Laserwapensystemen zijn verre van een nieuw concept, maar er blijven enkele belangrijke problemen bestaan in hun dagelijkse ontwikkeling.
Volgens David James van de Universiteit van Cranfield (VK) vallen dergelijke systemen in twee brede categorieën. De eerste omvat wapens die zijn ontworpen om scopes en andere optische sensoren in te schakelen, terwijl de tweede zich richt op de strijd tegen ongeleide raketten en drones. Systemen uit de tweede categorie krijgen steeds meer aandacht van het leger, omdat laserwapens effectiever worden en energiebronnen kleiner worden. James merkte op:
“Deze systemen hebben een aantal voordelen. Ze bieden bijna oneindige munitie … als de stroomvoorziening werkt, blijft het lasersysteem functioneren. Ze zijn relatief eenvoudig in gebruik, waardoor het proces van het opleiden van medewerkers niet al te ingewikkeld is."
Van zee naar land
Zoals James opmerkte, is er de afgelopen decennia veel werk verzet op dit gebied, vooral in de maritieme sector, waar een aantal programma's de haalbaarheid overwegen van het gebruik van lasers om bedreigingen zoals marine-UAV's of kleine boten te bestrijden.
Op schepen gebaseerde systemen waren de eersten die verschenen, omdat ze gemakkelijk toegang hebben tot een krachtige krachtbron, terwijl de toename van de effectiviteit van laserwapens ze steeds toegankelijker maakt voor de grondtroepen. Dit wordt het duidelijkst aangetoond door het project van het Amerikaanse leger om een prototype te maken en het eerste gevechtslasersysteem in te zetten. In 2022 zullen systemen met een vermogen van 50 kW worden geïnstalleerd op vier gepantserde voertuigen van Stryker ter ondersteuning van de taken van mobiele luchtverdediging op korte afstand, aangeduid als M-SHORAD (Maneuver - Short-Range Air Defense) voor de bescherming van gevechtsbrigades van UAV's, ongeleide raketten, artillerie- en mortiervuur en luchtvaarthelikoptertype.
"Dit is het moment om de gerichte energiewapens naar het slagveld te brengen", zei Neil Thurgood, directeur van het Office of Hypersonic, Directed Energy and Space Weapons van het Amerikaanse leger, tijdens de gunning van het contract. - Het leger erkent de noodzaak van gerichte energielasers, waarin voorzien is in het moderniseringsplan van het leger. Dit is geen onderzoeks- of demonstratieactiviteit meer. Dit is een strategische gevechtscapaciteit en we zijn op de goede weg om het rechtstreeks in handen van de soldaten te brengen."
Zoals James opmerkte, zouden dergelijke ontwikkelingen kunnen helpen de leemte in potentiële gevechtscapaciteiten op te vullen, vooral met betrekking tot UAV's. Wanneer er een groot aantal drones op het slagveld verschijnen, moeten grondtroepen de dreiging het hoofd kunnen bieden. Momenteel wordt deze taak opgelost door van zeer korte afstand handvuurwapens en machinegeweren af te vuren, hoewel het duidelijk is dat het hier erg moeilijk is om gericht te schieten. Een kinetisch alternatief zijn grond-luchtraketten. In tegenstelling tot raketten zijn drones echter veel goedkoper te produceren en te bedienen.
“De economische voordelen zijn dat het niet rendabel voor je is om raketten te gebruiken tegen een zwerm drones, omdat de raketten dan heel snel opraken. Je moet je raketarsenaal behouden voor belangrijkere doelen zoals vliegtuigen of helikopters."
Een ander voordeel van lasers is hun snelheid.
"Omdat de" munitie "beweegt met de snelheid van het licht, in feite, als je de straal zelfs maar even op het doelwit plaatst, dan raak je de drone … zelfs als deze je gezichtslijn met een verschrikkelijke snelheid kruist, je gewoon richt de laser op het vijandelijke platform - en het doelwit is van jou ".
Ongeacht de dreiging
Craig Robin, hoofd van het Directed Energy Project Office van het Amerikaanse leger, is het daarmee eens en voegt eraan toe dat laserwapensystemen ook ongevoelig zijn voor bedreigingen.
"De meeste materialen houden geen hoge temperatuur, als je de laser op een mijn of een drone richt, zal je impact dodelijk zijn."
Dit alles biedt natuurlijk voordelen vanuit financieel oogpunt, maar tegelijkertijd kunnen lasersystemen de hoeveelheid materiaal en technische voorziening voor het leger verminderen.
“Wat kinetische middelen betreft, je moet raketten maken, je moet raketten onderhouden, je moet ze afschrijven. Dit geldt duidelijk niet voor van stroom voorziene wapensystemen, dat wil zeggen, ze verminderen de logistieke last aanzienlijk."
Het kantoor van Robin maakt deel uit van het Rapid Capabilities and Critical Technologies Office (RCCTO) van het leger. Onder leiding van Thurgood werkt de organisatie aan het integreren van nieuwe technologieën in experimentele ontwikkelingen die de soldaten kunnen bereiken. Gerichte energie staat centraal in deze activiteit.
Bij het werk aan de M-SHORAD-laser werden de ontwikkelingen van het vorige MHHEL-project (Multi-Mission High-Energy Laser) gebruikt, dat ook voorzag in de installatie van een 50 kW-laser op de Stryker-machine en de productie van één prototype voor 2021. RCCTO heeft echter besloten om de reikwijdte van het project uit te breiden, dus het is de bedoeling dat er momenteel vier lasers worden ingezet. Raytheon en Northrop Grumman werken samen met hoofdaannemer Kord Technologies en concurreren op dit project met hun M-SHORAD-prototypes.
RCCTO is betrokken bij andere gerichte energieprojecten. De nadruk ligt vooral op bescherming tegen indirect vuur, dat zal worden geleverd door het wapensysteem dat op het Stryker-voertuig is geïnstalleerd. Dit project, dat bekend staat als de Indirect Fire Protection Capability - High-Energy Laser, is een verdere ontwikkeling van het High-Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator-programma om van een 100 kW-systeem naar een 300 kW-laser te gaan en dit tegen 2024 aan de troepen te leveren.
Het leger installeerde eerder een 10 kW-laser op de Stryker-machine als onderdeel van het MEHEL-project (Mobile Experimental High-Energy Laser), dat de basis vormde voor het werk aan de M-SHORAD.
De beslissing om de kracht van de wapens te vergroten was gebaseerd op het succesvolle ontwikkelingsproces. Zoals Robin uitlegde: "In termen van technologische volwassenheid hebben investeringen in de industrie geholpen om het hele proces te versnellen en goede resultaten te behalen."
Glasvezel
Scott Schnorrenberg van Kord Technologies zei dat er een verschuiving heeft plaatsgevonden van solid-state lasers naar spectraal gecombineerde vezelapparaten, "die aanzienlijk efficiënter zijn en kleiner zijn." Hij voegde eraan toe dat duidelijke vooruitgang in batterijen met hoge capaciteit, energieopwekking en thermische beheersystemen een grote rol spelen, waardoor zeer krachtige lasersystemen op relatief kleine gevechtsvoertuigen kunnen worden geïnstalleerd.
Kord richt zich momenteel op de ontwikkeling van de technologie in de R&D-fase en het gebruik ervan in de ontwikkeling van prototypes en daaropvolgende productieproducten. Schnorrenberg wees ook op de logistieke voordelen van lasers en merkte op dat "ze ook zijn uitgerust met krachtige sensoren om extra informatie te verzamelen en te richten op het slagveld." Hij is van mening dat na de inzet van systemen voor het M-SHORAD-project en andere programma's, de reikwijdte van lasers de komende jaren zou moeten uitbreiden.
Je ziet dat lasers zich snel ontwikkelen, uitbreiden naar andere platforms en uitbreiden van het aantal missies dat ze kunnen uitvoeren, zoals het opruimen van explosieven, tegenmaatregelen tegen verkenningsmiddelen, precisietargeting, geconcentreerde stralingskracht en snelle gegevensoverdracht. Het uitbreidende aanbod aan potentiële doelen zal ongetwijfeld bijdragen aan een vergroting van het aanbod van basisplatforms waarop lasersystemen zullen worden geïnstalleerd.”
Evan Hunt, hoofd van High Power Lasers bij Raytheon, wees ook op de mogelijkheid om doelen te volgen met lasersystemen.
"Met een druk op de knop nadat je een drone als een bedreiging hebt geïdentificeerd, kun je hem onmiddellijk neerschieten, en het zal zo'n kortstondig proces zijn waarbij de drone begint te vallen op het moment dat de knop wordt ingedrukt. Dit is een revolutionaire manier om doelen te raken in vergelijking met traditionele munitie, die heel goed kan missen en in verschillende richtingen kapot kan vliegen."
"We hebben het over een nieuw type technologie dat het vrij onafhankelijk mogelijk maakt om doelen te detecteren, volgen, identificeren en aanvallen op een manier die mogelijk zelfs in relatief dichte nabijheid van industriële of woonwijken kan worden gebruikt zonder grote vernietiging te veroorzaken."
Drones neerschieten
Naast deelname aan het M-SHORAD-project, besteedt Raytheon speciale aandacht aan de ontwikkeling van laserwapens om kleine drones te bestrijden, met name in het concept van een "laser dune buggy" - een krachtige laser in combinatie met een multispectrale waarneming systeem van zijn eigen ontwerp, geïnstalleerd op een terreinwagen Polaris MRZR.
Het systeem wordt vervaardigd voor de Amerikaanse luchtmacht en de levering van drie platforms is gepland voor 2020. Aan het einde van hetzelfde jaar zullen deze drie mobiele eenheden in het buitenland worden ingezet voor operationele evaluatie.
Raytheon schoot meer dan 100 drones uit zijn buggy tijdens talloze luchtmacht- en militaire shows. De luchtmacht zou het systeem voor een aantal taken kunnen gebruiken, de auto zou bijvoorbeeld aan het einde van de baan kunnen worden geparkeerd om ongewenste UAV's die het luchtruim binnenkomen te blokkeren of te vernietigen. Hunt merkte op:
“Lasers hebben echt bewezen de meest nauwkeurige en effectieve manier te zijn om drones direct te raken. De "magische combinatie" van kenmerken stelt je in staat om stil en discreet meerdere drones tegelijk uit te schakelen op een zeer nauwkeurige en goedkope manier, zodat ze niet zo destructief zijn als kinetische wapens."
Voordat laserwapens in aanzienlijke hoeveelheden in gebruik worden genomen, is het noodzakelijk om een aantal dringende taken op te lossen. Robin merkte op dat de laser zelf een van de drie belangrijke elementen van de wapeninstallatie is, samen met een straalcontroller die de straal nauwkeurig op de dreiging richt en deze vergezelt, en een subsysteem voor het genereren en beheren van energie. Dit laatste subsysteem moet compact genoeg zijn om in voertuigen te worden ingebouwd, hoewel in dit geval kan worden geprofiteerd van ontwikkelingen uit de automobielsector, met name de ontwikkeling van batterijsystemen, die hebben bijgedragen aan de snelle ontwikkeling van elektrische voertuigen. "Je wilt met je elektrische auto langere tijd met dezelfde snelheid rijden, wat erg lijkt op hoe je een laser wilt laten werken", vervolgt Hunt. "De vereisten voor deze technologie en lasers zijn vergelijkbaar en overlappen hier."
Volgens James is de verkleining van de voedingssystemen de beperkende factor. Hij verwacht dat het Amerikaanse leger en zijn partners de uitdagingen het hoofd zullen bieden om dergelijke apparatuur in de Stryker te plaatsen. Bovendien merkte hij op dat niet alle doelen in het M-SHORAD-systeem hetzelfde zijn en dat er vragen zijn over de mate van schade die nodig is voor verschillende soorten platforms.
"Als dit alleen maar drones zijn waarop je jaagt, dan verkleint het in die zin het bereik van doelen, verkleint het het bereik van materialen waaruit ze zijn gemaakt. Als het een hele grote drone is, dan is het misschien de moeite waard om een grond-luchtraket in te zetten."
Aan de andere kant is het bereik volgens James de belangrijkste factor om te overwegen: hoe meer afstand je schade wilt aanrichten, hoe meer vermogen er nodig is. Hij merkte op dat de atmosfeer vol zit met verschillende deeltjes die licht verstrooien, dat wil zeggen dat er nooit honderd procent lichttransmissie zal zijn. Op een afstand van een kilometer kan de atmosfeer 85% doorlatend zijn, dat wil zeggen dat 15% van het licht het doel niet zal bereiken. Op een afstand van meer dan 5 km kunnen verliezen 50% zijn, "dat wil zeggen, de helft van de fotonen gaat gewoon verloren, de laserstraal verliest zijn kracht en bereikt het doel niet."
Leer vechten
"De belangrijkste uitdaging voor militaire gebruikers zal zijn om te trainen in het omgaan met een groeiende reeks doelen", zegt Chris Frye, directeur van luchtverdediging bij Northrop Grumman, hoewel hij opmerkte dat ze afstand nemen van experimentele technologiedemonstraties en overgaan op echte exploitatie door een soldaat. "Zal toestaan om de technologie over te nemen, aan te passen en te verbeteren." Naast het M-SHORAD-project heeft Northrop Grumman met het Amerikaanse leger samengewerkt aan een aantal andere gerichte energieprogramma's, evenals met het R&D-kantoor van de marine, DARPA, het luchtmachtlaboratorium en andere klanten.
"De focus ligt op het bouwen van complexe basissystemen", voegt Fry toe. “Het gaat niet alleen om de laser, maar om het hele systeem: radar, commando- en controlesysteem, netwerk, platform, opwekking en vermogensregeling. De maximale efficiëntie van al deze componenten en hoe ze samenwerken, is belangrijk om het potentieel van het systeem te maximaliseren.”
Northrop Grumman zei dat hoewel het gewicht, de grootte en het stroomverbruik van systemen de afgelopen tien jaar aanzienlijk zijn verminderd, ze verwachten dit proces de komende jaren te versnellen. Ook is het vermogen van lasersystemen om bedreigingen te volgen en "fotonen op het doelwit te houden zo lang als nodig is om het gewenste effect te bereiken" aanzienlijk toegenomen.
creatie
Schnorrenberg zei dat de grootste uitdaging op dit moment de productiebeperkingen zijn. Vanwege het beperkte aantal lasersystemen dat tot nu toe is ontwikkeld, is de productiebasis onontwikkeld, dat wil zeggen dat de belangrijkste componenten nog moeten worden afgerond voor grootschalige productiescenario's.
"De Amerikaanse regering investeert in productiefaciliteiten om dit probleem aan te pakken", voegde hij eraan toe. "Uiteindelijk zal de industrie uiteindelijk de uitvoerende mechanismen leveren om deze basis te ontwikkelen."
Dit is de sleutel tot de doelstellingen van het Amerikaanse leger voor het M-SHORAD-programma. In de aankondiging van het contract werd opgemerkt dat de selectie van Northrop Grumman en Raytheon "de concurrentie zal bevorderen en de industriële basis voor gerichte energiesystemen zal stimuleren."
James hoopt dat de laser de komende jaren op zijn eigen manier zal evolueren als oorlogswapen. Hoewel hij betwijfelt of lasers als volledig gescheiden systemen zullen werken, gelooft hij dat ze zeker een belangrijke aanvulling op andere wapens zullen worden. Het is onwaarschijnlijk dat bijvoorbeeld luchtverdedigingssystemen alleen uit lasers zullen bestaan, maar ze zullen deel gaan uitmaken van een breder systeem dat raketten zal omvatten. Bovendien zal het leger, om doelen op ultrakorte afstanden te bestrijden, hoogstwaarschijnlijk een aparte soldaat willen achterlaten.
"Misschien zullen lasers voor altijd deel uitmaken van het kernsysteem."
"Om lasers echt effectief en nuttiger te maken voor het Amerikaanse leger, moeten de kosten ervan omlaag", zei Robin. Elke technologie die uit een nichemarkt komt, zal in de loop van de tijd echter een prominentere rol gaan spelen.
"Naarmate het aantal prototypes en demonstratietests groeit - niet alleen in het leger, maar ook in andere soorten strijdkrachten - zullen we binnenkort getuige zijn van een uitbreiding van deze markt en een daling van de kosten van laserwapensystemen."
