisków, drony są znacznie tańsze w produkcji i eksploatacji.
„Argumentem ekonomicznym jest to, że nie opłaca się wam używać rakiet przeciwko roju dronów, ponieważ w tym przypadku pociski bardzo szybko się skończą. Musisz zachować swój arsenał pocisków do ważniejszych celów, takich jak samoloty czy helikoptery.
Kolejna zaleta laserów wiąże się z ich szybkością.
„Ponieważ 'amunicja' porusza się z prędkością światła, tak naprawdę, jeśli przyłożysz wiązkę na cel chociaż na chwilę, to trafisz w drona ... nawet jeśli przecina twoją linię wzroku z straszliwą prędkością, po prostu celujesz laserem w platformę wroga - i swój cel.”
Niezależnie od zagrożenia
Craig Robin, szef Biura Projektów Energii Kierowanej Armii USA, zgadza się z tym punktem widzenia, dodając, że systemy broni laserowej są również obojętne na zagrożenia.
„Większość materiałów nie zatrzymuje ciepła, jeśli skierujesz laser na minę lub drona, twoja ekspozycja będzie śmiertelna”.
Wszystko to oczywiście daje korzyści z finansowego punktu widzenia, ale jednocześnie systemy laserowe mogą zmniejszyć objętość logistyki dla wojska.
„Jeśli chodzi o środki kinetyczne, musisz produkować pociski, musisz je konserwować, musisz je zlikwidować. Nie dotyczy to oczywiście systemów uzbrojenia z zasilaniem, to znaczy znacznie zmniejszają obciążenie logistyczne.
Biuro Robina jest częścią RCCTO (Rapid Capabilities and Critical Technologies Office) armii. Pod przywództwem Thurgooda organizacja pracuje nad włączeniem nowych technologii do eksperymentalnych projektów, które mogą dotrzeć do żołnierzy. Energia skierowana jest głównym kierunkiem w tej działalności.
W pracach nad laserem M-SHORAD wykorzystano osiągnięcia poprzedniego projektu MHHEL (Multi-Mission High-Energy Laser), który przewidywał również instalację lasera o mocy 50 kW na maszynie Stryker oraz produkcję jednego prototypu w 2021 roku. Jednak RCCTO zdecydowało się rozszerzyć zakres projektu, dlatego obecnie planuje się wdrożenie czterech laserów. Współpracując z głównym wykonawcą Kord Technologies, Raytheon i Northrop Grumman konkurują w tym projekcie ze swoimi prototypami M-SHORAD.
RCCTO jest również zaangażowane w inne ukierunkowane projekty energetyczne. Główny nacisk kładziony jest na pośrednią ochronę przeciwpożarową, którą zapewni system uzbrojenia zainstalowany na maszynie Stryker. Celem tego projektu, znanego jako Indirect Fire Protection Capability – High-Energy Laser i stanowiącego dalszy rozwój programu demonstracyjnego High-Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator, jest przejście z systemu o mocy 100 kW na laser o mocy 300 kW i dostarczenie go do wojska do 2024 roku.
Armia zainstalowała wcześniej laser o mocy 10 kW na maszynie Stryker w ramach projektu MEHEL (Mobile Experimental High-Energy Laser), który stanowił podstawę prac M-SHORAD.
Decyzja o zwiększeniu mocy broni była oparta na pomyślnych postępach rozwojowych. Jak wyjaśnił Robin: „Jeśli chodzi o dojrzałość technologii, inwestycja z branży pomogła znacznie przyspieszyć cały proces i osiągnąć dobre wyniki”.
światłowody
Scot Schnorrenberg z Kord Technologies powiedział, że nastąpiło odejście od laserów na ciele stałym na rzecz spektralnie połączonych urządzeń światłowodowych, „które są znacznie wydajniejsze i mniejsze”. Dodał, że dużą rolę odgrywa oczywisty postęp w dziedzinie baterii o dużej pojemności, systemów wytwarzania energii i zarządzania temperaturą, pozwalających na instalowanie bardzo potężnych systemów laserowych na stosunkowo niewielkich wozach bojowych.
Kord koncentruje się obecnie na rozwoju technologii poprzez fazę R&D i jej wykorzystaniu w rozwoju prototypu oraz w kolejnych produktach seryjnych. Schnorrenberg przytoczył również logistyczne zalety laserów, zauważając, że „są one również wyposażone w potężne czujniki, które zapewniają dodatkowe możliwości gromadzenia informacji i celowania na polu bitwy”. Uważa, że po wdrożeniu systemów w ramach projektu M-SHORAD i innych programów, zakres laserów powinien się w najbliższych latach poszerzyć.
W niedalekiej przyszłości użytkownicy wojskowi będą musieli opanować zasady bojowego użycia systemów broni laserowej.
„Widać, że lasery szybko ewoluują, przejmują inne platformy i rozszerzają zakres wykonywanych zadań, takich jak niszczenie obiektów wybuchowych, przeciwdziałanie środkom rozpoznawczym, precyzyjne celowanie, skoncentrowana moc promieniowania i szybka transmisja danych. Poszerzający się zakres potencjalnych celów niewątpliwie przyczyni się do zwiększenia zakresu platform bazowych, na których będą instalowane systemy laserowe.”
Evan Hunt, szef laserów dużej mocy w Raytheon, również zauważył możliwość śledzenia celów za pomocą systemów laserowych.
„Jednym naciśnięciem przycisku po zidentyfikowaniu drona jako zagrożenia, możesz go natychmiast sprowadzić, a będzie to tak ulotny proces, że dron zacznie spadać w tym samym czasie, gdy zostanie naciśnięty przycisk. To rewolucyjny sposób trafiania w cele w porównaniu z tradycyjną amunicją, która może chybić i rozsypać się na fragmenty w różnych kierunkach.
„Mówimy o nowym rodzaju technologii, która pozwala na dość niezależne wykrywanie, śledzenie, identyfikację i atakowanie celów w sposób, który może być potencjalnie używany nawet w względnej odległości od obszarów przemysłowych lub mieszkalnych bez powodowania wielkich szkód”.
„Mówimy o nowym rodzaju technologii, która pozwala na dość niezależne wykrywanie, śledzenie, identyfikację i atakowanie celów w sposób, który może być potencjalnie używany nawet w względnej odległości od obszarów przemysłowych lub mieszkalnych bez powodowania wielkich szkód”.
Zestrzelenie drona
Wraz z udziałem w projekcie M-SHORAD, Raytheon zwraca szczególną uwagę na rozwój broni laserowej do zwalczania małych dronów, w szczególności w koncepcji „laserowego buggy” – potężnego lasera w połączeniu z wielospektralnym systemem celowniczym własnej konstrukcji, montowany na pojeździe terenowym Polaris MRZR.
System jest produkowany dla Sił Powietrznych USA, a dostawa trzech platform przewidziana jest na 2020 rok. Pod koniec tego samego roku te trzy mobilne jednostki zostaną rozlokowane za granicą w celu oceny operacyjnej.
Raytheon zestrzelił ponad 100 dronów ze swojego buggy podczas licznych demonstracji sił powietrznych i wojskowych. Siły Powietrzne mogą wykorzystywać system na wiele sposobów, np. parkując samochód na końcu pasa startowego, aby zablokować lub zniszczyć niechciane UAV wlatujące w przestrzeń powietrzną. Polowanie odnotowane:
„Lasery rzeczywiście okazały się najdokładniejszym i najskuteczniejszym sposobem bezpośredniego atakowania dronów. „Magiczna kombinacja” cech pozwala na ciche i niezauważalne wyłączenie kilku dronów jednocześnie w bardzo dokładny i niedrogi sposób, dzięki czemu nie są one tak destrukcyjne jak broń kinetyczna.
Zanim broń laserowa wejdzie do służby w znacznych ilościach, należy rozwiązać szereg pilnych zadań. Robin zauważył, że sam laser jest jednym z trzech ważnych elementów konfiguracji broni, wraz z kontrolerem wiązki, który precyzyjnie kieruje wiązkę na zagrożenie i towarzyszy mu, oraz podsystemem wytwarzania i sterowania energią. Ten ostatni podsystem musi być na tyle zwarty, aby można go było instalować w pojazdach, choć może wykorzystać rozwój przemysłu motoryzacyjnego, w szczególności rozwój systemów akumulatorowych, które przyczyniły się do szybkiego rozwoju pojazdów elektrycznych. „Chcesz jeździć samochodem elektrycznym z tą samą prędkością przez długi czas, co jest bardzo podobne do tego, jak chcesz, aby działał laser” – kontynuował Hunt. „Wymagania dotyczące tej technologii i laserów są podobne, a tutaj nakładają się”.
Według Jamesa ograniczenie wielkości systemów zasilania jest czynnikiem ograniczającym. Oczekuje, że armia amerykańska i jej partnerzy sprostają wyzwaniom związanym z zamontowaniem takiego sprzętu w Strykerze. Ponadto zauważył, że nie wszystkie cele w systemie M-SHORAD są takie same i pojawiają się pytania o to, jaki poziom uszkodzeń będzie potrzebny dla różnych typów platform.
„Jeśli są to tylko drony, na które polujesz, to zawęża to zakres celów pod względem zakresu materiałów, z których są wykonane. Jeśli to bardzo duży dron, warto użyć pocisku ziemia-powietrze”.
Z drugiej strony, według Jamesa, najważniejszym czynnikiem do rozważenia jest zasięg: im dalej chcesz zadawać obrażenia, tym więcej potrzebujesz mocy. Zauważył, że atmosfera jest pełna różnych cząstek, które rozpraszają światło, czyli nigdy nie będzie stuprocentowej transmisji światła. W odległości jednego kilometra atmosfera może być przepuszczalna w 85%, czyli 15% światła nie dotrze do celu. W odległości ponad 5 km straty mogą wynieść 50%, „czyli połowa fotonów po prostu ginie, wiązka lasera traci moc i nie dociera do celu”.
Naucz się walczyć
„Głównym wyzwaniem dla użytkowników wojskowych będzie szkolenie w zakresie zwalczania rozszerzającego się zestawu celów”, powiedział Chris Fry, dyrektor działu systemów obrony przeciwlotniczej w Northrop Grumman, chociaż zauważył, że odchodzą od eksperymentalnych demonstracji technologicznych. i dążenie do realnej operacji żołnierza, która „pozwala na adopcję, adaptację i doskonalenie technologii”. Oprócz projektu M-SHORAD, Northrop Grumman współpracował z armią amerykańską nad wieloma innymi programami ukierunkowanej energii, a także z Biurem Badań i Rozwoju Marynarki Wojennej, DARPA, Laboratorium Sił Powietrznych i innymi klientami.
Opracowanie i wdrożenie prototypu M-SHORAD dla armii amerykańskiej opiera się na pracach projektu MMHEL.
„Koncentrujemy się na budowaniu złożonych systemów bazowych” – dodał Fry. „Nie chodzi tylko o laser, ale o cały system: radar, system dowodzenia i kontroli, sieć, platformę, wytwarzanie energii i sterowanie. Maksymalizacja wydajności wszystkich tych komponentów i ich współpracy jest ważna dla maksymalizacji potencjału systemu”.
Northrop Grumman powiedział, że chociaż wielkość systemów i zużycie energii zostały znacznie zmniejszone w ciągu ostatniej dekady, spodziewają się, że proces ten przyspieszy w nadchodzących latach. Również zdolność systemów laserowych do śledzenia zagrożeń i „utrzymywania fotonów na celu tak długo, jak jest to konieczne do uzyskania pożądanego efektu” również znacznie wzrosła.
kreacja
Schnorrenberg powiedział, że obecnie największym wyzwaniem są ograniczenia produkcji. Ze względu na ograniczoną liczbę opracowanych do tej pory systemów laserowych baza produkcyjna jest słabo rozwinięta, co oznacza, że kluczowe komponenty nadal muszą być opracowywane na potrzeby scenariuszy produkcji wielkoseryjnej.
„Rząd USA inwestuje w rozwój bazy produkcyjnej, aby rozwiązać ten problem” – dodał. „Ostatecznie przemysł dostarczy siłowniki do opracowania tej bazy”.
Jest to klucz do wyznaczania celów przez armię USA dla programu M-SHORAD. W ogłoszeniu o kontrakcie zauważono, że wybór Northrop Grummana i Raytheona „będzie promować konkurencję i stymulować przemysłowe podstawy do tworzenia ukierunkowanych systemów energetycznych”.
James ma nadzieję, że w nadchodzących latach laser na swój sposób rozwinie się jako broń wojskowa. Choć wątpi, by lasery działały jako całkowicie oddzielne systemy, wierzy, że z pewnością staną się znaczącym dodatkiem do innych rodzajów broni. Jest mało prawdopodobne, aby na przykład systemy obrony powietrznej składały się z samych laserów, ale staną się częścią większego systemu, który będzie zawierał pociski. Ponadto, aby walczyć z celami na bardzo krótkich dystansach, wojsko prawdopodobnie będzie chciało opuścić pojedynczego żołnierza.
„Być może lasery na zawsze będą częścią systemu podstawowego”.
„Aby uczynić lasery naprawdę skutecznymi i bardziej użytecznymi dla armii amerykańskiej, ich koszt musi spaść” – powiedział Robin. Jednak każda technologia, która wyłania się z niszowego rynku, z czasem staje się bardziej widoczna.
„Ponieważ liczba prototypów i demonstracji stale rośnie, nie tylko w wojsku, ale także w innych typach samolotów, wkrótce zobaczymy ekspansję tego rynku i spadek kosztów systemów broni laserowej”.
informacja