Programul LaWS al US Navy a explorat posibilitatea utilizării tehnologiei laser cu fibră ieftină ca bază pentru armele cu laser care ar putea fi integrate în instalațiile existente pentru Falange.
Pentru prima dată, Marina SUA este pe deplin pregătită să demonstreze funcționarea armelor laser de mare energie și a anunțat recent planurile de a lansa un prototip de pistol electromagnetic pe șină. Luați în considerare progresul în următoarea generație de arme cu puls
De câteva decenii, Marina SUA vorbește doar despre desfășurarea de lasere, sisteme de energie pulsată și arme electrice pe nave. O serie de avantaje teoretice foarte atractive - magazine aproape nelimitate, muniție ieftină și impact rapid și multe altele - au contribuit la investiția semnificativă a comunității științei și tehnologiei apărării în crearea, dezvoltarea și demonstrarea tehnologiilor relevante la acea vreme. Acest proces a avut ca rezultat un flux de publicații și brevete, mai multe prototipuri și o serie de ilustre înregistrări mondiale.
Cu toate acestea, din punct de vedere tehnic, astfel de arme s-au dovedit a fi prea dificil de proiectat și fabricat. Tehnologia și mijloacele tehnice nu s-au potrivit întotdeauna bine cu intervalul de timp anticipat, iar unele soluții promițătoare inițial s-au dovedit a fi impracticabile sau care nu funcționează; legile fizicii împiedicau uneori calea progresului.
Chiar și așa, Marina și-a menținut credința în știința de bază, iar alocarea prudentă a resurselor de cercetare și dezvoltare pentru a atenua riscul și a dezvolta tehnologii cheie avansate a început recent să plătească dividende. Într-adevăr, Marina este în prezent pe punctul de a lansa primul său laser operațional de înaltă energie (HEL); este, de asemenea, planificat să lanseze în mare un prototip de pistol electromagnetic cu șină în mare în 2016.
Contraamiralul șef al cercetării navale, Matthew Klunder, descrie această armă de mare randament drept „viitorul luptei navale”, adăugând că Marina „se află în fruntea acestei tehnologii unice”.
Cu toate acestea, merită să ne amintim că armele cu energie direcționată, cum ar fi lasere de mare putere și microunde de mare putere, au fost studiate de peste patru decenii. De exemplu, Marina a deschis un departament în cadrul programului HEL în 1971 și a început dezvoltarea, fabricarea și testarea unui model demonstrativ militar al unui HEL puternic (aproximativ un megawatt) pe fluorură de deuteriu.
Istoria recentă a dezvoltării armelor cu energie direcționată pentru marina SUA a început cu adevărat cu restabilirea în iulie 2004 a biroului de programe (PMS 405) pentru sistemele de energie direcțională și armele electrice ale Comandamentului pentru sisteme navale. Această mișcare a servit ca un nou impuls pentru dezvoltările științifice și tehnice, care au fost amânate timp de aproximativ un deceniu într-o cutie etichetată „exotică”. Cercetarea nu a fost suspendată, ci tehnologia nu a avut o cale clară spre succes.
În ultimul deceniu, PMS 405 a servit ca un hub pentru transferul tehnologiei armelor electrice și direcționate de la laboratoare la marină. În acest rol, el a coordonat cercetarea și dezvoltarea între centrele navale de cercetare, laboratoarele guvernamentale și industrie.
De asemenea, este demn de remarcat aici contribuția ONR (Office of Naval Research) și a Naval Surface Warfare Establishment Dahlgren Division (NSWCDD), Naval Surface Warfare Development Center din Dahlgren. ONR a supravegheat inovația în tehnologia laserului de înaltă putere și a pistolelor feroviare, în timp ce NSWCDD a fost fondat ca un „centru de excelență” pentru cercetare, dezvoltare, simulare direcțională a energiei. În cadrul Directed Energy Research Office, Directed Energy Warfare Office (DEWO) mută tehnologia HEL de la spațiul științific și tehnologic la linia frontală navală.
Farmecul laserului
În abstract, sistemele de arme cu un puternic laser HEL oferă multe avantaje față de tunurile tradiționale și munițiile ghidate: livrarea unui impact la viteza luminii și un timp scurt de iradiere a țintei; impact scalabil (variind de la letal la neletal); precizia liniei de vedere; ghidare de înaltă precizie; redobândirea rapidă a țintei; o revistă mare și regenerabilă, lipsită de pericole și poveri logistice asociate cu muniții explozive standard.
Cu toate acestea, mai presus de toate, perspectiva unui cost pe lovitură foarte mic - conform calculelor ONR, semnificativ mai puțin de un dolar pe lovitură - a avut un efect fascinant asupra comandamentului marinei SUA, care caută modalități de a continua finanțarea.
În același timp, în ciuda faptului că vorbesc foarte des despre calitățile pozitive ale sistemelor HEL, sarcinile complexe de finalizare a armelor laser desfășurate pe nave au bântuit fizicienii și inginerii de mult timp. Concentrarea puterii pe un obiectiv este una dintre principalele provocări. O armă laser trebuie să fie capabilă să focalizeze un fascicul de mare energie într-un punct mic și clar definit asupra unei ținte pentru a produce impact. Cu toate acestea, având în vedere numeroasele tipuri de ținte potențiale, cantitatea necesară de energie și intervalul la care va fi garantată distrugerea pot varia semnificativ.
Puterea nu este singura problemă. Răspândirea termică poate apărea atunci când un fascicul laser emis pentru o perioadă extinsă de timp de-a lungul aceleiași linii de vedere încălzește aerul prin care trece, provocând dispersia și defocalizarea fasciculului. Direcționarea este, de asemenea, îngreunată de proprietățile complexe și dinamice ale mediului marin înconjurător.
Apoi, trebuie să luați în considerare diverse probleme de integrare cu platforma. Dispozitivele de prototip voluminoase au un factor de formă mare, iar sistemele de pe piață necesită reduceri semnificative pentru a se integra cu platforme mai mici. Integrarea armelor HEL în navele de război impune, de asemenea, noi cerințe platformei de transport în ceea ce privește generarea de energie, distribuția energiei, răcirea și disiparea căldurii.
ONR a identificat Free Electron Laser (FEL) la mijlocul anilor 2000 ca fiind cea mai bună soluție pe termen lung pentru sistemul de arme HEL al navei. Acest lucru se datorează faptului că lungimea de undă a fasciculului FEL poate fi ajustată fin la condițiile de mediu predominante pentru a obține cea mai bună "permeabilitate atmosferică".
În acest sens, sub conducerea ONR, a fost lansat programul de prototip naval inovativ (INP) cu scopul de a dezvolta un demonstrator FEL de clasă 100 kW cu o lungime de undă de funcționare în intervalul de 1,0-2,2 microni. Boeing și Raytheon au primit în paralel contracte anuale de fază IA în aprilie 2009 pentru proiectarea preliminară, iar Boeing a fost selectată pentru continuarea fazei IB în septembrie 2010, după care proiectul a fost avansat la faza de revizuire critică a proiectului.
După finalizarea unei revizuiri critice a centralei electrice FEL, Boeing și-a propus să construiască și să testeze următoarea demonstrație FEL de 100 kW, proiectată să funcționeze la trei lungimi de undă diferite. Cu toate acestea, ONR a abandonat INP în 2011 pentru a canaliza resursele actuale în dezvoltarea unui laser în stare solidă (SSL). Lucrările la FEL se concentrează în prezent pe continuarea activității de reducere a riscurilor asociate acestui sistem.
LaWS, desemnat AN / SEQ-3, va fi dislocat în Ponce al US Navy în următoarele câteva luni ca „vehicul de răspuns rapid”. Dispozitivul de ghidare LaWS va fi instalat peste podul navei Ponce
Această redirecționare a resurselor este o consecință a maturității mai mari a tehnologiei SSL și a perspectivei de implementare accelerată a armelor HEL la prețuri accesibile în marina SUA. ONR și PMS 405 au recunoscut această cale de dezvoltare pentru următoarea perioadă de timp, la mijlocul sfârșitului anilor 2000.
Potrivit contraamiralului Klander, programul SSL „se numără printre programele noastre de cea mai înaltă prioritate în domeniul științei și tehnologiei”. El a adăugat că aceste capabilități emergente sunt deosebit de convingătoare, deoarece oferă „o soluție accesibilă la problema costisitoare a protecției împotriva amenințărilor asimetrice. Poate că adversarii noștri nici măcar nu vor apărea știind că putem ținti un laser către o țintă pentru mai puțin de un dolar pe lovitură”.
În ultimii șase ani, accentul a fost pus pe dezvoltarea tehnologiei în stare solidă, dovadă fiind evoluțiile și demonstrațiile în acest domeniu. Un exemplu este demonstrația laser maritimă (MLD). În aprilie 2011, Northrop Grumman a instalat un prototip laser SSL pe o navă de testare, care a eliminat o mică navă țintă cu fasciculul său. Peter Morrison, manager de program HEL la ONR, a declarat că este "prima dată când un HEL cu astfel de niveluri de putere este instalat pe o navă de război, propulsată de acea navă, și desfășurat într-o țintă îndepărtată din mare".
Demonstrația MLD a fost punctul culminant al a doi ani și jumătate de proiectare, dezvoltare, integrare și testare. În cadrul proiectului MLD, alături de industrie, divizia de tehnologie de înaltă energie și laboratoarele marinei din Dahlgren, China Lake, Port Huenem și Point Mugu; acest proiect înglobează, de asemenea, evoluțiile preluate din programul general cu laser solid de înaltă putere.
Între timp, în martie 2007, au început lucrările la un prototip de sistem de arme laser Laser Weapon System (LaWS), conceput ca un supliment la complexul existent Mk 15 Phalanx (CIWS) de 20 mm cu rază scurtă de acțiune. LaWS va profita de tehnologia laser comercială din fibră de sticlă pentru a oferi un tip de armă suplimentar pentru a angaja un subset de ținte „asimetrice” cu costuri reduse, precum UAV-uri mici și bărci de luptă rapide.
Programul LaWS este gestionat de PMS 405 în colaborare cu Biroul de Execuție a Programului de Sisteme Integrate de Combat, DEWO Dahlgren și Raytheon Missile Systems (producătorul original al Falangei). Programul prevede plasarea tehnologiei laser din fibră de sticlă la un preț redus în centrul unei arme laser care ar putea fi integrată într-o instalație Phalanx existentă. Această cerință pentru integrarea laserului cu instalația existentă determină masa acestuia până la 1200-1500 kg. De asemenea, ar fi de dorit ca acest armament suplimentar să nu afecteze funcționarea instalației, unghiurile de azimut și elevație, viteza maximă de transfer sau accelerația.
Limite de putere
Având în vedere aceste limitări, tehnologia laser cu fibră comercială de la distanță a fost identificată ca fiind cea mai promițătoare soluție. Deși această tehnologie SSL are unele limitări de putere (acestea sunt eliminate treptat pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește), utilizarea laserelor cu fibră optică a făcut posibilă reducerea costurilor nu numai a tehnologiei instalațiilor de arme, ci și a modificării sistem pe instalații existente.
După o perioadă inițială de analiză, evaluări ale mortalității prin amenințare, analize ale componentelor critice și compromisuri, echipa LaWS a finalizat proiectarea și implementarea sistemului prototip. Pentru a obține suficientă putere și, în consecință, letalitate la o anumită distanță, acest tip de tehnologie necesită utilizarea unui nou combinator de fascicule, care ar putea combina șase lasere separate din fibră de sticlă de 5,4 kW în spațiu liber, astfel încât să se obțină o intensitate mai mare a radiației pe țintă.
Pentru a reduce costurile pentru acest program, o mulțime de echipamente au fost colectate, dezvoltate anterior și achiziționate pentru alte sarcini de cercetare. Aceasta include suportul de urmărire L-3 Brashear KINETO K433, un telescop de 500 mm și senzori infraroșii de înaltă performanță. Unele componente au fost achiziționate de pe raft, precum laserele cu fibre în sine.
În martie 2009, un sistem LaWS (cu un laser cu fibră) a distrus cojile de mortar din gama White Sands. În iunie 2009, au fost testați la Centrul pentru sisteme de luptă a aviației navale, timp în care prototipul a urmărit, capturat și distrus cinci UAV-uri care au îndeplinit „rolul de amenințare” în zbor.
Următoarea serie de teste la scară largă a avut loc în largul marii în mai 2010, unde sistemul LaWS a distrus cu succes patru ținte UAV în scenarii „aproape de luptă” la o distanță de aproximativ o milă marină în patru încercări. Acest eveniment a fost numit semnificativ în ONR - prima distrugere a țintelor cu un ciclu complet de la îndrumare la o lovitură într-un mediu de suprafață.
Cu toate acestea, încrederea în marina americană în dorința lor de a continua un plan de dezvoltare accelerat a fost dată de testele maritime pe distrugătorul de rachete DDG-51 USS Dewey (DDG 105) în iulie 2012. În timpul testelor pe distrugătorul Dewey, sistemul LaWS (instalat temporar pe puntea de zbor a navei) a lovit cu succes trei ținte UAV, stabilindu-și recordul de captare a țintelor 12 din 12.
Planurile de instalare LaWS, desemnate AN / SEQ-3 (XN-1), la bordul USS Ponce, servind ca bază plutitoare înainte (intermediară) în Golful Persic, au fost anunțate de comandantul operațiunilor navale, amiralul Jonathan Greenert, în aprilie 2013. al anului. AN / SEQ-3 este implementat ca o „capacitate de răspuns rapid” care va permite marinei SUA să evalueze tehnologia în spațiul operațional. Experimentul este condus de Direcția de cercetare a operațiunilor navale în colaborare cu Comandamentul central al marinei / Flotei a cincea.
Vă adresați delegaților la Simpozionul Asociației Flotei de Suprafață în ianuarie 2014? Contraamiralul Klunder a spus că a fost „prima desfășurare operațională a armelor cu energie direcționată din lume”. El a adăugat că asamblarea finală a LaWS a fost efectuată la centrul NSWCDD, la locul de testare Dahlgren, testele sistemului complet au fost finalizate înainte de a fi trimise în Golful Persic pentru instalare pe nava Ponce. Testele offshore sunt programate pentru al treilea trimestru al anului 2014.
LaWS va fi instalat pe puntea din vârful podului Ponce. "Sistemul va fi complet integrat cu nava în ceea ce privește răcirea, electricitatea și puterea", a spus Klander. De asemenea, va fi complet integrat cu sistemul de luptă al navei și cu sistemul de rază scurtă Phalanx CIWS."
NSWCDD a modernizat sistemul și a demonstrat capacitatea Phalanx CIWS de a urmări și transmite ținte către sistemul LaWS pentru urmărire și direcționare ulterioară. La bordul Ponce, comandantul focosului de rachete și artilerie va lucra pe panoul de control LaWS.
Datele colectate în timpul demonstrației maritime vor merge la programul ONL SSL TM (SSL Technology Maturation). Scopul principal al programului SSL TM, lansat în 2012, este acela de a alinia pragurile și obiectivele programului științific și tehnologic cu viitoarele nevoi de cercetare, dezvoltare și achiziții.
Potrivit ONR, programul SSL TM constă în „mai multe evenimente demonstrative cu sisteme prototip într-un spațiu competitiv”. Trei grupuri industriale au fost selectate pentru a dezvolta proiecte SSL TM, conduse de Northrop Grumman, BAE Systems și Raytheon; analiza proiectelor de proiecte este programată să fie finalizată până la sfârșitul celui de-al doilea trimestru al anului 2014. ONR va decide anul viitor care sunt cele potrivite pentru o demonstrație marină.
Arma feroviară în mare
Împreună cu laserul, marina SUA ia în considerare tunul feroviar electromagnetic ca un alt sistem de transformare a armelor care permite livrarea de proiectile ultra-rapide la distanțe extinse, cu o precizie foarte mare. Flota intenționează să obțină o rază inițială de 50-100 mile marine, mărind-o în timp la 220 mile marine.
Tunurile electromagnetice depășesc limitele tunurilor tradiționale (care utilizează compuși pirotehnici chimici pentru a accelera proiectilul de-a lungul întregii lungimi a butoiului) și oferă raze extinse, timpi scurți de zbor și letalitate țintă cu energie ridicată. Prin utilizarea trecerii unui curent electric de înaltă tensiune, se creează forțe electromagnetice puternice, de exemplu, teoretic, un tun electromagnetic marin ar putea trage proiectile cu o viteză mai mare de Mach 7. Proiectilul va atinge foarte repede o traiectorie în afara atmosferei (zbor fără rezistență aerodinamică), reintrând în atmosferă pentru a atinge ținta la o viteză care depășește 5 numere Mach.
Programul pentru prototipul pistolului electromagnetic al navei a fost lansat de ONR în 2005 ca principală componentă a activității științifice și tehnologice, în cadrul căreia este necesară perfecționarea tehnologiei pistolelor feroviare pentru a pune în funcțiune un sistem complet finisat cu flota în jurul anilor 2030-2035.
În timpul fazei 1 a proiectului inovator INP, accentul a fost pus pe dezvoltarea tehnologiei de lansare cu o durată de viață adecvată, dezvoltarea tehnologiei de putere pulsată și reducerea riscului pentru componentele proiectilelor. BAE Systems și General Atomics au livrat prototipuri ale armelor lor feroviare către NSWCDD pentru testare și evaluare.
În timpul fazei 1 a programului de cercetare și dezvoltare al tunurilor electromagnetice al Marinei, accentul este pus pe dezvoltarea unui lansator cu o durată de viață suficientă, dezvoltarea puterii pulsabile fiabile și reducerea riscului pentru proiectil. BAE Systems și General Atomics livrează arme prototip feroviare la centrul de dezvoltare a armelor pentru testare și evaluare
În faza 1, obiectivul demonstrării configurației experimentale a fost atins, în decembrie 2010 a fost obținută o energie inițială de 32 MJ; un sistem de arme promițător cu acest nivel de energie va fi capabil să lanseze un proiectil la o rază de 100 de mile marine.
BAE Systems a primit un contract de 34,5 milioane de dolari de la ONR pentru finalizarea fazei 2 a INP la mijlocul anului 2013 și a fost selectat primul, lăsând în urmă echipa rivală General Atomics. În faza 2, tehnologiile vor fi finalizate la un nivel suficient pentru trecerea la programul de dezvoltare. Lansatorul și puterea pulsului vor fi îmbunătățite, permițând trecerea de la capabilități simple la capabilități cu mai multe fotografii. De asemenea, vor fi dezvoltate tehnici de reglare termică pentru lansator și sistemul de alimentare pulsată, care sunt necesare pentru tragerea prelungită. Primele prototipuri vor fi livrate în cursul anului 2014; dezvoltarea este realizată de BAE Systems în colaborare cu IAP Research și SAIC.
La sfârșitul anului 2013, ONR a acordat BAE Systems un contract separat în valoare de 33,6 milioane USD pentru dezvoltarea și demonstrarea proiectilului hipersonic Hyper Velocity Projectile (HVP). HVP este descris ca proiectila ghidată de generația următoare. Va fi un proiectil modular cu rezistență aerodinamică redusă, compatibil cu un tun electromagnetic, precum și cu sistemele de tunuri existente de 127 mm și 155 mm.
Faza inițială a contractului HVP a fost finalizată la mijlocul anului 2014; scopul lor a fost de a dezvolta un proiect conceptual și un plan de dezvoltare pentru a demonstra zborul controlat complet. Dezvoltarea va fi realizată de BAE Systems în cooperare cu UTC Aerospace Systems și CAES.
Costul unui proiectil HVP care cântărește 10,4 kg pentru un tun electromagnetic este estimat la aproximativ 25.000 dolari bucata; potrivit amiralului Klander, „proiectilul costă aproximativ 1/100 din costul sistemului de rachete existent”.
În aprilie 2014, Marina și-a confirmat planurile de a demonstra pistolul feroviar la bordul navei sale de mare viteză Millinocket în 2016.
Potrivit contraamiralului Bryant Fuller, inginer șef al NAVSEA Naval Systems Command, această demonstrație pe mare va include o armă feroviară de 20 MJ (selectarea fazei 1 INP se va face între prototipurile fabricate de BAE Systems și General Atomics)..
"La centrul naval de arme de suprafață din Dahlgren, am tras sute de obuze dintr-o instalație de coastă", a spus el. "Tehnologia este suficient de matură la acest nivel, așa că vrem să o scoatem pe mare, să o punem pe o navă, să efectuăm teste depline, să tragem o serie de obuze și să o studiem din experiența acumulată."
„Deoarece arma feroviară nu va fi integrată cu nava Millinocket pentru demonstrația din 2016, această navă nu va suferi o modificare extinsă pentru a oferi aceste capabilități”, a spus contraamiralul Fuller.
Întregul pistol electromagnetic cu șină este format din cinci părți: un accelerator, un sistem de stocare și stocare a energiei, un modelator de impulsuri, un proiectil de mare viteză și un suport rotativ pentru pistol.
Pentru demonstrație, suportul pistolului și amplificatorul vor fi instalate pe puntea de zbor a navei Millinocket, în timp ce magazia, sistemul de manipulare a munițiilor și sistemul de stocare a energiei format din mai multe baterii mari vor fi amplasate sub punte, cel mai probabil în containere din marfă compartimente.
Marina SUA intenționează să revină pe mare în 2018 cu scopul de a trage explozii de arme electromagnetice de pe navă. Integrarea completă cu nava poate fi realizată în același 2018.
Ca parte a unei dezvoltări separate, laboratorul de cercetare al US Navy la începutul anului 2014 a testat un nou pistol cu calibru mic (un inch în diametru). Primul foc a fost tras pe 7 martie 2014. Dezvoltat cu sprijin de la ONR, această armă feroviară mică este un sistem experimental care utilizează tehnologie avansată a bateriei pentru a declanșa mai multe lansări pe minut de pe o platformă mobilă.
Marina SUA intenționează să arate funcționarea pistolului feroviar pe mare în timpul testelor pe Millinocket (JHSV 3) în 2016.
