20 kW laser Rheinmetall na Boxeru 8x8 představený na DSEI 2015
Technologický pokrok nyní dosáhl milníku, když se laserové zbraňové systémy namontované na vozidlech staly realitou. Pojďme se podívat na to, jak se tyto systémy vylepšení bojů vyvíjejí
Zbraně namontované na vozidle jsou levným nástrojem pro vylepšení boje, který používají jak pravidelné armády, tak nepravidelné „asymetrické“formace zapojené téměř do každého konfliktu na světě.
Až donedávna byly možnosti instalace zbraní na bojová vozidla omezeny na kulomety a dělostřelecké systémy různých forem. Situace se zde však začala měnit s příchodem laserových systémů nebo systémů řízené energie s dostatečným výkonem na vypalování malých letadel a munice ve vzduchu.
Umístění objemných jednotek pro skladování energie pro takové systémy bylo vždy vážným problémem, ale nedávný vývoj přispěl ke zmenšení laserů na velikost, která jim umožňuje instalaci i do velkého džípu.
Technologická revoluce
V devadesátých letech došlo k technologické revoluci v komunikaci s optickými vlákny, což urychlilo vývoj vysoce výkonných polovodičových laserů, které o deset let později našly uplatnění v průmyslovém zpracování, jako je branding, řezání, svařování a tavení.
Tyto lasery byly extrémně účinné na krátkou vzdálenost, ale bylo otázkou času, kdy průmysl najde způsob, jak tuto technologii rozšířit a vytvořit futuristické zbraně, které by mohly řezat a tavit cíle na vzdálenost několika set nebo dokonce tisíc metrů.
Americký obranný obr Lockheed Martin to udělal. Společnost staví na nové technologii pro výrobu polovodičů, solárních článků a automobilového svařování a vyvinula vojenský laserový stroj, který je stokrát silnější než její komerční předchůdci.
Robert Afzal, vedoucí výzkumný pracovník této společnosti, říká: „V této oblasti dnes probíhá skutečná revoluce připravená dlouholetou obrovskou prací výzkumníků. A věříme, že laserová technologie je konečně připravena v tom smyslu, že jsme nyní schopni vytvořit laser dostatečně silný a dostatečně malý, aby se vešel do taktických vozidel. “
"Předchozí lasery byly prostě příliš velké - byly to celé stanice." Ale s příchodem vysoce účinné vláknové laserové technologie s vysoce kvalitním paprskem konečně máme poslední část skládačky, která se vejde do těchto strojů. “
Civilní průmysl používal lasery řádově několik kilowattů, ale Afzal poznamenal, že vojenské lasery by měly mít výkon 10-100 kW.
„Vyvinuli jsme technologii, která nám umožňuje škálovat výkon vláknových laserů, a to nejen stavbou většího vláknového laseru, ale kombinací několika modulů třídy kilowattů, abychom dosáhli výkonu požadovaného armádou.“
Řekl, že laser je založen na kombinování paprsků, což je proces, který kombinuje více laserových modulů a vytváří jeden vysoce výkonný a vysoce kvalitní paprsek, který přináší větší účinnost a smrtelnost než několik jednotlivých 10kW laserů.
Bílý kolimovaný paprsek
Popsal proces procházení světelného paprsku hranolem a lámání do mnoha barevných proudů a vysvětlil: „Pokud máte několik laserových paprsků, každý s mírně odlišnou barvou, vstupující do tohoto hranolu přesně ve správném úhlu, všechny vyjdou tohoto hranolu překrývá a vytvoří takzvaný bílý kolimovaný paprsek. “
"To je v podstatě to, co děláme, ale místo hranolu používáme další optický prvek nazývaný difrakční mřížka, který vykonává stejnou funkci." To znamená, že stavíme vysoce výkonné laserové moduly, každý s mírně odlišnou vlnovou délkou, poté je kombinujeme, odrážející se od difrakční mřížky, a na výstupu získáme jeden vysoce výkonný laserový paprsek. “
Afzal uvedl, že ve skutečnosti je takovým řešením multiplexní technologie dělení na vlnových délkách z telekomunikačního sektoru v kombinaci s vysoce výkonnými vláknovými lasery z průmyslové výroby.
"Vláknový laser je nejúčinnější a nejvýkonnější laser, jaký kdy byl vyvinut," řekl. -To znamená, že mluvíme o plné elektrické účinnosti přesahující 30%, o které se před 10–15 lety, kdy jsme měli účinnost 15–18%, ani nesnilo. To má hodně společného s napájením a chlazením, takže tyto systémy se nyní mohou zmenšit. Laser nyní není zmenšen postavením velkého laseru, ale přidáním nových modulů."
Americká armáda nedávno najala společnost Lockheed Martin, aby vytvořila vysoce výkonný laserový zbraňový systém založený na instalaci ATHENA (Advanced Test High Energy Asset), kterou lze namontovat na jedno z lehkých taktických vozidel společnosti.
Během loňských testů prototyp vláknového laseru o výkonu 30 kW úspěšně vyrazil motor malého pickupu a během několika sekund spálil mřížku na míle daleko. Za účelem simulace skutečných provozních podmínek během testu byl snímač nainstalován na platformě s běžícím motorem a zařazeným rychlostním stupněm.
Nová generace
V říjnu 2015 společnost Lockheed oznámila, že zahájila výrobu nové generace modulárních laserů s vysokým výkonem, z nichž první s výkonem 60 kW bude instalován na taktické vozidlo americké armády.
Afzal uvedl, že armáda chce nasadit laser namontovaný na vozidle pro protiletadlové mise, protiraketové střely, dělostřelecké granáty a minometnou munici a UAV. „Ve strategickém smyslu se díváme spíše na taktickou úroveň obrany než na protiraketovou obranu.“
Podle společnosti Lockheed umožňuje modulární řešení upravit výkon podle potřeb konkrétního úkolu a hrozby. Armáda má možnost přidat další moduly a zvýšit výkon z 60 kW na 120 kW.
Afzal pokračoval: „Architektura se přizpůsobuje vašim požadavkům: chcete 30 kW, 50 kW nebo 100 kW? Je to jako serverové moduly v serverovém stojanu. Věříme, že se jedná o flexibilní architekturu - vhodnější pro produkci v plném rozsahu. Umožňuje vám mít modul, který můžete znovu a znovu vytvářet, což vám umožňuje přizpůsobit systém podle vašich představ. “
"Systém se přizpůsobí jakémukoli vozidlu, které chcete dnes použít, a proto je tato technologie tak působivá, protože umožní flexibilitu architektury přizpůsobit se různým vozidlům, aniž by bylo nutné dolaďovat, co se rozhodnete mít." To umožňuje získat například systém zajišťující podporu jak pro bojovou brigádu, tak pro vyspělou operační základnu. “
Systém využívá komerční vláknové lasery sestavené ve vysoce reprodukovatelných modulech, díky čemuž je velmi cenově dostupný. Použití více vláknových laserových modulů také snižuje pravděpodobnost drobných závad, jakož i náklady a rozsah údržby a oprav.
Na otázku, kdy se na bojišti může objevit bojový laser instalovaný na taktickém vozidle, Afzal navrhl přibližný časový rámec: „Plánujeme dodat laser na konci roku 2016. Poté armáda nějakou dobu bude dělat svou práci a pak uvidíme. “
Přitažlivost laseru
Existuje několik charakteristik takticky zaměřených energetických zbraní, které je činí velmi atraktivní pro moderní vojenské síly, včetně nízké ceny „munice“a jejich rychlosti, přesnosti a snadného použití.
"Především se jedná o velmi přesné zbraně s potenciálně velmi nízkým vedlejším poškozením, což je důležité," dodal Afzal. „Rychlost světla vám umožňuje okamžitě ozařovat cíl, a proto můžete zasáhnout vysoce manévrovatelné cíle, to znamená, že můžete paprsek udržet na cíli, který kinetická munice někdy nezvládne.“
Asi nejdůležitější výhodou jsou nízké náklady na jeden efektivní „výstřel“.
"V tuto chvíli nechcete utrácet drahé a silné obranné kinetické zbraně za levné vícenásobné hrozby," pokračoval Afzal. - Laserové zbraně považujeme za doplněk kinetických systémů. Předpokládáme, že laserový systém použijete proti velkému počtu nízkointenzivních hrozeb nízké intenzity, takže váš kinetický zásobník zůstane útočícím komplexním, obrněným hrozbám dlouhého dosahu. “
Afzal navrhuje, aby laserová zbraň mohla být nasazena v bojovém prostoru v síti senzorů operačního řízení, což pro ni poskytne počáteční určení cíle.
"Nejprve musí určitý systém informovat o výskytu hrozby, a poté se operátor velení a řízení rozhodne, jaké protiopatření použije, určí cíl, vrhne na něj laser a zamkne cíl podle radarových dat." Poté se operátor, když vidí cíl na monitoru, rozhodne přinést, zda je laser v akci “.
"V této oblasti se nahromadilo mnoho problémů, protože armáda po celém světě již před desítkami let fantazírovala o laserových zbraních a otázkou je, proč je dnes nemáme." Myslím, že hlavním důvodem je, že jsme neměli technologii k vytvoření součásti laserové zbraně, která by byla dostatečně malá a dostatečně výkonná, aby mohla být umístěna na taktická vozidla. “
Poslední fáze
Mezitím Boeing také strávil několik let prací na vysoce energetickém laserovém mobilním demonstrátoru (HEL MD) pro americkou armádu, který je v současné době v závěrečných fázích vývoje. Laser upevněný na podvozku nákladního vozu usměrňuje paprsek vysokého výkonu na hrozby, s nimiž se armáda pravděpodobně vypořádá, a funguje jako záchytný systém pro neřízené střely, dělostřelecké granáty, miny a bezpilotní prostředky. Tento systém dosud dosahoval takové přesnosti, že dokáže zničit senzory na dronech, jak bylo ukázáno při demonstraci 10 kW laseru na White Sands Proving Ground v roce 2013 a znovu na Eglin AFB v roce 2014.
Podle vojenských specifikací bude kompletní systém HEL MD sestávat z vysoce výkonného laserového a těžkého subsystému, který bude instalován na vojenské vozidlo. Systém bude schopen provádět spolu s dalšími prostředky ničení ochranu určitých zón, ať už jde o předsunuté základny, námořní zařízení, letecké základny a další struktury.
Boeing vyvíjí několik systémů pro integraci do finálního prototypu, který bude nainstalován na upraveném taktickém nákladním vozidle Heavy Expanded Mobility Tactical Truck (HEMTT).
Tyto subsystémy zahrnují laser; ovládání paprsku; zdroj napájení; systém řízení výměny tepla a systém řízení bitev.
Velitelství vesmírné obrany americké armády vyvíjí HEL MD po etapách. Laser, napájecí zdroj a systém výměny tepla budou v příštích několika letech vylepšeny s cílem zvýšit výkon a technologický rozvoj subsystémů.
Jak se technologie zlepšuje, modulární povaha komponent umožní zavedení výkonnějších laserů integrovaných s vylepšenými možnostmi cílení a sledování.
Celý cyklus
Podle společnosti Boeing vedení paprsku HEL MD poskytuje pokrytí „celé oblohy“, protože se otáčí o 360 ° a je zvednuto nad střechu vozidla, aby zachytilo cíle nad horizontem. Kontinuální ničení cílů je zjednodušeno systémy výměny tepla a napájení.
Celý systém běží na naftu; to znamená, že vše, co je potřeba k doplnění „munice“zbraně, je rychlé doplnění paliva. Lithium-iontové baterie systému HEL MD jsou dobíjeny 60 kW dieselovým generátorem, takže dokud má armáda palivo, může fungovat neomezeně dlouho.
Systém je řízen řidičem automobilu a provozovatelem závodu pomocí přenosného počítače a set-top boxu typu Xbox. Současný demo model používá laser třídy 10 kW. V blízké budoucnosti však bude laser instalován ve třídě 50 kW a za další dva roky se jeho výkon zvýší na 100 kW.
Boeing dříve vyvinul menší laserovou instalaci pro americkou armádu a nainstaloval ji na obrněný vůz AN / TWQ-1 Avenger, přezdívaný Boeing Laser Avenger. K boji proti UAV a neutralizaci improvizovaných výbušných zařízení (IED) se používá 1 kW polovodičový laser. Systém funguje takto: je zaměřen na IED nebo nevybuchlou munici na okraji silnice s postupným zvyšováním síly laserového paprsku, dokud výbušnina v procesu detonace s nízkým výkonem nevyhoří. Během testů v roce 2009 systém Laser Avenger úspěšně zničil 50 takových zařízení, podobných těm, která se vyskytují v Iráku a Afghánistánu. Kromě toho byla provedena další ukázka provozu tohoto systému, během níž zničil několik malých dronů.
Laserový mstitel Boeing
Tříletý plán
Podle německé obranné společnosti Rheinmetall za tři roky nabídne na trh vlastní vysoce výkonný High Energy Laser (HEL), který je na vozidle nainstalován.
Po sérii testů provedených ve Švýcarsku v roce 2013 společnost pracovala na rozšíření softwarových možností modulů pro vytváření paprsků a technologie samotného laseru, načež předpověděla, že její laserový systém pro boj s pozemními cíli i pro pozemní protivzdušná obrana může být již připravena. v roce 2018.
Byly vybrány tři stroje, které budou fungovat jako mobilní platformy HEL. Spolu s obrněným vozidlem Boxer předvedl své vlastnosti upravený obrněný transportér M113 s laserem o výkonu 1 kW (Mobile HEL Effector Track V) a nákladní automobil Tatra 8x8 se dvěma 10kW lasery (Mobile HEL Effector Wheel XX).
Všechny tři laserové platformy
20 kW laser instalovaný na obrněném vozidle GTK Boxer se vyznačuje výkonným modulem HEL, jehož výhoda spočívá v principu modulární konstrukce. Rheinmetall říká, že Boxer dosud neměl laser s výkonem více než 20 kW, ačkoli kombinace více laserů pomocí technologie vyrovnání paprsku by mohla zvýšit jeho celkový výkon. Kromě toho lze kombinovat několik jednotek Boxer HEL a vytvořit systém s efektivním výkonem přes 100 kW.
Během demo testů provedených v roce 2013 posádka vozidla Boxer potvrdila možnosti laserové instalace HEL, čímž deaktivovala těžký kulomet instalovaný na pickupu, aniž by riskovala samotného střelce (foto níže). Kromě toho instalace v kamionu Tatra Mobile Effector Wheel XX ve spolupráci s radarovou stanicí Skyguard prokázala všechny fáze neutralizace bezpilotního letounu helikoptéry.
Neutralizace heliportů byla provedena pomocí radaru SkyGuard, který detekoval a identifikoval cíl. Dále od něj instalace HEL Boxer obdržela data, provedla hrubé a přesné sledování a poté zajala cíl ke zničení.
Laserový systém HEL MD společnosti Boeing má smlouvu s americkým velitelstvím raketové a vesmírné obrany
Mořský výzkum
Úřad pro výzkum a vývoj amerického námořnictva (ONR) testuje vlastní bojový laser v pevné fázi namontovaný na vozidle, označený jako Ground-Based Air Defense Directed Energy On-the-Move (GBAD OTM). Ve skutečnosti je tento systém vysoce výkonný laser namontovaný na taktickém vozidle a navržený tak, aby chránil expediční síly před nepřátelskými bezpilotními prostředky.
Vzhledem k rostoucímu šíření bezpilotních leteckých systémů americká námořní pěchota naznačuje, že bojové jednotky budou stále častěji nuceny bránit se proti protivníkům, kteří provádějí sledování a průzkum ze vzduchu.
Systém GBAD OTM je určen k instalaci na lehká taktická vozidla, jako jsou HMMWV a JLTV (Joint Light Tactical Vehicle). Podle ONR je program GBAD OTM zaměřen na vytvoření alternativy k tradičním systémům, které mohou zabránit námořní pěchotě před průzkumem nepřátel a útočit na drony. Komponenty systému GBAD OTM, včetně laseru, zaměřovacího zařízení paprsku, baterií, radaru, chladicího a řídicího systému, jsou společně vyvíjeny ONR, vývojovým střediskem námořních lodí Dahlgren Surface Weapons a několika průmyslovými podniky.
Cílem programu je spojit všechny tyto komponenty do jednoho komplexu, který bude dostatečně malý na to, aby jej bylo možné instalovat na lehká taktická obrněná vozidla, ale zároveň dostatečně silný, aby zvládl zamýšlené hrozby.
Široká aplikace
Během konference Sea-Air-Space 2015 ve Washingtonu vedoucí programů ochrany vojsk v ONR Lee Mastroiani v rozhovoru s reportéry vysvětlil, že lasery mohou účinně ničit hrozby napříč celým spektrem protivzdušné obrany, včetně rakety, dělostřelecké granáty, minometná munice, UAV, dopravní prostředky a IED. „Systém GBAD je však především určen k boji proti malým UAV, které představují hrozbu pro naše bojové jednotky.“
„Systém GBAD OTM se skládá ze tří hlavních komponent: 3osá radarová sledovací stanice, která identifikuje hrozbu; velitelská a řídicí jednotka, která identifikuje a rozhoduje o tom, jak neutralizovat hrozbu v případě použití raket nebo dělostřeleckých zbraní; a skutečná platforma s laserem."
Mastroiani poznamenal, že v případě programu GBAD je kladen důraz na vývoj vysoce výkonného laseru pro ničení UAV instalovaného na lehkém bojovém vozidle.
"Ve prospěch takového rozhodnutí existuje významný argument, který spočívá v tom, že takové hrozby jsou levné, to znamená, že použití drahých raket v tomto případě nezapadá do naší vize problému." Proto pomocí laseru, který stojí cent za puls, můžete bezpečně bojovat s levnými hrozbami pomocí levného zbraňového systému. Obecně je podstatou programu boj proti takovým cílům, a to i za pohybu, s cílem podpořit bojové operace námořní pěchoty. “
Podle Mastroianiho ONR použilo několik komponentů z demonstrační instalace LaWS (Laser Weapon System), kterou americké námořnictvo nainstalovalo na palubu lodi Ponce v Perském zálivu.
"Používáme princip předvídatelného vyhýbání se, některé z klíčových technologií a softwaru, ale existuje také mnoho dalších problémů," dodal Mastroiani. - Pokud jde o loď USS Ponce, je zde spousta místa a všeho ostatního, zatímco mám problém s hmotností, velikostí a charakteristikami spotřeby energie, když je třeba systém instalovat na lehké taktické vozidlo. Mám zařízení pro vedení paprsku, napájecí zdroj, chladicí systémy, navádění a určení cíle, a to vše by mělo fungovat ve shodě a bez „zástrček“, takže v tomto samostatném projektu je třeba vyřešit spoustu různých problémů. “
Podle ONR byly některé součásti systému použity při testech k detekci a sledování dronů různých velikostí a celý systém byl testován 10kW laserem, což je přechodné řešení při přechodu na 30kW laser. Plánuje se, že terénní testy systému 30 kW proběhnou v roce 2016, kdy program zahájí komplexní testy s cílem přejít od jednoduché detekce a sledování ke střelbě z lehkých vojenských vozidel.
