Laservåbensystemer er langt fra et nyt koncept, men der er stadig nogle betydelige problemer i deres daglige udvikling.
Ifølge David James fra University of Cranfield (UK) falder sådanne systemer i to brede kategorier. Den første omfatter våben designet til at engagere scopes og andre optiske sensorer, mens den anden fokuserer på kampen mod ustyrede missiler og droner. Systemer fra den anden kategori tiltrækker mere og mere opmærksomhed fra militæret, da laservåben bliver mere effektive og energikilder falder i størrelse. James bemærkede:
”Disse systemer har en række fordele. De tilbyder næsten uendelig ammunition … hvis strømforsyningen fungerer, vil lasersystemet fortsat fungere. De er relativt lette at bruge, hvilket betyder, at processen med personaleuddannelse ikke er for kompliceret."
Fra hav til land
Som James bemærkede, er der i de sidste årtier blevet udført et betydeligt stykke arbejde på dette område, især i den maritime sektor, hvor en række programmer overvejer muligheden for at bruge lasere til at bekæmpe trusler som f.eks. Marine -UAV'er eller små både.
Skibsbaserede systemer var de første, der dukkede op, da de har let adgang til en kraftkilde med høj effekt, mens stigningen i effektiviteten af laservåben gør dem mere og mere tilgængelige for jordstyrkerne. Dette er tydeligst demonstreret af den amerikanske hærs projekt om at oprette en prototype og implementere det første kamplasersystem. Systemer med en kapacitet på 50 kW vil blive installeret på fire Stryker pansrede køretøjer i 2022 for at understøtte opgaverne med mobilt kortdistance luftforsvar, udpeget M-SHORAD (Maneuver-Short-Range Air Defense) til beskyttelse af kampbrigader fra UAV'er, ustyrede missiler, artilleri og mørtel og luftfartshelikopter type.
"Nu er det tid til at bringe det styrede energivåben til slagmarken," sagde Neil Thurgood, direktør for den amerikanske hærs kontor for hypersonic, dirigeret energi og rumvåben, under tildelingen af kontrakten. - Hæren erkender behovet for styrede energilasere, som er fastsat i hærens moderniseringsplan. Dette er ikke længere forsknings- eller demonstrationsaktivitet. Dette er en strategisk kampevne, og vi er på rette vej, der vil bringe det lige i hænderne på soldaterne."
Som bemærket af James kan sådanne udviklinger hjælpe med at udfylde hullet i potentielle kampkapaciteter, især med hensyn til UAV'er. Når et stort antal droner vises på slagmarken, skal jordtropper kunne håndtere truslen. I øjeblikket løses denne opgave ved at affyre håndvåben og maskingeværer fra et meget tæt hold, selvom det er indlysende, at det er meget svært at udføre målrettet ild her. Et kinetisk alternativ ville være overflade-til-luft missiler. Men i modsætning til raketter er droner meget billigere at fremstille og drive.
”De økonomiske fordele er, at det ikke er rentabelt for dig at bruge missiler mod en sværm af droner, da missilerne derefter ville løbe tør meget hurtigt. Du skal beholde dit raketarsenal til vigtigere mål som fly eller helikoptere."
En anden fordel ved lasere er deres hastighed.
"Da" ammunitionen "bevæger sig med lysets hastighed, faktisk, hvis du selv et øjeblik placerer strålen på målet, så rammer du dronen … selvom den krydser din sigtelinje med en frygtelig hastighed, kan du simpelthen sigt laseren mod fjendens platform - og målet er dit”.
Uanset truslen
Craig Robin, leder af den amerikanske hærs Directed Energy Project Office, er enig og tilføjer, at laservåbensystemer også er ufølsomme over for trusler.
"De fleste materialer holder ikke høj temperatur, hvis du fokuserer laseren på en mine eller en drone, vil din indvirkning være dødelig."
Alt dette giver naturligvis fordele ud fra et økonomisk synspunkt, men samtidig kan lasersystemer reducere mængden af materiale og teknisk forsyning til militæret.
”Hvad angår kinetiske midler, skal man lave raketter, man skal vedligeholde raketter, man skal afskrive dem. Dette gælder tydeligvis ikke for strømforsyede våbensystemer, det vil sige, at de reducerer den logistiske byrde betydeligt."
Robins kontor er en del af Army's Rapid Capabilities and Critical Technologies Office (RCCTO). Under Thurgoods ledelse arbejder organisationen på at indarbejde nye teknologier i eksperimentelle udviklinger, der kan nå soldaterne. Rettet energi er hovedfokus for denne aktivitet.
I arbejdet med M-SHORAD-laseren blev udviklingen i det tidligere MHHEL-projekt (Multi-Mission High-Energy Laser) brugt, hvilket også gav mulighed for installation af en 50 kW laser på Stryker-maskinen og fremstilling af en prototype i 2021. RCCTO besluttede imidlertid at udvide projektets omfang, så fire lasere er i øjeblikket planlagt til at blive indsat. I samarbejde med hovedentreprenør Kord Technologies konkurrerer Raytheon og Northrop Grumman om dette projekt med deres M-SHORAD-prototyper.
RCCTO er involveret i andre styrede energiprojekter. Hovedvægten er på beskyttelse mod indirekte brand, som vil blive leveret af det våbensystem, der er installeret på Stryker -køretøjet. Dette projekt er kendt som den indirekte brandbeskyttelsesevne-højenergilaser og er en videreudvikling af programmet High-Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator til at flytte fra et 100 kW-system til en 300 kW-laser og levere det til tropperne i 2024.
Hæren installerede tidligere en 10-kW laser på Stryker-maskinen som en del af MEHEL (Mobile Experimental High-Energy Laser) -projektet, som dannede grundlaget for arbejdet med M-SHORAD.
Beslutningen om at øge våbnets magt var baseret på den vellykkede udviklingsproces. Som Robin forklarede: "Med hensyn til teknologisk modenhed har industriens investeringer været med til at fremskynde hele processen og opnå gode resultater."
Fiberoptik
Scott Schnorrenberg fra Kord Technologies sagde, at der har været et skift fra solid-state lasere til spektralt kombinerede fiberenheder, "som er betydeligt mere effektive og har reduceret størrelse." Han tilføjede, at tydelige fremskridt inden for batterier med høj kapacitet, elproduktion og termiske styringssystemer spiller en stor rolle, så meget kraftfulde lasersystemer kan installeres på relativt små kampbiler.
Kord fokuserer i øjeblikket på udviklingen af teknologien i F & U -fasen og dens anvendelse i prototypeudvikling og efterfølgende produktionsprodukter. Schnorrenberg pegede også på de logistiske fordele ved lasere og bemærkede, at "de også er udstyret med kraftfulde sensorer til at levere yderligere informationsindsamling og målretningskapacitet på slagmarken." Han mener, at efter implementering af systemer til M-SHORAD-projektet og andre programmer, bør omfanget af lasere udvides i de kommende år.
”Du ser, at lasere udvikler sig hurtigt, udvider sig til andre platforme og udvider rækkevidden af missioner, de kan udføre, såsom bortskaffelse af eksplosiv ammunition, modforanstaltninger mod rekognoseringsaktiver, præcisionsmålretning, koncentreret strålingskraft og højhastighedsdatatransmission. Det ekspanderende udvalg af potentielle mål vil utvivlsomt bidrage til en stigning i udvalget af grundlæggende platforme, hvor lasersystemer vil blive installeret."
Evan Hunt, Head of High Power Lasers i Raytheon, bemærkede også muligheden for målsporing med lasersystemer.
”Med et tryk på en knap efter at have identificeret en drone som en trussel, kan du øjeblikkeligt skyde den ned, og det bliver en så kortvarig proces, hvor dronen begynder at falde samtidig med, at der trykkes på knappen. Dette er en revolutionerende måde at ramme mål på i sammenligning med traditionel ammunition, som meget vel kan savne og flyve i stykker i forskellige retninger."
"Vi taler om en ny type teknologi, der gør det muligt helt uafhængigt at opdage, spore, identificere og engagere mål på en måde, der potentielt kan bruges selv i relativt nærhed til industri- eller boligområder uden at forårsage stor ødelæggelse."
Nedskydning af droner
Sammen med deltagelse i M-SHORAD-projektet lægger Raytheon særlig vægt på udviklingen af laservåben til især at bekæmpe små droner i sit koncept om en "laser dune buggy"-en kraftfuld laser i kombination med en multispektral observation eget system, installeret på et terrængående køretøj Polaris MRZR.
Systemet bliver fremstillet til det amerikanske luftvåben, og levering af tre platforme er planlagt til 2020. I slutningen af samme år vil disse tre mobile enheder blive indsat i udlandet til operationel evaluering.
Raytheon skød ned mere end 100 droner fra sin buggy under talrige luftvåben og militære shows. Luftvåbnet kunne bruge systemet til en række opgaver, for eksempel kunne bilen parkeres ved enden af landingsbanen for at jamme eller ødelægge uønskede UAV'er, der kom ind i luftrummet. Hunt bemærkede:
”Lasere har virkelig vist sig at være det mest præcise og effektive middel til direkte at ramme droner. Den "magiske kombination" af egenskaber giver dig mulighed for lydløst og diskret at deaktivere flere droner på en meget præcis og billig måde, så de ikke er så ødelæggende som kinetiske våben."
Inden laservåben kommer i drift i betydelige mængder, er det nødvendigt at løse en række presserende opgaver. Robin bemærkede, at laseren i sig selv er et af tre vigtige elementer i våbeninstallationen sammen med en strålekontroller, der præcist leder strålen til truslen og ledsager den, og et undersystem til generering og håndtering af energi. Sidstnævnte undersystem bør være kompakt nok til installation i køretøjer, selvom udviklingen fra bilsektoren i dette tilfælde kan drages fordel af, især udviklingen af batterisystemer, hvilket bidrog til den hurtige udvikling af elektriske køretøjer. "Du vil køre din elbil med samme hastighed i en længere periode, hvilket ligner meget, hvordan du vil have en laser til at fungere," fortsatte Hunt. "Kravene til denne teknologi og lasere er ens og overlapper her."
Ifølge James er reduktionen i størrelsen af strømforsyningssystemerne den begrænsende faktor. Han forventer, at den amerikanske hær og dens partnere står over for udfordringerne ved at placere sådant udstyr i Stryker. Derudover bemærkede han, at ikke alle mål i M-SHORAD-systemet er de samme, og der er spørgsmål om, hvilket niveau af skade der kræves for forskellige typer platforme.
“Hvis det kun er droner, som du jager, så indsnævrer det målområdet i den forstand, reducerer rækkevidden af materialer, som de er lavet af. Hvis det er en meget stor drone, så kan det være værd at bruge et overflade-til-luft-missil."
På den anden side er rækkevidde ifølge James den vigtigste faktor at overveje: jo mere afstand du vil forårsage skade, jo mere strøm er der brug for. Han bemærkede, at atmosfæren er fuld af forskellige partikler, der spreder lys, det vil sige, at der aldrig vil være hundrede procent lystransmission. I en afstand på en kilometer kan atmosfæren være 85% gennemtrængelig, det vil sige, at 15% af lyset ikke når målet. I en afstand på mere end 5 km kan tab være 50%, "det vil sige, at halvdelen af fotonerne simpelthen går tabt, laserstrålen mister sin styrke og når ikke målet."
Lær at kæmpe
"Hovedudfordringen for militære brugere vil være træning i at håndtere et ekspanderende sæt mål," sagde Chris Frye, direktør for tæt luftforsvar i Northrop Grumman, selvom han bemærkede, at de bevæger sig væk fra eksperimentelle teknologidemonstrationer og går til reel udnyttelse af en soldat. "Tillader at adoptere, tilpasse og forbedre teknologien." Ud over M-SHORAD-projektet har Northrop Grumman arbejdet sammen med den amerikanske hær om en række andre styrede energiprogrammer samt med søværnets F & U-kontor, DARPA, Air Force Laboratory og andre kunder.
"Fokus er på at bygge komplekse basesystemer," tilføjede Fry.”Det handler ikke kun om laseren, men hele systemet: radar, kommando- og kontrolsystem, netværk, platform, generation og strømstyring. Den maksimale effektivitet af alle disse komponenter og hvordan de fungerer sammen er vigtig for at maksimere systemets potentiale.”
Northrop Grumman sagde, at selvom vægten, størrelsen og strømforbruget af systemer er blevet reduceret betydeligt i løbet af det sidste årti, forventer de at fremskynde denne proces i de kommende år. Også lasersystemers evne til at spore trusler og "holde fotoner på målet så længe som nødvendigt for at give den ønskede effekt" er øget betydeligt.
Skabelse
Schnorrenberg sagde, at den største udfordring lige nu er produktionsbegrænsninger. På grund af det begrænsede antal lasersystemer, der er udviklet til dato, er produktionsbasen uudviklet, det vil sige, at de vigtigste komponenter stadig skal færdiggøres til produktionsscenarier med store mængder.
"Den amerikanske regering investerer i produktionsfaciliteter for at løse dette problem," tilføjede han. "I sidste ende vil industrien i sidste ende levere de udøvende mekanismer til at udvikle denne base."
Dette er nøglen til den amerikanske hærs målsætning for M-SHORAD-programmet. Kontraktmeddelelsen bemærkede, at valget af Northrop Grumman og Raytheon "vil fremme konkurrence og stimulere det industrielle grundlag for styrede energisystemer."
James håber, at laseren vil udvikle sig som et krigsvåben på sin egen måde i de kommende år. Selvom han tvivler på, at lasere vil fungere som helt separate systemer, mener han, at de helt sikkert vil blive en betydelig tilføjelse til andre våben. Det er usandsynligt, at luftforsvarssystemer for eksempel vil bestå af lasere alene, men de vil blive en del af et bredere system, der vil omfatte missiler. Derudover vil militæret sandsynligvis for at bekæmpe mål på ultrakorte afstande forlade en separat soldat.
"Måske vil lasere for altid være en del af kernesystemet."
"For at gøre lasere virkelig effektive og mere nyttige for det amerikanske militær, skal deres omkostninger falde," sagde Robin. Imidlertid vil enhver teknologi, der kommer fra et nichemarked, spille en mere fremtrædende rolle over tid.
"Efterhånden som prototyper og demonstrationstest vokser i antal - ikke kun i militæret, men også i andre typer af de væbnede styrker - vil vi snart være vidne til en udvidelse af dette marked og et fald i omkostningerne ved laservåbensystemer."
