Predtým sme skúmali, ako sa vyvíjajú laserové technológie, aké laserové zbrane je možné vytvoriť na použitie v záujme leteckých síl, pozemných síl a protivzdušnej obrany a námorníctva.
Teraz musíme pochopiť, či sa tomu dá brániť a ako. Často sa hovorí, že stačí raketu pokryť zrkadlovým povlakom alebo vyleštiť projektil, ale bohužiaľ, všetko nie je také jednoduché.
Typické zrkadlo potiahnuté hliníkom odráža asi 95% dopadajúceho žiarenia a jeho účinnosť veľmi závisí od vlnovej dĺžky.
Najvyššiu odrazivosť má zo všetkých materiálov uvedených v grafe hliník, ktorý v žiadnom prípade nie je žiaruvzdorný materiál. Ak sa zrkadlo pri pôsobení nízkoenergetického žiarenia mierne zahreje, potom pri dopade silného žiarenia sa materiál zrkadlového povlaku rýchlo stane nepoužiteľným, čo povedie k zhoršeniu jeho reflexných vlastností a ďalšiemu lavínovému zahrievaniu a zničenie.
Pri vlnovej dĺžke menšej ako 200 nm účinnosť zrkadiel prudko klesá; proti ultrafialovému alebo röntgenovému žiareniu (voľný elektrónový laser) takáto ochrana nebude vôbec fungovať.
Existujú experimentálne umelé materiály so 100% odrazivosťou, ktoré však fungujú iba na určitú vlnovú dĺžku. Zrkadlá môžu byť tiež pokryté špeciálnymi viacvrstvovými nátermi, ktoré zvyšujú ich odrazivosť až o 99,999%. Táto metóda však funguje aj pre iba jednu vlnovú dĺžku a dopadá pod určitým uhlom.
Nezabudnite, že prevádzkové podmienky zbraní sú ďaleko od laboratórnych, t.j. zrkadlová raketa alebo projektil bude potrebné uložiť do nádoby naplnenej inertným plynom. Najmenší opar alebo šmuha, ako napríklad odtlačky rúk, okamžite zhorší odrazivosť zrkadla.
Opustenie nádoby okamžite vystaví zrkadlový povrch prostrediu - atmosfére a teplu. Ak nie je povrch zrkadla pokrytý ochranným filmom, potom to okamžite povedie k zhoršeniu jeho reflexných vlastností a ak je potiahnuté ochranným povlakom, samotné to zhorší reflexné vlastnosti povrchu.
Zhrnutím vyššie uvedeného konštatujeme, že zrkadlová ochrana nie je príliš vhodná na ochranu pred laserovými zbraňami. A čo potom pasuje?
Do určitej miery pomôže metóda „namazania“tepelnej energie laserového lúča na telo poskytnutím rotačného pohybu lietadla (AC) okolo vlastnej pozdĺžnej osi. Táto metóda je však vhodná iba pre strelivo a v obmedzenej miere pre bezpilotné prostriedky (UAV), v menšej miere bude účinná, keď sa laserom ožaruje predná časť trupu.
Na niektorých typoch chránených predmetov, napríklad na kĺzavých bombách, riadených strelách (CR) alebo protitankových riadených raketách (ATGM) útočiacich na cieľ pri lete zhora, nemožno túto metódu použiť. Nerotačné, väčšinou sú mínometné bane. Je ťažké zbierať údaje o všetkých nerotujúcich lietadlách, ale som si istý, že ich je veľa.
V každom prípade rotácia lietadla len mierne zníži vplyv laserového žiarenia na cieľ, pretožeteplo prenášané silným laserovým žiarením do tela bude prenášané do vnútorných štruktúr a ďalej do všetkých súčastí lietadla.
Obmedzené je aj používanie výparov a aerosólov ako protiopatrenia proti laserovým zbraniam. Ako už bolo spomenuté v článkoch série, použitie laserov proti pozemným obrneným vozidlám alebo lodiam je možné iba vtedy, ak je použité proti sledovaciemu zariadeniu, k ktorého ochrane sa vrátime neskôr. Nie je realistické v dohľadnej dobe spáliť trup bojového vozidla pechoty / tanku alebo povrchovej lode laserovým lúčom.
Samozrejme nie je možné použiť ochranu proti dymu alebo aerosólu proti lietadlám. Vzhľadom na vysokú rýchlosť lietadla bude dym alebo aerosól odfukovaný vždy protiidúcim tlakom vzduchu, v helikoptérach ich bude odfukovať prúd vzduchu z vrtule.
Ochrana pred laserovými zbraňami vo forme striekaných výparov a aerosólov môže byť teda potrebná iba na ľahko obrnených vozidlách. Na druhej strane sú tanky a iné obrnené vozidlá často už vybavené štandardnými systémami na nastavenie dymových clon, ktoré narúšajú zajatie nepriateľských zbraňových systémov, a v takom prípade ich možno pri vývoji vhodných plnív použiť aj na boj proti laserovým zbraniam.
Keď sa vrátime k ochrane prieskumných zariadení s optickými a tepelnými zobrazovacími zariadeniami, dá sa predpokladať, že inštalácia optických filtrov, ktoré zabraňujú prechodu laserového žiarenia určitej vlnovej dĺžky, bude vhodná iba v počiatočnom štádiu na ochranu pred laserovými zbraňami s nízkym výkonom, z nasledujúcich dôvodov:
- v prevádzke bude široká škála laserov od rôznych výrobcov pracujúcich na rôznych vlnových dĺžkach;
- filter navrhnutý tak, aby absorboval alebo odrážal určitú vlnovú dĺžku, keď je vystavený silnému žiareniu, pravdepodobne zlyhá, čo povedie buď k zasiahnutiu laserového žiarenia citlivých prvkov, alebo k poruche samotnej optiky (zakalenie, skreslenie obrazu);
- niektoré lasery, najmä voľný elektrónový laser, môžu meniť pracovnú vlnovú dĺžku v širokom rozsahu.
Ochranu prieskumných zariadení s optickým a tepelným zobrazovaním je možné vykonať pre pozemné zariadenia, lode a letecké zariadenia inštaláciou vysokorýchlostných ochranných clon. Ak je detekované laserové žiarenie, ochranná clona by mala zakryť šošovky v zlomku sekundy, ale ani to nezaručuje absenciu poškodenia citlivých prvkov. Je možné, že rozsiahle používanie laserových zbraní v priebehu času si vyžiada prinajmenšom duplikáciu prieskumných prostriedkov pôsobiacich v optickom rozsahu.
Ak je na veľkých nosičoch inštalácia ochranných obrazoviek a duplikátorov optického a termovízneho prieskumu celkom uskutočniteľná, potom na vysoko presných zbraniach, najmä kompaktných, je to oveľa ťažšie. Po prvé, požiadavky na hmotnosť a veľkosť na ochranu sú výrazne sprísnené a za druhé, vplyv vysokovýkonného laserového žiarenia aj pri zatvorenej uzávierke môže v dôsledku hustého rozloženia spôsobiť prehriatie komponentov optického systému, čo povedie k čiastočnému alebo úplné narušenie jeho prevádzky.
Aké metódy je možné použiť na účinnú ochranu zariadení a zbraní pred laserovými zbraňami? Existujú dva hlavné spôsoby - ablatívna ochrana a konštruktívna tepelnoizolačná ochrana.
Ablačná ochrana (z latinského ablatio - odnášanie, prenášanie hmoty) je založená na odstránení látky z povrchu chráneného objektu prúdom horúceho plynu a / alebo na reštrukturalizácii hraničnej vrstvy, ktoré spolu významne znižuje prenos tepla na chránený povrch. Inými slovami, prichádzajúca energia sa vynakladá na zahrievanie, tavenie a odparovanie ochranného materiálu.
V súčasnosti sa ablatívna ochrana aktívne používa v zostupových moduloch vesmírnych lodí (SC) a v dýzach prúdových motorov. Najrozšírenejšími sú zuhoľnatené plasty na báze fenolových, organokremičitých a iných syntetických živíc obsahujúcich ako plnivá uhlík (vrátane grafitu), oxid kremičitý (oxid kremičitý, kremeň) a nylon.
Ablačná ochrana je jednorazová, ťažká a objemná, preto nemá zmysel používať ju v opakovane použiteľných lietadlách (čítajte nie všetky lietadlá s posádkou a väčšinu bezpilotných lietadiel). Jeho jediná aplikácia je na vedených a neriadených projektiloch. A tu je hlavnou otázkou, aká hrubá by mala byť ochrana lasera s výkonom, napríklad 100 kW, 300 kW atď.
Na kozmickej lodi Apollo sa hrúbka tienenia pohybuje od 8 do 44 mm pri teplotách od niekoľko stoviek do niekoľko tisíc stupňov. Niekde v tomto rozsahu bude tiež spočívať požadovaná hrúbka ablatívnej ochrany pred bojovými lasermi. Je ľahké si predstaviť, ako to ovplyvní hmotnostné a veľkostné charakteristiky, a teda rozsah, manévrovateľnosť, hmotnosť hlavice a ďalšie parametre streliva. Ablatívna tepelná ochrana musí odolávať aj preťaženiu pri štarte a manévrovaní, musí vyhovovať normám podmienok skladovania munície.
Neriadená munícia je diskutabilná, pretože nerovnomerné zničenie ablatívnej ochrany pred laserovým žiarením môže zmeniť vonkajšiu balistiku, v dôsledku čoho sa munícia odchyľuje od cieľa. Ak sa už niekde používa ablatívna ochrana, napríklad v hypersonickej munícii, budete musieť zvýšiť jej hrúbku.
Ďalším spôsobom ochrany je konštrukčný náter alebo prevedenie puzdra niekoľkými ochrannými vrstvami žiaruvzdorných materiálov, ktoré sú odolné voči vonkajším vplyvom.
Ak nakreslíme analógiu s kozmickými loďami, potom môžeme zvážiť tepelnú ochranu opakovane použiteľnej kozmickej lode „Buran“. V oblastiach, kde je povrchová teplota 371 - 1260 stupňov Celzia, bol nanesený povlak pozostávajúci z amorfného kremenného vlákna s čistotou 99,7%, ku ktorému bolo pridané spojivo, koloidný oxid kremičitý. Krytina je vyrobená vo forme škridiel dvoch štandardných veľkostí s hrúbkou 5 až 64 mm.
Na vonkajší povrch dlaždíc sa nanáša borosilikátové sklo obsahujúce špeciálny pigment (biely povlak na báze oxidu kremičitého a lesklého oxidu hlinitého), aby sa získal nízky koeficient absorpcie slnečného žiarenia a vysoká emisivita. Ablačná ochrana bola použitá na prednom kuželi a koncoch krídel vozidla, kde teploty presahujú 1260 stupňov.
Je potrebné mať na pamäti, že pri dlhšej prevádzke môže byť ochrana dlaždíc pred vlhkosťou narušená, čo povedie k strate tepelnej ochrany jej vlastností, preto sa nemôže priamo používať ako ochrana proti laseru na opakovane použiteľných lietadlách.
V súčasnej dobe sa vyvíja sľubná ablatívna tepelná ochrana s minimálnym opotrebovaním povrchu, ktorá zaisťuje ochranu lietadiel pred teplotami až do 3000 stupňov.
Tím vedcov z Royce Institute na univerzite v Manchestri (Spojené kráľovstvo) a Central South University (Čína) vyvinul nový materiál so zlepšenými vlastnosťami, ktorý dokáže odolávať teplotám až 3 000 ° C bez štrukturálnych zmien. Jedná sa o keramický povlak Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, ktorý je položený na kompozitnú matricu uhlík-uhlík. Nový povlak svojimi vlastnosťami výrazne prekonáva najlepšiu vysokoteplotnú keramiku.
Samotná chemická štruktúra žiaruvzdornej keramiky funguje ako obranný mechanizmus. Pri teplote 2 000 ° C materiály Zr0,8Ti0,2C0,74B0,26 a SiC oxidujú a transformujú sa na Zr0,80T0,20O2, B2O3, respektíve SiO2. Zr0,80Ti0,20O2 sa čiastočne topí a vytvára pomerne hustú vrstvu, pričom sa oxidy s nízkou teplotou topenia SiO2 a B2O3 odparujú. Pri vyššej teplote 2 500 ° C sa kryštály Zr0,80Ti0,20O2 spájajú do väčších útvarov. Pri teplote 3 000 ° C sa vytvorí takmer absolútne hustá vonkajšia vrstva, ktorá pozostáva hlavne zo Zr0,80Ti0,20O2, titaničitanu zirkoničitého a SiO2.
Svet taktiež vyvíja špeciálne nátery určené na ochranu pred laserovým žiarením.
Ešte v roku 2014 hovorca Čínskej ľudovej oslobodzovacej armády uviedol, že americké lasery nepredstavujú osobitné nebezpečenstvo pre čínske vojenské vybavenie obalené špeciálnou ochrannou vrstvou. Otázkou zostáva iba laser, akú silu tento povlak chráni a akú má hrúbku a hmotnosť.
Najväčší záujem je o povlak vyvinutý americkými vedcami z Národného inštitútu pre štandardy a technológie a University of Kansas - aerosólová kompozícia na báze zmesi uhlíkových nanorúrok a špeciálnej keramiky, schopná efektívne absorbovať laserové svetlo. Nanorúrky nového materiálu rovnomerne absorbujú svetlo a prenášajú teplo do blízkych oblastí, čím znižujú teplotu v mieste kontaktu s laserovým lúčom. Keramické vysokoteplotné spoje poskytujú ochrannému povlaku vysokú mechanickú pevnosť a odolnosť voči poškodeniu vysokými teplotami.
Počas testovania bola na povrch medi nanesená tenká vrstva materiálu a po vysušení zameral na povrch materiálu zväzok dlhovlnného infračerveného laseru, laser používaný na rezanie kovu a iných tvrdých materiálov.
Analýza zozbieraných údajov ukázala, že povlak úspešne absorboval 97,5 percent energie laserového lúča a vydržal energetickú hladinu 15 kW na centimeter štvorcový povrchu bez zničenia.
Na tomto povlaku vyvstáva otázka: pri testoch bol na medený povrch nanesený ochranný povlak, ktorý je sám osebe jedným z najťažších materiálov na laserové spracovanie, kvôli jeho vysokej tepelnej vodivosti nie je jasné, ako taký ochranný povlak sa bude správať k iným materiálom. Vyvstávajú tiež otázky o jeho maximálnej teplotnej odolnosti, odolnosti voči vibráciám a nárazovým zaťaženiam, vplyve atmosférických podmienok a ultrafialového žiarenia (slnko). Čas, počas ktorého sa ožarovanie uskutočňovalo, nie je uvedený.
Ďalší zaujímavý bod: ak sú letecké motory tiež potiahnuté látkou s vysokou tepelnou vodivosťou, potom sa z nich rovnomerne zahreje celé telo, čo lietadlo v tepelnom spektre maximálne demaskuje.
V každom prípade budú charakteristiky vyššie uvedenej ochrany proti aerosólu priamo úmerné veľkosti chráneného predmetu. Čím väčší je chránený predmet a oblasť pokrytia, tým viac energie je možné rozptýliť po tejto oblasti a poskytnúť ju vo forme tepelného žiarenia a chladenia dopadajúcim prúdením vzduchu. Čím menší je chránený predmet, tým silnejšia bude ochrana. malá plocha neumožní odstrániť dostatok tepla a vnútorné konštrukčné prvky sa prehrievajú.
Použitie ochrany proti laserovému žiareniu, bez ohľadu na ablatívne alebo konštruktívne tepelnoizolačné vlastnosti, môže zvrátiť trend smerom k zmenšovaniu veľkosti navádzanej munície, výrazne znížiť účinnosť navádzanej aj neriadenej munície.
Všetky nosné povrchy a ovládacie prvky - krídla, stabilizátory, kormidlá - budú musieť byť vyrobené z drahých a ťažko spracovateľných žiaruvzdorných materiálov.
Samostatná otázka vzniká v súvislosti s ochranou zariadení na detekciu radarov. Na experimentálnej kozmickej lodi „BOR-5“bol testovaný rádiopriehľadný tepelný štít-sklolaminát s kremičitým plnivom, ale nenašiel som jeho tepelný štít a hmotnostné a veľkostné charakteristiky.
Zatiaľ nie je jasné, či môže vzniknúť vysokoteplotná plazma v dôsledku ožiarenia silným laserovým žiarením z radómu radarových prieskumných zariadení, aj keď s ochranou pred tepelným žiarením, ktoré bráni prechodu rádiových vĺn, v dôsledku o ktorý sa môže cieľ stratiť.
Na ochranu puzdra je možné použiť kombináciu niekoľkých ochranných vrstiev-tepelne odolných-nízko-tepelne vodivých zvnútra a reflexne-tepelne odolných-vysoko tepelne vodivých zvonku. Je tiež možné, že na ochranu pred laserovým žiarením budú nanesené neviditeľné materiály, ktoré nebudú schopné odolávať laserovému žiareniu a budú sa musieť zotavovať z poškodenia laserovými zbraňami v prípade, že lietadlo samotné prežilo.
Dá sa predpokladať, že zdokonalenie a rozsiahla distribúcia laserových zbraní bude vyžadovať zabezpečenie anti-laserovej ochrany pre všetku dostupnú muníciu, riadenú aj neriadenú, ako aj pre lietadlá s posádkou a bez posádky.
Zavedenie ochrany proti laseru nevyhnutne povedie k zvýšeniu nákladov a hmotnosti a rozmerov navádzanej a neriadenej munície, ako aj leteckých dopravných prostriedkov s posádkou a bez posádky.
Na záver môžeme spomenúť jednu z vyvinutých metód aktívneho boja proti laserovému útoku. Kalifornská spoločnosť Adsys Controls vyvíja obranný systém Helios, ktorý má údajne zraziť nepriateľské laserové navádzanie.
Pri mierení bojového laseru nepriateľa na chránené zariadenie Helios určuje jeho parametre: výkon, vlnovú dĺžku, frekvenciu impulzov, smer a vzdialenosť od zdroja. Helios ďalej bráni nepriateľskému laserovému lúču zamerať sa na cieľ, pravdepodobne tým, že mieri na protiidúci nízkoenergetický laserový lúč, čo zamieňa nepriateľský zameriavací systém. Podrobná charakteristika systému Helios, etapa jeho vývoja a jeho praktický výkon sú stále neznáme.
