20 kW laser Rheinmetall na boxeri 8x8 predstavený na výstave DSEI 2015
Technologický pokrok teraz dosiahol míľnik, keď sa laserové zbraňové systémy namontované na vozidlách stali realitou. Pozrime sa, ako sa tieto systémy zdokonaľovania bojov vyvíjajú
Zbrane namontované na vozidle sú lacným nástrojom na vylepšenie boja, ktorý používajú bežné armády aj nepravidelné „asymetrické“formácie zapojené takmer do každého konfliktu na svete.
Až donedávna boli možnosti inštalácie zbraní na bojové vozidlá obmedzené na guľomety a delostrelecké systémy rôznych foriem. Situácia sa tu však začala meniť s príchodom laserových systémov alebo smerovaných energetických systémov s dostatočným výkonom na spálenie malých lietadiel a munície vo vzduchu.
Umiestnenie objemných jednotiek na ukladanie energie do takýchto systémov bolo vždy vážnym problémom, ale nedávny vývoj prispel k zmenšeniu laserov na takú veľkosť, ktorá umožňuje ich inštaláciu aj vo veľkom džípe.
Technologická revolúcia
V 90. rokoch 20. storočia nastala technologická revolúcia v komunikácii s optickými vláknami, ktorá urýchlila vývoj vysokovýkonných polovodičových laserov, ktoré o desaťročie neskôr našli uplatnenie v priemyselnom spracovaní, ako je branding, rezanie, zváranie a tavenie.
Tieto lasery boli mimoriadne účinné na krátku vzdialenosť, ale bolo otázkou času, kedy priemysel nájde spôsob, ako rozšíriť túto technológiu a vytvoriť futuristické zbrane, ktoré dokážu rezať a taviť ciele na vzdialenosť niekoľko stoviek alebo dokonca tisíc metrov.
Americký obranný gigant Lockheed Martin to urobil. Na základe novej technológie výroby polovodičov, solárnych článkov a automobilového zvárania vyvinula spoločnosť vojenský laserový stroj, ktorý je stonásobne výkonnejší než jeho predchodcovia z komerčnej sféry.
Robert Afzal, vedúci výskumu v tejto spoločnosti, hovorí: „V tejto oblasti dnes prebieha skutočná revolúcia, ktorú pripravila mnohoročná obrovská práca výskumníkov. A veríme, že laserová technológia je konečne pripravená v tom zmysle, že sme teraz schopní vytvoriť laser dostatočne silný a dostatočne malý, aby sa zmestil do taktických vozidiel. “
"Predchádzajúce lasery boli jednoducho príliš veľké - boli to celé stanice." Ale s príchodom vysokoúčinnej technológie vláknových laserov s vysokokvalitným lúčom máme konečne posledný kúsok skladačky, ktorý sa zmestí do týchto strojov. “
Civilný priemysel používal lasery rádovo niekoľko kilowattov, ale Afzal poznamenal, že vojenské lasery by mali mať výkon 10-100 kW.
„Vyvinuli sme technológiu, ktorá nám umožňuje škálovať výkon vláknových laserov, a to nielen vybudovaním väčšieho vláknového lasera, ale kombináciou niekoľkých modulov triedy kilowattov, aby sa dosiahol výkon požadovaný armádou.“
Povedal, že laser je založený na kombinovaní lúčov, čo je proces, ktorý kombinuje viac laserových modulov a vytvára jeden vysokovýkonný a vysokokvalitný lúč, ktorý prináša väčšiu účinnosť a smrteľnosť ako niekoľko jednotlivých 10kW laserov.
Biely kolimovaný lúč
Keď opisoval proces prechodu svetelného lúča hranolom a lomu do mnohých farebných prúdov, vysvetlil: „Ak máte niekoľko laserových lúčov, z ktorých každý má trochu inú farbu, vstupuje do tohto hranola presne v pravom uhle, všetky vyjdú. tohto hranola superponovaný a vytvorí takzvaný biely kolimovaný lúč. “
V podstate to robíme, ale namiesto hranolu používame ďalší optický prvok nazývaný difrakčná mriežka, ktorý plní rovnakú funkciu. To znamená, že zostrojíme vysokovýkonné laserové moduly, každý s mierne odlišnou vlnovou dĺžkou, potom ich skombinujeme, odrážajúc sa od difrakčnej mriežky, a na výstupe dostaneme jeden vysokovýkonný laserový lúč. “
Afzal uviedol, že v skutočnosti je takýmto riešením multiplexná technológia delenia vlnovej dĺžky z telekomunikačného sektora v kombinácii s vysokovýkonnými vláknovými lasermi z priemyselnej výroby.
"Vláknový laser je najúčinnejší a najvýkonnejší laser, aký bol kedy vyvinutý," povedal. -To znamená, že hovoríme o úplnej elektrickej účinnosti presahujúcej 30%, o akej sa nám ani nesnívalo pred 10-15 rokmi, keď sme mali účinnosť 15-18%. To má veľa spoločného s energiou a chladením, takže tieto systémy sa teraz môžu zmenšiť. Laser nie je teraz zmenšený tým, že by postavil veľký laser, ale pridaním nových modulov."
Americká armáda nedávno najala spoločnosť Lockheed Martin, aby vytvorila vysoko výkonný laserový zbraňový systém založený na inštalácii ATHENA (Advanced Test High Energy Asset), ktorý je možné namontovať na jedno z ľahkých taktických vozidiel spoločnosti.
Počas minuloročných testov prototyp 30 kW vláknového lasera úspešne vyrazil motor malého pickupu a v priebehu niekoľkých kilometrov spálil mriežku. Aby sa počas testu simulovali skutočné prevádzkové podmienky, snímač bol nainštalovaný na plošinu s bežiacim motorom a zaradeným prevodovým stupňom.
Nová generácia
V októbri 2015 spoločnosť Lockheed oznámila, že začala s výrobou novej generácie vysokovýkonných modulárnych laserov, z ktorých prvý s výkonom 60 kW bude inštalovaný na taktickom vozidle americkej armády.
Afzal uviedol, že armáda chce nasadiť laser namontovaný na vozidle na protilietadlové misie, protiraketové strely, delostrelecké granáty a mínometnú muníciu a bezpilotné prostriedky. „V strategickom zmysle sa pozeráme skôr na taktickú úroveň obrany než na protiraketovú obranu.“
Podľa spoločnosti Lockheed modulárne riešenie umožňuje prispôsobiť výkon podľa potrieb konkrétnej úlohy a hrozby. Armáda má možnosť pridať ďalšie moduly a zvýšiť výkon zo 60 kW na 120 kW.
Afzal pokračoval: „Architektúra je škálovaná podľa vašich požiadaviek: chcete 30 kW, 50 kW alebo 100 kW? Je to ako serverové moduly v serverovom stojane. Veríme, že je to flexibilná architektúra - vhodnejšia pre plnohodnotnú produkciu. Umožňuje vám to mať modul, ktorý môžete znova a znova vytvárať, čo vám umožní prispôsobiť systém podľa vašich predstáv. “
"Systém sa prispôsobí akémukoľvek vozidlu, ktoré chcete dnes používať, a preto je táto technológia taká pôsobivá, pretože umožní flexibilitu architektúry prispôsobiť sa rôznym vozidlám bez toho, aby ste museli veľmi upravovať to, čo ste sa rozhodli mať." To umožňuje získať systém, ktorý by napríklad poskytoval podporu bojovej brigáde aj vyspelej operačnej základni. “
Systém používa komerčné vláknové lasery zostavené vo vysoko reprodukovateľných moduloch, vďaka čomu je cenovo veľmi dostupný. Použitie viacnásobných vláknových laserových modulov taktiež znižuje pravdepodobnosť drobných porúch, ako aj náklady a rozsah údržby a opráv.
Na otázku, kedy sa môže na bojisku objaviť bojový laser nainštalovaný na taktickom vozidle, Afzal navrhol približný časový rámec: „Plánujeme dodať náš laser na konci roku 2016. Potom armáda nejaký čas bude vykonávať svoju prácu a potom uvidíme. “
Atraktivita lasera
Existuje niekoľko charakteristík takticky zameraných energetických zbraní, ktoré ich robia veľmi atraktívnymi pre moderné vojenské sily, vrátane nízkych nákladov na „strelivo“a ich rýchlosti, presnosti a jednoduchosti použitia.
"V prvom rade sú to veľmi presné zbrane s potenciálne veľmi malým vedľajším poškodením, čo je dôležité," dodal Afzal. „Rýchlosť svetla vám umožní okamžite ožarovať cieľ, a preto môžete zasiahnuť vysoko manévrovateľné ciele, to znamená, že lúč môžete držať na cieli, ktorý kinetická munícia niekedy nezvládne.“
Asi najdôležitejšou výhodou sú nízke náklady na jeden efektívny „výstrel“.
"V tomto mieste nechcete míňať drahé a silné obranné kinetické zbrane na lacné viacnásobné hrozby," pokračoval Afzal. - Laserové zbrane považujeme za doplnok kinetických systémov. Predpokladáme, že laserový systém použijete proti veľkému počtu nízkointenzívnych hrozieb s nízkou intenzitou a ponecháte svoj kinetický zásobník pre útočné komplexné, pancierové hrozby s veľkým dosahom. “
Afzal navrhuje, aby laserovú zbraň bolo možné nasadiť v bojovom priestore v sieti senzorov operačného riadenia, čo jej poskytne počiatočné označenie cieľa.
"V prvom rade musí určitý systém informovať o výskyte hrozby, a potom operátor velenia a riadenia rozhodne, ktoré protiopatrenie použije, určí cieľ, hodí naň laserom a zámok zamkne podľa údajov z radaru.", potom sa operátor, vidiac cieľ na monitore, rozhodne priniesť, či je laser v prevádzke”.
"V tejto oblasti sa nahromadilo veľa problémov, pretože armáda na celom svete už pred desaťročiami fantazírovala o laserových zbraniach pre seba a otázkou je, prečo ich dnes nemáme." Myslím si, že hlavným dôvodom je, že sme nemali technológiu na vytvorenie súčiastky laserovej zbrane, ktorá by bola dostatočne malá a dostatočne silná na to, aby bola umiestnená na taktických vozidlách. “
Záverečné fázy
Boeing medzitým tiež niekoľko rokov pracoval na vysoko energetickom laserovom mobilnom demonštrátore (HEL MD) pre americkú armádu, ktorý je v súčasnej dobe v záverečnej fáze vývoja. Laser namontovaný na podvozku nákladného auta nasmeruje lúč vysokého výkonu na hrozby, s ktorými sa armáda pravdepodobne stretne, a slúži ako záchytný systém pre neriadené strely, delostrelecké granáty, míny a bezpilotné prostriedky. Tento systém doteraz dosahoval takú presnosť, že dokáže zničiť senzory na dronoch, ako sa ukázalo pri ukážke 10 kW lasera na White Sands Proving Ground v roku 2013 a opäť na Eglin AFB v roku 2014.
Podľa vojenských špecifikácií bude kompletný systém HEL MD pozostávať z vysoko výkonného laserového a vysokovýkonného subsystému, ktorý sa má nainštalovať na vojenské vozidlo. Systém bude schopný spolu s inými prostriedkami ničenia vykonávať ochranu určitých zón, či už ide o základne dopredu, námorné zariadenia, letecké základne a ďalšie štruktúry.
Boeing vyvíja niekoľko systémov, ktoré je možné integrovať do konečného prototypu, ktorý bude nainštalovaný na upravenom taktickom nákladnom vozidle s ťažkou rozšírenou mobilitou (HEMTT).
Tieto subsystémy zahŕňajú laser; ovládanie lúča; Zdroj; systém riadenia výmeny tepla a systém riadenia bitky.
Velenie americkej armády pre vesmírnu obranu vyvíja HEL MD postupne. Laser, systém napájania a systém výmeny tepla sa v priebehu niekoľkých nasledujúcich rokov zdokonalia s cieľom zvýšiť výkon a technologický rozvoj subsystémov.
Ako sa technológia zlepšuje, modulárna povaha komponentov umožní zavedenie výkonnejších laserov integrovaných s vylepšenými funkciami zamerania a sledovania.
Celý cyklus
Podľa spoločnosti Boeing sprievodca lúčom HEL MD poskytuje pokrytie „z celej oblohy“, pretože sa otáča o 360 ° a je zdvihnutý nad strechu vozidla, aby zachytil ciele nad horizontom. Nepretržité ničenie cieľov je zjednodušené systémami výmeny tepla a napájania.
Celý systém beží na naftu; to znamená, že všetko, čo je potrebné na doplnenie „munície“zbrane, je rýchle doplnenie paliva. Lítium-iónové batérie systému HEL MD sa dobíjajú 60 kW naftovým generátorom, takže pokiaľ má armáda palivo, môže fungovať neobmedzene dlho.
Systém ovláda vodič automobilu a operátor závodu pomocou prenosného počítača a set-top boxu typu Xbox. Súčasný demo model používa laser triedy 10 kW. V blízkej budúcnosti však bude laser inštalovaný v triede 50 kW a o ďalšie dva roky sa jeho výkon zvýši na 100 kW.
Boeing predtým vyvinul menšiu laserovú inštaláciu pre americkú armádu a nainštaloval ju na obrnený automobil AN / TWQ-1 Avenger, prezývaný Boeing Laser Avenger. Na boj s UAV a neutralizáciu improvizovaných výbušných zariadení (IED) sa používa 1 kW polovodičový laser. Systém funguje takto: je zameraný na IED alebo nevybuchnutú muníciu na okraji cesty s postupným zvyšovaním výkonu laserového lúča, kým výbušnina v procese detonácie s nízkym výkonom nevyhorí. Počas testov v roku 2009 systém Laser Avenger úspešne zničil 50 takýchto zariadení, podobných tým, ktoré sa vyskytujú v Iraku a Afganistane. Okrem toho bola vykonaná ďalšia ukážka fungovania tohto systému, počas ktorej zničil niekoľko malých dronov.
Laserový pomstiteľ Boeing
Trojročný plán
Podľa nemeckej obrannej spoločnosti Rheinmetall o tri roky ponúkne na trhu vlastný vysoko výkonný vysokoenergetický laser (HEL), ktorý je nainštalovaný vo vozidle.
Po sérii testov vykonaných vo Švajčiarsku v roku 2013 spoločnosť pracovala na rozšírení softvérových možností modulov tvarovania lúča a technológie samotného lasera. Potom predpovedala, že jeho laserový systém na boj proti pozemným cieľom, ako aj pre pozemné cesty protivzdušná obrana môže byť už pripravená. v roku 2018.
Na prevádzku ako mobilné platformy HEL boli vybrané tri stroje. Spolu s obrneným vozidlom Boxer predviedol svoje vlastnosti aj upravený obrnený transportér M113 s 1-kW laserom (Mobile HEL Effector Track V) a nákladné auto Tatra 8x8 s dvoma 10-kW lasermi (Mobile HEL Effector Wheel XX).
Všetky tri laserové platformy
20 kW laser inštalovaný na obrnenom vozidle GTK Boxer sa vyznačuje výkonným modulom HEL, ktorého výhoda spočíva v princípe modulárnej konštrukcie. Rheinmetall hovorí, že Boxer ešte nemal laser s výkonom viac ako 20 kW, aj keď kombinácia viacerých laserov pomocou technológie zarovnávania lúčov môže zvýšiť jeho celkový výkon. Okrem toho je možné skombinovať niekoľko jednotiek Boxer HEL a vytvoriť systém s efektívnym výkonom nad 100 kW.
Počas demo testov vykonaných v roku 2013 posádka vozidla Boxer potvrdila možnosti laserovej inštalácie HEL, pričom deaktivovala ťažký guľomet nainštalovaný na pickupe bez toho, aby riskoval samotného guľometníka (foto nižšie). Inštalácia na nákladnom vozidle Tatra Mobile Effector Wheel XX v spolupráci s radarovou stanicou Skyguard navyše predviedla všetky stupne neutralizácie bezpilotného lietadla typu helikoptéra.
Neutralizácia heliportov bola vykonaná pomocou radaru SkyGuard, ktorý detekoval a identifikoval cieľ. Ďalej inštalácia HEL Boxer od neho dostala údaje, vykonala hrubé a presné sledovanie a potom zajala cieľ na zničenie.
Laserový systém HEL MD spoločnosti Boeing má zmluvu s americkým veliteľstvom raketovej a vesmírnej obrany
Morský výskum
Americká správa pre výskum a vývoj (ONR) testuje vlastný bojový laser v pevnej fáze namontovaný na vozidle s názvom Ground-Based Air Defense Directed Energy On-the-Move (GBAD OTM). V skutočnosti je tento systém vysokovýkonným laserom namontovaným na taktickom vozidle a je určený na ochranu expedičných síl pred nepriateľskými bezpilotnými lietadlami.
Vzhľadom na rastúce rozšírenie bezpilotných leteckých systémov americké námorné zbory naznačujú, že bojové jednotky budú čoraz častejšie nútené brániť sa proti protivníkom, ktorí vykonávajú sledovanie a prieskum zo vzduchu.
Systém GBAD OTM je určený na inštaláciu na ľahké taktické vozidlá, ako sú HMMWV a JLTV (Joint Light Tactical Vehicle). Podľa ONR je program GBAD OTM zameraný na vytvorenie alternatívy k tradičným systémom, ktoré môžu brániť námorníkom pred prieskumom nepriateľov a útočiť na bezpilotné lietadlá. Komponenty systému GBAD OTM, vrátane laseru, zameriavacieho zariadenia lúča, batérií, radaru, chladiaceho a riadiaceho systému, spoločne vyvinuli ONR, vývojové centrum námorných námorných lodí Dahlgren a niekoľko priemyselných podnikov.
Cieľom programu je skombinovať všetky tieto súčasti do jedného komplexu, ktorý bude dostatočne malý na inštaláciu na ľahké taktické obrnené vozidlá, ale dostatočne výkonný na zvládnutie zamýšľaných hrozieb.
Široká aplikácia
Počas konferencie Sea-Air-Space 2015 vo Washingtone vedúci programov ochrany vojsk ONR Lee Mastroiani v rozhovore s reportérmi vysvetlil, že lasery môžu efektívne ničiť hrozby v celom spektre protivzdušnej obrany vrátane rakety, delostrelecké granáty, mínometnú muníciu, UAV, dopravné prostriedky a IED. "Systém GBAD je však predovšetkým navrhnutý tak, aby bojoval proti malým UAV, ktoré predstavujú hrozbu pre naše bojové jednotky."
„Systém GBAD OTM pozostáva z troch hlavných komponentov: 3-osová radarová sledovacia stanica, ktorá identifikuje hrozbu; veliteľská a riadiaca jednotka, ktorá identifikuje a rozhoduje o tom, ako neutralizovať hrozbu v prípade použitia rakiet alebo delostreleckých zbraní; a skutočná platforma s laserom. “
Mastroiani poznamenal, že v prípade programu GBAD sa kladie dôraz na vývoj vysokovýkonného laseru na ničenie UAV inštalovaného na ľahkom bojovom vozidle.
"V prospech takéhoto rozhodnutia existuje významný argument, ktorým je, že tieto hrozby sú lacné, to znamená, že použitie drahých rakiet v tomto prípade nezapadá do našej vízie problému." Preto pomocou laseru, ktorý stojí cent za pulz, môžete bezpečne bojovať proti lacným hrozbám pomocou lacného zbraňového systému. Podstatou programu je vo všeobecnosti boj proti takýmto cieľom, dokonca aj na cestách, s cieľom podporiť bojové operácie námornej pechoty. “
Podľa Mastroianiho ONR použil niekoľko komponentov z demonštračného zariadenia LaWS (Laser Weapon System), ktoré americké námorníctvo nainštalovalo na palubu lode Ponce v Perzskom zálive.
"Používame princíp predvídateľného vyhýbania sa, niektoré z kľúčových technológií a softvéru, ale existuje aj mnoho ďalších problémov," dodal Mastroiani. - Pokiaľ ide o loď USS Ponce, je tu dostatok miesta a všetko ostatné, pričom mám veľa problémov s hmotnosťou, veľkosťou a charakteristikami spotreby energie, keď je potrebné systém nainštalovať na ľahké taktické vozidlo. Mám zariadenie na vedenie lúča, napájací zdroj, chladiace systémy, navádzanie a označenie cieľa, a to všetko by malo fungovať spoločne a bez „zástrčiek“, takže v tomto samostatnom projekte je potrebné vyriešiť veľa rôznych problémov. “
Podľa ONR boli niektoré súčasti systému použité pri testoch na detekciu a sledovanie dronov rôznych veľkostí a celý systém bol testovaný 10kW laserom, čo je prechodné riešenie pri prechode na 30kW laser. Terénne testy 30 kW systému sa plánujú uskutočniť v roku 2016, kedy program začne s komplexnými testami s cieľom prejsť od jednoduchej detekcie a sledovania k streľbe z ľahkých vojenských vozidiel.
