Rheinmetalls 20 kW laser på Boxer 8x8 præsenteret på DSEI 2015
De teknologiske fremskridt har nu nået en milepæl, når køretøjsmonterede laservåbensystemer er blevet en realitet. Lad os se på, hvordan disse kampforbedringssystemer udvikler sig
Køretøjsmonterede våben er et billigt kampforbedringsværktøj, der bruges af både almindelige hære og uregelmæssige "asymmetriske" formationer, der er involveret i næsten alle konflikter i verden.
Indtil for nylig var mulighederne for installation af våben på kampkøretøjer begrænset til maskingeværer og artillerisystemer af forskellige former. Situationen her begyndte imidlertid at ændre sig med fremkomsten af lasersystemer eller styrede energisystemer med tilstrækkelig kraft til at brænde små fly og ammunition i luften.
Placeringen af omfangsrige energilagringsenheder til sådanne systemer har altid været et alvorligt problem, men den seneste udvikling har bidraget til at reducere lasere til en størrelse, der gør det muligt at installere dem selv i en stor jeep.
Teknologisk revolution
1990'erne oplevede en teknologisk revolution inden for fiberoptisk kommunikation, der accelererede udviklingen af højeffekt-solid-state lasere, som et årti senere fandt anvendelser inden for industriel forarbejdning såsom branding, skæring, svejsning og smeltning.
Disse lasere var ekstremt effektive på nært hold, men det var et spørgsmål om tid for industrien at finde en måde at skalere denne teknologi på og skabe futuristiske våben, der kunne skære og smelte mål i en afstand på flere hundrede eller endda tusinder af meter.
Det gjorde den amerikanske forsvarsgigant Lockheed Martin. Baseret på ny teknologi til halvlederfremstilling, solceller og bilsvejsning har virksomheden udviklet en militær lasermaskine, der er hundredvis af gange mere kraftfuld end sine kommercielle forgængere.
Robert Afzal, seniorforsker ved denne virksomhed, siger:”En virkelig revolution finder sted på dette område i dag, forberedt af mange års gigantisk arbejde af forskere. Og vi tror, at laserteknologien endelig er klar i den forstand, at vi nu er i stand til at skabe en laser, der er kraftig nok og lille nok til at passe ind i taktiske køretøjer.”
“Tidligere lasere var simpelthen for store - det var hele stationer. Men med fremkomsten af højeffektiv fiberlaserteknologi med en stråle af høj kvalitet har vi endelig det sidste stykke puslespil til at passe til disse maskiner."
Den civile industri brugte lasere i størrelsesordenen flere kilowatt, men Afzal bemærkede, at militære lasere skulle have en effekt på 10-100 kW.
"Vi har udviklet teknologi, der giver os mulighed for at skalere kraften i fiberlasere, ikke bare ved at bygge en større fiberlaser, men ved at kombinere flere kilowatt-klasse moduler for at opnå den kraft, militæret kræver."
Han sagde, at laseren er baseret på strålekombination, en proces, der kombinerer flere lasermoduler til en højstråle af høj kvalitet, der leverer mere effektivitet og dødelighed end et par individuelle 10kW lasere.
Hvid kollimeret stråle
Han beskrev processen med at føre en lysstråle gennem et prisme, bryde ind i mange farvede strømme, forklarede han:”Hvis du har flere laserstråler, hver med en lidt anden farve, der kommer ind i dette prisme i præcis den rigtige vinkel, vil de alle komme ud af dette prisme overlejret og vil danne en såkaldt hvid kollimeret stråle."
”Dette er i det væsentlige det, vi gør, men i stedet for et prisme bruger vi et andet optisk element kaldet et diffraktionsgitter, der udfører den samme funktion. Det vil sige, vi bygger lasermoduler med høj effekt, hver med en lidt anden bølgelængde, og kombinerer dem derefter, reflekterende fra diffraktionsgitteret, og ved udgangen får vi en laserstråle med høj effekt."
Afzal sagde, at en sådan løsning faktisk er en bølgelængdeopdelingsmultiplekseringsteknologi fra telekommunikationssektoren kombineret med fiberoptiske lasere med høj effekt fra industriel produktion.
"Fiberlaseren er den mest effektive og kraftfulde laser, der nogensinde er udviklet," sagde han. -Det vil sige, vi taler om en fuld elektrisk effektivitet på over 30%, som ikke engang var drømt om for 10-15 år siden, da vi havde en effektivitet på 15-18%. Dette har meget at gøre med strøm og køling, så disse systemer kan nu blive mindre. Laseren skaleres nu ikke ved at bygge en stor laser, men ved at tilføje nye moduler."
Den amerikanske hær rekrutterede for nylig Lockheed Martin til at oprette et kraftfuldt laservåbensystem baseret på dets ATHENA (Advanced Test High Energy Asset) -installation, som kan monteres på et af virksomhedens lette taktiske køretøjer.
Under sidste års tests slog en 30 kW fiberlaserprototype med succes motoren i en lille pick -up truck ned og brændte gitteret på sekunder fra en kilometer væk. For at simulere reelle driftsbetingelser under testen blev pickuppen installeret på platformen med motoren i gang og gearet tilkoblet.
Ny generation
I oktober 2015 annoncerede Lockheed, at det var begyndt at producere en ny generation af højeffektmodulære lasere, hvoraf den første med en kapacitet på 60 kW vil blive installeret på et taktisk køretøj fra den amerikanske hær.
Afzal sagde, at hæren ønsker at implementere en køretøjsmonteret laser til luftværs-missioner, modvirkning af missiler, artilleri-granater og morterammunition og UAV'er. "Vi ser på det taktiske forsvar i stedet for missilforsvar i strategisk forstand."
Ifølge Lockheed gør den modulære løsning det muligt at justere strømmen efter behovene i en bestemt opgave og trussel. Hæren har mulighed for at tilføje flere moduler og øge effekten fra 60 kW til 120 kW.
Afzal fortsatte:”Arkitekturen skalerer efter dine krav: vil du have 30 kW, 50 kW eller 100 kW? Det er som servermoduler i et serverrack. Vi mener, at dette er en fleksibel arkitektur - bedre egnet til produktion i fuld skala. Det giver dig mulighed for at have et modul, som du kan genskabe igen og igen, hvilket giver dig mulighed for at tilpasse systemet efter din smag."
“Systemet tilpasser sig det køretøj, du vil bruge i dag, og derfor er denne teknologi så imponerende, fordi den giver arkitekturen fleksibilitet til at tilpasse sig forskellige køretøjer uden at ændre meget på, hvad du beslutter dig for at have. Dette gør det muligt at få et system til at yde støtte til både en kampbrigade og en avanceret operationel base, for eksempel."
Systemet anvender kommercielle fiberlasere samlet i meget reproducerbare moduler, hvilket gør det meget overkommeligt. Brugen af flere fiberlasermoduler reducerer også sandsynligheden for mindre funktionsfejl samt omkostninger og omfang af vedligeholdelse og reparation.
På spørgsmålet om, hvornår en kamplaser installeret på et taktisk køretøj muligvis skulle vises på slagmarken, foreslog Afzal en omtrentlig tidsramme:”Vi planlægger at levere vores laser i slutningen af 2016. Hvorefter hæren vil gøre sit arbejde i et stykke tid, og så får vi se."
Laserens tiltrækning
Der er flere karakteristika ved taktisk styrede energivåben, der gør dem meget attraktive for moderne militære styrker, herunder de lave omkostninger ved "ammunition" og deres hastighed, nøjagtighed og brugervenlighed.
"Først og fremmest er det meget præcise våben med potentielt meget lav sikkerhedsskade, hvilket er vigtigt," tilføjede Afzal. "Lysets hastighed giver dig mulighed for straks at bestråle et mål, og derfor kan du ramme meget manøvrerbare mål, det vil sige, at du kan holde strålen på et mål, som kinetisk ammunition nogle gange ikke kan håndtere."
Måske er den vigtigste fordel de lave omkostninger ved et effektivt "skud".
"På dette tidspunkt vil du ikke bruge dyre og kraftfulde defensive kinetiske våben på billige flere trusler," fortsatte Afzal. - Vi betragter laservåben som en tilføjelse til kinetiske systemer. Vi går ud fra, at du vil bruge lasersystemet mod et stort antal lavintensive trusler med lav intensitet og efterlade dit kinetiske magasin til de angribende komplekse, pansrede, langtrækkende trusler."
Afzal foreslår, at laservåbnet kan indsættes i kamprummet i det operationelle kontrolsensornetværk, hvilket vil give den første målbetegnelse for det.
”Først og fremmest skal et bestemt system informere om udseendet af en trussel, og derefter bestemmer operatøren af kommandoen og kontrollen, hvilket modforanstaltning der skal bruges, bestemmer målet, kaster en laser på det og låser målet i henhold til radardata, hvorefter operatøren, der ser målet på skærmen, beslutter at bringe, om laseren er i aktion”.
”Mange problemer har akkumuleret sig på dette område, da militæret over hele verden allerede har fantaseret om laservåben for sig selv for årtier siden, og spørgsmålet er, hvorfor vi ikke har dem i dag. Jeg tror, at hovedårsagen er, at vi ikke havde teknologien til at oprette en laservåbenkomponent, der var lille nok og kraftig nok til at blive placeret på taktiske køretøjer.”
Sidste etaper
I mellemtiden har Boeing også brugt flere år på at arbejde på en High Energy Laser Mobile Demonstrator (HEL MD) for den amerikanske hær, som i øjeblikket er i de sidste faser af udviklingen. Monteret på et lastbilchassis leder en laser en højstrålestråle mod trusler, som hæren sandsynligvis vil håndtere, og fungerer som et aflytningssystem til ustyrede missiler, artilleri, miner og UAV'er. Dette system har hidtil opnået en sådan nøjagtighed, at det kan ødelægge sensorer på droner, som det blev vist under demonstrationen af en 10 kW laser på White Sands Proving Ground i 2013 og igen på Eglin AFB i 2014.
Ifølge militære specifikationer vil det komplette HEL MD-system bestå af en højeffektiv laser og kraftige delsystemer, der skal installeres på et militært køretøj. Systemet vil sammen med andre ødelæggelsesmidler kunne udføre beskyttelsen af visse zoner, det være sig baser, flådefaciliteter, flybaser og andre strukturer.
Boeing udvikler flere systemer til integration i en sidste prototype, der vil blive installeret på en modificeret Heavy Expanded Mobility Tactical Truck (HEMTT).
Disse undersystemer omfatter en laser; stråle kontrol; Strømforsyning; varmevekslingsstyringssystem og kampstyringssystem.
Den amerikanske hærs rumforsvarskommando udvikler HEL MD i etaper. Laser-, strømforsynings- og varmevekslingssystemet vil blive forbedret i løbet af de næste par år med det formål at øge effekten og den teknologiske udvikling af delsystemerne.
Efterhånden som teknologien forbedres, vil komponenternes modulære karakter muliggøre introduktion af mere kraftfulde lasere, integreret med forbedret målretning og sporing.
Fuld cyklus
Ifølge Boeing giver HEL MD-bjælkelederen "all-sky" -dækning, når den roterer 360 ° og hæves over køretøjets tag for at fange mål over horisonten. Kontinuerlig destruktion af mål forenkles af varmevekslings- og strømforsyningssystemer.
Hele systemet kører på diesel; det vil sige, at alt hvad der er nødvendigt for at genopbygge våbenets "ammunition" er en hurtig tankning. Litium-ion-batterierne i HEL MD-systemet oplades af en 60 kW dieselgenerator, så så længe hæren har brændstof, kan den fungere på ubestemt tid.
Systemet styres af bilist og anlægsoperatør ved hjælp af en bærbar computer og en set-top-boks af Xbox-type. Den nuværende demomodel bruger en laser på 10 kW. Imidlertid vil laseren i den nærmeste fremtid blive installeret i 50 kW -klassen, og om yderligere to år stiger dens effekt til 100 kW.
Boeing har tidligere udviklet en mindre laserinstallation til den amerikanske hær og installeret den på den pansrede bil AN / TWQ-1 Avenger, kaldet Boeing Laser Avenger. En 1 kW solid-state laser bruges til at bekæmpe UAV'er og neutralisere improviserede eksplosive enheder (IED'er). Systemet fungerer sådan: det er rettet mod en IED eller ueksploderet ammunition på siden af vejen med en gradvis stigning i laserstrålens effekt, indtil sprængstoffet brænder ud i processen med lav-effekt detonation. Under test i 2009 ødelagde Laser Avenger -systemet med succes 50 sådanne enheder, svarende til dem, man stødte på i Irak og Afghanistan. Derudover blev der udført en anden demonstration af driften af dette system, hvor det ødelagde flere små droner.
Boeing Laser Avenger
Treårsplan
Ifølge det tyske forsvarsfirma Rheinmetall vil det om tre år tilbyde sin egen high-power High Energy Laser (HEL), der er installeret på køretøjet, på markedet.
Efter en række tests udført i Schweiz i 2013 arbejdede virksomheden med at udvide softwarekapaciteterne i stråleformningsmodulerne og selve laserens teknologi, hvorefter det forudsagde, at dets lasersystem til bekæmpelse af jordmål såvel som til jorden luftforsvar kan allerede være klar. i 2018.
Tre maskiner blev valgt til at fungere som mobile HEL -platforme. Sammen med det pansrede køretøj Boxer demonstrerede det modificerede M113 pansrede mandskabsvogn med en 1 kW laser (Mobile HEL Effector Track V) og Tatra 8x8 lastbilen med to 10 kW lasere (Mobile HEL Effector Wheel XX) deres egenskaber.
Alle tre laserplatforme
Den 20 kW laser, der er installeret på GTK Boxer -pansrede køretøj, kendetegnes ved HEL -udførelsesmodulet, hvis fordel ligger i det modulære designprincip. Rheinmetall siger, at Boxeren endnu ikke har haft en laser med mere end 20 kW effekt, selvom en kombination af flere lasere ved hjælp af strålejusteringsteknologi kan øge dens samlede effekt. Derudover kan flere Boxer HEL -enheder kombineres for at skabe et system med en effektiv effekt på over 100 kW.
Under demotest foretaget i 2013 bekræftede besætningen på Boxer -køretøjet HEL -laserinstallationens muligheder, hvilket deaktiverede det tunge maskingevær, der var installeret på pickupbilen, uden at risikere maskingeværet selv (foto herunder). Derudover har installationen på en Tatra Mobile Effector Wheel XX-lastbil, der arbejder sammen med Skyguard-radarstationen, vist alle faser af neutralisering af en UAV af helikoptertype.
Neutraliseringen af heliporte blev udført ved hjælp af SkyGuard -radar, som opdagede og identificerede målet. Yderligere modtog HEL Boxer -installationen data fra ham, udførte grov og præcis sporing og fangede derefter målet for ødelæggelse.
Boeings HEL MD -lasersystem er under kontrakt med United States Rocket and Space Defense Command
Havforskning
United States Navy's Research and Development Administration (ONR) tester sin egen køretøjsmonterede solid-state kamplaser, der er udpeget Ground-Based Air Defense Directed Energy On-the-Move (GBAD OTM). Faktisk er systemet en højeffektlaser monteret på et taktisk køretøj og designet til at beskytte ekspeditionsstyrker mod fjendtlige UAV'er.
I betragtning af den stigende spredning af ubemandede luftsystemer antyder US Marine Corps, at kampenheder i stigende grad vil blive tvunget til at forsvare sig mod modstandere, der udfører overvågning og rekognoscering fra luften.
GBAD OTM -systemet er designet til installation på lette taktiske køretøjer som HMMWV og JLTV (Joint Light Tactical Vehicle). Ifølge ONR er GBAD OTM -programmet rettet mod at skabe et alternativ til traditionelle systemer, der kan holde marinerne fra fjendens rekognoscering og angribe droner. Komponenter i GBAD OTM -systemet, herunder laser, stråleudstyr, batterier, radar, køle- og kontrolsystem, udvikles i fællesskab af ONR, Søværnets Dahlgren Surface Weapons Development Center og flere industrielle virksomheder.
Målet med programmet er at kombinere alle disse komponenter til et enkelt kompleks, som vil være lille nok til at blive installeret på lette taktiske pansrede køretøjer, men kraftfuld nok til at håndtere de påtænkte trusler.
Bred anvendelse
Under Sea-Air-Space 2015-konferencen i Washington forklarede lederen af programmerne til beskyttelse af tropper ved ONR, Lee Mastroiani, i en samtale med journalister, at lasere effektivt kan ødelægge trusler på tværs af hele spektret af luftforsvar, herunder missiler, artilleri, granat, ammunition, UAV'er, transportmidler og IED'er. "Men først og fremmest er GBAD-systemet designet til at bekæmpe små UAV'er, der udgør en trussel mod vores kampenheder."
“GBAD OTM-systemet består af tre hovedkomponenter: en 3-akset radarsporingsstation, der identificerer en trussel; en kommando- og kontrolenhed, der identificerer og beslutter, hvordan truslen skal neutraliseres i tilfælde af brug af missiler eller artillerivåben; og selve platformen med en laser."
Mastroiani bemærkede, at i tilfælde af GBAD-programmet er vægten lagt på udviklingen af en højeffektlaser til destruktion af UAV'er installeret på et let kampvogn.
”Der er et væsentligt argument for en sådan beslutning, som er, at sådanne trusler er billige, det vil sige, at brug af dyre missiler i dette tilfælde ikke passer ind i vores vision om problemet. Derfor kan du med en laser, der koster en krone pr. Puls, roligt bekæmpe billige trusler med et billigt våbensystem. Generelt er essensen af programmet at bekæmpe sådanne mål selv på farten for at støtte kampoperationer i Marine Corps."
Ifølge Mastroiani brugte ONR flere komponenter fra demonstrationsinstallationen LaWS (Laser Weapon System), som den amerikanske flåde installerede ombord på Ponce -skibet i Den Persiske Golf.
"Vi bruger princippet om forudsigelig undgåelse, nogle af de vigtigste teknologier og software, men der er også mange andre problemer," tilføjede Mastroiani. - Hvad angår USS Ponce -skibet, er der masser af plads og alt muligt andet, mens jeg har mange problemer angående vægt, størrelse og strømforbrugskarakteristika, når systemet skal installeres på et let taktisk køretøj. Jeg har en strålestyringsenhed, strømforsyning, kølesystemer, vejledning og målbetegnelse, og alt dette skal fungere sammen og uden "stik", så mange forskellige problemer skal løses i dette separate projekt."
Ifølge ONR blev nogle af systemets komponenter brugt i test til at detektere og spore droner i forskellige størrelser, og hele systemet blev testet med en 10kW laser, som er en mellemløsning ved flytning til en 30kW laser. Det er planlagt, at felttest af 30 kW -systemet vil finde sted i 2016, hvor programmet vil starte omfattende tests med det formål at gå fra simpel detektion og sporing til affyring fra lette militære køretøjer.
