Toen het Amerikaanse ministerie van Defensie in mei van dit jaar besloot om een patriot-divisie naar het Midden-Oosten te sturen om het hoofd te bieden aan wat het Irans verhoogde dreiging noemt, zette het personeel in dat al te uitgeput was door periodieke rotaties.
"Wat de raketverdedigingstroepen betreft, hadden we in het Midden-Oosten regelmatig te maken met dit probleem lang voor deze inzet", vertelde de toenmalige vice-minister aan verslaggevers, waarbij hij opmerkte dat Patriot-eenheden een rust-plichtverhouding hadden van minder dan 1: 1 in mei. Aan het begin van het jaar was de algehele gevechtsplicht en rustverhouding ongeveer 1: 1, 4, terwijl het commando zich ten doel stelde een verhouding van 1: 3 te bereiken.
Terwijl het Amerikaanse leger manieren zoekt om het aantal continue rotaties in twee ploegen te verminderen en het niveau van gevechtsgereedheid te verhogen, staat er een even dringende kwestie op de agenda hoe de toekomstige combinatie van kinetische en niet-kinetische wapens zijn gevechten zal beïnvloeden. behoeften.
“Als je een bijna gelijkwaardige tegenstander moet bevechten, zal de Patriot effectief zijn, maar kan hij uiteindelijk de dreiging verzwakken of neutraliseren? Misschien niet. Daarom zul je na verloop van tijd nieuwe mogelijkheden zien die in ons raketverdedigingsarsenaal zullen worden geïntroduceerd,”
- zei hij, eraan toevoegend dat toekomstige grote investeringen in de ontwikkeling van gerichte energiewapens het tactische model van het leger zouden kunnen veranderen.
"Anders blijf je Patriot-batterijen verzamelen en probeer je steeds meer bedreigingen te bestrijden."
Het Pentagon jaagt al tientallen jaren op gerichte energietechnologieën en het leek er vaak op dat de vogel al in een kooi zat. Veel Amerikaanse militairen zijn van mening dat de stand van zaken vandaag de dag radicaal is veranderd, en recente vorderingen op dit gebied geven de strijdkrachten van het land hoop op een spoedige inzet van echte wapensystemen voor verschillende gevechtsmissies.
Hoewel het Pentagon schijnbaar optimistisch is over de inzet van gerichte energiesystemen in de nabije toekomst, met name lasers met hoog vermogen, zijn er veel onopgeloste problemen. Van verschillen in tactische en strategische capaciteiten tot problemen met betrekking tot de schaalbaarheid of schaalbaarheid van lasers en financiering voor concurrerende projecten, het leger heeft veel te overwinnen.
Veranderende behoeften
Het is bijna zes decennia geleden dat de laser werd geïntroduceerd en het grootste deel van die tijd heeft het ministerie van Defensie gezocht naar manieren om deze technologie te ontwikkelen met als doel de volgende generatie wapens te maken. Voor luchtverdedigingstroepen beloven dergelijke systemen lagere kosten per nederlaag en tegelijkertijd een afname van het munitieverbruik. Als China bijvoorbeeld veel goedkope raketten op een Amerikaans schip lanceert, zou in theorie een krachtige laser kunnen worden gebruikt om ze te richten en te vernietigen.
Dr. Robert Afzal, een vooraanstaand specialist in lasertechnologie bij Lockheed Martin, is van mening dat tot nu toe twee factoren de implementatie van lasertechnologie hebben verhinderd: de aanvankelijke nadruk van het ministerie van Defensie op de ontwikkeling van strategische wapens en de onderontwikkeling ervan.
In het verleden heeft het leger fondsen toegewezen voor gericht energieonderzoek aan projecten zoals het nu gesloten YAL-1 Airborne Laser-programma, dat gezamenlijk wordt beheerd door de Amerikaanse luchtmacht en de Missile Defense Agency. Als onderdeel van dit initiatief werd een chemische laser geïnstalleerd op een aangepast Boeing 747-400F-vliegtuig om ballistische raketten te onderscheppen tijdens de acceleratiefase.
"Destijds lag de nadruk altijd op strategische confrontatie, waarvoor zeer grote en zeer krachtige lasersystemen nodig waren." Tegenwoordig heeft de toename van onbemande luchtvaartuigen en kleine boten bijgedragen aan een gedeeltelijke verschuiving van de nadruk van het Pentagon op de korte termijn op tactische systemen. Dit helpt het leger om wapensystemen geleidelijk op te schalen met het oog op het omgaan met nieuwe dreigingen.
In april 2019 vond hierover een discussie plaats bij het Brookings Institution in Washington. "Ik heb een beetje een visie op de vooruitzichten op korte en middellange termijn voor gerichte energie,"
- neemt nota van de senior onderzoeker van het instituut.
“Blijkbaar kan gerichte energie ons helpen in een heel, heel specifieke tactische omgeving. Het idee om een laser te maken die groot genoeg is om een territoriaal raketafweersysteem te bieden, is nogal onrealistisch, terwijl de bescherming van een specifiek voertuig met een actief systeem iets realistischer is.
De toenmalige secretaris van het Amerikaanse leger merkte op dat de vooruitgang in gerichte energie "verder was dan je je kunt voorstellen", en het besluit van het leger om een manoeuvreerbaar luchtverdedigingssysteem voor zijn zware eenheden te herstellen, maakt het mogelijk om nieuwe laserwapens in te zetten.
“Op basis van bestaande en nieuwe dreigingen is dit echt een groot probleem voor ons. Wat betreft waar de technologie naartoe gaat, we zijn bijna in het bezit van een inzetbaar systeem dat drones, kleine vliegtuigen en soortgelijke objecten kan neerschieten."
Technologische barrières
Om krachtige lasersystemen te creëren die drones kunnen neerschieten, zijn technologieën van het breedste spectrum nodig. Naast het basisplatform wordt een radar gebruikt om luchtdreigingen te detecteren en verschillende sensoren om een doel te vergrendelen. Vervolgens wordt het doel gevolgd, wordt het richtpunt bepaald, wordt de laser geactiveerd en houdt de straal op dit punt totdat de UAV onaanvaardbare schade oploopt.
In de afgelopen decennia hebben de onderzoekers die deze lasers ontwikkelden een aantal concepten kunnen testen, waaronder enorme investeringen in chemische wapens, voordat ze de focus verlegden naar het opschalen van fiberlasers.
"Het voordeel van fiberlasers is dat je deze lasers in een veel kleiner formaat kunt plaatsen", - zei tijdens een ontmoeting met verslaggevers de directeur van het Bureau van DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).
Het YAL-1 ABL-systeem maakte bijvoorbeeld gebruik van een hoogenergetische chemische zuurstof-jodiumlaser en hoewel het in 2010 met succes een testdoel onderschepte, stopte de ontwikkeling ervan na bijna 15 jaar financiering. Op dat moment trok de toenmalige minister van Defensie Robert Gates publiekelijk de operationele gereedheid van de ABL in twijfel en bekritiseerde hij het effectieve bereik ervan.
Een van de nadelen van chemische lasers is dat de laser stopt met werken wanneer chemicaliën worden verbruikt. “In dit geval heb je een beperkte voorraad, en het doel is altijd geweest om een laser te maken die op elektriciteit werkt. Immers, zolang je de mogelijkheid hebt om elektriciteit op je platform op te wekken, hetzij via een generator aan boord of een batterijpakket, zal je laser werken', zei Afzal.
In de afgelopen jaren heeft het ministerie van Defensie meer geïnvesteerd in de ontwikkeling van een elektrische fiberlaser, maar heeft het ook voor serieuze uitdagingen gestaan, vooral bij de ontwikkeling van een laser met een lager gewicht, kleinere afmetingen en minder stroomverbruik.
In het verleden, elke keer dat ontwikkelaars probeerden het vermogen van een fiberlaser te vergroten tot het niveau dat nodig is voor gevechtsmissies, bouwden ze lasers van grote afmetingen, wat met name problemen veroorzaakte met overmatige warmteontwikkeling. Wanneer het lasersysteem een straal genereert, wordt ook warmte gegenereerd en als het systeem deze niet van de installatie kan afleiden, begint de laser oververhit te raken en verslechtert de kwaliteit van de straal, waardoor de straal niet kan focussen op de doel en de efficiëntie van de laser neemt af.
Aangezien het leger ernaar streeft het vermogen van elektrische lasers te vergroten, terwijl het de toename van het gewicht, de grootte en het stroomverbruik van systemen beperkt, komt efficiëntie naar voren; hoe hoger het elektrisch rendement, hoe minder energie er nodig is om het systeem te laten werken en koelen.
Een woordvoerder van het Amerikaanse leger die aan krachtige lasers werkt, zei dat hoewel generatoren gewoonlijk 10 kW-systemen zonder problemen kunnen aandrijven, de problemen beginnen wanneer het vermogen van de lasersystemen wordt verhoogd. "Wanneer het vermogen van de gevechtslaser wordt verhoogd tot 50 kW of meer, moeten er al unieke energiebronnen worden gebruikt, bijvoorbeeld batterijen en soortgelijke systemen."
Als u bijvoorbeeld een lasersysteem van 100 kW neemt, dat een efficiëntie van ongeveer 30% heeft, heeft het 300 kW-vermogen nodig. Als het platform waarop het is geïnstalleerd echter slechts 100 kW vermogen genereert, heeft de gebruiker batterijen nodig om het verschil te dekken. Als de batterijen leeg zijn, stopt de laser met werken totdat de generator ze weer oplaadt.
"Het systeem moet uiterst efficiënt zijn, beginnend bij de opwekking van energie en de verdere transformatie ervan in fotonen, die gericht zijn op het doel", - zei de vertegenwoordiger van het bedrijf Lockheed Martin.
Ondertussen zei Rolls-Royce LibertyWorks dat het al meer dan tien jaar werkt aan de integratie van een stroom- en warmtecontrolesysteem dat kan worden gebruikt in krachtige lasersystemen en dat het onlangs "aanzienlijke technologische doorbraken heeft gemaakt".
Rolls-Royce zei dat de doorbraken gebieden omvatten zoals "elektrische energie, thermisch beheer, temperatuurregeling en -bewaking, onmiddellijke beschikbaarheid van energie en bedrijfscontinuïteit." Ze voegden eraan toe dat de tests van het systeem op de locatie van de klant eind dit jaar zullen beginnen, en als ze met succes worden voltooid, kan het mogelijk worden om modulaire geïntegreerde oplossingen te leveren voor stroomregeling en warmteafvoer voor leger- en marineprogramma's.
Op zoek naar oplossingen
DARPA en het Lincoln Laboratory van MIT hebben met succes een kleine, krachtige fiberlaser ontwikkeld die in oktober van dit jaar werd gedemonstreerd. Ze weigerden echter de details van dit project te verduidelijken, inclusief het vermogensniveau.
Hoewel het leger en bedrijven consistent succes hebben geboekt bij de ontwikkeling van militaire lasers, zei Afzal dat de inspanningen van Lockheed Martin om enkele van de technologische uitdagingen aan te pakken, "een spectrale bundelfusieproces omvatten dat enigszins doet denken aan de cover van het Dark Side of the Moon-album." door Pink Floyd".
“Ik kan geen 100 kW fiberlaser maken als er schaalproblemen zijn. De doorbraak werd mogelijk gemaakt door de mogelijkheid om high-power fiberlasers uit te breiden met behulp van bundelcombinatie in plaats van simpelweg te proberen een groter, krachtiger lasersysteem te bouwen.
“Laserstralen van verschillende lasermodules, elk met een specifieke golflengte, gaan door een diffractierooster dat eruitziet als een prisma. Als dan alle golflengten en hoeken kloppen, dan vindt er geen onderlinge absorptie plaats, maar de uitlijning van golflengten in een strikte volgorde achter elkaar, waardoor het vermogen proportioneel groeit'', legt Afzal uit. - U kunt het vermogen van de laser schalen door modules toe te voegen of het vermogen van elke module te vergroten, zonder te proberen een enorme laser te bouwen. Het lijkt meer op parallel computing dan op een supercomputer."
Samen
Er wordt veel aandacht besteed aan het potentieel van krachtige lasers, maar tegelijkertijd zien het Amerikaanse leger en de industrie het potentieel in om krachtige microgolffrequenties te gebruiken om zwermen drones neer te schieten of te combineren met lasers.
"Consolidatie van technologie kan een goede oplossing zijn", vertelde generaal Neil Thurgood van het Office of Critical Technology aan verslaggevers. - Dat wil zeggen, je kunt veel objecten raken met een laser. Maar ik kan meer doelen raken met twee lasers, ik kan meer doelen raken met lasers en krachtige microgolven. Het werk op dit gebied is al begonnen."
Raytheon's gerichte energiedeskundige Don Sullivan, van zijn kant, sprak over het werk in deze richting. In het bijzonder zei hij dat Raytheon een krachtige laser heeft gecombineerd met een multispectraal waarnemingssysteem in een Polaris MRZR-voertuig, terwijl hij een krachtig microgolfsysteem heeft ontwikkeld dat in een zeecontainer is gemonteerd. Raytheon demonstreerde deze technologieën afzonderlijk tijdens het Maneuver Fires Integrated Experiment (MFIX) van het leger in 2017, en werkte in 2018 samen tijdens tests uitgevoerd door de Amerikaanse luchtmacht op de White Sands Proving Grounds.
Sullivan zei dat het lasersysteem werd gebruikt om drones neer te schieten die over lange afstanden vlogen, terwijl krachtige microgolven werden gebruikt om het nabije veld te beschermen en aanvallen van zwerm UAV's te dwarsbomen.
"Natuurlijk ziet en begrijpt de luchtmacht de complementaire aard van beide technologieën bij het uitvoeren van niet alleen contra-drone-missies, maar ook bij andere missies."
In de marine
Als het gaat om massa, volume en energie, hebben oorlogsschepen met hun grote afmetingen hier een duidelijk voordeel ten opzichte van grond- en luchtplatforms, waardoor marinepersoneel meerdere projecten tegelijk kon lanceren.
De marine werkt aan de Navy Laser Family of Systems (NLFoS), een initiatief om in de nabije toekomst krachtige marinelasersystemen in te zetten. Dit Navy-initiatief omvat: Solid-State Laser Technology Maturation (SSL-TM) programma; RHEL (Ruggedized High Energy Laser) 150 kW high-energy laser; optische oogverblindende laser Optical Dazzling Interdictor voor torpedojagers van het Arleigh Burke-project; en het project High Energy Laser and Integrated Optical-dazzler with Surveillance (HELIOS).
Volgens een rapport van de Congressional Research Service implementeert de marine ook het High Energy Laser Counter-Anti-Ship Cruise Missile Program (HELCAP), dat NLFoS-technologie leent om geavanceerde laserwapens te ontwikkelen om anti-schip kruisraketten te bestrijden.
Het HELIOS-programma heeft tot doel oppervlakteoorlogsschepen en andere platforms te voorzien van drie systemen: een laser van 60 kW; bewakings-, verkennings- en informatieverzamelingsapparatuur op lange afstand, en een verblindingsapparaat voor het tegengaan van UAV's. In tegenstelling tot andere lasers die zijn getest op schepen van de Amerikaanse marine, die als extra systemen op schepen worden geïnstalleerd, wordt HELIOS een geïntegreerd onderdeel van het gevechtssysteem van het schip. Het Aegis-wapensysteem zal voorzien in vuurleiding voor standaardraketten, samen met het richten en richten van geschikte wapens.
In maart 2018 kreeg Lockheed Martin een contract van $ 150 miljoen toegekend (met nog eens $ 943 miljoen aan opties) om tegen eind 2020 twee systemen te ontwerpen, produceren en leveren. In 2020 is de vloot van plan om een analyse van het HELIOS-project uit te voeren om ervoor te zorgen dat het aan de vereisten voldoet.
Het servicerapport van het congres merkt op dat de integratie van lasers op schepen potentieel vele voordelen biedt: kortere contacttijd, het vermogen om actief manoeuvrerende raketten af te handelen, nauwkeurig richten en nauwkeurig reageren, variërend van waarschuwingsdoelen tot het omkeerbaar blokkeren van hun systemen. Er wordt echter opgemerkt dat mogelijke beperkingen blijven bestaan.
Volgens het rapport omvatten deze beperkingen: alleen schieten in het gezichtsveld; problemen met atmosferische absorptie, verstrooiing en turbulentie; thermische verspreiding, wanneer de laser de lucht verwarmt, wat de laserstraal kan defocusseren; de complexiteit van het afweren van zwermaanvallen, het raken van geharde doelen en elektronische onderdrukkingssystemen; en het risico van nevenschade aan vliegtuigen, satellieten en menselijk zicht.
De potentiële nadelen van high-yield laserwapens die in het rapport naar voren worden gebracht, zijn niet uniek voor de marine, en andere takken van de strijdkrachten hebben ook met soortgelijke problemen te maken.
Het Korps Mariniers (ILC) van haar kant verduidelijkte de tactieken, methoden en methoden van gevechtsgebruik van het Boeing CLWS (Compact Laser Weapon System) lasersysteem, dat is geïnstalleerd in een transportcontainer.
Een woordvoerder van Boeing zei dat het van plan is om het CLWS-systeem te upgraden, waardoor de capaciteit wordt verhoogd van 2 kW naar 5 kW. Daarbij merkte hij op dat de toename van het vermogen de tijd zou verminderen die nodig is om kleine drones neer te schieten. “De marine wil een zeer snel systeem dat de mogelijkheden kan leveren die het wil. Ze zijn bezig met het controleren van de kenmerken van deze systemen en daarom hebben ze ons een contract gegeven voor de modernisering en capaciteitsuitbreiding."
Wens om te investeren
De legerleiding hield zich in de eerste helft van dit jaar bezig met het definiëren van lopende gerichte energieprogramma's en het ontwikkelen van een meerjarenplan om projecten over te hevelen van de ontwikkelingsfase naar de fase van praktisch gevechtsgebruik.
Als onderdeel van deze activiteit kreeg generaal Turgud 45 dagen de tijd om alle lopende projecten op te helderen en te verzamelen in één enkel register. Dit kan ertoe leiden dat een deel ervan wordt afgewezen. “Toen we het Critical Technologies Office hadden opgericht, heb ik me speciaal ingespannen om alle concurrerende gerichte energieprojecten te vinden. Iedereen werkt aan wat gerichte energie wordt genoemd, en ik probeer te begrijpen wat het echt betekent en wat daar echt aan de hand is', zei Thurgood tijdens de hoorzittingen van de commissie voor de strijdkrachten.
Eind mei keurde de legerleiding een alomvattend plan goed, dat voorziet in meer investeringen en versnelde ontwikkeling van laser- en microgolftechnologieën in verschillende legerprojecten. Tijdens een persconferentie maakte Thurgood bekend dat het leger heeft besloten het MMHEL-programma (Multi-Mission High Energy Laser) te versnellen, waarbij 50 kW-lasers worden geïnstalleerd op gepantserde voertuigen van Stryker als onderdeel van een luchtverdedigingssysteem voor de korte afstand. Als alles volgens plan verloopt, heeft het leger eind 2021 vier voertuigen met lasersystemen in gebruik.
Het is nog niet duidelijk welke initiatieven zullen worden samengevoegd of gesloten, maar Thurgood zei dat dit hoe dan ook zeker zal gebeuren. “Sommige mensen werken aan bijvoorbeeld een 150 kW-laser die uiteindelijk op een vrachtwagen en oplegger of op een schip wordt geïnstalleerd. We hebben ons eigen laserprogramma van 150 kW niet nodig, we kunnen dergelijke projecten combineren, dit proces versnellen en middelen besparen voor ons land."
Een aantal gerichte energie-initiatieven blijft ondertussen in de portefeuille van het leger. Het leger gebruikte bijvoorbeeld de MEHEL-laser (Mobile Experimental High Energy Laser) om de ontwikkeling van veelbelovende lasersystemen te versnellen en om tactieken, methoden en principes van gevechtsgebruik uit te werken die verband houden met de werking van dergelijke systemen. Volgens het MEHEL-project installeerde het leger een Stryker op de machine en testte het lasers met een vermogen tot 10 kW.
In mei 2019 kondigde de groep onder leiding van Dynetics aan dat ze was geselecteerd om een wapensysteem van 100 kW te ontwikkelen en dit te installeren op FMTV-trucks (Family of Medium Tactical Vehicles) in het kader van het programma voor de ontwikkeling van een demonstratiemodel van een krachtige HEL laserinstallatie TVD (High Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator). Dit wordt uitgevoerd als onderdeel van het werk van het leger aan gerichte energiewapens die zijn ontworpen om raketten, artilleriegranaten en mortiermijnen te bestrijden, evenals drones.
Onder een driejarig contract van $ 130 miljoen werd een tripartiet team gevormd (US Army, Lockheed Martin en Rolls-Royce) om een kritische projectbeoordeling voor te bereiden die het definitieve laserontwerp zal bepalen, vervolgens het systeem te fabriceren en te installeren op een FMTV-truck 6x6 voor veldtesten op White Sands Missile Range in 2022.
Het trio is van plan om het vermogen van de fiberlaser van Lockheed Martin te vergroten, waarvoor Rolls-Royce een energiesysteem ontwikkelt. Tegelijkertijd weigerde Rolls-Royce bekend te maken of het zijn nieuwe geïntegreerde energiebeheer- en warmtewisselingscontrolesysteem zal gebruiken.
In 2018 kondigde het leger aan dat het afzonderlijk samenwerkte met Lockheed Martin om drones uit te rusten met een krachtige microgolfwerper om andere drones neer te schieten. Onder een contract van $ 12,5 miljoen zal het duo een anti-dronesysteem in de lucht ontwikkelen. Potentiële UAV-payloads omvatten explosieven, netwerken en microgolfinstallaties.
De directeur van het DARPA-bureau vertelde verslaggevers echter dat ondanks de vooruitgang op het gebied van gerichte energie, het leger nog lang niet de technologie in het vliegtuig heeft geïntegreerd, en daarom zullen schepen en grondvoertuigen waarschijnlijk de eerste basisplatforms worden.
In de lucht
De luchtmacht van de Verenigde Staten voert ook gerichte energieprojecten uit, waaronder projecten die zijn ontwikkeld in het kader van het prototypeprogramma SHiELD ATD (Self-Protect High Energy Laser Demonstrator - Advanced Technology Demonstrator), dat voorziet in de installatie van een klein krachtig lasersysteem in vliegtuigen ter bescherming tegen raketten klasse "ground-to-air" en "air-to-air".
Eerder dit jaar kondigde het Air Force Research Laboratory aan dat het tussentijds succes had geboekt toen het een grondtestmonster gebruikte om meerdere raketten neer te schieten. Naarmate de technologie vordert, is de Amerikaanse luchtmacht van plan het systeem kleiner en lichter te maken en aan te passen voor vliegtuigen.
Het ambitieuzere plan van het Pentagon en de Missile Defense Agency is een flashback naar het Strategic Defense Initiative van president Ronald Reagan, ook bekend als Star Wars, dat in theorie oproept tot de inzet van laserwapensystemen in de ruimte.
In januari van dit jaar publiceerde de regering-Trump een langverwachte evaluatie van de raketverdediging, waarin het werk van de Anti-Ballistic Missile Agency werd geprezen om gerichte energiewapens te ontwikkelen om ballistische raketten in de boost-fase te onderscheppen. In 2017 deed het Agentschap bijvoorbeeld een verzoek om informatie over langeafstandsdrones op grote hoogte die het laadvermogen zouden hebben om krachtige lasers te installeren om ICBM's in de boostfase te vernietigen. In de in 2017 uitgebrachte request for proposals is bepaald dat de drone op een hoogte van minimaal 19.000 meter zal vliegen, een laadvermogen heeft van minimaal 2.286 kg en een beschikbaar vermogen van 140 kW tot 280 kW. Om een veelbelovende installatie voor dergelijke drones te creëren, onderzoekt het Agentschap samen met Boeing, General Atomics en Lockheed Martin de mogelijkheid om krachtige lasertechnologie te implementeren aan boord van UAV's.
"Wat ons betreft, leggen we een speciale nadruk op vastleggen, volgen en richten", - zei de vertegenwoordiger van het bedrijf Boeing.
“Dit zijn echt onze kerncompetenties, die we hebben ontwikkeld tijdens het werken met chemische lasers. Boeing heeft dit in al zijn systemen aangetoond en heeft aangetoond dat je met behulp van bestaande technologieën een compact, zeer efficiënt systeem voor acquisitie, tracking en targeting kunt creëren en dit naadloos kunt integreren in elk laserapparaat, waardoor de mogelijkheden aanzienlijk worden vergroot."
