Laserul de 20 kW de la Rheinmetall pe Boxer 8x8 prezentat la DSEI 2015
Progresul tehnologic a atins acum un moment important când sistemele de arme laser montate pe vehicul au devenit realitate. Să aruncăm o privire asupra evoluției acestor sisteme de îmbunătățire a luptei
Armele montate pe vehicul sunt un instrument de îmbunătățire a luptei cu costuri reduse, utilizat atât de armatele obișnuite, cât și de formațiunile neregulate „asimetrice” implicate în aproape fiecare conflict din lume.
Până de curând, opțiunile pentru instalarea armelor pe vehiculele de luptă erau limitate la mitraliere și sisteme de artilerie de diferite forme. Cu toate acestea, situația de aici a început să se schimbe odată cu apariția sistemelor laser sau a sistemelor de energie direcționată cu o putere suficientă pentru a arde aeronave mici și muniții în aer.
Amplasarea unităților voluminoase de stocare a energiei pentru astfel de sisteme a fost întotdeauna o problemă serioasă, dar dezvoltările recente au contribuit la reducerea laserelor la o dimensiune care le permite să fie instalate chiar și pe un jeep mare.
Revoluția tehnologică
Anii 1990 au cunoscut o revoluție tehnologică în comunicațiile cu fibră optică, accelerând dezvoltarea laserelor de stare solidă de mare putere, care un deceniu mai târziu au găsit aplicații în prelucrarea industrială, cum ar fi marcarea, tăierea, sudarea și topirea.
Aceste lasere au fost extrem de eficiente la distanță mică, dar a fost o chestiune de timp pentru industrie să găsească o modalitate de a scala această tehnologie și de a crea arme futuriste care să poată tăia și topi ținte la o distanță de câteva sute sau chiar mii de metri.
Gigantul american al apărării Lockheed Martin a făcut exact asta. Bazându-se pe noile tehnologii pentru fabricarea semiconductoarelor, celulele solare și sudarea auto, compania a dezvoltat o mașină cu laser militar care este de sute de ori mai puternică decât predecesorii săi comerciali.
Robert Afzal, cercetător principal la această companie, spune: „Astăzi are loc o adevărată revoluție în această zonă, pregătită de mulți ani de muncă gigantică a cercetătorilor. Și credem că tehnologia laser este în sfârșit gata în sensul că acum suntem capabili să creăm un laser suficient de puternic și suficient de mic pentru a se încadra în vehiculele tactice.”
„Laserele anterioare erau pur și simplu prea mari - erau posturi întregi. Dar odată cu apariția tehnologiei laser cu fibră de înaltă eficiență cu un fascicul de înaltă calitate, avem în cele din urmă ultima piesă a puzzle-ului pentru a se potrivi acestor mașini."
Industria civilă a folosit lasere de ordinul mai multor kilowați, dar Afzal a menționat că laserele militare ar trebui să aibă o putere de 10-100 kW.
„Am dezvoltat o tehnologie care ne permite să mărim puterea laserelor cu fibră, nu doar prin construirea unui laser cu fibră mai mare, ci prin combinarea mai multor module din clasa kilowați pentru a obține puterea necesară de către armată.”
El a spus că laserul se bazează pe combinarea fasciculului, un proces care combină mai multe module laser pentru a forma un fascicul de înaltă putere, de înaltă calitate, care oferă mai multă eficiență și letalitate decât câteva lasere individuale de 10kW.
Fasciu alb colimat
Descriind procesul de trecere a unui fascicul de lumină printr-o prismă, refractându-se în multe fluxuri colorate, el a explicat: „Dacă aveți mai multe raze laser, fiecare cu o culoare ușor diferită, intrând în această prismă exact la unghiul drept, toate vor ieși a acestei prisme suprapuse și va forma un așa-numit fascicul alb colimat."
„Aceasta este în esență ceea ce facem, dar în loc de o prismă, folosim un alt element optic numit rețea de difracție, care îndeplinește aceeași funcție. Adică, construim module laser de mare putere, fiecare la o lungime de undă ușor diferită, apoi le combinăm, reflectând din rețeaua de difracție, iar la ieșire obținem un fascicul laser de mare putere."
Afzal a spus că, de fapt, o astfel de soluție este o tehnologie de multiplexare prin divizare a lungimii de undă din sectorul telecomunicațiilor, combinată cu lasere cu fibră de mare putere din producția industrială.
"Laserul cu fibre este cel mai eficient și mai puternic laser dezvoltat vreodată", a spus el. - Adică vorbim despre o eficiență electrică completă de peste 30%, la care nici măcar nu se visase acum 10-15 ani, când aveam o eficiență de 15-18%. Acest lucru are mult de-a face cu alimentarea și răcirea, astfel încât aceste sisteme pot deveni acum mai mici. Laserul este acum scalat nu prin construirea unui laser mare, ci prin adăugarea de noi module."
Armata SUA l-a recrutat recent pe Lockheed Martin pentru a crea un sistem de arme laser de mare putere bazat pe instalația sa ATHENA (Advanced Test High Energy Asset), care poate fi montată pe unul dintre vehiculele tactice ușoare ale companiei.
În timpul testelor de anul trecut, un prototip laser cu fibră de 30 kW a scos cu succes motorul unui mic pick-up, arzând grila în câteva secunde de la o milă distanță. Pentru a simula condițiile reale de funcționare în timpul testului, pickup-ul a fost instalat pe platformă cu motorul pornit și treapta de viteză cuplată.
Nouă generație
În octombrie 2015, Lockheed a anunțat că a început producția unei noi generații de lasere modulare de mare putere, dintre care primul cu o capacitate de 60 kW va fi instalat pe un vehicul tactic al armatei americane.
Afzal a declarat că armata dorește să lanseze un laser montat pe vehicul pentru misiuni antiaeriene, contracararea rachetelor, obuzelor de artilerie și muniției de mortar și UAV-urilor. „Ne uităm mai degrabă la nivelul tactic de apărare decât la apărarea antirachetă într-un sens strategic.”
Potrivit lui Lockheed, soluția modulară permite reglarea puterii în funcție de nevoile unei sarcini și amenințări specifice. Armata are capacitatea de a adăuga mai multe module și de a crește puterea de la 60 kW la 120 kW.
Afzal a continuat: „Arhitectura variază în funcție de cerințele dvs.: doriți 30 kW, 50 kW sau 100 kW? Este ca modulele de server într-un rack de server. Credem că aceasta este o arhitectură flexibilă - mai potrivită pentru producția la scară largă. Vă permite să aveți un modul pe care îl puteți recrea din nou și din nou, ceea ce vă permite să personalizați sistemul după cum doriți."
„Sistemul se adaptează oricărui vehicul pe care doriți să îl utilizați astăzi și de aceea această tehnologie este atât de impresionantă, deoarece va permite flexibilității arhitecturii să se adapteze la diferite vehicule fără a modifica prea mult ceea ce decideți să aveți. Acest lucru face posibilă obținerea unui sistem care să ofere sprijin atât unei brigăzi de luptă, cât și unei baze operaționale avansate, de exemplu."
Sistemul folosește lasere comerciale din fibră asamblate în module foarte reproductibile, ceea ce îl face extrem de accesibil. Utilizarea mai multor module laser cu fibre reduce, de asemenea, probabilitatea unor defecțiuni minore, precum și costul și domeniul de întreținere și reparații.
Când a fost întrebat când ar putea apărea pe câmpul de luptă un laser de luptă instalat pe un vehicul tactic, Afzal a sugerat un interval de timp aproximativ: „Planificăm să livrăm laserul nostru la sfârșitul anului 2016. După care armata își va face treaba pentru ceva timp, iar apoi vom vedea.
Atracția laserului
Există mai multe caracteristici ale armelor tactice cu energie direcționată care le fac foarte atractive pentru forțele militare moderne, inclusiv costul redus al „muniției” și viteza, precizia și ușurința lor de utilizare.
„În primul rând, acestea sunt arme foarte precise, cu daune colaterale potențial foarte mici, ceea ce este important”, a adăugat Afzal. "Viteza luminii vă permite să iradiați instantaneu o țintă și, prin urmare, puteți atinge ținte foarte manevrabile, adică puteți păstra fasciculul pe o țintă pe care uneori muniția cinetică nu o poate rezolva."
Poate cel mai important avantaj este costul redus al unei „lovituri” eficiente.
„În acest moment, nu doriți să cheltuiți arme cinetice defensive scumpe și puternice pe amenințări multiple ieftine”, a continuat Afzal. - Considerăm armele cu laser ca o completare a sistemelor cinetice. Presupunem că veți folosi sistemul laser împotriva unui număr mare de amenințări de intensitate scăzută de joasă intensitate, lăsând revista cinetică pentru amenințările complexe, blindate, cu rază lungă de atac."
Afzal sugerează că arma laser poate fi desfășurată în spațiul de luptă din rețeaua senzorilor de control operațional, care va oferi desemnarea țintei inițiale pentru aceasta.
„În primul rând, un anumit sistem trebuie să informeze despre apariția unei amenințări, iar apoi operatorul comenzii și controlului decide ce contramăsură să utilizeze, determină ținta, aruncă un laser pe ea și blochează ținta în funcție de datele radar, după care operatorul, văzând ținta pe monitor, decide să aducă dacă laserul este în acțiune”.
„Multe probleme s-au acumulat în acest domeniu, deoarece militarii din întreaga lume au fantezat deja cu privire la armele laser în urmă cu zeci de ani, iar întrebarea este de ce nu le avem astăzi. Cred că principalul motiv este că nu am avut tehnologia pentru a crea o componentă cu armă laser suficient de mică și suficient de puternică pentru a fi plasată pe vehiculele tactice.”
Etapele finale
Între timp, Boeing și-a petrecut câțiva ani lucrând la un demonstrator mobil cu laser de înaltă energie (HEL MD) pentru armata SUA, care se află în prezent în etapele finale de dezvoltare. Montat pe un șasiu de camion, un laser direcționează un fascicul de mare putere la amenințările cu care armata este probabil să se ocupe, acționând ca un sistem de interceptare pentru rachete neguidate, obuze de artilerie, mine și UAV-uri. Acest sistem a atins până acum o precizie atât de mare încât poate distruge senzorii de pe drone, așa cum s-a arătat în timpul demonstrației unui laser de 10 kW la White Sands Proving Ground în 2013 și din nou la Eglin AFB în 2014.
Conform specificațiilor militare, sistemul complet HEL MD va consta dintr-un laser eficient de înaltă putere și subsisteme grele care vor fi instalate pe un vehicul militar. Sistemul va fi capabil să realizeze, împreună cu alte mijloace de distrugere, protecția anumitor zone, fie că este vorba de baze înainte, instalații navale, baze aeriene și alte structuri.
Boeing dezvoltă mai multe sisteme pentru a se integra într-un prototip final care va fi instalat pe un camion tactic cu mobilitate extinsă modificată (HEMTT).
Aceste subsisteme includ un laser; controlul fasciculului; alimentare electrică; sistem de control al schimbului de căldură și sistem de control al luptei.
Comandamentul de apărare spațială al armatei SUA dezvoltă HEL MD în etape. Laserul, alimentarea cu energie electrică și sistemul de schimb de căldură vor fi îmbunătățite în următorii câțiva ani, cu scopul de a crește puterea și dezvoltarea tehnologică a subsistemelor.
Pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, natura modulară a componentelor va permite introducerea de lasere mai puternice, integrate cu capacități îmbunătățite de direcționare și urmărire.
Ciclu complet
Potrivit Boeing, ghidajul fasciculului HEL MD oferă o acoperire „cerul întreg”, deoarece se rotește cu 360 ° și este ridicat deasupra acoperișului vehiculului pentru a capta ținte peste orizont. Distrugerea continuă a țintelor este simplificată prin schimbul de căldură și sistemele de alimentare cu energie electrică.
Întregul sistem funcționează cu motorină; adică tot ce este necesar pentru a umple „muniția” armei este o realimentare rapidă. Bateriile litiu-ion ale sistemului HEL MD sunt reîncărcate de un generator diesel de 60 kW, prin urmare, atât timp cât armata are combustibil, poate funcționa la nesfârșit.
Sistemul este controlat de conducătorul auto și de operatorul instalației folosind un laptop și un set-top box de tip Xbox. Modelul demo actual folosește un laser de clasă de 10 kW. Cu toate acestea, în viitorul apropiat, laserul va fi instalat în clasa de 50 kW, iar în alți doi ani puterea acestuia va crește la 100 kW.
Boeing a dezvoltat anterior o instalație laser mai mică pentru armata americană și a instalat-o pe mașina blindată AN / TWQ-1 Avenger, supranumită Boeing Laser Avenger. Un laser în stare solidă de 1 kW este utilizat pentru a combate UAV-urile și a neutraliza dispozitivele explozive improvizate (IED). Sistemul funcționează astfel: este destinat unui IED sau a unei muniții neexplodate pe marginea drumului, cu o creștere treptată a puterii fasciculului laser până când explozivul arde în procesul de detonare de mică putere. În timpul testelor din 2009, sistemul Laser Avenger a distrus cu succes 50 de astfel de dispozitive, similare cu cele întâlnite în Irak și Afganistan. În plus, a fost efectuată o altă demonstrație a funcționării acestui sistem, în timpul căreia a distrus mai multe drone mici.
Boeing Laser Avenger
Plan de trei ani
Potrivit companiei germane de apărare Rheinmetall, în trei ani, va oferi pe piață propriul laser de înaltă energie (HEL) de mare putere, care este instalat pe vehicul.
După o serie de teste efectuate în Elveția în 2013, compania a lucrat la extinderea capabilităților software ale modulelor de formare a fasciculului și a tehnologiei laserului în sine, după care a prezis că sistemul său laser pentru combaterea țintelor solului, precum și pentru sol apărarea aeriană ar putea fi deja gata. în 2018.
Au fost selectate trei mașini pentru a funcționa ca platforme mobile HEL. Împreună cu vehiculul blindat Boxer, transportorul blindat modificat M113 cu laser de 1 kW (Mobile HEL Effector Track V) și camionul Tatra 8x8 cu două lasere de 10 kW (Mobile HEL Effector Wheel XX) și-au demonstrat caracteristicile.
Toate cele trei platforme laser
Laserul de 20 kW instalat pe vehiculul blindat GTK Boxer se distinge prin modulul executiv HEL, al cărui avantaj constă în principiul designului modular. Rheinmetall spune că Boxerul nu a avut încă un laser cu o putere mai mare de 20 kW, deși combinarea mai multor lasere folosind tehnologia de aliniere a fasciculului ar putea crește puterea sa totală. În plus, mai multe unități Boxer HEL pot fi combinate pentru a crea un sistem cu o putere efectivă de peste 100 kW.
În timpul testelor demo efectuate în 2013, echipajul vehiculului Boxer a confirmat capacitățile instalației laser HEL, dezactivând mitraliera grea instalată pe camionetă fără a risca el însuși mitraliera (foto de mai jos). În plus, lucrând în tandem cu stația de radar Skyguard, instalarea pe un camion Tatra Mobile Effector Wheel XX a demonstrat toate etapele de neutralizare a unui UAV de tip elicopter.
Neutralizarea heliporturilor a fost efectuată cu ajutorul radarului SkyGuard, care a detectat și a identificat ținta. Mai mult, instalația HEL Boxer a primit date de la el, a efectuat o urmărire dură și precisă, apoi a capturat ținta pentru distrugere.
Sistemul laser HEL MD al Boeing este în contract cu Comandamentul de apărare a rachetelor și spațiului din Statele Unite
Cercetări marine
Administrația pentru Cercetare și Dezvoltare (ONR) a Marinei Statelor Unite își testează propriul laser de luptă în stare solidă montat pe vehicul, desemnat Energie direcționată de apărare aeriană la sol (GBAD OTM). De fapt, sistemul este un laser de mare putere montat pe un vehicul tactic și conceput pentru a proteja forțele expediționale de UAV-urile inamice.
Având în vedere proliferarea crescândă a sistemelor aeriene fără pilot, Corpul Marinei SUA sugerează că unitățile de luptă vor fi din ce în ce mai forțate să se apere împotriva oponenților care efectuează supraveghere și recunoaștere din aer.
Sistemul GBAD OTM este proiectat pentru instalarea pe vehicule tactice ușoare precum HMMWV și JLTV (Joint Light Tactical Vehicle). Potrivit ONR, programul GBAD OTM are ca scop crearea unei alternative la sistemele tradiționale care pot păstra pușcașii marini de la recunoașterea inamicului și atacul dronelor. Componentele sistemului GBAD OTM, inclusiv laserul, dispozitivul de vizare a fasciculului, bateriile, radarul, sistemul de răcire și control, sunt dezvoltate în comun de ONR, Centrul de dezvoltare a armelor de suprafață Dahlgren și mai multe întreprinderi industriale.
Scopul programului este de a combina toate aceste componente într-un singur complex, care va fi suficient de mic pentru a fi instalat pe vehicule blindate tactice ușoare, dar suficient de puternic pentru a face față amenințărilor prevăzute.
Aplicație largă
În timpul conferinței Sea-Air-Space 2015 de la Washington, șeful programelor de protecție a trupelor de la ONR, Lee Mastroiani, într-o conversație cu reporterii, a explicat că laserele pot distruge efectiv amenințările din întregul spectru al apărării aeriene, inclusiv rachete, obuze de artilerie, muniție cu mortar, UAV-uri, mijloace de transport și IED. "Cu toate acestea, în primul rând, sistemul GBAD este conceput pentru a combate UAV-uri de dimensiuni mici care reprezintă o amenințare pentru unitățile noastre de luptă."
„Sistemul GBAD OTM constă din trei componente principale: o stație de urmărire radar pe 3 axe care identifică o amenințare; o unitate de comandă și control care identifică și decide cum să neutralizeze amenințarea în cazul utilizării rachetelor sau a armelor de artilerie; și platforma reală cu laser."
Mastroiani a menționat că, în cazul programului GBAD, accentul este pus pe dezvoltarea unui laser de mare putere pentru distrugerea UAV-urilor instalate pe un vehicul de luptă ușoară.
„Există un argument semnificativ în favoarea unei astfel de decizii, care constă în faptul că astfel de amenințări au un cost redus, adică utilizarea rachetelor scumpe în acest caz nu se încadrează în viziunea noastră asupra problemei. Prin urmare, folosind un laser care costă un bănuț pe puls, puteți lupta în siguranță cu amenințări ieftine cu un sistem de arme ieftin. În general, esența programului este de a lupta împotriva unor astfel de ținte chiar și în mișcare, pentru a sprijini operațiunile de luptă ale Corpului de Marină."
Potrivit lui Mastroiani, ONR a folosit mai multe componente din instalația demonstrativă LaWS (Laser Weapon System) pe care marina americană a instalat-o la bordul navei Ponce din Golful Persic.
„Folosim principiul evitării previzibile, unele dintre tehnologiile cheie și software-ul, dar există și multe alte probleme”, a adăugat Mastroiani. - În ceea ce privește nava USS Ponce, există mult spațiu și orice altceva, în timp ce am multe probleme în ceea ce privește greutatea, dimensiunea și caracteristicile consumului de energie atunci când sistemul trebuie instalat pe un vehicul tactic ușor. Am un dispozitiv de ghidare a fasciculului, sursă de alimentare, sisteme de răcire, ghidare și desemnarea țintei, iar toate acestea ar trebui să funcționeze concertate și fără „prize”, așa că o mulțime de probleme diferite trebuie rezolvate în acest proiect separat.”
Potrivit ONR, unele componente ale sistemului au fost utilizate în teste pentru detectarea și urmărirea dronelor de diferite dimensiuni, iar întregul sistem a fost testat cu un laser de 10kW, care este o soluție intermediară atunci când se trece la un laser de 30kW. Este planificat ca testele de teren ale sistemului de 30 kW să aibă loc în 2016, când programul va începe teste cuprinzătoare cu scopul de a trece de la detectarea și urmărirea simple la tragerea de la vehicule militare ușoare.
