A Rheinmetall 20 kW -os lézere a Boxer 8x8 -on a DSEI 2015 -en
A technológiai fejlődés most mérföldkőhöz érkezett, amikor a járműre szerelt lézerfegyver-rendszerek valósággá váltak. Nézzük meg, hogyan fejlődnek ezek a harcfejlesztő rendszerek
A járműre szerelt fegyverek olcsó harci fejlesztőeszközök, amelyeket mind a rendes hadsereg, mind a szabálytalan „aszimmetrikus” alakulatok használnak, amelyek részt vesznek a világ szinte minden konfliktusában.
A közelmúltig a fegyverek harci járművekre történő felszerelésének lehetőségei a géppuskákra és a különböző formájú tüzérségi rendszerekre korlátozódtak. Azonban a helyzet itt változni kezdett a lézerrendszerek vagy az irányított energiarendszerek megjelenésével, amelyek elegendő erővel rendelkeznek ahhoz, hogy a levegőben kis repülőgépeket és lőszereket égessenek el.
Az ilyen rendszerekhez való terjedelmes energiatároló egységek elhelyezése mindig komoly problémát jelentett, de a legújabb fejlemények hozzájárultak ahhoz, hogy a lézerek olyan méretre csökkenjenek, amely lehetővé teszi, hogy akár nagy dzsipbe is telepítsék őket.
Technológiai forradalom
A kilencvenes években a száloptikai kommunikáció technológiai forradalma következett be, ami felgyorsította a nagy teljesítményű szilárdtest-lézerek kifejlesztését, amelyek egy évtizeddel később alkalmazást találtak az ipari feldolgozásban, például a márkaépítésben, a vágásban, a hegesztésben és az olvasztásban.
Ezek a lézerek rendkívül hatékonyak voltak közelről, de idő kérdése volt, hogy az iparág megtalálja a módját ennek a technológiának a skálázására, és olyan futurisztikus fegyvereket hozzon létre, amelyek több száz vagy akár több ezer méteres távolságban is képesek vágni és olvadni.
Az amerikai védelmi óriás Lockheed Martin is ezt tette. A félvezetőgyártás, a napelemek és az autóipari hegesztés új technológiájára építve a vállalat kifejlesztett egy katonai lézergépet, amely több százszor erősebb kereskedelmi elődeinél.
Robert Afzal, a vállalat vezető kutatója azt mondja: „Egy valódi forradalom zajlik ma ezen a területen, amelyet a kutatók sokéves gigantikus munkája készített fel. És úgy gondoljuk, hogy a lézertechnológia végre készen áll abban az értelemben, hogy most képesek vagyunk olyan lézert létrehozni, amely elég erős és kicsi ahhoz, hogy elférjen a taktikai járművekben.”
„A korábbi lézerek egyszerűen túl nagyok voltak - egész állomások voltak. De a nagy hatékonyságú szál lézertechnológia és a kiváló minőségű sugárzás megjelenésével végre megkaptuk a rejtvény utolsó darabját, amely illeszkedik ezekhez a gépekhez."
A polgári ipar több kilowatt nagyságrendű lézereket használt, de Afzal megjegyezte, hogy a katonai lézerek teljesítményének 10-100 kW-nak kell lennie.
"Olyan technológiát dolgoztunk ki, amely lehetővé teszi számunkra a szál lézerek teljesítményének skálázását, nem csak egy nagyobb szál lézer megépítésével, hanem több kilowatt osztályú modul kombinálásával, hogy elérjük a hadsereg által igényelt teljesítményt."
Elmondta, hogy a lézer a sugárkombináción alapul, amely folyamat több lézermodult egyesítve egy nagy teljesítményű, kiváló minőségű nyalábot hoz létre, amely nagyobb hatékonyságot és halálozást biztosít, mint néhány egyedi 10 kW-os lézer.
Fehér kollimált sugár
A fénysugár prizmán való áthaladásának folyamatát leírva, sok színes folyamba törve kifejtette: „Ha több lézersugara van, mindegyik kissé eltérő színű, pontosan a megfelelő szögben lép be ebbe a prizmába, akkor mindegyik kijön ebből a prizmából egymásra helyezve úgynevezett fehér kollimált sugarat képez."
„Lényegében ezt tesszük, de prizma helyett egy másik optikai elemet használunk, amelyet diffrakciós rácsnak neveznek, és ugyanazt a funkciót látja el. Vagyis nagy teljesítményű lézermodulokat építünk, mindegyiket kissé eltérő hullámhosszon, majd egyesítjük őket, tükrözve a diffrakciós rácsot, és a kimeneten egy nagy teljesítményű lézersugarat kapunk."
Afzal elmondta, hogy valójában egy ilyen megoldás a távközlési szektor hullámhossz-osztásos multiplexelési technológiája, amely ipari termelésből származó nagyteljesítményű szál lézerekkel kombinálható.
"A szál lézer a valaha kifejlesztett leghatékonyabb és legerősebb lézer" - mondta. -Vagyis 30%-ot meghaladó teljes elektromos hatékonyságról beszélünk, amiről 10-15 évvel ezelőtt még nem is álmodtak, amikor 15-18%-os hatékonysággal rendelkeztünk. Ennek sok köze van a teljesítményhez és a hűtéshez, így ezek a rendszerek most kisebbek lehetnek. A lézert most nem egy nagy lézer építésével méretezik, hanem új modulok hozzáadásával."
Az amerikai hadsereg a közelmúltban toborozta a Lockheed Martint, hogy az ATHENA (Advanced Test High Energy Asset) telepítésén alapuló nagy teljesítményű lézerfegyver-rendszert hozzon létre, amelyet a vállalat egyik könnyű taktikai járművére lehet felszerelni.
A tavalyi tesztek során egy 30 kW -os szálas lézeres prototípus sikeresen kiütötte egy kis kisteherautó motorját, és egy mérföldről másodpercek alatt felégette a rácsot. Annak érdekében, hogy szimulálni lehessen a valódi üzemi körülményeket a teszt során, a pickupot a platformra szerelték, járó motorral és bekapcsolt sebességváltóval.
Új generáció
2015 októberében a Lockheed bejelentette, hogy megkezdte a nagy teljesítményű moduláris lézerek új generációjának gyártását, amelyek közül az első 60 kW-os kapacitást az amerikai hadsereg taktikai járművére telepítik.
Afzal elmondta, hogy a hadsereg járműre szerelt lézert akar bevetni légvédelmi küldetésekhez, rakéták, tüzérségi lövedékek és habarcs lőszerek, valamint UAV-k ellen. "A taktikai védelmi szintet nézzük, nem pedig a stratégiai értelemben vett rakétavédelmet."
A Lockheed szerint a moduláris megoldás lehetővé teszi a teljesítmény beállítását egy adott feladat és fenyegetés igényei szerint. A hadsereg képes további modulokat hozzáadni, és a teljesítményt 60 kW -ról 120 kW -ra növelni.
Afzal folytatta: „Az architektúra az Ön igényei szerint méretezhető: 30 kW -ot, 50 kW -ot vagy 100 kW -ot szeretne? Olyan ez, mint a szervermodulok a szerverállványban. Úgy véljük, hogy ez egy rugalmas architektúra - jobban megfelel a teljes körű gyártáshoz. Lehetővé teszi, hogy rendelkezzen olyan modullal, amelyet újra és újra létrehozhat, és amely lehetővé teszi a rendszer tetszés szerinti testreszabását."
„A rendszer alkalmazkodik bármilyen járműhöz, amelyet ma használni szeretne, és ezért ez a technológia annyira lenyűgöző, mert lehetővé teszi az architektúra rugalmasságát, hogy alkalmazkodni tudjon a különböző járművekhez anélkül, hogy sokat változtatna azon, amit dönt. Ez lehetővé teszi egy olyan rendszer beszerzését, amely támogatja például a harci brigádot és a fejlett operatív bázist."
A rendszer kereskedelmi forgalomban kapható szál lézereket használ, amelyek nagyon reprodukálható modulokba vannak összeállítva, így rendkívül megfizethetőek. Több szál lézer modul használata csökkenti a kisebb meghibásodások valószínűségét, valamint a karbantartás és javítás költségeit és terjedelmét.
Arra a kérdésünkre, hogy egy taktikai járműre telepített harci lézer mikor jelenhet meg a csatatéren, Afzal hozzávetőleges időkeretet javasolt: „Tervezzük, hogy 2016 végén leszállítjuk a lézerünket. Ezután a hadsereg egy ideig elvégzi a dolgát, majd meglátjuk."
A lézer vonzereje
A taktikai irányítású energiafegyvereknek számos jellemzőjük van, amelyek nagyon vonzóvá teszik őket a modern katonai erők számára, beleértve a "lőszerek" alacsony költségét, valamint gyorsaságukat, pontosságukat és könnyű használatukat.
„Először is, ezek nagyon pontos fegyverek, potenciálisan nagyon alacsony járulékos sérülésekkel, ami fontos” - tette hozzá Afzal. "A fénysebesség lehetővé teszi, hogy azonnal besugározzon egy célpontot, és ezért nagy manőverező képességű célpontokat is eltalálhat, vagyis tarthatja a fénysugarat olyan célponton, amelyet a kinetikus lőszer néha nem tud kezelni."
Talán a legfontosabb előny az egyetlen hatékony „lövés” alacsony költsége.
„Ezen a ponton nem akar drága és erőteljes védekező kinetikus fegyvereket költeni olcsó többszörös fenyegetésekre” - folytatta Afzal. - A lézerfegyvereket a kinetikus rendszerek kiegészítésének tekintjük. Feltételezzük, hogy a lézerrendszert számos alacsony intenzitású, alacsony intenzitású fenyegetés ellen fogja használni, és a kinetikus magazinját hagyja a támadó komplex, páncélozott, nagy hatótávolságú fenyegetések számára."
Afzal azt javasolja, hogy a lézerfegyver bevethető legyen az operatív vezérlő szenzorhálózat harctérébe, amely biztosítja a kezdeti célmegjelölést.
„Először is, egy bizonyos rendszernek tájékoztatnia kell a fenyegetés megjelenéséről, majd a parancsnokság kezelője eldönti, hogy melyik ellenintézkedést alkalmazza, meghatározza a célpontot, lézert dob rá, és a radaradatok alapján lezárja a célt., majd a kezelő, látva a célt a monitoron, úgy dönt, hogy hozza -e a lézert működésbe”.
„Sok probléma halmozódott fel ezen a területen, hiszen a katonaság világszerte már évtizedekkel ezelőtt fantáziált a lézerfegyverekről, és a kérdés az, hogy miért nincsenek ma nálunk. Azt hiszem, a fő ok az, hogy nem rendelkeztünk olyan technológiával, amely elegendő kisméretű és elég erős lézerfegyver -összetevőt tudott létrehozni ahhoz, hogy fel lehessen helyezni a taktikai járművekre.”
Végső szakaszok
Eközben a Boeing több évet is dolgozott egy nagy energiájú lézeres mobil demonstrátoron (HEL MD) az amerikai hadsereg számára, amely jelenleg a fejlesztés utolsó szakaszában van. A teherautó alvázára szerelt lézer nagy teljesítményű sugárzást irányít a fenyegetésekre, amelyekkel a hadsereg valószínűleg szembesül, és irányítórakéták, tüzérségi lövedékek, aknák és UAV-k elfogó rendszerként működik. Ez a rendszer eddig olyan pontosságot ért el, hogy tönkreteheti a drónok érzékelőit, amint azt egy 10 kW -os lézer demonstrációja során mutatták be a White Sands Proving Ground -on 2013 -ban, és ismét az Eglin AFB -n 2014 -ben.
A katonai előírások szerint a teljes HEL MD rendszer nagy teljesítményű, hatékony lézerből és nagy teherbírású alrendszerekből áll, amelyeket katonai járművekre kell felszerelni. A rendszer képes lesz más megsemmisítési eszközökkel együtt védeni bizonyos zónákat, legyenek azok előremenő támaszpontok, haditengerészeti létesítmények, légibázisok és egyéb építmények.
A Boeing számos rendszert fejleszt, hogy beépüljön a végső prototípusba, amelyet egy módosított nehéz terjeszkedési taktikai teherautóra (HEMTT) telepítenek.
Ezek az alrendszerek lézert tartalmaznak; sugárvezérlés; tápegység; hőcserélő és harci vezérlőrendszer.
Az amerikai hadsereg űrvédelmi parancsnoksága fokozatosan fejleszti a HEL MD -t. A lézer-, tápegység- és hőcserélő rendszert az elkövetkező években fejleszteni fogják azzal a céllal, hogy növeljék az alrendszerek teljesítményét és technológiai fejlődését.
A technológia fejlődésével az alkatrészek moduláris jellege lehetővé teszi az erősebb lézerek bevezetését, amelyek integrálva vannak a jobb célzási és követési képességekkel.
Teljes ciklus
A Boeing szerint a HEL MD sugárvezető „minden égbolt” lefedettséget biztosít, mivel 360 ° -ban forog, és a jármű teteje fölé emelve a horizonton túli célokat rögzíti. A célpontok folyamatos megsemmisítését egyszerűsítik a hőcserélő és áramellátó rendszerek.
Az egész rendszer dízel üzemanyaggal működik; vagyis a fegyver "lőszerének" feltöltéséhez csak egy gyors tankolás szükséges. A HEL MD rendszer lítium-ion akkumulátorait egy 60 kW-os dízelgenerátor tölti fel, ezért amíg a hadsereg rendelkezik üzemanyaggal, korlátlanul működhet.
A rendszert az autóvezető és az üzemkezelő irányítja laptop és Xbox típusú set-top box segítségével. A jelenlegi demo modell 10 kW teljesítményű lézert használ. Azonban a közeljövőben a lézert az 50 kW -os osztályba telepítik, és további két év múlva teljesítménye 100 kW -ra nő.
A Boeing korábban kifejlesztett egy kisebb lézeres installációt az amerikai hadsereg számára, és telepítette azt az AN / TWQ-1 Avenger páncélautóra, amelyet Boeing Laser Avengernek neveztek el. 1 kW-os szilárdtest lézert használnak az UAV-ok elleni küzdelemre és a robbanószerkezetek (IED) semlegesítésére. A rendszer így működik: az IED-re vagy a fel nem robbant lőszerre irányul az út szélén, a lézersugár teljesítményének fokozatos növelésével, amíg a robbanóanyag ki nem ég a kis teljesítményű detonáció során. A 2009 -es tesztek során a Laser Bosszúálló rendszer sikeresen megsemmisített 50 ilyen eszközt, hasonlóan az Irakban és Afganisztánban tapasztaltakhoz. Ezenkívül újabb demonstrációt is végeztek e rendszer működéséről, amelynek során több kis drónt semmisített meg.
Boeing Laser Avenger
Hároméves terv
A német Rheinmetall védelmi cég szerint három év múlva saját, nagy teljesítményű nagyenergiás lézert (HEL) kínál a piacon, amelyet a járműre szerelnek.
A 2013 -as Svájcban elvégzett tesztsorozat után a vállalat a sugárformázó modulok szoftveres képességeinek és a lézer technológiájának bővítésén dolgozott, majd előre jelezte, hogy lézerrendszere a földi célok leküzdésére és a földre is kiterjed a légvédelem már készen állhat. 2018.
Három gépet választottak ki mobil HEL platformként. A Boxer páncélozott járművel együtt a módosított M113 páncélozott hordozó 1 kW-os lézerrel (Mobile HEL Effector Track V) és a Tatra 8x8 teherautó két 10 kW-os lézerrel (Mobile HEL Effector Wheel XX) mutatta be jellemzőit.
Mindhárom lézerplatform
A GTK Boxer páncélozott járművekre szerelt 20 kW -os lézert a HEL végrehajtó modul különbözteti meg, amelynek előnye a moduláris felépítés elve. A Rheinmetall szerint a Boxer még nem rendelkezett 20 kW -nál nagyobb teljesítményű lézerrel, bár több lézer kombinálása sugárbeállítási technológiával növelheti teljes teljesítményét. Ezenkívül több Boxer HEL egység kombinálható egy olyan rendszer létrehozására, amelynek tényleges teljesítménye meghaladja a 100 kW -ot.
A 2013 -ban lefolytatott demó tesztek során a Boxer jármű személyzete megerősítette a HEL lézeres telepítés képességeit, és letiltotta a pickupra felszerelt nehéz géppuskát anélkül, hogy kockáztatná magát a géppuskát (fotó alább). Ezenkívül a Skyguard radarállomással párhuzamosan együttműködve a Tatra Mobile Effector Wheel XX teherautóra történő telepítés bemutatta a helikopter típusú UAV semlegesítésének minden szakaszát.
A helikopterpályák semlegesítését SkyGuard radarral végezték, amely észlelte és azonosította a célpontot. Továbbá a HEL Boxer telepítése adatokat kapott tőle, durva és pontos nyomon követést végzett, majd elfogta a célpontot megsemmisítésre.
A Boeing HEL MD lézerrendszere szerződésben áll az Egyesült Államok Rakéta- és Űrvédelmi Parancsnokságával
Tengeri kutatás
Az Egyesült Államok Haditengerészetének Kutatási és Fejlesztési Igazgatósága (ONR) saját járműre szerelt szilárdtest harci lézerét teszteli, amelyet földi légvédelmi irányított energia útközben (GBAD OTM) jelöl. Valójában a rendszer egy nagy teljesítményű lézer, amelyet egy taktikai járműre szereltek fel, és amelyet úgy terveztek, hogy megvédje az expedíciós erőket az ellenséges UAV-októl.
Tekintettel a pilóta nélküli légi rendszerek növekvő elterjedésére, az amerikai tengerészgyalogság azt sugallja, hogy a harci egységek egyre inkább kénytelenek lesznek védekezni a légi felügyeletet és felderítést végző ellenfelek ellen.
A GBAD OTM rendszert könnyű taktikai járművekre, például a HMMWV és a JLTV (Joint Light Tactical Vehicle) szerelésére tervezték. Az ONR szerint a GBAD OTM program célja, hogy alternatívát teremtsen a hagyományos rendszerek ellen, amelyek képesek megóvni a tengerészgyalogosokat az ellenséges felderítéstől és támadási drónoktól. A GBAD OTM rendszer elemeit, beleértve a lézert, a sugárzást célzó eszközt, az elemeket, a radart, a hűtő- és vezérlőrendszert, az ONR, a haditengerészet Dahlgren Felszíni Fegyverfejlesztő Központja és számos ipari vállalkozás közösen fejlesztette ki.
A program célja, hogy ezeket az összetevőket egyetlen komplexbe egyesítse, amely elég kicsi lesz ahhoz, hogy könnyű taktikai páncélozott járművekre telepíthető legyen, de elég erős ahhoz, hogy kezelje a tervezett fenyegetéseket.
Széles alkalmazás
A washingtoni Sea-Air-Space 2015 konferencia során az ONR csapatok védelméért felelős programok vezetője, Lee Mastroiani újságírókkal folytatott beszélgetésében kifejtette, hogy a lézerek hatékonyan képesek megsemmisíteni a fenyegetéseket a légvédelem teljes spektrumában, beleértve rakéták, tüzérségi lövedékek, habarcs lőszerek, UAV -k, szállítóeszközök és IED -k. "Azonban először is a GBAD rendszer célja a kis méretű UAV-ok elleni küzdelem, amelyek veszélyt jelentenek harci egységeinkre."
„A GBAD OTM rendszer három fő összetevőből áll: egy 3 tengelyes radarkövető állomás, amely azonosítja a fenyegetést; parancsnoki és irányító egység, amely azonosítja és eldönti, hogyan kell semlegesíteni a fenyegetést rakéták vagy tüzérségi fegyverek használata esetén; és a tényleges platform lézerrel."
Mastroiani megjegyezte, hogy a GBAD program esetében a hangsúly a könnyű harci járműre szerelt UAV-ok megsemmisítésére alkalmas nagy teljesítményű lézer kifejlesztésén van.
„Jelentős érv szól egy ilyen döntés mellett, amely szerint az ilyen fenyegetések olcsóak, vagyis a drága rakéták használata ebben az esetben nem illeszkedik a problémáról alkotott elképzelésünkbe. Ezért egy lézer használatával, amely egy fillérbe kerül impulzusonként, biztonságosan harcolhat az olcsó fenyegetések ellen egy olcsó fegyverrendszerrel. Általánosságban elmondható, hogy a program lényege, hogy még a mozgásban is harcolni kell az ilyen célok ellen, hogy támogassa a Tengerészgyalogság hadműveleteit."
Mastroiani szerint az ONR a LaWS (Laser Weapon System) demonstrációs berendezés több összetevőjét használta fel, amelyeket az amerikai haditengerészet telepített a Ponce hajóra a Perzsa -öbölben.
"A kiszámítható elkerülés elvét, néhány kulcsfontosságú technológiát és szoftvert használunk, de sok más probléma is van" - tette hozzá Mastroiani. - Ami a USS Ponce hajót illeti, rengeteg hely és minden más van, miközben sok problémám van a súly, méret és energiafogyasztás tekintetében, amikor a rendszert könnyű taktikai járműre kell felszerelni. Van egy sugárvezető eszközöm, tápegységem, hűtőrendszerem, irányításom és célmegjelölésem, és mindeznek összehangoltan és "dugók" nélkül kell működnie, ezért sok különböző problémát kell megoldani ebben a külön projektben."
Az ONR szerint a rendszer egyes alkotóelemeit különböző méretű drónok észlelésére és nyomon követésére használták a tesztek során, a teljes rendszert pedig 10kW -os lézerrel tesztelték, ami közbenső megoldás, ha 30kW -os lézerre váltanak. A tervek szerint a 30 kW -os rendszer terepi tesztelésére 2016 -ban kerül sor, ekkor a program átfogó teszteket kezd azzal a céllal, hogy az egyszerű észleléstől és nyomon követéstől a könnyű katonai járművekről történő tüzelésre kerüljön.
