Program LaWS ameriške mornarice je raziskal možnost uporabe poceni laserske tehnologije z vlakni kot podlago za lasersko orožje, ki bi ga lahko vključili v obstoječe naprave Phalanx.
Prvič je ameriška mornarica v celoti pripravljena prikazati delovanje visokoenergetskega laserskega orožja in pred kratkim napovedala načrte za lansiranje prototipa elektromagnetne tirnice na morju. Razmislite o napredku pri naslednji generaciji impulznega orožja
Ameriška mornarica že nekaj desetletij govori le o uporabi laserjev, impulznih energetskih sistemov in električnega orožja na ladjah. Številne zelo privlačne teoretske prednosti - skoraj neomejene trgovine, poceni strelivo in hiter vpliv ter še več - so prispevale k znatnemu vlaganju obrambne znanosti in tehnološke skupnosti v ustvarjanje, razvoj in predstavitev ustreznih tehnologij v tistem času. Ta proces je povzročil poplavo publikacij in patentov, več prototipov in vrsto slavnih svetovnih rekordov.
Vendar se je s tehničnega vidika izkazalo, da je takšno orožje pretežko oblikovati in izdelati. Tehnologija in tehnična sredstva se niso vedno dobro ujemala s pričakovanim časovnim okvirom, nekatere sprva obetavne rešitve pa so se izkazale za nepraktične ali ne delujoče; zakoni fizike so včasih ovirali napredek.
Kljub temu je mornarica ohranila vero v temeljno znanost, preudarna dodelitev sredstev za raziskave in razvoj za ublažitev tveganja in razvoj ključnih naprednih tehnologij pa se je nedavno začela izplačevati. Dejansko je mornarica trenutno na robu uvedbe svojega prvega visokoenergetskega laserja (HEL); načrtovan je tudi izstrel prototipa elektromagnetne železniške pištole v morje leta 2016.
Vodja pomorskih raziskav, kontraadmiral Matthew Klunder to visoko zmogljivo orožje opisuje kot "prihodnost pomorskega boja" in dodal, da mornarica "prednjači v tej edinstveni tehnologiji".
Vendar je treba spomniti, da so orožje z usmerjeno energijo, kot so laserji z visoko močjo in mikrovalovne pečice z visoko močjo, preučevali že več kot štiri desetletja. Na primer, mornarica je leta 1971 odprla oddelek v okviru programa HEL in začela z razvojem, proizvodnjo in preskušanjem vojaškega demonstracijskega modela močnega (približno megavat) HEL na devterijevem fluoridu.
Novejša zgodovina razvoja orožja z usmerjeno energijo za ameriško mornarico se je res začela z ponovno ustanovitvijo julija 2004 programske pisarne (PMS 405) za usmerjene energetske sisteme in električno orožje poveljstva pomorskih sistemov. Ta poteza je služila kot nov zagon znanstvenemu in tehničnemu razvoju, ki so ga za desetletje odložili v polje z oznako "eksotika". Ne gre za to, da so bile raziskave zadržane, ampak tehnologija ni imela jasne poti do uspeha.
V zadnjem desetletju je PMS 405 služil kot vozlišče za prenos tehnologije orožja z električno in usmerjeno energijo iz laboratorijev v mornarico. V tej vlogi je usklajeval raziskave in razvoj med pomorskimi raziskovalnimi centri, vladnimi laboratoriji in industrijo.
Tu je treba omeniti tudi prispevek ONR (Urad za pomorske raziskave) in Dahlgrenove divizije Naval Surface Warfare Establishment Dahlgren (NSWCDD), Centra za razvoj pomorskih površinskih vojn v Dahlgrenu. ONR je nadzoroval inovacije v laserski in železniški pištoli z visoko močjo, NSWCDD pa je bil ustanovljen kot "center odličnosti" za raziskave, razvoj in simulacijo usmerjene energije. V okviru Urada za usmerjeno energijsko raziskavo Urad za usmerjeno energetsko vojskovanje (DEWO) premika tehnologijo HEL iz znanstveno -tehnološkega prostora na pomorsko fronto.
Čar laserja
Abstraktno, orožni sistemi z zmogljivim laserjem HEL ponujajo številne prednosti pred tradicionalnimi topovi in vodenim strelivom: izvajanje udarca s svetlobno hitrostjo in kratek čas obsevanja cilja; razširljiv vpliv (od smrtonosnega do nesmrtonosnega); natančnost vidnega polja; visoko natančno vodenje; super hitra ponovna pridobitev cilja; velika in obnovljiva revija brez nevarnosti in logističnih bremen, povezanih s standardnimi eksplozivnimi sredstvi.
Vendar pa je predvsem možnost zelo nizkih stroškov na posnetek - po izračunih ONR -ja bistveno manj kot en dolar na posnetek - očaralo učinek na poveljstvo ameriške mornarice, ki išče načine za nadaljevanje financiranja.
Hkrati pa kljub dejstvu, da zelo pogosto govorijo o pozitivnih lastnostih sistemov HEL, kompleksne naloge dokončanja laserskega orožja, nameščenega na ladjah, že dolgo preganjajo fizike in inženirje. Osredotočanje moči na cilj je eden glavnih izzivov. Lasersko orožje mora biti sposobno usmeriti visokoenergijski žarek na majhno in jasno opredeljeno ciljno točko na tarči, da lahko doseže udarec. Glede na številne vrste potencialnih tarč pa se lahko zahtevana količina energije in doseg, pri katerem bo zagotovljeno uničenje, močno razlikujejo.
Moč ni edino vprašanje. Toplotno širjenje se lahko pojavi, ko laserski žarek, ki oddaja dlje časa vzdolž iste vidne črte, segreje zrak, skozi katerega prehaja, zaradi česar se žarek razprši in razprši. Ciljanje otežujejo tudi kompleksne in dinamične lastnosti okoliškega morskega okolja.
Nato morate razmisliti o različnih vprašanjih integracije s platformo. Zajetne prototipne naprave imajo velik faktor oblike, sistemi, ki so na voljo, pa zahtevajo znatno zmanjšanje velikosti za integracijo z manjšimi platformami. Vključitev orožja HEL v bojne ladje postavlja tudi nove zahteve na platformo nosilcev v smislu proizvodnje energije, distribucije energije, hlajenja in odvajanja toplote.
ONR je sredi 2000-ih označil laser za proste elektrone (FEL) kot najboljšo dolgoročno rešitev za ladijski sistem orožja HEL. To je zato, ker se lahko valovna dolžina žarka FEL natančno prilagodi prevladujočim okoljskim razmeram, da se doseže najboljša "atmosferska prepustnost".
V zvezi s tem se je pod vodstvom ONR začel program Innovative Naval Prototype (INP) z namenom razvoja demonstratorja FEL razreda 100 kW z delovno valovno dolžino v območju 1,0-2,2 mikronov. Boeing in Raytheon sta bila aprila 2009 za predhodno projektiranje podeljena vzporedna letna naročila prve faze IA, Boeing pa je bil septembra 2010 izbran za nadaljevanje faze IB, nato pa je bil projekt premaknjen v fazo kritičnega pregleda projektiranja.
Po končanem kritičnem pregledu elektrarne FEL se je Boeing odločil zgraditi in preizkusiti naslednjo 100 kW predstavitev FEL, zasnovano za delovanje na treh različnih valovnih dolžinah. Vendar pa je ONR leta 2011 odpravil INP, da bi trenutne vire usmeril v razvoj polprevodniškega laserja (SSL). Delo na FEL je trenutno osredotočeno na nadaljevanje dela za zmanjšanje tveganj, povezanih s tem sistemom.
LaWS, označen kot AN / SEQ-3, bo v naslednjih nekaj mesecih nameščen v ameriško mornarico Ponce kot "vozilo za hiter odziv". Vodilna naprava LaWS bo nameščena nad mostom ladje Ponce
To preusmeritev virov je posledica večje zrelosti tehnologije SSL in možnosti hitrejše uporabe cenovno dostopnega orožja HEL v ameriški mornarici. ONR in PMS 405 sta to razvojno pot za naslednje obdobje prepoznala sredi poznih 2000-ih.
Po besedah kontraadmirala Klanderja je program SSL "med našimi prioritetnimi programi znanosti in tehnologije". Dodal je, da so te nastajajoče zmogljivosti še posebej prepričljive, saj ponujajo "cenovno ugodno rešitev dragega problema zaščite pred asimetričnimi grožnjami. Naši nasprotniki se morda niti ne pojavijo, saj vedo, da lahko laserski cilj usmerimo v tarčo za manj kot dolar na strel."
Zadnjih šest let je poudarek na razvoju tehnologije polprevodniških naprav, kar dokazujejo razvoj in predstavitve na tem področju. En primer je demonstracija pomorskega laserja (MLD). Aprila 2011 je Northrop Grumman na preskusno plovilo namestil prototip SSL laserja, ki je s svojim žarkom izbil majhno ciljno plovilo. Peter Morrison, vodja programa HEL pri ONR, je dejal, da je bil to "prvič, da je bil HEL s takšnimi močmi nameščen na vojaški ladji, ki jo poganja ta ladja, in nameščen na oddaljenem cilju v morju."
Predstavitev MLD je bila vrhunec dveh let in pol oblikovanja, razvoja, integracije in testiranja. O projektu MLD skupaj z industrijo, oddelkom za visoko energetsko tehnologijo in mornariškimi laboratoriji v Dahlgrenu, na Kitajskem jezeru, v Port Huenemu in Point Mugu; ta projekt tudi uteleša razvoj iz splošnega laserskega programa za polprevodnike z veliko močjo.
Marca 2007 so se začela dela na izdelavi prototipa laserskega orožnega sistema Laser Weapon System (LaWS), zasnovanega kot dodatek k obstoječemu 20-mm kompleksu Mk 15 Phalanx (CIWS) kratkega dosega. LaWS bo s komercialno lasersko tehnologijo iz steklenih vlaken zagotovil dodatno vrsto orožja za napad na niz nizkocenovnih "asimetričnih" ciljev, kot so majhni brezpilotni letali in hitri bojni čolni.
Program LaWS upravlja PMS 405 v sodelovanju z Uradom za izvajanje programov integriranih bojnih sistemov, DEWO Dahlgren in Raytheon Missile Systems (prvotni proizvajalec Phalanx). Program predvideva, da bi poceni lasersko tehnologijo iz steklenih vlaken postavili v središče laserskega orožja, ki bi ga lahko integrirali v obstoječo instalacijo Phalanx. Ta zahteva za integracijo laserja z obstoječo instalacijo določa njegovo maso do 1200-1500 kg. Prav tako bi bilo zaželeno, da ta dodatna oborožitev ne vpliva na delovanje naprave, azimutne in višinske kote, največjo hitrost prenosa ali pospešek.
Omejitve moči
Glede na te omejitve je bila komercialna laserska tehnologija z optičnimi vlakni označena kot najbolj obetavna rešitev. Čeprav ima ta tehnologija SSL nekatere omejitve moči (postopoma se odpravljajo z izboljšanjem tehnologije), je uporaba optičnih laserjev omogočila zmanjšanje stroškov ne samo tehnologije namestitve orožja, temveč tudi spremembe sistem na obstoječih napravah.
Po začetnem obdobju analize, ocen smrtnosti groženj, kritičnih pregledov sestavnih delov in kompromisov je skupina LaWS dokončala načrtovanje in izvajanje prototipnega sistema. Da bi dosegli zadostno moč in s tem tudi smrtnost na določeni razdalji, ta vrsta tehnologije zahteva uporabo novega kombinatorja žarkov, ki bi lahko združil šest ločenih laserjev iz steklenih vlaken s 5,4 kW v prostem prostoru, da bi dosegel večjo intenzivnost sevanja na tarči.
Da bi zmanjšali stroške tega programa, smo zbrali veliko opreme, ki smo jo prej razvili in kupili za druge raziskovalne naloge. To vključuje podporo za sledenje L-3 Brashear KINETO K433, 500 mm teleskop in visokozmogljive infrardeče senzorje. Nekatere komponente so bile kupljene v prodaji, na primer sami optični laserji.
Marca 2009 je sistem LaWS (z enim optičnim laserjem) uničil minometne granate na poligonu White Sands. Junija 2009 so jih preizkusili v Centru za bojne sisteme pomorskega letalstva, med katerimi je prototip sledil, ujel in uničil pet brezpilotnih letal, ki so med letom opravljale "grožnjo".
Naslednja serija obsežnih preskusov je potekala na odprtem morju maja 2010, kjer je sistem LaWS v štirih poskusih na razdalji približno ene navtične milje na razdalji približno ene navtične milje uspešno uničil štiri cilje UAV. Ta dogodek so v ONR imenovali pomemben - prvo uničenje ciljev s celotnim ciklom od vodenja do strela v površinskem okolju.
Zaupanje v ameriško mornarico v njihovi želji po napredovanju po pospešenem razvojnem načrtu pa so dali julij 2012 poskusi na morju raketnega uničevalca DDG-51 USS Dewey (DDG 105). Med preskusi na uničevalcu Dewey je sistem LaWS (začasno nameščen na letališki palubi ladje) uspešno zadel tri cilje UAV, s čimer je dosegel rekord pri zajemanju ciljev 12 od 12.
Aprila 2013 je poveljnik pomorskih operacij, admiral Jonathan Greenert, objavil načrte za namestitev LaWS z oznako AN / SEQ-3 (XN-1) na krovu USS Ponce, ki bo služila kot lebdeča baza (vmesna) v Perzijskem zalivu. leta. AN / SEQ-3 se uporablja kot "zmogljivost hitrega odziva", ki bo ameriški mornarici omogočila oceno tehnologije v operativnem prostoru. Eksperiment vodi Direktorat za raziskave pomorskih operacij v sodelovanju z osrednjim poveljstvom mornarice / pete flote.
Nagovarjanje delegatov na simpoziju združenja površinskih flot januarja 2014? Kontraadmiral Klunder je dejal, da je to "prva operativna uporaba orožja z usmerjeno energijo na svetu". Dodal je, da je bila končna montaža LaWS izvedena v centru NSWCDD, na poligonu Dahlgren, testi celotnega sistema so bili zaključeni, preden so jih poslali v Perzijski zaliv za namestitev na ladjo Ponce. Testi na morju so predvideni za tretje četrtletje 2014.
LaWS bo nameščen na krovu na vrhu mostu Ponce. "Sistem bo v celoti povezan z ladjo v smislu hlajenja, električne energije in moči," je dejal Klander. Prav tako bo v celoti integriran z ladijskim bojnim sistemom in sistemom kratkega dosega Phalanx CIWS."
NSWCDD je nadgradil sistem in pokazal sposobnost Phalanx CIWS za sledenje in prenos ciljev v sistem LaWS za nadaljnje sledenje in ciljanje. Na krovu Ponce bo poveljnik raketne in topniške bojne glave delal na nadzorni plošči LaWS.
Podatki, zbrani med pomorskimi demonstracijami, bodo namenjeni programu ONR SSL TM (SSL Technology Maturation). Glavni cilj programa SSL TM, ki se je začel izvajati leta 2012, je uskladiti pragove in cilje programa znanosti in tehnologije s prihodnjimi potrebami po raziskavah, razvoju in javnih naročilih.
Po poročanju ONR program SSL TM sestavlja "več predstavitvenih dogodkov s prototipnimi sistemi v konkurenčnem prostoru."Za razvoj projektov SSL TM so bile izbrane tri industrijske skupine, ki so jih vodili Northrop Grumman, BAE Systems in Raytheon; analiza osnutkov načrtuje se do konca drugega četrtletja 2014. ONR se bo prihodnje leto odločil, kateri so primerni za morske demonstracije.
Železniška pištola v morju
Skupaj z laserjem ameriška mornarica obravnava elektromagnetni železniški top kot še en transformacijski orožni sistem, ki z visoko natančnostjo omogoča dobavo izredno hitrih izstrelkov na velike razdalje. Flota načrtuje doseg začetnega dosega 50-100 navtičnih milj, ki se bo sčasoma povečal na 220 navtičnih milj.
Elektromagnetni topovi presegajo omejitve tradicionalnih topov (ki uporabljajo kemične pirotehnične spojine za pospeševanje izstrelka po celotni dolžini cevi) in ponujajo razširjene dosege, kratke čase letenja in visokoenergetsko smrtnost tarče. Z uporabo prehoda visokonapetostnega električnega toka nastanejo močne elektromagnetne sile, na primer teoretično bi lahko morski elektromagnetni top izstrelil izstrelke s hitrostjo več kot 7 mahov. Izstrelek bo zelo hitro dosegel izven atmosferske poti (let brez aerodinamičnega upora), pri čemer bo znova vstopil v ozračje in zadel cilj s hitrostjo, ki presega 5 Mahovih številk.
Program za prototip ladijske elektromagnetne pištole je ONR začel izvajati leta 2005 kot glavni sestavni del znanstvenega in tehnološkega dela, v okviru katerega je treba izboljšati tehnologijo železniških pušk, tako da bo popolnoma dokončan sistem v uporabi. flota okoli 2030-2035.
V prvi fazi inovacijskega projekta INP je bil poudarek na razvoju tehnologije lansirnih naprav z ustrezno življenjsko dobo, razvoju tehnologije impulzne moči in zmanjšanju tveganja za komponente izstrelkov. BAE Systems in General Atomics sta NSWCDD dostavila prototipe svojih železniških pušk za testiranje in ocenjevanje.
Med prvo fazo programa za raziskave in razvoj na področju elektromagnetnih topov mornarice je poudarek na razvoju lansirne naprave z zadostno življenjsko dobo, razvoju zanesljive impulzne moči in zmanjšanju tveganja za izstrelek. BAE Systems in General Atomics dostavita prototipne železniške puške v Center za razvoj orožja za preskušanje in vrednotenje
V prvi fazi je bil dosežen cilj prikaza eksperimentalne nastavitve, decembra 2010 je bila pridobljena začetna energija 32 MJ; obetaven orožni sistem s to raven energije bo lahko izstrelil projektil na dosegu 100 navtičnih milj.
BAE Systems je od ONR-ja sredi leta 2013 prejel pogodbo v višini 34,5 milijona dolarjev za dokončanje 2. faze INP-ja in bil izbran prvi, za njim pa je ostala konkurenčna ekipa General Atomics. Na drugi stopnji bodo tehnologije dokončane na ravni, ki zadošča za prehod na razvojni program. Izstreljevalna naprava in moč impulza se bosta izboljšala, kar bo omogočilo prehod iz posameznih posnetkov v zmogljivosti z več posnetki. Prav tako bodo razvite tehnike toplotne regulacije za zaganjalnik in impulzni energetski sistem, ki so potrebne za daljše streljanje. Prvi prototipi bodo dostavljeni v letu 2014; razvoj izvaja BAE Systems v sodelovanju z IAP Research in SAIC.
Konec leta 2013 je ONR dodelil podjetju BAE Systems ločeno pogodbo v vrednosti 33,6 milijona dolarjev za razvoj in predstavitev hiperzvočnega projektila Hyp Velocity Projectile (HVP). HVP je opisan kot voden projektil naslednje generacije. To bo modularni projektil z nizkim aerodinamičnim uporom, združljiv z elektromagnetnimi topovi, pa tudi z obstoječimi topovskimi sistemi 127-mm in 155-mm.
Začetna faza pogodbe HVP je bila zaključena sredi leta 2014; njihov cilj je bil razviti idejno zasnovo in razvojni načrt za prikaz popolnoma nadzorovanega leta. Razvoj bo izvajal BAE Systems v sodelovanju z UTC Aerospace Systems in CAES.
Stroški projektila HVP, ki tehta 10,4 kg za elektromagnetni top, so ocenjeni na približno 25.000 USD na kos; po besedah admirala Klanderja "izstrelek stane približno 1/100 stroškov obstoječega raketnega sistema."
Aprila 2014 je mornarica potrdila svoje načrte, da bo leta 2016 predstavila železniško pištolo na svoji hitri ladji Millinocket.
Po besedah kontraadmirala Bryanta Fullerja, glavnega inženirja poveljstva pomorskih sistemov NAVSEA, bo ta demonstracija na morju vključevala železniško pištolo 20 MJ (prva faza INP bo izbrana med prototipi proizvajalcev BAE Systems in General Atomics), ki bodo sprožili posamezne strele..
"V centru pomorskega površinskega orožja v Dahlgrenu smo iz obalne naprave izstrelili na stotine granat," je dejal. "Tehnologija je na tej ravni dovolj zrela, zato jo želimo odpeljati na morje, postaviti na ladjo, izvesti polnopravne teste, ustreliti številne školjke in jo preučiti iz pridobljenih izkušenj."
"Ker železniška pištola za demonstracije leta 2016 ne bo integrirana z ladjo Millinocket, ta ladja ne bo podvržena podaljšani spremembi, da bi zagotovila te zmogljivosti," je dejal kontraadmiral Fuller.
Celotna elektromagnetna tirna pištola je sestavljena iz petih delov: pospeševalnika, sistema za shranjevanje in shranjevanje energije, oblikovalca impulzov, hitrega izstrelka in nosilca z vrtljivo pištolo.
Za predstavitev bodo nosilec pištole in ojačevalnik nameščeni na letališki palubi ladje Millinocket, medtem ko bodo reža, sistem za ravnanje s strelivom in sistem za shranjevanje energije, sestavljen iz več velikih baterij, nameščeni pod krovom, najverjetneje v zabojnikih v tovoru predelki.
Ameriška mornarica se namerava leta 2018 vrniti na morje z namenom izstreliti rafale elektromagnetnih pušk z ladje. Popolna integracija z ladjo se lahko izvede v istem letu 2018.
Kot del ločenega razvoja je raziskovalni laboratorij ameriške mornarice v začetku leta 2014 preizkusil novo malokalibrsko tirnico (premer enega palca). Prvi strel je bil izstreljen 7. marca 2014. Ta majhna železniška pištola, razvita s podporo ONR, je eksperimentalni sistem, ki uporablja napredno baterijsko tehnologijo za izstrelitev več izstrelkov na minuto z mobilne platforme.
Ameriška mornarica namerava leta 2016 prikazati delovanje tirnice na morju med testi na Millinocket -u (JHSV 3).
