Енергийно лазерните оръжия
Режисьорското енергийно оръжие (DEW) е повтаряща се тема в литературата и киното от научната фантастика, откакто ХГ Уелс публикува "война на световете" през 1898 г. Идеята за "смъртен лъч", която може незабавно да унищожи или да изгори цел разстоянието запазва своята привлекателност до този ден. Повече от век, след като Уелс създаде своя "топлинен лъч", технологията се утаява до момента, в който скоро ще се разгърне.
Високоенергийните лазерни оръжия се развиват постепенно от 60-те години на миналия век, пътят, който е начертан от редица важни научни открития и инженерни етапи.
Популярният изглед на HEL, разглеждан като изграждане на голям голям лазер и насочен към цел с намерението да се изпари, носи само неясна прилика с истинското оръжие HEL. Съществуват истински технологични и оперативни предизвикателства, свързани с създаването на наистина полезни и ефективни оръжия.
Кинетични или снарядни оръжия, като оръжия, ракети и бомби, разрушават цели с кинетични ефекти, включително свръхналягане, снаряд, шрапнел и разяждащи щети, и запалителни ефекти. Резултатът е структурни повреди и пожар, които могат и често ще причинят фатални щети на целта. Кинетичното оръжие по този начин използва складираната химическа енергия в горива и взривни вещества за бойни глави, а втората, където се използва, и доставя тази енергия на цел чрез някакъв вид снаряд. Независимо дали снарядното оръжие е требуч, което хвърля голяма скала над 300 ярда, или мултимодален убежище, оборудван с дълга ракета въздух-въздух, който удря самолет от 200 морски мили, основният принцип е почти същият, а само изпълнението е различно.
На най-фундаментално ниво насочените енергийни оръжия споделят концепцията за доставяне на голямо количество съхранена енергия от оръжието до целта, за да предизвикат структурни и запалителни щети. Основната разлика е, че насочено енергийно оръжие оказва своето въздействие със скоростта на светлината, а не със свръхзвукови или подземни скорости, типични за оръжейното оръжие.
Два от най-фундаменталните проблеми, наблюдавани при снарядите с оръжие, са това, че снарядът успешно се придвижва на полезно разстояние и удари целта, а след това окаже полезни последици за вреди, са проблеми, споделяни от насочените енергийни оръжия. Наличието на мощен лазерен или микровълнов излъчвател не създава само система за насочено енергийно оръжие.
Повечето съвременни литератури обединяват широка комбинация от оръжейни технологии в категорията "Регенерирано енергийно оръжие", включително оръжия за високоенергийни лазерни (HEL), оръжия с висока мощност с микровълни (HPM), оръжия с частици и лазерни огнестрелни оръжия. Първите две от тези четири класа оръжия са истински насочени енергийни оръжия. Частите с огнеупорно стъкло най-добре се описват като форма на оръжие, използващо атомни или субатомични частици като снаряди, ускорени до релативистични скорости. LIPC е хибрид, който използва лазер за йонизиране на пътя на молекулите към целта, чрез който електрически заряд може да бъде доставен в целта, за да причини повреди.
От тези четири категории, HELs имат най-голям потенциал в близък план да дадат значителен ефект. HPM технологията има подобен потенциал, но не е финансирана толкова щедро и по този начин изостава значително зад лазерите. LIPC има значителен потенциал, особено като нелетално оръжие. Частите с огнеупорно стъкло в този момент са склонни да останат в областта на научната фантастика, тъй като теглото и разходите все още не оправдават постижимия военен ефект.
Следващите десет години ще видят появата на високоенергийни лазери като оперативен капацитет в американската служба. Тези оръжия ще имат уникалната способност да атакуват цели със скоростта на светлината и вероятно ще намалят значително ефективността на много видове оръжия, особено балистични оръжия. Ограничени от физиката на размножаване, тези оръжия няма да осигурят всички атмосферни условия и ще работят най-добре в условията на сухото сухо въздушно пространство.
Ранно високо енергийно лазерно развитие
Връзката между лазерни и микровълнови оръжия се развива дълбоко, както по отношение на физиката, така и по еволюционната история на тези технологии.
Основната физика на Мазер и лазера е същата. През 1953 г. в Колумбийския университет д-р Чарлз Таунс, който кодифицира Maser (микровълново усилване чрез стимулирано излъчване на излъчване), сътрудничи с д-р Артър Шаулов в Bell Labs, за да създаде през 1958 г. първият лазер (светлинно усилване чрез стимулирано излъчване на лъчение) ,
Както лазерите, така и машините действат като усилватели на електромагнитното излъчване и ако са снабдени с огледала, които да отразят тази радиация и да си струват вътре в устройството, могат да действат като осцилатори и по този начин източници на електромагнитно излъчване.
Вътрешната работа на двете устройства разчита на явление, наречено "стимулирано излъчване", при което атом или молекула, която е възбудена на дадено енергийно ниво, ще излъчва тази енергия като фотон във видимата светлина или микровълновите ленти, ако е засегната от друг фотон с точно това енергийно ниво. Ако можете да възбудите обем газ или друг материал, в който голяма част от атомите или молекулите са от специфичен тип, със специфични нива на енергия, заснемането на единичен фотон с това енергийно ниво в обема ще покаже каскаден ефект много по-голям брой подобни фотони излизат от другия край.
На практика, такова устройство преобразува енергията, използвана за възбуждане на материала, в поток от светлинни или микровълнови фотони с определена дължина на вълната или цвят. Процесът на възбуждане на устройството се нарича "изпомпване".
Помпите могат да бъдат постигнати по различни начини, като се използват светлини (флаш лампи или други т.нар. "Помпени" лазери), електрически заряди (в газови лазери), електрически ток (полупроводникови лазери) или ударни вълни в газовите потоци (Gas Dynamic Lasers или Chemical Lasers ).
Най-ранните лазери, представляващи интерес, включват използването на кристални пръчки, например направени от рубин, или изхвърляния в аргон или въглероден диоксид. Тъй като лазерите създават светлина, която е кохерентна и почти спектрално чиста, тази светлина може лесно да се фокусира. До средата на 60-те години на миналия век изследователите произвеждали много киловатци от енергия и изгаряли дупки в метални и други материали.
За съжаление, лазерите с кристални пръчки и лазерите с тръби за газово отвеждане страдат от общ проблем, който е ефективността на преобразуване на електроенергията, обикновено най-много няколко процента. В резултат на това по-голямата част от вложената в помпата енергия се превръща в отпадъчна топлина. Пример за период е газоразрядният лазер с обща дължина от 60 метра, който произвежда само 9 кВт мощност, като същевременно губи поне десет пъти повече.
Изследователите се нуждаят от лазерна технология, която е подходяща за генериране на стотици киловаттове или мегаватели на властта и която има ефективност на преобразуване в десетки процента, преди да е възможно да се приложи оръжие.
В началото на шейсетте редица физици предложиха да бъде възможно да се изпомпва молекулярен газ до лазерно действие чрез бързо загряване или охлаждане. Допълнителни проучвания показват, че такова охлаждане може да се постигне чрез разширяване на нагрятия газ през свръхзвукова дюза. През 1966 г. екип от физици и инженери, работещи за Avco Everett, произвежда и експлоатира първия газов динамичен лазер (GDL) в света, работещ със смес от C0 2 , N 2 и H 20. До 1970 г. се генерират непрекъснати мощности от 60 kiloWatts и пулсиращата GDL от 1973 г. доставя 400 kiloWatts за 4 милисекунди. Тогава беше ясно, че високоенергийни лазерни оръжия са осъществими.
Тази технология е в основата на последвалата американска лаборатория за въздушни сили във въздуха и е в основата на настоящата химична лазерна технология, използвана в системата YAL-1A ABL.
Газовите динамични лазери, наричани понастоящем Chemical Lasers (CL), носят в някои отношения по-голяма прилика с ракетните двигатели, отколкото обикновено популяризирания лазер. Лазерен пропелант, съдържащ подходяща смес от химикали, се изгаря или реагира и изтичането на отработилите газове след това се насочва в дюзата за разширение. Отработеният поток от разширителната дюза съдържа много енергични молекули, които поради избора на пропеленти и добавени агенти ефективно са били изпомпвани до състояние, при което може да се получи действие от лазера. Ако чифт подравнени огледала са поставени от двете страни на потока от отработили газове, лазерното действие ще се появи, когато фотоните се покачат между огледалата, а мощността може да бъде извлечена, ако едно от огледалата е оптично пропукано.
Макар че по принцип е просто, проектирането и изграждането на химически лазер е всичко друго, но не е нищожно. Горивните инсталации работят при температури от 1000 до 2000 градуса С, в зависимост от използваната комбинация от лазерни горива. Разширяващите дюзи изискват много прецизно контролирани условия на потока за работа, което води до сложна изпускателна система, предназначена да произведе необходимото налягане и дебити. Някои лазерни горива и / или ефлуксът от тях могат да бъдат силно корозивни и / или токсични. Огледалата трябва да имат много ниски оптични загуби, тъй като дори 1 процент загуба в 1 MegaWatt лазери вижда 10 киловата отпадъци от топлина, изхвърлени в огледалата.
Първите изградени химически лазери използват въглероден оксид (СО), изгорен в кислород-азот, като се добавя вода, за да се произведе същото лазерно действие от 10,6 микрона, използвано в лазерите с въглероден двуокис. CO изгаряне в N 2 0 и бензен (С 6 Н 6 ) изгаряне N 2 0 също бяха изследвани като горива.
Докато един лазер, включващ горивна камера, разширителна дюза и канал за отвеждане на отработените газове, може да доведе до задоволителни нива на мощност, беше ясно, че много такива устройства трябва да бъдат каскадно, за да произведат нива на мощност, подходящи за оръжейни приложения. Ето защо всички съвременни химически лазери използват батерии от по-малки лазери, за да произведат крайния изходен лъч с висока мощност.
Докато лазерът с въглероден диоксид беше първият в този клас, скоро той беше последван от лазерите на водород флуор (HF), деутерий флуорин (DF) и йод на кислород (COIL).
Лазер HF използва атомно флуор и молекулярен водород за получаване на 2.7-2.9 микрона лента радиация, като се използват типични горива като силно токсичен SF 6 или NF 3 , с въглеводороди, използвани за производство на водород. Късно му сестра, лазерът DF, използва етилен (С 2 Н 4 ) изгорени с азотен трифлуорид (NF 3 ) окислител, в който се инжектира деутерий и хелий, за получаване на 3.6-4.2 микрона лента радиация.
Най-значимото от тези три открития е Химическият кислороден йоден лазер (COIL), измислен от лабораторията на САЩ за оръжейни сили за оръжие през 1977 г. и който сега се използва в системата YAL-1A. COIL излъчва в диапазона 1,315 микрометра и използва хлорен газ и водна смес от водороден пероксид и калиев хидроксид за получаване на възбудени кислородни молекули, които взаимодействат с молекулен йод, за да произведат лазерната среда и която след това се прекарва през дюзите за разширение , Ефективността на преобразуването над 20% беше демонстрирана много рано.
Химически кислороден йоден лазер
Както става ясно, изграждането на голям лазер може да бъде в основата на оръжието HEL, но ще бъде необходимо значително количество хардуер, за да го използвате.
Мир чрез светлина - лабораторията за лазерни лаборатории
До началото на 70-те години на миналия век беше ясно, че лазерното оръжие на САЩ е осъществимо, използвайки съществуващата лазерна технология, идея, която в края на 60-те години на миналия век активно насърчаваше физикът д-р Едуард Телър, съизобретател на водородната бомба. Това доведе до серия от експерименти през 70-те години, за да се демонстрира жизнеспособността и да се идентифицират проблемите.
Първият беше през 1973 г., когато USAF застреляха крилатен дросел в техния Sandia Optical Range, Ню Мексико, използвайки въглероден диоксид GDL и телескоп с камгарни очи. Впоследствие през 1976 г. американската армия използва електрически изпомпвано HEL, за да унищожи редица крилоти и самолети с хеликоптери в Арсенал "Редстоун" в Алабама. USN, през март 1978 г., след това е ангажирал и унищожил летателна ракета TOW, използвайки химически лазер, разработен от DARPA / USN, и устройство за проследяване, разработено от USN. Тези тестове бяха проведени в Сан Хуан Капистрано край Камп Пендълтън в Калифорния, като част от Програмата за тестване на унифицираната флота.
През 1976 г. военновъздушните сили на САЩ стартираха своята програма Airborne Laser Lab (ALL), под мотото "Мир чрез светлина". Целта на това усилие бе да се създаде технологичен демонстратор, носещ модифициран сериен номер 55-3123 на NKC-135 Stratotanker, който да успее да проследява и унищожава въздушните цели.
Системата ALL използва газов динамичен лазер с CO 2 - N 2 - H 2 O пропеланти и 10,6 микрона работна дължина на вълната. Pratt & Whitney Aircraft доставя лазера, Rocketdyne на горивната камера, Hughes оптичната система за насочване и проследяване, Perkin Elmer динамичната система за подравняване, като GD извършва системна интеграция.
ВСИЧКИте горивни системи на лазерната система работеха при налягане 55 атмосфери и при температура 1900 К, задвижвайки никелирани дюзи с изходяща скорост Mach 6. Оптичният резонатор използва едно вдлъбнато и едно изпъкнало огледало с излъчване на лъча през аеродинамичен прозорец, произведена чрез използването на азот с високо налягане, с ефлукс при налягане 0,1 атм. Вентрилният отвор за изпускане на отработените газове, разположен пред короната на крилото под вратите на бомбите, използваше гофриран титанов дифузьор и вентилиран газ при температура 870 К, като при работа работеше с 4 000 кг. Поддържащата горивна система съхранява газ CO и N 2 O в резервоари от неръждаема стомана, течни аерозоли и азот в резервоари от неръждаема стомана, с допълнителни резервоари за охлаждане за огледалото и горивните камери.
Този лазер е произвел сурова мощност от 456 киловатвина оптична мощност за продължителен период от 8 секунди и изход от оптичната целева система от 380 кВт, отчетена през 1979 г. в литературата. На разстояние от 1 километър, доставената плътност на мощността е над 100 вата / см2 .
Проектът ALL се кандидатира за единадесет години, завършвайки серия от изпитания, при които са изстреляни 5 ракети AIM-9 и един BQM-34A Firebee drone унищожени.
Докато ВОЛ привлече голямо внимание от страна на медиите като първо лазерно оръжие в света, реалната му стойност беше в огромната сума, научена по време на програмата. Няколко ключови проблема се издигнаха до извода.
Първата беше въпросът за загубите на мощност в системата за оптично подаване, проследяване и насочване на лъча. Не само, че отпадната топлина има потенциал да предизвика хаос в системата, но праховите частици в системата, когато са засегнати от интензивния инфрачервен лъч, ще бъдат задвижвани с висока скорост, тъй като те частично изпаряват и увреждат оптичните повърхности. Беше необходимо качеството на въздуха в чистата стая.
Също така стана ясно, че е необходимо високо точно оборудване за проследяване на целта и цялата система за насочване на лъча изисква изключително ниско трептене при проследяване на целта. Целта е да се постави "футболно оразмерено" място върху целта и да се "задържа" лъча достатъчно дълго, за да изгори през кожата на целта и да причини сериозни щети. Движението в лъча показва значително намален ефект, проблемът се влошава с увеличаване на разстоянието.
Целевите щети бяха друг проблем. Не само, че лазерният лъч на HEL трябва да работи при дължина на вълната, при която ще има минимална абсорбция от атмосферните молекули, но също така трябва да бъде способна на бързо усвояване от структурните материали, съставляващи кожата на целта. Алуминият, например, има около 98% отражение за лазера с 10,6 микрона CO 2 .
Други проблеми възникват в резултат на сцинтилацията, дължаща се на турбулентност в атмосферата, характерна за въздушните джобове с леко различна температура. Незначителните температурни разлики означават незначителни разлики в плътността на въздуха, които биха довели до пречупване (огъване) на снопа толкова леко, колкото преминаха между два джоба. При хиляди такива изкривявания по пътя на гредата този проблем представляваше трудно препятствие за постигането на полезен диапазон, особено при операции на ниска надморска височина, където лъчът би бил сериозно обезобразен по протежение на пътя.
ALL NKC-135A е пенсионирана през 1984 г. и изпратена до Музея на военновъздушните сили Райт-Патерсън през 1988 г.
Междузвездни войни пробив - Адаптивни огледала
Много очервеният Рейгън ерата Стратегическа отбранителна инициатива или програмата "Междузвездни войни", предназначени да принудят руснаците да фалират, дадоха един много важен дивидент за света на оръжията HEL - адаптивното огледало. Единият е адаптивното или деформируемо огледало, което има до стотици или хиляди миниатюрни задвижващи механизми, всеки от които може да повдигне или натисне на повърхността на огледалото локално, за да изкриви лъча по контролиран начин. Тези "гумени огледала" са в състояние да изкривяват вълновата повърхност по контролиран начин, с достатъчна точност, за да компенсират атмосферните проблеми.
По време на ВСИЧКИ експерименти, решенията са били на виждане за повечето, ако не и за всички практически проблеми, срещани с HEL оръжия. Лазерите могат да бъдат мащабирани, оптиката да е по-голяма, системите за проследяване да са по-точни и по-дълги. Проблемът с проникването в турбулентната и термично нехомогенната атмосфера не е решен.
За да проникне в атмосферата, без да се разсейва изкривяването на лъча, самият лъч би трябвало да бъде "предварително изкривен", тъй като оставя оптиката на оръжието HEL, така че вълната на лъча пристигнала към целта, без да се деформира и прецизно фокусира. Макар че това е проста идея в понятието, това е по-трудно на практика, тъй като движението на платформата HEL, движението на целта и движението на въздушната масова сила принуждават непрекъснато да се променя изкривяването на лъча. Всяко решение трябва да включва апарат за непрекъснато измерване на изкривяването по пътя към целта и механизъм за непрекъснато изкривяване на светлината на HEL. За решаването на този проблем бяха разработени две технологии.
Втората технология е форма на Лидар (лазерен радар), който се използва за непрекъснато измерване на изкривяването по пътя на лъча към целта. Тези системи ще осветяват целта с по-нискоенергиен лазер, работещ при дължина на вълната, която е сходна, но не идентична с оръжието HEL. Това лазерно осветление се връща назад от целта и след това се подава в устройство, наречено сензор за вълната, което измерва изкривяването през цялото напречно сечение на пътя на лъча към целта. Най-често използваното устройство, сензорът за вълнообразна повърхност на Hartmann-Shack, използва масив от малки "лещи", поставени пред изображение като CCD. Ако вълновата повърхност е напълно плоска, точковата област се намира в центъра на всяка от обективите. Ако част от вълновата повърхност е изкривена над позицията на леща, точката "
В HEL оръжейната система се използват сензорите Lidar и wavefront, които непрекъснато измерват изкривяването по дължината на пътя на лъча и произвеждат съответстващи команди към матрицата на задвижванията, използвана в деформируемото основно огледало, което отразява високочестотния лъч HEL към целта.
Най- AL-1A въздушен лазер (ABL)
Решаването на проблема с изкривяването на лъча проправи пътя за оперативно жизнеспособна оръжейна система на HEL.
В края на Студената война програмата SDI беше тихо избита, но някои ключови предложения оцеляха. Лазерният лазер (ABL), предвиден като продължение на програмата ALL, но с оперативна роля, беше един от тях. През 1996 г. военновъздушните сили на САЩ присъдиха договор на Boeing, TRW и Lockheed-Martin за 1,1 милиарда долара, за да разработят прототипна система ABL, която да бъде транспортирана в самолет Boeing 747-400. ABL трябваше да използва оръжие от клас MegaWatt COIL HEL и система за компенсиране на атмосферното изкривяване, за да позволи атаки на фаза на усилване на балистични ракети.
Една система ABL по този начин ще защити отпечатъка със стотици километри диаметър, атакувайки и унищожавайки стартиралите балистични ракети по време на фазата им на засилване, когато те са най-забележими, най-бавни и най-уязвими поради тежко натоварване с гориво, резервоари за гориво под налягане и структурни натоварвания.
Балистичните ракети имат тънки носещи кожи, които са силно натоварени по време на фазата на усилване, докато ракетните бустери са до голяма степен заредени с високоенергийни гориво под налягане. Следователно дори леко увреждане на бустерната кожа ще предизвика катастрофален неуспех с резултати, наблюдавани многократно по време на неуспешни стартирания на сателитни ракети.
ABL ще бъде разгърнат във време на криза до границите на страна, която заплашва използването на балистични ракети и ако трябва да бъдат пуснати в действие, да ги унищожи, като гарантира, че останките от бойни глави на ОМУ попадат на стартиращата партия. По времето на създаването на ABL тези държави включват Ирак, Иран и Северна Корея. С непрекъснатия растеж на арсенатите в Иран и Северна Корея и усилията им за разполагане на ядрени бойни глави ABL би могло да се окаже жизненоважно предимство, ако някоя от тези държави постигне своите цели.
Една от целите на дизайна на системата ABL е да носи достатъчно лазерно гориво, за да унищожи двадесет до четиридесет ракети по време на един единствен от 12 до 18 часа. АБЛ ще се ориентира близо до границата на заплашителна нация и ще се захване с ракети, веднага щом изяснят облачната база и са на линия.
Възможностите на системата ABL повишиха перспективата за друго оперативно приложение, което е ролята на анти-сателит (ASAT). В тази роля AL-1A би пропуснал профил за пресичане, за да пресича земната писта на нискочестотно разузнавателно или спътниково наблюдение или на космически превозно средство и да го повреди или унищожи. Докато спътниците са по-здрави структурно от балистичните ракети, ABL доставя повече мощност на същото разстояние, когато атакува орбитална цел, поради много по-ниската атмосферна плътност по дължината на лъча, в сравнение с атмосферната цел. Сателитите също са оборудвани с чувствителна оптика и уязвими слънчеви панели. Достатъчно е дори да се каже, че дори публичният дебат по това заявление предизвика силни оплаквания от оператори на военни сателити извън САЩ.
При криза системите ABL ще бъдат разположени до границите на нация, заплашваща атака на балистична ракета, като добри кандидати сега са Иран и КНДР. Орбитиращи в тропопаузата, АБЛ ще открие, проследи и атакува балистични ракети, след като изчисти облачната база, като отломките паднаха върху нацията, която пусна оръжието. Последното е критично съображение за полезния товар на ОМУ. Целта на дизайна за ABL е да носи достатъчно гориво, за да унищожи 20-40 ракети по време на 12-18 часа. Другите роли, които са разгледани за ABL, включват атаки срещу спътникови разузнавателни спътници.
Двигателят, използван за носене на системата ABL, е YAL-1A, който е модифициран товарен кораб Boeing 747-400F. Това е здрав и зрял 100 тона полезен товар клас корпус, с основна палуба, която е сравнима с C-5 Galaxy в полезен товар и капацитет.
Главната палуба пред крилото е отделена от основната палуба, в която се намира лазерната система, с преграда с пълна височина. В предната част на фюзелажа са разположени системата за управление на битката и подсистемата за управление на лъчите.
Системата за управление на битката (BMS) включва компютрите, които управляват оръжейната система, операционните конзоли за оръжейната система и поддържащите комуникации. Построен около отворени системи COTS хардуер и софтуер, системата е нервен център на ABL. Той извършва идентифицирането, проследяването, определя приоритета и номинацията на целите и контролира ангажимента.
За да направите това, системата за управление на битката разчита на извънбордови сензори и бордова инфрачервена система за проследяване и сензор за обхват. Последният е производно на наследствения LANTIRN насочващ модул, използвайки съществуващия дълъг вълнов FLIR сензор за проследяване на ракетата и нов 10,6 микрона лентов лазерен и сензорен датчик за въглероден диоксид, който допълва ъгловите следи с точен диапазон. Намерението е да се създаде точна прожекция на траекторията за целевата ракета, за да се улесни "приоритизирането" на целите за атака. Сензорът е монтиран в гръбначния ствол, пренесен върху къс стълб.
Третата подсистема в предния фюзелаж е Системата за управление на лъчите (BCS). Това е критичният компонент, който гарантира, че мощността на лазера може да бъде ефективно доставяна на целта. Системата BCS се състои от сензора за вълни и контролната система за управление на изкривяванията на лъча, системите за управление на трептенията на лъча, подравняването на лъча и управлението на лъча "walk", хардуера за калибриране и оборудването за получаване и проследяване на целта. Деформиращото се огледало има 341 задвижващи механизма, които актуализират формата на огледалото при честота 1000 Hz - това означава, че се изисква 1/1000 сек. Не само за измерване на изкривяването, но и за изчисляване и управление на огледалото.
Задната основна площ на палубата носи подсистема HEL и поддържащ хардуер. Непосредствено зад крилото са двата поддържащи лазера, построени от Raytheon и Northrop-Grumman. Това са лазерът за проследяване на илюминаторите (TIL) и лазерният лазер (BIL), и двата диоднопомпани твърдотелни устройства. TIL се използва за осветяване на целта за улесняване на финото проследяване, докато BIL се използва за измерване на атмосферното изкривяване, за да компенсира формата на вълната на лъча, чрез сензора на вълната.
Назад от тях са основните лазерни енергийни етапи, използващи 1.315 микрона лента COIL технология. Пластмасите, композитите и титанът се използват широко, за да се спести структурно тегло. Въпреки това, всеки от шестте лазерни модула тежи около 1,5 тона. Всеки от вентилационните отвори на модулите изпуска ефлукс през шест вентилационни канали за изпускане и входове (вижте снимката).
Лазерните етапи са сложни. Газовото атомно кислородно гориво за COIL се произвежда в реактор, в който се смесват течност с хелий (He) водороден пероксид (H 2 O 2 ) и калиев хидроксид (KOH), които произвеждат отпадъчна топлина и калиев хлорид (KCl). Водородният пероксид се рециклира в затворена система, докато не бъде изчерпан. Американски източници твърдят, че трябва да се превозват 1200 USG пропелант.
Полученият атомен кислород след това се смесва с газообразен йод (I), за да се получи възбуденият йод, необходим за лазерната операция. След това газовата смес преминава през дюза за свръхзвуково разширение, която също действа като лазерна кухина.
Високоенергийният лъч преминава през всичките шест лазерни етапа, захранващи с всеки етап, за съвкупна мощност от порядъка на MegaWatt непрекъсната вълнова мощност. Токът на пълната мощност се насочва чрез система от огледала към подсистемата за управление на лъча, а след това и оптичната кула в носа.
В оперативна среда AL-1A ще бъде разположена в орбита, достатъчно близо до покриване на интересуващата се територия и по-лоялна, очакваща целеви трасета. Системите за наблюдение, като орбитални ранно предупреждаващи спътници, AEW & C, оборудвани с подходящи радари, и UAV, ще открият първоначалното пускане на ракети, препредавайки тези данни чрез Link-16 към AL-1A. След като се захване системата ABL, позициите на самолета за изстрел - при необходимост въздухоплавателното средство ще се обърне към сектора на заплахите, за да си осигури възможно най-доброто отношение към лазерното оръжие.
Тъй като балистичните ракети се промъкват през облака, огромните си топлинни подписи ще бъдат открити от сензора LANTIRN и ще бъдат забелязани груби проследявания. БМС ще се опита да установи ракетни траектории колкото се може по-рано, за да определи приоритет за ангажираност. Докато американските военновъздушни сили не разкриват как възнамеряват да направят това, разумно е да се предположи, че стойността на целта и разстоянието до ракетата биха били фактори в алгоритъма за планиране на лъча. Не за разлика от поетапните радари на масиви, използвани за противоракетната отбрана, има ограничен времеви прозорец, който да атакува всяка цел и ограничено количество лазерно време в този прозорец. Поради това разумното планиране на използването на лазер е от съществено значение, за да се осигурят възможности за повторно използване, ако е необходимо. По-отдалечените цели ще изискват лазерното "пребиваване"
След като е създадена груба писта за конкретна ракета и лазерът е планиран да стреля, купола е задействан, за да се насочи към целта и осветителят TIL светва, за да започне фино проследяване. След като се установи фина траектория, сигналът BIL запалва, за да генерира непрекъснати данни за атмосферното изкривяване по дължината на пътя на лъча. При включването на BIL лампата COIL се задейства и се постави мулти-мегават лъч с инфрачервено лъчение с 1.315 микрона. В жизнеспособен сценарий на ангажираност това ще доведе, в рамките на секунди, до разпадането на целевата ракета. След като това се е случило, системата е свързана с втората цел с най-висок приоритет и се повтаря една и съща последователност на ангажиране. Това ще продължи докато лазерното гориво бъде изчерпано или всички цели ще бъдат убити или недостъпни.
Какви защити съществуват срещу ABL? Предвид размера на подписа на балистична ракета, откриването и проследяването са неизбежни, след като ракетата изчисти облака. В този момент единствената защита е в подобряването на устойчивостта на ракета към лазерната атака.
Преди години един физик отбелязал на този автор, че това е "просто, покривате ракетата с огледално покритие, за да отразите лазер". Това, разбира се, е по-лесно да се каже, отколкото да се направи, тъй като всякакви мръсотия, прах, капки от влага, ледени частици или друг материал на повърхността дори на перфектно огледало ще се изпарят и прегрятата плазма ще се изяде в повърхността и ще разруши своята отразяваща способност. В най-добрия случай огледалните повърхности увеличават необходимото време за престой на лазера, за да унищожат целта.
Друга стратегия, която се предлага, е да придаде ротация на ракетата, ефективно да я върти около надлъжната си ос, за да сведе до минимум времето за локално излагане на лазера, като идеята е, че през останалата част от всяка ротация кожата ще се охлади. Но тази стратегия в най-добрия случай забавя неизбежното и в най-добрия случай би могло да изисква време за престой.
Трета стратегия, предложена, е използването на аблативни повърхностни покрития, които биха се изпарили, така че и двете да охлаждат повърхността и да блокират гредата в слой от прегрята пара. Вариация по тази тема е използването на материали с висока устойчивост на топлина. И двете стратегии биха допринесли значително за цената и теглото на ракета, като се отрази на разполагаемите числа и полезния размер на бойното поле.
Една четвърта стратегия, предложена, е използването на по-висока ракетна сила на полезен товар, така че ракетата се издига извън атмосферата в много по-кратко време, като по този начин намалява възможностите за стрелба на лазера. Ако ракетата може да завърши своя тласък през половината от времето, времето за атака е намалено наполовина, което при масово изстрелване би позволило част от ракетите да премине през лазера. Както при предишната стратегия, разходите / номерата се превръщат в основен проблем, тъй като за същата военна натовареност се изисква много по-голям ракет първи и втори етап.
Нека приемем, че играчът развива бързо изгаряне, въртяща се балистична ракета с аблативно покритие, покрито с огледално покритие. Това означава, че повече ABL платформи ще трябва да патрулират дадена област, за да се гарантира, че увеличеното време на задържане не позволява ракети да избягат. Нападателят ще трябва да похарчи много повече за своите ракети. Подобно на всички технологии за противоракетна отбрана, ABL увеличава разходите за монтиране на успешна атака на ракети, до такава степен, че да не е икономически жизнеспособна. Достатъчно е да се каже, че интензивният интерес на Китай и Иран към круизните ракети показва, че алармените балони и наземните ракети за прихващане вече имат въздействие, преди да са постигнали дори пълни оперативни възможности.
Програмата ABL е спорна, най-малкото. Тъй като директно се състезава за средства със способности като ракети за прихващане, независимо дали са силози, военни кораби или въздух, има допълнителен елемент в противоречията, тъй като всички играчи се опитват да увеличат своя дял от бюджетния пай.
Лазерът COIL постигна "Първа светлина" през ноември 2004 г. с първоначален тест. Обаче значителна интеграция и тестване остават преди системата да бъде жизнеспособна за оперативна употреба. През февруари закупуването на пет производствени самолета беше задържано, докато не се докаже способността на прототипа. Текущото планиране предвижда пробен курс срещу целева балистична ракета в края на 2008 г.
Последните американски доклади показват, че много проблеми остават да бъдат решени. Едната е тази на атмосферните прахови частици в основния лъч, наречени "светкавици". Като се има предвид интензивността на лъча, праховите частици се изпаряват и плазмата изостря локалната турбулентност и поглъща енергия от лъча, като намалява ефективния диапазон. Също така има потенциала да се намесва в функцията за фино проследяване, която разчита на инфрачервените отражения извън целта.
Има значителни спекулации относно използването на ABL за други роли, с изключение на споменатата по-горе роля на ASAT. Една идея е да се използва ABL за нападение на круизни ракети. Ако това са високоплаващи свръхзвукови оръжия като Kh-22 Burya / Kitchen, които летят по сравнително плоска траектория, тогава ABL ще бъде много ефективна. Ако те са ниско плаващи круизни ракети в класа на Tomahawk или ALCM, тогава ефективността е подходяща да бъде лоша. Същото важи и за ниските летателни цели на летателни апарати или за целите на повърхността. Реалността е, че тропосферата, под 36 000 фута, е лоша среда за разпространение с много водни пари и прахови частици или водни капчици в облак. Тропосферата "супа" абсорбира и разсейва енергията в лазерния лъч много по-бързо, отколкото суровата / студената / тънката стратосфера. Физиката е физика и не може лесно да бъде победена. Резултатът ще бъде много лош ефективен диапазон и ненужно оръжие, ако се получи облак между лазера и мишената. Останалите ограничения се прилагат, ако целта е самолет. Високолетните UAV, разузнавателни самолети или дори хиперзвуково превозно средство са изключително уязвими към ABL. Летящият самолет не е такъв.
В перспектива AL-1A ABL е революционно оръжие, което някога зряло ще превърне неефективните арсенали на къси, междинни и междуконтантални балистични ракети, високоплаващи летателни апарати и ракетни круизи, където условията позволяват на ABL да работи в рамките на смъртоносния обхват на целта. Колко скоро ABL зрее в оперативно жизнеспособна система остава да се види.
Тактическият високоенергиен лазер (THEL)
THEL е лазерно оръжие, разработено съвместно от САЩ и Израел, с програмата, инициирана през 1996 г. THEL ще бъде изградена в две конфигурации, статичното изходно THEL и преносимото THEL (MTHEL).
Проектната цел на THEL системи е да осигури точково оръжие за защита, което е в състояние да ангажира и унищожи ракетите изкуство (Katyushas), артилерийските черупки, циментовите цилиндри и летящите самолети.
Демонстраторът THEL се изпробва многократно между 2000 и 2004 г., като разруши ракети "Katyusha" от 28 122 мм и 160 мм, множество артилерийски черупки и циркуляри, включително атака от хоросан.
Системата THEL на демонстратора е изградена около химически лазер с деутериев флуорид, работещ с вълнова дължина 3,8 микрона. Горивната камера в този лазер изгаря етилен в токсичен и корозивен газообразен азот трифлуорид, за да се получи възбудена деутериева флуоридна лазерна среда, която след това се смесва с деутерий и хелий и се подава в дюзи за разширение, подобни на тези на други химични лазери, като въглеродния диоксид GDL и COIL. Трябва да се използва сложна система за дифузия на изгорелите газове и изравняване на налягането, включваща етап на неутрализация, за да се погълне високото корозионно и токсично изтичане на отработен газ от деутерий флуорид.
Първият деутериев флуориден лазер, който трябваше да бъде изпробван, беше MIRACL или средно-инфрачервен химически лазер на САЩ, който беше свързан с оптичната кула на Sea Lite Beam Director. Тази система за изследване се изследва широко от 1983 г. насам в Центъра за изпитване на високоенергийни лазерни системи ( Дирекция HELSTF) в Бял пясък в Ню Мексико. Това беше оръжие от клас MegaWatt.
Програмата THEL постигна отлични резултати от изпитанията, използвайки радари с фазов масив за проследяване на входящите цели и насочване на лъча. За разлика от ABL, THEL е оръжие с относително кратък диапазон, използвано за терминалната защита на локална зона, а не за разлика от системата за защита на точки SAM или AAA.
Системата THEL / MTHEL е разработена от екип, включващ TRW / Northrop-Grumman, Ball Aerospace, Elbit / El-Op, IAI / Elta, които разработват радарната и противопожарна система RAFAEL и Tadiran.
Подобно на ABL, THEL / MTHEL страда от същите условия за времето и разпространението, наложени от атмосферната физика. Докато Израел, при сухи климатични условия в пустинята, може да бъде оптимален за операциите THEL, същото не е вярно за влажните тропически среди или северните умерени среди, където влажният въздух, мъглата, ниските облаци и подобни спънки са много по-чести.
От гледна точка на експлоатацията ключовото ограничение на този дизайн се крие в скъпия и токсичен екзотичен горивен микс. При няколко хиляди долара на изстрел в разходите за гориво, деутерийният флуориден лазер е проблематичен, за да може системата да бъде разгърната масово.
От стратегическа гледна точка въздействието на THEL все още предстои да бъде определено, за разлика от ABL, която е настроена да промени играта основно. Сегашното усилие за развитие на MTHEL се запазва и добива жизнеспособен продукт, то е подходящо да се превърне в характеристика на наземната въздушна защита през следващото десетилетие. По време на писането, финансирането беше спряно за това усилие, като фокусът се измести на електрическата помпа със солидна лазерна технология.
Високо енергиен лазерен технологичен демонстратор
Високоенергийният лазерен технологичен демонстратор (HEL TD) е продължение на усилията на американската армия да демонстрира мобилен лазер с клас сто киловат, използвайки твърда лазерна технология. Следователно бюджетната обосновка за усилията, която тече до 2013 г., е :
3) нарушаване на електрооптичните (EO) и инфрачервените (IR) сензори; и 4) неутрализиране на мините и другите средства от разстояние на разстояние. HELs се очаква да допълнят конвенционалните офанзивни и защитни оръжия при по-ниска цена на изстрел от сегашните системи. При нива на мощността на оръжейната система, по-големи от 100kW, технологията SSL има потенциала да подобри способността за оцеляване, като се справи с посочените по-горе недостатъци в способностите. Това усилие за технологията SSL се занимава с технически проблеми като висока средна мощност от компактни и по-ефикасни лазери; прецизно оптично насочване и проследяване; деградация на лазерни ефекти поради атмосферни ефекти; леталност срещу различни цели; и ефективност срещу евтини лазерни контрамерки. Многостотин киловата лазерни и допълнителни компоненти на HEL технологията ще бъдат усъвършенствани и преустроени, за да се превърнат в интегриран демонстратор на оръжейна система за SSL, който ще бъде разработен в проект PE960024A (Проект L96 за оръжия и муниции). Проект NA5 финансира конгресния специален лихвен процент. Работата в този РЕ е свързана и е напълно координирана с усилията в PE 0602890F и PE 0603924F (Високоенергийна лазерна технология), PE 0605605A (DoD High Energy Laser Test Systems Facility) и PE 0603004 (Оръжие и муниции за напреднали технологии ) Проект L96. Цитираната работа е в съответствие с Ръководството за стратегическо планиране, Генералния план за науката и технологиите на армията (ASTMP), Плана за модернизация на армията и Плана за област на отбранителните технологии (DTAP). Работата се извършва от Командването на космическата и ракетната отбрана на САЩ,
Нортроп-Грумман и Боинг са договорени за това усилие. Boeing ще интегрира подсистемата за управление на лъча на тактов камион с тежка експандирана мобилност (HEMTT).
Усъвършенстван тактически лазер (ATL)
Програмата ATL е опит да се използва технологията, разработена за ABL, за да се осигури по-евтина и по-малка система, подходяща за превоз на въздухоплавателни средства, като AC-130 Spectre или V-22 Osprey. През януари 2006 г. 46-то тестово крило на американските военновъздушни сили предостави на Боинг C-130H Hercules за опити за прототипното оръжие, за което се твърди, че е в класа MegaWatt, използвайки технологията COIL. Намерението бе да се монтира лазерен прототип в самолета и да се извършат летални изпитания през 2007 г. срещу редица наземни цели. L-3 Communications / Brashear разработи оптичната кула и лазерът се изгражда от AFRL в Air Force Base на Къртланд в Албакърки, Ню Мексико. Лазерът успешно е уволнен през май 2008 г.
Най- Твърд държавен високоенергиен лазер
Една алтернатива технология HEL, която е в процес на разработка, е лазерът с твърдо електромагнитно излъчване, широко популяризиран през 2002 г. като част от маркетинговата кампания на Joint Strike Fighter.
Тази категория лазери се основава на скромния лазерен диод, който за пръв път се появи преди 20 години като технология за използване в комуникациите с оптични влакна. Лазерните диоди са еволюирали братя и сестри на обикновения светодиод (LED), който се намира в домакинските уреди и сега дори и факелните батерии. Диодите, излъчващи светлина, обикновено се произвеждат от сплави на базата на Галий, генерират светлина в резултат на потока на електрически ток през едно минута полупроводниково съединение, което е обработено с добавки, които се възбуждат от електрическите условия в кръстовището. Един светодиод е несвързан и сравнително широк емитер, в сравнение с лазера. Текущата светодиодна технология обхваща цветовете от инфрачервено до синьо. Разграничението между LED и лазерния диод е, че последният е произведен с миниатюрен оптичен резонатор, за да предизвика трептене и по този начин лазерно действие. За да се намали пропускателната способност на кухината, повечето комуникационни лазерни устройства вече включват дифракционна решетка в дизайна, в допълнение към резониращата кухина. Едно просто описание на лазерния диод е това, че е специален тип светодиод, предназначен да показва лазерно действие. По това време лазерните диоди се произвеждат в огромни количества за CD и DVD горелки, както и за комуникационни и индустриални приложения.
Лазерното усилие в твърдо състояние, водено от американските военновъздушни сили в Лабораторията за изследване на военновъздушните сили, има за цел да развие оръжие от 25 киловатта, мащабируемо до 100 кВт, подходящо за превоз с въздухоплавателни средства, наземни превозни средства и кораби. Привличането на тази технология е, че електрическата енергия е лесна за доставка и не се изискват токсични горива.
Идеята зад тези лазери с висока мощност е да се съберат заедно голям брой много по-малки лазерни диодни модули, които след това се използват за изпомпване на лазерната среда с енергия. Това по същество е увеличено, еквивалентно на лазерните диоди, снабдени с 1,55 микрона лазери с диапазон на очила, които сега се използват.
Основните проблеми, с които се сблъсква тази технология, са разходите, мащабируемостта и възможностите за управление на мощността. Ефективността на преобразуването от електрическата енергия до оптичния изход за тези системи обикновено е от порядъка на 10%, което означава, че 90% от електрическата енергия, поставена в лазера, се превръща в отпадъчна топлина, която трябва да бъде премахната. Индивидуалните лазерни диоди също не са много мощни, като обикновено излъчват около един ват всеки. Лазер с мощност 25 kW с 10% ефективност на преобразуване ще изисква 250 000 диода. При 10 щ.д. на диод това води до инвестиране в лазерни клетки в много милиони долари. Публичните доклади за тази програма до голяма степен изчезнаха през последните три години, което означава, че вече не се финансира.
Съвместно високоефективно твърдо лазерно устройство
Целта на усилията на JHPSSL е да разработи семейство лазерни лазери с висока мощност с висока мощност, подходящи за оръжейни приложения с мощност 100 кВт, предимно за системи за отбрана наземни и морски бази. Програмата JHPSSL се финансира съвместно от командването за космическа и ракетна отбрана на армията, Хънтсвил, Алабама; Служба на министъра на отбраната - Съвместна технологична служба в Албакърки, Ню Мексико; Лабораторията за изследване на военновъздушните сили във военновъздушната база Къртланд; и Службата за морски изследвания в Арлингтън, Вирджиния.
Northrop Grumman демонстрира в началото на 2008 г. 15,3 киловат лазерния модул за тази програма (виж изображението). Системите на Textron са сключили договор, за да създадат конкуриращ се дизайн на JHPSSL, използвайки технологията ThrZZag с лазерно керамично неодимово покритие с технология на Yttrium -Aluminium-Garnet (Nd: YAG).
Високоенергийна течна лазерна отбранителна система
Системата за отбранителна система за високо енергийни лазерни зони (HELLADS) стартира след изследователски пробив на DARPA през 2003 г. с бюджет от около 75 млн. Долара. Неговите цели са описани от US DoD по този начин:
"Целта на програмата за високоенергийна течна лазерна зона (HELLADS) е да разработи високоенергийна лазерна оръжейна система (~ 150 kW) с понижение на теглото си в сравнение със съществуващите лазерни системи. С цел по-малко от 5 кг / кВ, HELLADS ще позволи използването на високоенергийни лазери (HELs), които да бъдат интегрирани в тактически самолети и значително ще увеличат диапазоните на ангажираност в сравнение с наземните системи. Програмата HELLADS е завършила дизайна на революционен високоенергиен лазер, който поддържа целта на лека и компактна система за лазерно оръжие с висока енергия. Обективен лазерен модул с интегрирано управление на мощността и топлинната енергия ще бъде произведен и демонстриран на изходна мощност от 15 kW. Въз основа на резултатите от тази демонстрация, ще бъдат разработени допълнителни лазерни модули, които ще бъдат интегрирани с подсистема за управление на лъча, за да се получи демонстрация на лазерни оръжейни системи с мощност 150 kW. Действието на демонстратора ще се характеризира в лабораторна среда.
Програмни планове:
- Разработване и тестване на 15 кВт обективен лазерен модул с интегрирани подсистеми за управление на топлинна енергия и топлоенергия.
- Пълна предварителна разработка на лазерна оръжейна система с мощност 150 кВт.
- Завършете подробния дизайн и изработете 150 кВт лазерна оръжейна система.
- Демонстрирайте ефективността на 150 kW HEL система.
На практика HELLADS трябва да произведе 750 кг лазер, способен да произвежда 150 кВт мощност, достатъчно компактен, за да може да се носи от самолети, наземни превозни средства и UAV. Технологията е течен лазер, където лазерната среда е течност, съдържаща активните химически вещества, изпомпвани за лазерно действие. Понастоящем не са разкрити детайли за конструктивната концепция, но е разумно да се предполага, че течността активно се охлажда, като по този начин се избягват проблемите, присъщи на лазерите в твърдо състояние. Механизмът на помпата не е разкрит. Ако се изпомпва лазерни диоди, разумно е да се предположи, че течността също охлажда лазерните помпи.
Главната атомна фирма е главният изпълнител, като Lockheed-Martin осигурява интеграция. HELLADS ще хареса ABL да използва вълнообразен сензор и активна огледална технология за корекция на лъчева вълна. Предвижда се демонстрация за 2007 г.
Високоефективен оптичен лазер (HPFL) - оптичен Fiber Laser Technology
Лазерите с оптични влакна са скорошно технологично развитие, създадено за осигуряване на ниско ниво на шумово усилване за далекобойни подводни комуникационни системи за оптични влакна. Технологията в момента се разработва допълнително за оръжейни приложения от Raytheon, след демонстрация, проведена с AFRL и Sandia през юни 2006 г.
Iompetus за развитието на оптичните лазери се състои в намаляване на разходите и сложността на усилвателите на усилвателите за кабелни връзки с влакна, особено за бързо развиващите се, комплексни високоскоростни вълни. Елиминирането на сложните и негъвкави електро-оптични повторители в връзките позволява значителни подобрения на разходите и значително удължаване на продължителността на кабелната инсталация. Подобренията на производителността в много случаи ще изискват само подмяната на крайното оборудване на линиите от единия край на връзката, а не от веригата на повторителите.
До началото на 1980 г. в научноизследователската общност за влакна се провеждаше състезание за намиране на подходяща лазерна технология за адаптиране към уникалната околна среда. Ранните изследвания проучиха усилването и адаптацията на ефекта на Raman с утвърдени полупроводникови лазери. И двете се оказаха разочароващи, като дизайните на ефекта на Raman изискват неоправдано голяма помпена мощност поради ниската им ефективност и полупроводникови лазери, които имат високо изкривяване на сигнала.
Пробивът дойде в средата на 80-те години, когато изследователска група в Саутхемптън в Обединеното кралство разработи техника за допинг на йони на силициев двуокис, основаваща се на едни и същи изследвания на 60-те години, които доведоха до сегашния военен Nd: YAG лазер, използван за насочване на бомби. През 1987 г. е публикувана първата хартия Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA). Следващото важно развитие е лазерният диод IngramAsP с диаметър 1,48 микрона, източникът на захранване на помпата, необходим за оптично възбуждане на ербийните йони, вградени в стъклото, за усилване на 1,55 микрона. Японският NTT публикува резултатите си през 1989 г. С компактен и ефективен източник на помпа и технология с оптични влакна практическата EDFA стана реалност.
За да се изгради една от тях, отправната точка е макарата с оптично влакно с подходяща дължина. Входът, където EDFA е свързан към края на влакнестата връзка, използва селективен разклонител за дължина на вълната. Съединителят се използва за подаване на потока от помпени фотони от лампата на помпата в EDFA. Тези фотони се разпространяват по протежение на влакното, вълнуващи го. Фотонът "сигнал" преминава през съединителя в EDFA и се усилва на брой, когато преминава през възбуденото влакно. Когато достигнат изходящия край на макарата, те се поставят в оптичен сплитер. Повечето от фотоните отиват в следващия сегмент на влакнестата връзка, но някои от тях са разделени за подаване на локален оптичен детектор. Електрическият изход от детектора се използва в отрицателна обратна връзка, за да се контролира нивото на мощност, произведено от лампата на помпата.
Докато концептуално EDFA е доста проста, лазерната физика и системните проблеми могат да бъдат доста сложни. Търговски достъпната технология EDFA понастоящем покрива широк спектър от спецификации за опаковане и производителност, както и редица различни дължини на вълните на изпомпване и изпомпващите конструкции. Настоящите дизайни обикновено използват двуетапно подреждане, използвайки силициево стъкло, комбинации от силициево стъкло и флуоридно стъкло, или само флуоридни стъклени влакна.
Стойностите на шума за лазерите с оптични влакна обикновено варират между 4.5 и 9 dB (конкурентни с GaAs електрически приемници), печалби между 25 и 40 dB и нива на мощност между 13 и 20 dBs. Около 2000 търговски проекта, оптимизирани за системи с размери 1,3 микрона, с помощта на технология с пестрадиодимизиран флуориден влакнест усилвател (PDFFA), възникват, постигайки подобна производителност с 1,55 микрона EDFAs.
Основната физика на лазер с висока мощност (HPFL) не се различава от комуникационния лазер. Разликите са в нивата на мощността и, където е приложимо, в работните дължини на вълните, обикновено в диапазона от 1,5 микрона до 1,8 микрона.
Извършените от DARPA експерименти, проведени след 2000 г., демонстрират, че технологията е осъществима за приложения с висока мощност, а през 2003 г. един влакнест лазер с единичен оптичен влакней излъчва мощност от 1 киловат, което поставя технологията в сферата на жизнеспособните оръжия. Ефективността на помпата в тези лазери достига до 80%, в резултат на което само 20% от оптичната мощност, подадена във влакното, трябва да бъде премахната като отпадъчна топлина. Ефективността на дизайна ще бъде ограничена най-вече от ефективността на помпените лазери.
Американските изследователски усилия в тази област се стремят да произвеждат лазерни мощности от порядъка на 100 кг или повече, което е подходящо за приложение в огнестрелно оръжие. За да се постигне това, трябва да се увеличи мощността на влакното и да се изисква оптичен хардуер за комбиниране на изхода на множество HPFL. Ефективно охлаждане на помпените лазери и HPFL макарите също е необходимо.
Привличането на HPFLs е в използването на зрели търговски технологии, компактност и електрическо изпомпване в сравнение с химически лазери.
Raytheon лазерна област отбранителна система (момчета)
"Raytheon завърши серия от дейности, които завършиха с ранни демонстрации на LADS. Устройството LADS се състоеше от Лаборатория за изследване на въздушните сили (AFRL) с 20 киловата IPG Photonics фибров лазер и лазерен монитор директор, закрепен на върха на Тест AFLR провери способността за разпространение на лазерния лъч и постигане на желания ефект за 60 мм хоросан в реалния свят Sandia National Laboratories предостави експлозивни камери за изпитване, цели и външен диапазон за тестове с жива огън на LADS Това серия от тестове беше анализирано от дирекция "Дирек- тивна енергия" на AFRL, което потвърди прогнозите, че хаванът може да бъде унищожен при диапазони, по-големи от 550 м. Лабораторните и полеви тестове закотвяха модела за ефективност на оръжейната система, насочен към високоефективната енергия."
Особено привлекателно за този клас оръжия е това, което американският флот определя като "дълбоко списание" - толкова дълго, колкото е налице електрическа мощност за управление на такъв лазер, той ще бъде в състояние да ангажира цели, за разлика от оръжията и ракетите, които са ограничени от натоварване на боеприпаси и химически лазери, които са ограничени от уникалното снабдяване с гориво.
Руски програми за HEL
Алмаз-Антей Високо енергийно лазерно насочено енергийно оръжие
Интересът, който се наблюдава в САЩ, ЕС и Израел при употребата на насочени енергийни оръжия за високоенергийни лазери (HEL), е паралелен с усилията за развитие в Алмаз-Антей, насочени към изпитване на технологията HEL DEW за приложения за противовъздушна отбрана.
Малко е разкрито от Алмаз-Антей за подробностите в тази програма. Очевидно е имало намерение да изгради опит и опит в целия спектър от необходимите възможности, в този случай оптика на светлинния режисьор, адаптивна оптика, възможности за проследяване и лазерни конструкции с високи нива на непрекъсната вълна.
Изобразеният лазер е CO 2 Gas Dynamic Laser (GDL), същата технология, използвана от военновъздушните сили на САЩ през 90-те години на миналия век Лабораторията за лаборатории във въздуха(ALL) програма. Той работи в лентата LWIR на 10,6 микрона и е оперативно атрактивен благодарение на простото си снабдяване с гориво в сравнение с деутериевия флуорид (DF) и химичния кислороден йоден лазер (COIL). Това, което е по-малко привлекателно за CO 2 GDL, е, че молекулите на тропосферата CO 2 увеличават загубите от разпространение, а алуминият, основният структурен материал в много потенциални цели, има много висока отражателност в тази лента, като по този начин намалява ефективността на куплиране на енергия в целта време за престой.
Това, което не е разкрито от "Алмаз-Антей", е напредъкът в този проект, особено в критичната област на адаптивната оптика и технологията на сензора на вълната за управление на адаптивните огледала. Технологията GDL е относително зряла, а дериватите химически лазерен дизайн ще бъдат до голяма степен обусловени от руските способности при разработването на силови модули за даден лазерен тип. Изборът на CO 2 GDL може да е бил просто определян от неговата наличност и нисък риск, като средство за демонстриране и доказване на други по-чувствителни системни компоненти.
Една оперативна система за противовъздушна отбрана HEL DEW ще се появи едва след като технологията за лазерна и лъчева режисура достигне съзряването си до точката, в която може да се изгради солиден разгръщащ се дизайн. Предвид руската пропаст за стабилност и нарастваща еволюция на дизайна, не е трудно да се предположи конфигурация за такава система:
Платформа за управление на греда (BDP): еволюция на съществуващия демонстратор, изпълнявана на 8 x 8 MZKT-7930 или теглена от MZKT-7930 в подредени полуремаркета.
HEL Power Stage System (PSS): в идеалния случай интегрирана към автомобила BDP, за да се увеличи мобилността, но може да се наложи да се пренася отделно, ако обемът е твърде голям, като последният нарушава мобилността.
Система за ангажиране на радари: производно на съществуващия 92N2E Grave Stone, пренесен на 8 x 8 MZKT-7930.
Автомобили за зареждане с гориво : 8 x 8 MZKT-7930, вероятно на базата на съществуващ горивен танкер.
CONOPS за такава система ще бъде подобна на системата MTHEL на американската армия, макар че е вероятно руснаците да се стремят към напълно мобилна конфигурация в съответствие с доктрината си за системите SAM (виж по-долу). Възможно е ключовата роля на подобна ДЕУ да бъде прихващането на PGM, което поставя оръжейната система твърдо в областта на точковата защита.
Докато не видим допълнителни оповестявания от руското Министерство на отбраната или Almaz-Antey, по-подробна оценка на тази система не е осъществима. Предвид чувствителността на ефективността на леталността на оръжията HEL към експлоатационната дължина на вълната и качеството на лъча, всички прогнози за постижимото изпълнение на диапазона ще бъдат в най-добрия случай спекулативни. За да бъде системата ефективна от оперативна гледна точка, ще е необходима постоянна мощност от порядъка на MegaWatt.
Алмаз / Beriev А-60 Високо енергийно лазерно насоченото оръжие за оръжие с енергия
Започнато от руснаците като паралелна програма на американската лаборатория за въздушни сили на американските военновъздушни сили, програмата Almaz / Beriev A-60 има за цел да демонстрира въздушен капацитет на HEL DEW и да предостави базови данни за разработването на оперативно оръжие. По този начин A-60 е изследователска платформа, дори ако оперативната способност трябва да бъде по-късно базирана на този дизайн.
Бяха построени двама демонстранти, първото летище през 1981 г., второто през 1991 г. Голяма част от наличните руски отворени източници не описват конкретния напредък или постижения в тази програма.
Наблюдаваните конструктивни модификации на корпуса на Il-76MD Candid домакин включват:
Монтиран монтаж за инсталиране на управляема револверна револверна кула (странно подобно на много по-късно дизайн на Boeing YAL-1A).
Премахване на вратите на гърба на вратите, подмяна на обвивката с голям аксиален отвор на отработените газове.
Уголемени главни спортни колела с входове и изпускателни тръби за неразкрита система (вероятно лазерно и системно охлаждане).
Премахване на гаража.
Всички изображения с отворен код показват фиксирана инсталация на револверна решетка с оптичен лъч в носа. Твърденията на руски автори, че директорът на лъча трябва да бъде разгърнат от гръбначния люк, са невъзможни да се съчетаят с уникалната оформяща топка кула, характерна за въртящия се и накланящ се лъч режисьор. В зависимост от основната конструкция на купола тази конструкция би осигурила най-малко полусферично твърдо ъгълно покритие и вероятно малко по-голямо под ъгъл на наклона на купола спрямо цилиндричната обвивна обвивка.
Не са разкрити данни за типа лазер, предназначен за А-60, въпреки че са взети предвид съвместните усилия на Almaz за CO 2 GDL за земно базирано мобилно точково оръжие, е разумно да се приеме един и същ дизайн. Големият изпускателен отвор в задния флот е в съответствие с GDL или химически лазер.
Текущото състояние на тази програма не е ясно. В края на Студената война финансирането на изследванията се срина за най-напредналите програми, но не е известно дали този проект е бил заличен или разпуснат. Ако руските военновъздушни сили търсеха лазерно оръжие във въздуха, тогава проектът А-60 би бил жизнеспособна отправна точка.
Това е изобилие от материали в различни публикации, особено уеб базирани, претендиращи за добре развита и усъвършенствана програма за високоенергийни лазерни насочени оръжия, финансирана от PLA. За съжаление, голяма част от този материал няма подкрепящи доказателства и досега не съществуват некласифицирани изображения на компонентите PLA HEL DEW, като директорите на лъча и лазерните енергийни етапи.
Това, което може да се проследи лесно в некласифицирания домейн, е изследователските усилия чрез публикации в академични научни списания на китайски език, от които има изобилие в областта на оптиката и лазерната физика. Тези публикации дават известна представа за нивото на напредък в китайските местни изследвания в основната физика на HEL и основната технология, необходима за изграждането на HEL DEWs.
Проучване на некласифицирани публикации в списания в съответните технологии е много разкриващо и показва, че Китай наистина има сериозна изследователска програма, която се развива, за да се развият най-съвременните HEL DEWs.
В областта на лазерите с висока мощност се провеждат изследвания както в йодни химични кислородни лазери (COIL), така и в свободни електронни лазери (FEL). Бяха открити не по-малко от 13 статии, обхващащи физиката на COIL, включително теми като моделиране на производителността, влиянието на съдържанието на вода и азот върху ефективността на лазера, както и подробно описание на значителните усилия за разработване на високоефективни атомни генератори на кислород, критични за производителността на COIL. Свободните електронни лазери, привлекателни, тъй като те са електрически задвижвани и силно регулируеми, са друга област на значителни научни усилия в Китай, като не са открити по-малко от 25 статии в първоначално търсене. Те обхващат редица теми в основната физика на FEL и оптимизация на дизайна. Това изследване се припокрива с изследователски усилия в неядрената рентгенова лазерна технология,
Китайските изследвания не са ограничени само до лазерната наука и технологиите с висока мощност. Голяма научноизследователска програма е активна в деформиращата се огледална технология, особено чрез използване на микромашинирани мембрани (MEMS) и включваща претенции за иновации в технологията. В тази област са открити не по-малко от 25 списания.
Другият компонент, който е от решаващо значение за ефикасните лазерни оръжия с висока мощност с голям обхват, е датчикът за вълната, необходим за контрола на деформиращото се огледало. Не по-малко от 40 статии, обхващащи основната технология в сензорите Hartmann-Shack, приложения, моделиране на атеросферното размножаване и измерване на качеството на лъча.
Много по-малко видимо е изследването на директорите на лъча и фиксираните огледални компоненти, като е намерена само една хартия, описваща оптимизацията на дизайна на режисьор, сравним по размер с този, използван в програмата THEL на САЩ.
Това, което е очевидно от такова проучване, е, че PLA има основните технологични и изследователски възможности за проектиране и изграждане на надеждни HEL DEWs. Това, което не може да бъде оценено толкова лесно, е напредъкът при интегрирането на тези технологии, за да се създадат оперативно жизнеспособни оръжия. Въпреки това, като се има предвид притежаването на компонентните технологии, интегрирането на тези продукти в жизнеспособен краен продукт е само въпрос на време и усилия.
Документ от 1999 г., изготвен от изследователя на американската армия Марк Стоукс, е цитиран с твърдението, че над "10 000 души - включително 3 000 инженери в 300 научноизследователски организации - с близо 40% от китайската лазерна научноизследователска и развойна дейност (НИРД), посветена на военните приложения. "Други обществени твърдения включват разработването на лазери за деутерий флуорид и свободен електрон (THEL / MIRACL), както и крейсерска способност за противоракетна отбрана, базирана на HEL DEWs.
Годишният доклад на US DoD за Конгреса за модернизация на PLA от 2006 г. също подробно описва значителни усилия в областта на лазерните и RF насочените енергийни оръжия:
Китай изглежда оценява собствената си уязвимост към радиочестотни оръжия и проучва начини за "втвърдяване" на електрониката. Китай също участва в модерни научни изследвания и разработки в областта на лазерните технологии, включително лазери с ниска и висока енергия. Макар че голяма част от усилията на Китай са търговски по своя характер, АОП и правителството подкрепят директно някои от тези изследвания, което предполага, че откритията или констатациите могат да се използват за разработване на бъдещи лазерни оръжия. Нещо повече, Китай се е съсредоточил в собствените си сили и продава на пазара в чужбина нискоенергийни лазерни оръжия. Военните лазери, които не са оръжия, вече са широко разпространени в ЛНП. " АРП и правителството подкрепят директно някои от тези изследвания, което предполага, че откритията или откритията могат да се използват за разработване на бъдещи лазерни оръжия. Нещо повече, Китай се е съсредоточил в собствените си сили и продава на пазара в чужбина нискоенергийни лазерни оръжия. Военните лазери, които не са оръжия, вече са широко разпространени в ЛНП. " АРП и правителството подкрепят директно някои от тези изследвания, което предполага, че откритията или откритията могат да се използват за разработване на бъдещи лазерни оръжия. Нещо повече, Китай се е съсредоточил в собствените си сили и продава на пазара в чужбина нискоенергийни лазерни оръжия. Военните лазери, които не са оръжия, вече са широко разпространени в ЛНП. "
Като доказателство за Конгреса миналата година, US DoD подробно описва използването на PLA HEL за атака на ниско орбитален американски разузнавателен спътник. Източници от САЩ твърдят, че Китай е използвал руски опит, за да ускори усилията си с лазерни оръжия.
В обобщение, докато PLA не представи първото си поколение HEL DEW на глобален контрол, подробните оценки на способностите ще продължат да бъдат най-добре спекулативни. Въпреки това, PLA ще бъде основен играч в HEL DEWs и можем да очакваме приложенията за отбранителна техника като контра-PGM и противоракетна ракета да бъдат първите, които се появяват, тъй като изискванията за мощността, качеството на лъча и посочването са най-малко предизвикателни ,
Пожарите в Санта Роса са изкуствено създадени чрез насочване на енергийни оръжия къщите станали на пепел а дърветата до тях не докоснати от огъня
Правителството в сянка си прави своите експерименти чрез енергийни оръжия снабдени на военни самолети или сателити
Няма коментари:
Публикуване на коментар