När det amerikanska försvarsdepartementet i maj i år beslutade att skicka en Patriot -division till Mellanöstern för att motverka vad det kallar Irans ökade hot, satte det in personal som redan var för sliten av periodiska rotationer.
"När det gäller missilförsvar har vi i Mellanöstern regelbundet mött detta problem långt före denna utplacering", sa dåvarande biträdande ministern till journalister och noterade att Patriot-enheter hade en plikt-till-vila-kvot på mindre än 1: 1 i maj. I början av året var det totala strids- och viloläget cirka 1: 1, 4, medan kommandot satte upp ett mål för att uppnå ett 1: 3 -förhållande.
Medan den amerikanska armén letar efter sätt att minska antalet kontinuerliga tvåskiftade rotationer och öka stridsberedskapen, står en lika angelägen fråga på dagordningen om hur den framtida kombinationen av kinetiska och icke-kinetiska vapen kommer att påverka dess strid behov.
”Om du måste slåss mot en nästan lika motståndare kommer Patriot att vara effektiv, men i slutändan kan det försvaga eller neutralisera hotet? Kanske inte. Därför kommer du med tiden att se nya möjligheter som kommer att införas i vår missilförsvararsenal,”
- sa han och tillade att framtida stora investeringar i utvecklingen av riktade energivapen kan förändra arméns taktiska modell.
"Annars kommer du att fortsätta ackumulera Patriot -batterier och försöka bekämpa fler och fler hot."
Pentagon har jaktat på riktad energiteknik i årtionden och det verkade ofta som att fågeln redan var i en bur. Många amerikanska militärer tror att situationen i dag har förändrats radikalt, och de senaste framstegen inom detta område ger landets väpnade styrkor hopp om en tidig implementering av riktiga vapensystem för olika stridsuppdrag.
Även om Pentagon till synes är optimistiskt inför distributionen av riktade energisystem inom en snar framtid, särskilt högeffektlasrar, finns det många olösta problem. Från skillnader i taktiska och strategiska kapacitet till frågor relaterade till skalbarhet eller skalbarhet för lasrar och finansiering för konkurrerande projekt, har militären mycket att övervinna.
Ändrade behov
Det har gått nästan sex decennier sedan lasern introducerades, och under större delen av den tiden har försvarsdepartementet letat efter sätt att utveckla denna teknik med målet att skapa nästa generations vapen. För luftvärnsstyrkorna lovar sådana system en lägre kostnad per nederlag och samtidigt en minskning av ammunitionskonsumtionen. Till exempel, om Kina skjuter upp många billiga missiler mot ett amerikanskt skepp, så kan i teorin en kraftfull laser användas för att rikta och förstöra dem.
Dr Robert Afzal, en ledande laserteknologspecialist på Lockheed Martin, anser att två faktorer hittills har förhindrat implementering av laserteknik: Försvarsdepartementets första vikt vid utvecklingen av strategiska vapen och dess underutveckling.
Tidigare har militären fördelat medel för riktad energiforskning på projekt som det nu stängda YAL-1 Airborne Laser-programmet, som drivs gemensamt av US Air Force och Missile Defense Agency. Som en del av detta initiativ installerades en kemisk laser på ett modifierat Boeing 747-400F-flygplan för att fånga upp ballistiska missiler under accelerationsfasen.
"På den tiden låg tyngden alltid på strategisk konfrontation, vilket krävde mycket stora och mycket kraftfulla lasersystem." Idag har spridningen av obemannade flygbilar och småbåtar bidragit till en delvis förskjutning av Pentagons kortsiktiga betoning på taktiska system. Detta hjälper militären att gradvis skala upp vapensystem med sikte på att hantera nya hot.
I april 2019 hölls en diskussion vid Brookings Institution i Washington om denna fråga. "Jag har en liten vision om kortsiktiga och medellånga siktutsikter för riktad energi,"
- noterade institutets seniorforskare.
”Direkt energi kan tydligen hjälpa oss i en mycket, mycket specifik taktisk miljö. Tanken att skapa en tillräckligt stor laser för att tillhandahålla ett territoriellt missilförsvarssystem är ganska orealistiskt, medan skyddet av ett specifikt fordon med ett aktivt system är lite mer realistiskt."
Den dåvarande sekreteraren för den amerikanska armén noterade att framsteg inom riktad energi var "längre än du kan föreställa dig", och arméns beslut att återupprätta ett manövrerbart luftförsvarssystem för dess tunga enheter gör det möjligt att sätta in nya laservapen.
”Baserat på befintliga och nya hot är detta en riktigt stor sak för oss. När det gäller vart tekniken går, är vi nära att äga ett driftsättbart system som kan skjuta ner drönare, små plan och liknande föremål."
Tekniska hinder
För att skapa lasersystem med hög effekt som kan skjuta ner drönare behövs teknik i det bredaste spektrumet. Förutom basplattformen används en radar för att upptäcka lufthot och olika sensorer för att låsa ett mål. Därefter spåras målet, riktningspunkten bestäms, lasern aktiveras och håller strålen vid denna punkt tills UAV drabbas av oacceptabel skada.
Under årtionden har forskarna som utvecklar dessa lasrar kunnat testa ett antal koncept, inklusive massiva investeringar i kemiska vapen, innan de flyttar fokus till skalning av fiberlasrar.
"Fördelen med fiberlasrar är att du kan passa dessa lasrar i en mycket mindre storlek,"
- sade under ett möte med reportrar direktören för Office of DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).
YAL-1 ABL-systemet använde till exempel en högenergisk kemisk syre-jodlaser och även om det framgångsrikt avlyssnade ett testmål 2010, upphörde utvecklingen efter nästan 15 års finansiering. Vid det tillfället ifrågasatte då försvarsminister Robert Gates offentligt ABL: s operativa beredskap och kritiserade dess effektiva intervall.
En av nackdelarna med kemiska lasrar är att lasern slutar fungera när kemikalier konsumeras.”I det här fallet har du en begränsad butik, och målet har alltid varit att skapa en laser som går på el. När allt kommer omkring, så länge du har möjlighet att generera el på din plattform, antingen genom en inbyggd generator eller ett batteri, kommer din laser att fungera, säger Afzal.
Under de senaste åren har försvarsdepartementet ökat investeringarna i utvecklingen av en elektrisk fiberlaser, men har också mött allvarliga utmaningar, särskilt i utvecklingen av en laser med minskad vikt, storlek och strömförbrukningsegenskaper.
Tidigare, varje gång utvecklare försökte öka effekten hos en fiberlaser till den nivå som var nödvändig för stridsuppdrag, byggde de lasrar av stora storlekar, vilket i synnerhet skapade problem med överdriven värmegenerering. När lasersystemet genererar en stråle genereras också värme, och om systemet inte kan avleda det från installationen börjar lasern överhettas och strålens kvalitet försämras, vilket innebär att strålen inte kan fokusera på mål och laserns effektivitet minskar.
När militären strävar efter att öka kraften hos elektriska lasrar, samtidigt som ökningen av systemens vikt, storlek och energiförbrukning begränsas, kommer effektiviteten framåt; ju högre elektrisk effektivitet, desto mindre energi behövs för att driva och kyla systemet.
En talesman för den amerikanska armén som arbetar med högeffektlasrar sa att även om generatorer vanligtvis kan driva 10 kW -system utan problem, startar problemen när lasersystemets effekt ökar. "När stridslasarens effekt ökas till 50 kW eller mer måste unika energikällor, till exempel batterier och liknande system, redan användas."
Till exempel, om du tar ett 100 kW lasersystem, som har en verkningsgrad på cirka 30%, behöver det 300 kW effekt. Men om plattformen på vilken den är installerad genererar endast 100 kW kraft behöver användaren batterier för att täcka skillnaden. När batterierna är urladda slutar lasern att fungera tills generatorn laddar upp dem igen.
"Systemet måste vara extremt effektivt, utgående från energiproduktionen och dess vidare omvandling till fotoner, som är riktade mot målet,"
- sa representanten för Lockheed Martin -företaget.
Under tiden sa Rolls-Royce LibertyWorks att det har arbetat i över ett decennium för att integrera ett kraft- och värmekontrollsystem som kan användas i högeffektslasersystem och har nyligen "gjort betydande tekniska genombrott."
Rolls-Royce sa att genombrotten inkluderar områden som "elektrisk kraft, värmehantering, temperaturkontroll och övervakning, omedelbar energitillgänglighet och verksamhetskontinuitet." De tillade att tester av systemet på kundens webbplats kommer att börja i slutet av detta år, och om de är framgångsrika kan det bli möjligt att tillhandahålla modulära integrerade lösningar för kraftreglering och värmeavlägsnande för armé- och marinprogram.
Letar efter lösningar
DARPA och MIT: s Lincoln Laboratory har framgångsrikt utvecklat en liten, kraftfull fiberlaser som demonstrerades i oktober i år. De vägrade dock att klargöra detaljerna i detta projekt, inklusive effektnivån.
Medan militären och företagen har rapporterat konsekvent framgång i utvecklingen av militära lasrar, sa Afzal att Lockheed Martins ansträngningar att ta itu med några av de tekniska utmaningarna inkluderar "en spektralstrålefusionsprocess som påminner något om omslaget till albumet Dark Side of the Moon.. "av Pink Floyd".
”Jag kan inte göra en 100 kW fiberlaser om det finns skalproblem. Genombrottet möjliggjordes av möjligheten att expandera fiber med hög effektfiber med laserkombination snarare än att bara försöka bygga ett större, mer kraftfullt lasersystem."
”Laserstrålar från flera lasermoduler, var och en med en specifik våglängd, passerar genom ett diffraktionsgaller som ser ut som ett prisma. Om alla våglängder och vinklar är korrekta inträffar inte ömsesidig absorption, utan inriktningen av våglängder i en strikt sekvens efter varandra, vilket resulterar i att kraften växer proportionellt, förklarar Afzal. - Du kan skala laserns effekt genom att lägga till moduler eller öka effekten för varje modul, utan att försöka bygga en enorm laser. Det är mer parallell dator än en superdator."
Tillsammans
Mycket uppmärksamhet ägnas åt potentialen för högeffektlasrar, men samtidigt ser den amerikanska militären och industrin potentialen att använda mikrovågsfrekvenser med hög effekt för att skjuta ner svärmar av drönare eller kombinera dem med lasrar.
"Konsolidering av teknik kan vara en bra lösning", säger general Neil Thurgood från Office of Critical Technology till journalister. - Det vill säga att du kan slå många föremål med en laser. Men jag kan träffa fler mål med två lasrar, jag kan träffa fler mål med lasrar och mikrovågor med hög effekt. Arbetet inom detta område har redan börjat."
Raytheons styrda energisexpert Don Sullivan talade för sin del om arbetet i denna riktning. I synnerhet sa han att Raytheon har kombinerat en högeffektslaser med ett multispektralt siktsystem i ett Polaris MRZR-fordon, samtidigt som han utvecklat ett högeffekts mikrovågssystem som är monterat i en fraktbehållare. Raytheon demonstrerade denna teknik separat under Arméns Maneuver Fires Integrated Experiment (MFIX) 2017, och arbetade tillsammans under 2018 under tester som utfördes av US Air Force vid White Sands Proving Grounds.
Sullivan sa att lasersystemet användes för att skjuta ner drönare som flyger över långa avstånd, medan kraftfulla mikrovågor användes för att skydda närfältet och motverka attacker från svärm UAV.
"Naturligtvis ser och förstår flygvapnet den komplementära karaktären hos båda teknikerna när det gäller att utföra inte bara motdrönarmissioner utan även andra uppdrag."
I flottan
När det gäller mass-, volym- och energifrågor har krigsfartyg med sin stora storlek en klar fördel jämfört med mark- och flygplattformar här, vilket gjorde att sjöpersonal kunde starta flera projekt samtidigt.
Marinen arbetar med Navy Laser Family of Systems (NLFoS), ett initiativ för att implementera högeffektiva marinlasersystem inom en snar framtid. Detta marininitiativ inkluderar: Solid-State Laser Technology Maturation (SSL-TM) -program; RHEL (Ruggedized High Energy Laser) 150 kW högenergilaser; optisk bländande laser Optisk bländande interdiktor för förstörare av Arleigh Burke -projektet; och projektet High Energy Laser och Integrated Optical-bländare med övervakning (HELIOS).
Enligt en Congressional Research Service-rapport implementerar marinen också High Energy Laser Counter-Anti-Ship Cruise Missile Program (HELCAP), som lånar NLFoS-teknik för att utveckla avancerade laservapen för att bekämpa kryssningsmissiler mot fartyg.
HELIOS -programmet syftar till att förse ytkrigsfartyg och andra plattformar med tre system: en 60 kW laser; långdistansövervakning, spanings- och informationsinsamlingsutrustning och en blindningsanordning för att motverka UAV. Till skillnad från andra lasrar som testats på US Navy -fartyg, som är installerade på fartyg som ytterligare system, kommer HELIOS att bli en integrerad del av fartygets stridsystem. Aegis vapensystem kommer att ge brandkontroll för standardmissiler tillsammans med riktning och riktning av lämpliga vapen.
I mars 2018 fick Lockheed Martin ett kontrakt på 150 miljoner dollar (med ytterligare 943 miljoner dollar i optioner) för att designa, tillverka och leverera två system i slutet av 2020. Under 2020 planerar flottan att göra en analys av HELIOS -projektet för att säkerställa att det uppfyller kraven.
Kongressens servicerapport konstaterar att integreringen av lasrar på fartyg potentiellt ger många fördelar: kortare kontakttid, förmågan att hantera aktivt manövrerande missiler, korrekt inriktning och korrekt respons, allt från varningsmål till reversibelt störning av deras system. Det noteras dock att potentiella begränsningar kvarstår.
Enligt rapporten inkluderar dessa begränsningar: endast siktning avfyrning; problem med atmosfärisk absorption, spridning och turbulens; termisk spridning, när lasern värmer upp luften, vilket kan defokusera laserstrålen; komplexiteten i att avvärja svärmattacker, träffa härdade mål och elektroniska undertryckningssystem; och risken för säkerhetsskador på flygplan, satelliter och människosyn.
De potentiella nackdelarna med högavkastande laservapen som lyfts fram i rapporten är inte unika för marinen, och andra grenar av de väpnade styrkorna har också liknande problem.
Marine Corps (ILC) förtydligade för sin del taktiken, metoderna och metoderna för att bekämpa användningen av Boeing CLWS (Compact Laser Weapon System) lasersystem, som är installerat i en transportbehållare.
En talesman för Boeing sa att den tänker uppgradera CLWS -systemet och öka kapaciteten från 2 kW till 5 kW. Därigenom noterade han att ökningen av kraft skulle minska tiden det tar att skjuta ner små drönare.”Marinen vill ha ett mycket snabbt system som kan leverera den kapacitet det vill ha. De håller på att kontrollera egenskaperna hos dessa system, och därför har de gett oss ett kontrakt för deras modernisering och kapacitetsökning."
Lust att investera
Armékommandot under första halvåret i år var engagerat i att definiera nuvarande riktade energiprogram och utveckla en långsiktig plan för att överföra projekt från utvecklingsstadiet till stadiet av praktisk stridsanvändning.
Som en del av denna aktivitet fick general Turgud 45 dagar på sig att klargöra och samla alla aktuella projekt i ett enda register. Detta kan leda till att några av dem kommer att avvisas.”När vi väl etablerade Critical Technologies Office gjorde jag en särskild insats för att hitta alla konkurrerande riktade energiprojekt. Alla arbetar med det som kallas riktad energi, och jag försöker förstå vad det egentligen betyder och vad som egentligen pågår där”, sa Thurgood vid utfrågningarna i kommittén för de väpnade styrkorna.
I slutet av maj godkände armékommandot en omfattande plan, som ger ökade investeringar och snabbare utveckling av laser- och mikrovågsteknik i olika arméprojekt. Under en presskonferens meddelade Thurgood att armén har beslutat att påskynda MMHEL (Multi-Mission High Energy Laser) -programmet, där 50 kW-lasrar kommer att installeras på Stryker-pansarfordon som en del av ett kortdistansluftförsvarssystem. Om allt går enligt planerna kommer armén att ha antagit fyra fordon med lasersystem i slutet av 2021.
Det är ännu inte klart vilka initiativ som kommer att slås samman eller stängas, men Thurgood sa att detta säkert kommer att hända ändå.”Vissa människor arbetar med, säg, en 150 kW laser som så småningom kommer att installeras på en lastbil och släpvagn eller fartyg. Vi behöver inte vårt eget 150 kW laserprogram, vi kan kombinera sådana projekt tillsammans, påskynda denna process och spara resurser för vårt land."
Ett antal riktade energinitiativ finns under tiden kvar i arméns portfölj. Till exempel använde armén MEHEL (Mobile Experimental High Energy Laser) laser för att påskynda utvecklingen av lovande lasersystem och för att utarbeta taktik, metoder och principer för stridsanvändning i samband med driften av sådana system. Enligt MEHEL -projektet installerade armén en Stryker på maskinen och testade lasrar med en effekt upp till 10 kW.
I maj 2019 meddelade gruppen som leds av Dynetics att man hade valt att utveckla ett 100 kW vapensystem och installera det på FMTV (Family of Medium Tactical Vehicles) lastbilar under programmet för utveckling av en demonstrationsmodell av en högeffekt HEL laserinstallation TVD (High Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator). Detta genomförs som en del av arméns arbete med riktade energivapen utformade för att bekämpa missiler, artilleri och mördar, samt drönare.
Under ett treårigt kontrakt på 130 miljoner dollar bildades ett trepartsteam (US Army, Lockheed Martin och Rolls-Royce) för att förbereda en kritisk projektgranskning som kommer att avgöra den slutliga laserdesignen, sedan tillverka systemet och installera det på en FMTV -lastbil. 6x6 för fältprovning vid White Sands Missile Range 2022.
Trion planerar att öka effekten hos Lockheed Martins fiberlaser, för vilken Rolls-Royce utvecklar ett kraftsystem. Samtidigt avböjde Rolls-Royce att avslöja om den kommer att använda sitt nya integrerade energihanterings- och värmeväxlingssystem.
År 2018 meddelade armén att den arbetade separat med Lockheed Martin för att utrusta drönare med en kraftfull mikrovågsraket för att skjuta ner andra drönare. Under ett kontrakt på 12,5 miljoner dollar kommer duon att utveckla ett luftburet anti-drone-system. Potentiella UAV -nyttolaster kommer att innefatta explosiva enheter, nätverk och mikrovågsinstallationer.
Direktören för DARPA -kontoret berättade dock för journalister att trots framstegen inom riktad energi är militären fortfarande långt ifrån att integrera teknik i flygplanet, och därför kommer fartyg och markfordon sannolikt att bli de första grundläggande plattformarna.
I skyn
USA: s flygvapen genomför också riktade energiprojekt, inklusive de som utvecklats under prototypprogrammet SHiELD ATD (Self-Protect High Energy Laser Demonstrator-Advanced Technology Demonstrator), som möjliggör installation av ett litet högeffektslasersystem på flygplan för att skydda mot missiler, klass "jord-till-luft" och "luft-till-luft".
Tidigare i år meddelade Air Force Research Laboratory att det hade uppnått tillfälliga framgångar när det använde ett marktestprov för att skjuta ner flera missiler. Allt eftersom tekniken utvecklas planerar US Air Force att göra systemet mindre och lättare och anpassa det för flygplan.
Den mer ambitiösa planen för Pentagon och Missile Defense Agency är en tillbakablick till president Ronald Reagans strategiska försvarsinitiativ, även känt som Star Wars, som teoretiskt kräver användning av laservapensystem i rymden.
I januari i år publicerade Trump-administrationen en efterlängtad missilförsvarsöversyn, som hyllade Anti-Ballistic Missile Agency: s arbete med att utveckla riktade energivapen för att fånga upp ballistiska missiler i boostfasen. År 2017 utfärdade myndigheten till exempel en begäran om information om långdistansdronor med hög höjd som skulle ha nyttolastkapacitet för att installera kraftfulla lasrar för att förstöra ICBM i boostfasen. Begäran om förslag, utfärdat 2017, föreskriver att drönaren kommer att flyga på minst 19 000 meters höjd, ha en nyttolastkapacitet på minst 2 286 kg och en tillgänglig effekt från 140 kW till 280 kW. För att skapa en lovande installation för sådana drönare arbetar byrån med Boeing, General Atomics och Lockheed Martin för att undersöka möjligheten att implementera högeffektiv laserteknik ombord på UAV.
"När det gäller oss lägger vi en särskild tonvikt på fångst, spårning och inriktning,"
- sa representanten för Boeing -företaget.
”Det här är verkligen våra kärnkompetenser, som vi har utvecklat under arbetet med kemiska lasrar. Boeing har visat detta i alla sina system och har visat att du med hjälp av befintlig teknik kan skapa ett kompakt, mycket effektivt system för förvärv, spårning och inriktning och integrera det sömlöst i valfri laserenhet och därigenom öka dess kapacitet avsevärt."
