Viimeaikaiset testit laserjärjestelmien ilmapuolustukseen ja ilmatorjuntaan dronejaKehittäminen useissa hankkeissa osoittaa, että niiden käyttö laajenee vasta seuraavan vuosikymmenen aikana.
Laserasejärjestelmät ovat kaukana uudesta konseptista, mutta niiden päivittäisessä kehittämisessä on edelleen merkittäviä haasteita.
David Jamesin Cranfieldin yliopistosta (UK) mukaan tällaiset järjestelmät jaetaan kahteen laajaan luokkaan. Ensimmäinen sisältää ase, joka on suunniteltu tuhoamaan tähtäimet ja muut optiset anturit, kun taas toinen keskittyy taisteluun ohjaamattomia ohjuksia ja droneja vastaan. Toisen luokan järjestelmät saavat enemmän sotilaallista huomiota laseraseiden tehostuessa ja teholähteiden kutistuessa. James huomautti:
”Tällaisilla järjestelmillä on monia etuja. Ne tarjoavat lähes äärettömän ammuskapasiteetin... jos sähköjärjestelmä toimii, niin laserjärjestelmä jatkaa toimintaansa. Ne ovat suhteellisen helppoja käsitellä, mikä tarkoittaa, että henkilöstön koulutusprosessi ei ole liian monimutkainen.
Mereltä maalle
Kuten James huomautti, tällä alalla on viime vuosikymmeninä tehty huomattava määrä työtä, erityisesti merenkulun alalla, jossa useat ohjelmat harkitsevat lasereiden käyttökelpoisuutta torjua uhkia, kuten merenkulun UAV:ita tai pieniä veneitä.
Aluspohjaiset järjestelmät ilmaantuivat ensimmäisinä, koska niillä on helppo pääsy suuritehoiseen virtalähteeseen, kun taas laseraseiden lisääntyvä tehokkuus tekee niistä helpommin maajoukkojen ulottuvilla. Tämän osoittaa selkeimmin Yhdysvaltain armeijan projekti prototyypin luomiseksi ja ensimmäisen taistelulaserjärjestelmän käyttöönottamiseksi. 50 kW:n järjestelmät asennetaan neljään Stryker-panssaroituun ajoneuvoon vuonna 2022 tukemaan liikkuvia lyhyen kantaman ilmapuolustustehtäviä M-SHORAD (Maneuver – Short-Range Air Defense) suojaamaan taisteluryhmiä UAV:ilta, ohjaamattomilta raketteilta, tykistö- ja kranaatinheitintulelta ja ilmailu helikopterityyppi.
"Nyt on aika toimittaa suunnatun energian aseita taistelukentälle", Neil Thurgood, Yhdysvaltain armeijan yliäänisten, ohjattujen energia- ja avaruusaseiden toimiston johtaja, sanoi palkinnon jakamisen yhteydessä. - Armeija tunnistaa suunnatun energian lasereiden tarpeen, josta on säädetty armeijan modernisointisuunnitelmassa. Tämä ei ole enää tutkimus- tai demonstraatiotoimintaa. Tämä on strateginen taistelukyky, ja olemme oikealla tiellä antaaksemme sen suoraan sotilaiden käsiin.
Lasereilla voi olla keskeinen rooli UAV:iden kohtaamisessa tulevalla taistelukentällä
Kuten James totesi, tällainen kehitys voisi auttaa täyttämään mahdollisen taistelukyvyn aukon, erityisesti mitä tulee UAV:ihin. Kun suuri määrä ilmestyy surina taistelukentällä maajoukkojen on kyettävä käsittelemään uhkaa. Tällä hetkellä tämä tehtävä ratkaistaan ampumalla pienaseita ja konekivääriä hyvin läheltä, vaikka on selvää, että täällä on erittäin vaikeaa suorittaa kohdennettua tulia. Kineettinen vaihtoehto olisi maa-ilma-ohjukset. Toisin kuin ohjukset, droonit ovat kuitenkin paljon halvempia valmistaa ja käyttää.
”Taloudellinen argumentti sille on, että sinun ei ole kannattavaa käyttää ohjuksia drooniparvia vastaan, koska tässä tapauksessa ohjukset loppuvat hyvin nopeasti. Sinun täytyy säästää ohjusarsenaalisi tärkeämpään tarkoitukseen, kuten lentokoneisiin tai helikoptereihin."
Toinen laserien etu liittyy niiden nopeuteen.
"Koska 'ammus' liikkuu valon nopeudella, itse asiassa, jos asetat säteen kohteeseen edes hetkeksi, osut drooniin... vaikka se ylittäisi näkölinjasi kauhealla nopeudella, osoitat laserilla vihollisen alustaa - ja päämäärääsi."
Uhkauksesta riippumatta
Yhdysvaltain armeijan Office of Directed Energy Projectin päällikkö Craig Robin on samaa mieltä tämän näkemyksen kanssa ja lisää, että myös laserasejärjestelmät ovat välinpitämättömiä uhkia kohtaan.
"Useimmat materiaalit eivät pidä lämpöä, jos kohdistat laserilla miinaan tai drooniin, altistuminen on kohtalokasta."
Kaikki tämä tietysti tarjoaa etuja taloudellisesta näkökulmasta, mutta samalla laserjärjestelmät voivat vähentää armeijan logistiikan määrää.
”Mitä tulee kineettisiin keinoihin, sinun on tehtävä ohjuksia, sinun on ylläpidettävä ohjuksia, sinun on poistettava ne käytöstä. Tämä ei selvästikään koske asejärjestelmiä, joissa on energiaa, eli ne vähentävät merkittävästi logistista taakkaa.
Robinin toimisto on osa armeijan Rapid Capabilities and Critical Technologies Office (RCCTO) -toimistoa. Thurgoodin johdolla organisaatio pyrkii sisällyttämään uusia teknologioita kokeellisiin suunnitelmiin, jotka voivat tavoittaa sotilaat. Ohjattu energia on pääsuunta tässä toiminnassa.
M-SHORAD-laserin työstössä hyödynnettiin aiemman MHHEL-projektin (Multi-Mission High-Energy Laser) saavutuksia, jotka myös sisälsivät 50 kW laserin asennuksen Stryker-koneeseen ja yhden prototyypin valmistuksen vuonna 2021. RCCTO päätti kuitenkin laajentaa hankkeen laajuutta, joten tällä hetkellä on tarkoitus ottaa käyttöön neljä laseria. Yhteistyössä pääurakoitsijan Kord Technologiesin kanssa Raytheon ja Northrop Grumman kilpailevat tässä projektissa M-SHORAD-prototyypeillään.
RCCTO on mukana myös muissa suunnatuissa energiahankkeissa. Pääpaino on epäsuorassa palosuojauksessa, joka saadaan aikaan Stryker-koneeseen asennetulla asejärjestelmällä. Tämän projektin, joka tunnetaan nimellä Indirect Fire Protection Capability - High-Energy Laser ja joka edustaa High-Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator -ohjelman jatkokehitystä, tavoitteena on siirtyä 100 kW:n järjestelmästä 300 kW laseriin ja toimittaa se joukot vuoteen 2024 mennessä.
Armeija asensi aiemmin 10 kW:n laserin Stryker-koneeseen osana MEHEL-projektia (Mobile Experimental High-Energy Laser), joka muodosti M-SHORAD-työn perustan.
Päätös aseiden tehon lisäämisestä perustui onnistuneeseen kehityskulkuun. Kuten Robin selitti: "Teknologian kypsyyden osalta alan investoinnit ovat nopeuttaneet koko prosessia merkittävästi ja saavuttaneet hyviä tuloksia."
kuituoptiikka
Scot Schnorrenberg Kord Technologiesista sanoi, että on siirrytty pois solid-state lasereista spektraalisesti yhdistettyihin kuitulaitteisiin, "jotka ovat paljon tehokkaampia ja kooltaan pienempiä." Hän lisäsi, että suurikapasiteettisten akkujen, sähköntuotantojärjestelmien ja lämmönhallinnan alalla tapahtuneella ilmeisellä edistyksellä on suuri rooli, mikä mahdollistaa erittäin tehokkaiden laserjärjestelmien asentamisen suhteellisen pieniin taisteluajoneuvoihin.
Kord keskittyy tällä hetkellä teknologian kehittämiseen T&K-vaiheen kautta ja sen hyödyntämiseen prototyyppien kehittämisessä ja myöhemmissä tuotantotuotteissa. Schnorrenberg mainitsi myös lasereiden logistiset edut ja huomautti, että "ne on myös varustettu tehokkailla antureilla, jotka tarjoavat lisätietojen keräämis- ja kohdistusominaisuuksia taistelukentällä". Hän uskoo, että M-SHORAD-projektin ja muiden ohjelmien järjestelmien käyttöönoton jälkeen lasereiden kattavuus laajenee lähivuosina.
Lähitulevaisuudessa sotilaskäyttäjien on hallittava laserasejärjestelmien taistelukäytön periaatteet.
”Näet, että laserit kehittyvät nopeasti, ottavat haltuunsa muut alustat ja laajentavat suoritettavien tehtävien kirjoa, kuten räjähdysvaarallisten esineiden tuhoamista, tiedusteluvälineiden torjuntaa, tarkkaa kohdistusta, keskitettyä säteilytehoa ja nopeaa tiedonsiirtoa. Laajentuva mahdollisten kohteiden valikoima lisää epäilemättä niiden perusalustojen valikoimaa, joille laserjärjestelmiä asennetaan."
Evan Hunt, Raytheonin suuritehoisten lasereiden johtaja, totesi myös kyvyn seurata kohteita laserjärjestelmillä.
”Yhdellä napin painalluksella sen jälkeen, kun drooni on tunnistettu uhkaksi, se voidaan ampua alas välittömästi, ja se on niin ohikiitävä prosessi, että drone alkaa pudota samalla kun nappia painetaan. Tämä on vallankumouksellinen tapa lyödä kohteisiin verrattuna perinteisiin ammuksiin, jotka voivat hyvinkin mennä ohi ja hajota sirpaleiksi eri suuntiin.
"Puhumme uudenlaisesta teknologiasta, joka mahdollistaa kohteiden melko itsenäisen havaitsemisen, seurannan, tunnistamisen ja kytkemisen tavalla, jota voidaan mahdollisesti käyttää jopa suhteellisen lähellä teollisuus- tai asuinalueita aiheuttamatta suuria vahinkoja."
"Puhumme uudenlaisesta teknologiasta, joka mahdollistaa kohteiden melko itsenäisen havaitsemisen, seurannan, tunnistamisen ja kytkemisen tavalla, jota voidaan mahdollisesti käyttää jopa suhteellisen lähellä teollisuus- tai asuinalueita aiheuttamatta suuria vahinkoja."
Drone alaslasku
M-SHORAD-projektiin osallistumisen ohella Raytheon kiinnittää erityistä huomiota laseraseiden kehittämiseen pienten droonien torjumiseksi, erityisesti "laser dune buggy" -konseptissaan - tehokkaassa laserissa yhdistettynä monispektriseen havaintojärjestelmään. oma suunnittelu, asennettu Polaris MRZR -maastoajoneuvoon.
Järjestelmää valmistetaan Yhdysvaltain ilmavoimille, ja kolme alustaa on tarkoitus toimittaa vuonna 2020. Saman vuoden lopussa nämä kolme liikkuvaa yksikköä lähetetään ulkomaille toiminnan arviointia varten.
Raytheon on ampunut alas yli 100 dronia vaunustaan lukuisten ilmavoimien ja sotilaallisten mielenosoitusten aikana. Ilmavoimat voisivat käyttää järjestelmää useilla tavoilla, kuten pysäköitynä kiitotien päähän estääkseen tai tuhotakseen ei-toivottuja ilmatilaan saapuvia UAV-laitteita. Hunt huomautti:
"Laserit ovat todellakin osoittautuneet tarkimmaksi ja tehokkaimmaksi tavaksi ottaa suoraan yhteyttä drooniin. Ominaisuuksien "maaginen yhdistelmä" mahdollistaa useiden droonien poistamisen äänettömästi ja huomaamattomasti käytöstä kerralla erittäin tarkasti ja edullisesti, joten ne eivät ole yhtä tuhoisia kuin kineettiset aseet.
Ennen kuin laseraseita otetaan käyttöön merkittäviä määriä, on ratkaistava joukko kiireellisiä tehtäviä. Robin huomautti, että itse laser on yksi kolmesta tärkeästä aseen asennuksen elementistä, sekä säteen ohjain, joka ohjaa säteen tarkasti uhkaan ja seuraa sitä, sekä sähköntuotanto- ja ohjausalijärjestelmä. Jälkimmäisen osajärjestelmän on oltava riittävän kompakti asennettavaksi ajoneuvoihin, vaikka siinä voidaankin hyödyntää autoteollisuuden kehitystä, erityisesti akkujärjestelmien kehitystä, jotka ovat osaltaan edistäneet sähköajoneuvojen nopeaa kehitystä. "Haluat ajaa sähköautoasi samalla nopeudella pitkään, mikä on hyvin samankaltaista kuin haluat laserin toimivan", Hunt jatkoi. "Tälle tekniikalle ja lasereille asetetut vaatimukset ovat samanlaiset, ja tässä ne menevät päällekkäin."
Jamesin mukaan tehonsyöttöjärjestelmien koon pienentäminen on rajoittava tekijä. Hän odottaa Yhdysvaltain armeijan ja sen kumppaneiden kohtaavan haasteet, jotka liittyvät tällaisten laitteiden asentamiseen Strykeriin. Lisäksi hän totesi, että kaikki M-SHORAD-järjestelmän kohteet eivät ole samoja ja on kyseenalaista, minkä tasoisia vahinkoja eri alustoille tarvitaan.
”Jos nämä ovat vain drooneja, joita etsit, tämä kaventaa kohteiden valikoimaa niiden materiaalien valikoiman suhteen, joista ne on valmistettu. Jos se on erittäin suuri drone, saattaa olla syytä käyttää maa-ilma-ohjusta."
Toisaalta Jamesin mukaan kantama on tärkein huomioitava tekijä: mitä kauempana haluat tehdä vahinkoa, sitä enemmän tehoa tarvitset. Hän huomasi, että ilmakehä on täynnä erilaisia valoa sirottavia hiukkasia, eli sataprosenttista valonläpäisyä ei tule koskaan olemaan. Kilometrin etäisyydellä ilmakehä voi olla 85 % läpäisevä, eli 15 % valosta ei saavuta tavoitetta. Yli 5 km:n etäisyydellä häviöt voivat olla 50%, "eli puolet fotoneista yksinkertaisesti menetetään, lasersäde menettää voimansa eikä saavuta tavoitetta."
Opi taistelemaan
"Sotilaallisten käyttäjien suurin haaste on koulutus laajenevan kohteiden joukon torjumiseksi", sanoi Chris Fry, Northrop Grummanin lähes ohjuspuolustusjärjestelmien divisioonan johtaja, vaikka hän huomautti, että he ovat siirtymässä pois kokeellisista teknologisista demonstraatioista ja siirtymässä kohti todellista sotilaan toimintaa, mikä "mahdollistaa tekniikan omaksumisen, mukauttamisen ja parantamisen". M-SHORAD-projektin lisäksi Northrop Grumman on työskennellyt Yhdysvaltain armeijan kanssa useissa muissa suunnatuissa energiaohjelmissa sekä Naval Research and Development Officen, DARPA:n, Air Force Laboratoryn ja muiden asiakkaiden kanssa.
M-SHORAD-prototyypin kehitys ja käyttöönotto Yhdysvaltain armeijalle perustuu MMHEL-projektin työhön.
"Painopiste on monimutkaisten perusjärjestelmien rakentamisessa", Fry lisäsi. ”Kyse ei ole vain laserista, vaan koko järjestelmästä: tutkasta, komento- ja ohjausjärjestelmästä, verkosta, alustasta, sähkön tuotannosta ja ohjauksesta. Kaikkien näiden komponenttien maksimaalinen tehokkuus ja niiden yhteistoiminta on tärkeää järjestelmän potentiaalin maksimoimiseksi."
Northrop Grumman sanoi, että vaikka järjestelmien koko ja virrankulutus ovat vähentyneet merkittävästi viimeisen vuosikymmenen aikana, he odottavat tämän prosessin kiihtyvän tulevina vuosina. Laserjärjestelmien kyky seurata uhkia ja "pitää fotonit kohteessa niin kauan kuin on tarpeen halutun vaikutuksen aikaansaamiseksi" on myös lisääntynyt merkittävästi.
luominen
Schnorrenberg sanoi, että suurin haaste tällä hetkellä on tuotantorajoitukset. Tähän mennessä kehitettyjen laserjärjestelmien rajallisen määrän vuoksi tuotantokanta on alikehittynyt, joten kriittisiä komponentteja on vielä kehitettävä suuria tuotantomääriä varten.
"Yhdysvaltain hallitus investoi tuotantopohjan kehittämiseen tämän ongelman ratkaisemiseksi", hän lisäsi. "Viime kädessä teollisuus tarjoaa toimilaitteet tämän perustan kehittämiseen."
Tämä on avain Yhdysvaltain armeijan M-SHORAD-ohjelman tavoitteiden asettamiseen. Sopimusilmoituksessa todettiin, että Northrop Grummanin ja Raytheonin valinta "edistää kilpailua ja stimuloi teollista perustaa suunnattujen energiajärjestelmien luomiselle".
James toivoo, että laser kehittyy lähivuosina sotilasaseeksi omalla tavallaan. Vaikka hän epäilee laserien toimimista täysin erillisinä järjestelminä, hän uskoo, että niistä tulee varmasti merkittävä lisä muihin aseisiin. On epätodennäköistä, että esimerkiksi ilmapuolustusjärjestelmät koostuisivat pelkästään lasereista, mutta niistä tulee osa suurempaa järjestelmää, joka sisältää ohjuksia. Lisäksi armeija haluaa todennäköisesti jättää yksittäisen sotilaan taistellakseen kohteita erittäin lyhyillä etäisyyksillä.
"Ehkä laserit ovat ikuisesti osa perusjärjestelmää."
"Jotta lasereista tulisi todella tehokkaita ja hyödyllisempiä Yhdysvaltain armeijalle, niiden kustannusten on laskettava", Robin sanoi. Kuitenkin mikä tahansa teknologia, joka syntyy markkinaraon, tulee näkyvämmäksi ajan myötä.
"Kun prototyypit ja esittelyt jatkavat kasvuaan, ei vain armeijassa vaan myös muun tyyppisissä lentokoneissa, näemme pian näiden markkinoiden laajenevan ja laserasejärjestelmien kustannusten laskun."