Den amerikanske flådes LaWS -program undersøgte muligheden for at bruge billig fiberlaserteknologi som grundlag for laservåben, der kunne integreres i eksisterende Phalanx -installationer.
For første gang er den amerikanske flåde fuldt forberedt på at demonstrere driften af højenergiske laservåben og meddelte for nylig planer om at lancere en prototype elektromagnetisk skinnepistol til søs. Overvej udviklingen i den næste generation af pulsvåben
I flere årtier har den amerikanske flåde kun talt om indsættelse af lasere, pulserende energisystemer og elektriske våben på skibe. En række meget attraktive teoretiske fordele - næsten ubegrænsede butikker, billig ammunition og hurtig effekt og mere - bidrog til forsvarsvidenskabelige og teknologiske samfunds betydelige investeringer i oprettelse, udvikling og demonstration af relevante teknologier på det tidspunkt. Denne proces har resulteret i en flod af publikationer og patenter, flere prototyper og et væld af berømte verdensrekorder.
Fra et teknisk synspunkt viste sådanne våben sig imidlertid at være for vanskelige at designe og fremstille. Teknologien og de tekniske midler passede ikke altid godt med den forventede tidsramme, og nogle i første omgang lovende løsninger viste sig at være upraktiske eller ikke fungerer; fysikkens love kom undertiden i vejen for fremskridt.
Alligevel bevarede flåden troen på grundlæggende videnskab, og den forsigtige tildeling af F & U -ressourcer for at afbøde risiko og udvikle vigtige avancerede teknologier er for nylig begyndt at betale udbytte. Faktisk er flåden i øjeblikket på vej til at implementere sin første operationelle højenergilaser (HEL); det er også planlagt at lancere en prototype af en elektromagnetisk skinnepistol i havet i 2016.
Naval Research Chief, kontreadmiral Matthew Klunder, beskriver dette våben med højt udbytte som "fremtiden for marinekamp" og tilføjer, at flåden "er i spidsen for denne unikke teknologi."
Det er imidlertid værd at huske på, at styrede energivåben som højeffektlasere og mikrobølger med høj effekt er blevet undersøgt i over fire årtier. F.eks. Åbnede flåden en afdeling under HEL -programmet tilbage i 1971 og påbegyndte udviklingen, fremstillingen og afprøvningen af en militær demonstrationsmodel af en kraftig (ca. megawatt) HEL på deuteriumfluorid.
Den nylige historie med udviklingen af styrede energivåben til den amerikanske flåde begyndte virkelig med genoprettelsen i juli 2004 af programkontoret (PMS 405) for de retningsbestemte energisystemer og elektriske våben fra Naval Systems Command. Dette skridt tjente som en ny drivkraft for videnskabelig og teknisk udvikling, som blev udsat i omkring et årti i en kasse mærket "eksotisk". Det er ikke, at forskningen er sat på hold, snarere har teknologien ikke haft en klar vej til succes.
I løbet af det sidste årti har PMS 405 fungeret som et knudepunkt for overførsel af elektrisk og styret energivåbneteknologi fra laboratorier til flåden. I denne rolle koordinerede han F&U mellem søforskningscentre, regeringslaboratorier og industri.
Det er også værd at bemærke her bidrag fra ONR (Office of Naval Research) og Naval Surface Warfare Establishment Dahlgren Division (NSWCDD), Naval Surface Warfare Development Center i Dahlgren. ONR har overvåget innovation inden for laser- og jernbanepistolteknologi med høj effekt, mens NSWCDD blev grundlagt som et "ekspertisecenter" for forskning, udvikling, retningsbestemt energisimulering. Inden for Directed Energy Research Office flytter Directed Energy Warfare Office (DEWO) HEL -teknologi fra videnskabs- og teknologirummet til flådens frontlinje.
Charmen ved laseren
I det abstrakte tilbyder våbensystemer med en kraftig HEL -laser mange fordele i forhold til traditionelle kanoner og guidet ammunition: levering af en påvirkning med lysets hastighed og en kort målbestrålingstid; skalerbar påvirkning (lige fra dødelig til ikke-dødelig); synsnøjagtighed; vejledning med høj præcision; superhurtig re-erhvervelse af målet; et stort og vedvarende magasin fri for farer og logistiske byrder forbundet med standard eksplosiv ammunition.
Men frem for alt havde udsigten til en meget lav pris pr. Skud - ifølge ONR's beregninger, betydeligt mindre end en dollar pr. Skud - en fascinerende effekt på kommandoen i den amerikanske flåde, som leder efter måder at fortsætte finansieringen.
På trods af at de meget ofte taler om de positive kvaliteter ved HEL -systemer, har de komplekse opgaver med at færdiggøre laservåbenene, der er indsat på skibe, forfulgt fysikere og ingeniører i lang tid. At fokusere magten på et mål er en af hovedudfordringerne. Et laservåben skal kunne fokusere en højenergistråle på et lille og klart defineret målpunkt på et mål for at levere effekt. I betragtning af de mange typer potentielle mål kan den nødvendige mængde energi og rækkevidde, som ødelæggelse vil blive garanteret, variere betydeligt.
Strøm er ikke det eneste problem. Termisk spredning kan forekomme, når en laserstråle udsendes i en længere periode langs den samme sigtelinje, opvarmer den luft, den passerer igennem, hvilket får strålen til at spredes og defokusere. Målretning bliver også vanskeligere af de komplekse og dynamiske egenskaber i det omgivende havmiljø.
Dernæst skal du overveje forskellige spørgsmål om integration med platformen. Store prototypenheder har en stor formfaktor, og hyldesystemer kræver betydelige nedskæringer for at integrere med mindre platforme. Integrationen af HEL -våben i krigsskibe stiller også nye krav til bærerplatformen med hensyn til elproduktion, energidistribution, køling og varmeafledning.
ONR identificerede Free Electron Laser (FEL) i midten af 2000'erne som den bedste langsigtede løsning for skibets HEL-våbensystem. Det skyldes, at FEL -strålens bølgelængde kan finjusteres til de gældende miljøforhold for at opnå den bedste "atmosfæriske permeabilitet".
I denne henseende, under ledelse af ONR, blev programmet Innovative Naval Prototype (INP) lanceret med det formål at udvikle en 100 kW klasse FEL-demonstrator med en driftsbølgelængde i området 1,0-2,2 mikron. Boeing og Raytheon blev tildelt parallelle årlige fase IA -kontrakter i april 2009 til foreløbigt design, og Boeing blev valgt til at fortsætte fase IB i september 2010, hvorefter projektet blev videreført til designkritisk gennemgangsfase.
Efter at have afsluttet en kritisk gennemgang af FEL -kraftværket gik Boeing ud for at bygge og teste den næste 100 kW FEL -demo, designet til at fungere ved tre forskellige bølgelængder. ONR skrottede imidlertid INP i 2011 for at kanalisere nuværende ressourcer ind i udviklingen af en solid state laser (SSL). Arbejdet med FEL er i øjeblikket fokuseret på fortsat arbejde med at reducere de risici, der er forbundet med dette system.
LaWS, der er udpeget AN / SEQ-3, vil blive udsendt til den amerikanske flådes Ponce i løbet af de næste par måneder som et "hurtigt reagerende køretøj." LaWS -styringsenhed installeres over broen til Ponce -skibet
Denne omdirigering af ressourcer er en konsekvens af SSL -teknologiens større modenhed og udsigten til hurtigere indsættelse af overkommelige HEL -våben i den amerikanske flåde. ONR og PMS 405 anerkendte denne udviklingsvej for den næste periode tilbage i midten af slutningen af 2000'erne.
Ifølge kontreadmiral Klander er SSL -programmet "blandt vores højeste prioriterede videnskabs- og teknologiprogrammer." Han tilføjede, at disse nye muligheder er særlig overbevisende, fordi de tilbyder "en overkommelig løsning på det dyre problem med at beskytte mod asymmetriske trusler. Vores modstandere dukker måske ikke engang op ved at vide, at vi kan målrette en laser mod et mål for mindre end en dollar pr. Skud.”
I de sidste seks år har vægten været på udviklingen af solid state -teknologi, hvilket fremgår af udviklingen og demonstrationerne på dette område. Et eksempel er Maritime Laser Demonstration (MLD). I april 2011 installerede Northrop Grumman en prototype SSL -laser på et testfartøj, som slog et lille målfartøj ud med dets stråle. Peter Morrison, HEL -programchef hos ONR, sagde, at det var "første gang en HEL med sådanne effektniveauer er blevet installeret på et krigsskib, drevet af det skib og indsat på et fjernt mål i havet."
MLD -demonstrationen var kulminationen på to et halvt års design, udvikling, integration og test. På MLD -projektet sammen med industrien, High Energy Technology Division og Navy Laboratories ved Dahlgren, China Lake, Port Huenem og Point Mugu; dette projekt indeholder også udviklinger taget fra det generelle højeffekt-solid-state laserprogram.
I mellemtiden, i marts 2007, begyndte arbejdet med en prototype laservåbensystem Laser Weapon System (LaWS), der er udformet som en tilføjelse til det eksisterende 20 mm korte område Mk 15 Phalanx (CIWS) kompleks. LaWS vil drage fordel af kommerciel glasfiber-laserteknologi til at levere en yderligere våbentype til at engagere en delmængde af billige "asymmetriske" mål, såsom små UAV'er og hurtige kampbåde.
LaWS -programmet ledes af PMS 405 i samarbejde med Integrated Combat Systems Program Execution Office, DEWO Dahlgren og Raytheon Missile Systems (original producent af Phalanx). Programmet forestiller sig at sætte billige glasfiber-laserteknologi i centrum for et laservåben, der potentielt kan integreres i en eksisterende Phalanx-installation. Dette krav til integration af laseren med den eksisterende installation bestemmer dens masse op til 1200-1500 kg. Det ville også være ønskeligt, at denne ekstra bevæbning ikke påvirker installationens drift, azimut- og elevationsvinklerne, den maksimale overførselshastighed eller acceleration.
Effektgrænser
I betragtning af disse begrænsninger er kommerciel fiberlaserteknologi på hylden blevet identificeret som den mest lovende løsning. Selvom denne SSL-teknologi har nogle strømbegrænsninger (de fjernes gradvist efterhånden som teknologien forbedres), har brugen af fiberoptiske lasere gjort det muligt at reducere omkostningerne ved ikke kun teknologien til våbeninstallationer, men også modifikationen af system på eksisterende installationer.
Efter en indledende analyseperiode, truseldødelighedsvurderinger, kritiske komponentanmeldelser og afvejninger gennemførte LaWS -teamet designet og implementeringen af prototypesystemet. For at opnå tilstrækkelig effekt og følgelig dødelighed i en bestemt afstand kræver denne type teknologi brug af en ny strålekombinerer, der kan kombinere seks separate 5,4 kW glasfiberlasere i ledigt rum for at opnå en højere strålingsintensitet på målet.
For at reducere omkostningerne til dette program blev der indsamlet en masse udstyr, der tidligere var udviklet og indkøbt til andre forskningsopgaver. Dette inkluderer L-3 Brashear KINETO K433 tracking support, et 500 mm teleskop og højtydende infrarøde sensorer. Nogle af komponenterne blev købt på hylden, f.eks. Fiberlaserne selv.
I marts 2009 ødelagde et LaWS -system (med en fiberlaser) mørtelskaller på White Sands -området. I juni 2009 blev de testet på Center for Naval Aviation Combat Systems, hvor prototypen sporede, fangede og ødelagde fem UAV'er, der udførte "trusselrollen" under flyvning.
Den næste serie af fuldskala tests fandt sted på det åbne hav i maj 2010, hvor LaWS-systemet med succes ødelagde fire UAV-mål i "tæt på kamp" -scenarier i en afstand af cirka en sømil i fire forsøg. Denne begivenhed blev kaldt signifikant i ONR - den første ødelæggelse af mål med en fuld cyklus fra vejledning til et skud i et overflademiljø.
Imidlertid blev tilliden til den amerikanske flåde i deres ønske om at komme videre med en fremskyndet udviklingsplan givet ved søtest på missiljagerne DDG-51 USS Dewey (DDG 105) i juli 2012. Under test på destroyeren Dewey ramte LaWS -systemet (midlertidigt installeret på skibets flydæk) tre UAV -mål og satte rekord for at fange mål 12 ud af 12.
Planer om at installere LaWS, udpeget AN / SEQ-3 (XN-1), ombord på USS Ponce, der fungerer som en flydende fremadgående base (mellem) i Den Persiske Golf, blev annonceret af chefen for flådeoperationer, admiral Jonathan Greenert i april 2013. årets. AN / SEQ-3 implementeres som en "hurtig reaktionskapacitet", der vil gøre det muligt for den amerikanske flåde at vurdere teknologi i operationsrum. Eksperimentet ledes af Naval Operations Research Directorate i samarbejde med Central Command of Navy / Fifth Fleet.
Henvendelse til delegerede til Surface Fleet Association Symposium i januar 2014? Kontreadmiral Klunder sagde, at det var "den første operationelle indsættelse af styrede energivåben i verden." Han tilføjede, at den sidste samling af LaWS blev udført på NSWCDD -centret, på Dahlgren -teststedet, test af det komplette system blev gennemført, før det blev sendt til Den Persiske Golf for installation på Ponce -skibet. Offshore -test er planlagt til tredje kvartal af 2014.
LaWS installeres på dækket øverst på Ponce Bridge. "Systemet vil blive fuldt integreret med skibet med hensyn til køling, elektrisk og strøm," sagde Klander. Det vil også være fuldt integreret med skibets kampsystem og Phalanx CIWS kortdistancesystem."
NSWCDD opgraderede systemet og demonstrerede Phalanx CIWS's evne til at spore og overføre mål til LaWS -systemet for yderligere sporing og målretning. Ombord på Ponce vil chefen for missil- og artilleri -sprænghovedet arbejde på LaWS -kontrolpanelet.
De data, der blev indsamlet under den maritime demonstration, går til ONR's SSL TM (SSL Technology Maturation) -program. Hovedmålet med SSL TM -programmet, der blev lanceret i 2012, er at tilpasse tærsklerne og målsætningerne for videnskabs- og teknologiprogrammet til fremtidige forsknings-, udviklings- og indkøbsbehov.
Ifølge ONR består SSL TM -programmet af "flere demonstrationshændelser med prototypesystemer i et konkurrencedygtigt rum."Tre branchegrupper blev udvalgt til at udvikle SSL TM -projekter, ledet af Northrop Grumman, BAE Systems og Raytheon; analysen af designudkast er planlagt færdiggjort ved udgangen af andet kvartal 2014. ONR beslutter næste år, hvilke der er egnede til en marin demonstration.
Jernbanepistol i havet
Sammen med laseren betragter den amerikanske flåde den elektromagnetiske skinnekanon som endnu et transformationsvåbnesystem, der tillader levering af ultrahøjhastighedsprojektiler på udvidede områder med meget høj nøjagtighed. Flåden planlægger at få en indledende rækkevidde på 50-100 sømil og øger den over tid til 220 sømil.
Elektromagnetiske kanoner overvinder begrænsningerne ved traditionelle kanoner (som anvender kemiske pyrotekniske forbindelser til at accelerere projektilet langs hele tøndeens længde) og tilbyder udvidede områder, korte flyvetider og høj-energimålsdødelighed. Ved at bruge passagen af en meget høj spænding elektrisk strøm, skabes kraftfulde elektromagnetiske kræfter, for eksempel teoretisk set kan en marin elektromagnetisk kanon skyde projektiler med en hastighed på mere end Mach 7. Projektilet vil meget hurtigt nå en ude af atmosfærisk bane (flyvning uden aerodynamisk træk) og komme ind i atmosfæren igen for at ramme målet med en hastighed, der overstiger 5 Mach-tal.
Programmet for prototypeskibets elektromagnetiske kanon blev lanceret af ONR i 2005 som hovedkomponenten i videnskabeligt og teknologisk arbejde, inden for hvilke det er nødvendigt at forfine teknologien til jernbanepistoler for at tage et fuldstændigt færdigt system i drift med flåden omkring 2030-2035.
I fase 1 -fasen af INP -innovationsprojektet var der lagt vægt på at udvikle launcher -teknologi med en passende levetid, udvikle pulseret effektteknologi og reducere risikoen for projektilkomponenter. BAE Systems og General Atomics har leveret prototyper af deres skinnekanoner til NSWCDD til test og evaluering.
I fase 1 -fasen af Søværnets elektromagnetiske kanon -F & U -program er der lagt vægt på at udvikle en affyringsrampe med en tilstrækkelig levetid, udvikle pålidelig pulserende effekt og reducere risikoen for projektilet. BAE Systems og General Atomics leverer prototype jernbanepistoler til våbenudviklingscenter for test og evaluering
I fase 1 blev målet om at demonstrere den eksperimentelle opsætning opnået, i december 2010 blev en initial energi på 32 MJ opnået; et lovende våbensystem med dette energiniveau vil være i stand til at skyde et projektil med en rækkevidde på 100 sømil.
BAE Systems modtog en kontrakt på 34,5 millioner dollar fra ONR for at fuldføre fase 2 af INP i midten af 2013 og blev valgt først og efterlod det rivaliserende General Atomics-team bag sig. I fase 2 -fasen vil teknologier blive færdiggjort til et niveau, der er tilstrækkeligt til overgangen til udviklingsprogrammet. Starteren og pulseffekten vil blive forbedret, så overgangen fra enkeltbilleder til multi-shot-funktioner muliggøres. Termiske reguleringsteknikker vil også blive udviklet til affyringsrampen og det pulserede kraftsystem, som er nødvendige for langvarig affyring. De første prototyper vil blive leveret i løbet af 2014; udviklingen udføres af BAE Systems i samarbejde med IAP Research og SAIC.
I slutningen af 2013 tildelte ONR BAE Systems en separat kontrakt til en værdi af 33,6 millioner dollars til udvikling og demonstration af Hyper Velocity Projectile (HVP) hypersonisk projektil. HVP beskrives som den næste generations guidede projektil. Det vil være et modulært projektil med lav aerodynamisk modstand, kompatibel med en elektromagnetisk kanon, samt eksisterende 127 mm og 155 mm kanonsystemer.
Den indledende fase af HVP-kontrakten blev afsluttet i midten af 2014; deres mål var at udvikle en konceptuel design og udviklingsplan for at demonstrere fuldt kontrolleret flyvning. Udviklingen vil blive udført af BAE Systems i samarbejde med UTC Aerospace Systems og CAES.
Omkostningerne ved et HVP -projektil, der vejer 10,4 kg for en elektromagnetisk kanon, anslås til omkring $ 25.000 pr. Stk. ifølge admiral Klander "koster projektilet omkring 1/100 af omkostningerne ved det eksisterende missilsystem."
I april 2014 bekræftede flåden sine planer om at demonstrere jernbanepistolen ombord på sit højhastighedsskib Millinocket i 2016.
Ifølge kontreadmiral Bryant Fuller, chefingeniør for NAVSEA Naval Systems Command, vil denne demonstration til søs omfatte en 20 MJ jernbanepistol (fase 1 INP -valg vil blive foretaget mellem prototyper fremstillet af BAE Systems og General Atomics)..
"På flådevåbencentret i Dahlgren har vi affyret hundredvis af skaller fra en kystinstallation," sagde han. "Teknologien er moden nok på dette niveau, så vi vil tage den ud på havet, lægge den på et skib, foretage fuldgyldige tests, skyde en række skaller og studere den ud fra de opnåede erfaringer."
"Da jernbanepistolen ikke vil blive integreret med Millinocket -skibet til demonstrationen i 2016, vil dette skib ikke undergå en udvidet ændring for at levere disse muligheder," sagde kontreadmiral Fuller.
Hele den elektromagnetiske skinnepistol består af fem dele: en accelerator, et energilagrings- og lagringssystem, en pulsformer, et højhastigheds-projektil og et roterende pistolbeslag.
Til demonstrationen installeres pistolmonteringen og forstærkeren på flydækket på Millinocket -skibet, mens magasinet, ammunitionshåndteringssystemet og energilagringssystemet bestående af flere store batterier vil være placeret under dækket, sandsynligvis i containere i lasten rum.
Den amerikanske flåde har til hensigt at vende tilbage til havet i 2018 med det formål at affyre bursts af elektromagnetiske kanoner fra skibet. Fuld integration med skibet kan udføres i samme 2018.
Som en del af en separat udvikling testede US Navy forskningslaboratorium i begyndelsen af 2014 en ny skinnekanon med lille kaliber (en tomme i diameter). Det første skud blev affyret den 7. marts 2014. Denne lille skinnepistol er udviklet med støtte fra ONR og er et eksperimentelt system, der bruger avanceret batteriteknologi til at affyre flere lanceringer i minuttet fra en mobil platform.
Den amerikanske flåde planlægger at vise driften af skinnepistolen til søs under test på Millinocket (JHSV 3) i 2016.
