20 kW лазер на Rheinmetall на Boxer 8x8, представен на DSEI 2015
Техническият прогрес сега е достигнал до крайъгълен камък, когато лазерните оръжейни системи, монтирани на превозни средства, са станали реалност. Нека да разгледаме как се развиват тези системи за подобряване на борбата
Оръжията, монтирани на превозни средства, са евтин инструмент за подобряване на битката, използван както от редовните армии, така и от неправилни „асиметрични“формирования, участващи в почти всеки конфликт в света.
Доскоро възможностите за инсталиране на оръжия на бойни превозни средства бяха ограничени до картечници и артилерийски системи с различни форми. Ситуацията тук обаче започна да се променя с появата на лазерни системи или системи с насочена енергия с достатъчна мощност, за да изгорят малки самолети и боеприпаси във въздуха.
Поставянето на обемисти съоръжения за съхранение на енергия за такива системи винаги е било сериозен проблем, но последните разработки допринесоха за намаляването на лазерите до размер, който им позволява да бъдат инсталирани дори в голям джип.
Технологична революция
През 90-те години на миналия век се наблюдава технологична революция в оптичните комуникации, ускорявайки развитието на твърдотелни лазери с висока мощност, които десетилетие по-късно намират приложение в промишлената обработка като брандиране, рязане, заваряване и топене.
Тези лазери бяха изключително ефективни на близко разстояние, но беше въпрос на време индустрията да намери начин да разшири мащаба на тази технология и да създаде футуристични оръжия, които могат да режат и топят цели на разстояние от няколкостотин или дори хиляди метра.
Американският отбранителен гигант Lockheed Martin направи точно това. Въз основа на новите технологии за производство на полупроводници, слънчеви клетки и заваряване на автомобили, компанията е разработила военна лазерна машина, която е стотици пъти по -мощна от своите търговски предшественици.
Робърт Афзал, старши изследовател в тази компания, казва: „Днес в тази област се случва истинска революция, подготвена от многогодишна гигантска работа на изследователи. И ние вярваме, че лазерната технология най -накрая е готова в смисъл, че сега сме в състояние да създадем лазер, достатъчно мощен и достатъчно малък, за да се побере в тактически превозни средства.
„Предишните лазери бяха просто твърде големи - бяха цели станции. Но с появата на високоефективна технология за лазер с влакна с висококачествен лъч най-накрая имаме последното парче от пъзела, което да пасне на тези машини."
Гражданската индустрия използва лазери от порядъка на няколко киловата, но Afzal отбелязва, че военните лазери трябва да имат мощност 10-100 kW.
"Ние разработихме технология, която ни позволява да мащабираме мощността на влакнести лазери, не само чрез изграждане на по-голям влакнен лазер, но и чрез комбиниране на няколко модула от клас киловат за постигане на мощността, необходима на военните."
Той каза, че лазерът се основава на комбиниране на лъч, процес, който комбинира множество лазерни модули, за да образува един високомощен, висококачествен лъч, който осигурява по-голяма ефективност и леталност от няколко отделни 10kW лазера.
Бял колимиран лъч
Описвайки процеса на преминаване на светлинен лъч през призма, пречупвайки се в много цветни потоци, той обяснява: „Ако имате няколко лазерни лъча, всеки с малко по -различен цвят, влизащи в тази призма под точно правия ъгъл, всички те ще излязат на тази призма се наслагва и ще образува така наречения бял колимиран лъч."
„Това по същество е това, което правим, но вместо призма използваме друг оптичен елемент, наречен дифракционна решетка, който изпълнява същата функция. Тоест, ние изграждаме лазерни модули с висока мощност, всеки с малко различна дължина на вълната, след което ги комбинираме, отразявайки се от дифракционната решетка, и на изхода получаваме един лазерен лъч с висока мощност."
Афзал каза, че всъщност такова решение е технология за мултиплексиране с разделяне на дължината на вълната от телекомуникационния сектор, комбинирана с влакна с висока мощност лазери от индустриалното производство.
„Лазерът с влакна е най -ефективният и мощен лазер, разработен някога“, каза той. -Тоест говорим за пълна електрическа ефективност над 30%, за която дори не се е мечтало преди 10-15 години, когато имахме КПД 15-18%. Това има много общо с захранването и охлаждането, така че тези системи вече могат да станат по -малки. Лазерът сега се мащабира не чрез изграждане на голям лазер, а чрез добавяне на нови модули."
Американската армия наскоро нае Lockheed Martin, за да създаде мощна лазерна оръжейна система въз основа на своята инсталация ATHENA (Advanced Test High Energy Asset), която може да бъде монтирана на едно от леките тактически превозни средства на компанията.
По време на миналогодишните тестове прототип на лазерен влакно с мощност 30 kW успешно нокаутира двигателя на малък пикап, изгаряйки решетката за секунди от една миля. За да се симулират реални условия на работа по време на теста, пикапът е инсталиран на платформата с работещ двигател и включена предавка.
Нова генерация
През октомври 2015 г. Lockheed обяви, че е започнало производството на ново поколение мощни модулни лазери, първият от които с мощност 60 kW ще бъде инсталиран на тактическо превозно средство на американската армия.
Афзал каза, че армията иска да използва монтиран на превозни средства лазер за зенитни мисии, противодействие на ракети, артилерийски снаряди и боеприпаси за минохвъргачки и безпилотни летателни апарати. "Ние разглеждаме тактическо ниво на отбрана, а не противоракетна отбрана в стратегически смисъл."
Според Lockheed, модулното решение позволява мощността да се регулира според нуждите на конкретна задача и заплаха. Армията има възможност да добави още модули и да увеличи мощността от 60 kW до 120 kW.
Afzal продължи: „Архитектурата се мащабира според вашите изисквания: искате ли 30 kW, 50 kW или 100 kW? Това е като сървърни модули в сървърна стойка. Вярваме, че това е гъвкава архитектура - по -подходяща за пълномащабно производство. Тя ви позволява да имате модул, който можете да създавате отново и отново, което ви позволява да персонализирате системата по ваш вкус."
„Системата се адаптира към всяко превозно средство, което искате да използвате днес, и затова тази технология е толкова впечатляваща, защото ще позволи гъвкавостта на архитектурата да се адаптира към различни превозни средства, без много да променя това, което решите да имате. Това дава възможност да се получи система за осигуряване на подкрепа както за бойна бригада, така и за напреднала оперативна база, например."
Системата използва търговски влакнести лазери, сглобени в силно възпроизводими модули, което я прави изключително достъпна. Използването на множество модули от лазерни влакна също намалява вероятността от незначителни неизправности, както и разходите и обхвата на поддръжката и ремонта.
На въпроса кога на бойното поле може да се появи боен лазер, инсталиран на тактическо превозно средство, Афзал предложи приблизителна времева рамка: „Планираме да доставим нашия лазер в края на 2016 г. След което армията ще си върши работата за известно време и тогава ще видим."
Привличането на лазера
Има няколко характеристики на тактически оръжия с насочена енергия, които ги правят много привлекателни за съвременните военни сили, включително ниската цена на „боеприпасите“и тяхната скорост, точност и лекота на използване.
„На първо място, това са много точни оръжия с потенциално много ниски съпътстващи щети, което е важно“, добави Афзал. "Скоростта на светлината ви позволява незабавно да облъчвате цел и следователно можете да удряте силно маневрени цели, тоест можете да държите лъча върху цел, с която кинетичните боеприпаси понякога не могат да се справят."
Може би най -важното предимство е ниската цена на един ефективен „изстрел“.
„На този етап не искате да харчите скъпи и мощни отбранителни кинетични оръжия за евтини множество заплахи“, продължи Афзал. - Ние разглеждаме лазерните оръжия като допълнение към кинетичните системи. Предполагаме, че ще използвате лазерната система срещу голям брой заплахи с ниска интензивност с ниска интензивност, оставяйки кинетичното си списание за атакуващите сложни, бронирани, далекобойни заплахи."
Афзал предполага, че лазерното оръжие може да бъде разположено в бойното пространство в мрежата от сензори за оперативно управление, което ще осигури първоначално обозначение на целта за него.
„На първо място, определена система трябва да информира за появата на заплаха, а след това операторът на командването и управлението решава коя контрамерка да използва, определя целта, хвърля лазер върху нея и заключва целта според данните от радара, след което операторът, виждайки целта на монитора, решава да донесе дали лазерът е в действие”.
„В тази област са се натрупали много проблеми, тъй като военните по целия свят вече са фантазирали за себе си лазерни оръжия преди десетилетия и въпросът е защо ние ги нямаме днес. Мисля, че основната причина е, че нямахме технологията да създадем компонент на лазерно оръжие, който да е достатъчно малък и достатъчно мощен, за да бъде поставен на тактически превозни средства.
Заключителни етапи
Междувременно Boeing също е прекарал няколко години, работещи върху високоенергиен лазерен мобилен демонстратор (HEL MD) за американската армия, който в момента е в последния етап на разработка. Монтиран върху шаси на камион, лазер насочва лъч с висока мощност към заплахите, с които армията вероятно ще се справи, действайки като система за прихващане на неуправляеми ракети, артилерийски снаряди, мини и безпилотни летателни апарати. Тази система досега е постигнала такава точност, че може да унищожи сензори на дронове, както беше показано по време на демонстрацията на 10 kW лазер на полигона White Sands през 2013 г. и отново в Eglin AFB през 2014 г.
Според военните спецификации, пълната система HEL MD ще се състои от високоефективен лазер и подсистеми за тежки условия, които ще бъдат инсталирани на военно превозно средство. Системата ще може да извършва, заедно с други средства за унищожаване, защитата на определени зони, било то предна база, военноморски съоръжения, въздушни бази и други структури.
Boeing разработва няколко системи за интегриране в окончателен прототип, който ще бъде инсталиран на модифициран тежкотактичен камион с разширена мобилност (HEMTT).
Тези подсистеми включват лазер; управление на лъча; захранване; система за контрол на топлообмена и система за управление на битките.
Командването на космическата отбрана на американската армия разработва HEL MD на етапи. Лазерната система, захранването и топлообменната система ще бъдат подобрени през следващите няколко години с цел увеличаване на мощността и технологичното развитие на подсистемите.
С подобряването на технологията, модулният характер на компонентите ще позволи въвеждането на по -мощни лазери, интегрирани с подобрени възможности за насочване и проследяване.
Пълен цикъл
Според Boeing, водещият лъч на HEL MD осигурява покритие „по цялото небе“, тъй като се завърта на 360 ° и се повдига над покрива на превозното средство, за да улови цели над хоризонта. Непрекъснатото унищожаване на целите се опростява от системите за топлообмен и захранване.
Цялата система работи на дизелово гориво; тоест всичко, което е необходимо за попълване на "боеприпасите" на оръжието, е бързо зареждане с гориво. Литиево-йонните батерии на системата HEL MD се презареждат от 60 kW дизелов генератор, поради което, докато армията има гориво, тя може да функционира за неопределено време.
Системата се управлява от шофьора на автомобил и оператора на централата, използвайки лаптоп и приставка тип Xbox. Настоящият демонстрационен модел използва лазер клас 10 kW. В близко бъдеще обаче лазерът ще бъде инсталиран в клас 50 kW, а след още две години мощността му ще се увеличи до 100 kW.
По-рано Boeing разработи по-малка лазерна инсталация за американската армия и я инсталира на бронираната кола AN / TWQ-1 Avenger, наречена Boeing Laser Avenger. Твърдотелният лазер с мощност 1 kW се използва за борба с безпилотни летателни апарати и неутрализиране на импровизирани взривни устройства (IED). Системата работи по следния начин: тя е насочена към IED или невзривен боеприпас отстрани на пътя с постепенно увеличаване на мощността на лазерния лъч, докато експлозивата изгори в процеса на детонация с ниска мощност. По време на тестовете през 2009 г. системата Laser Avenger успешно унищожи 50 такива устройства, подобни на тези, срещани в Ирак и Афганистан. Освен това беше извършена друга демонстрация на работата на тази система, по време на която тя унищожи няколко малки дронове.
Boeing Laser Avenger
Тригодишен план
Според германската отбранителна компания Rheinmetall след три години тя ще предложи на пазара свой собствен мощен лазер с висока енергия (HEL), който е инсталиран на превозното средство.
След поредица от тестове, проведени в Швейцария през 2013 г., компанията работи за разширяване на софтуерните възможности на модулите за формиране на лъч и технологията на самия лазер, след което прогнозира, че нейната лазерна система за борба с наземни цели, както и за наземни ПВО може вече да е готова през 2018 г.
Три машини бяха избрани да работят като мобилни HEL платформи. Заедно с бронираната машина Boxer модифицираният бронетранспортьор M113 с лазер от 1 kW (Mobile HEL Effector Track V) и камионът Tatra 8x8 с два 10-kW лазера (Mobile HEL Effector Wheel XX) демонстрираха своите характеристики.
И трите лазерни платформи
Лазерът с мощност 20 kW, монтиран на бронираната машина GTK Boxer, се отличава с изпълнителния модул HEL, чието предимство се крие в принципа на модулния дизайн. Rheinmetall казва, че Boxer все още не е имал лазер с мощност над 20 kW, въпреки че комбинирането на множество лазери, използващи технология за подравняване на лъча, може да увеличи общата му мощност. В допълнение, няколко Boxer HEL блока могат да бъдат комбинирани, за да се създаде система с ефективна мощност над 100 kW.
По време на демонстрационните тестове, проведени през 2013 г., екипажът на превозното средство Boxer потвърди възможностите на лазерната инсталация HEL, като деактивира тежката картечница, инсталирана на пикапа, без да рискува самия картечница (снимка по -долу). Освен това, работещ в тандем с радарната станция Skyguard, инсталацията на камион Tatra Mobile Effector Wheel XX демонстрира всички етапи на неутрализиране на безпилотен летателен апарат от хеликоптер.
Неутрализирането на хеликоптерите беше извършено с помощта на радар SkyGuard, който откри и идентифицира целта. Освен това инсталацията на HEL Boxer получава данни от него, извършва грубо и точно проследяване и след това улавя целта за унищожаване.
Лазерната система HEL MD на Boeing е по договор с командването на САЩ за ракетна и космическа отбрана
Морски изследвания
Администрацията за научноизследователска и развойна дейност на ВМС на САЩ (ONR) тества свой собствен твърдотелен боен лазер, монтиран на превозно средство, обозначен с наземна противовъздушна отбрана, насочена енергия в движение (GBAD OTM). Всъщност системата е лазер с висока мощност, монтиран на тактическо превозно средство и предназначен за защита на експедиционни сили от вражески БЛА.
Като се има предвид нарастващото разпространение на безпилотни въздушни системи, Корпусът на морската пехота на САЩ предполага, че бойните части ще бъдат все по -принудени да се защитават срещу противници, провеждащи наблюдение и разузнаване от въздуха.
Системата GBAD OTM е предназначена за инсталиране на леки тактически превозни средства като HMMWV и JLTV (съвместно леко тактическо превозно средство). Според ONR програмата GBAD OTM е насочена към създаване на алтернатива на традиционните системи, които могат да предпазят морските пехотинци от разузнаване и нападение на безпилотни летателни апарати. Компоненти на системата GBAD OTM, включително лазер, устройство за насочване на лъч, батерии, радар, система за охлаждане и управление, са разработени съвместно от ONR, Центъра за развитие на повърхностните оръжия на флота Dahlgren и няколко индустриални предприятия.
Целта на програмата е да комбинира всички тези компоненти в един комплекс, който ще бъде достатъчно малък, за да бъде инсталиран на леки тактически бронирани превозни средства, но достатъчно мощен, за да се справи с предвидените заплахи.
Широко приложение
По време на конференцията Sea-Air-Space 2015 във Вашингтон ръководителят на програмите за защита на войските в ONR Лий Мастрояни в разговор с репортери обясни, че лазерите могат ефективно да унищожават заплахите в целия спектър на ПВО, включително ракети, артилерийски снаряди, минохвъргачки, БЛА, транспортни средства и ВВП. "Въпреки това, на първо място, системата GBAD е предназначена за борба с маломерни БЛА, които представляват заплаха за нашите бойни части."
„Системата GBAD OTM се състои от три основни компонента: 3-осна радарна станция за проследяване, която идентифицира заплаха; звено за управление и управление, което идентифицира и решава как да неутрализира заплахата в случай на използване на ракети или артилерийски оръжия; и действителната платформа с лазер."
Мастрояни отбеляза, че в случая с програмата GBAD акцентът е върху разработването на лазер с висока мощност за унищожаване на безпилотни летателни апарати, инсталирани на лека бойна машина.
„Съществува значителен аргумент в полза на такова решение, а именно, че подобни заплахи са с ниска цена, тоест използването на скъпи ракети в този случай не се вписва в нашата визия за проблема. Следователно, използвайки лазер, който струва стотинка за импулс, можете безопасно да се борите с евтини заплахи с евтина оръжейна система. Като цяло същността на програмата е да се бори срещу такива цели дори в движение, за да подкрепи бойните операции на Корпуса на морската пехота “.
Според Mastroiani, ONR използва няколко компонента от демонстрационната инсталация LaWS (Laser Weapon System), която американският флот е инсталирал на борда на кораба Ponce в Персийския залив.
„Ние използваме принципа на предсказуемо избягване, някои от ключовите технологии и софтуер, но има и много други проблеми“, добави Мастрояни. - Що се отнася до кораба USS Ponce, има достатъчно място и всичко останало, докато имам много проблеми по отношение на теглото, размера и характеристиките на консумация на енергия, когато системата трябва да бъде инсталирана на леко тактическо превозно средство. Имам устройство за насочване на лъча, захранване, охладителни системи, насочване и обозначение на целта и всичко това трябва да работи съгласувано и без "щепсели", така че в този отделен проект трябва да се решат много различни проблеми."
Според ONR, някои от компонентите на системата са били използвани при тестове за откриване и проследяване на дронове с различни размери, а цялата система е тествана с 10kW лазер, който е междинно решение при преминаване към 30kW лазер. Планира се полевите изпитания на системата с мощност 30 kW да се проведат през 2016 г., когато програмата ще започне цялостни изпитания с цел преминаване от просто откриване и проследяване до стрелба от леки военни превозни средства.
