Rheinmetalls 20 kW laser på Boxer 8x8 presenterad vid DSEI 2015
Tekniska framsteg har nu nått en milstolpe när fordonsmonterade laservapensystem har blivit verklighet. Låt oss ta en titt på hur dessa kampförbättringssystem utvecklas
Fordonsmonterade vapen är ett billigt stridsförbättringsverktyg som används av både vanliga arméer och oregelbundna "asymmetriska" formationer som är involverade i nästan alla konflikter i världen.
Fram till nyligen var alternativen för att installera vapen på stridsfordon begränsade till maskingevär och artillerisystem av olika former. Situationen här började dock förändras med tillkomsten av lasersystem eller riktade energisystem med tillräcklig kraft för att bränna ut små flygplan och ammunition i luften.
Placeringen av skrymmande energilagringsenheter för sådana system har alltid varit ett allvarligt problem, men den senaste utvecklingen har bidragit till att minska lasrarna till en storlek som gör att de kan installeras även i en stor jeep.
Teknologisk revolution
1990-talet såg en teknisk revolution inom fiberoptisk kommunikation, vilket påskyndade utvecklingen av högeffektiva solid-state lasrar, som ett decennium senare hittade tillämpningar inom industriell bearbetning som branding, skärning, svetsning och smältning.
Dessa lasrar var extremt effektiva på nära håll, men det var en tidsfråga för industrin att hitta ett sätt att skala denna teknik och skapa futuristiska vapen som kunde skära och smälta mål på ett avstånd av flera hundra eller till och med tusentals meter.
Den amerikanska försvarsjätten Lockheed Martin gjorde just det. Företaget bygger på ny teknik för halvledartillverkning, solceller och bilsvetsning och har utvecklat en militär lasermaskin som är hundratals gånger starkare än sina kommersiella föregångare.
Robert Afzal, seniorforskare vid detta företag, säger:”En verklig revolution pågår på detta område idag, förberedd av många års gigantiskt arbete av forskare. Och vi tror att lasertekniken äntligen är klar i den meningen att vi nu kan skapa en laser som är tillräckligt kraftfull och liten nog för att passa in i taktiska fordon.”
”Tidigare lasrar var helt enkelt för stora - det var hela stationer. Men med tillkomsten av högeffektiv fiberlasarteknik med en högkvalitativ stråle har vi äntligen den sista pusselbiten för att passa dessa maskiner."
Den civila industrin använde lasrar i storleksordningen flera kilowatt, men Afzal noterade att militära lasrar borde ha en effekt på 10-100 kW.
"Vi har utvecklat teknik som gör att vi kan skala kraften hos fiberlasrar, inte bara genom att bygga en större fiberlaser, utan genom att kombinera flera kilowatt-klassmoduler för att uppnå den kraft som krävs av militären."
Han sa att lasern är baserad på strålkombination, en process som kombinerar flera lasermoduler för att bilda en högeffektsstråle av hög kvalitet som ger mer effektivitet och dödlighet än några enskilda 10kW-lasrar.
Vit kollimerad balk
Han beskrev processen för att föra en ljusstråle genom ett prisma, bryta in i många färgade strömmar, förklarade han:”Om du har flera laserstrålar, var och en med en lite annan färg, som kommer in i detta prisma i exakt rätt vinkel, kommer de alla ut av detta prisma överlagrat och kommer att bilda en så kallad vit kollimerad stråle."
”Detta är i huvudsak vad vi gör, men istället för ett prisma använder vi ett annat optiskt element som kallas ett diffraktionsgitter, som utför samma funktion. Det vill säga, vi bygger lasermoduler med hög effekt, var och en med en något annorlunda våglängd, kombinerar dem sedan, reflekterande från diffraktionsgallret, och vid utgången får vi en laser med hög effekt."
Afzal sa att en sådan lösning i själva verket är en våglängdsmultiplexteknik från telekommunikationssektorn, kombinerad med fiberkraftiga lasrar från industriell produktion.
"Fiberlasern är den mest effektiva och kraftfulla lasern som någonsin utvecklats," sa han. -Det vill säga, vi pratar om en full elektrisk verkningsgrad över 30%, som inte ens drömdes om för 10-15 år sedan, då vi hade en verkningsgrad på 15-18%. Detta har mycket att göra med kraft och kylning, så dessa system kan nu bli mindre. Lasern skalas nu inte genom att bygga en stor laser, utan genom att lägga till nya moduler."
Den amerikanska armén rekryterade nyligen Lockheed Martin för att skapa ett högeffektivt laservapensystem baserat på ATHENA (Advanced Test High Energy Asset) -installationen, som kan monteras på ett av företagets lätta taktiska fordon.
Under förra årets tester slog en 30 kW fiberlaserprototyp framgångsrikt ut motorn på en liten pickup och brände gallret på några sekunder från en mil bort. För att simulera verkliga driftsförhållanden under testet installerades pickupen på plattformen med motorn igång och växeln inkopplad.
Ny generation
I oktober 2015 meddelade Lockheed att man påbörjat produktionen av en ny generation modulära lasrar med hög effekt, varav den första med en kapacitet på 60 kW kommer att installeras på ett taktiskt fordon från den amerikanska armén.
Afzal sa att armén vill sätta in en fordonsmonterad laser för luftvärnsuppdrag, motverka missiler, artilleriskal och mortelammunition och UAV. "Vi tittar på den taktiska försvarsnivån snarare än missilförsvaret i strategisk mening."
Enligt Lockheed gör den modulära lösningen att strömmen kan justeras efter behoven för en specifik uppgift och ett hot. Armén har möjlighet att lägga till fler moduler och öka effekten från 60 kW till 120 kW.
Afzal fortsatte:”Arkitekturen skalar enligt dina krav: vill du ha 30 kW, 50 kW eller 100 kW? Det är som servermoduler i ett serverrack. Vi tror att detta är en flexibel arkitektur - bättre lämpad för fullskalig produktion. Det låter dig ha en modul som du kan skapa om och om igen, vilket gör att du kan anpassa systemet efter eget tycke."
”Systemet anpassar sig till vilket fordon du vill använda idag, och det är därför den här tekniken är så imponerande eftersom den tillåter arkitekturens flexibilitet att anpassa sig till olika fordon utan att ändra mycket på vad du bestämmer dig för att ha. Detta gör det möjligt att få ett system för att ge stöd för både en stridsbrigad och en avancerad operativ bas, till exempel."
Systemet använder kommersiella fiberlasrar monterade i mycket reproducerbara moduler, vilket gör det mycket prisvärt. Användningen av flera fiberlasermoduler minskar också sannolikheten för mindre fel samt kostnader och omfattning för underhåll och reparation.
På frågan när en stridslaser installerad på ett taktiskt fordon kan dyka upp på slagfältet föreslog Afzal en ungefärlig tidsram:”Vi planerar att leverera vår laser i slutet av 2016. Därefter kommer armén att göra sitt jobb under en tid, och sedan får vi se."
Laserens attraktion
Det finns flera egenskaper hos taktiskt riktade energivapen som gör dem mycket attraktiva för moderna militära styrkor, inklusive den låga kostnaden för "ammunition" och deras hastighet, noggrannhet och användarvänlighet.
"Först och främst är det här mycket exakta vapen med potentiellt mycket låg säkerhetsskada, vilket är viktigt," tillade Afzal. "Ljusets hastighet gör att du direkt kan bestråla ett mål, och därför kan du träffa mycket manövrerbara mål, det vill säga att du kan hålla strålen på ett mål som kinetisk ammunition ibland inte kan hantera."
Den kanske viktigaste fördelen är den låga kostnaden för ett effektivt "skott".
"För närvarande vill du inte spendera dyra och kraftfulla defensiva kinetiska vapen på billiga flera hot", fortsatte Afzal. - Vi betraktar laservapen som ett tillägg till kinetiska system. Vi antar att du kommer att använda lasersystemet mot ett stort antal lågintensiva lågintensiva hot och lämna ditt kinetiska magasin för de attackerande komplexa, bepansrade, långväga hoten."
Afzal föreslår att laservapnet kan användas i stridsutrymmet i det operativa kontrollsensornätverket, vilket kommer att ge en initial målbeteckning för det.
”Först och främst måste ett visst system informera om hur ett hot ser ut, och sedan bestämmer operatören för kommandot och kontrollen vilken motåtgärd som ska användas, bestämmer målet, kastar en laser på det och låser målet enligt radardata, varefter operatören, när han ser målet på monitorn, bestämmer sig för att ta med om lasern är i funktion”.
”Många problem har samlats på detta område, eftersom militären över hela världen redan har fantiserat om laservapen för sig själv för decennier sedan, och frågan är varför vi inte har dem idag. Jag tror att huvudorsaken är att vi inte hade tekniken för att skapa en laservapenkomponent som var tillräckligt liten och kraftfull nog att placeras på taktiska fordon.”
Sista etappen
Samtidigt har Boeing också ägnat flera år åt att arbeta med en High Energy Laser Mobile Demonstrator (HEL MD) för den amerikanska armén, som för närvarande är i slutskedet av utvecklingen. Monterad på ett lastbilschassi, riktar en laser en högeffektstråle mot hot som armén sannolikt kommer att hantera, och fungerar som ett avlyssningssystem för okontrollerade missiler, artilleri, minor och UAV. Detta system har hittills uppnått en sådan noggrannhet att det kan förstöra sensorer på drönare, vilket visades vid demonstrationen av en 10 kW laser på White Sands Proving Ground 2013 och igen på Eglin AFB 2014.
Enligt militära specifikationer kommer det fullständiga HEL MD-systemet att bestå av en högeffektiv laser och tunga delsystem som ska installeras på ett militärt fordon. Systemet kommer att kunna utföra, tillsammans med andra destruktionsmedel, skyddet av vissa zoner, vare sig det är baser, marinanläggningar, flygbaser och andra strukturer.
Boeing utvecklar flera system för att integreras i en slutlig prototyp som kommer att installeras på en modifierad Heavy Expanded Mobility Tactical Truck (HEMTT).
Dessa delsystem inkluderar en laser; strålkontroll; strömförsörjning; värmeväxlarsystem och stridskontrollsystem.
US Army's Space Defense Command utvecklar HEL MD i etapper. Laser-, strömförsörjnings- och värmeväxlingssystemet kommer att förbättras under de närmaste åren i syfte att öka kraften och den tekniska utvecklingen av delsystemen.
I takt med att tekniken förbättras kommer komponenternas modulära karaktär att tillåta introduktion av kraftfullare lasrar, integrerade med förbättrad inriktning och spårning.
Hel cykel
Enligt Boeing ger HEL MD-strålguiden "all-sky" -täckning när den roterar 360 ° och höjs ovanför fordonets tak för att fånga mål över horisonten. Kontinuerlig förstörelse av mål förenklas av värmeutbytes- och kraftförsörjningssystem.
Hela systemet körs på dieselbränsle; det vill säga allt som behövs för att fylla på vapnets "ammunition" är en snabb tankning. Litiumjonbatterierna i HEL MD-systemet laddas upp av en 60 kW dieselgenerator, så länge armén har bränsle kan den fungera på obestämd tid.
Systemet styrs av bilföraren och anläggningsoperatören med en bärbar dator och en set-top-box av Xbox-typ. Den nuvarande demomodellen använder en laser på 10 kW. Men inom en snar framtid kommer lasern att installeras i 50 kW -klassen, och om ytterligare två år kommer dess effekt att öka till 100 kW.
Boeing utvecklade tidigare en mindre laserinstallation för den amerikanska armén och installerade den på den pansarvagn AN / TWQ-1 Avenger, kallad Boeing Laser Avenger. En 1 kW solid-state laser används för att bekämpa UAV och neutralisera improviserade explosiva enheter (IED). Systemet fungerar så här: det är riktat mot en IED eller oexploderad munstycke vid vägkanten med en gradvis ökning av laserstrålens effekt tills sprängämnet brinner ut i processen med lågeffektdetonation. Under tester 2009 förstörde Laser Avenger -systemet framgångsrikt 50 sådana enheter, liknande dem som man stött på i Irak och Afghanistan. Dessutom genomfördes ytterligare en demonstration av hur systemet fungerade, under vilket det förstörde flera små drönare.
Boeing Laser Avenger
Treårsplan
Enligt det tyska försvarsföretaget Rheinmetall kommer det om tre år att erbjuda sin egen högeffekts högenergilaser (HEL), som är installerad på fordonet, på marknaden.
Efter en rad tester som genomfördes i Schweiz 2013 arbetade företaget med att utöka mjukvarufunktionerna för strålformningsmodulerna och själva lasertekniken, varefter det förutspådde att sitt lasersystem för att bekämpa markmål såväl som för mark luftförsvaret kanske redan är klart. 2018.
Tre maskiner valdes ut för att fungera som mobila HEL -plattformar. Tillsammans med Boxers pansarfordon visade den modifierade M113-pansarbäraren med en 1 kW laser (Mobile HEL Effector Track V) och Tatra 8x8-lastbilen med två 10 kW lasrar (Mobile HEL Effector Wheel XX) sina egenskaper.
Alla tre laserplattformar
20 kW -lasern installerad på GTK Boxers pansarfordon utmärks av HEL -exekutiva modulen, vars fördel ligger i den modulära designprincipen. Rheinmetall säger att Boxern ännu inte har haft en laser med mer än 20 kW effekt, även om kombinationen av flera lasrar med hjälp av stråljusteringsteknik kan öka dess totala effekt. Dessutom kan flera Boxer HEL -enheter kombineras för att skapa ett system med en effektiv effekt på över 100 kW.
Under demotester som genomfördes 2013 bekräftade besättningen på Boxer -fordonet HEL -laserinstallationens möjligheter, vilket inaktiverade den tunga maskingevär som var installerad på pickupbilen utan att riskera maskingeväret själv (bild nedan). Dessutom, i samarbete med Skyguard-radarstationen, har installationen på en Tatra Mobile Effector Wheel XX-lastbil visat alla stadier av neutralisering av en helikopter-typ UAV.
Neutraliseringen av heliporter utfördes med SkyGuard -radar, som upptäckte och identifierade målet. Vidare fick HEL Boxer -installationen data från honom, utförde grov och exakt spårning och tog sedan målet för förstörelse.
Boeings HEL MD -lasersystem har kontrakt med United States Rocket and Space Defense Command
Marin forskning
United States Navy's Research and Development Administration (ONR) testar sin egen fordonsmonterade solid-state-stridslaser, betecknad Ground-Based Air Defense Directed Energy On-the-Move (GBAD OTM). Faktum är att systemet är en högeffektslaser monterad på ett taktiskt fordon och utformat för att skydda expeditionsstyrkor från fiendens UAV.
Med tanke på den ökande spridningen av obemannade luftsystem antyder US Marine Corps att stridsenheter i allt högre grad kommer att tvingas försvara sig mot motståndare som utför övervakning och spaning från luften.
GBAD OTM -systemet är utformat för installation på lätta taktiska fordon som HMMWV och JLTV (Joint Light Tactical Vehicle). Enligt ONR syftar GBAD OTM -programmet till att skapa ett alternativ till traditionella system som kan hålla marinisterna från fiendens spaning och attackdronor. Komponenter i GBAD OTM -systemet, inklusive laser, strålriktningsanordning, batterier, radar, kyl- och styrsystem, utvecklas gemensamt av ONR, marinens Dahlgren Surface Weapons Development Center och flera industriföretag.
Målet med programmet är att kombinera alla dessa komponenter till ett enda komplex, som kommer att vara tillräckligt litet för att installeras på lätta taktiska pansarfordon, men tillräckligt kraftfull för att hantera de avsedda hoten.
Brett program
Under Sea-Air-Space 2015-konferensen i Washington förklarade chefen för program för skydd av trupper vid ONR, Lee Mastroiani, i ett samtal med reportrar att lasrar effektivt kan förstöra hot över hela spektret av luftförsvar, inklusive missiler, artilleriskal, mortelammunition, UAV, transportmedel och IED. "Men först och främst är GBAD-systemet utformat för att bekämpa små UAV: er som utgör ett hot mot våra stridsenheter."
”GBAD OTM-systemet består av tre huvudkomponenter: en 3-axlig radarspårningsstation som identifierar ett hot; en kommando- och kontrollenhet som identifierar och beslutar hur man kan neutralisera hotet vid användning av missiler eller artillerivapen; och själva plattformen med en laser."
Mastroiani noterade att i fråga om GBAD-programmet ligger tyngdpunkten på utvecklingen av en högeffektslaser för förstörelse av UAV installerade på ett lätt stridsfordon.
”Det finns ett betydande argument för ett sådant beslut, vilket är att sådana hot är billiga, det vill säga att användning av dyra missiler i det här fallet inte passar in i vår vision om problemet. Därför kan du med hjälp av en laser som kostar ett öre per puls säkert bekämpa billiga hot med ett billigt vapensystem. I allmänhet är programmets väsen att kämpa mot sådana mål även i farten för att stödja Marinkårens stridsoperationer."
Enligt Mastroiani använde ONR flera komponenter från demonstrationsinstallationen LaWS (Laser Weapon System) som den amerikanska marinen installerade ombord på Ponce -fartyget i Persiska viken.
"Vi använder principen om förutsägbar undvikande, några av de viktigaste teknikerna och programvaran, men det finns också många andra problem", tillade Mastroiani. - När det gäller USS Ponce -fartyget finns det gott om plats och allt annat, medan jag har många problem när det gäller vikt, storlek och strömförbrukningsegenskaper när systemet behöver installeras på ett lätt taktiskt fordon. Jag har en strålstyrningsenhet, strömförsörjning, kylsystem, vägledning och målbeteckning, och allt detta borde fungera tillsammans och utan "pluggar", så många olika problem måste lösas i detta separata projekt."
Enligt ONR användes några av systemets komponenter i tester för att upptäcka och spåra drönare i olika storlekar, och hela systemet testades med en 10kW laser, som är en mellanlösning när man flyttar till en 30kW laser. Det är planerat att fälttester av 30 kW -systemet kommer att äga rum under 2016, då programmet kommer att påbörja omfattande tester i syfte att gå från enkel detektering och spårning till avfyrning från lätta militära fordon.
