Tidigare har vi undersökt hur lasertekniker utvecklas, vilka laservapen som kan skapas för användning för flygvapnen, markstyrkorna och luftförsvaret och flottan.
Nu måste vi förstå om det är möjligt att försvara sig mot det, och hur. Det sägs ofta att det räcker att täcka raketen med en spegelbeläggning eller polera projektilen, men tyvärr är allt inte så enkelt.
En typisk aluminiumbelagd spegel reflekterar cirka 95% av den infallande strålningen, och dess effektivitet är starkt beroende av våglängden.
Av alla material som visas i grafen har aluminium den högsta reflektansen, vilket inte alls är ett eldfast material. Om spegeln värms upp något när den utsätts för lågeffektsstrålning, och när kraftig strålning träffas blir materialet i spegelbeläggningen snabbt oanvändbart, vilket leder till en försämring av dess reflekterande egenskaper och ytterligare lavinliknande uppvärmning och förstörelse.
Vid en våglängd på mindre än 200 nm sjunker speglarnas effektivitet kraftigt; mot ultraviolett eller röntgenstrålning (fri elektronlaser) fungerar sådant skydd inte alls.
Det finns experimentella konstgjorda material med 100% reflektivitet, men de fungerar bara för en viss våglängd. Speglar kan också täckas med speciella flerlagersbeläggningar som ökar deras reflektivitet upp till 99,999%. Men den här metoden fungerar också för endast en våglängd och infaller i en viss vinkel.
Glöm inte att driftförhållandena för vapen är långt ifrån laboratorier, d.v.s. spegelraketen eller projektilen måste lagras i en behållare fylld med en inert gas. Den minsta dis eller fläck, till exempel från handavtryck, kommer omedelbart att försämra spegelns reflektivitet.
Om du lämnar behållaren utsätts spegelytan omedelbart för miljön - atmosfär och värme. Om spegelytan inte är täckt med en skyddsfilm, kommer detta omedelbart att leda till en försämring av dess reflekterande egenskaper, och om den är belagd med en skyddande beläggning, kommer den själv att försämra de reflekterande egenskaperna hos ytan.
Sammanfattningsvis noterar vi att spegelskydd inte är särskilt lämpligt för skydd mot laservapen. Och vad passar då?
Till viss del hjälper metoden att "smeta ut" laserstrålens termiska energi över kroppen genom att tillhandahålla flygplanets (AC) rotationsrörelse runt sin egen längdaxel. Men denna metod är endast lämplig för ammunition och i begränsad utsträckning för obemannade flygbilar (UAV), i mindre utsträckning kommer den att vara effektiv när laser bestrålas in i skrovets framsida.
På vissa typer av skyddade föremål, till exempel på glidbomber, kryssningsmissiler (CR) eller antitankstyrda missiler (ATGM) som angriper ett mål när de flyger uppifrån, kan denna metod inte heller tillämpas. Icke-roterande är för det mesta murbrukgruvor. Det är svårt att samla in data om alla icke-roterande flygplan, men jag är säker på att det finns många av dem.
I vilket fall som helst kommer rotationen av flygplanet endast att minska effekten av laserstrålning på målet något, eftersomvärmen som överförs av den kraftfulla laserstrålningen till kroppen kommer att överföras till de inre strukturerna och vidare till alla komponenter i flygplanet.
Användningen av rök och aerosoler som motåtgärder mot laservapen är också begränsad. Som redan nämnts i artiklarna i serien är användning av lasrar mot markbaserade pansarfordon eller fartyg endast möjlig när den används mot övervakningsutrustning, till vars skydd vi återkommer senare. Det är orealistiskt att bränna skrovet på ett infanteri stridsfordon / tank eller ytfartyg med en laserstråle inom överskådlig framtid.
Naturligtvis är det omöjligt att tillämpa rök- eller aerosolskydd mot flygplan. På grund av flygplanets höga hastighet blåses rök eller aerosol alltid tillbaka av det mötande lufttrycket, i helikoptrar blåses de bort av luftflödet från propellern.
Således kan skydd mot laservapen i form av sprayade ångor och aerosoler krävas endast på lätt pansrade fordon. Å andra sidan är tankar och andra pansarfordon ofta redan utrustade med standardsystem för att sätta upp rökskärmar för att störa fångst av fiendens vapensystem, och i detta fall, när de utvecklar lämpliga fyllmedel, kan de också användas för att motverka laservapen.
När det gäller skyddet för rekognoseringsutrustning för optisk och termisk avbildning kan det antas att installation av optiska filter som förhindrar passage av laserstrålning med en viss våglängd endast kommer att vara lämpligt i början av skyddet mot lågeffektlaservapen, av följande skäl:
- i drift kommer att finnas ett stort utbud av lasrar från olika tillverkare som arbetar med olika våglängder;
- ett filter som är utformat för att absorbera eller reflektera en viss våglängd, när det utsätts för kraftig strålning, kommer sannolikt att misslyckas, vilket antingen kommer att leda till laserstrålning som träffar de känsliga elementen eller att själva optiken misslyckas (grumling, bildförvrängning);
- vissa lasrar, i synnerhet den fria elektronlasern, kan ändra arbetsvåglängden över ett brett intervall.
Skydd av optisk och termisk bildspaningsutrustning kan utföras för markutrustning, fartyg och flygutrustning, genom att installera höghastighetsskydd. Om laserstrålning detekteras bör skyddsskärmen täcka linserna på en bråkdel av en sekund, men även detta garanterar inte frånvaro av skador på de känsliga elementen. Det är möjligt att den utbredda användningen av laservapen över tiden kommer att kräva åtminstone dubblering av spaningsresurser som verkar inom det optiska området.
Om installationen av skyddsskärmar och duplicering av optisk och termisk bildspaning på stora bärare är ganska genomförbar, så är det mycket svårare att göra på högprecisionsvapen, särskilt kompakta. För det första skärps vikt- och storlekskraven för skydd avsevärt, och för det andra kan effekten av högeffekts laserstrålning även med en sluten slutare orsaka överhettning av komponenterna i det optiska systemet på grund av den täta layouten, vilket leder till delvis eller fullständig störning av dess verksamhet.
Vilka metoder kan användas för att effektivt skydda utrustning och vapen mot laservapen? Det finns två huvudsakliga sätt - ablativt skydd och konstruktivt värmeisolerande skydd.
Ablationsskydd (från latin ablatio - borttagning, överföring av massa) är baserat på avlägsnande av ett ämne från ytan av det skyddade föremålet med en ström av het gas och / eller på omstruktureringen av gränsskiktet, som tillsammans väsentligt minskar värmeöverföringen till den skyddade ytan. Med andra ord går den inkommande energin åt till uppvärmning, smältning och avdunstning av det skyddande materialet.
För närvarande används ablativt skydd aktivt i nedstigningsmoduler för rymdfarkoster (SC) och i jetmotorns munstycken. De mest använda är förkolningsplaster baserade på fenol, organosilikon och andra syntetiska hartser som innehåller kol (inklusive grafit), kiseldioxid (kiseldioxid, kvarts) och nylon som fyllmedel.
Ablationsskydd är engångs, tungt och omfattande, så det är ingen mening att använda det på återanvändbara flygplan (läs inte alla bemannade och de flesta obemannade flygplan). Dess enda tillämpning är på guidade och ostyrda projektiler. Och här är huvudfrågan hur tjockt skyddet ska vara för en laser med effekt, till exempel 100 kW, 300 kW, etc.
På rymdfarkosten Apollo varierar tjockleken på skärmen från 8 till 44 mm för temperaturer från flera hundra till flera tusen grader. Någonstans i detta område kommer också den erforderliga tjockleken på ablativt skydd från stridslaser att ligga. Det är lätt att föreställa sig hur det kommer att påverka vikt- och storleksegenskaperna och följaktligen räckvidden, manövrerbarheten, stridsspetsvikten och andra parametrar för ammunitionen. Ablativt termiskt skydd måste också motstå överbelastning under sjösättning och manövrering, följa normerna för villkoren för ammunitionslagring.
Ostyrd ammunition är tveksam, eftersom den ojämna förstörelsen av ablativt skydd från laserstrålning kan förändra den yttre ballistiken, vilket resulterar i att ammunitionen avviker från målet. Om ablativt skydd redan används någonstans, till exempel i hypersonisk ammunition, måste du öka dess tjocklek.
En annan metod för skydd är en strukturell beläggning eller utförande av höljet med flera skyddande lager av eldfasta material som är resistenta mot yttre påverkan.
Om vi drar en analogi med rymdfarkoster kan vi överväga det termiska skyddet för den återanvändbara rymdfarkosten "Buran". I områden där yttemperaturen är 371 - 1260 grader Celsius applicerades en beläggning bestående av amorf kvartsfiber 99,7% renhet, till vilken ett bindemedel, kolloidal kiseldioxid, tillsattes. Beläggningen är gjord i form av plattor av två standardstorlekar med en tjocklek på 5 till 64 mm.
Borosilikatglas som innehåller ett speciellt pigment (vit beläggning baserat på kiseloxid och glänsande aluminiumoxid) appliceras på plattornas yttre yta för att uppnå en låg absorptionskoefficient för solstrålning och hög emissivitet. Ablationsskydd användes på bilens näskon och vingspetsar, där temperaturen överstiger 1260 grader.
Man bör komma ihåg att vid långvarig användning kan skyddet av plattor mot fukt försämras, vilket kommer att leda till förlust av termiskt skydd för dess egenskaper, därför kan det inte användas direkt som anti-laserskydd på återanvändbara flygplan.
För närvarande utvecklas ett lovande ablativt termiskt skydd med minimalt ytslitage, vilket säkerställer skydd av flygplan från temperaturer upp till 3000 grader.
Ett team av forskare från Royce Institute vid University of Manchester (UK) och Central South University (Kina) har utvecklat ett nytt material med förbättrade egenskaper som tål temperaturer upp till 3000 ° C utan strukturella förändringar. Detta är en keramisk beläggning Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, som ligger ovanpå en kol-kol-kompositmatris. När det gäller dess egenskaper överträffar den nya beläggningen avsevärt den bästa högtemperaturkeramiken.
Den kemiska strukturen för värmebeständig keramik i sig fungerar som en försvarsmekanism. Vid en temperatur på 2000 ° C oxiderar materialen Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 och SiC till Zr0.80T0.20O2, B2O3 respektive SiO2. Zr0.80Ti0.20O2 smälter delvis och bildar ett relativt tätt lager, medan lågsmältande oxider SiO2 och B2O3 avdunstar. Vid en högre temperatur på 2500 ° C smälter Zr0.80Ti0.20O2 -kristallerna samman till större formationer. Vid en temperatur på 3000 ° C bildas ett nästan absolut tätt yttre skikt, huvudsakligen bestående av Zr0.80Ti0.20O2, zirkoniumtitanat och SiO2.
Världen utvecklar också speciella beläggningar avsedda att skydda mot laserstrålning.
Redan 2014 uppgav en talesman för People's Liberation Army of China att amerikanska lasrar inte utgör en särskild fara för kinesisk militär utrustning mantlad med ett speciellt skyddande lager. De enda frågorna som återstår är lasrarna om vilken kraft denna beläggning skyddar, och vilken tjocklek och massa den har.
Av största intresse är en beläggning som utvecklats av amerikanska forskare från National Institute of Standards and Technology och University of Kansas - en aerosolsammansättning baserad på en blandning av kolnanorör och speciell keramik, som effektivt kan absorbera laserljus. Nanoröret i det nya materialet absorberar enhetligt ljus och överför värme till närliggande områden, vilket sänker temperaturen vid kontaktpunkten med laserstrålen. Keramiska högtemperaturfogar ger den skyddande beläggningen hög mekanisk hållfasthet och motståndskraft mot skador från höga temperaturer.
Under testet applicerades ett tunt lager av material på ytan av koppar och, efter torkning, fokuserade på materialets yta en stråle av en långvågig infraröd laser, en laser som används för att skära metall och andra hårda material.
Analys av de insamlade data visade att beläggningen framgångsrikt absorberade 97,5 procent av laserstrålenergin och tål en energinivå på 15 kW per kvadratcentimeter yta utan förstörelse.
På denna beläggning uppstår frågan: i tester applicerades en skyddande beläggning på en kopparyta, som i sig är ett av de svåraste materialen för laserbehandling, på grund av dess höga värmeledningsförmåga är det oklart hur en sådan skyddande beläggning kommer att bete sig med andra material. Frågor uppstår också om dess maximala temperaturmotstånd, motståndskraft mot vibrationer och stötbelastningar, effekterna av atmosfäriska förhållanden och ultraviolett strålning (sol). Tiden under vilken bestrålningen genomfördes är inte angiven.
En annan intressant punkt: om flygmotorerna också är belagda med ett ämne med hög värmeledningsförmåga, kommer hela kroppen att värmas jämnt från dem, vilket maximerar maskeringen av flygplanet i det termiska spektrumet.
Hur som helst kommer egenskaperna hos ovanstående aerosolskydd att stå i direkt proportion till storleken på det skyddade föremålet. Ju större det skyddade föremålet och täckningsområdet är, desto mer energi kan spridas över området och ges i form av värmestrålning och kylning av det infallande luftflödet. Ju mindre det skyddade föremålet är desto tjockare måste skyddet vara. det lilla området tillåter inte att tillräckligt med värme avlägsnas och de inre strukturelementen överhettas.
Användningen av skydd mot laserstrålning, oavsett ablativ eller konstruktiv värmeisolerande, kan vända trenden mot en minskning av storleken på guidad ammunition, avsevärt minska effektiviteten hos både guidad och icke-guidad ammunition.
Alla lagerytor och kontroller - vingar, stabilisatorer, roder - måste vara gjorda av dyra och svårbearbetade eldfasta material.
En separat fråga uppstår om skyddet av radardetekteringsutrustning. På den experimentella rymdfarkosten "BOR-5" testades den radiotransparenta värmeskölden-glasfiber med kiseldioxidfyllmedel, men jag kunde inte hitta dess värmeskärmning och vikt- och storleksegenskaper.
Det är ännu inte klart om en högtemperaturplasmabildning kan uppstå som ett resultat av bestrålning med kraftig laserstrålning från radomen i radarspaningsutrustning, om än med skydd mot termisk strålning, som förhindrar passage av radiovågor, till följd av som målet kan gå förlorat.
För att skydda fodralet kan en kombination av flera skyddande lager användas-värmebeständigt-lågt värmeledande från insidan och reflekterande-värmebeständigt-mycket värmeledande från utsidan. Det är också möjligt att smygmaterial kommer att appliceras ovanpå skyddet mot laserstrålning, som inte kommer att klara laserstrålning, och måste återhämta sig från skador från laservapen om själva flygplanet överlevde.
Det kan antas att förbättringen och den utbredda distributionen av laservapen kommer att kräva tillhandahållande av antilaserskydd för all tillgänglig ammunition, både guidade och ostyrda, samt bemannade och obemannade flygbilar.
Införandet av anti-laserskydd kommer oundvikligen att leda till en ökning av kostnaden och vikten och dimensionerna för styrd och okontrollerad ammunition, samt bemannade och obemannade flygbilar.
Sammanfattningsvis kan vi nämna en av de utvecklade metoderna för att aktivt motverka en laserattack. California-baserade Adsys Controls utvecklar Helios försvarssystem, som ska tappa fiendens laservägledning.
När Helios riktar fiendens stridslaser mot den skyddade enheten bestämmer dess parametrar: effekt, våglängd, pulsfrekvens, riktning och avstånd till källan. Helios förhindrar vidare fiendens laserstråle från att fokusera på ett mål, förmodligen genom att rikta en mötande lågenergilaserstråle, vilket förvirrar fiendens riktningssystem. De detaljerade egenskaperna hos Helios -systemet, utvecklingsstadiet och dess praktiska prestanda är fortfarande okända.
