Program LaWS amerického námořnictva prozkoumal možnost použití levné vláknové laserové technologie jako základu pro laserové zbraně, které by mohly být integrovány do stávajících instalací Phalanx.
Americké námořnictvo je poprvé plně připraveno předvést provoz vysokoenergetických laserových zbraní a nedávno oznámilo plány na vypuštění prototypu elektromagnetického železničního děla na moře. Zvažte pokrok v příští generaci pulzních zbraní
Americké námořnictvo již několik desetiletí hovoří pouze o rozmístění laserů, pulzních energetických systémů a elektrických zbraní na lodích. Řada velmi atraktivních teoretických výhod - téměř neomezené obchody, levná munice a rychlý dopad a další - přispěly k významným investicím komunity obranných věd a technologií do vytváření, vývoje a předvádění tehdejších relevantních technologií. Tento proces vyústil v záplavu publikací a patentů, několik prototypů a řadu slavných světových rekordů.
Z technického hlediska se však tyto zbraně ukázaly jako příliš obtížné pro konstrukci a výrobu. Technologie a technické prostředky ne vždy odpovídaly předpokládanému časovému rámci a některá původně slibná řešení se ukázala jako nepraktická nebo nefungující; fyzikální zákony někdy bránily pokroku.
Navzdory tomu si námořnictvo zachovalo víru v základní vědu a obezřetné přidělování zdrojů na výzkum a vývoj ke zmírnění rizika a rozvoji klíčových pokročilých technologií začalo v poslední době vyplácet dividendy. Námořnictvo je v současné době na prahu nasazení svého prvního operačního vysokoenergetického laseru (HEL); v roce 2016 se také plánuje vypuštění prototypu elektromagnetického železničního děla do moře.
Vedoucí výzkumu námořního výzkumu kontradmirál Matthew Klunder popisuje tuto vysoce výnosnou zbraň jako „budoucnost námořních bojů“a dodává, že námořnictvo „je v popředí této jedinečné technologie“.
Je však třeba připomenout, že cílené energetické zbraně, jako jsou lasery s vysokým výkonem a mikrovlnné trouby s vysokým výkonem, byly studovány více než čtyři desetiletí. Námořnictvo například otevřelo oddělení v rámci programu HEL již v roce 1971 a zahájilo vývoj, výrobu a testování vojenského předváděcího modelu silného (asi megawattového) HEL na fluorid deuteria.
Nedávná historie vývoje řízených energetických zbraní pro americké námořnictvo skutečně začala obnovením programové kanceláře (PMS 405) v roce 2004 pro směrové energetické systémy a elektrické zbraně velení Naval Systems v červenci 2004. Tento krok sloužil jako nový impuls pro vědecký a technický vývoj, který byl odložen asi na deset let v krabici s nápisem „exotický“. Nejde o to, že by byl výzkum pozastaven, ale technologie neměla jasnou cestu k úspěchu.
Během uplynulého desetiletí sloužil PMS 405 jako rozbočovač pro přenos technologie elektrických a řízených energetických zbraní z laboratoří k námořnictvu. V této roli koordinoval výzkum a vývoj mezi námořními výzkumnými středisky, vládními laboratořemi a průmyslem.
Zde také stojí za zmínku přínos ONR (Office of Naval Research) a Naval Surface Warfare Establishment Dahlgren Division (NSWCDD), Naval Surface Warfare Development Center v Dahlgrenu. ONR dohlížel na inovaci v oblasti vysoce výkonných laserových a železničních dělových technologií, zatímco NSWCDD bylo založeno jako „centrum excelence“pro výzkum, vývoj a simulaci směrové energie. V rámci Úřadu pro výzkum řízené energie přesouvá Úřad pro přímou energetickou válku (DEWO) technologii HEL z prostoru vědy a techniky do námořní přední linie.
Kouzlo laseru
Abstraktně řečeno, zbraňové systémy s výkonným laserem HEL nabízejí oproti tradičním kanónům a řízené munici mnoho výhod: dodání nárazu rychlostí světla a krátkou dobou ozáření cíle; škálovatelný dopad (od smrtelných po nesmrtící); přesnost přímé viditelnosti; vysoce přesné vedení; super rychlé opětovné získání cíle; velký a obnovitelný časopis bez nebezpečí a logistických zátěží spojených se standardní výbušnou municí.
Především ale vyhlídka na velmi nízké náklady na výstřel - podle výpočtů ONR výrazně méně než jeden dolar na výstřel - měla hypnotizující účinek na velení amerického námořnictva, které hledá způsoby, jak pokračovat ve financování.
Současně, navzdory skutečnosti, že velmi často hovoří o pozitivních vlastnostech systémů HEL, složité úkoly finalizace laserových zbraní rozmístěných na lodích dlouhodobě pronásledují fyziky a inženýry. Soustředění síly na cíl je jednou z hlavních výzev. Laserová zbraň musí být schopna zaostřit paprsek s vysokou energií na malý a jasně definovaný zaměřovací bod na cíl, aby poskytla dopad. Vzhledem k mnoha typům potenciálních cílů se však požadované množství energie a dosah, při kterém bude zaručena destrukce, mohou výrazně lišit.
Síla není jediným problémem. K tepelnému šíření může dojít, když laserový paprsek vyzařovaný delší dobu ve stejné linii pohledu ohřívá vzduch, kterým prochází, což způsobí rozptyl paprsku a rozostření. Cílení je také ztíženo komplexními a dynamickými vlastnostmi okolního mořského prostředí.
Dále musíte zvážit různé problémy integrace s platformou. Objemná prototypová zařízení mají velký formát a běžné systémy vyžadují pro integraci s menšími platformami výrazné zmenšení. Integrace zbraní HEL do válečných lodí také klade na nosnou platformu nové požadavky, pokud jde o výrobu energie, distribuci energie, chlazení a odvod tepla.
ONR označil v polovině roku 2000 Free Electron Laser (FEL) jako nejlepší dlouhodobé řešení pro lodní zbraňový systém HEL. Důvodem je, že vlnovou délku paprsku FEL lze jemně vyladit podle převládajících podmínek prostředí, aby se dosáhlo nejlepší „atmosférické propustnosti“.
V tomto ohledu byl pod vedením ONR zahájen program Innovative Naval Prototype (INP) s cílem vyvinout demonstrátor FEL třídy 100 kW s provozní vlnovou délkou v rozmezí 1,0-2,2 mikronů. Společnosti Boeing a Raytheon byly v dubnu 2009 uděleny souběžné roční smlouvy fáze IA na předběžný návrh a společnost Boeing byla vybrána, aby pokračovala ve fázi IB v září 2010, poté byl projekt postoupen do fáze kritické revize návrhu.
Po dokončení kritické revize elektrárny FEL se Boeing pustil do stavby a testování dalšího 100 kW FEL dema, navrženého pro provoz na třech různých vlnových délkách. ONR však v roce 2011 zrušil INP, aby nasměroval současné zdroje do vývoje laseru v pevné fázi (SSL). Práce na FEL se v současné době zaměřují na pokračující práce na snížení rizik spojených s tímto systémem.
LaWS, označený AN / SEQ-3, bude v příštích několika měsících nasazen do Ponce amerického námořnictva jako „vozidlo rychlé reakce“. Naváděcí zařízení LaWS bude instalováno přes most lodi Ponce
Toto přesměrování zdrojů je důsledkem větší vyspělosti technologie SSL a vyhlídky na zrychlené nasazení dostupných zbraní HEL v americkém námořnictvu. ONR a PMS 405 rozpoznaly tuto vývojovou cestu pro další časové období v polovině pozdních 2000s.
Podle kontraadmirála Klandera program SSL „patří mezi naše nejvyšší vědecké a technologické programy“. Dodal, že tyto nově vznikající schopnosti jsou obzvláště přesvědčivé, protože nabízejí „dostupné řešení nákladného problému ochrany před asymetrickými hrozbami. Naši oponenti se možná ani neobjeví s vědomím, že laser můžeme namířit na cíl za méně než dolar za výstřel. “
Posledních šest let byl kladen důraz na vývoj polovodičových technologií, o čemž svědčí vývoj a demonstrace v této oblasti. Jedním z příkladů je námořní laserová demonstrace (MLD). V dubnu 2011 nainstaloval Northrop Grumman na testovací nádobu prototyp SSL laseru, který svým paprskem vyrazil malou cílovou nádobu. Peter Morrison, programový manažer HEL v ONR, řekl, že to bylo „poprvé, kdy byl HEL s takovými úrovněmi výkonu instalován na válečnou loď poháněnou touto lodí a nasazen na vzdálený cíl v moři“.
Demonstrace MLD byla vyvrcholením dvou a půl roku designu, vývoje, integrace a testování. Na projektu MLD spolu s průmyslem, divizí High Energy Technology a Navy Laboratories v Dahlgrenu, China Lake, Port Huenem a Point Mugu; tento projekt také ztělesňuje vývoj převzatý z obecného vysoce výkonného polovodičového laserového programu.
Mezitím, v březnu 2007, byly zahájeny práce na prototypu laserového zbraňového systému Laser Weapon System (LaWS), koncipovaného jako doplněk stávajícího komplexu 20 mm krátkého dosahu Mk 15 Phalanx (CIWS). LaWS využije výhody komerční laserové technologie ze skelných vláken a poskytne další typ zbraně pro zapojení podskupiny levných „asymetrických“cílů, jako jsou malé UAV a rychlé bojové čluny.
Program LaWS je řízen PMS 405 ve spolupráci s Integrated Combat Systems Program Execution Office, DEWO Dahlgren a Raytheon Missile Systems (původní výrobce Phalanx). Program počítá s umístěním levné laserové technologie ze skleněných vláken do středu laserové zbraně, která by mohla být potenciálně integrována do stávající instalace Phalanx. Tento požadavek na integraci laseru se stávající instalací určuje jeho hmotnost až 1200-1500 kg. Bylo by také žádoucí, aby tato dodatečná výzbroj neovlivňovala provoz instalace, azimut a výškové úhly, maximální přenosovou rychlost nebo zrychlení.
Výkonové limity
Vzhledem k těmto omezením byla komerčně dostupná technologie vláknových laserů běžně dostupná jako nejslibnější řešení. Ačkoli tato technologie SSL má určitá výkonová omezení (postupně se odstraňují, jak se technologie zlepšuje), použití laserů s optickými vlákny umožnilo snížit náklady nejen na technologii zbraňových instalací, ale také na úpravu systém na stávajících instalacích.
Po počátečním období analýzy, hodnocení úmrtnosti hrozeb, přezkoumání kritických komponent a kompromisů tým LaWS dokončil návrh a implementaci prototypového systému. Aby se dosáhlo dostatečného výkonu a podle toho i smrtelnosti na určitou vzdálenost, vyžaduje tento typ technologie použití nového paprskového slučovače, který by ve volném prostoru mohl kombinovat šest samostatných laserů se skleněnými vlákny o výkonu 5,4 kW, aby se dosáhlo vyšší intenzity záření na cíl.
Aby se snížily náklady na tento program, bylo shromážděno mnoho vybavení, které bylo dříve vyvinuto a zakoupeno pro další výzkumné úkoly. To zahrnuje podporu sledování L-3 Brashear KINETO K433, 500mm dalekohled a vysoce výkonné infračervené senzory. Některé součásti byly zakoupeny v obchodě, například samotné vláknové lasery.
V březnu 2009 zničil systém LaWS (s jedním vláknovým laserem) minometné granáty v oblasti White Sands. V červnu 2009 byly testovány v Centru pro bojové systémy námořního letectví, během kterého prototyp sledoval, zajal a zničil pět bezpilotních prostředků, které za letu plnily „roli ohrožení“.
Další série testů v plném rozsahu proběhla na otevřeném moři v květnu 2010, kde systém LaWS úspěšně zničil čtyři cíle UAV ve scénářích „boje blízko“na vzdálenost přibližně jedné námořní míle na čtyři pokusy. Tato událost byla v ONR nazývána významná - první zničení cílů s celým cyklem od navádění po střelu v povrchovém prostředí.
Důvěru v americké námořnictvo v jejich touhu pokročit v plánu zrychleného vývoje však daly námořní testy raketového torpédoborce DDG-51 USS Dewey (DDG 105) v červenci 2012. Během testů na torpédoborci Dewey systém LaWS (dočasně instalovaný na pilotní palubě lodi) úspěšně zasáhl tři cíle UAV, čímž vytvořil svůj rekord v zachycení cílů 12 z 12.
Plány na instalaci LaWS, označeného AN / SEQ-3 (XN-1), na palubu USS Ponce sloužící jako plovoucí přední základna (meziprodukt) v Perském zálivu, oznámil velitel námořních operací admirál Jonathan Greenert v dubnu 2013. roku. AN / SEQ-3 je nasazován jako „schopnost rychlé reakce“, která americkému námořnictvu umožní posoudit technologii v operačním prostoru. Experiment vede ředitelství pro výzkum námořních operací ve spolupráci s ústředním velením námořnictva / páté flotily.
Oslovovat delegáty na sympoziu Surface Fleet Association v lednu 2014? Kontraadmirál Klunder řekl, že to bylo „první operační nasazení řízených energetických zbraní na světě“. Dodal, že finální montáž LaWS byla provedena ve středisku NSWCDD, na testovacím místě Dahlgren, testy kompletního systému byly dokončeny před odesláním do Perského zálivu k instalaci na loď Ponce. Offshore testy jsou naplánovány na třetí čtvrtletí roku 2014.
LaWS bude nainstalován na palubě v horní části mostu Ponce. "Systém bude s lodí plně integrován, pokud jde o chlazení, elektrickou energii a energii," řekl Klander. Bude také plně integrován s bojovým systémem lodi a systémem krátkého dosahu Phalanx CIWS. “
NSWCDD upgradoval systém a prokázal schopnost Phalanx CIWS sledovat a přenášet cíle do systému LaWS pro další sledování a cílení. Na palubě Ponce bude velitel raketové a dělostřelecké hlavice pracovat na ovládacím panelu LaWS.
Data shromážděná během námořní demonstrace půjdou do programu SSL TM (SSL Technology Maturation) ONR. Hlavním cílem programu SSL TM, spuštěného v roce 2012, je sladit prahové hodnoty a cíle programu vědy a techniky s budoucími potřebami výzkumu, vývoje a zadávání zakázek.
Podle ONR program SSL TM sestává z „několika předváděcích akcí s prototypovými systémy v konkurenčním prostoru“. Byly vybrány tři průmyslové skupiny k vývoji projektů SSL TM, vedené společnostmi Northrop Grumman, BAE Systems a Raytheon; analýza návrhů návrhů má být dokončena do konce druhého čtvrtletí 2014. ONR příští rok rozhodne, které z nich jsou vhodné pro námořní demonstraci.
Železniční zbraň v moři
Spolu s laserem zvažuje americké námořnictvo elektromagnetické železniční dělo jako další transformační zbraňový systém, který umožňuje dodávku ultrarychlých projektilů na delší vzdálenosti s velmi vysokou přesností. Flotila plánuje dosáhnout počátečního doletu 50–100 námořních mil a postupem času jej zvýšit na 220 námořních mil.
Elektromagnetická děla překonávají omezení tradičních děl (která pomocí chemických pyrotechnických sloučenin urychlují projektil po celé délce hlavně) a nabízejí rozšířené dosahy, krátké doby letu a vysokoenergetickou letalitu cíle. Pomocí průchodu elektrického proudu o velmi vysokém napětí vznikají silné elektromagnetické síly, například teoreticky by mořské elektromagnetické dělo mohlo pálit projektily rychlostí vyšší než Mach 7. Střela velmi rychle dosáhne trajektorie mimo atmosféru (let bez aerodynamického odporu), znovu vstoupí do atmosféry a zasáhne cíl rychlostí přesahující 5 Machových čísel.
Program prototypu elektromagnetického děla lodi zahájila ONR v roce 2005 jako hlavní součást vědecké a technologické práce, v jejímž rámci je nutné zdokonalit technologii kolejových děl tak, aby byl uveden do provozu kompletně hotový systém s flotila kolem 2030-2035.
Během fáze 1 inovativního projektu INP byl kladen důraz na vývoj technologie odpalovacího zařízení s odpovídající životností, vývoj technologie pulzního napájení a snížení rizika pro projektilové součásti. Společnost BAE Systems a General Atomics dodaly prototypy svých kolejových děl NSWCDD k testování a vyhodnocení.
Během fáze 1 fáze programu výzkumu a vývoje elektromagnetického děla námořnictva je kladen důraz na vývoj odpalovacího zařízení s dostatečnou životností, vývoj spolehlivého pulzního výkonu a snížení rizika pro projektil. Společnost BAE Systems a General Atomics dodávají prototypové železniční zbraně do centra pro vývoj zbraní pro testování a hodnocení
Ve fázi 1 byl dosažen cíl demonstrace experimentálního uspořádání, v prosinci 2010 byla získána počáteční energie 32 MJ; slibný zbraňový systém s touto úrovní energie bude schopen odpálit projektil na vzdálenost 100 námořních mil.
Společnost BAE Systems obdržela od ONR smlouvu 34,5 milionu dolarů na dokončení fáze 2 INP v polovině roku 2013 a byla vybrána jako první, přičemž za sebou nechala konkurenční tým General Atomics. Ve fázi 2 budou technologie finalizovány na úroveň dostatečnou pro přechod k rozvojovému programu. Vylepší se odpalovací a pulzní výkon, což umožní přechod z jednotlivých výstřelů na možnosti více ran. Budou také vyvinuty techniky tepelné regulace pro odpalovací zařízení a pulzní energetický systém, které jsou nezbytné pro prodlouženou palbu. První prototypy budou dodány v průběhu roku 2014; vývoj provádí společnost BAE Systems ve spolupráci s IAP Research a SAIC.
Na konci roku 2013 společnost ONR udělila společnosti BAE Systems samostatnou zakázku v hodnotě 33,6 milionu dolarů na vývoj a demonstraci hypersonického projektilu Hyper Velocity Projectile (HVP). HVP je popisován jako naváděná střela příští generace. Půjde o modulární projektil s nízkým aerodynamickým odporem, kompatibilní s elektromagnetickým dělem, ale i stávajícími dělovými systémy 127 mm a 155 mm.
Počáteční fáze smlouvy HVP byla dokončena v polovině roku 2014; jejich cílem bylo vyvinout koncepční návrh a plán rozvoje k předvedení plně řízeného letu. Vývoj bude provádět společnost BAE Systems ve spolupráci s UTC Aerospace Systems a CAES.
Náklady na projektil HVP o hmotnosti 10,4 kg na elektromagnetické dělo se odhadují na zhruba 25 000 dolarů za kus; podle admirála Klandera „střela stojí asi 1/100 nákladů na stávající raketový systém“.
V dubnu 2014 námořnictvo potvrdilo své plány předvést železniční zbraň na palubě své vysokorychlostní lodi Millinocket v roce 2016.
Podle kontraadmirála Bryanta Fullera, hlavního inženýra NAVSEA Naval Systems Command, bude tato demonstrace na moři zahrnovat železniční dělo 20 MJ (výběr fáze 1 INP proběhne mezi prototypy vyrobenými BAE Systems a General Atomics), které budou střílet jednotlivé rány..
"Ve středisku pro námořní povrchové zbraně v Dahlgrenu jsme vypálili stovky granátů z pobřežního zařízení," řekl. „Technologie je na této úrovni dostatečně vyspělá, takže ji chceme vynést na moře, nasadit na loď, provést plnohodnotné testy, vystřelit řadu granátů a prostudovat ji na základě získaných zkušeností.“
"Vzhledem k tomu, že železniční pistole nebude integrována s lodí Millinocket pro demonstraci v roce 2016, neprochází tato loď prodlouženou úpravou, která by tyto schopnosti poskytovala," řekl kontradmirál Fuller.
Celá elektromagnetická železniční zbraň se skládá z pěti částí: urychlovače, systému pro ukládání a uchovávání energie, pulzního tvarovače, vysokorychlostního projektilu a rotačního držáku zbraně.
Pro demonstraci bude držák a posilovač zbraní nainstalován na letové palubě lodi Millinocket, zatímco časopis, systém pro manipulaci s municí a systém pro skladování energie sestávající z několika velkých baterií budou umístěny v podpalubí, pravděpodobně v kontejnerech v nákladu přihrádky.
Americké námořnictvo se hodlá v roce 2018 vrátit na moře s cílem odpalovat z lodi výboje elektromagnetických zbraní. Plnou integraci s lodí lze provést ve stejném roce 2018.
V rámci samostatného vývoje zkoumala výzkumná laboratoř amerického námořnictva počátkem roku 2014 nový železniční malorážní kanón (průměr jednoho palce). První výstřel padl 7. března 2014. Tato malá železniční zbraň, vyvinutá s podporou ONR, je experimentálním systémem, který využívá pokročilou bateriovou technologii k odpálení několika startů za minutu z mobilní platformy.
Americké námořnictvo plánuje předvést provoz železničního děla na moři během testů na Millinocket (JHSV 3) v roce 2016.
