Dříve jsme zkoumali, jak se vyvíjejí laserové technologie, jaké laserové zbraně lze vytvořit pro použití v zájmu vzdušných sil, pozemních sil a protivzdušné obrany a námořnictva.
Nyní musíme pochopit, zda je možné se proti tomu bránit a jak. Často se říká, že stačí raketu pokrýt zrcadlovým nátěrem nebo vyleštit projektil, ale bohužel vše není tak jednoduché.
Typické zrcadlo potažené hliníkem odráží asi 95% dopadajícího záření a jeho účinnost je vysoce závislá na vlnové délce.
Ze všech materiálů uvedených v grafu má hliník nejvyšší odrazivost, což v žádném případě není žáruvzdorný materiál. Pokud se při působení nízkoenergetického záření zrcadlo mírně zahřeje, pak při dopadu silného záření se materiál zrcadlového povlaku rychle stane nepoužitelným, což povede ke zhoršení jeho reflexních vlastností a k dalšímu lavinovému zahřívání a zničení.
Při vlnové délce menší než 200 nm účinnost zrcadel prudce klesá; proti ultrafialovému nebo rentgenovému záření (laser s volnými elektrony) taková ochrana nebude vůbec fungovat.
Existují experimentální umělé materiály se 100% odrazivostí, které ale fungují jen na určitou vlnovou délku. Zrcadla mohou být také pokryta speciálními vícevrstvými povlaky, které zvyšují jejich odrazivost až o 99,999%. Ale tato metoda také funguje pouze pro jednu vlnovou délku a dopadá pod určitým úhlem.
Nezapomeňte, že provozní podmínky zbraní jsou daleko od laboratorních, tj. zrcadlová raketa nebo střela bude muset být uložena v nádobě naplněné inertním plynem. Sebemenší opar nebo šmouha, například z otisků rukou, okamžitě zhorší odrazivost zrcátka.
Opuštění nádoby okamžitě vystaví zrcadlový povrch prostředí - atmosféře a teplu. Pokud není povrch zrcadla pokryt ochranným filmem, pak to okamžitě povede ke zhoršení jeho reflexních vlastností, a pokud je potažen ochranným povlakem, sám to zhorší reflexní vlastnosti povrchu.
Shrneme -li výše uvedené, poznamenáváme, že zrcadlová ochrana není příliš vhodná pro ochranu před laserovými zbraněmi. A co se pak hodí?
Do určité míry pomůže metoda „namazání“tepelné energie laserového paprsku na tělo poskytnutím rotačního pohybu letadla (AC) kolem vlastní podélné osy. Tato metoda je však vhodná pouze pro munici a v omezené míře pro bezpilotní prostředky (UAV), v menší míře bude účinná, když bude laser ozařován do přední části trupu.
Na některých typech chráněných objektů, například na klouzavých pumách, řízených střelách (CR) nebo protitankových řízených střelách (ATGM) útočících na cíl při létání shora, nelze tuto metodu také použít. Nerotační, z velké části, jsou minometné doly. Je obtížné shromažďovat údaje o všech neotáčejících se letadlech, ale jsem si jist, že jich je hodně.
V každém případě rotace letadla jen mírně sníží účinek laserového záření na cíl, protožeteplo přenášené silným laserovým zářením do těla bude přeneseno do vnitřních struktur a dále do všech součástí letadla.
Omezeno je také používání výparů a aerosolů jako protiopatření proti laserovým zbraním. Jak již bylo uvedeno v článcích série, použití laserů proti pozemním obrněným vozidlům nebo lodím je možné pouze při použití proti sledovacímu zařízení, k jehož ochraně se vrátíme později. Je nereálné v dohledné době spálit trup bojového vozidla pěchoty / tanku nebo povrchové lodi laserovým paprskem.
Samozřejmě není možné použít ochranu proti kouři nebo aerosolu proti letadlům. Vzhledem k vysoké rychlosti letadla bude kouř nebo aerosol vždy odfukován protijedoucím tlakem vzduchu, u helikoptér budou odfukovány proudem vzduchu z vrtule.
Ochrana proti laserovým zbraním ve formě rozstřikovaných par a aerosolů tedy může být vyžadována pouze u lehce obrněných vozidel. Na druhou stranu tanky a další obrněná vozidla jsou často již vybaveny standardními systémy pro nastavení kouřových clon, které narušují zajetí nepřátelských zbraňových systémů, a v tomto případě je lze při vývoji vhodných výplní použít také k boji proti laserovým zbraním.
Vrátíme-li se k ochraně průzkumných zařízení optických a tepelných zobrazovacích zařízení, lze předpokládat, že instalace optických filtrů, které zabraňují průchodu laserového záření o určité vlnové délce, bude vhodná pouze v počáteční fázi pro ochranu před laserovými zbraněmi s nízkým výkonem, z následujících důvodů:
- v provozu bude velká řada laserů od různých výrobců pracujících na různých vlnových délkách;
- filtr navržený tak, aby absorboval nebo odrážel určitou vlnovou délku, je -li vystaven silnému záření, pravděpodobně selže, což buď povede k zasažení laserového záření citlivými prvky, nebo selhání samotné optiky (zakalení, zkreslení obrazu);
- některé lasery, zejména laser s volnými elektrony, mohou měnit provozní vlnovou délku v širokém rozsahu.
Ochranu průzkumných zařízení s optickým a tepelným zobrazováním lze provádět pro pozemní zařízení, lodě a letecké vybavení instalací vysokorychlostních ochranných zástěn. Pokud je detekováno laserové záření, ochranná obrazovka by měla zakrýt čočky ve zlomku sekundy, ale ani to nezaručuje absenci poškození citlivých prvků. Je možné, že rozšířené používání laserových zbraní v průběhu času bude vyžadovat alespoň zdvojení průzkumných prostředků působících v optickém dosahu.
Pokud je u velkých nosičů instalace ochranných obrazovek a rozmnožovacích prostředků průzkumu optického a termálního zobrazování docela proveditelná, pak u vysoce přesných zbraní, zejména kompaktních, je to mnohem obtížnější. Za prvé se výrazně zpřísňují požadavky na hmotnost a velikost pro ochranu a za druhé, dopad vysoce výkonného laserového záření i při zavřené závěrce může kvůli hustému uspořádání způsobit přehřátí součástí optického systému, což povede k částečnému nebo úplné narušení jeho provozu.
Jaké metody lze použít k účinné ochraně vybavení a zbraní před laserovými zbraněmi? Existují dva hlavní způsoby - ablativní ochrana a konstruktivní tepelně izolační ochrana.
Ablační ochrana (z latinského ablatio - odnášení, přenášení hmoty) je založena na odstranění látky z povrchu chráněného předmětu proudem horkého plynu a / nebo na restrukturalizaci mezní vrstvy, které dohromady výrazně snižuje přenos tepla na chráněný povrch. Jinými slovy, přicházející energie je vynakládána na ohřev, tavení a odpařování ochranného materiálu.
V tuto chvíli se ablativní ochrana aktivně používá v sestupových modulech kosmických lodí (SC) a v tryskách proudových motorů. Nejrozšířenější jsou zuhelnatělé plasty na bázi fenolových, organokřemičitých a jiných syntetických pryskyřic obsahujících jako plniva uhlík (včetně grafitu), oxid křemičitý (oxid křemičitý, křemen) a nylon.
Ablační ochrana je jednorázová, těžká a objemná, takže nemá smysl ji používat na opakovaně použitelná letadla (čtěte ne všechna letadla s lidskou posádkou a většina bezpilotních letadel). Jeho jediná aplikace je na naváděné a neřízené střely. A zde je hlavní otázkou, jak silná by měla být ochrana pro laser s výkonem, například 100 kW, 300 kW atd.
Na kosmické lodi Apollo se tloušťka stínění pohybuje od 8 do 44 mm pro teploty od několika stovek do několika tisíc stupňů. Někde v tomto rozsahu bude také ležet požadovaná tloušťka ablativní ochrany před bojovými lasery. Je snadné si představit, jak to ovlivní hmotnostní a velikostní charakteristiky, a v důsledku toho dostřel, manévrovatelnost, hmotnost hlavice a další parametry munice. Ablativní tepelná ochrana musí také odolat přetížení při startu a manévrování, splňovat normy podmínek skladování munice.
Neřízená munice je diskutabilní, protože nerovnoměrné zničení ablativní ochrany před laserovým zářením může změnit vnější balistiku, v důsledku čehož se munice odchýlí od cíle. Pokud je již někde použita ablativní ochrana, například v hypersonické munici, pak budete muset zvýšit její tloušťku.
Dalším způsobem ochrany je strukturální povlak nebo provedení pouzdra několika ochrannými vrstvami žáruvzdorných materiálů, které jsou odolné vůči vnějším vlivům.
Pokud nakreslíme analogii s kosmickými loděmi, pak můžeme uvažovat o tepelné ochraně opakovaně použitelné kosmické lodi „Buran“. V oblastech, kde je povrchová teplota 371 - 1260 stupňů Celsia, byl nanesen povlak sestávající z amorfního křemenného vlákna o čistotě 99,7%, ke kterému bylo přidáno pojivo, koloidní oxid křemičitý. Krytina je vyrobena ve formě tašek dvou standardních velikostí o tloušťce 5 až 64 mm.
Na vnější povrch dlaždic je naneseno borosilikátové sklo obsahující speciální pigment (bílý povlak na bázi oxidu křemičitého a lesklého oxidu hlinitého), aby se získal nízký koeficient absorpce slunečního záření a vysoká emisivita. Ablační ochrana byla použita na předním kuželu a špičkách křídel vozidla, kde teploty přesahují 1260 stupňů.
Je třeba mít na paměti, že při delším provozu může být narušena ochrana dlaždic před vlhkostí, což povede ke ztrátě tepelné ochrany jejích vlastností, proto ji nelze přímo použít jako protilaserovou ochranu na opakovaně použitelných letadlech.
V tuto chvíli se vyvíjí slibná ablativní tepelná ochrana s minimálním opotřebením povrchu, která zajišťuje ochranu letadel před teplotami až 3000 stupňů.
Tým vědců z Royce Institute na univerzitě v Manchesteru (UK) a Central South University (Čína) vyvinul nový materiál se zlepšenými vlastnostmi, který bez strukturních změn odolává teplotám až 3000 ° C. Jedná se o keramický povlak Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, který je položen na kompozitní matrici uhlík-uhlík. Svými vlastnostmi nový povlak výrazně překonává nejlepší vysokoteplotní keramiku.
Chemická struktura žáruvzdorné keramiky sama funguje jako obranný mechanismus. Při teplotě 2 000 ° C oxidují materiály Zr0,8Ti0,2C0,74B0,26 a SiC a transformují se na Zr0,80T0,20O2, B2O3, respektive SiO2. Zr0,80Ti0,20O2 částečně taje a tvoří relativně hustou vrstvu, zatímco nízkotající oxidy SiO2 a B2O3 se odpařují. Při vyšší teplotě 2 500 ° C jsou krystaly Zr0,80Ti0,20O2 fúzovány do větších útvarů. Při teplotě 3000 ° C se vytváří téměř absolutně hustá vnější vrstva, skládající se převážně ze Zr0,80Ti0,20O2, titaničitanu zirkoničitého a SiO2.
Svět také vyvíjí speciální povlaky určené k ochraně před laserovým zářením.
Ještě v roce 2014 mluvčí Čínské lidové osvobozenecké armády uvedl, že americké lasery nepředstavují zvláštní nebezpečí pro čínské vojenské vybavení opláštěné speciální ochrannou vrstvou. Zbývají jen otázky ohledně laserů, jakou sílu tento povlak chrání a jakou má tloušťku a hmotnost.
Největší zájem je o povlak vyvinutý americkými vědci z Národního institutu pro standardy a technologie a University of Kansas - aerosolová kompozice na bázi směsi uhlíkových nanotrubic a speciální keramiky, schopná efektivně absorbovat laserové světlo. Nanotrubičky nového materiálu rovnoměrně absorbují světlo a přenášejí teplo do okolních oblastí, čímž snižují teplotu v místě kontaktu s laserovým paprskem. Keramické vysokoteplotní spoje poskytují ochrannému povlaku vysokou mechanickou pevnost a odolnost proti poškození vysokými teplotami.
Během testování byla na povrch mědi nanesena tenká vrstva materiálu a po zaschnutí zaostřil na povrch materiálu paprsek dlouhovlnného infračerveného laseru, laseru používaného k řezání kovu a dalších tvrdých materiálů.
Analýza shromážděných údajů ukázala, že povlak úspěšně absorboval 97,5 procent energie laserového paprsku a bez zničení dosáhl energetické hladiny 15 kW na čtvereční centimetr povrchu.
U tohoto povlaku vyvstává otázka: při testech byl na měděný povrch nanesen ochranný povlak, který je sám o sobě jedním z nejobtížnějších materiálů pro laserové zpracování, vzhledem k jeho vysoké tepelné vodivosti není jasné, jak takový ochranný povlak se bude chovat s jinými materiály. Rovněž vyvstávají otázky ohledně jeho maximální teplotní odolnosti, odolnosti vůči vibracím a rázovým zatížením, účinků atmosférických podmínek a ultrafialového záření (slunce). Čas, během kterého bylo ozařování prováděno, není uveden.
Další zajímavý bod: pokud jsou letecké motory potaženy také látkou s vysokou tepelnou vodivostí, pak se z nich rovnoměrně zahřeje celé tělo, což letadlo v tepelném spektru maximálně demaskuje.
V každém případě budou charakteristiky výše uvedené aerosolové ochrany přímo úměrné velikosti chráněného předmětu. Čím větší je chráněný objekt a oblast pokrytí, tím více energie může být rozptýleno po této oblasti a dáno ve formě tepelného záření a chlazení dopadajícím proudem vzduchu. Čím menší je chráněný objekt, tím silnější bude ochrana. malá plocha nedovolí odebrat dostatek tepla a vnitřní konstrukční prvky se přehřejí.
Použití ochrany proti laserovému záření, bez ohledu na ablativní nebo konstruktivní tepelnou izolaci, může zvrátit trend směrem ke zmenšení velikosti naváděné munice, výrazně snížit účinnost jak naváděné, tak i neřízené munice.
Všechny nosné povrchy a ovládací prvky - křídla, stabilizátory, kormidla - budou muset být vyrobeny z drahých a obtížně zpracovatelných žáruvzdorných materiálů.
Samostatná otázka vyvstává ohledně ochrany zařízení pro detekci radarů. Na experimentální kosmické lodi „BOR-5“byl testován radioprůhledný tepelný štít-sklolaminát s křemičitým plnivem, ale nenašel jsem jeho tepelné stínění a hmotnostní a velikostní charakteristiky.
Dosud není jasné, zda může vzniknout vysokoteplotní tvorba plazmy v důsledku ozáření silným laserovým zářením z radomu radarového průzkumného zařízení, byť s ochranou před tepelným zářením, které brání průchodu radiových vln, v důsledku o který lze cíl ztratit.
K ochraně pouzdra lze použít kombinaci několika ochranných vrstev-tepelně odolných-nízko-tepelně vodivých zevnitř a reflexně-tepelně odolných-vysoce tepelně vodivých zvenčí. Je také možné, že na ochranu před laserovým zářením budou naneseny neviditelné materiály, které nebudou schopné odolat laserovému záření, a budou se muset vzpamatovat z poškození laserovými zbraněmi v případě, že letoun sám přežil.
Lze předpokládat, že zdokonalení a rozšířená distribuce laserových zbraní bude vyžadovat zajištění protilaserové ochrany pro veškerou dostupnou munici, a to jak naváděnou, tak i neřízenou, tak i vzdušná vozidla s posádkou i bez posádky.
Zavedení ochrany proti laseru nevyhnutelně povede ke zvýšení nákladů a hmotnosti a rozměrů naváděné a neřízené munice, jakož i bezpilotních letadel s posádkou a bez posádky.
Na závěr můžeme zmínit jednu z vyvinutých metod aktivního boje proti laserovému útoku. Kalifornská společnost Adsys Controls vyvíjí obranný systém Helios, který má srazit nepřátelské laserové navádění.
Při míření nepřátelského bojového laseru na chráněné zařízení určuje Helios jeho parametry: výkon, vlnovou délku, frekvenci pulsů, směr a vzdálenost ke zdroji. Helios dále brání laserovému paprsku nepřítele soustředit se na cíl, pravděpodobně tím, že míří na blížící se nízkoenergetický laserový paprsek, což mate systém zaměřování nepřítele. Podrobná charakteristika systému Helios, fáze jeho vývoje a jeho praktický výkon jsou stále neznámé.
