Tidligere har vi undersøgt, hvordan laserteknologier udvikler sig, hvilke laservåben der kan skabes til brug i luftvåbnets, landstyrkernes og luftforsvarets og flådens interesse.
Nu skal vi forstå, om det er muligt at forsvare sig mod det, og hvordan. Det siges ofte, at det er nok at dække raketten med et spejlbelægning eller polere projektilet, men desværre er alt ikke så enkelt.
Et typisk aluminiumsbelagt spejl reflekterer omkring 95% af den indfaldende stråling, og dets effektivitet er stærkt afhængig af bølgelængden.
Af alle de materialer, der er vist i grafen, har aluminium den højeste reflektans, hvilket på ingen måde er et ildfast materiale. Hvis spejlet, når det udsættes for strøm med lav effekt, opvarmes lidt, så når kraftig stråling rammer, vil spejlbelægningens materiale hurtigt blive ubrugeligt, hvilket vil føre til en forringelse af dets reflekterende egenskaber og yderligere lavinelignende opvarmning og ødelæggelse.
Ved en bølgelængde på mindre end 200 nm falder spejlenes effektivitet kraftigt; mod ultraviolet eller røntgenstråling (fri elektronlaser) vil sådan beskyttelse slet ikke virke.
Der findes eksperimentelle kunstige materialer med 100% reflektivitet, men de fungerer kun for en bestemt bølgelængde. Også spejle kan dækkes med specielle flerlagsbelægninger, der øger deres reflektivitet med op til 99,999%. Men denne metode fungerer også kun for én bølgelængde og indfald i en bestemt vinkel.
Glem ikke, at driftsbetingelserne for våben er langt fra laboratoriebetingelser, dvs. spejlraketten eller projektilet skal opbevares i en beholder fyldt med en inaktiv gas. Den mindste dis eller snavs, f.eks. Fra håndaftryk, vil straks forringe spejlets reflektivitet.
At forlade beholderen vil straks udsætte spejloverfladen for miljøet - atmosfære og varme. Hvis spejloverfladen ikke er dækket af en beskyttende film, vil dette straks føre til en forringelse af dens reflekterende egenskaber, og hvis den er belagt med en beskyttende belægning, vil den selv forringe overfladens reflekterende egenskaber.
Sammenfattende ovenstående bemærker vi, at spejlbeskyttelse ikke er særlig velegnet til beskyttelse mod laservåben. Og hvad passer så?
Til en vis grad hjælper metoden med at "smøre" laserstrålens termiske energi over kroppen ved at tilvejebringe rotationsbevægelse af flyet (AC) omkring sin egen længdeakse. Men denne metode er kun egnet til ammunition og i begrænset omfang til ubemandede luftfartøjer (UAV'er), i mindre omfang vil den være effektiv, når laser bestråles ind i skrogets forside.
På nogle typer beskyttede objekter, f.eks. På glidebomber, krydstogtsraketter (CR) eller anti-tankstyrede missiler (ATGM), der angriber et mål, når de flyver ovenfra, kan denne metode heller ikke anvendes. Ikke-roterende er for det meste mørtelminer. Det er svært at indsamle data om alle ikke-roterende fly, men jeg er sikker på, at der er mange af dem.
Under alle omstændigheder vil rotation af flyet kun en lille smule reducere effekten af laserstråling på målet, fordivarmen, der overføres af den kraftige laserstråling til kroppen, overføres til de interne strukturer og videre til alle flyets komponenter.
Brugen af dampe og aerosoler som modforanstaltninger mod laservåben er også begrænset. Som allerede nævnt i artiklerne i serien er brug af lasere mod jordbaserede pansrede køretøjer eller skibe kun mulig, når de bruges mod overvågningsudstyr, til hvis beskyttelse vi vender tilbage senere. Det er urealistisk at brænde skroget på et infanterikampvogn / tank eller overfladeskib med en laserstråle i overskuelig fremtid.
Selvfølgelig er det umuligt at anvende røg- eller aerosolbeskyttelse mod fly. På grund af flyets høje hastighed vil røg eller aerosol altid blive blæst tilbage af det modgående lufttryk, i helikoptere vil de blive blæst væk af luftstrømmen fra propellen.
Således kan beskyttelse mod laservåben i form af sprøjtede dampe og aerosoler kun være påkrævet på letpansrede køretøjer. På den anden side er tanke og andre pansrede køretøjer ofte allerede udstyret med standardsystemer til opsætning af røgskærme for at forstyrre fangsten af fjendtlige våbensystemer, og i dette tilfælde, når de udvikler passende fyldstoffer, kan de også bruges til at modvirke laservåben.
Når vi vender tilbage til beskyttelsen af optisk og termisk billeddannelsesudstyr, kan det antages, at installationen af optiske filtre, der forhindrer passage af laserstråling med en bestemt bølgelængde, kun vil være egnet i begyndelsen til beskyttelse mod laveffekt laservåben, af følgende årsager:
- i drift vil være et stort udvalg af lasere fra forskellige producenter, der opererer med forskellige bølgelængder;
- et filter designet til at absorbere eller reflektere en bestemt bølgelængde, når det udsættes for kraftig stråling, vil sandsynligvis mislykkes, hvilket enten vil føre til laserstråling, der rammer de følsomme elementer, eller svigt i selve optikken (uklarhed, billedforvrængning);
- nogle lasere, især den frie elektronlaser, kan ændre driftsbølgelængden over et bredt område.
Beskyttelse af optisk og termisk billeddannelsesudstyr kan udføres for jordudstyr, skibe og luftfartsudstyr ved at installere højhastighedsbeskyttelsesskærme. Hvis der opdages laserstråling, skal beskyttelsesskærmen dække linserne på en brøkdel af et sekund, men selv dette garanterer ikke, at de følsomme elementer ikke er beskadiget. Det er muligt, at udbredt brug af laservåben over tid vil kræve mindst dobbeltarbejde af rekognoseringsaktiver, der opererer i det optiske område.
Hvis installationen af beskyttelsesskærme og kopiering af optisk og termisk billedrekognoscering på store transportører er ganske mulig, så er det meget vanskeligere at foretage på højpræcisionsvåben, især kompakte. For det første skærpes vægt- og størrelseskravene til beskyttelse betydeligt, og for det andet kan virkningen af højeffekt laserstråling selv med en lukket lukker forårsage overophedning af komponenterne i det optiske system på grund af det tætte layout, hvilket vil føre til delvis eller fuldstændig afbrydelse af dens drift.
Hvilke metoder kan bruges til effektivt at beskytte udstyr og våben mod laservåben? Der er to hovedmåder - ablativ beskyttelse og konstruktiv varmeisolerende beskyttelse.
Ablationsbeskyttelse (fra det latinske ablatio - fjernelse, overførsel af masse) er baseret på fjernelse af et stof fra overfladen af det beskyttede objekt med en strøm af varm gas og / eller på omstruktureringen af grænselaget, som tilsammen signifikant reducerer varmeoverførsel til den beskyttede overflade. Med andre ord bruges den indgående energi til opvarmning, smeltning og fordampning af det beskyttende materiale.
I øjeblikket bruges ablativ beskyttelse aktivt i nedstigningsmoduler i rumfartøjer (SC) og i jetmotordyser. De mest anvendte er forkulningsplast baseret på phenol, organosilicium og andre syntetiske harpikser, der indeholder kulstof (herunder grafit), siliciumdioxid (silica, kvarts) og nylon som fyldstoffer.
Ablationsbeskyttelse er engangs, tung og omfangsrig, så det giver ingen mening at bruge den på genanvendelige fly (læs ikke alle bemandede og de fleste ubemandede fly). Dens eneste anvendelse er på guidede og ustyrede projektiler. Og her er hovedspørgsmålet, hvor tyk beskyttelsen skal være for en laser med en effekt, for eksempel 100 kW, 300 kW osv.
På Apollo -rumfartøjet varierer tykkelsen af afskærmningen fra 8 til 44 mm ved temperaturer fra flere hundrede til flere tusinde grader. Et eller andet sted i dette område vil den krævede tykkelse af ablativ beskyttelse mod kamplasere også ligge. Det er let at forestille sig, hvordan det vil påvirke vægt- og størrelsesegenskaberne og dermed rækkevidden, manøvredygtigheden, sprænghovedets vægt og andre parametre for ammunitionen. Ablativ termisk beskyttelse skal også modstå overbelastning under opsendelse og manøvrering, overholde normerne for vilkår og betingelser for ammunitionsopbevaring.
Ustyret ammunition er tvivlsom, da den ujævne ødelæggelse af ablativ beskyttelse mod laserstråling kan ændre den eksterne ballistik, som følge heraf afviger ammunitionen fra målet. Hvis ablativ beskyttelse allerede bruges et eller andet sted, for eksempel i hypersonisk ammunition, bliver du nødt til at øge dens tykkelse.
En anden beskyttelsesmetode er en strukturel belægning eller udførelse af sagen med flere beskyttende lag af ildfaste materialer, der er modstandsdygtige over for ydre påvirkninger.
Hvis vi tegner en analogi med rumfartøjer, kan vi overveje den termiske beskyttelse af det genanvendelige rumfartøj "Buran". I områder, hvor overfladetemperaturen er 371 - 1260 grader Celsius, blev der påført en belægning bestående af amorf kvartsfiber 99,7% renhed, hvortil der blev tilsat et bindemiddel, kolloidt siliciumdioxid. Belægningen er lavet i form af fliser i to standardstørrelser med en tykkelse på 5 til 64 mm.
Borosilicatglas, der indeholder et specielt pigment (hvid belægning baseret på siliciumoxid og skinnende aluminiumoxid) påføres på flisernes ydre overflade for at opnå en lav absorptionskoefficient for solstråling og en høj emissionsevne. Ablationsbeskyttelse blev brugt på næsekeglen og vingespidserne på køretøjet, hvor temperaturen overstiger 1260 grader.
Det skal huskes på, at ved langvarig drift kan beskyttelsen af fliser mod fugt forringes, hvilket vil føre til tab af termisk beskyttelse af dets egenskaber, derfor kan den ikke bruges direkte som anti-laserbeskyttelse på genanvendelige fly.
I øjeblikket udvikles en lovende ablativ termisk beskyttelse med minimalt overfladeslitage, som sikrer beskyttelse af fly mod temperaturer op til 3000 grader.
Et team af forskere fra Royce Institute ved University of Manchester (UK) og Central South University (Kina) har udviklet et nyt materiale med forbedrede egenskaber, der kan modstå temperaturer op til 3000 ° C uden strukturelle ændringer. Dette er en keramisk belægning Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, som er overlejret på en carbon-carbon kompositmatrix. Med hensyn til dens egenskaber overgår den nye belægning betydeligt den bedste keramik med høj temperatur.
Den kemiske struktur af varmebestandig keramik fungerer selv som en forsvarsmekanisme. Ved en temperatur på 2000 ° C oxiderer materialerne Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 og SiC til henholdsvis Zr0.80T0.20O2, B2O3 og SiO2. Zr0.80Ti0.20O2 smelter delvist og danner et relativt tæt lag, mens lavsmeltende oxider SiO2 og B2O3 fordamper. Ved en højere temperatur på 2500 ° C fusioneres Zr0.80Ti0.20O2 -krystallerne til større formationer. Ved en temperatur på 3000 ° C dannes et næsten absolut tæt yderste lag, hovedsageligt bestående af Zr0.80Ti0.20O2, zirconiumtitanat og SiO2.
Verden udvikler også specielle belægninger designet til at beskytte mod laserstråling.
Tilbage i 2014 udtalte en talsmand for People's Liberation Army of China, at amerikanske lasere ikke udgør en særlig fare for kinesisk militært udstyr beklædt med et særligt beskyttende lag. De eneste spørgsmål, der er tilbage, er laserne om, hvilken kraft denne belægning beskytter, og hvilken tykkelse og masse den har.
Af størst interesse er en belægning udviklet af amerikanske forskere fra National Institute of Standards and Technology og University of Kansas - en aerosolsammensætning baseret på en blanding af carbon nanorør og speciel keramik, der effektivt kan absorbere laserlys. Nanorørene i det nye materiale absorberer ensartet lys og overfører varme til nærliggende områder og sænker temperaturen ved kontaktpunktet med laserstrålen. Keramiske samlinger med høj temperatur giver den beskyttende belægning høj mekanisk styrke og modstandsdygtighed over for skader fra høje temperaturer.
Under test blev et tyndt lag materiale påført overfladen af kobber, og efter tørring fokuserede man på overfladen af materialet en stråle af en langbølget infrarød laser, en laser, der blev brugt til at skære metal og andre hårde materialer.
Analyse af de indsamlede data viste, at belægningen med succes absorberede 97,5 procent af laserstrålenergien og modstod et energiniveau på 15 kW pr. Kvadratcentimeter overflade uden ødelæggelse.
På denne belægning opstår spørgsmålet: i test blev der påført en beskyttende belægning på en kobberoverflade, som i sig selv er et af de vanskeligste materialer til laserbehandling, på grund af dets høje varmeledningsevne er det uklart, hvordan en sådan beskyttende belægning vil opføre sig med andre materialer. Der opstår også spørgsmål om dens maksimale temperaturmodstand, modstandsdygtighed over for vibrationer og stødbelastninger, virkningerne af atmosfæriske forhold og ultraviolet stråling (sol). Det tidspunkt, hvor bestrålingen blev udført, er ikke angivet.
Et andet interessant punkt: Hvis flymotorerne også er belagt med et stof med høj varmeledningsevne, vil hele kroppen blive jævnt opvarmet fra dem, hvilket maksimerer maskeringen af flyet i det termiske spektrum.
Under alle omstændigheder vil egenskaberne ved ovenstående aerosolbeskyttelse stå i direkte forhold til størrelsen af det beskyttede objekt. Jo større det beskyttede objekt og dækningsområdet er, desto mere energi kan spredes over området og gives i form af varmestråling og afkøling af den indfaldende luftstrøm. Jo mindre det beskyttede objekt er, desto tykkere skal beskyttelsen være. det lille område vil ikke tillade fjernelse af tilstrækkelig varme, og de interne strukturelle elementer vil blive overophedet.
Anvendelsen af beskyttelse mod laserstråling, uanset ablativ eller konstruktiv varmeisolerende, kan vende tendensen mod et fald i størrelsen på guidet ammunition, reducere effektiviteten af både guidet og ikke-guidet ammunition betydeligt.
Alle lejeoverflader og betjeningselementer - vinger, stabilisatorer, ror - skal være fremstillet af dyre og vanskelige at behandle ildfaste materialer.
Der opstår et særskilt spørgsmål om beskyttelse af radardetektionsudstyr. På det eksperimentelle rumfartøj "BOR-5" blev det radiogennemsigtige varmeskjold testet-glasfiber med silica-fyldstof, men jeg kunne ikke finde dets varmebeskyttelse og vægt- og størrelsesegenskaber.
Det er endnu ikke klart, om en plasmadannelse ved høj temperatur kan opstå som følge af bestråling med kraftig laserstråling fra radomen af radarrekognitionsudstyr, omend med beskyttelse mod termisk stråling, som forhindrer passage af radiobølger som følge af som målet kan gå tabt.
For at beskytte sagen kan der bruges en kombination af flere beskyttende lag-varmebestandig-lav-varmeledende indefra og reflekterende-varmebestandig-meget varmeledende udefra. Det er også muligt, at der vil blive påført stealth -materialer oven på beskyttelsen mod laserstråling, som ikke vil kunne modstå laserstråling, og bliver nødt til at komme sig efter skader fra laservåben, hvis selve flyet overlevede.
Det kan antages, at forbedringen og udbredt distribution af laservåben vil kræve tilvejebringelse af anti-laserbeskyttelse for al tilgængelig ammunition, både guidede og ustyrede, samt bemandede og ubemandede luftfartøjer.
Indførelsen af anti-laserbeskyttelse vil uundgåeligt føre til en stigning i omkostninger og vægt og dimensioner af guidet og ustyret ammunition samt bemandede og ubemandede luftfartøjer.
Afslutningsvis kan vi nævne en af de udviklede metoder til aktivt at modvirke et laserangreb. California-baserede Adsys Controls udvikler Helios-forsvarssystemet, som formodes at slå fjendtlig laservejledning ned.
Når han retter fjendens kamplaser mod den beskyttede enhed, bestemmer Helios dens parametre: effekt, bølgelængde, pulsfrekvens, retning og afstand til kilden. Helios forhindrer yderligere fjendens laserstråle i at fokusere på et mål, formentlig ved at sigte mod en modtagende lavenergilaserstråle, som forvirrer fjendens målretningssystem. De detaljerede egenskaber ved Helios -systemet, udviklingsstadiet og dets praktiske ydeevne er stadig ukendte.
