Anterior, am examinat modul în care se dezvoltă tehnologiile laser, ce arme laser pot fi create pentru a fi utilizate în interesul forțelor aeriene, forțelor terestre și apărării aeriene și ale marinei.
Acum trebuie să înțelegem dacă este posibil să ne apărăm împotriva ei și cum. Se spune adesea că este suficient să acoperiți racheta cu o acoperire cu oglindă sau să lustruiți proiectilul, dar, din păcate, totul nu este atât de simplu.
O oglindă tipică acoperită cu aluminiu reflectă aproximativ 95% din radiația incidentă, iar eficiența sa depinde în mare măsură de lungimea de undă.
Dintre toate materialele prezentate în grafic, aluminiul are cea mai mare reflectanță, care nu este în niciun caz un material refractar. Dacă, atunci când este expus la radiații de mică putere, oglinda se încălzește ușor, atunci când radiațiile puternice lovesc, materialul stratului de oglindă va deveni rapid inutilizabil, ceea ce va duce la o deteriorare a proprietăților sale reflectorizante și la o încălzire mai asemănătoare unei avalanșe și distrugere.
La lungimi de undă mai mici de 200 nm, eficiența oglinzilor scade brusc; împotriva radiațiilor ultraviolete sau cu raze X (laser cu electroni liberi), această protecție nu va funcționa deloc.
Există materiale artificiale experimentale cu reflectivitate de 100%, dar funcționează doar pentru o anumită lungime de undă. De asemenea, oglinzile pot fi acoperite cu acoperiri speciale cu mai multe straturi, care le cresc reflectivitatea până la 99,999%. Dar această metodă funcționează și pentru o singură lungime de undă și incidentă la un anumit unghi.
Nu uitați că condițiile de funcționare ale armelor sunt departe de cele de laborator, adică racheta oglindă sau proiectilul va trebui depozitat într-un recipient umplut cu un gaz inert. Cea mai mică ceață sau pete, cum ar fi din amprentele mâinilor, va afecta imediat reflectivitatea oglinzii.
Părăsirea containerului va expune imediat suprafața oglinzii la mediu - atmosferă și căldură. Dacă suprafața oglinzii nu este acoperită cu un film protector, atunci aceasta va duce imediat la deteriorarea proprietăților sale reflectorizante și, dacă este acoperită cu un strat protector, va deteriora ea însăși proprietățile reflectorizante ale suprafeței.
Rezumând cele de mai sus, observăm: protecția împotriva oglinzilor nu este foarte potrivită pentru protecția împotriva armelor cu laser. Și ce se potrivește atunci?
Într-o oarecare măsură, va ajuta metoda de „murdărire” a energiei termice a fasciculului laser peste corp prin asigurarea mișcării de rotație a aeronavei (AC) în jurul propriei axe longitudinale. Dar această metodă este potrivită doar pentru muniție și, într-o măsură limitată, pentru vehiculele aeriene fără pilot (UAV), într-o măsură mai mică, va fi eficientă atunci când laserul este iradiat în partea din față a corpului navei.
Pe anumite tipuri de obiecte protejate, de exemplu, pe bombe planătoare, rachete de croazieră (CR) sau rachete ghidate antitanc (ATGM) care atacă o țintă atunci când zboară de sus, de asemenea, această metodă nu poate fi aplicată. Non-rotative, în cea mai mare parte, sunt minele de mortar. Este dificil să colectăm date despre toate aeronavele care nu se rotesc, dar sunt sigur că sunt multe.
În orice caz, rotația aeronavei va reduce doar ușor efectul radiației laser asupra țintei, deoarececăldura transmisă de puternica radiație laser către corp va fi transferată către structurile interne și mai departe către toate componentele aeronavei.
Utilizarea fumului și a aerosolilor ca contramăsuri împotriva armelor cu laser este, de asemenea, limitată. După cum sa menționat deja în articolele din serie, utilizarea laserelor împotriva vehiculelor blindate de la sol sau a navelor este posibilă numai atunci când sunt utilizate împotriva echipamentelor de supraveghere, la protecția cărora vom reveni. Nu este realist să arzi corpul unui vehicul de luptă de infanterie / tanc sau navă de suprafață cu un fascicul laser într-un viitor previzibil.
Desigur, este imposibil să se aplice protecție împotriva fumului sau aerosolilor împotriva aeronavelor. Datorită vitezei mari a aeronavei, fumul sau aerosolul vor fi întotdeauna respinse de presiunea aerului care se apropie, în elicoptere vor fi respinse de fluxul de aer din elice.
Astfel, protecția împotriva armelor cu laser sub formă de vapori pulverizați și aerosoli poate fi necesară numai la vehiculele ușor blindate. Pe de altă parte, tancurile și alte vehicule blindate sunt adesea deja echipate cu sisteme standard pentru setarea de ecrane de fum pentru a perturba capturarea sistemelor de arme inamice și, în acest caz, atunci când dezvoltă materiale de umplere adecvate, ele pot fi folosite și pentru contracararea armelor cu laser.
Revenind la protecția mijloacelor de recunoaștere a imaginilor optice și termice, se poate presupune că instalarea de filtre optice care împiedică trecerea radiației laser de o anumită lungime de undă va fi adecvată numai în etapa inițială pentru protecție împotriva armelor laser de mică putere, din următoarele motive:
- în funcțiune va fi o gamă largă de lasere de la diferiți producători care funcționează la diferite lungimi de undă;
- un filtru conceput pentru a absorbi sau reflecta o anumită lungime de undă, atunci când este expus la radiații puternice, este posibil să eșueze, ceea ce va duce fie la radiația laser care lovește elementele sensibile, fie la defectarea opticii în sine (înnorarea, distorsiunea imaginii);
- unele lasere, în special laserul cu electroni liberi, pot modifica lungimea de undă de funcționare pe o gamă largă.
Protecția echipamentelor de recunoaștere a imaginilor optice și termice poate fi realizată pentru echipamentele de la sol, nave și echipamente de aviație, prin instalarea unor ecrane de protecție de mare viteză. Dacă este detectată radiația laser, ecranul de protecție ar trebui să acopere lentilele într-o fracțiune de secundă, dar chiar și acest lucru nu garantează absența deteriorării elementelor sensibile. Este posibil ca utilizarea pe scară largă a armelor cu laser în timp să necesite cel puțin duplicarea activelor de recunoaștere care funcționează în domeniul optic.
Dacă pe transportatorii mari instalarea de ecrane de protecție și de duplicare a mijloacelor de recunoaștere a imaginilor optice și termice este destul de fezabilă, atunci pe armele de înaltă precizie, în special cele compacte, acest lucru este mult mai dificil de realizat. În primul rând, greutatea și dimensiunea cerințelor pentru protecție sunt semnificativ întărite și, în al doilea rând, efectul radiației laser de mare putere chiar și cu un obturator închis poate provoca supraîncălzirea componentelor sistemului optic datorită aspectului dens, ceea ce va duce la sau întreruperea completă a funcționării sale.
Ce metode pot fi utilizate pentru a proteja eficient echipamentele și armele de armele cu laser? Există două modalități principale - protecție ablativă și protecție constructivă termoizolantă.
Protecția împotriva ablației (din latină ablatio - take away, report de masă) se bazează pe îndepărtarea unei substanțe de pe suprafața obiectului protejat de un flux de gaz fierbinte și / sau pe restructurarea stratului limită, care împreună semnificativ reduce transferul de căldură la suprafața protejată. Cu alte cuvinte, energia de intrare este cheltuită pentru încălzirea, topirea și evaporarea materialului de protecție.
În acest moment, protecția ablativă este utilizată în mod activ în modulele de coborâre ale navelor spațiale (SC) și în duzele motorului cu reacție. Cele mai utilizate sunt materialele plastice carbonizate pe bază de rășini fenolice, organosilicice și alte rășini sintetice care conțin carbon (inclusiv grafit), dioxid de siliciu (silice, cuarț) și nylon ca materiale de umplutură.
Protecția împotriva ablației este de unică folosință, grea și voluminoasă, deci nu are sens să o folosiți pe aeronavele refolosibile (citiți nu toate echipajele și majoritatea aeronavelor fără pilot). Singura sa aplicație este pe proiectile ghidate și neguidate. Și aici întrebarea principală este cât de gros ar trebui să fie protecția unui laser cu o putere, de exemplu, 100 kW, 300 kW etc.
Pe nava spațială Apollo, grosimea ecranului variază de la 8 la 44 mm pentru temperaturi de la câteva sute la câteva mii de grade. Undeva în această gamă, grosimea necesară a protecției ablative împotriva laserelor de luptă va sta, de asemenea. Este ușor să ne imaginăm cum va afecta caracteristicile de greutate și dimensiune și, în consecință, raza, manevrabilitatea, masa focosului și alți parametri ai muniției. Protecția termică ablativă trebuie să reziste, de asemenea, la supraîncărcări în timpul lansării și manevrelor, să respecte normele termenilor și condițiilor de depozitare a muniției.
Muniția neguidată este discutabilă, deoarece distrugerea neuniformă a protecției ablative împotriva radiațiilor laser poate schimba balistica externă, ca urmare a căreia muniția se abate de la țintă. Dacă protecția ablativă este deja utilizată undeva, de exemplu, în muniția hipersonică, atunci va trebui să îi măriți grosimea.
O altă metodă de protecție este o acoperire structurală sau executarea carcasei cu mai multe straturi de protecție din materiale refractare care sunt rezistente la influențe externe.
Dacă facem o analogie cu nava spațială, atunci putem lua în considerare protecția termică a navei spațiale reutilizabile „Buran”. În zonele în care temperatura suprafeței este de 371 - 1260 grade Celsius, s-a folosit un strat format din fibră de cuarț amorfă cu puritate de 99,7%, la care s-a adăugat un liant, dioxid de siliciu coloidal. Acoperirea este realizată sub formă de plăci de două dimensiuni standard cu o grosime de 5 până la 64 mm.
Sticla borosilicată care conține un pigment special (acoperire albă pe bază de oxid de siliciu și alumină lucioasă) se aplică pe suprafața exterioară a plăcilor pentru a obține un coeficient de absorbție scăzut al radiației solare și o emisivitate ridicată. Protecția împotriva ablației a fost utilizată pe conul nasului și vârfurile aripilor vehiculului, unde temperaturile depășesc 1260 grade.
Trebuie avut în vedere faptul că, cu o funcționare prelungită, protecția plăcilor față de umiditate poate fi afectată, ceea ce va duce la pierderea protecției termice a proprietăților sale, prin urmare nu poate fi utilizată direct ca protecție anti-laser pe aeronavele refolosibile.
În prezent, se dezvoltă o protecție termică ablativă promițătoare cu uzură minimă a suprafeței, care oferă protecție aeronavelor de la temperaturi de până la 3000 de grade.
O echipă de oameni de știință de la Institutul Royce de la Universitatea din Manchester (Marea Britanie) și Universitatea Centrală din Sud (China) au dezvoltat un nou material cu caracteristici îmbunătățite care pot rezista la temperaturi de până la 3000 ° C fără modificări structurale. Acesta este un strat ceramic Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, care este suprapus pe o matrice compusă carbon-carbon. În ceea ce privește caracteristicile sale, noua acoperire depășește semnificativ cea mai bună ceramică la temperaturi ridicate.
Structura chimică a ceramicii rezistente la căldură în sine acționează ca un mecanism de apărare. La o temperatură de 2000 ° C, materialele Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 și SiC se oxidează și se transformă în Zr0.80T0.20O2, B2O3 și respectiv SiO2. Zr0.80Ti0.20O2 se topește parțial și formează un strat relativ dens, în timp ce oxizii cu topire scăzută SiO2 și B2O3 se evaporă. La o temperatură mai mare de 2500 ° C, cristalele Zr0.80Ti0.20O2 sunt fuzionate în formațiuni mai mari. La o temperatură de 3000 ° C, se formează un strat exterior aproape absolut dens, constând în principal din Zr0.80Ti0.20O2, titanat de zirconiu și SiO2.
Lumea dezvoltă, de asemenea, acoperiri speciale concepute pentru a proteja împotriva radiațiilor laser.
În 2014, un purtător de cuvânt al Armatei Populare de Eliberare din China a declarat că laserele americane nu prezintă un pericol special pentru echipamentele militare chineze învelite cu un strat protector special. Singurele întrebări care rămân sunt laserele cu privire la ce putere protejează această acoperire și ce grosime și masă are.
Cel mai interesant este acoperirea dezvoltată de cercetătorii americani de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie și Universitatea din Kansas - o compoziție de aerosoli bazată pe un amestec de nanotuburi de carbon și ceramică specială, capabilă să absoarbă în mod eficient lumina laserului. Nanotuburile noului material absorb uniform lumina și transferă căldura în zonele din apropiere, scăzând temperatura la punctul de contact cu raza laser. Îmbinările ceramice la temperatură ridicată asigură acoperirea de protecție cu rezistență mecanică ridicată și rezistență la deteriorarea temperaturilor ridicate.
În timpul testării, un strat subțire de material a fost aplicat pe suprafața cuprului și, după uscare, a concentrat pe suprafața materialului un fascicul de laser cu infraroșu cu unde lungi, un laser utilizat pentru tăierea metalului și a altor materiale dure.
Analiza datelor colectate a arătat că învelișul a absorbit cu succes 97,5 la sută din energia fasciculului laser și a rezistat la un nivel de energie de 15 kW pe centimetru pătrat de suprafață fără distrugere.
Cu privire la această acoperire, apare întrebarea: în teste, a fost aplicat un strat protector pe o suprafață de cupru, care în sine este unul dintre cele mai dificile materiale pentru prelucrarea cu laser, datorită conductivității sale termice ridicate, nu este clar cum un astfel de strat protector se va comporta cu alte materiale. De asemenea, apar întrebări cu privire la rezistența sa maximă la temperatură, rezistența la vibrații și sarcini de șoc, efectele condițiilor atmosferice și radiații ultraviolete (soare). Timpul în care a fost efectuată iradierea nu este indicat.
Un alt punct interesant: dacă și motoarele aeronavei sunt acoperite cu o substanță cu conductivitate termică ridicată, atunci întregul corp va fi încălzit uniform din ele, ceea ce dezmască maxim aeronava din spectrul termic.
În orice caz, caracteristicile protecției cu aerosoli de mai sus vor fi în proporție directă cu mărimea obiectului protejat. Cu cât obiectul protejat și aria de acoperire sunt mai mari, cu atât mai multă energie poate fi împrăștiată pe zonă și dată sub formă de radiație de căldură și răcire prin fluxul de aer incident. Cu cât obiectul protejat este mai mic, cu atât va fi mai groasă protecția. zona mică nu va permite îndepărtarea suficientă căldură și elementele structurale interne vor fi supraîncălzite.
Utilizarea protecției împotriva radiațiilor laser, indiferent de izolație termică ablativă sau constructivă, poate inversa tendința către o scădere a dimensiunii munițiilor ghidate, reducând semnificativ eficacitatea munițiilor ghidate și non-ghidate.
Toate suprafețele și comenzile portante - aripi, stabilizatori, cârme - vor trebui să fie realizate din materiale refractare scumpe și dificil de prelucrat.
O problemă separată apare cu privire la protecția echipamentelor de detectare a radarului. Pe nava spațială experimentală „BOR-5”, a fost testat scutul termorezistent radio-transparent - fibră de sticlă cu un material de umplutură de siliciu, dar nu am putut găsi caracteristicile sale de protecție termică și de dimensiune masică.
Nu este încă clar dacă o formare de plasmă la temperaturi ridicate poate apărea ca urmare a iradierii cu radiații laser puternice din radomul echipamentelor de recunoaștere radar, deși cu protecție împotriva radiațiilor termice, care împiedică trecerea undelor radio, ca urmare a care țintă poate fi pierdută.
Pentru a proteja carcasa, poate fi utilizată o combinație de mai multe straturi de protecție - rezistente la căldură-scăzute-conductive din interior și reflectorizante-rezistente la căldură-extrem de conductoare la exterior. De asemenea, este posibil ca materialele stealth să fie aplicate pe lângă protecția împotriva radiațiilor laser, care nu vor putea rezista radiațiilor laser și vor trebui să se recupereze după daunele provocate de armele laser în cazul în care aeronava însăși a supraviețuit.
Se poate presupune că îmbunătățirea și distribuția pe scară largă a armelor cu laser va necesita asigurarea protecției anti-laser pentru toate munițiile disponibile, atât ghidate, cât și neguidate, precum și vehiculele aeriene cu echipaj și fără pilot.
Introducerea protecției anti-laser va duce inevitabil la o creștere a costului, greutății și dimensiunilor munițiilor ghidate și neguidate, precum și ale vehiculelor aeriene cu echipaj și fără pilot.
În concluzie, putem menționa una dintre metodele dezvoltate de contracarare activă a unui atac cu laser. Adsys Controls, cu sediul în California, dezvoltă sistemul de apărare Helios, care ar trebui să doboare ghidajul laser inamic.
Când vizează laserul de luptă al inamicului către dispozitivul protejat, Helios determină parametrii săi: puterea, lungimea de undă, frecvența pulsului, direcția și distanța până la sursă. Helios împiedică în plus fasciculul laser al inamicului să se concentreze asupra unei ținte, probabil prin vizarea unui fascicul laser cu energie scăzută care se apropie, ceea ce încurcă sistemul de țintire al inamicului. Caracteristicile detaliate ale sistemului Helios, stadiul dezvoltării sale și performanțele sale practice sunt încă necunoscute.
