Da det amerikanske forsvarsministerium i maj i år besluttede at sende en patriotisk division til Mellemøsten for at imødegå, hvad det kalder Irans øgede trussel, indsatte det personale, der allerede var for slidt af periodiske rotationer.
"Hvad angår missilforsvarsstyrker, stod vi i Mellemøsten regelmæssigt over for dette problem længe før denne indsættelse," sagde den daværende viceminister til journalister og bemærkede, at Patriot-enheder havde en duty-to-rest-ratio på mindre end 1: 1 i maj. I begyndelsen af året var det samlede kamppligt- og hvileforhold omkring 1: 1, 4, mens kommandoen satte et mål om at opnå et 1: 3 -forhold.
Mens den amerikanske hær leder efter måder at reducere antallet af kontinuerlige to-skift rotationer og øge kampberedskabet, er et lige så presserende spørgsmål på dagsordenen om, hvordan den fremtidige kombination af kinetiske og ikke-kinetiske våben vil påvirke dets kamp behov.
”Hvis du skal kæmpe mod en næsten lige modstander, vil Patriot være effektiv, men i sidste ende kan det svække eller neutralisere truslen? Måske ikke. Derfor vil du med tiden se nye kapaciteter, der vil blive introduceret i vores missilforsvarsarsenal,”
- sagde han og tilføjede, at fremtidige større investeringer i udviklingen af styrede energivåben kunne ændre hærens taktiske model.
"Ellers vil du fortsætte med at akkumulere Patriot -batterier og forsøge at bekæmpe flere og flere trusler."
Pentagon har i årtier jagt efter styrede energiteknologier, og det syntes ofte, at fuglen allerede var i et bur. Mange amerikanske militærer mener, at situationen i dag har ændret sig radikalt, og de seneste fremskridt på dette område giver landets væbnede styrker håb om tidlig indsættelse af rigtige våbensystemer til forskellige kampmissioner.
Mens Pentagon tilsyneladende er optimistisk med hensyn til implementeringen af styrede energisystemer i den nærmeste fremtid, især lasere med høj effekt, er der mange uløste problemer. Fra forskelle i taktiske og strategiske kapaciteter til spørgsmål relateret til skalerbarhed eller skalerbarhed af lasere og finansiering til konkurrerende projekter har militæret meget at overvinde.
Ændrer behov
Det er næsten seks årtier siden laseren blev introduceret, og i det meste af den tid har forsvarsministeriet ledt efter måder at udvikle denne teknologi med det mål at skabe den næste generation af våben. For luftværnsstyrker lover sådanne systemer en lavere pris pr. Nederlag og samtidig et fald i ammunitionsforbruget. For eksempel, hvis Kina opsender mange billige missiler mod et amerikansk skib, så kunne man i teorien bruge en kraftig laser til at målrette og ødelægge dem.
Dr. Robert Afzal, en førende laserteknologespecialist hos Lockheed Martin, mener, at indtil nu har to faktorer forhindret implementering af laserteknologi: Forsvarsministeriets første vægt på udviklingen af strategiske våben og dets underudvikling.
Tidligere har militæret afsat midler til rettet energiforskning om projekter som det nu lukkede YAL-1 Airborne Laser-program, der i fællesskab drives af US Air Force og Missile Defense Agency. Som en del af dette initiativ blev en kemisk laser installeret på et modificeret Boeing 747-400F-fly til at opfange ballistiske missiler under accelerationsfasen.
"På det tidspunkt var vægten altid på strategisk konfrontation, som krævede meget store og meget kraftfulde lasersystemer." I dag har spredning af ubemandede luftfartøjer og små både bidraget til et delvis skift i Pentagons kortsigtede vægt på taktiske systemer. Dette hjælper militæret til gradvist at opskalere våbensystemer med henblik på at håndtere nye trusler.
I april 2019 blev der diskuteret på Brookings Institution i Washington om dette spørgsmål. "Jeg har en lille vision om de korte og mellemlange udsigter for rettet energi,"
- bemærkede seniorforsker ved instituttet.
”Tilsyneladende kan styret energi hjælpe os i et meget, meget specifikt taktisk miljø. Ideen om at oprette en stor nok laser til at levere et territorielt missilforsvarssystem er temmelig urealistisk, mens beskyttelsen af et specifikt køretøj med et aktivt system er lidt mere realistisk."
Den daværende sekretær for den amerikanske hær bemærkede, at fremskridt inden for rettet energi var "længere, end du kan forestille dig", og hærens beslutning om at genetablere et manøvrerbart luftforsvarssystem for dets tunge enheder gør det muligt at anvende nye laservåben.
”Baseret på eksisterende og nye trusler er dette en rigtig stor ting for os. Med hensyn til hvor teknologien går hen, er vi tæt på at eje et system, der kan indsættes, der kan skyde droner, små fly og lignende objekter ned."
Teknologiske barrierer
For at skabe lasersystemer med høj effekt, der er i stand til at skyde droner ned, er der behov for teknologier i det bredeste spektrum. Ud over baseplatformen bruges en radar til at opdage lufttrusler og forskellige sensorer til at låse et mål. Derefter spores målet, målpunktet bestemmes, laseren aktiveres og holder strålen på dette tidspunkt, indtil UAV lider uacceptabel skade.
I løbet af årtierne har forskerne, der udvikler disse lasere, været i stand til at teste en række koncepter, herunder massive investeringer i kemiske våben, inden fokus flyttes til skalering af fiberlasere.
"Fordelen ved fiberlasere er, at du kan tilpasse disse lasere til en meget mindre størrelse,"
- sagde under et møde med journalister direktøren for Office of DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).
YAL-1 ABL-systemet brugte f.eks. En højenergisk kemisk oxygen-jodlaser, og selvom det med succes opfangede et testmål i 2010, ophørte dets udvikling efter næsten 15 års finansiering. På det tidspunkt satte den daværende forsvarsminister Robert Gates offentligt spørgsmålstegn ved den operationelle parathed af ABL og kritiserede dens effektive rækkevidde.
En af ulemperne ved kemiske lasere er, at laseren holder op med at fungere, når kemikalier forbruges.”I dette tilfælde har du en begrænset butik, og målet har altid været at skabe en laser, der kører på elektricitet. Når alt kommer til alt, så længe du har mulighed for at generere elektricitet på din platform, enten via en indbygget generator eller en batteripakke, vil din laser fungere,”sagde Afzal.
I de senere år har forsvarsministeriet øget investeringerne i udviklingen af en elektrisk fiberlaser, men har også stået over for alvorlige udfordringer, især i udviklingen af en laser med reduceret vægt, størrelse og strømforbrugskarakteristika.
Tidligere, hver gang udviklere forsøgte at øge effekten af en fiberlaser til det niveau, der var nødvendigt for kampopgaver, byggede de lasere af store størrelser, hvilket især skabte problemer med overdreven varmegenerering. Når lasersystemet genererer en stråle, genereres der også varme, og hvis systemet ikke er i stand til at aflede det fra installationen, begynder laseren at blive overophedet, og strålens kvalitet forringes, hvilket betyder, at strålen ikke kan fokusere på mål og laserens effektivitet falder.
Da militæret bestræber sig på at øge effekten af elektriske lasere, samtidig med at stigningen i systemets vægt, størrelse og strømforbrugskarakteristika begrænses, kommer effektiviteten frem; jo højere elektrisk effektivitet, jo mindre energi er der brug for for at betjene og afkøle systemet.
En talsmand for den amerikanske hær, der arbejder med lasere med høj effekt, sagde, at selvom generatorer normalt kan drive 10 kW -systemer uden problemer, starter problemer, når lasersystemernes effekt øges. "Når kamplaserens effekt øges til 50 kW eller mere, skal der allerede bruges unikke energikilder, f.eks. Batterier og lignende systemer."
For eksempel, hvis du tager et 100 kW lasersystem, som har en effektivitet på cirka 30%, så skal det bruge 300 kW effekt. Men hvis platformen, som den er installeret på, kun genererer 100 kW strøm, har brugeren brug for batterier til at dække forskellen. Når batterierne er afladet, holder laseren op med at fungere, indtil generatoren oplader dem igen.
"Systemet skal være ekstremt effektivt, startende fra energiproduktionen og dens videre omdannelse til fotoner, der er rettet mod målet,"
- sagde repræsentanten for Lockheed Martin -virksomheden.
I mellemtiden sagde Rolls-Royce LibertyWorks, at det har arbejdet i over et årti for at integrere et strøm- og varmekontrolsystem, der kan bruges i højeffektlasersystemer og for nylig har "gjort betydelige teknologiske gennembrud."
Rolls-Royce sagde, at gennembrudene omfatter områder som "elektrisk strøm, termostyring, temperaturkontrol og -overvågning, øjeblikkelig energitilgængelighed og forretningskontinuitet." De tilføjede, at test af systemet på kundens websted vil begynde i slutningen af dette år, og hvis de er gennemført med succes, kan det blive muligt at levere modulære integrerede løsninger til strømregulering og fjernelse af varme til hær- og flådeprogrammer.
Leder efter løsninger
DARPA og MIT's Lincoln Laboratory har med succes udviklet en lille, højeffektfiberlaser, der blev demonstreret i oktober i år. De nægtede imidlertid at præcisere detaljerne i dette projekt, herunder effektniveauet.
Mens militæret og virksomhederne har rapporteret konsekvent succes i udviklingen af militære lasere, sagde Afzal, at Lockheed Martins bestræbelser på at løse nogle af de teknologiske udfordringer omfatter "en spektralstrålefusionsproces, der lidt minder om coveret af Dark Side of the Moon -albummet. "af Pink Floyd".
”Jeg kan ikke lave en 100 kW fiberlaser, hvis der er skaleringsproblemer. Gennembruddet blev muliggjort af evnen til at udvide fiberoptiske lasere med høj effekt ved hjælp af strålekombination snarere end blot at forsøge at bygge et større og mere kraftfuldt lasersystem."
“Laserstråler fra flere lasermoduler, hver med en bestemt bølgelængde, passerer gennem et diffraktionsgitter, der ligner et prisme. Så hvis alle bølgelængder og vinkler er korrekte, sker der ikke gensidig absorption, men justeringen af bølgelængder i en streng sekvens efter hinanden, hvilket resulterer i, at effekten vokser proportionalt, `` forklarede Afzal. - Du kan skalere laserens effekt ved at tilføje moduler eller øge effekten for hvert modul uden at prøve bare at bygge en enorm laser. Det ligner mere parallel computing end en supercomputer."
Sammen
Der lægges stor vægt på potentialet i lasere med høj effekt, men samtidig ser det amerikanske militær og industri potentialet for at bruge mikrobølgefrekvenser med høj effekt til at skyde sværme af droner ned eller kombinere dem med lasere.
"Konsolidering af teknologi kan være en god løsning," sagde general Neil Thurgood fra Office of Critical Technology til journalister. - Det vil sige, at du kan ramme mange genstande med en laser. Men jeg kan ramme flere mål med to lasere, jeg kan ramme flere mål med lasere og mikrobølger med høj effekt. Arbejdet på dette område er allerede begyndt."
Raytheons instruerede energiekspert Don Sullivan fortalte på sin side om arbejdet i denne retning. Især sagde han, at Raytheon har kombineret en højeffektlaser med et multispektralt observationssystem i et Polaris MRZR-køretøj, samtidig med at han udviklede et mikrobølgesystem med høj effekt, der er monteret i en transportcontainer. Raytheon demonstrerede disse teknologier separat under Army's Maneuver Fires Integrated Experiment (MFIX) i 2017 og arbejdede sammen i 2018 under tests udført af det amerikanske luftvåben på White Sands Proving Grounds.
Sullivan sagde, at lasersystemet blev brugt til at skyde ned droner, der flyver over lange afstande, mens kraftige mikrobølger blev brugt til at beskytte nærfeltet og modvirke angreb fra sværm UAV'er.
"Selvfølgelig ser og forstår luftvåbnet den komplementære karakter af begge teknologier ved ikke kun at udføre kontradrone-missioner, men også andre missioner."
I flåden
Når det kommer til spørgsmålene om masse, volumen og energi, har krigsskibe med deres store størrelse en klar fordel i forhold til jord- og luftplatforme her, hvilket gjorde det muligt for søfolk at starte flere projekter på én gang.
Søværnet arbejder på Navy Laser Family of Systems (NLFoS), et initiativ til at implementere højtydende marine lasersystemer i den nærmeste fremtid. Dette Navy-initiativ omfatter: Solid-State Laser Technology Maturation (SSL-TM) program; RHEL (Ruggedized High Energy Laser) 150 kW højenergilaser; optisk blændende laser Optisk blændende interdiktor til destroyere af Arleigh Burke -projektet; og projektet High Energy Laser og Integrated Optical-dazzler with Surveillance (HELIOS).
Ifølge en Congressional Research Service-rapport implementerer flåden også High Energy Laser Counter-Anti-Ship Cruise Missile Program (HELCAP), som låner NLFoS-teknologi til at udvikle avancerede laservåben til bekæmpelse af krydsningsraketter mod skibe.
HELIOS -programmet sigter mod at forsyne krigsskibe og andre platforme med tre systemer: en 60 kW laser; langdistanceovervågning, rekognoscering og informationsindsamlingsudstyr og en blændeanordning til modvirkning af UAV'er. I modsætning til andre lasere testet på US Navy -skibe, som er installeret på skibe som ekstra systemer, bliver HELIOS en integreret del af skibets kampsystem. Aegis våbensystem vil levere brandkontrol til standardmissiler sammen med målretning og målretning af passende våben.
I marts 2018 fik Lockheed Martin en kontrakt på 150 millioner dollars (med yderligere 943 millioner dollars i optioner) til at designe, fremstille og levere to systemer inden udgangen af 2020. I 2020 planlægger flåden at foretage en analyse af HELIOS -projektet for at sikre, at det opfylder kravene.
Kongressens servicerapport bemærker, at integrationen af lasere på skibe potentielt giver mange fordele: kortere kontakttid, evnen til at håndtere aktivt manøvrerende missiler, præcis målretning og nøjagtig reaktion, lige fra advarselsmål til reversibelt blokering af deres systemer. Det bemærkes dog, at potentielle begrænsninger er tilbage.
Ifølge rapporten omfatter disse begrænsninger: kun skyde fra synsfeltet; problemer med atmosfærisk absorption, spredning og turbulens; termisk spredning, når laseren opvarmer luften, hvilket kan defokusere laserstrålen; kompleksiteten ved at afvise sværmeangreb, ramme hærdet mål og elektroniske undertrykkelsessystemer; og risikoen for sikkerhedsskader på fly, satellitter og menneskesyn.
De potentielle ulemper ved laserpræparater med højt udbytte, der fremhæves i rapporten, er ikke unikke for flåden, og andre grene af de væbnede styrker står også over for lignende problemer.
Marine Corps (ILC) præciserede på sin side taktik, metoder og metoder til bekæmpelse af Boeing CLWS (Compact Laser Weapon System) lasersystem, der er installeret i en transportcontainer.
En talsmand for Boeing sagde, at den har til hensigt at opgradere CLWS -systemet og øge kapaciteten fra 2 kW til 5 kW. Ved at gøre det bemærkede han, at stigningen i strøm ville reducere den tid, det tager at skyde små droner ned.”Søværnet ønsker et meget hurtigt system, der kan levere de muligheder, det ønsker. De er i gang med at kontrollere egenskaberne ved disse systemer, og derfor har de givet os en kontrakt om deres modernisering og forøgelse af kapaciteten."
Lyst til at investere
Hærens kommando i hele første halvdel af dette år var engageret i at definere nuværende styrede energiprogrammer og udvikle en langsigtet plan for overførsel af projekter fra udviklingsstadiet til stadiet af praktisk kampbrug.
Som en del af denne aktivitet fik general Turgud 45 dage til at afklare og samle alle aktuelle projekter i et enkelt register. Dette kan føre til, at nogle af dem vil blive afvist.”Da vi etablerede Critical Technologies Office, gjorde jeg en særlig indsats for at finde alle konkurrerende styrede energiprojekter. Alle arbejder med det, der kaldes rettet energi, og jeg forsøger at forstå, hvad det virkelig betyder, og hvad der virkelig foregår der,”sagde Thurgood ved høringerne i komitéen om de væbnede styrker.
I slutningen af maj godkendte hærkommandoen en omfattende plan, som giver mulighed for øgede investeringer og accelereret udvikling af laser- og mikrobølgeteknologier i forskellige hærprojekter. Under et pressemøde meddelte Thurgood, at hæren har besluttet at fremskynde MMHEL (Multi-Mission High Energy Laser) -programmet, hvor 50 kW-lasere vil blive installeret på Stryker pansrede køretøjer som en del af et kortdistance luftforsvarssystem. Hvis alt går efter planen, vil hæren ved udgangen af 2021 have vedtaget fire køretøjer med lasersystemer.
Det er endnu ikke klart, hvilke initiativer der vil blive fusioneret eller lukket, men Thurgood sagde, at dette bestemt vil ske alligevel.”Nogle mennesker arbejder med f.eks. En 150 kW laser, der til sidst vil blive installeret på en lastbil og trailer eller skib. Vi har ikke brug for vores eget 150 kW laserprogram, vi kan kombinere sådanne projekter sammen, fremskynde denne proces og spare ressourcer til vores land."
En række styrede energiinitiativer forbliver i mellemtiden i hærens portefølje. For eksempel brugte hæren MEHEL (Mobile Experimental High Energy Laser) -laseren for at fremskynde udviklingen af lovende lasersystemer og for at udarbejde taktik, metoder og principper for kampbrug i forbindelse med driften af sådanne systemer. Ifølge MEHEL -projektet installerede hæren en Stryker på maskinen og testede lasere med en effekt på op til 10 kW.
I maj 2019 meddelte gruppen under ledelse af Dynetics, at det var blevet valgt til at udvikle et 100 kW våbensystem og installere det på FMTV (Family of Medium Tactical Vehicles) lastbiler under programmet til udvikling af en demonstrationsmodel af en højeffekt HEL laserinstallation TVD (High Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator). Dette implementeres som en del af hærens arbejde med styrede energivåben designet til at bekæmpe missiler, artilleri -granater og mørtelminer samt droner.
Under en treårig kontrakt på 130 millioner dollars blev der dannet et trepartshold (US Army, Lockheed Martin og Rolls-Royce) for at forberede en kritisk projektgennemgang, der vil bestemme det endelige laserdesign, derefter fremstille systemet og installere det på en FMTV lastbil. 6x6 til felttest ved White Sands Missile Range i 2022.
Trioen planlægger at øge effekten af Lockheed Martins fiberlaser, som Rolls-Royce udvikler et elsystem til. Samtidig nægtede Rolls-Royce at oplyse, om det vil bruge sit nye integrerede energistyrings- og varmevekslingsstyringssystem.
I 2018 annoncerede hæren, at den arbejdede separat med Lockheed Martin for at udstyre droner med en kraftig mikrobølge -launcher for at skyde andre droner ned. I henhold til en kontrakt på 12,5 millioner dollars vil duoen udvikle et luftbaseret anti-drone-system. Potentielle UAV nyttelast vil omfatte eksplosive enheder, netværk og mikrobølgeinstallationer.
Direktøren for DARPA -kontoret fortalte imidlertid journalister, at trods fremskridtene inden for rettet energi er militæret stadig langt fra at integrere teknologi i flyet, og derfor vil skibe og terrængående køretøjer sandsynligvis blive de første grundlæggende platforme.
På himlen
United States Air Force implementerer også målrettede energiprojekter, herunder dem, der er udviklet under SHiELD ATD (Self-Protect High Energy Laser Demonstrator-Advanced Technology Demonstrator) prototypeprogram, som muliggør installation af et lille højeffektlasersystem på fly at beskytte mod missiler, klasse "jord-til-luft" og "luft-til-luft".
Tidligere på året meddelte Air Force Research Laboratory, at det havde opnået midlertidig succes, da det brugte en jordprøve til at skyde flere missiler ned. Efterhånden som teknologien skrider frem, planlægger det amerikanske luftvåben at gøre systemet mindre og lettere og tilpasse det til fly.
Den mere ambitiøse plan for Pentagon og Missile Defense Agency er et tilbageblik til præsident Ronald Reagans strategiske forsvarsinitiativ, også kendt som Star Wars, som teoretisk opfordrer til implementering af laservåbensystemer i rummet.
I januar i år offentliggjorde Trump-administrationen en længe ventet missilforsvarsanmeldelse, der roste Anti-Ballistic Missile Agency's arbejde med at udvikle styrede energivåben til at opfange ballistiske missiler i boostfasen. I 2017 udsendte agenturet f.eks. En anmodning om oplysninger om langdistancehøjdroner, der ville have nyttelastkapacitet til at installere kraftige lasere til at ødelægge ICBM'er i boostfasen. Anmodningen om forslag, der blev udsendt i 2017, bestemmer, at dronen vil flyve i mindst 19.000 meters højde, have en nyttelastkapacitet på mindst 2.286 kg og en tilgængelig effekt fra 140 kW til 280 kW. For at skabe en lovende installation for sådanne droner arbejder agenturet sammen med Boeing, General Atomics og Lockheed Martin for at undersøge muligheden for at implementere højeffektiv laserteknologi ombord på UAV'er.
"Hvad os angår, lægger vi en særlig vægt på capture, tracking og targeting,"
- sagde repræsentanten for Boeing -selskabet.
”Det er virkelig vores kernekompetencer, som vi har udviklet, mens vi arbejder med kemiske lasere. Boeing har demonstreret dette i alle sine systemer og har vist, at man ved hjælp af eksisterende teknologier kan oprette et kompakt, yderst effektivt system til erhvervelse, sporing og målretning og integrere det problemfrit i enhver laserenhed og derved øge dets kapacitet betydeligt."
