Program LaWS amerického námorníctva skúmal možnosť použitia lacnej technológie vláknových laserov ako základu pre laserové zbrane, ktoré by bolo možné integrovať do existujúcich inštalácií Phalanx.
Americké námorníctvo je po prvýkrát pripravené predviesť činnosť vysokoenergetických laserových zbraní a nedávno oznámilo plány na vypustenie prototypu elektromagnetického železničného dela na more. Zvážte pokrok v ďalšej generácii pulzných zbraní
Americké námorníctvo už niekoľko desaťročí hovorí iba o nasadení laserov, pulzných energetických systémov a elektrických zbraní na lode. Množstvo veľmi atraktívnych teoretických výhod - takmer neobmedzené množstvo obchodov, lacná munícia a rýchly dosah a ďalšie - prispelo k značným investíciám komunity obranných vied a technológie do vytvárania, vývoja a predvádzania príslušných vtedajších technológií. Tento proces priniesol záplavu publikácií a patentov, niekoľko prototypov a množstvo známych svetových rekordov.
Z technického hľadiska sa však ukázalo, že navrhovanie a výroba takýchto zbraní je príliš náročné. Technológia a technické prostriedky nie vždy zodpovedali predpokladanému časovému rámcu a niektoré pôvodne sľubné riešenia sa ukázali byť nepraktické alebo nefungovali; fyzikálne zákony niekedy prekážali pokroku.
Napriek tomu si námorníctvo zachovalo vieru v základnú vedu a obozretné prideľovanie zdrojov na výskum a vývoj na zníženie rizika a rozvoj kľúčových pokročilých technológií sa v poslednej dobe začína vyplácať. Námorníctvo je v súčasnosti na prahu nasadenia svojho prvého operačného vysokoenergetického laseru (HEL); v roku 2016 sa tiež plánuje vypustenie prototypu elektromagnetického železničného dela do mora.
Vedúci námorného výskumu kontraadmirál Matthew Klunder opisuje túto zbraň s vysokým výnosom ako „budúcnosť námorných bojov“a dodáva, že námorníctvo „je v popredí tejto unikátnej technológie“.
Je však potrebné pripomenúť, že namierené energetické zbrane, ako sú vysokovýkonné lasery a vysokovýkonné mikrovlnné rúry, sa skúmali viac ako štyri desaťročia. Námorníctvo napríklad v roku 1971 otvorilo oddelenie v rámci programu HEL a začalo s vývojom, výrobou a testovaním vojenského demonštračného modelu silného (asi megawattového) HEL na fluorid deutéria.
Nedávna história vývoja smerovaných energetických zbraní pre americké námorníctvo sa skutočne začala obnovením programovej kancelárie (PMS 405) v júli 2004 pre smerové energetické systémy a elektrické zbrane velenia námorných systémov. Tento krok slúžil ako nový impulz pre vedecký a technický vývoj, ktorý bol asi desaťročie odložený v škatuli označenej ako „exotický“. Nie je to tak, že by bol výskum pozastavený, ale táto technológia nemá jasnú cestu k úspechu.
V priebehu posledného desaťročia slúžil PMS 405 ako rozbočovač pre prenos technológie elektrických a usmerňovaných energetických zbraní z laboratórií do námorníctva. V tejto úlohe koordinoval výskum a vývoj medzi námornými výskumnými centrami, vládnymi laboratóriami a priemyslom.
Tu stojí za zmienku aj príspevok ONR (Office of Naval Research) a divízie Naval Surface Warfare Establishment Dahlgren Division (NSWCDD), Centre for Naval Surface Warfare Development Center v Dahlgrene. ONR dohliadal na inovácie v technológiách vysokovýkonných laserových a železničných zbraní, zatiaľ čo NSWCDD bolo založené ako „centrum excelentnosti“pre výskum, vývoj a simuláciu smerovej energie. V rámci Kancelárie pre výskum zameranej energetiky presúva Úrad pre riadenú energetickú vojnu (DEWO) technológiu HEL z priestoru vedy a techniky do námornej frontovej línie.
Čaro lasera
Abstraktne povedané, zbraňové systémy s výkonným laserom HEL ponúkajú mnoho výhod oproti tradičným delám a vedenej munícii: dodanie nárazu rýchlosťou svetla a krátky cieľový čas ožiarenia; škálovateľný náraz (od smrteľného po nesmrtiaci); presnosť zorného poľa; vysoko presné vedenie; super rýchle opätovné získanie cieľa; veľký a obnoviteľný časopis bez nebezpečenstiev a logistických záťaží spojených so štandardnou výbušnou muníciou.
Predovšetkým perspektíva veľmi nízkych nákladov na výstrel - podľa výpočtov ONR výrazne menej ako jeden dolár na výstrel - mala hypnotizujúci účinok na velenie amerického námorníctva, ktoré hľadá spôsoby, ako pokračovať vo financovaní.
Zároveň napriek tomu, že veľmi často hovoria o pozitívnych vlastnostiach systémov HEL, komplexné úlohy finalizácie laserových zbraní nasadených na lodiach už dlho strašia fyzikov a inžinierov. Zameranie sily na cieľ je jednou z hlavných výziev. Aby laserová zbraň pôsobila, musí byť schopná zamerať vysokoenergetický lúč na malý a jasne definovaný cieľový bod na cieľ. Vzhľadom na množstvo typov potenciálnych cieľov sa však požadované množstvo energie a dosah, v ktorom bude zaručené zničenie, môžu výrazne líšiť.
Sila nie je jediným problémom. K tepelnému šíreniu môže dôjsť, keď laserový lúč emitovaný dlhší čas pozdĺž tej istej zornej čiary ohrieva vzduch, ktorým prechádza, čím sa lúč rozptyľuje a rozostruje. Zacielenie sťažujú aj komplexné a dynamické vlastnosti okolitého morského prostredia.
Ďalej musíte zvážiť rôzne problémy s integráciou s platformou. Objemné prototypové zariadenia majú veľký formát a štandardné systémy vyžadujú na integráciu s menšími platformami výrazné zníženie veľkosti. Integrácia zbraní HEL do vojnových lodí taktiež kladie na nosnú platformu nové požiadavky, pokiaľ ide o výrobu energie, distribúciu energie, chladenie a odvod tepla.
ONR označil v polovici roku 2000 Free Electron Laser (FEL) za najlepšie dlhodobé riešenie pre zbraňový systém lode HEL. Je to spôsobené tým, že vlnovú dĺžku lúča FEL je možné jemne vyladiť podľa prevládajúcich environmentálnych podmienok, aby sa dosiahla najlepšia „atmosférická priepustnosť“.
V tejto súvislosti bol pod vedením ONR zahájený program Innovative Naval Prototype (INP) s cieľom vyvinúť demonštrátor FEL triedy 100 kW s operačnou vlnovou dĺžkou v rozmedzí 1,0-2,2 mikrónov. Spoločnosti Boeing a Raytheon boli v apríli 2009 udelené paralelné ročné zmluvy na fázu IA na predbežný návrh a spoločnosť Boeing bola vybraná na pokračovanie fázy IB v septembri 2010, po ktorej bol projekt postúpený do fázy kritického hodnotenia návrhu.
Po dokončení kritického preskúmania elektrárne FEL sa Boeing pustil do stavby a testovania ďalšej 100 kW ukážky FEL, určenej na prevádzku na troch rôznych vlnových dĺžkach. ONR však v roku 2011 zrušil INP, aby nasmeroval súčasné zdroje do vývoja polovodičového lasera (SSL). Práca na FEL je v súčasnosti zameraná na pokračovanie práce na znížení rizík spojených s týmto systémom.
LaWS, označené AN / SEQ-3, bude v priebehu niekoľkých nasledujúcich mesiacov nasadené v americkom námorníctve v Ponce ako „vozidlo rýchlej reakcie“. Vodiace zariadenie LaWS bude inštalované nad mostom lode Ponce
Toto presmerovanie zdrojov je dôsledkom vyššej zrelosti technológie SSL a perspektívy zrýchleného nasadenia dostupných zbraní HEL v americkom námorníctve. ONR a PMS 405 rozpoznali túto cestu vývoja pre ďalšie časové obdobie v polovici neskorých 2000-tych rokov.
Podľa kontraadmirála Klandera program SSL „patrí medzi naše programy vedy a technológie s najvyššou prioritou“. Dodal, že tieto nové schopnosti sú obzvlášť presvedčivé, pretože ponúkajú „dostupné riešenie nákladného problému ochrany pred asymetrickými hrozbami“. Naši protivníci sa možno ani neukážu s vedomím, že laserom dokážeme mieriť na cieľ za menej ako dolár za výstrel. “
Posledných šesť rokov sa kládol dôraz na vývoj polovodičových technológií, o čom svedčí vývoj a ukážky v tejto oblasti. Jedným z príkladov je námorná laserová demonštrácia (MLD). V apríli 2011 nainštaloval Northrop Grumman na skúšobnú nádobu prototyp SSL laseru, ktorý svojim lúčom vyrazil malé cieľové plavidlo. Peter Morrison, programový manažér HEL ONR, povedal, že to bolo „prvýkrát, čo bola HEL s takýmito úrovňami výkonu nainštalovaná na vojnovú loď poháňanú touto loďou a nasadená na vzdialený cieľ v mori“.
Demonštrácia MLD bola vyvrcholením dva a pol roka dizajnu, vývoja, integrácie a testovania. Na projekte MLD spolu s priemyslom, divíziou energetických technológií a námornými laboratóriami v Dahlgrene, China Lake, Port Huenem a Point Mugu; tento projekt tiež stelesňuje vývoj prevzatý zo všeobecného vysokovýkonného polovodičového laserového programu.
V marci 2007 sa medzitým začali práce na prototype laserového zbraňového systému Laser Weapon System (LaWS), koncipovaného ako doplnok k existujúcemu komplexu 20 mm krátkeho dosahu Mk 15 Phalanx (CIWS). LaWS využije výhody komerčnej laserovej technológie zo sklenených vlákien, aby poskytla ďalší typ zbrane na zapojenie podskupiny nízkonákladových „asymetrických“cieľov, ako sú malé UAV a rýchle bojové člny.
Program LaWS je riadený systémom PMS 405 v spolupráci s Úradom na výkon programu Integrated Combat Systems Program, DEWO Dahlgren a Raytheon Missile Systems (pôvodný výrobca Phalanx). Program predpokladá vloženie nízkonákladovej laserovej technológie zo sklenených vlákien do centra laserovej zbrane, ktorá by mohla byť potenciálne integrovaná do existujúcej inštalácie Phalanx. Táto požiadavka na integráciu lasera s existujúcou inštaláciou určuje jeho hmotnosť do 1 200-1 500 kg. Tiež by bolo žiaduce, aby táto dodatočná výzbroj neovplyvnila činnosť zariadenia, azimut a výškové uhly, maximálnu prenosovú rýchlosť alebo zrýchlenie.
Výkonové limity
Vzhľadom na tieto obmedzenia bola komerčne dostupná vláknová laserová technológia považovaná za najsľubnejšie riešenie. Napriek tomu, že táto technológia SSL má určité výkonové obmedzenia (postupne sa odstraňujú, pretože sa technológia zlepšuje), používanie laserov s optickými vláknami umožnilo znížiť náklady nielen na technológiu zbraňových inštalácií, ale aj na úpravu systém na existujúcich inštaláciách.
Po počiatočnom období analýz, posúdení úmrtnosti hrozieb, preskúmaní kritických komponentov a kompromisoch tím LaWS dokončil návrh a implementáciu prototypového systému. Aby sa dosiahol dostatočný výkon a podľa toho smrteľnosť na určitú vzdialenosť, tento typ technológie vyžaduje použitie nového lúčového kombinátora, ktorý by vo voľnom priestore mohol kombinovať šesť oddelených laserov zo sklenených vlákien s výkonom 5,4 kW, aby sa dosiahla vyššia intenzita žiarenia na cieľ.
Aby sa znížili náklady na tento program, zozbieralo sa veľa vybavenia, ktoré bolo predtým vyvinuté a kúpené na iné výskumné úlohy. To zahŕňa podporu sledovania L-3 Brashear KINETO K433, 500 mm teleskop a vysokovýkonné infračervené senzory. Niektoré súčiastky boli zakúpené bežne, napríklad samotné vláknové lasery.
V marci 2009 zničil systém LaWS (s jedným vláknovým laserom) mínometné granáty v oblasti White Sands. V júni 2009 boli testované v Centre for Naval Aviation Combat Systems, počas ktorého prototyp sledoval, zajal a zničil päť bezpilotných lietadiel, ktoré počas letu plnili „úlohu ohrozenia“.
Ďalšia séria testov v plnom rozsahu sa uskutočnila na otvorenom mori v máji 2010, kde systém LaWS úspešne zničil štyri ciele UAV v scenároch „boja zblízka“na vzdialenosť približne jednej námornej míle na štyri pokusy. Táto udalosť sa v ONR nazývala významná - prvé ničenie cieľov s celým cyklom od navádzania po strelu v povrchovom prostredí.
Dôveru v americké námorníctvo v ich túžbu pokročiť v zrýchlenom pláne rozvoja však poskytli námorné testy na torpédoborci DDG-51 USS Dewey (DDG 105) v júli 2012. Počas testov na torpédoborci Dewey systém LaWS (dočasne nainštalovaný na letovej palube lode) úspešne zasiahol tri ciele UAV, čím stanovil svoj rekord v zachytávaní cieľov 12 z 12.
Plány na inštaláciu LaWS, označeného AN / SEQ-3 (XN-1), na palubu USS Ponce slúžiaceho ako plávajúca základňa dopredu (medziprodukt) v Perzskom zálive, oznámil veliteľ námorných operácií admirál Jonathan Greenert v apríli 2013. roku. AN / SEQ-3 je nasadený ako „schopnosť rýchlej reakcie“, ktorá americkému námorníctvu umožní posúdiť technológiu v operačnom priestore. Experiment vedie Riaditeľstvo výskumu námorných operácií v spolupráci s Ústredným velením námorníctva / Piatej flotily.
Oslovovať delegátov sympózia Združenia povrchových flotíl v januári 2014? Kontradmirál Klunder uviedol, že ide o „prvé operačné nasadenie smerovaných energetických zbraní na svete“. Dodal, že konečná montáž LaWS sa uskutočnila v centre NSWCDD, v testovacom mieste Dahlgren, testy kompletného systému boli dokončené pred odoslaním do Perzského zálivu na inštaláciu na loď Ponce. Offshore testy sú naplánované na tretí štvrťrok 2014.
Systém LaWS bude nainštalovaný na palube v hornej časti mosta Ponce. "Systém bude s loďou plne integrovaný z hľadiska chladenia, elektrickej energie a energie," povedal Klander. Bude tiež plne integrovaný s bojovým systémom lode a systémom krátkeho dosahu Phalanx CIWS. “
NSWCDD inovoval systém a preukázal schopnosť Phalanx CIWS sledovať a prenášať ciele do systému LaWS na ďalšie sledovanie a zacielenie. Na palube Ponce bude veliteľ raketovej a delostreleckej hlavice pracovať na ovládacom paneli LaWS.
Údaje zozbierané počas námornej ukážky pôjdu do programu SSR TM (SSL Technology Maturation) ONR. Hlavným cieľom programu SSL TM, ktorý sa začal v roku 2012, je zosúladiť prahové hodnoty a ciele programu vedy a technológie s budúcimi potrebami výskumu, vývoja a obstarávania.
Podľa ONR program SSL TM pozostáva z „niekoľkých ukážkových akcií s prototypovými systémami v konkurenčnom priestore“. Na vývoj projektov SSL TM boli vybrané tri priemyselné skupiny, vedené spoločnosťami Northrop Grumman, BAE Systems a Raytheon; analýza návrhov návrhov by mala byť dokončená do konca druhého štvrťroka 2014. ONR budúci rok rozhodne, ktoré sú vhodné na námornú ukážku.
Železničná pištoľ v mori
Spolu s laserom americké námorníctvo považuje elektromagnetické železničné delo za ďalší transformačný zbraňový systém, ktorý umožňuje dodávku ultrarýchlych projektilov v rozšírených vzdialenostiach s veľmi vysokou presnosťou. Flotila plánuje získať počiatočný dolet 50-100 námorných míľ, časom ho zvýši na 220 námorných míľ.
Elektromagnetické delá prekonávajú obmedzenia tradičných kanónov (ktoré používajú chemické pyrotechnické zlúčeniny na urýchlenie projektilu po celej dĺžke hlavne) a ponúkajú predĺžený dosah, krátke časy letu a vysokoenergetickú letalitu cieľa. Použitím prechodu elektrického prúdu s veľmi vysokým napätím vznikajú silné elektromagnetické sily, napríklad teoreticky by morské elektromagnetické delo mohlo strieľať projektily rýchlosťou vyššou ako Mach 7. Projektil sa veľmi rýchlo dostane na trajektóriu mimo atmosféry (let bez aerodynamického odporu), pričom sa opäť dostane do atmosféry a zasiahne cieľ rýchlosťou presahujúcou 5 Machových čísel.
Program prototypu elektromagnetického dela lode spustila ONR v roku 2005 ako hlavnú súčasť vedeckej a technologickej práce, v rámci ktorej je potrebné zdokonaliť technológiu železničných zbraní tak, aby bol kompletne hotový systém uvedený do prevádzky s flotila okolo 2030-2035.
Vo fáze 1 inovačného projektu INP bol dôraz kladený na vývoj technológie odpaľovača s primeranou životnosťou, vývoj technológie impulzného napájania a zníženie rizika pre projektilné súčiastky. Spoločnosť BAE Systems a General Atomics dodali prototypy svojich koľajnicových kanónov spoločnosti NSWCDD na testovanie a hodnotenie.
Počas fázy 1 fázy programu výskumu a vývoja elektromagnetického dela námorníctva sa kladie dôraz na vývoj nosnej rakety s dostatočnou životnosťou, vyvinutie spoľahlivého impulzného výkonu a zníženie rizika strely. Spoločnosť BAE Systems a General Atomics dodávajú prototypové železničné zbrane do centra vývoja zbraní na účely testovania a hodnotenia
Vo fáze 1 bol dosiahnutý cieľ demonštrácie experimentálneho usporiadania, v decembri 2010 bola dosiahnutá počiatočná energia 32 MJ; sľubný zbraňový systém s touto energetickou úrovňou bude schopný odpáliť projektil na vzdialenosť 100 námorných míľ.
Spoločnosť BAE Systems získala od ONR kontrakt na 34,5 milióna dolárov na dokončenie 2. fázy INP v polovici roku 2013 a bol vybraný ako prvý, pričom za sebou nechal konkurenčný tím General Atomics. Vo fáze 2 budú technológie finalizované na úroveň postačujúcu na prechod k rozvojovému programu. Vylepší sa odpaľovací a pulzný výkon, čo umožní prechod z jednotlivých záberov na viacnásobné. Budú tiež vyvinuté techniky tepelnej regulácie pre odpaľovacie zariadenie a systém impulzného napájania, ktoré sú nevyhnutné pre dlhšiu streľbu. Prvé prototypy budú dodané v priebehu roka 2014; vývoj vykonáva spoločnosť BAE Systems v spolupráci s IAP Research a SAIC.
Koncom roku 2013 ONR udelil spoločnosti BAE Systems samostatnú zmluvu v hodnote 33,6 milióna dolárov na vývoj a demonštráciu hypersonického projektilu Hyper Velocity Projectile (HVP). HVP je popisovaný ako navádzaný projektil ďalšej generácie. Pôjde o modulárny projektil s nízkym aerodynamickým odporom, kompatibilný s elektromagnetickým delom, ako aj s existujúcimi kanónovými systémami 127 mm a 155 mm.
Počiatočná fáza zmluvy o HVP bola dokončená v polovici roka 2014; ich cieľom bolo vyvinúť koncepčný návrh a plán vývoja, ktorý by predviedol plne riadený let. Vývoj bude vykonávať spoločnosť BAE Systems v spolupráci s UTC Aerospace Systems a CAES.
Náklady na projektil HVP s hmotnosťou 10,4 kg na elektromagnetické delo sa odhadujú na približne 25 000 dolárov za kus; podľa admirála Klandera „strela stojí asi 1/100 nákladov na existujúci raketový systém“.
V apríli 2014 námorníctvo potvrdilo svoje plány na predvádzanie železničného dela na palube svojej vysokorýchlostnej lode Millinocket v roku 2016.
Podľa kontraadmirála Bryanta Fullera, hlavného inžiniera velenia námorných systémov NAVSEA, bude táto demonštrácia na mori zahŕňať koľajové delo 20 MJ (výber fázy 1 INP sa uskutoční medzi prototypmi vyrobenými spoločnosťami BAE Systems a General Atomics), ktoré budú odpaľovať jednotlivé výstrely..
"V stredisku pre námorné povrchové zbrane v Dahlgrene sme vypálili stovky nábojov z pobrežného zariadenia," povedal. „Technológia je na tejto úrovni dostatočne vyspelá, preto ju chceme vytiahnuť na more, umiestniť na loď, vykonať plnohodnotné testy, vystreliť niekoľko granátov a študovať ju na základe získaných skúseností.“
„Pretože na demonštrácii v roku 2016 nebude železničná pištoľ integrovaná s loďou Millinocket, táto loď neprejde rozšírenou úpravou, aby poskytla tieto schopnosti,“uviedol kontraadmirál Fuller.
Celá elektromagnetická železničná pištoľ sa skladá z piatich častí: urýchľovač, systém skladovania a skladovania energie, pulzný tvarovač, vysokorýchlostný projektil a rotačný držiak pištole.
Na ukážku bude držiak a posilňovač zbraní nainštalovaný na letovej palube lode Millinocket, zatiaľ čo zásobník, systém na manipuláciu s muníciou a systém skladovania energie pozostávajúci z niekoľkých veľkých batérií budú umiestnené v podpalubí, pravdepodobne v kontajneroch v náklade. priehradky.
Americké námorníctvo sa plánuje v roku 2018 vrátiť na more s cieľom vystreliť z lode elektromagnetické delá. Plnú integráciu s loďou je možné vykonať v tom istom roku 2018.
V rámci samostatného vývoja výskumné laboratórium amerického námorníctva začiatkom roku 2014 testovalo nové železničné delo malého kalibru (priemer jeden palec). Prvá strela zaznela 7. marca 2014. Táto malá koľajnicová pištoľ, vyvinutá s podporou ONR, je experimentálnym systémom, ktorý využíva pokročilú technológiu batérie na odpálenie viacerých štartov za minútu z mobilnej platformy.
Americké námorníctvo plánuje predviesť činnosť železničného dela na mori počas testov na stroji Millinocket (JHSV 3) v roku 2016.
