Laservapensystem är långt ifrån ett nytt koncept, men några betydande problem kvarstår i deras dagliga utveckling.
Enligt David James från University of Cranfield (Storbritannien) faller sådana system i två stora kategorier. Det första inkluderar vapen som är utformade för att koppla in scopes och andra optiska sensorer, medan det andra fokuserar på kampen mot okontrollerade missiler och drönare. System från den andra kategorin lockar mer och mer uppmärksamhet från militären, eftersom laservapen blir mer effektiva och energikällorna minskar i storlek. James noterade:
”Dessa system har ett antal fördelar. De erbjuder nästan oändlig ammunition … om strömförsörjningen fungerar, fortsätter lasersystemet att fungera. De är relativt enkla att använda, vilket innebär att processen med personalutbildning inte är för komplicerad."
Från hav till land
Som James noterade har det under de senaste decennierna gjorts ett betydande arbete på detta område, särskilt inom sjöfartssektorn, där ett antal program överväger möjligheten att använda lasrar för att bekämpa hot som marina UAV eller småbåtar.
Fartygsbaserade system var de första som dök upp, eftersom de har enkel åtkomst till en kraftkälla med hög effekt, medan ökningen av laservapnens effektivitet gör dem alltmer tillgängliga för markstyrkorna. Detta demonstreras tydligast av projektet från den amerikanska armén att skapa en prototyp och distribuera det första stridslasersystemet. System med en kapacitet på 50 kW kommer att installeras på fyra Stryker-pansarfordon år 2022 för att stödja uppgifterna för mobilt kortdistansluftförsvar, utpekat M-SHORAD (Maneuver-Short-Range Air Defense) för skydd av stridsbrigader från UAV: er, guidade missiler, artilleri och murbruk och flyghelikoptertyp.
"Nu är det dags att ta med det riktade energivapnet till slagfältet", säger Neil Thurgood, chef för den amerikanska arméns kontor för hypersonic, riktad energi och rymdvapen, under tilldelningen av kontraktet. - Armén inser behovet av riktade energilasrar, vilket föreskrivs i arméns moderniseringsplan. Detta är inte längre forskning eller demonstrationsaktivitet. Detta är en strategisk stridsförmåga och vi är på rätt väg som kommer att föra den direkt i händerna på soldaterna."
Som noterats av James kan sådan utveckling hjälpa till att fylla luckan i potentiella stridsförmågor, särskilt när det gäller UAV. När ett stort antal drönare dyker upp på slagfältet måste marktrupper kunna hantera hotet. För närvarande löses denna uppgift genom att skjuta handeldvapen och maskingevär från ett mycket nära håll, även om det är uppenbart att det är mycket svårt att genomföra riktad eld här. Ett kinetiskt alternativ skulle vara luft-till-luft-missiler. Men till skillnad från raketer är drönare mycket billigare att tillverka och driva.
”De ekonomiska fördelarna är att det inte är lönsamt för dig att använda missiler mot en svärm av drönare, eftersom missilerna då tar slut väldigt snabbt. Du måste behålla din raketarsenal för viktigare mål som flygplan eller helikoptrar."
En annan fördel med lasrar är deras hastighet.
"Eftersom" ammunitionen "rör sig med ljusets hastighet, i själva verket, om du till och med placerar strålen på målet, slår du drönaren … även om den korsar din siktlinje med en fruktansvärd hastighet, gör du helt enkelt rikta lasern mot fiendens plattform - och målet är ditt ".
Oavsett hotet
Craig Robin, chef för US Army's Directed Energy Project Office, håller med och tillägger att laservapensystem också är okänsliga för hot.
"De flesta material håller inte hög temperatur, om du fokuserar lasern på en gruva eller en drönare blir din inverkan dödlig."
Allt detta ger naturligtvis fördelar ur ekonomisk synvinkel, men samtidigt kan lasersystem minska mängden material och teknisk försörjning för militären.
”När det gäller kinetiska medel måste du göra raketer, du måste underhålla raketer, du måste skriva av dem. Detta gäller uppenbarligen inte för kraftförsörjda vapensystem, det vill säga de minskar den logistiska bördan avsevärt."
Robins kontor är en del av Army's Rapid Capabilities and Critical Technologies Office (RCCTO). Under Thurgoods ledning arbetar organisationen med att införliva ny teknik i experimentella utvecklingar som kan nå soldaterna. Riktad energi är huvudfokus för denna aktivitet.
I arbetet med M-SHORAD-lasern användes utvecklingen av det tidigare MHHEL-projektet (Multi-Mission High-Energy Laser), vilket också möjliggjorde installation av en 50 kW laser på Stryker-maskinen och produktion av en prototyp år 2021. RCCTO beslutade dock att utöka omfattningen av projektet, så fyra lasrar är för närvarande planerade att distribueras. I samarbete med huvudentreprenören Kord Technologies konkurrerar Raytheon och Northrop Grumman om detta projekt med sina M-SHORAD-prototyper.
RCCTO är involverad i andra riktade energiprojekt. Huvudbetoningen ligger på skydd mot indirekt eld, som kommer att tillhandahållas av vapensystemet installerat på Stryker -fordonet. Detta projekt, som kallas indirekt brandskyddskapacitet-högenergilaser, är en vidareutveckling av programmet High-Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator för att flytta från ett 100 kW-system till en 300 kW-laser och leverera det till trupperna år 2024.
Armén installerade tidigare en 10-kW laser på Stryker-maskinen som en del av MEHEL (Mobile Experimental High-Energy Laser) -projektet, som låg till grund för arbetet med M-SHORAD.
Beslutet att öka kraften i vapnen baserades på den framgångsrika utvecklingsprocessen. Som Robin förklarade, "När det gäller teknikmognad har branschinvesteringar bidragit till att påskynda hela processen och uppnå goda resultat."
Fiberoptik
Scott Schnorrenberg från Kord Technologies sa att det har skett från solid-state lasrar till spektralt kombinerade fiberanordningar, "som är betydligt effektivare och har minskad storlek." Han tillade att uppenbara framsteg inom högkapacitetsbatterier, kraftgenerering och värmehanteringssystem spelar en stor roll, så att mycket kraftfulla lasersystem kan installeras på relativt små stridsfordon.
Kord fokuserar för närvarande på utvecklingen av tekniken i FoU -fasen och dess användning i prototyputveckling och efterföljande produktionsprodukter. Schnorrenberg pekade också på laserns logistiska fördelar och noterade att "de också är utrustade med kraftfulla sensorer för att tillhandahålla ytterligare informationsinsamling och inriktningskapacitet på slagfältet." Han anser att efter utplacering av system för M-SHORAD-projektet och andra program, bör omfattningen av lasrar expandera under de kommande åren.
”Du ser att lasrar utvecklas snabbt, expanderar till andra plattformar och utökar utbudet av uppdrag de kan utföra, till exempel bortskaffande av explosiva munstycken, motåtgärder mot spaningsresurser, precisionsinriktning, koncentrerad strålningskraft och höghastighetsdataöverföring. Det expanderande utbudet av potentiella mål kommer utan tvekan att bidra till en ökning av utbudet av grundläggande plattformar på vilka lasersystem kommer att installeras."
Evan Hunt, chef för High Power Lasers på Raytheon, noterade också möjligheten till målspårning med lasersystem.
”Med ett knapptryck efter att ha identifierat en drönare som ett hot kan du direkt skjuta ner den, och det blir en så kortvarig process där drönaren börjar falla samtidigt som knappen trycks in. Detta är ett revolutionerande sätt att träffa mål i jämförelse med traditionell ammunition, som mycket väl kan missa och flyga i bitar i olika riktningar."
"Vi pratar om en ny typ av teknik som gör det möjligt att helt oberoende upptäcka, spåra, identifiera och engagera mål på ett sätt som potentiellt kan användas även i relativt nära industri- eller bostadsområden utan att orsaka stor förstörelse."
Skjuter ner drönare
Tillsammans med deltagande i M-SHORAD-projektet ägnar Raytheon särskild uppmärksamhet åt utvecklingen av laservapen för att bekämpa små drönare, i synnerhet i sitt koncept om en "laser dune buggy"-en kraftfull laser i kombination med en multispektral syn egen design, installerat på ett terrängfordon Polaris MRZR.
Systemet tillverkas för det amerikanska flygvapnet och leverans av tre plattformar är planerad till 2020. I slutet av samma år kommer dessa tre mobila enheter att distribueras utomlands för operativ utvärdering.
Raytheon sköt ner mer än 100 drönare från sin vagn under många flygvapen- och militära shower. Flygvapnet kan använda systemet för ett antal uppgifter, till exempel kan bilen parkeras vid slutet av landningsbanan för att fastna eller förstöra oönskade UAV: er som kommer in i luftrummet. Hunt noterade:
”Lasrar har verkligen visat sig vara det mest exakta och effektiva sättet att direkt slå drönare. Med den "magiska kombinationen" av egenskaper kan du tyst och diskret inaktivera flera drönare samtidigt på ett mycket exakt och billigt sätt, så de är inte lika destruktiva som kinetiska vapen."
Innan laservapen går i tjänst i betydande mängder är det nödvändigt att lösa ett antal brådskande uppgifter. Robin noterade att lasern i sig är en av tre viktiga element i vapeninstallationen, tillsammans med en strålkontroller som exakt riktar strålen till hotet och följer med den, och ett delsystem för att generera och hantera energi. Det senare delsystemet bör vara tillräckligt kompakt för installation i fordon, men i detta fall kan utvecklingen från fordonssektorn dra nytta av, särskilt utvecklingen av batterisystem, vilket bidrog till den snabba utvecklingen av elfordon. "Du vill köra din elbil med samma hastighet under en längre tid, vilket liknar mycket hur du vill att en laser ska fungera", fortsatte Hunt. "Kraven för denna teknik och lasrar är liknande och överlappar här."
Enligt James är minskningen av storleken på strömförsörjningssystemen den begränsande faktorn. Han förväntar sig att den amerikanska armén och dess partners kommer att möta utmaningarna med att placera sådan utrustning i Stryker. Dessutom noterade han att inte alla mål i M-SHORAD-systemet är desamma och det finns frågor om vilken skada som krävs för olika typer av plattformar.
”Om det här bara är drönare som du jagar, så begränsar det utbudet av mål i den meningen, minskar utbudet av material som de är gjorda av. Om det är en mycket stor drönare kan det vara värt att använda en luft-till-luft-missil."
Å andra sidan, enligt James, är räckvidden den viktigaste faktorn att tänka på: ju mer avstånd du vill orsaka skada, desto mer kraft behövs. Han märkte att atmosfären är full av olika partiklar som sprider ljus, det vill säga att det aldrig kommer att finnas hundra procent ljusöverföring. På ett avstånd av en kilometer kan atmosfären vara 85% permeabel, det vill säga att 15% av ljuset inte når målet. På ett avstånd av mer än 5 km kan förlusterna vara 50%, "det vill säga att hälften av fotonerna helt enkelt går förlorade, laserstrålen förlorar sin styrka och når inte målet."
Lär dig slåss
"Den främsta utmaningen för militära användare kommer att vara träning i att hantera en växande uppsättning mål", säger Chris Frye, chef för närluftförsvar på Northrop Grumman, även om han noterade att de går bort från experimentella teknologidemonstrationer och övergår till verklig exploatering. av en soldat. "Tillåter att anta, anpassa och förbättra tekniken." Utöver M-SHORAD-projektet har Northrop Grumman arbetat med den amerikanska armén på ett antal andra riktade energiprogram, samt med marinens FoU-kontor, DARPA, Air Force Laboratory och andra kunder.
"Fokus ligger på att bygga komplexa bassystem", tillade Fry.”Det här handlar inte bara om lasern utan om hela systemet: radar, kommando- och styrsystem, nätverk, plattform, generation och effektstyrning. Den maximala effektiviteten för alla dessa komponenter och hur de fungerar tillsammans är viktigt för att maximera systemets potential.”
Northrop Grumman sa att även om vikten, storleken och strömförbrukningen för system har minskat avsevärt under det senaste decenniet, förväntar de sig att påskynda denna process under de kommande åren. Dessutom har lasersystemets förmåga att spåra hot och "hålla fotoner på målet så länge som det är nödvändigt för att ge önskad effekt" väsentligt ökat.
Skapande
Schnorrenberg sa att den största utmaningen just nu är produktionsbegränsningar. På grund av det begränsade antalet lasersystem som hittills utvecklats är produktionsbasen outvecklad, det vill säga att de viktigaste komponenterna fortfarande måste slutföras för stora volymproduktionsscenarier.
"Den amerikanska regeringen investerar i tillverkningsanläggningar för att lösa detta problem," tillade han. "I slutändan kommer industrin så småningom att tillhandahålla de verkställande mekanismerna för att utveckla denna bas."
Detta är nyckeln till den amerikanska arméns målsättning för M-SHORAD-programmet. I kontraktsmeddelandet noterades att valet av Northrop Grumman och Raytheon "kommer att främja konkurrens och stimulera den industriella grunden för riktade energisystem."
James hoppas att lasern kommer att utvecklas som ett krigsvapen på sitt eget sätt under de kommande åren. Även om han tvivlar på att lasrar kommer att fungera som helt separata system, tror han att de säkert kommer att bli ett betydande tillskott till andra vapen. Det är osannolikt att luftvärnssystem, till exempel, kommer att bestå av lasrar ensam, men de kommer att bli en del av ett bredare system som kommer att omfatta missiler. Dessutom, för att bekämpa mål på ultrakorta avstånd, kommer militären med största sannolikhet att vilja lämna en separat soldat.
"Kanske kommer lasrar för alltid att vara en del av kärnsystemet."
"För att göra lasrar riktigt effektiva och mer användbara för den amerikanska militären måste deras kostnader sjunka", sade Robin. All teknik som kommer från en nischmarknad kommer dock att spela en mer framträdande roll över tiden.
"I takt med att prototyper och demonstrationstester växer i antal - inte bara inom det militära utan även i andra typer av de väpnade styrkorna - kommer vi snart att bevittna en expansion av denna marknad och en minskning av kostnaden för laservapensystem."
