Když se americké ministerstvo obrany v květnu tohoto roku rozhodlo vyslat divizi Patriot na Blízký východ, aby čelilo tomu, čemu se říká zvýšená hrozba Íránu, nasadilo personál, který už byl příliš opotřebovaný periodickými rotacemi.
"Pokud jde o síly protiraketové obrany, pravidelně jsme se s tímto problémem na Blízkém východě setkávali dlouho před tímto nasazením," řekl tehdejší náměstek ministra novinářům s tím, že jednotky Patriot měly poměr povinnosti k odpočinku nižší než 1: 1. v květnu. Na začátku roku byl celkový poměr mezi bojovou povinností a odpočinkem asi 1: 1, 4, zatímco velení si stanovilo cíl dosáhnout poměru 1: 3.
Zatímco americká armáda hledá způsoby, jak snížit počet nepřetržitých dvousměnných rotací a zvýšit úroveň bojové připravenosti, stejně naléhavou otázkou je, jak budoucí kombinace kinetických a nekinetických zbraní ovlivní její boj potřeby.
"Pokud budete muset bojovat s téměř rovnocenným protivníkem, bude Patriot účinný, ale v konečném důsledku může oslabit nebo neutralizovat hrozbu?" Možná ne. Proto postupem času uvidíte nové schopnosti, které budou zavedeny do našeho arzenálu protiraketové obrany, “
- řekl a dodal, že budoucí velké investice do vývoje řízených energetických zbraní by mohly změnit taktický model armády.
„V opačném případě budete i nadále hromadit baterie Patriot a budete se snažit bojovat se stále více hrozbami.“
Pentagon už desítky let loví technologie zaměřené na energii a často se zdálo, že pták už je v kleci. Mnoho americké armády věří, že se dnes stav věcí radikálně změnil a nedávné pokroky v této oblasti dávají ozbrojeným silám země naději na brzké nasazení skutečných zbraňových systémů pro různé bojové mise.
Zatímco Pentagon je zdánlivě optimistický ohledně nasazení systémů řízené energie v blízké budoucnosti, zejména laserů s vysokým výkonem, existuje mnoho nevyřešených problémů. Od rozdílů v taktických a strategických schopnostech až po problémy související se škálovatelností nebo škálovatelností laserů a financováním konkurenčních projektů má armáda co překonávat.
Měnící se potřeby
Od zavedení laseru uběhlo téměř šest desetiletí a po většinu této doby ministerstvo obrany hledalo způsoby, jak tuto technologii vyvinout s cílem vytvořit novou generaci zbraní. Pro síly protivzdušné obrany tyto systémy slibují nižší náklady na porážku a zároveň snížení spotřeby munice. Pokud například Čína vypustí mnoho levných raket na americkou loď, pak by teoreticky mohl být k jejich zaměření a zničení použit silný laser.
Dr. Robert Afzal, přední specialista na laserové technologie ve společnosti Lockheed Martin, se domnívá, že implementaci laserové technologie dosud bránily dva faktory: počáteční důraz ministerstva obrany na vývoj strategických zbraní a jeho nedostatečný rozvoj.
V minulosti armáda alokovala finanční prostředky na cílený energetický výzkum na projekty, jako je nyní uzavřený program YAL-1 Airborne Laser, který společně provozují americké vojenské letectvo a Agentura protiraketové obrany. V rámci této iniciativy byl na upravený letoun Boeing 747-400F nainstalován chemický laser, který zachytil balistické střely během akcelerační fáze.
"V té době byl vždy kladen důraz na strategickou konfrontaci, která vyžadovala velmi velké a velmi výkonné laserové systémy." Šíření bezpilotních letadel a malých lodí dnes přispělo k částečnému posunu krátkodobého důrazu Pentagonu na taktické systémy. To pomáhá armádě postupně rozšiřovat zbraňové systémy s ohledem na řešení nových hrozeb.
V dubnu 2019 proběhla na Brookingsově institutu ve Washingtonu diskuse na toto téma. „Mám malou vizi krátkodobých a střednědobých vyhlídek na směrovanou energii,“
- poznamenal vedoucí výzkumný pracovník ústavu.
"Směrovaná energie nám podle všeho může pomoci ve velmi specifickém taktickém prostředí." Myšlenka na vytvoření dostatečně velkého laseru, který by poskytoval systém teritoriální protiraketové obrany, je poměrně nerealistická, zatímco ochrana konkrétního vozidla s aktivním systémem je trochu realističtější. “
Tehdejší tajemník americké armády poznamenal, že pokrok v řízené energetice je „dál, než si dokážete představit“, a rozhodnutí armády obnovit pro své těžké jednotky manévrovatelný systém protivzdušné obrany umožňuje nasadit nové laserové zbraně.
"Na základě stávajících a nových hrozeb je to pro nás opravdu velký problém." Pokud jde o to, kam se technologie ubírá, jsme blízko vlastnění zaváděcího systému, který dokáže sestřelovat drony, malá letadla a podobné objekty. “
Technologické bariéry
K vytvoření vysoce výkonných laserových systémů schopných sestřelit drony jsou zapotřebí technologie nejširšího spektra. Kromě základní platformy slouží radar k detekci vzdušných hrozeb a různé senzory k uzamčení cíle. Dále je sledován cíl, je určen zaměřovací bod, laser je aktivován a drží paprsek v tomto bodě, dokud UAV neutrpí nepřijatelné poškození.
V průběhu desetiletí byli vědci vyvíjející tyto lasery schopni otestovat řadu konceptů, včetně masivních investic do chemických zbraní, než se přesunuli na škálování vláknových laserů.
„Výhodou vláknových laserů je, že je můžete namontovat na mnohem menší velikost,“
- řekl během setkání s novináři ředitel Úřadu DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).
Systém YAL-1 ABL například používal vysokoenergetický chemický kyslík-jodový laser a přestože úspěšně zachytil testovací cíl v roce 2010, jeho vývoj se zastavil po téměř 15 letech financování. V tu chvíli tehdejší ministr obrany Robert Gates veřejně zpochybnil operační připravenost ABL a kritizoval její efektivní dostřel.
Jednou z nevýhod chemických laserů je, že laser přestane fungovat, když se spotřebovávají chemikálie. "V tomto případě máte omezený obchod a cílem vždy bylo vytvořit laser, který běží na elektřinu." Koneckonců, pokud máte schopnost generovat elektřinu na své platformě, buď prostřednictvím palubního generátoru nebo baterie, váš laser bude fungovat, “řekl Afzal.
V posledních letech ministerstvo obrany zvýšilo investice do vývoje laseru s elektrickými vlákny, ale také čelilo vážným výzvám, zejména ve vývoji laseru se sníženou hmotností, velikostí a charakteristikami spotřeby energie.
V minulosti pokaždé, když se vývojáři pokusili zvýšit výkon vláknového laseru na úroveň nezbytnou pro bojové mise, postavili lasery velkých velikostí, což zejména způsobilo problémy s nadměrným vytvářením tepla. Když laserový systém generuje paprsek, generuje se také teplo, a pokud jej systém nedokáže odklonit od instalace, laser se začne přehřívat a kvalita paprsku se zhoršuje, což znamená, že paprsek se nemůže soustředit na cíl a účinnost laseru klesá.
Protože armáda usiluje o zvýšení výkonu elektrických laserů a zároveň omezuje nárůst hmotnosti, velikosti a charakteristik spotřeby energie systémů, do popředí se dostává účinnost; čím vyšší je elektrická účinnost, tím méně energie je potřeba k provozu a chlazení systému.
Mluvčí americké armády pracující na laserech s vysokým výkonem uvedl, že zatímco generátory mohou obvykle napájet systémy o výkonu 10 kW bez problémů, problémy začínají zvýšením výkonu laserových systémů. „Když se výkon bojového laseru zvýší na 50 kW nebo více, musí být již použity jedinečné zdroje energie, například baterie a podobné systémy.“
Pokud například vezmete 100 kW laserový systém, který má účinnost asi 30%, pak bude potřebovat výkon 300 kW. Pokud však platforma, na které je nainstalována, generuje pouze 100 kW výkonu, uživatel potřebuje baterie, aby rozdíl pokryl. Když jsou baterie vybité, laser přestane fungovat, dokud je generátor znovu nenabije.
"Systém musí být extrémně účinný, počínaje generováním energie a její další transformací na fotony, které jsou směrovány k cíli,"
- řekl zástupce společnosti Lockheed Martin.
Mezitím společnost Rolls-Royce LibertyWorks uvedla, že již více než deset let pracuje na integraci systému řízení výkonu a tepla, který lze použít ve vysoce výkonných laserových systémech, a v poslední době „učinil významné technologické průlomy“.
Rolls-Royce uvedl, že mezi průlomy patří oblasti jako „elektrická energie, tepelný management, řízení a monitorování teploty, okamžitá dostupnost energie a kontinuita podnikání“. Dodali, že testy systému u zákazníka začnou na konci letošního roku a pokud budou úspěšně dokončeny, bude možná možné dodávat modulární integrovaná řešení pro regulaci výkonu a odvod tepla pro armádní a námořní programy.
Hledání řešení
DARPA a Lincolnova laboratoř MIT úspěšně vyvinuly malý, vysoce výkonný vláknový laser, který byl představen v říjnu tohoto roku. Odmítli však objasnit detaily tohoto projektu, včetně úrovně výkonu.
Zatímco armáda a společnosti hlásí konzistentní úspěch ve vývoji vojenských laserů, Afzal uvedl, že úsilí Lockheed Martin o řešení některých technologických výzev zahrnuje „proces fúze spektrálního paprsku, který poněkud připomíná obal alba Dark Side of the Moon. „od Pink Floyd“.
"V případě problémů se škálováním nemohu vyrobit vláknový laser o výkonu 100 kW." Průlom byl umožněn schopností rozšířit vysoce výkonné vláknové lasery pomocí kombinace paprsků namísto snahy postavit větší a výkonnější laserový systém."
"Laserové paprsky z několika laserových modulů, každý se specifickou vlnovou délkou, procházejí difrakční mřížkou, která vypadá jako hranol." Pokud jsou tedy všechny vlnové délky a úhly správné, nedojde k vzájemné absorpci, ale k vzájemnému sladění vlnových délek v přísném sledu, v důsledku čehož síla úměrně roste, `` vysvětlil Afzal. - Výkon laseru můžete škálovat přidáním modulů nebo zvýšením výkonu každého modulu, aniž byste se pokoušeli stavět obrovský laser. Je to spíš jako paralelní výpočet než superpočítač. “
Spolu
Velká pozornost je věnována potenciálu vysoce výkonných laserů, ale zároveň americká armáda a průmysl vidí potenciál pro využití vysokovýkonných mikrovlnných frekvencí k sestřelování rojů dronů nebo jejich kombinování s lasery.
"Konsolidace technologie může být dobrým řešením," řekl novinářům generál Neil Thurgood z Úřadu pro kritickou technologii. - To znamená, že můžete laserem zasáhnout mnoho předmětů. Ale mohu zasáhnout více cílů dvěma lasery, mohu zasáhnout více cílů pomocí laserů a vysoce výkonných mikrovln. Práce v této oblasti již začaly. “
Raytheonův směrovaný energetický expert Don Sullivan ze své strany hovořil o práci v tomto směru. Zejména uvedl, že Raytheon spojil ve vozidle Polaris MRZR vysoce výkonný laser s multispektrálním zaměřovacím systémem a zároveň vyvinul vysoce výkonný mikrovlnný systém, který je namontován v přepravním kontejneru. Raytheon demonstroval tyto technologie samostatně během armádního manévrovacího požárního integrovaného experimentu (MFIX) v roce 2017 a spolupracoval v roce 2018 během testů prováděných americkým letectvem na Proving Grounds v White Sands.
Sullivan uvedl, že laserový systém byl použit k sestřelování dronů létajících na dlouhé vzdálenosti, zatímco výkonné mikrovlnné trouby byly použity k ochraně blízkého pole a maření útoků před rojovými UAV.
„Letectvo samozřejmě vidí a chápe komplementární povahu obou technologií při plnění nejen misí proti dronům, ale i dalších misí.“
V námořnictvu
Pokud jde o otázky hmotnosti, objemu a energie, válečné lodě se svou velikostí zde mají oproti pozemním a leteckým platformám jasnou výhodu, což námořnímu personálu umožnilo zahájit několik projektů najednou.
Námořnictvo pracuje na systému Navy Laser Family of Systems (NLFoS), iniciativě, která v blízké budoucnosti zavede vysoce výkonné námořní laserové systémy. Tato iniciativa Navy zahrnuje: Program Solid-State Laser Technology Maturation (SSL-TM); RHEL (robustní vysokoenergetický laser) 150 kW vysoce energetický laser; optický oslnivý laser Optický oslnivý interdiktor pro torpédoborce projektu Arleigh Burke; a projekt High Energy Laser and Integrated Optical-dazzler with Surveillance (HELIOS).
Podle zprávy Kongresové výzkumné služby námořnictvo také zavádí program High Energy Laser Counter-Anti-Ship Cruise Missile Program (HELCAP), který si vypůjčuje technologii NLFoS na vývoj pokročilých laserových zbraní pro boj s protilodními řízenými střelami.
Cílem programu HELIOS je poskytnout povrchové válečné lodě a další platformy třemi systémy: 60 kW laser; dalekonosné sledovací, průzkumné a shromažďovací zařízení a oslepující zařízení pro boj s UAV. Na rozdíl od jiných laserů testovaných na lodích amerického námořnictva, které jsou na lodích instalovány jako přídavné systémy, se HELIOS stane integrovanou součástí bojového systému lodi. Zbraňový systém Aegis bude zajišťovat řízení palby standardních raket spolu s mířením a zaměřováním vhodných zbraní.
V březnu 2018 získala společnost Lockheed Martin kontrakt na 150 milionů dolarů (s dalšími 943 miliony dolarů na opce) na návrh, výrobu a dodávku dvou systémů do konce roku 2020. V roce 2020 plánuje flotila provést analýzu projektu HELIOS, aby bylo zajištěno, že splňuje požadavky.
Zpráva kongresové služby uvádí, že integrace laserů na lodích potenciálně přináší mnoho výhod: kratší kontaktní čas, schopnost vypořádat se s aktivním manévrováním raket, přesné zaměření a přesnou odezvu, od varovných cílů po reverzibilní rušení jejich systémů. Je však třeba poznamenat, že potenciální omezení zůstávají.
Podle zprávy tato omezení zahrnují: pouze střelbu na přímou viditelnost; problémy s absorpcí atmosféry, rozptylem a turbulencemi; tepelné šíření, kdy laser ohřívá vzduch, což může rozostřit laserový paprsek; složitost odrazení rojových útoků, zasažení tvrzených cílů a elektronických systémů potlačení; a riziko vedlejšího poškození letadel, satelitů a lidského zraku.
Potenciální nevýhody laserových zbraní s vysokým výnosem zdůrazněné ve zprávě nejsou jedinečné pro námořnictvo a s podobnými problémy se potýkají i další složky ozbrojených sil.
Námořní pěchota (ILC) objasnila taktiku, metody a metody bojového využití laserového systému Boeing CLWS (Compact Laser Weapon System), který je instalován v přepravním kontejneru.
Mluvčí Boeingu uvedl, že hodlá upgradovat systém CLWS, čímž dojde ke zvýšení kapacity z 2 kW na 5 kW. Přitom poznamenal, že nárůst výkonu by zkrátil čas potřebný k sestřelení malých dronů. "Námořnictvo chce velmi rychlý systém, který dokáže poskytnout požadované schopnosti." Právě kontrolují vlastnosti těchto systémů, a proto nám dali smlouvu na jejich modernizaci a zvýšení kapacity. “
Touha investovat
Velení armády se v první polovině letošního roku zabývalo definováním aktuálních programů zaměřených na energii a vypracováním dlouhodobého plánu pro přenos projektů z vývojové fáze do fáze praktického bojového využití.
V rámci této činnosti dostal generál Turgud 45 dní na vyjasnění a shromáždění všech aktuálních projektů do jednoho registru. To může vést k tomu, že někteří z nich budou odmítnuti. "Jakmile jsme založili kancelář kritických technologií, vyvinul jsem zvláštní úsilí, abych našel všechny konkurenční projekty zaměřené na energii." Všichni pracují na tom, čemu se říká řízená energie, a já se snažím pochopit, co to ve skutečnosti znamená a co se tam skutečně děje, “řekl Thurgood na slyšení výboru k ozbrojeným silám.
Na konci května schválilo armádní velení komplexní plán, který počítá se zvýšenými investicemi a zrychleným vývojem laserových a mikrovlnných technologií v různých armádních projektech. Během tiskové konference Thurgood oznámil, že se armáda rozhodla urychlit program MMHEL (Multi-Mission High Energy Laser), ve kterém budou na obrněná vozidla Stryker instalovány lasery o výkonu 50 kW jako součást systému protivzdušné obrany krátkého dosahu. Pokud vše půjde podle plánu, pak do konce roku 2021 armáda přijme čtyři vozidla s laserovými systémy.
Zatím není jasné, které iniciativy budou sloučeny nebo uzavřeny, ale Thurgood řekl, že k tomu určitě stejně dojde. "Někteří lidé pracují například na laseru o výkonu 150 kW, který bude nakonec nainstalován na nákladní vůz, přívěs nebo loď." Nepotřebujeme vlastní 150 kW laserový program, můžeme takové projekty spojit dohromady, urychlit tento proces a ušetřit zdroje pro naši zemi. “
Řada cílených energetických iniciativ mezitím zůstává v portfoliu armády. Armáda například používala laser MEHEL (Mobile Experimental High Energy Laser), aby urychlila vývoj slibných laserových systémů a vypracovala taktiku, metody a principy bojového využití spojené s provozem takových systémů. Podle projektu MEHEL armáda na stroj nainstalovala Stryker a testovala lasery o výkonu až 10 kW.
V květnu 2019 skupina vedená společností Dynetics oznámila, že byla vybrána k vývoji 100 kW zbraňového systému a jeho instalaci na nákladní automobily FMTV (Family of Medium Tactical Vehicles) v rámci programu pro vývoj demonstračního modelu vysoce výkonného Laserová instalace HEL TVD (High Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator). Toto je implementováno jako součást práce armády na cílených energetických zbraních určených k boji proti raketám, dělostřeleckým granátům a minometným minám, jakož i proti dronům.
Na základě tříleté smlouvy na 130 milionů dolarů byl vytvořen tripartitní tým (americká armáda, Lockheed Martin a Rolls-Royce), který připravil kritický projektový přezkum, který určí konečný návrh laseru, poté vyrobí systém a nainstaluje jej na Kamion FMTV. 6x6 pro testování v terénu na střelnici White Sands v roce 2022.
Trio plánuje zvýšit výkon vláknového laseru Lockheed Martin, pro který Rolls-Royce vyvíjí energetický systém. Rolls-Royce zároveň odmítl sdělit, zda bude používat svůj nový integrovaný systém řízení energie a řízení výměny tepla.
V roce 2018 armáda oznámila, že samostatně spolupracuje s Lockheed Martin na vybavení dronů výkonným mikrovlnným odpalovacím zařízením pro sestřelení dalších dronů. Na základě smlouvy ve výši 12,5 milionu dolarů bude duo vyvíjet palubní protiraketový systém. Potenciální užitečné zatížení UAV bude zahrnovat výbušná zařízení, sítě a mikrovlnné instalace.
Ředitel Úřadu DARPA však novinářům řekl, že navzdory pokroku v oblasti usměrněné energetiky má armáda k integraci technologií do letadel stále daleko, a proto se lodě a pozemní vozidla pravděpodobně stanou prvními základními platformami.
Na obloze
Americké vojenské letectvo rovněž realizuje projekty zaměřené na energii, včetně projektů vyvinutých v rámci prototypového programu SHiELD ATD (Self-Protect High Energy Laser Demonstrator-Advanced Technology Demonstrator), který zajišťuje instalaci malého vysoce výkonného laserového systému do letadel k ochraně před raketami třídy „země-vzduch“a „vzduch-vzduch“.
Začátkem letošního roku výzkumná laboratoř leteckých sil oznámila, že dosáhla prozatímního úspěchu, když použila pozemní testovací vzorek k sestřelení několika raket. Jak technologie postupuje, americké letectvo plánuje systém zmenšit a odlehčit a přizpůsobit jej pro letadla.
Ambicióznější plán Pentagonu a Agentury protiraketové obrany je vzpomínkou na strategickou obrannou iniciativu prezidenta Ronalda Reagana, známou také jako Hvězdné války, která teoreticky vyzývá k nasazení laserových zbraňových systémů ve vesmíru.
V lednu letošního roku zveřejnila Trumpova administrativa dlouho očekávaný přezkum protiraketové obrany, který ocenil práci Agentury protiraketové rakety na vývoji zbraní s přímou energií k zachycení balistických raket ve fázi boostu. V roce 2017 například agentura vydala žádost o informace o dronech s dlouhým dosahem ve vysokých nadmořských výškách, které by měly kapacitu užitečného zatížení pro instalaci výkonných laserů k ničení ICBM ve fázi posilování. Žádost o návrhy, vydaná v roce 2017, stanoví, že dron bude létat v nadmořských výškách nejméně 19 000 metrů, mít užitečnou kapacitu nejméně 2 286 kg a dostupný výkon od 140 kW do 280 kW. Na vytvoření slibné instalace pro takové drony agentura spolupracuje s Boeingem, General Atomics a Lockheed Martin a zkoumá možnosti implementace vysoce výkonné laserové technologie na palubě UAV.
"Pokud jde o nás, klademe zvláštní důraz na zachycení, sledování a cílení,"
- řekl zástupce společnosti Boeing.
"Toto jsou opravdu naše klíčové kompetence, které jsme vyvinuli při práci s chemickými lasery." Boeing to prokázal na všech svých systémech a ukázal, že pomocí stávajících technologií můžete vytvořit kompaktní, vysoce účinný systém akvizice, sledování a cílení a bezproblémově jej integrovat do jakéhokoli laserového zařízení, čímž výrazně zvýšíte jeho možnosti. “
