Quemando el objetivo: el desarrollo de láseres de alta energía
Dado que la tecnología aún se está desarrollando, todavía no sabemos cuán poderosos serán los láseres, si pueden hacer todo lo que prometen.
Amenazas como los misiles, la artillería, los morteros y los UAV, así como las armas guiadas, mueven el desarrollo de los sistemas de defensa láser. armas y la energía dirigida hacia adelante. Se espera que se conviertan en contramedidas altamente efectivas y económicas, los avances más prometedores en tecnología militar. Los últimos avances tecnológicos han hecho que estos sistemas sean más accesibles para los militares de diferentes países.
Los láseres de alta energía (HEL) fueron un elemento básico de la ciencia ficción durante mucho tiempo antes de que se inventara el primer láser funcional en 1960, y ahora encuentran numerosas aplicaciones de la vida real en diversas industrias, ciencia, ingeniería, medicina y otras. A fines de la década de 80, durante la administración Reagan, el gasto de los Estados Unidos en investigación en el campo de las armas láser, y más precisamente en la llamada Iniciativa de Defensa Estratégica (SDI), alcanzó los 2,4 millones de dólares, pero se redujo drásticamente en la década siguiente. Sin embargo, en este siglo, los VEL están demostrando un progreso significativo, se están convirtiendo en una tecnología fácil y efectiva para los militares de diferentes países, quienes los ven como buenas perspectivas en el campo de la protección de tropas, especialmente la protección de bases de operaciones avanzadas, bases aéreas y otras instalaciones militares de misiles, artillería, morteros y drones. Los mini-UAV comerciales y militares modernos son una amenaza muy difícil de combatir con los sistemas de armas defensivas convencionales. Por otro lado, también debe proteger sus UAV, por ejemplo, la declaración de Irán en 2011 de que derribó un dron RQ-170 SENTINEL.
Velocidad, precisión, tiempo.
A diferencia de los cohetes tradicionales que vuelan a velocidades subsónicas o supersónicas, los VEL suministran energía a la velocidad de la luz, 299338 km / s. Compare con la velocidad de vuelo de los cohetes hipersónicos de mayor velocidad: aproximadamente 6115 km / h. Para "evaporar" el objetivo, el sistema láser debe ser lo suficientemente potente, debe poder enfocar su energía en un pequeño punto en el objeto durante un cierto tiempo para calentarlo y destruirlo o deshabilitarlo, mientras que debe acompañar a varios objetivos a la vez. . Es recomendable realizar todo este proceso con un sistema compacto y portátil diseñado para operar en el campo de batalla. La masa, las dimensiones y el consumo de energía de dicho sistema deben ser tales que puedan instalarse no solo en el vehículo, sino también, como en el caso del RPG, para disparar desde el hombro.
Un potente láser de combate debe ser lo suficientemente fuerte y confiable para trabajar en condiciones ambientales adversas y al mismo tiempo debe ser bastante efectivo. La óptica del láser debe soportar golpes e intensidad de radiación (flujo de radiación recibido por la superficie por unidad de área), y el sistema debe ser más seguro que incluso los valores químicos más seguros.
Logros americanos
El Ejército de EE. UU. Es el principal usuario final de VAL y gran parte de esta área se creó en los laboratorios de defensa de EE. UU. Entre los muchos desarrollos prometedores de VEL se encuentran los láseres de electrones libres, los láseres de fibra comercial, los láseres de estado sólido bombeados por diodos y los láseres de líquido. Representan la vanguardia de la investigación y el desarrollo de alta tecnología en el sector de la defensa.
Boeing ha desarrollado un láser de estado sólido para el ejército estadounidense. El kit de demostración de láser de alta definición móvil HEL MD (High Energy Laser Mobile Demostrator) instalado en máquinas tácticas está diseñado para rastrear y destruir misiles, minas, proyectiles y drones de lanzamiento en tierra. Fue probado por primera vez en noviembre 2013; entonces HEL MD destruyó o destruyó con éxito más que los morteros de ataque 70 y varios UAV.
Este sistema utiliza un láser infrarrojo comercial de estado sólido con una potencia de 10 kW, que opera a una longitud de onda de 1 micras (la mayoría de los láseres de alta potencia operan en la región espectral de infrarrojos invisible). La máquina láser y el sistema de control de haz se montan en el chasis del camión, que ha sido adaptado para el transporte de equipos y el sistema de refrigeración. En un sistema óptico adaptable (autoajustable), se utilizan espejos, sensores ópticos y procesadores potentes, que le permiten formar, dirigir y enfocar el haz rápidamente en el objetivo.
Y todo esto en tiempo real; La máquina láser tiene solo unos segundos de uso para todo el proceso, ya que algunos objetivos, como las minas, tienen un tiempo de vuelo relativamente corto.
En 2011, BAE Systems recibió un contrato por un valor de 2,8 millones de dólares de la Marina de los EE. UU. Para demostrar el sistema de láser táctico Tactical Laser System (TLS), que puede integrarse en las instalaciones de buques existentes.
Alto rendimiento en todas las condiciones.
Cuando se dirige a objetivos en movimiento, el VEL tendrá que hacer frente a la turbulencia del flujo de aire, el polvo y la humedad. El movimiento de la plataforma y la distorsión del rayo láser causada por el clima y otras condiciones externas, desde el principio del desarrollo, fueron los problemas más serios. Los UAV de pequeño tamaño son difíciles de detectar y, por lo tanto, difíciles de interceptar, especialmente en condiciones externas difíciles y cambiantes.
Boeing probó con éxito su instalación HEL MD en el sitio de White Sands en 2013, en condiciones de calor y seco con la turbulencia del polvo más fino, y en septiembre, 2014 realizó otra prueba en la base aérea de Eglin, pero en condiciones opuestas, rodeada de pantanos. y en alta humedad. Durante la tormenta de huracanes y los rayos, el sistema HEL MD instalado en el camión militar de Oshkosh pudo rastrear y golpear varias minas de 60-mm y UAVs a una distancia de 5 kilómetros. El director de sistemas de energía direccional en Boeing dijo que "dado el clima ventoso, lluvioso y brumoso en Florida, estos disparos en el acero fueron el desafío más difícil de instalar HEL MD con un láser 10 de kW". Sin embargo, para un trabajo exitoso en condiciones de nubes altas y niebla, es necesario aumentar aún más la potencia del VAL.
En el futuro, Boeing debería instalar un láser con 50 o 60 kW en el sistema HEL MD. Los láseres 50 kW y 100 kW de diseño propio instalados en las últimas versiones del sistema HEL MD aumentarán el alcance efectivo del láser, así como también reducirán el tiempo para alcanzar el objetivo. Los láseres también son adecuados para neutralizar los UAV con sensores ópticos utilizados como plataformas de reconocimiento y observación. Un rayo láser con la potencia mínima requerida, dirigida a lentes de cámara y sensores, puede cegarlos a largas distancias.
Instalaciones navales
El prototipo de un arma láser para la Marina de los EE. UU. Se considera un medio extremadamente necesario para hacer frente a las crecientes amenazas en el mar: aviones no tripulados y ligeros, así como pequeñas embarcaciones de combate. Después de muchos años de desarrollo, en 2009 se logró un gran avance tecnológico cuando en el mar el sistema láser estadounidense LaWS (Laser Weapon System) flota El UAV fue capturado primero para escolta y destruido. La Dirección de Investigación Naval (Universidad de Investigación Naval) desarrolló este sistema de energía dirigido junto con el Comando de Sistemas Navales, el Laboratorio de Investigación Naval, el Centro de Desarrollo de Armas Navales de Superficie en Dahlgren y Kratos Defense & Security Solutions. Dos grandes demostraciones tuvieron lugar en 2011, cuando un láser destruyó varias embarcaciones pequeñas de un destructor, y durante las pruebas de 2012, un lanzador LaWS derribó varios vehículos aéreos no tripulados.
Para las pruebas en el Golfo Pérsico, que se llevaron a cabo en medio de 2014, se instaló una versión mejorada de LaWS, actualizada como parte del programa NRU, en el barco de aterrizaje PONCE de la Marina de los EE. UU. Estas pruebas exitosas permitieron a la flota continuar trabajando en armas láser. El sistema consta de seis láseres de fibra comercial y una única consola de monitoreo y control, detrás de la cual se sienta un oficial de combate de superficie. Para deshabilitar o destruir el objetivo, el oficial dirige y enciende el láser utilizando un controlador similar a un controlador para videojuegos.
NRU Navy también dirige el programa de láser de estado sólido SSL-TM (maduración de tecnología láser de estado sólido). Junto con Northrop Grumman, BAE Systems y Raytheon, estamos desarrollando prototipos de sistemas LaWS listos para luchar y de bajo costo para destructores de misiles y buques de guerra costeros que se fabricarán en 2016. En febrero, 2015, la compañía también ganó un contrato de flota estadounidense por un valor de 29,5 millones de dólares para fabricar un prototipo de subsistema de control de haz HP BCSS (Subsistema de control de haz de alta potencia) compatible con VAL.
En junio, la US 2015 de la Armada de los EE. UU. Expresó su intención de equipar a sus nuevos portaaviones de la clase GD de ERD de GERALD menos costosos que los misiles de defensa aérea a bordo existentes (por ejemplo, ESSM [Evolved SEA SPARROW Missile] y RAM [Rolling Airframe Missile]) con armamento láser 13800 de voltaje total voltios, que es 300% más de generación de energía para los barcos de clase NIMITZ. La tecnología láser actual requiere una gran cantidad de electricidad a bordo, son engorrosas, pero el progreso no se detiene, hay sistemas más pequeños con menos consumo de energía.
Se utiliza una óptica de espejo de cuatro canales con alta sensibilidad para rastrear objetivos y configurar un rayo láser en el láser de alta energía de MBDA.
Menos de 10 dólares por disparo
La principal ventaja de VAL en comparación con las armas cinéticas tradicionales es su costo. Si bien el desarrollo de VEL cuesta millones, después de la introducción de estos sistemas en servicio, tienen bajos costos operativos en comparación con las municiones balísticas y guiadas tradicionales. Para derribar un UAV, la instalación de un VEL requiere diésel en los dólares 1-5, mientras que un cohete le cuesta a 100000 dólares y más. Según el jefe de los sistemas de energía direccional en Boeing, "un cohete barato cuesta cien mil y ese es un lanzamiento. Una pistola láser de puntería única cuesta menos que los dólares 10 ".
Los láseres también pueden aumentar significativamente las capacidades defensivas de los barcos de superficie a través de una tienda casi ilimitada, ya que el número de vehículos de combate tradicionales en estos barcos es limitado.
Fibra hacia adelante
Los láseres de fibra, que para los países occidentales son desarrollados principalmente por IPG Photonics, actualmente consumen kilovatios, lo que es significativamente menor que los dispositivos de megavatios que una vez fueron destinados a SDI. Los láseres de este tipo son más pequeños, también necesitan menos energía para mantener las características del haz. Si bien los sistemas láser que funcionan con combustible pueden realizar sus tareas y causar el daño necesario, consumen una cantidad tremenda de energía y son demasiado complicados para instalarlos en un avión o vehículo. Los láseres químicos son eficientes y no necesitan energía eléctrica, pero son casi tan incómodos como los sistemas láser que funcionan con combustible. Por este motivo, el desarrollo del Airborne Airborne Laser (ABL) de la Fuerza Aérea de EE. UU. No continuó, aunque en el año 2010, gracias a su buen sistema óptico, pudo destruir un misil balístico en vuelo.
Las fibras ópticas recogen energía óptica de versiones avanzadas de diodos láser (sus contrapartes baratas se usan en reproductores de DVD) y luego aumentan el flujo de luz a alta potencia, convirtiendo la energía eléctrica en energía óptica con una eficiencia superior al 30%, que está cerca de la eficiencia de los láseres químicos y el doble más eficiencia de los láseres de estado sólido: pequeños y compactos, pero que no generan suficiente energía o que no tienen el alcance suficiente. Además, los láseres de fibra pueden disipar rápidamente el calor generado, respectivamente, tienen una vida útil más larga y bajos costos operativos. Los electrofísicos de Boeing dicen que "un láser de fibra puede neutralizar muchos objetivos con solo dos tazas de combustible".
Europa por delante
La empresa alemana MBDA también ha desarrollado un sistema láser de fibra con una potencia de 40 kW. Sus primeras pruebas se aprobaron con éxito en octubre 2012, luego los proyectiles de artillería, remolcados por aire a una distancia de aproximadamente 2 km, se destruyeron con un láser. En comparación con las municiones convencionales, la guía guiada con precisión también reduce el riesgo de daños indirectos.
En junio, MBDA informó que un mini-UAV de vida libre fue capturado, escoltado y destruido con éxito por una máquina láser unos segundos después del inicio en el campo de pruebas en Bavaria. El dron, que maniobraba en el área objetivo a una distancia de aproximadamente 500 metros, fue golpeado por una configuración de láser en la que los rayos de varias fuentes se combinaron en un haz poderoso después de un procedimiento de seguimiento en varias etapas.
En la siguiente etapa, se desarrollará una unidad de demostración móvil-pistola láser con una potencia de salida de 120 kW, que utilizará ópticas reflectivas, como el telescopio reflector de Newton, donde cada módulo láser es controlado por su propio espejo de enfoque, que dirige el haz a un gran espejo principal. Según MBDA, la ventaja aquí es que los espejos absorben menos energía en comparación con las lentes, y por lo tanto, sin cambios fundamentales, la potencia de salida del sistema óptico se puede aumentar significativamente.
Rheinmetall realizó una gran inversión en el diseño y desarrollo de VEL y en IDEX 2015 mostró su pistola láser montada en el vehículo blindado de personal BOXER 8x8. La empresa explicó que durante las pruebas realizadas en Suiza, las unidades VEL se integraron en tres plataformas terrestres BOXER, el M113 APC BTR y el camión Tatra 8x8. Durante la demostración, la instalación del VEL en el BOXER (configurado para los láseres de 5 kW y 10 kW de tamaño y peso idénticos) neutralizó una ametralladora de gran calibre montada en una camioneta. Los sensores montados en el maniquí confirmaron que durante todo el proceso los niveles de radiación láser fueron satisfactorios. El sistema de defensa aérea, que consta de un radar SKYGUARD y una pistola láser, también demostró su efectividad contra un conjunto completamente nuevo de objetivos: los pequeños UAV de ala rotatoria, también conocidos como cuadricópteros. El radar SKYGUARD detectó e identificó el quadcopter atascado, y la instalación del VAL en el BOXER lo llevó a escoltarlo y lo destruyó. Rheinmetall ha demostrado que su máquina láser 20 de kilovatios (Mobile HEL Effector) en un camión Tatra puede neutralizar o destruir antenas de radio, radares, sistemas de energía e incluso sistemas de armas con un daño indirecto mínimo. Desde una distancia de metros 2000, en unos pocos segundos, los dispositivos ópticos, como las miras de armas telescópicas y las cámaras controladas a distancia, quedaron fuera de servicio. Utilizando el ejemplo de su sistema de defensa aérea HEL de Defensa Aérea, Rheinmetall demostró las capacidades de VAL en escenarios de defensa aérea. En cuatro segundos, la configuración del láser de demostración de 30 kW destruyó una mina de mortero 82-mm desde una distancia de medidores 1000. También durante esta demostración a gran escala en Suiza, varios UAVs de aviones fueron derribados con éxito.
VEL se están preparando para el trabajo de combate.
Los conflictos reales, como los ataques con cohetes contra el territorio israelí desde la Franja de Gaza, se están convirtiendo en un poderoso incentivo para futuros desarrollos en el campo del VAL. Así que Lockheed Martin creó su sistema de defensa aérea ADAM (Area Defense Anti-Munitions), que, como el prototipo HEL MD de Boeing, utiliza un láser con una potencia de 10 kW. La compañía afirma que el sistema también puede destruir barcos, UAV y misiles de pequeño calibre a distancias de hasta 1,5 km.
Lockheed Martin también fabricó el Activo de Alta Energía de Prueba Avanzada ATHENA, que en marzo 2015 demostró sus capacidades y desactivó el motor de un camión pequeño. Al utilizar la misma óptica adaptativa (autoajustable) que en la instalación ABL, ATHENA se puede combinar con otro láser de fibra de la misma compañía, que tiene la designación ALADIN (Iniciativa de demostración láser acelerada).
Esto no es nada particularmente nuevo, ya que Rafael y General Dyanmics Ordecance y Tactical Systems firmaron un acuerdo de licencia para la entrega del módulo THOR al ejército de EE. UU. En octubre 2006 (opción 7,62-mm / 12,7-mm módulo de combate a control remoto Mini-SAMSON), el cual, utilizando un láser refrigerado por aire montado en él, puede destruir los IED y otros objetos explosivos desde una distancia segura.
Proyecto de resistencia
En noviembre, 2014, Northrop Grumman Aerospace Systems recibió un contrato por un valor de 20,2 millones de dólares de la Oficina de Investigación y Desarrollo Avanzados del Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DARPA) para la segunda fase del proyecto Endurance. Dentro de su marco, se desarrollará un VEL en marzo de 2016, que podrá proteger a las aeronaves de misiles tierra-aire con guía láser e infrarroja. En la primera etapa de este proyecto, la división Lockheed Martin para sistemas especiales recibió un contrato en 2013.
Anteriormente, el programa de resistencia actual era parte del programa de armas DARPA VAL, llamado EXCALIBUR. Como parte de EXCALIBUR, se deberían haber desarrollado matrices ópticas coherentes para las armas VAL, que serían 10 veces más ligeras y más compactas que los sistemas de láser químico. Ahora, bajo el programa Endurance, se está desarrollando un láser en miniatura para aplicaciones aéreas de bajo mantenimiento. El desarrollo utiliza una variedad de tecnologías avanzadas para la miniaturización de componentes, el seguimiento de alta precisión de objetivos, la identificación de objetivos, el control de haz y la electrónica de control. El objetivo final es crear un VEL en un contenedor suspendido para vehículos tripulados y no tripulados, así como un sistema óptico de luz para formar y controlar el rayo para un seguimiento aproximado y preciso de los objetivos en movimiento.
Rheinmetall ha probado con éxito su nuevo demostrador láser de 50 kW, destruyendo dos zumbido a una distancia de 2 kilómetros
Los sistemas de control de haz para láseres de potencia media aparecieron al final de los 60 de los últimos 70. En los primeros sistemas de laboratorio, las vigas se generaron utilizando ópticas de cobre refrigeradas por agua pesada y una secuencia de vigas abiertas con ventiladores comerciales para suministrar aire fresco. En los años siguientes, se convirtieron en sistemas estabilizados de alta precisión con ópticas no enfriadas y autoajustables con una alta reflectancia, lo que hace posible compensar la falta de realidad de los rayos láser y las distorsiones atmosféricas.
¿El futuro está aquí?
Durante las pruebas realizadas por Boeing, la instalación de HEL MD en un modo totalmente autónomo en mayo, 2014 reveló un defecto. La falta de ruido del láser significaba que si el objetivo no explotaba cuando se destruyó, el operador del sistema láser no sabría si estaba incapacitado. Por lo tanto, la compañía ha incorporado el proceso de neutralización de las señales de sonido, sugiriendo la idea de las películas de ciencia ficción. Aunque los láseres reales no son tan futuristas como en estas películas. La compañía de MBDA dice que después de 2015, tomará otros cinco años crear sistemas completamente operativos y listos para usar, al menos en la clase de kW de 10. Pero la opinión del jefe de trabajo sobre fotónica del Laboratorio Nacional de Livermore "Estos no son los phasers de la serie de televisión Star Trek (Star Trek) ... Tomará algún tiempo y solo se puede hablar de destruir objetivos en cualquier situación. Mientras tanto, al tener un nivel básico, sin ver al objetivo, con lluvia intensa o niebla, no caerás en él ".
Pero el futuro ya está aquí. El jefe del New American Security Center admite que las armas de alta energía basadas en láser "no pueden ser tan grandiosas y estratégicas como el concepto de Star Wars". Sin embargo, al hablar de su importancia primordial para el campo de batalla moderno, agregó: "Puede salvar vidas, proteger bases estadounidenses, barcos y personal militar ... Después de casi medio siglo de búsquedas, el ejército de los Estados Unidos está ahora al borde del despliegue final de armas direccionales listas para usar".
Guerra de las galaxias Episodio 0. Futuro muy cercano
Según los militares de diferentes países, la guerra futura será una guerra de láseres. Los láseres en los nuevos combatientes de combate son una perspectiva atractiva, pero también hay un fruto de poca importancia en el mundo de las armas de ciencia ficción que la Fuerza Aérea de EE. UU. Espera que sea la primera en romper. ¿Por qué no instalar láseres en aviones de transporte armado más pesados y más espaciosos (ganships)?
De acuerdo con el laboratorio de investigación de energía dirigida, además de instalar un cañón láser en la aeronave de combate de la Fuerza Aérea de los EE. UU., Quieren tener una pistola láser en el contenedor, que se puede realizar ya en los aviones de combate de próxima generación.
El Departamento de Defensa británico está buscando un contratista para producir un modelo de demostración de un sistema de armas de energía dirigida. Si se desarrolla e implementa un nuevo láser británico, no solo deslumbrará, sino que se quemará. Una pistola láser estadounidense montada en el vehículo naval PONCE de EE. UU. Destruyó un avión no tripulado y un arma simulada durante una demostración al Golfo Pérsico en 2014. El láser alemán también derribó aviones no tripulados, y Lockheed Martin está considerando seriamente las posibilidades de aviones con armas láser que puedan disparar misiles tierra-aire. La Armada de los EE. UU. Está construyendo un sistema de camiones que combatirá los UAV con láseres, y se invierten grandes cantidades de dinero en este sistema. Como parte del Programa de Defensa Aérea de Defensa Aérea en Tierra (Air-Based Air Defense Directed Energy On-The-Move), un láser se monta en una máquina de luz y el equipo táctil se encuentra en un par de otras máquinas. Armas de energía dirigidas, instaladas en la nave, ya quemaron agujeros en drones. Pero los buques de guerra modernos tienen a bordo fuentes de energía de enorme poder; Se espera, por ejemplo, que el destructor futurista ZUMWALT de la flota de los EE. UU. Tenga megavatios 58 reservados para tales sistemas.
La Armada de los EE. UU. Planea "completar la destrucción de los objetivos estacionarios" para fines de este año, lo que probablemente signifique que un camión en pie golpee al objetivo con su pistola láser. En 2016, la Administración de Investigación de la Armada Naval (NIU Navy) planea "demostrar una derrota de un solo objetivo desde un punto muerto, pero con el seguimiento y la transmisión de datos durante el movimiento". En 2017, el objetivo es demostrar la capacidad del sistema para derribar los UAV, cambiar de posición y luego continuar derribando los UAV. Si el sistema funciona según lo planeado por los desarrolladores, los marines podrán desactivar los UAV de reconocimiento del enemigo muy rápidamente, cegando y desactivando todos sus sistemas electrónicos.
La Marina y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos juntas quieren desarrollar un sistema láser para combatir minas terrestres y dispositivos explosivos improvisados (IED). Se supone que el sistema láser RADBO (Recuperación de la Base Aérea Denegada por Ordenanza - limpieza de bases aéreas de objetos explosivos) se instalará en el techo de los vehículos del ejército de la categoría MRAP (con protección mejorada contra las minas). La fuente de energía para el sistema láser RADBO son dos alternadores, que juntos producen amperios de 1100. El sistema láser podrá detonar objetos explosivos a una distancia de casi 300 metros, mientras que todos los que se sientan en la máquina MRAP estarán protegidos de posibles explosiones posteriores. En caso de que la bomba se coloque debajo de piedras o en las grietas, el sistema RADBO tiene un brazo mecánico que puede elevar hasta 23 kg. El sistema láser con algo de estiramiento puede tratar con objetivos en movimiento, pero las minas fijas y los IED son objetos ideales para ello. Las pruebas del sistema RADBO se completaron en septiembre de este año.
Sistema láser RADBO para la eliminación de artefactos explosivos sin detonar y desactivación de campos minados
Materiales utilizados:
www.boeing.com
www.navy.mil
www.mbda-systems.com
www.rheinmetall.com
www.lockheedmartin.com
www.northropgrumman.com
www.baesystems.com
www.wikipedia.org
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