Systemy broni laserowej są dalekie od nowej koncepcji, ale istnieją poważne problemy w ich codziennym rozwoju.
Według Davida Jamesa z University of Cranfield (Wielka Brytania) takie systemy można podzielić na dwie szerokie kategorie. Pierwsza obejmuje broń przeznaczoną do zwalczania celowników optycznych i innych czujników optycznych, natomiast druga skupia się na walce z pociskami niekierowanymi i dronami. Systemy z drugiej kategorii cieszą się coraz większym zainteresowaniem wojska, ponieważ broń laserowa staje się skuteczniejsza, a źródła energii zmniejszają się. Jakub zauważył:
„Te systemy mają wiele zalet. Oferują niemal nieskończoną amunicję… jeśli zasilacz działa, to system laserowy będzie nadal działał. Są stosunkowo łatwe w obsłudze, co oznacza, że proces szkolenia personelu nie jest zbyt skomplikowany.”
Z morza na ląd
Jak zauważył James, w ostatnich dziesięcioleciach wykonano w tej dziedzinie znaczną ilość pracy, zwłaszcza w sektorze morskim, gdzie w wielu programach rozważa się możliwość wykorzystania laserów do zwalczania zagrożeń, takich jak morskie bezzałogowe statki powietrzne lub małe łodzie.
Jako pierwsze pojawiły się systemy okrętowe, które mają łatwy dostęp do źródła energii o dużej mocy, a wzrost skuteczności broni laserowej sprawia, że stają się one coraz bardziej dostępne dla sił lądowych. Najdobitniej pokazuje to projekt armii amerykańskiej stworzenia prototypu i rozmieszczenia pierwszego bojowego systemu laserowego. Systemy o mocy 50 kW zostaną zainstalowane na czterech wozach opancerzonych Stryker w 2022 roku w celu wsparcia zadań mobilnej obrony powietrznej krótkiego zasięgu, oznaczonej jako M-SHORAD (Maneuver - Short-Range Air Defense) dla ochrony brygad bojowych od UAV, pocisków niekierowanych, ognia artyleryjskiego i moździerzowego oraz śmigłowca lotniczego.
„Nadszedł czas, aby wprowadzić broń energetyczną na pole bitwy” – powiedział podczas przyznawania kontraktu Neil Thurgood, dyrektor Biura ds. Hipersonicznych, Kierowanych Energii i Kosmicznej Armii Stanów Zjednoczonych. - Wojsko dostrzega potrzebę skierowania laserów energetycznych, co jest przewidziane w planie modernizacji armii. Nie jest to już działalność badawcza ani demonstracyjna. Jest to strategiczna zdolność bojowa i jesteśmy na dobrej drodze, która odda ją w ręce żołnierzy.”
Jak zauważył James, takie rozwiązania mogą pomóc wypełnić lukę w potencjalnych zdolnościach bojowych, zwłaszcza w odniesieniu do UAV. Gdy na polu bitwy pojawia się duża liczba dronów, wojska lądowe muszą być w stanie poradzić sobie z zagrożeniem. Obecnie zadanie to rozwiązuje strzelanie z broni strzeleckiej i karabinów maszynowych z bardzo bliskiej odległości, choć wiadomo, że bardzo trudno jest tu prowadzić ostrzał celowany. Alternatywą kinetyczną byłyby pociski ziemia-powietrze. Jednak w przeciwieństwie do rakiet, drony są znacznie tańsze w produkcji i eksploatacji.
„Zaletami ekonomicznymi jest to, że nie opłaca się używać pocisków przeciwko roju dronów, ponieważ pociski bardzo szybko by się wyczerpały. Musisz zachować swój arsenał rakietowy dla ważniejszych celów, takich jak samoloty czy helikoptery.”
Kolejną zaletą laserów jest ich szybkość.
„Ponieważ„ amunicja”porusza się z prędkością światła, w rzeczywistości, jeśli chociaż na chwilę umieścisz promień na celu, trafisz w drona … nawet jeśli przekroczy twoją linię wzroku ze straszliwą prędkością, po prostu wyceluj laser w platformę wroga - a cel jest twój”.
Niezależnie od zagrożenia
Craig Robin, szef Biura Projektów Kierowanej Energii Armii Stanów Zjednoczonych, zgadza się z tym, dodając, że systemy broni laserowej są również niewrażliwe na zagrożenia.
„Większość materiałów nie wytrzymuje wysokiej temperatury, jeśli skierujesz laser na minę lub drona, uderzenie będzie śmiertelne”.
Wszystko to oczywiście daje korzyści z finansowego punktu widzenia, ale jednocześnie systemy laserowe mogą zmniejszyć ilość dostaw materiałowych i technicznych dla wojska.
„Jeśli chodzi o środki kinetyczne, musisz robić rakiety, musisz je konserwować, musisz je spisywać. Nie dotyczy to wyraźnie systemów uzbrojenia zasilanych energią, czyli znacznie zmniejszają obciążenie logistyczne.”
Biuro Robina jest częścią Wojskowego Biura Szybkiego Zdolności i Technologii Krytycznych (RCCTO). Pod przywództwem Thurgooda organizacja pracuje nad włączeniem nowych technologii do eksperymentalnych prac rozwojowych, które mogą dotrzeć do żołnierzy. Energia skierowana jest głównym celem tej działalności.
W pracach nad laserem M-SHORAD wykorzystano opracowania z poprzedniego projektu MHHEL (Multi-Mission High-Energy Laser), który przewidywał również instalację lasera 50 kW na maszynie Stryker oraz produkcję jednego prototypu w 2021 roku. Jednak RCCTO zdecydowało się rozszerzyć zakres projektu, dlatego obecnie planuje się wdrożenie czterech laserów. Współpracując z głównym wykonawcą Kord Technologies, Raytheon i Northrop Grumman konkurują w tym projekcie ze swoimi prototypami M-SHORAD.
RCCTO jest zaangażowane w inne ukierunkowane projekty energetyczne. Główny nacisk położono na ochronę przed ogniem pośrednim, którą zapewni system uzbrojenia zainstalowany na pojeździe Stryker. Projekt ten, znany jako Pośrednia Zdolność Ochrony Przeciwpożarowej – Laser Wysokoenergetyczny, jest dalszym rozwinięciem programu demonstracyjnego wysokoenergetycznego laserowego pojazdu taktycznego, który ma na celu przejście z systemu o mocy 100 kW na laser o mocy 300 kW i dostarczenie go wojskom do 2024 roku.
Wojsko wcześniej zainstalowało na maszynie Stryker laser o mocy 10 kW w ramach projektu MEHEL (Mobile Experimental High-Energy Laser), który stanowił podstawę do prac nad M-SHORAD.
Decyzja o zwiększeniu mocy broni była oparta na pomyślnym procesie rozwoju. Jak wyjaśnił Robin: „Jeśli chodzi o dojrzałość technologii, inwestycje branżowe pomogły przyspieszyć cały proces i osiągnąć dobre wyniki”.
Światłowody
Scott Schnorrenberg z Kord Technologies powiedział, że nastąpiło odejście od laserów na ciele stałym na rzecz urządzeń światłowodowych z kombinacją spektralną, „które są znacznie wydajniejsze i mają mniejsze rozmiary”. Dodał, że oczywiste postępy w zakresie akumulatorów o dużej pojemności, wytwarzania energii i systemów zarządzania temperaturą odgrywają dużą rolę, umożliwiając instalowanie bardzo potężnych systemów laserowych na stosunkowo niewielkich pojazdach bojowych.
Kord obecnie koncentruje się na rozwoju technologii w fazie badań i rozwoju oraz jej wykorzystaniu w rozwoju prototypów i późniejszych produktów produkcyjnych. Schnorrenberg wskazał również na zalety logistyczne laserów, zauważając, że „są one również wyposażone w potężne czujniki, które zapewniają dodatkowe możliwości zbierania informacji i celowania na polu bitwy”. Uważa, że po wdrożeniu systemów dla projektu M-SHORAD i innych programów, zakres laserów powinien się w najbliższych latach poszerzyć.
„Widzisz, że lasery szybko ewoluują, rozszerzają się na inne platformy i rozszerzają zakres misji, które mogą wykonywać, takich jak usuwanie amunicji wybuchowej, środki zaradcze przeciwko środkom rozpoznawczym, precyzyjne celowanie, skoncentrowana moc promieniowania i szybka transmisja danych. Poszerzający się zakres potencjalnych celów niewątpliwie przyczyni się do zwiększenia zakresu podstawowych platform, na których będą instalowane systemy laserowe.”
Evan Hunt, szef działu laserów dużej mocy w Raytheon, również zwrócił uwagę na możliwość śledzenia celów za pomocą systemów laserowych.
„Naciskając przycisk po zidentyfikowaniu drona jako zagrożenia, możesz go natychmiast zestrzelić, a będzie to tak krótkotrwały proces, w którym dron zacznie spadać w momencie wciśnięcia przycisku. To rewolucyjny sposób trafiania w cele w porównaniu z tradycyjną amunicją, która może chybić i rozpaść się na kawałki w różnych kierunkach.”
„Mówimy o nowym rodzaju technologii, która pozwala zupełnie niezależnie wykrywać, śledzić, identyfikować i atakować cele w sposób, który może być potencjalnie używany nawet w stosunkowo bliskiej odległości od obszarów przemysłowych lub mieszkalnych bez powodowania wielkich zniszczeń”.
Zestrzeliwanie dronów
Wraz z udziałem w projekcie M-SHORAD szczególną uwagę Raytheon przywiązuje do rozwoju broni laserowej do zwalczania małych dronów, w szczególności w koncepcji „laserowego buggy” – potężnego lasera w połączeniu z celownikiem wielospektralnym system własnej konstrukcji, zainstalowany na pojeździe terenowym Polaris MRZR.
System jest produkowany dla Sił Powietrznych USA, a dostawa trzech platform planowana jest na 2020 rok. Pod koniec tego samego roku te trzy mobilne jednostki zostaną rozmieszczone za granicą w celu oceny operacyjnej.
Raytheon zestrzelił ponad 100 dronów ze swojego buggy podczas licznych pokazów sił powietrznych i wojskowych. Siły Powietrzne mogłyby wykorzystać system do wielu zadań, na przykład samochód mógłby zostać zaparkowany na końcu pasa startowego, aby zablokować lub zniszczyć niechciane UAV wlatujące w przestrzeń powietrzną. Polowanie odnotowane:
„Lasery naprawdę udowodniły, że są najdokładniejszym i najskuteczniejszym sposobem bezpośredniego uderzania dronów. „Magiczna kombinacja” cech pozwala na ciche i dyskretne wyłączenie kilku dronów jednocześnie w bardzo dokładny i niedrogi sposób, dzięki czemu nie są one tak destrukcyjne jak broń kinetyczna.”
Zanim broń laserowa wejdzie do służby w znacznych ilościach, konieczne jest rozwiązanie szeregu pilnych zadań. Robin zauważył, że sam laser jest jednym z trzech ważnych elementów instalacji broni, wraz z kontrolerem wiązki, który dokładnie kieruje wiązkę w kierunku zagrożenia i towarzyszy mu, oraz podsystemem do generowania i zarządzania energią. Ten ostatni podsystem powinien być na tyle zwarty, aby można go było zainstalować w pojazdach, choć w tym przypadku można skorzystać z osiągnięć sektora motoryzacyjnego, w szczególności rozwoju systemów akumulatorowych, który przyczynił się do szybkiego rozwoju pojazdów elektrycznych. „Chcesz jeździć samochodem elektrycznym z tą samą prędkością przez dłuższy czas, co jest bardzo podobne do tego, jak chcesz, aby działał laser” – kontynuował Hunt. „Wymagania dotyczące tej technologii i laserów są podobne i tutaj się pokrywają”.
Według Jamesa ograniczenie wielkości systemów zasilania jest czynnikiem ograniczającym. Oczekuje, że armia amerykańska i jej partnerzy sprostają wyzwaniom związanym z umieszczeniem takiego sprzętu w Strykerze. Ponadto zauważył, że nie wszystkie cele w systemie M-SHORAD są takie same i pojawiają się pytania o to, jaki poziom uszkodzeń będzie wymagany dla różnych typów platform.
„Jeśli to tylko drony, na które polujesz, to zawęża to zakres celów w tym sensie, zmniejsza zakres materiałów, z których są wykonane. Jeśli jest to bardzo duży dron, warto użyć pocisku ziemia-powietrze”.
Z drugiej strony, według Jamesa, najważniejszym czynnikiem do rozważenia jest zasięg: im większy dystans chcesz zadać obrażenia, tym więcej potrzebujesz mocy. Zauważył, że atmosfera jest pełna różnych cząstek, które rozpraszają światło, czyli nigdy nie będzie stuprocentowej transmisji światła. W odległości jednego kilometra atmosfera może być przepuszczalna w 85%, czyli 15% światła nie dotrze do celu. W odległości większej niż 5 km straty mogą wynosić 50%, „to znaczy połowa fotonów jest po prostu tracona, wiązka lasera traci swoją siłę i nie dociera do celu”.
Naucz się walczyć
„Głównym wyzwaniem dla użytkowników wojskowych będzie szkolenie w zakresie radzenia sobie z rosnącym zestawem celów” – powiedział Chris Frye, dyrektor bliskiej obrony powietrznej w Northrop Grumman, chociaż zauważył, że odchodzą od eksperymentalnych demonstracji technologii i przechodzą do rzeczywistej eksploatacji przez żołnierza "Pozwoli na zaadoptowanie, adaptację i udoskonalenie technologii." Oprócz projektu M-SHORAD, Northrop Grumman współpracował z armią amerykańską nad wieloma innymi programami ukierunkowanej energii, a także z Biurem Badań i Rozwoju Marynarki Wojennej, DARPA, Laboratorium Sił Powietrznych i innymi klientami.
„Koncentrujemy się na budowaniu złożonych systemów bazowych” – dodał Fry. „Nie chodzi tylko o laser, ale o cały system: radar, system dowodzenia i kontroli, sieć, platformę, wytwarzanie i sterowanie mocą. Maksymalna wydajność wszystkich tych komponentów i sposób, w jaki współpracują ze sobą, jest ważna dla zmaksymalizowania potencjału systemu.”
Northrop Grumman powiedział, że chociaż waga, rozmiar i zużycie energii przez systemy zostały znacznie zmniejszone w ciągu ostatniej dekady, spodziewają się przyspieszenia tego procesu w nadchodzących latach. Ponadto znacznie wzrosła zdolność systemów laserowych do śledzenia zagrożeń i „utrzymywania fotonów na celu tak długo, jak jest to konieczne do uzyskania pożądanego efektu”.
kreacja
Schnorrenberg powiedział, że obecnie największym wyzwaniem są ograniczenia produkcyjne. Ze względu na ograniczoną liczbę opracowanych do tej pory systemów laserowych, baza produkcyjna jest niezagospodarowana, co oznacza, że najważniejsze komponenty wciąż wymagają sfinalizowania w scenariuszach produkcji wielkoseryjnej.
„Rząd USA inwestuje w zakłady produkcyjne, aby rozwiązać ten problem” – dodał. „Ostatecznie przemysł ostatecznie zapewni mechanizmy wykonawcze do rozwoju tej bazy”.
Jest to klucz do wyznaczania celów przez armię USA dla programu M-SHORAD. W ogłoszeniu o kontrakcie zauważono, że wybór Northrop Grummana i Raytheona „będzie promować konkurencję i stymulować bazę przemysłową dla ukierunkowanych systemów energetycznych”.
James ma nadzieję, że w nadchodzących latach laser będzie ewoluował jako broń wojenna na swój własny sposób. Choć wątpi, by lasery działały jako zupełnie oddzielne systemy, wierzy, że z pewnością staną się znaczącym dodatkiem do innych rodzajów broni. Jest mało prawdopodobne, aby na przykład systemy obrony powietrznej składały się z samych laserów, ale staną się częścią szerszego systemu, który będzie obejmował pociski. Ponadto, aby zwalczać cele na bardzo krótkich dystansach, wojsko najprawdopodobniej będzie chciało zostawić osobnego żołnierza.
„Być może lasery na zawsze będą częścią systemu podstawowego”.
„Aby uczynić lasery naprawdę skutecznymi i bardziej użytecznymi dla armii amerykańskiej, ich koszt musi spaść” – powiedział Robin. Jednak każda technologia wyłaniająca się z rynku niszowego będzie z czasem odgrywać bardziej znaczącą rolę.
„W miarę wzrostu liczby prototypów i testów demonstracyjnych – nie tylko w wojsku, ale także w innych rodzajach sił zbrojnych – wkrótce będziemy świadkami ekspansji tego rynku i spadku kosztów systemów broni laserowej”.
