Resistir la luz: protección de las armas láser. Parte de 5
Anteriormente examinamos cómo desarrollar tecnología lásercual laser оружие se puede crear para solicitar fuerza aerea, Fuerzas terrestres y defensa aérea., la marina.
Ahora tenemos que entender si es posible defenderse contra él y cómo. A menudo hay declaraciones de que es suficiente cubrir el cohete con un revestimiento de espejo o pulir el proyectil, pero desafortunadamente, todo no es tan simple.
Un espejo recubierto de aluminio convencional refleja aproximadamente el 95% de la radiación incidente y su eficiencia depende en gran medida de la longitud de onda.
De todos los materiales mostrados en el gráfico, el aluminio tiene la mayor reflectividad, que no es en absoluto un material refractario. Si el espejo se calienta ligeramente cuando se lo irradia con radiación de baja potencia, entonces, cuando llegue una poderosa radiación, el material del revestimiento del espejo se volverá rápidamente inutilizable, lo que provocará un deterioro de sus propiedades reflectivas y un mayor calentamiento y destrucción de tipo avalancha.
A una longitud de onda inferior a 200 nm, la eficiencia de los espejos disminuye considerablemente, es decir, contra la radiación ultravioleta o de rayos X (láser de electrones libres), dicha protección no funcionará en absoluto.
Hay materiales artificiales experimentales con 100% de reflexión, pero solo funcionan para una longitud de onda específica. Además, los espejos se pueden cubrir con recubrimientos multicapa especiales que aumentan su reflectividad al 99.999%. Pero este método también funciona solo para una única longitud de onda e incidente en un cierto ángulo.
No olvide que las condiciones de operación de las armas están lejos del laboratorio, es decir, El cohete espejo o el proyectil deberán almacenarse en un contenedor lleno de gas inerte. La menor turbidez o mancha, por ejemplo, de las huellas de las manos, empeora inmediatamente la reflectividad del espejo.
La salida del contenedor expone inmediatamente la superficie del espejo al ambiente: la atmósfera y la exposición al calor. Si la superficie del espejo no está cubierta con una película protectora, inmediatamente se deteriorará sus propiedades reflectantes y, si está cubierta con una capa protectora, deteriorará las propiedades reflectantes de la superficie.
Al resumir lo anterior, observamos: la protección de espejo no es muy adecuada para la protección contra armas láser. Entonces, ¿qué es adecuado?
Hasta cierto punto, el método de "difuminar" la energía térmica del rayo láser a lo largo del cuerpo ayudará a garantizar el movimiento de rotación de la aeronave (LA) alrededor de su propio eje longitudinal. Pero este método solo es adecuado para municiones y, en cierta medida, para vehículos aéreos no tripulados (UAV), en menor medida será efectivo cuando se irradie con un láser en la parte frontal de la caja.
En algunos tipos de objetos protegidos, por ejemplo, en la planificación de bombas, misiles de crucero (KR) o misiles guiados antitanque (ATGM) que atacan a un objetivo cuando se vuela desde arriba, este método tampoco se puede aplicar. No rotativas, en su mayor parte, son minas de mortero. Es difícil recopilar datos sobre todos los aviones que no giran, pero estoy seguro de que hay muchos de ellos.
En cualquier caso, la rotación de la aeronave solo reducirá ligeramente el efecto de la radiación láser en el objetivo, ya que El calor transferido por la poderosa radiación láser al casco será transferido a las estructuras internas y más allá a lo largo de todos los componentes de la aeronave.
El uso de humos y aerosoles como contramedidas contra las armas láser también tiene capacidades limitadas. Como ya se mencionó en los artículos de la serie, el uso de láseres contra vehículos blindados terrestres o barcos es posible solo cuando se usa contra equipos de vigilancia, lo que volveremos a proteger. Grabar el caso BMP /tanque o la nave de superficie con un rayo láser en el futuro previsible no es realista.
Por supuesto, es imposible aplicar protección contra humo o aerosol contra las aeronaves. Debido a la alta velocidad de la aeronave, el humo o el aerosol siempre serán expulsados por la presión de aire que se aproxima, para los helicópteros, serán arrastrados por el flujo de aire de la hélice.
Por lo tanto, la protección contra las armas láser en forma de humos rociados y aerosoles puede ser requerida solo en vehículos ligeramente blindados. Por otro lado, los tanques y otros vehículos blindados a menudo están equipados con sistemas estándar de pantallas de humo para interrumpir los sistemas de armas del enemigo, y en este caso, al desarrollar rellenos apropiados, también se pueden usar para contrarrestar las armas láser.
Volviendo a la protección de la inteligencia óptica y de imágenes térmicas, podemos asumir que la instalación de filtros ópticos que impiden el paso de la radiación láser de cierta longitud de onda, solo es adecuada en la etapa inicial para proteger contra las armas láser de baja potencia, por las siguientes razones:
- en servicio habrá una gran variedad de láseres de diferentes fabricantes que operan en diferentes longitudes de onda;
- un filtro diseñado para absorber o reflejar una cierta longitud de onda cuando se expone a una radiación de alta potencia es probable que falle, lo que conducirá a la radiación láser en elementos sensibles o al fallo de la propia óptica (nubosidad, distorsión de la imagen);
- Algunos láseres, en particular, un láser de electrones libres, pueden cambiar la longitud de onda de trabajo en un amplio rango.
El reconocimiento de imágenes ópticas y térmicas se puede proteger para equipos terrestres, barcos y aviación equipo mediante la instalación de escudos de alta velocidad. En caso de detección de radiación láser, la pantalla protectora debe cerrar las lentes en fracciones de segundo, pero incluso esto no garantiza la ausencia de daños a los elementos sensibles. Es posible que el uso generalizado de armas láser a lo largo del tiempo requiera al menos la duplicación de inteligencia en el rango óptico.
Si en los transportistas grandes la instalación de pantallas protectoras y medios de duplicación de inteligencia óptica y de imágenes térmicas es bastante realizable, entonces en armas de alta precisión, especialmente en tamaños compactos, es mucho más difícil de hacer. Primero, los requisitos de peso y tamaño para la protección se ajustan significativamente, y en segundo lugar, la exposición a la radiación láser de alta potencia, incluso con el obturador cerrado, puede sobrecalentar los componentes del sistema óptico debido a su diseño denso, lo que provocará una interrupción total o parcial de su funcionamiento.
¿Cuáles son las formas de proteger eficazmente el equipo y las armas de las armas láser? Existen dos métodos principales: la protección contra la ablación y la protección del aislamiento térmico estructural.
La protección ablativa (del latín ablatio - eliminación, arrastre de masa) se basa en la sustancia extraída de la superficie del objeto protegido por un flujo de gas caliente y / o en el reordenamiento de la capa límite, que en total reduce significativamente la transferencia de calor a la superficie protegida. En otras palabras, la energía entrante se gasta en calentar, fundir y evaporar el material protector.
Actualmente, la protección ablativa se utiliza activamente en los módulos de lanzamiento de la nave espacial (SC) y en las boquillas de los motores a reacción. Las más utilizadas son los materiales plásticos a base de fenoles, silicona y otras resinas sintéticas que contienen carbono (incluido el grafito), sílice (sílice, cuarzo) y nailon como materiales de relleno.
La protección ablativa es una sola vez, pesada y voluminosa, por lo que no tiene sentido usarla en aviones reutilizables (no lea a todos los tripulados, y la mayoría de los aviones no tripulados). Su único uso es en proyectiles guiados y no guiados. Y aquí la pregunta principal es qué grosor debe ser la protección para una potencia de láser, por ejemplo, 100 kW, 300 kW, etc.
En la nave espacial Apollo, el grosor de protección varía de 8 a 44 mm para temperaturas de varios cientos a varios miles de grados. En algún lugar de este rango se encontrará el espesor requerido de la protección ablativa contra los láseres de combate. Es fácil imaginar cómo afectará a las características de peso y tamaño, y, en consecuencia, el alcance, la maniobrabilidad, el peso de la ojiva (CU) y otros parámetros de la munición. La protección térmica ablativa también debe soportar sobrecargas durante el lanzamiento y la maniobra, y debe cumplir con las normas de términos y condiciones de almacenamiento de municiones.
Se cuestiona la munición no controlada, ya que la destrucción desigual de la protección ablativa de la radiación láser puede cambiar la balística externa, como resultado de lo cual la munición se desvía del objetivo. Si la protección ablativa ya se usa en algún lugar, por ejemplo, en municiones hipersónicas, entonces se deberá aumentar su grosor.
Otro método de protección es el revestimiento constructivo o el diseño de la carcasa con varias capas protectoras de materiales refractarios que son resistentes a influencias externas.
Si hacemos una analogía con una nave espacial, podemos considerar la protección térmica de la nave espacial Buran reutilizable. En áreas donde la temperatura de la superficie es 371 - 1260 grados Celsius, se aplicó un recubrimiento consistente en fibra de sílice amorfa 99,7% de pureza, a la que se agrega un aglutinante - dióxido de silicio coloidal. El revestimiento se realiza en forma de baldosas de dos tamaños con un grosor desde 5 hasta 64 mm.
El vidrio de borosilicato que contiene un pigmento especial (revestimiento blanco a base de óxido de silicio y alúmina brillante) se aplica a la superficie exterior de las baldosas para obtener un pequeño coeficiente de absorción de radiación solar y un alto coeficiente de emisión. Se usó protección contra la ablación en el carenado de la nariz y los dedos de los pies del ala del aparato, donde las temperaturas superan los grados 1260.
Debe tenerse en cuenta que durante el funcionamiento a largo plazo, la protección de las baldosas contra la humedad puede verse afectada, lo que conllevará la pérdida de la protección térmica de sus propiedades, por lo que no se puede utilizar directamente como protección anti-láser en aviones reutilizables.
En este momento, se está desarrollando una prometedora protección térmica ablativa con un desgaste mínimo de la superficie, que protege a las aeronaves de la temperatura a los grados 3000.
Un grupo de científicos del Instituto Royce en la Universidad de Manchester (Reino Unido) y la Universidad Central del Sur (China) desarrollaron un nuevo material con características mejoradas que pueden soportar temperaturas de hasta 3000 ° C sin cambios estructurales. Este es un revestimiento cerámico Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 que se superpone a la matriz compuesta de carbono-carbono. De acuerdo con sus características, el nuevo recubrimiento supera significativamente a las mejores cerámicas de alta temperatura.
La estructura química de las cerámicas resistentes al calor desempeña el papel de mecanismo de protección. A temperatura 2000 ° C, los materiales Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 y SiC se oxidan y se convierten en Zr0.80T0.20O2, B2O3 y SiO2, respectivamente. Zr0.80Ti0.20O2 se funde parcialmente y forma una capa relativamente densa, y los óxidos con un bajo punto de fusión de SiO2 y B2O3 se evaporan. A una temperatura más alta 2500 ° C, los cristales Zr0.80Ti0.20O2 se funden en formaciones más grandes. En 3000 ° C, se forma una capa externa casi completamente densa, que consiste principalmente en Zr0.80Ti0.20O2, titanato de circonio y SiO2.
El mundo está desarrollando y recubrimientos especiales diseñados para proteger contra la radiación láser.
Un representante del Ejército Popular de Liberación de China, de vuelta en 2014, dijo que los láseres estadounidenses no representan un peligro especial para los equipos militares chinos envueltos con una capa protectora especial. Solo quedan preguntas: qué tipo de energía, de los láseres, protege este recubrimiento, y cuál tiene espesor y masa.
De gran interés es el recubrimiento desarrollado por investigadores estadounidenses del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y la Universidad de Kansas, una composición de aerosol basada en una mezcla de nanotubos de carbono y cerámicas especiales que pueden absorber la luz láser de manera efectiva. Los nanotubos del nuevo material absorben uniformemente la luz y transfieren el calor a las áreas cercanas, reduciendo la temperatura en el punto de contacto con el rayo láser. Las juntas de cerámica de alta temperatura proporcionan al revestimiento protector una alta resistencia mecánica y al daño por alta temperatura.
Durante las pruebas, se depositó una capa delgada de material sobre la superficie de cobre y, después del secado, se enfocó un rayo de un láser infrarrojo de onda larga, un láser utilizado para cortar metal y otros materiales duros, sobre la superficie del material.
El análisis de los datos recopilados mostró que el recubrimiento absorbió con éxito el porcentaje de 97.5 de la energía del rayo láser y, sin fallas, mantuvo el nivel de energía en 15 kW por centímetro cuadrado de superficie.
Sobre este recubrimiento, surge la pregunta: en las pruebas, el recubrimiento protector se aplicó a la superficie de cobre, que a su vez es uno de los materiales más difíciles de tratar con un láser, debido a su alta conductividad térmica, no está claro cómo se comportará dicho recubrimiento protector con otros materiales. Además, hay preguntas sobre la resistencia máxima a la temperatura, la resistencia a las vibraciones y las cargas de choque, la exposición a las condiciones atmosféricas y la radiación ultravioleta (sol). Tiempo no especificado durante el cual se realizó la exposición.
Otro punto interesante: si los motores de la aeronave también están cubiertos con una sustancia con alta conductividad térmica, entonces todo el cuerpo se calentará de manera uniforme, lo que desenmascara la aeronave en el espectro térmico al máximo.
En cualquier caso, las características de la protección de aerosol anterior estarán en proporción directa con el tamaño del objeto protegido. Cuanto mayor sea el objeto protegido y el área de cobertura, más energía se puede dispersar sobre el área y se puede administrar en forma de radiación térmica y enfriamiento por el flujo de aire que se aproxima. Cuanto más pequeño sea el objeto protegido, más grueso tendrá que hacer protección, porque un área pequeña no permitirá que se desvíe suficiente calor y los elementos estructurales internos se sobrecalentarán.
El uso de protección contra la radiación láser, ya sea ablativo o constructivo aislante, puede revertir la tendencia a reducir el tamaño de las municiones guiadas, reduciendo significativamente la efectividad de las municiones guiadas y no guiadas.
Todas las superficies y controles de los cojinetes: alas, estabilizadores, volantes, deben estar fabricados con materiales refractarios costosos y difíciles de procesar.
Por separado, surge la pregunta sobre la protección de los equipos de detección de radar. En la nave experimental se probó la protección térmica transparente radio "BOR-5" - fibra de vidrio con relleno de sílice, pero no pude encontrar su protección térmica y sus características de peso y tamaño.
Aún no está claro si, como resultado de la irradiación de los radomos de las herramientas de radar de reconocimiento con radiación láser de alta potencia, incluso con protección contra la radiación térmica, puede aparecer una formación de plasma a alta temperatura que interfiere con el paso de las ondas de radio, como resultado de lo cual se puede perder el objetivo.
Para proteger el estuche, será posible utilizar una combinación de varias capas protectoras: resistente al calor, baja conductividad térmica desde el interior y reflectante resistente al calor conductora desde el exterior. También es posible que se apliquen materiales sobre la protección contra la radiación del láser para garantizar el sigilo, que no puede soportar la radiación del láser, y que habrá que restaurarlos después de recibir daño de un arma láser si el propio avión ha sobrevivido.
Se puede suponer que la mejora y el uso generalizado de las armas láser requerirán la provisión de protección láser contra todas las municiones disponibles, tanto guiadas como no guiadas, así como vehículos aéreos tripulados y no tripulados.
La introducción de una protección sin láser llevará inevitablemente a un aumento de las características de costo, peso y tamaño de las municiones guiadas y no guiadas, así como de los vehículos aéreos tripulados y no tripulados.
En conclusión, podemos mencionar uno de los métodos desarrollados de contracción activa para un ataque con láser. La empresa Adsys Controls, ubicada en California, está desarrollando un sistema de protección Helios, que debería reducir la guía láser del enemigo.
Cuando desplaza el láser de combate del enemigo en el dispositivo Helios protegido, determina sus parámetros: potencia, longitud de onda, frecuencia de pulso, dirección y distancia a la fuente. En el futuro, Helios evita que el rayo láser del enemigo se enfoque en el objetivo, presumiblemente apuntando el rayo láser de baja energía que se aproxima, lo que confunde el sistema de guía del enemigo. Las características detalladas del sistema Helios, la etapa de su desarrollo y su rendimiento práctico son aún desconocidas.
Ahora tenemos que entender si es posible defenderse contra él y cómo. A menudo hay declaraciones de que es suficiente cubrir el cohete con un revestimiento de espejo o pulir el proyectil, pero desafortunadamente, todo no es tan simple.
Un espejo recubierto de aluminio convencional refleja aproximadamente el 95% de la radiación incidente y su eficiencia depende en gran medida de la longitud de onda.
Reflectancia espectral de espejos con diversos recubrimientos metálicos.
De todos los materiales mostrados en el gráfico, el aluminio tiene la mayor reflectividad, que no es en absoluto un material refractario. Si el espejo se calienta ligeramente cuando se lo irradia con radiación de baja potencia, entonces, cuando llegue una poderosa radiación, el material del revestimiento del espejo se volverá rápidamente inutilizable, lo que provocará un deterioro de sus propiedades reflectivas y un mayor calentamiento y destrucción de tipo avalancha.
A una longitud de onda inferior a 200 nm, la eficiencia de los espejos disminuye considerablemente, es decir, contra la radiación ultravioleta o de rayos X (láser de electrones libres), dicha protección no funcionará en absoluto.
Revestimiento de espejo dañado por láser CO2 láser
Hay materiales artificiales experimentales con 100% de reflexión, pero solo funcionan para una longitud de onda específica. Además, los espejos se pueden cubrir con recubrimientos multicapa especiales que aumentan su reflectividad al 99.999%. Pero este método también funciona solo para una única longitud de onda e incidente en un cierto ángulo.
No olvide que las condiciones de operación de las armas están lejos del laboratorio, es decir, El cohete espejo o el proyectil deberán almacenarse en un contenedor lleno de gas inerte. La menor turbidez o mancha, por ejemplo, de las huellas de las manos, empeora inmediatamente la reflectividad del espejo.
La salida del contenedor expone inmediatamente la superficie del espejo al ambiente: la atmósfera y la exposición al calor. Si la superficie del espejo no está cubierta con una película protectora, inmediatamente se deteriorará sus propiedades reflectantes y, si está cubierta con una capa protectora, deteriorará las propiedades reflectantes de la superficie.
Espectros de reflexión comparativos de películas de aluminio reforzado, aluminio estándar y aluminio sin protección.
Al resumir lo anterior, observamos: la protección de espejo no es muy adecuada para la protección contra armas láser. Entonces, ¿qué es adecuado?
Hasta cierto punto, el método de "difuminar" la energía térmica del rayo láser a lo largo del cuerpo ayudará a garantizar el movimiento de rotación de la aeronave (LA) alrededor de su propio eje longitudinal. Pero este método solo es adecuado para municiones y, en cierta medida, para vehículos aéreos no tripulados (UAV), en menor medida será efectivo cuando se irradie con un láser en la parte frontal de la caja.
En algunos tipos de objetos protegidos, por ejemplo, en la planificación de bombas, misiles de crucero (KR) o misiles guiados antitanque (ATGM) que atacan a un objetivo cuando se vuela desde arriba, este método tampoco se puede aplicar. No rotativas, en su mayor parte, son minas de mortero. Es difícil recopilar datos sobre todos los aviones que no giran, pero estoy seguro de que hay muchos de ellos.
Bombas de planificación SDB-39 y JSOW
Misiles de crucero JASSM y 3M-14
ATGM TOW2B atacando al objetivo cuando vuela sobre él.
En cualquier caso, la rotación de la aeronave solo reducirá ligeramente el efecto de la radiación láser en el objetivo, ya que El calor transferido por la poderosa radiación láser al casco será transferido a las estructuras internas y más allá a lo largo de todos los componentes de la aeronave.
El uso de humos y aerosoles como contramedidas contra las armas láser también tiene capacidades limitadas. Como ya se mencionó en los artículos de la serie, el uso de láseres contra vehículos blindados terrestres o barcos es posible solo cuando se usa contra equipos de vigilancia, lo que volveremos a proteger. Grabar el caso BMP /tanque o la nave de superficie con un rayo láser en el futuro previsible no es realista.
Por supuesto, es imposible aplicar protección contra humo o aerosol contra las aeronaves. Debido a la alta velocidad de la aeronave, el humo o el aerosol siempre serán expulsados por la presión de aire que se aproxima, para los helicópteros, serán arrastrados por el flujo de aire de la hélice.
Por lo tanto, la protección contra las armas láser en forma de humos rociados y aerosoles puede ser requerida solo en vehículos ligeramente blindados. Por otro lado, los tanques y otros vehículos blindados a menudo están equipados con sistemas estándar de pantallas de humo para interrumpir los sistemas de armas del enemigo, y en este caso, al desarrollar rellenos apropiados, también se pueden usar para contrarrestar las armas láser.
Elementos del complejo de protección activa (KAZ) "Afganit", destinados a la producción de cortinas protectoras, prometedor tanque T-14 basado en la plataforma "Armata"
Volviendo a la protección de la inteligencia óptica y de imágenes térmicas, podemos asumir que la instalación de filtros ópticos que impiden el paso de la radiación láser de cierta longitud de onda, solo es adecuada en la etapa inicial para proteger contra las armas láser de baja potencia, por las siguientes razones:
- en servicio habrá una gran variedad de láseres de diferentes fabricantes que operan en diferentes longitudes de onda;
- un filtro diseñado para absorber o reflejar una cierta longitud de onda cuando se expone a una radiación de alta potencia es probable que falle, lo que conducirá a la radiación láser en elementos sensibles o al fallo de la propia óptica (nubosidad, distorsión de la imagen);
- Algunos láseres, en particular, un láser de electrones libres, pueden cambiar la longitud de onda de trabajo en un amplio rango.
El reconocimiento de imágenes ópticas y térmicas se puede proteger para equipos terrestres, barcos y aviación equipo mediante la instalación de escudos de alta velocidad. En caso de detección de radiación láser, la pantalla protectora debe cerrar las lentes en fracciones de segundo, pero incluso esto no garantiza la ausencia de daños a los elementos sensibles. Es posible que el uso generalizado de armas láser a lo largo del tiempo requiera al menos la duplicación de inteligencia en el rango óptico.
Si en los transportistas grandes la instalación de pantallas protectoras y medios de duplicación de inteligencia óptica y de imágenes térmicas es bastante realizable, entonces en armas de alta precisión, especialmente en tamaños compactos, es mucho más difícil de hacer. Primero, los requisitos de peso y tamaño para la protección se ajustan significativamente, y en segundo lugar, la exposición a la radiación láser de alta potencia, incluso con el obturador cerrado, puede sobrecalentar los componentes del sistema óptico debido a su diseño denso, lo que provocará una interrupción total o parcial de su funcionamiento.
El ATGM americano "Javelin", los MANPADS "Verba" rusos y un misil RVV-MD de corto alcance son los objetivos más vulnerables para las armas láser.
¿Cuáles son las formas de proteger eficazmente el equipo y las armas de las armas láser? Existen dos métodos principales: la protección contra la ablación y la protección del aislamiento térmico estructural.
La protección ablativa (del latín ablatio - eliminación, arrastre de masa) se basa en la sustancia extraída de la superficie del objeto protegido por un flujo de gas caliente y / o en el reordenamiento de la capa límite, que en total reduce significativamente la transferencia de calor a la superficie protegida. En otras palabras, la energía entrante se gasta en calentar, fundir y evaporar el material protector.
Actualmente, la protección ablativa se utiliza activamente en los módulos de lanzamiento de la nave espacial (SC) y en las boquillas de los motores a reacción. Las más utilizadas son los materiales plásticos a base de fenoles, silicona y otras resinas sintéticas que contienen carbono (incluido el grafito), sílice (sílice, cuarzo) y nailon como materiales de relleno.
Esquema de protección contra la ablación
La protección ablativa es una sola vez, pesada y voluminosa, por lo que no tiene sentido usarla en aviones reutilizables (no lea a todos los tripulados, y la mayoría de los aviones no tripulados). Su único uso es en proyectiles guiados y no guiados. Y aquí la pregunta principal es qué grosor debe ser la protección para una potencia de láser, por ejemplo, 100 kW, 300 kW, etc.
En la nave espacial Apollo, el grosor de protección varía de 8 a 44 mm para temperaturas de varios cientos a varios miles de grados. En algún lugar de este rango se encontrará el espesor requerido de la protección ablativa contra los láseres de combate. Es fácil imaginar cómo afectará a las características de peso y tamaño, y, en consecuencia, el alcance, la maniobrabilidad, el peso de la ojiva (CU) y otros parámetros de la munición. La protección térmica ablativa también debe soportar sobrecargas durante el lanzamiento y la maniobra, y debe cumplir con las normas de términos y condiciones de almacenamiento de municiones.
Protección de la ablación de la nave espacial buran en el contexto.
Se cuestiona la munición no controlada, ya que la destrucción desigual de la protección ablativa de la radiación láser puede cambiar la balística externa, como resultado de lo cual la munición se desvía del objetivo. Si la protección ablativa ya se usa en algún lugar, por ejemplo, en municiones hipersónicas, entonces se deberá aumentar su grosor.
Otro método de protección es el revestimiento constructivo o el diseño de la carcasa con varias capas protectoras de materiales refractarios que son resistentes a influencias externas.
Si hacemos una analogía con una nave espacial, podemos considerar la protección térmica de la nave espacial Buran reutilizable. En áreas donde la temperatura de la superficie es 371 - 1260 grados Celsius, se aplicó un recubrimiento consistente en fibra de sílice amorfa 99,7% de pureza, a la que se agrega un aglutinante - dióxido de silicio coloidal. El revestimiento se realiza en forma de baldosas de dos tamaños con un grosor desde 5 hasta 64 mm.
El vidrio de borosilicato que contiene un pigmento especial (revestimiento blanco a base de óxido de silicio y alúmina brillante) se aplica a la superficie exterior de las baldosas para obtener un pequeño coeficiente de absorción de radiación solar y un alto coeficiente de emisión. Se usó protección contra la ablación en el carenado de la nariz y los dedos de los pies del ala del aparato, donde las temperaturas superan los grados 1260.
Debe tenerse en cuenta que durante el funcionamiento a largo plazo, la protección de las baldosas contra la humedad puede verse afectada, lo que conllevará la pérdida de la protección térmica de sus propiedades, por lo que no se puede utilizar directamente como protección anti-láser en aviones reutilizables.
Nave espacial "Buran". Azulejos blancos y negros: protección contra el calor reutilizable, elementos negros de la nariz y los bordes de las alas: protección contra el calor ablativa
El espesor de la protección térmica de la nave "Buran" en función de la temperatura.
En este momento, se está desarrollando una prometedora protección térmica ablativa con un desgaste mínimo de la superficie, que protege a las aeronaves de la temperatura a los grados 3000.
Un grupo de científicos del Instituto Royce en la Universidad de Manchester (Reino Unido) y la Universidad Central del Sur (China) desarrollaron un nuevo material con características mejoradas que pueden soportar temperaturas de hasta 3000 ° C sin cambios estructurales. Este es un revestimiento cerámico Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 que se superpone a la matriz compuesta de carbono-carbono. De acuerdo con sus características, el nuevo recubrimiento supera significativamente a las mejores cerámicas de alta temperatura.
La estructura química de las cerámicas resistentes al calor desempeña el papel de mecanismo de protección. A temperatura 2000 ° C, los materiales Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 y SiC se oxidan y se convierten en Zr0.80T0.20O2, B2O3 y SiO2, respectivamente. Zr0.80Ti0.20O2 se funde parcialmente y forma una capa relativamente densa, y los óxidos con un bajo punto de fusión de SiO2 y B2O3 se evaporan. A una temperatura más alta 2500 ° C, los cristales Zr0.80Ti0.20O2 se funden en formaciones más grandes. En 3000 ° C, se forma una capa externa casi completamente densa, que consiste principalmente en Zr0.80Ti0.20O2, titanato de circonio y SiO2.
La superficie gris oscura del material antes de la prueba, así como la superficie después de dos minutos de prueba a 2000 ° C y 2500 ° C. En el centro de la muestra derecha está el área donde la temperatura de la llama alcanzó 3000 ° C
El mundo está desarrollando y recubrimientos especiales diseñados para proteger contra la radiación láser.
Un representante del Ejército Popular de Liberación de China, de vuelta en 2014, dijo que los láseres estadounidenses no representan un peligro especial para los equipos militares chinos envueltos con una capa protectora especial. Solo quedan preguntas: qué tipo de energía, de los láseres, protege este recubrimiento, y cuál tiene espesor y masa.
De gran interés es el recubrimiento desarrollado por investigadores estadounidenses del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y la Universidad de Kansas, una composición de aerosol basada en una mezcla de nanotubos de carbono y cerámicas especiales que pueden absorber la luz láser de manera efectiva. Los nanotubos del nuevo material absorben uniformemente la luz y transfieren el calor a las áreas cercanas, reduciendo la temperatura en el punto de contacto con el rayo láser. Las juntas de cerámica de alta temperatura proporcionan al revestimiento protector una alta resistencia mecánica y al daño por alta temperatura.
Durante las pruebas, se depositó una capa delgada de material sobre la superficie de cobre y, después del secado, se enfocó un rayo de un láser infrarrojo de onda larga, un láser utilizado para cortar metal y otros materiales duros, sobre la superficie del material.
El análisis de los datos recopilados mostró que el recubrimiento absorbió con éxito el porcentaje de 97.5 de la energía del rayo láser y, sin fallas, mantuvo el nivel de energía en 15 kW por centímetro cuadrado de superficie.
Sobre este recubrimiento, surge la pregunta: en las pruebas, el recubrimiento protector se aplicó a la superficie de cobre, que a su vez es uno de los materiales más difíciles de tratar con un láser, debido a su alta conductividad térmica, no está claro cómo se comportará dicho recubrimiento protector con otros materiales. Además, hay preguntas sobre la resistencia máxima a la temperatura, la resistencia a las vibraciones y las cargas de choque, la exposición a las condiciones atmosféricas y la radiación ultravioleta (sol). Tiempo no especificado durante el cual se realizó la exposición.
Otro punto interesante: si los motores de la aeronave también están cubiertos con una sustancia con alta conductividad térmica, entonces todo el cuerpo se calentará de manera uniforme, lo que desenmascara la aeronave en el espectro térmico al máximo.
La velocidad de corte del cobre es el más pequeño de todos los metales en la mesa debido a la alta conductividad térmica; quizás, los desarrolladores del material protector no eligieron accidentalmente este material como sustrato para la prueba, tratando de inflar las características de su diseño.
En cualquier caso, las características de la protección de aerosol anterior estarán en proporción directa con el tamaño del objeto protegido. Cuanto mayor sea el objeto protegido y el área de cobertura, más energía se puede dispersar sobre el área y se puede administrar en forma de radiación térmica y enfriamiento por el flujo de aire que se aproxima. Cuanto más pequeño sea el objeto protegido, más grueso tendrá que hacer protección, porque un área pequeña no permitirá que se desvíe suficiente calor y los elementos estructurales internos se sobrecalentarán.
El uso de protección contra la radiación láser, ya sea ablativo o constructivo aislante, puede revertir la tendencia a reducir el tamaño de las municiones guiadas, reduciendo significativamente la efectividad de las municiones guiadas y no guiadas.
Todas las superficies y controles de los cojinetes: alas, estabilizadores, volantes, deben estar fabricados con materiales refractarios costosos y difíciles de procesar.
Por separado, surge la pregunta sobre la protección de los equipos de detección de radar. En la nave experimental se probó la protección térmica transparente radio "BOR-5" - fibra de vidrio con relleno de sílice, pero no pude encontrar su protección térmica y sus características de peso y tamaño.
Aún no está claro si, como resultado de la irradiación de los radomos de las herramientas de radar de reconocimiento con radiación láser de alta potencia, incluso con protección contra la radiación térmica, puede aparecer una formación de plasma a alta temperatura que interfiere con el paso de las ondas de radio, como resultado de lo cual se puede perder el objetivo.
Para proteger el estuche, será posible utilizar una combinación de varias capas protectoras: resistente al calor, baja conductividad térmica desde el interior y reflectante resistente al calor conductora desde el exterior. También es posible que se apliquen materiales sobre la protección contra la radiación del láser para garantizar el sigilo, que no puede soportar la radiación del láser, y que habrá que restaurarlos después de recibir daño de un arma láser si el propio avión ha sobrevivido.
Se puede suponer que la mejora y el uso generalizado de las armas láser requerirán la provisión de protección láser contra todas las municiones disponibles, tanto guiadas como no guiadas, así como vehículos aéreos tripulados y no tripulados.
La introducción de una protección sin láser llevará inevitablemente a un aumento de las características de costo, peso y tamaño de las municiones guiadas y no guiadas, así como de los vehículos aéreos tripulados y no tripulados.
En conclusión, podemos mencionar uno de los métodos desarrollados de contracción activa para un ataque con láser. La empresa Adsys Controls, ubicada en California, está desarrollando un sistema de protección Helios, que debería reducir la guía láser del enemigo.
Cuando desplaza el láser de combate del enemigo en el dispositivo Helios protegido, determina sus parámetros: potencia, longitud de onda, frecuencia de pulso, dirección y distancia a la fuente. En el futuro, Helios evita que el rayo láser del enemigo se enfoque en el objetivo, presumiblemente apuntando el rayo láser de baja energía que se aproxima, lo que confunde el sistema de guía del enemigo. Las características detalladas del sistema Helios, la etapa de su desarrollo y su rendimiento práctico son aún desconocidas.
- Andrey mitrofanov
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Armas láser: fuerzas de tierra y defensa aérea. Parte de 3
Armas laser: marina. Parte de 4
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