Prej smo preučili, kako se razvijajo laserske tehnologije, kakšno lasersko orožje je mogoče ustvariti za uporabo v interesu letalskih sil, kopenskih sil in zračne obrambe ter mornarice.
Zdaj moramo razumeti, ali se je pred njim mogoče braniti in kako. Pogosto se govori, da je dovolj, da raketo pokrijemo z zrcalnim premazom ali poliramo izstrelek, a žal vse ni tako preprosto.
Tipično ogledalo, prevlečeno z aluminijem, odseva približno 95% vpadnega sevanja, njegova učinkovitost pa je močno odvisna od valovne dolžine.
Od vseh materialov, prikazanih na grafu, ima aluminij največjo odbojnost, ki pa nikakor ni ognjevzdržen material. Če se ogledalo, ko je izpostavljeno sevanju majhne moči, rahlo segreje, potem ob udarcu močnega sevanja material zrcalnega premaza hitro postane neuporaben, kar bo povzročilo poslabšanje njegovih odsevnih lastnosti in nadaljnje plazovito ogrevanje in uničenje.
Pri valovni dolžini manj kot 200 nm se učinkovitost ogledal močno zmanjša; proti ultravijoličnemu ali rentgenskemu sevanju (laser s prostimi elektroni) takšna zaščita sploh ne bo delovala.
Obstajajo poskusni umetni materiali s 100 -odstotno odbojnostjo, vendar delujejo le za določeno valovno dolžino. Zrcala so lahko prekrita tudi s posebnimi večplastnimi premazi, ki povečajo njihovo odbojnost do 99,999%. Toda ta metoda deluje tudi samo za eno valovno dolžino in se pojavlja pod določenim kotom.
Ne pozabite, da so pogoji delovanja orožja daleč od laboratorijskih, tj. zrcalno raketo ali izstrelek bo treba hraniti v posodi, napolnjeni z inertnim plinom. Najmanjša meglica ali madeži, na primer od odtisov rok, bodo takoj poslabšali odbojnost ogledala.
Če zapustite posodo, bo zrcalna površina takoj izpostavljena okolju - ozračju in toploti. Če zrcalna površina ni prekrita z zaščitno folijo, bo to takoj poslabšalo njene odsevne lastnosti, če pa je prevlečeno z zaščitno prevleko, bo samo poslabšalo odsevne lastnosti površine.
Če povzamemo zgoraj, ugotavljamo, da zaščita pred ogledalom ni zelo primerna za zaščito pred laserskim orožjem. In kaj potem ustreza?
Do neke mere bo pomagala metoda "razmazanja" toplotne energije laserskega žarka po telesu z zagotavljanjem rotacijskega gibanja letala (AC) okoli lastne vzdolžne osi. Toda ta metoda je primerna le za strelivo in v omejenem obsegu za brezpilotne letalnike (UAV), v manjši meri pa bo učinkovita, če lasersko obsevamo v sprednji del trupa.
Na nekaterih vrstah zaščitenih objektov, na primer na drsnih bombah, križarskih raketah (CR) ali protitankovskih vodenih projektilih (ATGM), ki napadajo tarčo pri letenju od zgoraj, tudi te metode ni mogoče uporabiti. Nevrteče se večinoma mine za malte. Težko je zbrati podatke o vseh letalih, ki se ne vrtijo, a prepričan sem, da jih je veliko.
Vsekakor bo rotacija letala le nekoliko zmanjšala učinek laserskega sevanja na tarčo, kertoplota, ki jo močno lasersko sevanje prenaša v telo, se bo prenesla v notranje strukture in naprej v vse sestavne dele letala.
Omejena je tudi uporaba hlapov in aerosolov kot protiukrepov proti laserskemu orožju. Kot je bilo že omenjeno v člankih serije, je uporaba laserjev proti kopenskim oklepnim vozilom ali ladjam možna le, če se uporablja proti nadzorni opremi, k zaščiti katere se bomo vrnili kasneje. Nerealno je v bližnji prihodnosti zažgati trup bojnega vozila pehote / tanka ali površinske ladje z laserskim žarkom.
Seveda ni mogoče uporabiti zaščite pred dimom ali aerosolom pred letali. Zaradi velike hitrosti letala bo dim ali aerosol vedno odpihnil prihajajoči zračni tlak, v helikopterjih jih bo odpihnil tok zraka iz propelerja.
Tako je lahko zaščita pred laserskim orožjem v obliki razpršenih hlapov in aerosolov potrebna le pri lahkih oklepnih vozilih. Po drugi strani so tanki in druga oklepna vozila pogosto že opremljeni s standardnimi sistemi za nastavitev dimnih zaves, ki motijo zajemanje sovražnikovih orožnih sistemov, v tem primeru pa se lahko pri razvoju ustreznih polnil uporabijo tudi za boj proti laserskemu orožju.
Če se vrnemo k zaščiti optične in termovizijske izvidniške opreme, lahko domnevamo, da bo namestitev optičnih filtrov, ki preprečujejo prehod laserskega sevanja določene valovne dolžine, primerna le na začetni stopnji za zaščito pred laserskim orožjem majhne moči, iz naslednjih razlogov:
- v uporabi bo široka paleta laserjev različnih proizvajalcev, ki delujejo na različnih valovnih dolžinah;
- filter, zasnovan tako, da absorbira ali odseva določeno valovno dolžino, ko je izpostavljen močnemu sevanju, bo verjetno odpoved, kar bo povzročilo, da lasersko sevanje zadene občutljive elemente, ali pa pride do okvare same optike (zamegljenost, popačenje slike);
- nekateri laserji, zlasti laser s prostimi elektroni, lahko spreminjajo delovno valovno dolžino v širokem razponu.
Zaščito optične in termovizijske izvidniške opreme je mogoče izvesti za kopensko opremo, ladje in letalsko opremo z namestitvijo zaščitnih zaslonov za visoke hitrosti. Če zazna lasersko sevanje, mora zaščitni zaslon v delčku sekunde pokriti leče, vendar tudi to ne zagotavlja odsotnosti poškodb občutljivih elementov. Možno je, da bo široka uporaba laserskega orožja sčasoma zahtevala vsaj podvajanje izvidniških sredstev, ki delujejo v optičnem območju.
Če je na velikih nosilcih namestitev zaščitnih zaslonov in podvojenih sredstev optičnega in toplotnega slikanja povsem izvedljiva, je to na visoko natančnem orožju, zlasti kompaktnem, veliko težje. Prvič, zahteve glede teže in velikosti za zaščito so znatno poostrene, drugič pa lahko vpliv laserskega sevanja velike moči tudi pri zaprtem zaklopu povzroči pregrevanje sestavnih delov optičnega sistema zaradi goste postavitve, kar bo privedlo do delnega ali popolna motnja v njegovem delovanju.
Katere metode je mogoče uporabiti za učinkovito zaščito opreme in orožja pred laserskim orožjem? Obstajata dva glavna načina - ablativna zaščita in konstruktivna toplotna izolacija.
Zaščita pred ablacijo (iz latinščine ablatio - odvzem, prenos mase) temelji na odstranjevanju snovi s površine zaščitenega objekta s tokom vročega plina in / ali na prestrukturiranju mejne plasti, ki skupaj znatno zmanjša prenos toplote na zaščiteno površino. Z drugimi besedami, vhodna energija se porabi za ogrevanje, taljenje in izhlapevanje zaščitnega materiala.
Trenutno se ablativna zaščita aktivno uporablja v spustnih modulih vesoljskih plovil (SC) in v šobah reaktivnih motorjev. Najpogosteje se uporabljajo oglene plastike na osnovi fenolnih, silicijevih in drugih sintetičnih smol, ki vsebujejo ogljik (vključno z grafitom), silicijev dioksid (silicijev dioksid, kremen) in najlon kot polnila.
Zaščita pred ablacijo je za enkratno uporabo, težka in obsežna, zato je nima smisla uporabljati na letalih za večkratno uporabo (ne berite vseh letal s posadko in večine letal brez posadke). Njegova edina uporaba je na vodenih in nevojenih projektilih. In tu je glavno vprašanje, kako debela mora biti zaščita za laser z močjo, na primer 100 kW, 300 kW itd.
Na vesoljskem plovilu Apollo se debelina zaščite giblje od 8 do 44 mm pri temperaturah od nekaj sto do nekaj tisoč stopinj. Nekje v tem območju bo tudi zahtevana debelina ablativne zaščite pred bojnimi laserji. Ni težko si predstavljati, kako bo to vplivalo na značilnosti teže in velikosti ter posledično na doseg, okretnost, težo bojne glave in druge parametre streliva. Ablativna toplotna zaščita mora vzdržati tudi preobremenitve med spuščanjem in manevriranjem, upoštevati norme pogojev skladiščenja streliva.
Neupravljano strelivo je vprašljivo, saj lahko neenakomerno uničenje ablativne zaščite pred laserskim sevanjem spremeni zunanjo balistiko, zaradi česar strelivo odstopi od cilja. Če se ablativna zaščita že nekje uporablja, na primer pri hiperzvočnem strelivu, boste morali povečati njegovo debelino.
Druga metoda zaščite je strukturna prevleka ali izvedba ohišja z več zaščitnimi plastmi ognjevzdržnih materialov, ki so odporni na zunanje vplive.
Če potegnemo analogijo z vesoljskimi plovili, potem lahko razmislimo o toplotni zaščiti vesoljskega plovila za večkratno uporabo "Buran". Na območjih, kjer je površinska temperatura 371 - 1260 stopinj Celzija, smo nanesli premaz, sestavljen iz amorfnih kremenčevih vlaken 99,7% čistosti, ki smo jim dodali vezivo, koloidni silicijev dioksid. Prevleka je izdelana v obliki ploščic dveh standardnih velikosti debeline od 5 do 64 mm.
Borosilikatno steklo, ki vsebuje poseben pigment (bela prevleka na osnovi silicijevega oksida in sijoče glinice), se nanese na zunanjo površino ploščic, da se doseže nizek koeficient absorpcije sončnega sevanja in visoka emisija. Zaščita pred ablacijo je bila uporabljena na nosnem stožcu in konicah kril vozila, kjer temperature presegajo 1260 stopinj.
Upoštevati je treba, da se pri daljšem delovanju lahko poslabša zaščita ploščic pred vlago, kar bo privedlo do izgube toplotne zaščite njenih lastnosti, zato je ni mogoče neposredno uporabiti kot proti-lasersko zaščito na letalih za večkratno uporabo.
Trenutno se razvija obetavna ablativna toplotna zaščita z minimalno površinsko obrabo, ki zagotavlja zaščito letal pred temperaturami do 3000 stopinj.
Skupina znanstvenikov z inštituta Royce na Univerzi v Manchesteru (UK) in Central South University (Kitajska) je razvila nov material z izboljšanimi lastnostmi, ki lahko prenese strukturne spremembe do 3000 ° C brez strukturnih sprememb. To je keramična prevleka Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, ki je nameščena na kompozitno matriko ogljik-ogljik. Po svojih značilnostih novi premaz bistveno presega najboljšo visokotemperaturno keramiko.
Kemična struktura toplotno odporne keramike deluje kot obrambni mehanizem. Pri temperaturi 2000 ° C materiali Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 in SiC oksidirajo in se spremenijo v Zr0.80T0.20O2, B2O3 in SiO2. Zr0.80Ti0.20O2 se delno topi in tvori razmeroma gosto plast, medtem ko nizko tališča oksida SiO2 in B2O3 izhlapita. Pri višji temperaturi 2500 ° C se kristali Zr0.80Ti0.20O2 zlijejo v večje formacije. Pri temperaturi 3000 ° C nastane skoraj popolnoma gosta zunanja plast, sestavljena predvsem iz Zr0.80Ti0.20O2, cirkonijevega titanata in SiO2.
Svet razvija tudi posebne premaze, namenjene zaščiti pred laserskim sevanjem.
Tiskovni predstavnik Ljudsko osvobodilne vojske Kitajske je leta 2014 izjavil, da ameriški laserji ne predstavljajo posebne nevarnosti za kitajsko vojaško opremo, obloženo s posebno zaščitno plastjo. Edina vprašanja, ki ostajajo, so laserji, kakšno moč ščiti ta premaz ter kakšno debelino in maso ima.
Najbolj zanimiv je premaz, ki so ga razvili ameriški raziskovalci z Nacionalnega inštituta za standarde in tehnologijo ter Univerze v Kansasu - aerosolna sestava na osnovi mešanice ogljikovih nanocevk in posebne keramike, ki lahko učinkovito absorbira lasersko svetlobo. Nanocevke iz novega materiala enakomerno absorbirajo svetlobo in prenašajo toploto na bližnja območja ter znižujejo temperaturo na mestu stika z laserskim žarkom. Keramični visokotemperaturni spoji zagotavljajo zaščitni premaz z visoko mehansko trdnostjo in odpornostjo na poškodbe zaradi visokih temperatur.
Med preskušanjem smo na površino bakra nanesli tanko plast materiala in po sušenju osredotočili na površino materiala žarek dolgovalnega infrardečega laserja, laserja za rezanje kovin in drugih trdih materialov.
Analiza zbranih podatkov je pokazala, da je premaz uspešno absorbiral 97,5 odstotkov energije laserskega žarka in vzdržal raven energije 15 kW na kvadratni centimeter površine brez uničenja.
Na tem premazu se postavlja vprašanje: v preskusih je bil na bakreno površino nanešen zaščitni premaz, ki je sam po sebi eden najtežjih materialov za lasersko obdelavo, zaradi visoke toplotne prevodnosti ni jasno, kako je takšen zaščitni premaz se bo obnašal z drugimi materiali. Pojavljajo se tudi vprašanja o njegovi največji temperaturni upornosti, odpornosti na vibracije in udarne obremenitve, vplivih atmosferskih razmer in ultravijoličnega sevanja (sonce). Čas, v katerem je bilo obsevanje izvedeno, ni naveden.
Še ena zanimivost: če so tudi letalski motorji prevlečeni s snovjo z visoko toplotno prevodnostjo, se bo celotno telo enakomerno segrelo od njih, kar maksimalno razkrije maso letala v termičnem spektru.
Vsekakor bodo lastnosti zgornje aerosolne zaščite v neposrednem sorazmerju z velikostjo zaščitenega predmeta. Večji kot je zaščiteni objekt in območje pokritosti, več energije je mogoče razpršiti po območju in ga dati v obliki toplotnega sevanja in hlajenja z vstopnim zračnim tokom. Manjši kot je zaščiten objekt, debelejša mora biti zaščita. majhno območje ne bo dovolilo odstraniti dovolj toplote, notranji elementi konstrukcije pa se bodo pregreli.
Uporaba zaščite pred laserskim sevanjem, ne glede na ablativno ali konstruktivno toplotno izolacijo, lahko obrne trend zmanjševanja velikosti vodenega streliva in znatno zmanjša učinkovitost tako vodenega kot nevoljenega streliva.
Vse nosilne površine in krmiljenje - krila, stabilizatorji, krmila - bodo morali biti izdelani iz dragih in težko obdelanih ognjevzdržnih materialov.
Ločeno vprašanje se postavlja o zaščiti opreme za odkrivanje radarjev. Na poskusnem vesoljskem plovilu "BOR-5" je bil preizkušen radijsko prozoren toplotni ščit-steklena vlakna s polnilcem iz silicijevega dioksida, vendar nisem mogel najti njegove toplotne zaščite ter značilnosti teže in velikosti.
Zaenkrat še ni jasno, ali lahko nastane visokotemperaturna tvorba plazme zaradi obsevanja z močnim laserskim sevanjem iz radoma radarske izvidniške opreme, čeprav z zaščito pred toplotnim sevanjem, ki preprečuje prehod radijskih valov, kar je posledica pri katerem se lahko cilj izgubi.
Za zaščito ohišja je mogoče uporabiti kombinacijo več zaščitnih slojev-toplotno odporno-nizko toplotno prevodno od znotraj in odsevno-toplotno odporno-visoko toplotno prevodno od zunaj. Možno je tudi, da bodo poleg zaščite pred laserskim sevanjem naneseni prikriti materiali, ki ne bodo mogli prenesti laserskega sevanja, v primeru, da bi letalo samo preživelo, pa si bodo morali opomoči od poškodb zaradi laserskega orožja.
Lahko se domneva, da bo za izboljšanje in razširjeno distribucijo laserskega orožja potrebna zaščita pred laserjem za vse razpoložljivo strelivo, tako vodeno kot nevoženo, pa tudi za letala s posadko in brez posadke.
Uvedba proti-laserske zaščite bo neizogibno povzročila povečanje stroškov in teže ter dimenzij vodenega in nevoljenega streliva, pa tudi letal s posadko in brez posadke.
Za zaključek lahko omenimo eno od razvitih metod za aktivno preprečevanje laserskega napada. Kalifornijski Adsys Controls razvija obrambni sistem Helios, ki naj bi podrl lasersko vodenje sovražnika.
Ko sovražnikov bojni laser usmeri proti zaščiteni napravi, Helios določi njegove parametre: moč, valovno dolžino, frekvenco impulza, smer in razdaljo do vira. Helios nadalje preprečuje, da bi se sovražnikov laserski žarek osredotočil na tarčo, verjetno z usmerjanjem prihajajočega nizkoenergijskega laserskega žarka, kar zmede sovražnikov sistem ciljanja. Podrobne značilnosti sistema Helios, stopnja njegovega razvoja in njegove praktične zmogljivosti še niso znane.
