Laser Rheinmetall 20 kW na Boxerze 8x8 prezentowany na DSEI 2015
Postęp technologiczny osiągnął kamień milowy, gdy systemy broni laserowej montowane w pojazdach stały się rzeczywistością. Przyjrzyjmy się, jak ewoluują te systemy ulepszeń walki
Broń montowana na pojazdach to niedrogie narzędzie wspomagające walkę, używane zarówno przez regularne armie, jak i nieregularne „asymetryczne” formacje biorące udział w niemal każdym konflikcie na świecie.
Do niedawna możliwości instalowania broni na wozach bojowych ograniczały się do karabinów maszynowych i systemów artyleryjskich w różnych formach. Jednak sytuacja tutaj zaczęła się zmieniać wraz z pojawieniem się systemów laserowych lub systemów ukierunkowanej energii o mocy wystarczającej do spalenia małych samolotów i amunicji w powietrzu.
Umieszczenie nieporęcznych jednostek magazynujących energię w takich systemach zawsze stanowiło poważny problem, ale ostatnie osiągnięcia przyczyniły się do zmniejszenia laserów do rozmiarów, które pozwalają na ich instalację nawet w dużym jeepie.
Rewolucja technologiczna
W latach 90. nastąpiła rewolucja technologiczna w komunikacji światłowodowej, która przyspieszyła rozwój laserów na ciele stałym dużej mocy, które dekadę później znalazły zastosowanie w przetwórstwie przemysłowym, takim jak znakowanie, cięcie, spawanie i topienie.
Lasery te były niezwykle skuteczne z bliskiej odległości, ale dla przemysłu kwestią czasu było znalezienie sposobu na skalowanie tej technologii i stworzenie futurystycznej broni, która byłaby w stanie ciąć i topić cele z odległości kilkuset, a nawet tysięcy metrów.
Właśnie to zrobił amerykański gigant obronny Lockheed Martin. Opierając się na nowej technologii produkcji półprzewodników, ogniw słonecznych i spawania samochodowego, firma opracowała wojskową maszynę laserową, która jest setki razy wydajniejsza niż jej komercyjni poprzednicy.
Robert Afzal, starszy pracownik naukowy tej firmy, mówi: „W tej dziedzinie dokonuje się dziś prawdziwa rewolucja, przygotowana przez wiele lat gigantycznej pracy badaczy. Wierzymy, że technologia laserowa jest już gotowa w tym sensie, że jesteśmy teraz w stanie stworzyć laser wystarczająco silny i wystarczająco mały, aby zmieścić się w pojazdach taktycznych”.
„Poprzednie lasery były po prostu za duże – były to całe stacje. Ale wraz z pojawieniem się wysokowydajnej technologii lasera światłowodowego z wysokiej jakości wiązką, wreszcie mamy ostatni element układanki, który pasuje do tych maszyn.”
Przemysł cywilny używał laserów rzędu kilku kilowatów, ale Afzal zauważył, że lasery wojskowe powinny mieć moc 10-100 kW.
„Opracowaliśmy technologię, która pozwala nam skalować moc laserów światłowodowych, nie tylko poprzez zbudowanie większego lasera światłowodowego, ale także poprzez połączenie kilku modułów klasy kilowatowej w celu uzyskania mocy wymaganej przez wojsko”.
Powiedział, że laser opiera się na łączeniu wiązki, procesie, który łączy wiele modułów laserowych, tworząc jedną wiązkę wysokiej mocy, wysokiej jakości, która zapewnia większą wydajność i śmiertelność niż kilka pojedynczych laserów o mocy 10 kW.
Biała skolimowana wiązka
Opisując proces przepuszczania wiązki światła przez pryzmat, załamującej się na wiele kolorowych strumieni, wyjaśnił: „Jeśli masz kilka wiązek laserowych, każda o nieco innym kolorze, wchodzących w ten pryzmat pod dokładnie odpowiednim kątem, wszystkie wyjdą tego pryzmatu nałoży się i utworzy tak zwaną białą skolimowaną wiązkę.”
„W zasadzie to właśnie robimy, ale zamiast pryzmatu używamy innego elementu optycznego, zwanego siatką dyfrakcyjną, która spełnia tę samą funkcję. Oznacza to, że budujemy moduły laserowe dużej mocy, każdy o nieco innej długości fali, a następnie łączymy je, odbijając się od siatki dyfrakcyjnej, a na wyjściu otrzymujemy jedną wiązkę laserową dużej mocy.
Afzal powiedział, że w rzeczywistości takie rozwiązanie to technologia multipleksacji z podziałem długości fali z sektora telekomunikacyjnego, połączona z laserami światłowodowymi dużej mocy z produkcji przemysłowej.
„Laser światłowodowy jest najbardziej wydajnym i potężnym laserem, jaki kiedykolwiek opracowano” – powiedział. - Czyli mówimy o pełnej sprawności elektrycznej powyżej 30%, o której nawet nie śniło się 10-15 lat temu, kiedy mieliśmy sprawność 15-18%. Ma to wiele wspólnego z zasilaniem i chłodzeniem, więc te systemy mogą być teraz mniejsze. Laser jest teraz skalowany nie przez zbudowanie dużego lasera, ale przez dodanie nowych modułów.”
Armia amerykańska zwerbowała niedawno Lockheed Martin do stworzenia systemu broni laserowej dużej mocy opartej na instalacji ATHENA (Advanced Test High Energy Asset), którą można zamontować na jednym z lekkich pojazdów taktycznych firmy.
Podczas zeszłorocznych testów prototyp lasera światłowodowego o mocy 30 kW z powodzeniem zniszczył silnik małego pickupa, spalając kratę w kilka sekund z odległości kilometra. W celu symulacji rzeczywistych warunków pracy podczas testu pickup został zainstalowany na platformie z włączonym silnikiem i włączonym biegiem.
Nowe pokolenie
W październiku 2015 roku Lockheed ogłosił, że rozpoczął produkcję nowej generacji laserów modułowych dużej mocy, z których pierwszy o mocy 60 kW zostanie zainstalowany na pojeździe taktycznym armii amerykańskiej.
Afzal powiedział, że armia chce rozmieścić laser montowany w pojazdach do misji przeciwlotniczych, przeciwlotniczych, pocisków artyleryjskich i amunicji moździerzowej oraz bezzałogowych statków powietrznych. „Patrzymy na taktyczny poziom obrony, a nie na obronę przeciwrakietową w sensie strategicznym”.
Według Lockheed, rozwiązanie modułowe pozwala na dostosowanie mocy do potrzeb konkretnego zadania i zagrożenia. Armia ma możliwość dołożenia kolejnych modułów i zwiększenia mocy z 60 kW do 120 kW.
Afzal kontynuował: „Architektura skaluje się zgodnie z Twoimi wymaganiami: czy chcesz 30 kW, 50 kW czy 100 kW? To jak moduły serwerowe w szafie serwerowej. Wierzymy, że jest to elastyczna architektura – lepiej przystosowana do produkcji na pełną skalę. Pozwala to na posiadanie modułu, który można wielokrotnie odtwarzać, co pozwala dostosować system do własnych upodobań.”
„System dostosowuje się do dowolnego pojazdu, którego chcesz dzisiaj używać, i dlatego ta technologia jest tak imponująca, ponieważ pozwoli na elastyczność architektury w dostosowywaniu się do różnych pojazdów bez większego modyfikowania tego, co zdecydujesz się mieć. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie systemu zapewniającego wsparcie zarówno dla brygady bojowej, jak i np. zaawansowanej bazy operacyjnej.”
System wykorzystuje komercyjne lasery światłowodowe złożone w wysoce powtarzalne moduły, dzięki czemu jest bardzo przystępny cenowo. Zastosowanie wielu modułów lasera światłowodowego zmniejsza również prawdopodobieństwo drobnych awarii, a także koszty i zakres konserwacji i napraw.
Zapytany, kiedy na polu bitwy może pojawić się laser bojowy zainstalowany na pojeździe taktycznym, Afzal zasugerował przybliżone ramy czasowe: „Planujemy dostarczyć nasz laser pod koniec 2016 roku. Po czym armia jeszcze przez jakiś czas wykona swoją pracę, a potem zobaczymy.”
Atrakcyjność lasera
Istnieje kilka cech taktycznej ukierunkowanej broni energetycznej, które czynią ją bardzo atrakcyjną dla nowoczesnych sił zbrojnych, w tym niski koszt „amunicji” oraz jej szybkość, celność i łatwość użycia.
„Przede wszystkim są to bardzo celne bronie z potencjalnie bardzo niskimi obrażeniami dodatkowymi, co jest ważne” – dodał Afzal. „Prędkość światła pozwala na natychmiastowe napromieniowanie celu, dzięki czemu możesz trafić w wysoce zwrotne cele, co oznacza, że możesz utrzymać promień na celu, z którym czasami nie radzi sobie amunicja kinetyczna”.
Być może najważniejszą zaletą jest niski koszt jednego skutecznego „strzału”.
„W tym momencie nie chcesz wydawać drogiej i potężnej defensywnej broni kinetycznej na tanie, wielokrotne zagrożenia” – kontynuował Afzal. - Uważamy broń laserową za dodatek do systemów kinetycznych. Zakładamy, że użyjesz systemu laserowego przeciwko dużej liczbie zagrożeń o niskiej intensywności i niskiej intensywności, pozostawiając swój magazynek kinetyczny dla atakujących złożonych, opancerzonych zagrożeń dalekiego zasięgu.
Afzal sugeruje, że broń laserowa może zostać umieszczona w przestrzeni bojowej w sieci czujników kontroli operacyjnej, która zapewni jej wstępne wyznaczenie celu.
„Przede wszystkim pewien system musi informować o pojawieniu się zagrożenia, a następnie operator dowodzenia i kontroli decyduje, jakiego środka zaradczego użyć, określa cel, rzuca na niego laser i blokuje cel zgodnie z danymi radarowymi, po czym operator, widząc cel na monitorze, postanawia przynieść, czy laser jest w akcji”.
„W tym obszarze narosło wiele problemów, ponieważ wojsko na całym świecie już dekady temu fantazjowało o broni laserowej, a pytanie brzmi, dlaczego nie mamy ich dzisiaj. Myślę, że głównym powodem jest to, że nie mieliśmy technologii do stworzenia komponentu broni laserowej, która byłaby wystarczająco mała i wystarczająco mocna, aby można ją było umieścić w pojazdach taktycznych.”
Etapy końcowe
W międzyczasie Boeing spędził również kilka lat pracując nad mobilnym demonstratorem lasera o wysokiej energii (HEL MD) dla armii amerykańskiej, który jest obecnie w końcowej fazie rozwoju. Zamontowany na podwoziu ciężarówki laser kieruje wiązkę dużej mocy na zagrożenia, z którymi armia może sobie poradzić, działając jako system przechwytywania pocisków niekierowanych, pocisków artyleryjskich, min i UAV. System ten osiągnął do tej pory taką dokładność, że może niszczyć czujniki w dronach, jak pokazano podczas demonstracji lasera o mocy 10 kW na poligonie White Sands Proving Ground w 2013 roku i ponownie w Eglin AFB w 2014 roku.
Zgodnie ze specyfikacjami wojskowymi, kompletny system HEL MD będzie składał się z wysokowydajnego lasera i podsystemów o dużej wytrzymałości do zainstalowania na pojeździe wojskowym. System będzie w stanie przeprowadzić, wraz z innymi środkami niszczenia, ochronę określonych stref, czy to baz wysuniętych, obiektów morskich, baz lotniczych i innych struktur.
Boeing opracowuje kilka systemów do zintegrowania z ostatecznym prototypem, który zostanie zainstalowany na zmodyfikowanej taktycznej ciężarówce Heavy Expanded Mobility (HEMTT).
Te podsystemy obejmują laser; kontrola wiązki; zasilacz; system kontroli wymiany ciepła i system kontroli walki.
Dowództwo Obrony Kosmicznej Armii USA stopniowo rozwija HEL MD. System lasera, zasilania i wymiany ciepła będzie doskonalony w ciągu najbliższych kilku lat w celu zwiększenia mocy i rozwoju technologicznego podsystemów.
Wraz z rozwojem technologii modułowy charakter komponentów pozwoli na wprowadzenie mocniejszych laserów, zintegrowanych z ulepszonymi możliwościami celowania i śledzenia.
Pełny cykl
Według Boeinga, prowadnica wiązki HEL MD zapewnia pokrycie „całego nieba”, gdy obraca się o 360 ° i jest podnoszona ponad dach pojazdu, aby uchwycić cele znajdujące się poza horyzontem. Ciągłe niszczenie celów ułatwiają systemy wymiany ciepła i zasilania.
Cały system pracuje na oleju napędowym; czyli wszystko, co jest potrzebne do uzupełnienia „amunicji” broni, to szybkie tankowanie. Baterie litowo-jonowe systemu HEL MD są ładowane przez generator diesla o mocy 60 kW, dlatego póki armia ma paliwo, może funkcjonować w nieskończoność.
System jest kontrolowany przez kierowcę samochodu i operatora zakładu za pomocą laptopa i dekodera typu Xbox. Obecny model demonstracyjny wykorzystuje laser klasy 10 kW. Jednak w niedalekiej przyszłości laser zostanie zainstalowany w klasie 50 kW, a za kolejne dwa lata jego moc wzrośnie do 100 kW.
Boeing wcześniej opracował mniejszą instalację laserową dla armii amerykańskiej i zainstalował ją na samochodzie pancernym AN / TWQ-1 Avenger, nazwanym Boeing Laser Avenger. Laser na ciele stałym o mocy 1 kW służy do zwalczania UAV i neutralizacji improwizowanych urządzeń wybuchowych (IED). System działa tak: jest wycelowany w IED lub niewybuch na poboczu drogi ze stopniowym wzrostem mocy wiązki laserowej, aż do wypalenia się materiału wybuchowego w procesie detonacji małej mocy. Podczas testów w 2009 roku system Laser Avenger z powodzeniem zniszczył 50 takich urządzeń, podobnych do tych spotykanych w Iraku i Afganistanie. Ponadto przeprowadzono kolejny pokaz działania tego systemu, podczas którego zniszczył on kilka małych dronów.
Boeing Laser Avenger
Plan trzyletni
Według niemieckiej firmy obronnej Rheinmetall, za trzy lata będzie oferować na rynku własny laser wysokiej mocy (HEL), który jest instalowany w pojeździe.
Po serii testów przeprowadzonych w Szwajcarii w 2013 roku firma pracowała nad rozszerzeniem możliwości oprogramowania modułów kształtowania wiązki oraz technologii samego lasera, po czym przewidziała, że jej system laserowy do zwalczania celów naziemnych, jak i naziemnych obrona powietrzna może być już gotowa w 2018 roku.
Do pracy jako mobilne platformy HEL wybrano trzy maszyny. Wraz z transporterem opancerzonym Boxer swoje właściwości zademonstrował zmodyfikowany transporter opancerzony M113 z laserem o mocy 1 kW (Mobile HEL Effector Track V) oraz ciężarówka Tatra 8x8 z dwoma laserami o mocy 10 kW (Mobile HEL Effector Wheel XX).
Wszystkie trzy platformy laserowe
Laser o mocy 20 kW zainstalowany na transporterze GTK Boxer wyróżnia się modułem wykonawczym HEL, którego zaletą jest modułowa budowa. Rheinmetall twierdzi, że Boxer nie miał jeszcze lasera o mocy większej niż 20 kW, chociaż połączenie wielu laserów przy użyciu technologii ustawiania wiązki mogłoby zwiększyć jego całkowitą moc. Ponadto kilka jednostek Boxer HEL można połączyć w system o efektywnej mocy ponad 100 kW.
Podczas testów demonstracyjnych przeprowadzonych w 2013 roku załoga pojazdu Boxer potwierdziła możliwości instalacji laserowej HEL, wyłączając ciężki karabin maszynowy zamontowany na pickupie bez narażania samego strzelca (zdjęcie poniżej). Dodatkowo, współpracując ze stacją radarową Skyguard, instalacja na ciężarówce Tatra Mobile Effector Wheel XX zademonstrowała wszystkie etapy neutralizacji bezzałogowego statku powietrznego typu śmigłowcowego.
Do neutralizacji heliportów wykorzystano radar SkyGuard, który wykrył i zidentyfikował cel. Co więcej, instalacja HEL Boxer otrzymała od niego dane, przeprowadziła zgrubne i dokładne śledzenie, a następnie przechwyciła cel do zniszczenia.
System laserowy HEL MD Boeinga jest objęty kontraktem z Dowództwem Obrony Rakietowej i Kosmicznej Stanów Zjednoczonych
Badania morskie
Administracja ds. Badań i Rozwoju Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych (ONR) testuje własny, montowany w pojazdach laser bojowy na ciele stałym, oznaczony jako naziemna energetyka naziemna zorientowana na energię w ruchu (GBAD OTM). W rzeczywistości system jest laserem dużej mocy zamontowanym na pojeździe taktycznym i zaprojektowanym do ochrony sił ekspedycyjnych przed wrogimi UAV.
Biorąc pod uwagę rosnącą proliferację bezzałogowych systemów latających, US Marine Corps sugeruje, że jednostki bojowe będą w coraz większym stopniu zmuszone do obrony przed przeciwnikami prowadzącymi obserwację i rozpoznanie z powietrza.
System GBAD OTM przeznaczony jest do montażu na lekkich pojazdach taktycznych typu HMMWV oraz JLTV (Joint Light Tactical Vehicle). Według ONR, program GBAD OTM ma na celu stworzenie alternatywy dla tradycyjnych systemów, które mogą powstrzymać marines przed wrogim rozpoznaniem i atakami dronów. Komponenty systemu GBAD OTM, w tym laser, urządzenie celownicze, baterie, radar, system chłodzenia i sterowania, są opracowywane wspólnie przez ONR, Centrum Rozwoju Broni Powierzchniowej Dahlgren Marynarki Wojennej oraz kilka przedsiębiorstw przemysłowych.
Celem programu jest połączenie wszystkich tych komponentów w jeden kompleks, który będzie wystarczająco mały, aby można go było zainstalować na lekkich taktycznych pojazdach opancerzonych, ale wystarczająco potężny, aby poradzić sobie z zamierzonymi zagrożeniami.
Szerokie zastosowanie
Podczas konferencji Sea-Air-Space 2015 w Waszyngtonie szef programów ochrony wojsk ONR Lee Mastroiani w rozmowie z dziennikarzami wyjaśnił, że lasery mogą skutecznie niszczyć zagrożenia w całym spektrum obrony przeciwlotniczej, m.in. pociski, pociski artyleryjskie, amunicję moździerzową, bezzałogowe statki powietrzne, środki transportu i IED. „Przede wszystkim jednak system GBAD jest przeznaczony do zwalczania małych UAV, które stanowią zagrożenie dla naszych jednostek bojowych”.
„System GBAD OTM składa się z trzech głównych elementów: 3-osiowej radarowej stacji śledzącej, która identyfikuje zagrożenie; jednostka dowodzenia i kontroli, która identyfikuje i decyduje o sposobie neutralizacji zagrożenia w przypadku użycia rakiet lub broni artyleryjskiej; i rzeczywista platforma z laserem.”
Mastroiani zauważył, że w przypadku programu GBAD nacisk kładziony jest na opracowanie lasera dużej mocy do niszczenia bezzałogowych statków powietrznych zainstalowanych na lekkim pojeździe bojowym.
„Za taką decyzją przemawia istotny argument, że takie zagrożenia są tanie, czyli użycie drogich rakiet w tym przypadku nie pasuje do naszej wizji problemu. Dlatego korzystając z lasera, który kosztuje grosz za impuls, możesz bezpiecznie walczyć z tanimi zagrożeniami za pomocą taniego systemu uzbrojenia. Ogólnie rzecz biorąc, istotą programu jest walka z takimi celami nawet w ruchu, aby wspierać operacje bojowe Korpusu Piechoty Morskiej.”
Według Mastroianiego ONR wykorzystał kilka komponentów z instalacji demonstracyjnej LaWS (Laser Weapon System), którą US Navy zainstalowała na pokładzie statku Ponce w Zatoce Perskiej.
„Korzystamy z zasady przewidywalnego unikania, niektórych kluczowych technologii i oprogramowania, ale jest też wiele innych problemów” – dodał Mastroiani. - Jeśli chodzi o okręt USS Ponce, jest dużo miejsca i wszystko inne, podczas gdy mam wiele problemów z wagą, rozmiarami i charakterystyką zużycia energii, gdy system musi być zainstalowany na lekkim pojeździe taktycznym. Posiadam urządzenie naprowadzające wiązkę, zasilanie, układy chłodzenia, naprowadzanie i wyznaczanie celu, a wszystko to powinno działać wspólnie i bez "wtyczek", więc w tym osobnym projekcie trzeba rozwiązać wiele różnych problemów."
Według ONR, niektóre elementy systemu zostały wykorzystane w testach do wykrywania i śledzenia dronów o różnych rozmiarach, a cały system został przetestowany laserem o mocy 10 kW, który jest rozwiązaniem pośrednim przy przejściu na laser o mocy 30 kW. Planuje się, że testy polowe systemu 30 kW odbędą się w 2016 r., kiedy w programie rozpoczną się kompleksowe testy mające na celu przejście od prostego wykrywania i śledzenia do strzelania z lekkich pojazdów wojskowych.
