Rheinmetalljev 20 kW laser na Boxerju 8x8, predstavljen na DSEI 2015
Tehnološki napredek je zdaj dosegel mejnik, ko so sistemi laserskega orožja, nameščena v vozilu, postali resničnost. Poglejmo, kako se razvijajo ti sistemi za izboljšanje bojev
Orožje, nameščeno v vozilu, je poceni orodje za izboljšanje bojev, ki ga uporabljajo tako redne vojske kot nepravilne "asimetrične" formacije, ki sodelujejo v skoraj vseh konfliktih na svetu.
Do nedavnega so bile možnosti namestitve orožja na bojna vozila omejene na mitraljeze in topniške sisteme različnih oblik. Vendar pa so se razmere tukaj začele spreminjati s prihodom laserskih sistemov ali usmerjenih energetskih sistemov z zadostno močjo za izgorevanje majhnih letal in streliva v zraku.
Namestitev zajetnih enot za shranjevanje energije za take sisteme je bila vedno resen problem, vendar je nedavni razvoj prispeval k zmanjšanju laserjev na velikost, ki omogoča njihovo namestitev tudi v velikem džipu.
Tehnološka revolucija
V devetdesetih letih je prišlo do tehnološke revolucije v optičnih komunikacijah, ki je pospešila razvoj visokozmogljivih polprevodniških laserjev, ki so desetletje pozneje našli uporabo v industrijski predelavi, kot so blagovna znamka, rezanje, varjenje in taljenje.
Ti laserji so bili izjemno učinkoviti na bližnji razdalji, vendar je bilo vprašanje časa, da industrija najde način za razširitev te tehnologije in ustvari futuristično orožje, ki bi lahko rezalo in stalilo cilje na razdalji nekaj sto ali celo tisoč metrov.
Ameriški obrambni velikan Lockheed Martin je storil prav to. Na podlagi nove tehnologije za proizvodnjo polprevodnikov, sončnih celic in varjenja avtomobilov je podjetje razvilo vojaški laserski stroj, ki je stokrat močnejši od svojih komercialnih predhodnikov.
Robert Afzal, višji raziskovalec v tem podjetju, pravi: »Danes se na tem področju dogaja prava revolucija, ki jo pripravlja dolgoletno velikansko delo raziskovalcev. In verjamemo, da je laserska tehnologija končno pripravljena v smislu, da smo zdaj sposobni ustvariti dovolj močan in dovolj majhen laser, da se prilega taktičnim vozilom."
»Prejšnji laserji so bili preprosto preveliki - bile so cele postaje. Toda s prihodom visoko učinkovite laserske laserske tehnologije z visokokakovostnim žarkom imamo končno zadnji del sestavljanke, ki ustreza tem strojem."
Civilna industrija je uporabljala laserje velikosti nekaj kilovatov, vendar je Afzal opozoril, da bi morali vojaški laserji imeti moč 10-100 kW.
"Razvili smo tehnologijo, ki nam omogoča, da povečamo moč optičnih laserjev, ne samo z izgradnjo večjega laserskega laserja, temveč s kombinacijo več modulov razreda kilovatov za dosego moči, ki jo potrebuje vojska."
Dejal je, da laser temelji na kombiniranju žarkov, procesu, ki združuje več laserskih modulov v en sam visokokakovosten visokokakovosten žarek, ki prinaša večjo učinkovitost in smrtonosnost kot nekaj posameznih 10kW laserjev.
Beli kolimirani žarek
Opisujoč proces prehajanja svetlobnega žarka skozi prizmo, ki se lomi v številne barvne tokove, je pojasnil: »Če imate več laserskih žarkov, vsak z nekoliko drugačno barvo, ki vstopajo v to prizmo pod pravim kotom, bodo vsi prišli ven te prizme prekrivajo in bodo tvorile tako imenovani beli kolimirani žarek."
"To v bistvu počnemo, toda namesto prizme uporabljamo še en optični element, imenovan difrakcijska rešetka, ki opravlja isto funkcijo. To pomeni, da zgradimo laserske module z veliko močjo, vsak na nekoliko drugačni valovni dolžini, jih nato združimo, kar se odbije od difrakcijske rešetke, na izhodu pa dobimo en laserski žarek velike moči."
Afzal je dejal, da je v resnici takšna rešitev tehnologija multipleksiranja z valovno dolžino iz telekomunikacijskega sektorja v kombinaciji z visokozmogljivimi laserskimi laserji iz industrijske proizvodnje.
"Laser z vlakni je najučinkovitejši in najmočnejši laser doslej razvit," je dejal. -To pomeni, da govorimo o polni električni učinkovitosti, ki presega 30%, o čemer se niti sanjalo ni pred 10-15 leti, ko smo imeli izkoristek 15-18%. To ima veliko opraviti z močjo in hlajenjem, zato se lahko ti sistemi zdaj zmanjšajo. Laser se zdaj ne povečuje z izgradnjo velikega laserja, ampak z dodajanjem novih modulov."
Ameriška vojska je pred kratkim zaposlila podjetje Lockheed Martin za izdelavo laserskega orožja z visoko močjo, ki temelji na namestitvi ATHENA (Advanced Test High Energy Asset), ki jo je mogoče namestiti na eno od lahkih taktičnih vozil podjetja.
Med lanskimi testi je prototip laserskega vlakna z močjo 30 kW uspešno izločil motor majhnega tovornjaka, pri čemer je rešetka v nekaj sekundah gorila od milje stran. Za simulacijo resničnih obratovalnih pogojev med preskusom je bil dvigalo nameščeno na ploščadi pri delujočem motorju in vklopljeni prestavi.
Nova generacija
Oktobra 2015 je Lockheed objavil, da je začel s proizvodnjo nove generacije modularnih laserjev velike moči, od katerih bo prvi z zmogljivostjo 60 kW nameščen na taktično vozilo ameriške vojske.
Afzal je dejal, da želi vojska uporabiti laser, nameščen v vozilu, za protiletalske misije, proti raketam, topniškim granatam in minometnim strelivom ter brezpilotnim letalom. "Gledamo na taktično raven obrambe in ne na raketno obrambo v strateškem smislu."
Po Lockheedu modularna rešitev omogoča prilagajanje moči glede na potrebe posebne naloge in grožnje. Vojska ima možnost dodati več modulov in povečati moč s 60 kW na 120 kW.
Afzal je nadaljeval: »Arhitektura se prilagaja vašim zahtevam: ali želite 30 kW, 50 kW ali 100 kW? To je kot strežniški moduli v stojalu za strežnike. Menimo, da je to prilagodljiva arhitektura - bolj primerna za celotno proizvodnjo. Omogoča vam, da imate modul, ki ga lahko znova in znova ustvarite, kar vam omogoča, da sistem prilagodite po svojih željah."
»Sistem se prilagaja vsakemu vozilu, ki ga želite uporabljati danes, in zato je ta tehnologija tako impresivna, saj bo omogočila prilagodljivost arhitekture, da se prilagodi različnim vozilom, ne da bi pri tem veliko spreminjali tisto, za kar se odločite. Tako je mogoče pridobiti sistem za podporo tako bojni brigadi kot napredni operativni bazi, na primer."
Sistem uporablja komercialne optične laserje, sestavljene v visoko ponovljivih modulih, zaradi česar je zelo dostopen. Uporaba več optičnih laserskih modulov zmanjšuje tudi verjetnost manjših okvar, pa tudi stroške in obseg vzdrževanja in popravil.
Na vprašanje, kdaj bi se na bojišču lahko pojavil bojni laser, nameščen na taktičnem vozilu, je Afzal predlagal približen časovni okvir: »Naš laser nameravamo dostaviti konec leta 2016. Potem bo vojska nekaj časa opravljala svoje delo, potem pa bomo videli."
Privlačnost laserja
Obstaja več značilnosti taktično usmerjenega energetskega orožja, zaradi česar so zelo privlačna za sodobne vojaške sile, vključno z nizkimi stroški "streliva" ter njihovo hitrostjo, natančnostjo in enostavnostjo uporabe.
"Najprej je to zelo natančno orožje s potencialno zelo nizko kolateralno škodo, kar je pomembno," je dodal Afzal. "Hitrost svetlobe vam omogoča, da v trenutku obsevate tarčo, zato lahko zadenete zelo manevrirne cilje, torej lahko držite žarek na tarči, ki je včasih kinetično strelivo ne more obvladati."
Morda je najpomembnejša prednost nizki stroški enega učinkovitega "strela".
"Na tej točki ne želite porabiti dragega in močnega obrambnega kinetičnega orožja za poceni večkratne grožnje," je nadaljeval Afzal. - Lasersko orožje obravnavamo kot dodatek kinetičnim sistemom. Predvidevamo, da boste laserski sistem uporabili proti velikemu številu nizkointenzivnih groženj z nizko intenzivnostjo, svojo kinetično revijo pa boste zapustili za napadalne kompleksne, oklepne, dolgoročne grožnje."
Afzal predlaga, da se lasersko orožje lahko namesti v bojni prostor v omrežju senzorjev za operativno krmiljenje, kar bo zanj zagotovilo začetno oznako cilja.
»Najprej mora določen sistem obvestiti o pojavu grožnje, nato pa se operater ukaza in vodenja odloči, kateri protiukrep uporabiti, določi cilj, nanj vrže laser in zaklene cilj v skladu z radarskimi podatki, nato pa se operater, ko na monitorju vidi cilj, odloči, ali bo laser v akciji «.
»Na tem področju se je nabralo veliko težav, saj je vojska po vsem svetu že pred desetletji sanjala o laserskem orožju in vprašanje je, zakaj ga danes nimamo. Mislim, da je glavni razlog v tem, da nismo imeli tehnologije za izdelavo komponente laserskega orožja, ki je bila dovolj majhna in dovolj močna, da bi jo lahko postavili na taktična vozila."
Zadnje faze
Boeing je medtem več let delal tudi na laserskem mobilnem demonstratorju z visoko energijo (HEL MD) za ameriško vojsko, ki je trenutno v zadnji fazi razvoja. Laser, nameščen na ohišje tovornjaka, usmerja žarek velike moči na grožnje, s katerimi se bo verjetno soočila vojska, in deluje kot sistem za prestrezanje nevoženih izstrelkov, topniških granat, min in UAV. Ta sistem je doslej dosegel takšno natančnost, da lahko uniči senzorje na brezpilotnih letalih, kar je bilo prikazano med demonstracijo 10 kW laserja na poligonu White Sands leta 2013 in spet na Eglin AFB leta 2014.
Po vojaških specifikacijah bo celoten sistem HEL MD sestavljen iz visoko zmogljivega laserja in težkih podsistemov, ki bodo nameščeni na vojaško vozilo. Sistem bo lahko skupaj z drugimi načini uničenja varoval nekatera območja, bodisi sprednja oporišča, pomorske objekte, letalske baze in druge strukture.
Boeing razvija več sistemov za integracijo v končni prototip, ki bo nameščen na spremenjenem težkem taktirnem tovornjaku z razširjeno mobilnostjo (HEMTT).
Ti podsistemi vključujejo laser; krmiljenje snopa; napajanje; sistem za nadzor izmenjave toplote in sistem za nadzor bitke.
Poveljstvo vesoljske obrambe ameriške vojske postopoma razvija HEL MD. Laser, sistem oskrbe z električno energijo in izmenjavo toplote se bodo v naslednjih nekaj letih izboljšali, da bi povečali moč in tehnološki razvoj podsistemov.
Z izboljšanjem tehnologije bo modularna narava komponent omogočila uvedbo zmogljivejših laserjev, integriranih z izboljšanimi zmogljivostmi ciljanja in sledenja.
Celoten cikel
Po navedbah Boeinga vodilo snopa HEL MD zagotavlja pokritost "vse nebo", ko se vrti za 360 ° in je dvignjeno nad streho vozila, da zajame cilje nad obzorjem. Neprekinjeno uničenje ciljev poenostavljajo sistemi za izmenjavo toplote in napajanje.
Celoten sistem deluje na dizelsko gorivo; to pomeni, da je za polnjenje "streliva" orožja potrebno le hitro polnjenje goriva. Litij-ionske baterije sistema HEL MD se napolnijo z dizelskim generatorjem 60 kW, zato lahko, dokler ima vojska gorivo, deluje neomejeno dolgo.
Sistem nadzira voznik avtomobila in upravljavec obrata z uporabo prenosnega računalnika in sprejemnika Xbox. Trenutni demo model uporablja laser razreda 10 kW. Vendar bo v bližnji prihodnosti laser vgrajen v razred 50 kW, v naslednjih dveh letih pa se bo njegova moč povečala na 100 kW.
Boeing je prej razvil manjšo lasersko napravo za ameriško vojsko in jo namestil na oklepni avtomobil AN / TWQ-1 Avenger, poimenovan Boeing Laser Avenger. Polprevodniški laser 1 kW se uporablja za boj proti UAV in nevtralizacijo improviziranih eksplozivnih naprav (IED). Sistem deluje tako: usmerjen je v IED ali neeksplodirano bojno sredstvo ob robu ceste s postopnim povečevanjem moči laserskega žarka, dokler eksploziv ne izgori v procesu detonacije majhne moči. Med preskusi leta 2009 je sistem Laser Avenger uspešno uničil 50 takšnih naprav, podobnih tistim v Iraku in Afganistanu. Poleg tega je bila izvedena še ena demonstracija delovanja tega sistema, med katero je uničil več majhnih brezpilotnih letal.
Boeing Laser Avenger
Triletni načrt
Po navedbah nemškega obrambnega podjetja Rheinmetall bo v treh letih na trgu ponujal lasten visokoenergetski laser z visoko energijo (HEL), ki je nameščen na vozilu.
Po vrsti testov, ki so bili leta 2013 izvedeni v Švici, je podjetje delalo na širitvi programske zmogljivosti modulov za oblikovanje žarkov in tehnologije samega laserja, nato pa je napovedalo, da bo njegov laserski sistem za boj proti zemeljskim ciljem, pa tudi za zemeljske zračna obramba je morda že pripravljena.
Trije stroji so bili izbrani za delovanje kot mobilne platforme HEL. Skupaj z oklepnim vozilom Boxer sta svoje značilnosti pokazala spremenjeni oklepni transporter M113 z laserjem 1 kW (Mobile HEL Effector Track V) in tovornjak Tatra 8x8 z dvema 10-kW laserjema (Mobile HEL Effector Wheel XX).
Vse tri laserske platforme
Laser z močjo 20 kW, nameščen na oklepnem vozilu GTK Boxer, odlikuje izvršni modul HEL, katerega prednost je v modularnem principu oblikovanja. Rheinmetall pravi, da Boxer še ni imel laserja z močjo več kot 20 kW, čeprav bi lahko kombinacija več laserjev s tehnologijo poravnave žarkov povečala njegovo skupno moč. Poleg tega je mogoče združiti več enot Boxer HEL, da se ustvari sistem z učinkovito močjo nad 100 kW.
Med demo testiranji, opravljenimi leta 2013, je posadka vozila Boxer potrdila zmogljivosti laserske namestitve HEL in onemogočila težki mitraljez, nameščen na tovornjaku, ne da bi tvegal sam mitraljez (fotografija spodaj). Poleg tega je v sodelovanju z radarsko postajo Skyguard namestitev na tovornjak Tatra Mobile Effector Wheel XX pokazala vse stopnje nevtralizacije brezpilotnega letala tipa helikopter.
Nevtralizacijo heliportov smo izvedli z radarjem SkyGuard, ki je odkril in identificiral cilj. Poleg tega je naprava HEL Boxer od njega prejela podatke, izvedla grobo in natančno sledenje ter nato ujela tarčo za uničenje.
Boeingov laserski sistem HEL MD je pod pogodbo z ameriškim poveljstvom za raketno in vesoljsko obrambo
Morske raziskave
Uprava mornarice Združenih držav Amerike za raziskave in razvoj (ONR) preizkuša lasten trdno polnjeni laserski laser, nameščen na vozilu, označen kot zemeljska zračna obramba, usmerjena energija v gibanju (GBAD OTM). Pravzaprav je sistem visoko zmogljiv laser, nameščen na taktično vozilo in zasnovan za zaščito ekspedicijskih sil pred sovražnimi brezpilotnimi letali.
Zaradi vse večjega števila brezpilotnih zračnih sistemov ameriški marinci kažejo, da se bodo bojne enote vse bolj prisiljene braniti pred nasprotniki, ki izvajajo nadzor in izvidništvo iz zraka.
Sistem GBAD OTM je zasnovan za vgradnjo v lahka taktična vozila, kot sta HMMWV in JLTV (skupno lahko taktično vozilo). V skladu z ONR je program GBAD OTM namenjen ustvarjanju alternative tradicionalnim sistemom, ki lahko marince zadrži pred sovražnikovimi izvidnicami in napadalnimi brezpilotnimi letali. Sestavni deli sistema GBAD OTM, vključno z laserjem, napravo za usmerjanje žarkov, baterijami, radarjem, hladilnim in krmilnim sistemom, so skupaj razvili ONR, mornariški center za razvoj površinskega orožja Dahlgren in več industrijskih podjetij.
Cilj programa je združiti vse te komponente v en sam kompleks, ki bo dovolj majhen, da ga bo mogoče namestiti na lahka taktična oklepna vozila, a dovolj močan, da se bo spopadel z načrtovanimi grožnjami.
Široka aplikacija
Med konferenco Sea-Air-Space 2015 v Washingtonu je vodja programov za zaščito enot ONR Lee Mastroiani v pogovoru z novinarji pojasnil, da lahko laserji učinkovito uničijo grožnje v celotnem spektru zračne obrambe, vključno z rakete, topniške granate, minometno strelivo, UAV, transportna sredstva in IED. "Vendar pa je najprej sistem GBAD zasnovan za boj proti majhnim brezpilotnim letalom, ki ogrožajo naše bojne enote."
»Sistem GBAD OTM je sestavljen iz treh glavnih komponent: 3-osne radarske postaje za sledenje, ki identificira grožnjo; enota za vodenje in upravljanje, ki identificira in odloča, kako nevtralizirati grožnjo v primeru uporabe izstrelkov ali topniškega orožja; in dejansko platformo z laserjem."
Mastroiani je opozoril, da je v primeru programa GBAD poudarek na razvoju laserja velike moči za uničenje brezpilotnih letal, nameščenih na lahkem bojnem vozilu.
»V prid takšni odločitvi obstaja pomemben argument, in sicer, da so takšne grožnje nizke cene, torej uporaba dragih izstrelkov v tem primeru ne ustreza naši viziji problema. Zato se lahko z laserjem, ki stane peni na impulz, varno borite s poceni grožnjami s poceni orožnim sistemom. Na splošno je bistvo programa boj proti takšnim ciljem tudi na poti, da bi podprli bojne operacije mornariškega korpusa."
Po besedah Mastroianija je ONR uporabil več komponent iz demonstracijske namestitve LaWS (Laser Weapon System), ki jo je ameriška mornarica namestila na ladjo Ponce v Perzijskem zalivu.
"Uporabljamo načelo predvidljivega izogibanja, nekatere ključne tehnologije in programsko opremo, obstajajo pa tudi številne druge težave," je dodal Mastroiani. - Kar zadeva ladjo USS Ponce, je dovolj prostora in vse ostalo, medtem ko imam veliko težav glede teže, velikosti in značilnosti porabe energije, ko je treba sistem namestiti na lahka taktična vozila. Imam napravo za usmerjanje žarkov, napajanje, hladilne sisteme, vodenje in označevanje ciljev, vse to pa bi moralo delovati usklajeno in brez "čepov", zato je treba v tem ločenem projektu rešiti veliko različnih težav."
Po podatkih ONR so bile nekatere komponente sistema uporabljene pri testih za odkrivanje in sledenje brezpilotnih letal različnih velikosti, celoten sistem pa so testirali z 10kW laserjem, ki je vmesna rešitev pri prehodu na 30kW laser. Predvideno je, da bodo terenski preskusi sistema 30 kW potekali leta 2016, ko se bo program začel s celovitimi testi, katerih cilj je preiti s preprostega odkrivanja in sledenja na streljanje z lahkih vojaških vozil.
