US Navy skapar vapen efter nya fysiska principer
Det verkar som att den amerikanska marinen idag har en tillräcklig uppsättning medel för skydd mot kryssnings- och ballistiska missfartygsmissiler (ASM). Vissa militära experter tvivlar emellertid på att dessa försvar kommer att klara den nya generationen bevingade och ballistiska missfartygsmissiler som utvecklas i ett antal länder, främst i Kina.
En volley för en miljon
Septemberrapporten från US Congress Research Service ägnas åt analys av arbetet med att skapa vapen baserat på nya fysiska principer. Denna rapport visar tydligt oro hos militära experter att i ett antal stridsscenarier under massiva attacker av ytfartyg med olika luftangrepp kan den befintliga ammunitionslasten av traditionella försvarsmedel för det första inte vara tillräckligt, och för det andra kan kostnaden för marina luftfartygsstyrda missiler (SAM) för denna ammunition kommer helt enkelt inte att jämföras med kostnaden för det attackerande vapnet.
Den amerikanska marinens missilkryssare är kända för att bära 122 missiler, medan jagare bär 90–96 missiler. En del av det totala antalet missilvapen är dock Tomahawk-kryssningsmissiler för strejker mot markmål och anti-ubåtvapen. Det återstående beloppet är missiler av vilka det kan finnas upp till flera dussin enheter. I det här fallet är det nödvändigt att ta hänsyn till: för att öka sannolikheten för att träffa ett luftmål kan två missiler skjutas upp mot det, vilket ökar ammunitionsförbrukningen. I universella vertikala bärraketer (UVPU) av fartyg installeras missilvapen av olika slag tillsammans, och därför är uppladdning av UVPU endast möjlig när man återvänder till basen eller vid ett stopp.
Om vi analyserar kostnaden för specifika prover av US Navy skeppsburna missiler, då är försvaret av ett ytskepp dyrt. Således överstiger priset för en enhet av luftvärnsrakettvapen för vissa typer flera miljoner dollar. Till exempel RAM -missiler (Rolling Airframe Missile) som kostar statskassan 0,9 miljoner dollar per enhet och ESSM -missiler (Evolved Sea Sparrow Missile) för 1,1 -1,5 miljoner. För skydd i mittzonen från flygplan och bevingade missionsfartygsmissiler, liksom från ballistiska missfartygsmissiler i banans sista del, används SM-6 Block 1 SAM "Standard" som kostar 3,9 miljoner dollar. Missiler "Standard" SM-3 Block 1B (14 miljoner dollar per enhet) och missiler "Standard" SM-3 Block IIA (mer än 20 miljoner) används för att fånga upp attackerande ballistiska anti-skeppsmissiler i mitten av atmosfären bana.
För att förbättra effektiviteten av ytfartygens försvar arbetar US Navy för närvarande med laservapen, elektromagnetiska kanoner och hypervelocity -projektiler (HPV). Tillgängligheten av sådana medel gör det möjligt att motverka både luft- och ytangreppsmedel.
Med ljusets kraft
Marinens arbete med utvecklingen av högeffektiva militära lasrar har nått en nivå som gör det möjligt att motverka vissa typer av yt- (NC) och luftmål (CC) på ett avstånd av cirka 1, 6 kilometer och påbörja deras utplacering på krigsfartyg (BC) om några år. Mer kraftfulla skeppsburna lasrar, som kommer att vara redo för utplacering under de kommande åren, kommer att ge den amerikanska flottans yta BC möjligheten att motverka NC och CC vid avstånd på cirka 16 kilometer. Dessa lasrar kommer bland annat att tillhandahålla anti-missilförsvar i sista linjen för BC mot vissa typer av ballistiska missiler, inklusive den nya kinesiska anti-ship ballistic missile (ASBM).
Den amerikanska flottan och det amerikanska försvarsdepartementet utvecklar för närvarande tre typer av lasrar som i princip kan användas på BC: en solid state fiber SSL (solid state laser), en SSL slitlaser och en fri elektronlaser (FEL) laser. En av de erfarna SSL -fiberlaserdemonstranterna utvecklades av marinen under LaWS (Laser Weapon System) laservapensystem. En annan variant av Marinens SSL -fiberlaser skapades under programmet Tactical Laser System (TLS). Bland ett antal amerikanska försvarsdepartementets program för att utveckla en SSL -spaltlaser för militära ändamål visas MLD (Maritime Laser Demonstration) marint laserprogram.
Marinen har också utvecklat en lågeffektsprototyp FEL, en fri elektronlaser, och arbetar för närvarande med en prototyp av denna högre effektlaser.
Rapporten betonar att även om marinen utvecklar laserteknologi och prototyper av potentiella skeppsbaserade lasrar och också har en allmän vision om utsikterna för deras fortsatta utveckling, finns det för närvarande inget specifikt program för inköp av serieversioner av dessa lasrar eller ett program som skulle indikera specifika datum för installation av lasrar. för vissa typer av bookmakers.
Som nämnts i rapporten har laservapen både vissa fördelar och ett antal nackdelar för att motverka olika typer av hot, inklusive ballistiska missiler.
Laser - proffsen
Bland fördelarna med ett laservapen är dess ekonomi. Kostnaden för skeppsbränsle för att generera el som krävs för att avfyra en elektriskt pumpad laser visar sig vara mindre än en dollar per skott, medan kostnaden för ett missilförsvar för kortdistans är 0,9-1,4 miljoner dollar, och långdistansmissiler är flera miljoner dollar. Användningen av lasrar kan ge BC ett alternativ när man förstör mindre viktiga mål som UAV, medan missiler kommer att användas för att säkerställa förstörelsen av viktigare mål. BK är en mycket dyr typ av marinutrustning, medan fienden använder relativt billiga militära medel, småbåtar, UAV, missfartygsmissiler, ballistiska anti-skeppsmissiler mot den. Därför är det genom användning av lasrar möjligt att ändra förhållandet mellan kostnaderna för fartygets försvar. BC har en begränsad ammunitionslast för missil- och artillerivapen, vars användning kommer att kräva ett tillfälligt uttag av fartyget från slaget för att fylla på ammunitionslasten. Laservapen har inga restriktioner för antalet skott och kan användas för att förstöra lockbitar som aktivt används för att använda fartygets ammunition. Ett lovande fartyg med laser- och missilvapen kommer att visa sig vara mer kompakt och billigare än ett URO -fartyg med ett stort antal missiler i vertikala uppskjutare.
Laservapen kommer att ge nästan omedelbar träff mot målet, vilket eliminerar behovet av att beräkna banan för att fånga upp ett angreppsmål med en missilmissil. Målet avaktiveras genom att fokusera en laserstråle på den i några sekunder, varefter lasern kan riktas om mot ett annat objekt. Detta är särskilt viktigt när en BC verkar i kustzonen, när det kan avfyras med missil-, artilleri- och murbruk från relativt korta avstånd.
Laservapen kan träffa supermanövrerbara mål som är överlägsna i aerodynamiska egenskaper än fartygets missilraketter.
Lasern ger minimala säkerhetsskador, särskilt vid strider i hamnområdet. Förutom funktionerna att träffa mål kan lasern användas för att upptäcka och spåra mål och påverka dem icke-dödligt, vilket ger undertryck av optoelektroniska sensorer ombord.
Laser nackdelar
Dessa inkluderar implementering av avlyssning endast inom siktlinjen för målet och omöjligheten att förstöra mål över horisonten. Begränsar möjligheten att fånga upp små föremål på öppet hav, vilket döljer dem i vågornas toppar.
Laserstrålningens intensitet när den passerar genom atmosfären försvagas på grund av absorption i spektrallinjer av olika atmosfäriska komponenter eller på grund av Rayleigh -spridning, liksom makroskopiska inhomogeniteter associerade med atmosfärisk turbulens eller uppvärmning av atmosfären av samma stråle. Som ett resultat av spridning av sådana inhomogeniteter kan laserstrålen expandera, vilket kommer att leda till en minskning av energitätheten - den viktigaste parametern som kännetecknar dödligheten i laservapen.
Vid avstötning av en massiv attack kanske en laser på fartyget inte räcker på grund av behovet att upprepade gånger rikta in det på nytt under en begränsad tidsperiod. I detta avseende kommer det att vara nödvändigt att placera flera lasrar på BC av typen av luftvärnsartillerisystem (ZAK) för självförsvar vid sista raden.
Kilowatt -lasrar med låg effekt kan vara mindre effektiva än megawatt -lasrar med högre effekt när de riktas mot avskärmade mål (ablativ beläggning, mycket reflekterande ytor, kroppsrotation, etc.). Att öka laserkraften kommer att öka dess kostnad och vikt. Exponering för en laserstråle vid en miss kan orsaka oönskade säkerhetsskador och skador på ditt flygplan eller satelliter.
Storlek spelar roll
Ändå kan potentiella mål för laservapen vara optoelektroniska sensorer, inklusive de som används på missfartygsmissiler; små båtar och båtar; ostyrda missiler, skal, gruvor, UAV, bemannade flygplan, missionsfartygsmissiler, ballistiska missiler, inklusive ballistiska missfartygsmissiler.
Lasrar med en uteffekt på cirka 10 kilowatt kan motverka UAV på korta avstånd, med en effekt på tiotals kilowatt - UAV och båtar av vissa typer, hundra kilowatt effekt - UAV, båtar, NUR, projektiler och gruvor, hundratals kilowatt effekt - alla ovanstående mål, samt bemannade flygplan och vissa typer av styrda missiler, med en kapacitet på flera megawatt - till alla tidigare nämnda mål, inklusive överljudsfartygsmissiler och ballistiska missiler på upp till 18 kilometer.
BC med lasrar med en effekt på mer än 300 kilowatt kan skydda inte bara sig själva utan även andra fartyg inom sitt ansvarsområde när de till exempel ingår i ett hangarfartyg.
Enligt US Navy har kryssare med missilförsvarssystemet Aegis och destroyers (fartyg av typen CG-47 och DDG-51) samt helikopterlandningsdockor (DVKD) av typen San Antonio LPD-17 tillräckligt nivå av strömförsörjning för stridsoperationer med laservapen som LaWS.
Vissa US Navy-fartyg kommer att kunna använda lasrar av SSL-typ med en uteffekt på upp till 100 kilowatt under stridsförhållanden.
Än så länge har marinen inte ammunitionssystem som har tillräcklig strömförsörjning eller kylning för att säkerställa driften av SSL -lasrar med en uteffekt på över 100 kilowatt. På grund av de stora dimensionerna av lasrar av FEL-typ kan de inte installeras på befintliga kryssare eller förstörare. Dimensionerna för hangarfartyg och amfibiska överfallsfartyg för allmänna ändamål (LHA / LHD) med ett stort flygdäck kan ge tillräckligt med utrymme för att rymma en FEL -laser, men de har inte tillräcklig kraft för att stödja en megawatt FEL -laser.
Baserat på dessa förhållanden måste marinen under de kommande åren fastställa kraven för utformningen av lovande rymdfarkoster och de restriktioner som åläggs dem vid installation av marinlasrar, särskilt SSL -lasrar med en effekt på över 100 kilowatt, liksom FEL -lasrar.
Dessa begränsningar ledde till exempel till slutförandet av CG (X) kryssningsprogrammet, eftersom detta projekt planerade att använda en SSL-laser med en effekt på över 100 kilowatt och / eller en megawatt-klass FEL-laser.
Efter genomförandet av CG (X) -programmet tillkännagav marinen inga framtidsplaner för förvärv av en BC som kan driva en laser av SSL-typ med en effekt på över 100 kilowatt eller en FEL-laser.
Laserbärare
Men som framhållits i rapporten kan alternativ för fartygsdesign som kan utöka marinens förmåga att installera lasrar på dem under de kommande åren täcka följande alternativ.
Designa en ny variant av DDG-51 Flight III-förstöraren, som marinen planerar att köpa under budgetåret 2016, med tillräckligt med utrymme, kraft och kylmöjligheter för att stödja en SSL-laser med en kapacitet på 200-300 kilowatt eller mer. Detta kommer att kräva förlängning av DDG-51-höljet, samt ge utrymme för laserutrustning och ytterligare kraftgeneratorer och kylenheter.
Design och upphandling av en ny förstörare, som är en vidareutveckling av DDG-51 Flight III-varianten, som kommer att ge en SSL-laser med en uteffekt på 200-300 kilowatt eller mer och / eller en megawatt FEL-laser.
Modifiering av designen för UDC, som kommer att köpas under de kommande åren på ett sådant sätt att säkerställa driften av en SSL-laser med en effekt på 200-300 kilowatt eller mer och / eller en FEL-laser av en megawattklass.
Ändring vid behov av konstruktionen av ett nytt hangarfartyg av typen "Ford" (CVN-78), så att en SSL-laser med en effekt på 200-300 kilowatt eller mer och / eller en FEL-laser av en megawattklass kan manövreras.
I april 2013 meddelade marinen att den planerade att installera laservapen på USS Ponce, som hade omvandlats från ett landningsfartyg till ett experimentellt för teknisk utveckling av laservapen mot attackerande båtar och UAV. I augusti förra året installerades denna 30 kilowatt laser på detta fartyg, som ligger i Persiska viken. Enligt USA: s centralkommando förstörde fartygets laser framgångsrikt en höghastighetsbåt och en UAV under testning.
Som en del av programmet för skapandet av skeppsburna laservapen initierade marinen ett projekt för teknisk förfining av en solid state-laserteknik SSL-TM (solid-state-teknikmognad), inom vilken industrigrupper under ledning av BAE Systems, Northrop Grumman) och Raytheon tävlar om utvecklingen av en skeppsburen laser med en effekt på 100-150 kilowatt, effektiv mot små båtar och UAV.
R&D Department of the US Navy kommer att genomföra en grundlig analys av resultaten av testning av lasern vid Pons UDC för vidare användning i SSL-TM -programmet, vars mål är att skapa en prototyplaser med en effekt på 100- 150 kilowatt för havsförsök 2018. Reglerna för avlyssning och tekniken för användning av LaWS i stridsförhållanden kommer att fastställas, som sedan ska implementeras i kraftfullare laservapen.
En ytterligare ökning av lasereffekten till 200-300 kilowatt gör att detta vapen kan motverka vissa typer av bevingade missionsfartygsmissiler, och en ökning av uteffekten till flera hundra kilowatt, såväl som upp till en megawatt och högre, kan gör detta vapen effektivt mot alla typer av bevingade och ballistiska missfartygsmissiler.
Men även om det utvecklade vapnet baserat på solid-state-lasrar har tillräcklig kraft för att förstöra små båtar, båtar och UAV, men inte kan motverka bevingade eller ballistiska anti-skeppsmissiler, kommer dess utseende på fartyg att öka deras stridseffektivitet. Laservapen kommer till exempel att minska förbrukningen av missiler för att avlyssna UAV och öka antalet missiler som kan användas för att motverka fartygsbeständiga missiler.
Av induktionskraften
Förutom solid-state lasrar har marinen utvecklat en elektromagnetisk pistol sedan 2005, vars idé är att applicera spänning från en strömkälla till två parallella (eller koaxiala) strömbärande skenor. När kretsen stängs och placeras på skenorna, till exempel en mobil vagn som leder ström och har goda kontakter med skenorna, genereras en elektrisk ström som inducerar ett magnetfält. Detta fält skapar tryck som tenderar att trycka isär ledarna som bildar kretsen. Men eftersom de massiva skendäcken är fixerade är det enda rörliga elementet vagnen, som under påverkan av tryck börjar röra sig längs skenorna så att volymen som upptas av magnetfältet ökar, det vill säga i riktning från strömkällan. Förbättringen av EM -pistoler syftar till att öka sluthastigheten till siffrorna M = 5, 9–7, 4 vid havsnivå.
Inledningsvis började marinen utveckla en EM-kanon som ett vapen för direkt kuststöd för marinkorpset under amfibieoperationer, men omorienterade sedan detta program för att skapa ett EM-vapen för att skydda mot missfartygsmissiler. Marinen finansierar för närvarande BAe Systems och General Atomics arbete för att skapa två EM -vapendemonstranter som började utvärdera 2012. Dessa två prototyper är utformade för att kasta projektiler med en energi på 20-32 MJ, vilket ger en projektilflygning med en räckvidd på 90-185 kilometer.
I april 2014 tillkännagav marinen planer på att installera en prototyp EM-kanon under budgetåret 2016 ombord på JHSV (Joint High Speed Vessel) multifunktionellt snabbt amfibiskt överfallsfartyg för havsförsök. I januari 2015 blev det känt om marinens planer att anta EM-pistolen under perioden 2020-2025. I april rapporterades att marinen övervägde att installera en EM-kanon på en ny förstörare i Zumwalt-klass (DDG-1000) i mitten av 2020-talet.
I slutet av 2014 publicerade kommandot för marinsystemen i US Navy NAVSEA (Naval Sea Systems Command) av misstag en begäran om information RFI (Request for Information) för programmet för att skapa en kraftfull järnväg-EM-pistol. Begäran utfärdades på uppdrag av NAVSEA (PMS 405), Office of Naval Research (ONR) och försvarsministerns kansli. Den visades på regeringens webbplats FedBizOpps den 22 december 2014 och avbröts fyra timmar senare. Alla som har hunnit bekanta sig med RFI kan få en uppfattning om riktningarna för utvecklingen av EM -järnvapenprogrammet. I synnerhet uppmanades industrin och akademiska institutioner att lämna in sina förslag för utveckling av en brandkontrollsensor (FCS) EM-pistol för att upptäcka, spåra och träffa mark- och luftmål och ballistiska missiler.
Enligt RF ska FCS -sensorn för den framtida EM -järnvägspistolen ha ett elektroniskt skanningsfält på mer än 90 grader (i azimut och i det vertikala planet), spårmål med en liten effektiv spridningsyta (ESR) vid en lång räckvidd, spåra och träffa ballistiska mål i atmosfären, blockera miljöstörningar (väder, terräng och biologiska), säkerställa databehandling vid avstötning av en ballistisk missilattack, tillhandahålla luftförsvar och träffa ytmål, spåra samtidigt angripande mål och sjösatta supersoniska projektiler, och göra en kvalitativ bedömning av graden av stridsskada. Dessutom måste FCS -sensorn visa snabb stängning av brandkontrollslingan, ökat motstånd mot tekniska och taktiska motåtgärder, höghastighetsspårning och datainsamling, samt teknisk beredskap som är tillräcklig för att skapa en prototyp under tredje kvartalet budgetåret 2018, och säkerställa operativ beredskap. 2020–2025.
RFI bad industriföretag och forskningsinstitut att beskriva nyckelelementen och beredskapen i deras FCS -teknik, ge information om deras lämplighet för flerbruksapplikationer, möjliga integrationsproblem med befintliga marinstridssystem och påverkan på leveranskedjan.
NAVSEA Surface Warfare Research Center i Dahlgren, Virginia, förväntades acceptera branschförslag mellan 21-22 januari 2015 och lämna ett slutligt svar den 6 februari. Men nu flyttas naturligtvis alla dessa datum till höger.
R&D Department of the US Navy inledde ett innovativt program för att skapa en prototyp EM -järnvägspistol 2005. Som en del av programmets första etapp, var det tänkt att skapa en bärraket med en acceptabel livslängd och tillförlitlig pulskraftsteknik. Huvudarbetet var inriktat på skapandet av vapnet, strömförsörjning, järnvägsteknik. I december 2010 nådde demonstrationssystemet som utvecklats av SIC i Dahlgren ett världsrekord för nosenergi på 33 MJ och tillräckligt för att skjuta upp en projektil på ett avstånd av 204 kilometer.
Den första EM -kanondemonstratorn byggd av ett industriföretag tillhör BAe Systems och har en kapacitet på 32 MJ. Denna demonstrant togs med till Dahlgren i januari 2012 och en konkurrerande prototyp av General Atomics anlände några månader senare.
Baserat på prestationerna i den första etappen av arbetet, började den andra etappen 2012, inom vilken arbetet var inriktat på utveckling av utrustning och metoder som säkerställer eldhastigheten vid nivån 10 rundor per minut. För att säkerställa en konstant eldhastighet är det nödvändigt att utveckla och genomföra de mest effektiva metoderna för termoreglering av en EM -pistol.
De första testerna av en prototyp EM-pistol som utvecklats av BAe Systems eller General Atomics till sjöss kommer att äga rum ombord på den multifunktionella höghastighetslandningsfartygskatamaran JHSV-3 Millinocket. De är avsedda för budgetåret 2016 och är enkla. Avfyrning i halvautomatiskt läge med den fullt integrerade skeppsburna EM-kanonen är planerad till 2018.
Hyper Velocity -projektiler
Utvecklingen av EM-kanonen ger också möjlighet att skapa speciella HVP (hypervelocity projectile) guidade hyperspeedprojektiler, som också kan användas som standard 127 mm marin- och 155 mm landpistoler. Kryssarna i den amerikanska flottan, och det finns 22 av dem, har två, och jagarna (69 enheter) har en 127 mm kanon. Tre nya DDG-1000 Zumvolt-klass destroyers under konstruktion har två 155 mm kanoner vardera.
Enligt BAe Systems har HVP -projektilen en längd på 609 millimeter och en massa på 12,7 kilo, inklusive en nyttolast som väger 6,8 kilo. Massan för hela HVP -lanseringssatsen är 18,1 kilo med en längd av 660 millimeter. Experter från BAe Systems hävdar att den maximala eldhastigheten för HVP -projektiler är 20 omgångar per minut från en 127 mm Mk45 -kanon och 10 omgångar per minut från en lovande 155 mm DDG 1000 -förstörarkanon, betecknad AGS (avancerat vapensystem). Eldhastigheten från EM -kanonen är sex omgångar per minut.
Skjutområdet för HVP-projektiler från 127 mm Mk 45 Mod 2-kanonen överstiger 74 kilometer och vid avfyrning från 155 mm-kanonen i DDG-1000-förstöraren-130 kilometer. Om dessa skal skjuts från en EM -kanon kommer skjutbanan att vara mer än 185 kilometer.
Marinens begäran om RFI -information som skickades till industrin i juli 2015 för tillverkning av en prototyp EM -kanon angav massan av HVP -projektilskjutaren vid cirka 22 kilo.
Vid avfyrning från en artilleri 127 mm kanon når projektilen en hastighet som motsvarar talet M = 3, vilket är hälften av den när den avfyras från en EM-kanon, men mer än dubbelt så snabbt som en konventionell 127 mm projektil som skjuts upp från en skeppskanonen Mk 45. Denna hastighet, enligt experter, är tillräckligt stor för att fånga upp åtminstone vissa typer av bevingade missbruksmissiler.
Fördelen med konceptet att använda 127-mm-kanonen och HVP-projektilen är det faktum att sådana kanoner redan är installerade på kryssare och förstörare av den amerikanska marinen, vilket skapar förutsättningar för en snabb spridning av nya projektiler i marinen som utvecklingen av HVP är klar och dessa vapen är integrerade i stridsystemen på fartygen av de ovannämnda typerna.
I analogi med skeppsburna laservapen, även om de överhastighetsprojektiler som avfyras från 127 mm artillerikanoner inte kan motverka ballistiska anti-skeppsmissiler, kommer de ändå att förbättra fartygets stridseffektivitet. Förekomsten av dessa skal gör det möjligt att använda ett mindre antal missiler för att motverka kryssningsfartygsmissiler, samtidigt som antalet robotar ökar för att fånga upp ballistiska missfartygsmissiler.
