Tia laser 20 kW của Rheinmetall trên Boxer 8x8 được giới thiệu tại DSEI 2015
Tiến bộ công nghệ hiện đã đạt đến một cột mốc quan trọng khi các hệ thống vũ khí laser gắn trên xe đã trở thành hiện thực. Hãy cùng xem những hệ thống tăng cường chiến đấu này đang phát triển như thế nào
Vũ khí gắn trên xe là một công cụ nâng cao sức chiến đấu với chi phí thấp được sử dụng bởi cả quân đội chính quy và các đội hình “bất đối xứng” tham gia vào hầu hết mọi cuộc xung đột trên thế giới.
Cho đến gần đây, các tùy chọn lắp đặt vũ khí trên các phương tiện chiến đấu chỉ giới hạn ở súng máy và hệ thống pháo binh dưới nhiều hình thức khác nhau. Tuy nhiên, tình hình ở đây bắt đầu thay đổi với sự ra đời của các hệ thống laser hoặc hệ thống năng lượng định hướng với sức mạnh đủ để đốt cháy máy bay nhỏ và đạn dược trên không.
Việc bố trí các đơn vị lưu trữ năng lượng cồng kềnh cho các hệ thống như vậy luôn là một vấn đề nghiêm trọng, nhưng những phát triển gần đây đã góp phần làm giảm tia laser xuống kích thước cho phép lắp đặt chúng ngay cả trong một chiếc xe jeep lớn.
Cuộc cách mạng công nghệ
Những năm 1990 chứng kiến một cuộc cách mạng công nghệ trong truyền thông cáp quang, thúc đẩy sự phát triển của laser trạng thái rắn công suất cao, mà một thập kỷ sau đã tìm thấy các ứng dụng trong chế biến công nghiệp như xây dựng thương hiệu, cắt, hàn và nấu chảy.
Những tia laser này cực kỳ hiệu quả ở cự ly gần, nhưng vấn đề thời gian để ngành công nghiệp tìm ra cách mở rộng quy mô công nghệ này và tạo ra vũ khí tương lai có thể cắt và làm tan chảy mục tiêu ở khoảng cách vài trăm hoặc thậm chí hàng nghìn mét.
Gã khổng lồ quốc phòng Mỹ Lockheed Martin đã làm được điều đó. Dựa trên công nghệ mới để sản xuất chất bán dẫn, pin mặt trời và hàn ô tô, công ty đã phát triển một máy laser quân sự mạnh hơn hàng trăm lần so với các sản phẩm tiền nhiệm.
Robert Afzal, nhà nghiên cứu cấp cao của công ty này, cho biết: “Một cuộc cách mạng thực sự đang diễn ra trong lĩnh vực này ngày nay, được chuẩn bị bởi nhiều năm làm việc khổng lồ của các nhà nghiên cứu. Và chúng tôi tin rằng công nghệ laser cuối cùng đã sẵn sàng với ý nghĩa rằng giờ đây chúng tôi có thể tạo ra một tia laser đủ mạnh và đủ nhỏ để lắp vào các phương tiện chiến thuật”.
“Các tia laser trước đây chỉ đơn giản là quá lớn - chúng là toàn bộ các trạm. Nhưng với sự ra đời của công nghệ laser sợi quang hiệu quả cao với chùm tia chất lượng cao, cuối cùng chúng ta đã có mảnh ghép cuối cùng để lắp những chiếc máy này."
Ngành công nghiệp dân dụng đã sử dụng tia laser có công suất khoảng vài kilowatt, nhưng Afzal lưu ý rằng tia laser quân sự nên có công suất từ 10-100 kW.
"Chúng tôi đã phát triển công nghệ cho phép chúng tôi mở rộng quy mô sức mạnh của laser sợi quang, không chỉ bằng cách chế tạo một tia laser sợi quang lớn hơn, mà bằng cách kết hợp một số mô-đun cấp kilowatt để đạt được sức mạnh theo yêu cầu của quân đội."
Ông cho biết tia laser này dựa trên sự kết hợp chùm tia, một quá trình kết hợp nhiều mô-đun laser để tạo thành một chùm tia chất lượng cao, công suất cao mang lại hiệu quả và khả năng sát thương cao hơn một vài tia laser 10kW riêng lẻ.
Chùm tia chuẩn trực màu trắng
Mô tả quá trình truyền một chùm sáng qua lăng kính, khúc xạ thành nhiều luồng màu, ông giải thích: “Nếu bạn có một số chùm tia laze, mỗi chùm có màu hơi khác nhau, đi vào lăng kính này ở một góc chính xác, chúng sẽ phát ra. của lăng kính này chồng lên nhau và sẽ tạo thành cái gọi là chùm tia chuẩn trực màu trắng."
“Về cơ bản đây là những gì chúng tôi đang làm, nhưng thay vì lăng kính, chúng tôi sử dụng một phần tử quang học khác gọi là cách tử nhiễu xạ, thực hiện chức năng tương tự. Đó là, chúng tôi chế tạo các mô-đun laser công suất cao, mỗi mô-đun ở một bước sóng hơi khác nhau, sau đó kết hợp chúng lại, phản xạ từ cách tử nhiễu xạ và ở đầu ra, chúng tôi thu được một chùm tia laser công suất cao."
Afzal cho biết trên thực tế, giải pháp như vậy là công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng từ lĩnh vực viễn thông, kết hợp với laser sợi quang công suất cao từ sản xuất công nghiệp.
Ông nói: “Laser sợi quang là loại laser hiệu quả và mạnh nhất từng được phát triển. - Đó là, chúng ta đang nói về hiệu suất toàn điện vượt quá 30%, điều mà 10-15 năm trước đây thậm chí chúng ta còn không mơ tới, khi chúng ta có hiệu suất 15-18%. Điều này liên quan nhiều đến nguồn điện và khả năng làm mát, vì vậy các hệ thống này có thể ngày càng nhỏ hơn. Tia laser hiện được thu nhỏ không phải bằng cách tạo ra một tia laser lớn, mà bằng cách thêm các mô-đun mới."
Quân đội Mỹ gần đây đã tuyển dụng Lockheed Martin để tạo ra một hệ thống vũ khí laser công suất cao dựa trên việc lắp đặt ATHENA (Tài sản Năng lượng Cao Thử nghiệm Tiên tiến), có thể lắp trên một trong những phương tiện chiến thuật hạng nhẹ của công ty.
Trong các cuộc thử nghiệm năm ngoái, một nguyên mẫu laser sợi quang 30 kW đã đánh bật thành công động cơ của một chiếc xe bán tải nhỏ, đốt cháy lưới tản nhiệt trong vài giây từ cách đó một dặm. Để mô phỏng các điều kiện vận hành thực tế trong quá trình thử nghiệm, chiếc xe bán tải đã được lắp đặt trên bệ với động cơ đang chạy và hộp số.
Thế hệ mới
Vào tháng 10 năm 2015, Lockheed thông báo rằng họ đã bắt đầu sản xuất thế hệ laser mô-đun năng lượng cao mới, loại đầu tiên có công suất 60 kW sẽ được lắp đặt trên một phương tiện chiến thuật của quân đội Mỹ.
Afzal cho biết quân đội muốn triển khai tia laser gắn trên xe cho các nhiệm vụ phòng không, chống tên lửa, đạn pháo và đạn cối cũng như UAV. "Chúng tôi đang xem xét cấp độ chiến thuật của phòng thủ hơn là phòng thủ tên lửa theo nghĩa chiến lược."
Theo Lockheed, giải pháp mô-đun cho phép điều chỉnh sức mạnh tùy theo nhu cầu của một nhiệm vụ và mối đe dọa cụ thể. Quân đội có khả năng bổ sung thêm nhiều mô-đun và tăng công suất từ 60 kW lên 120 kW.
Afzal tiếp tục: “Quy mô kiến trúc tùy theo yêu cầu của bạn: bạn muốn 30 kW, 50 kW hay 100 kW? Nó giống như các mô-đun máy chủ trong một giá đỡ máy chủ. Chúng tôi tin rằng đây là một kiến trúc linh hoạt - phù hợp hơn cho việc sản xuất quy mô lớn. Nó cho phép bạn có một mô-đun mà bạn có thể tạo lại nhiều lần, cho phép bạn tùy chỉnh hệ thống theo ý muốn của mình."
“Hệ thống thích ứng với bất kỳ phương tiện nào bạn muốn sử dụng ngày nay, và đó là lý do tại sao công nghệ này rất ấn tượng vì nó sẽ cho phép tính linh hoạt của kiến trúc để thích ứng với các loại xe khác nhau mà không cần điều chỉnh nhiều những gì bạn quyết định có. Ví dụ, điều này giúp chúng ta có thể có được một hệ thống hỗ trợ cho cả một lữ đoàn chiến đấu và một cơ sở hoạt động tiên tiến."
Hệ thống sử dụng các tia laser sợi thương mại được lắp ráp trong các mô-đun có khả năng tái tạo cao, làm cho nó có giá cả phải chăng. Việc sử dụng nhiều mô-đun laser sợi quang cũng làm giảm khả năng xảy ra các trục trặc nhỏ, cũng như chi phí và phạm vi bảo trì và sửa chữa.
Khi được hỏi khi nào một tia laser chiến đấu được lắp trên phương tiện chiến thuật có thể xuất hiện trên chiến trường, Afzal gợi ý về khung thời gian gần đúng: “Chúng tôi dự định cung cấp tia laser của mình vào cuối năm 2016. Sau đó quân đội sẽ thực hiện công việc của mình trong một thời gian, và sau đó chúng ta sẽ thấy."
Sức hút của tia laser
Có một số đặc điểm của vũ khí năng lượng chỉ đạo chiến thuật khiến chúng trở nên rất hấp dẫn đối với các lực lượng quân sự hiện đại, bao gồm chi phí "đạn dược" thấp và tốc độ, độ chính xác và dễ sử dụng của chúng.
“Trước hết, đây là những vũ khí rất chính xác với khả năng sát thương rất thấp, điều này rất quan trọng,” Afzal nói thêm. "Tốc độ ánh sáng cho phép bạn chiếu xạ ngay lập tức mục tiêu, và do đó bạn có thể bắn trúng mục tiêu có khả năng cơ động cao, tức là bạn có thể giữ chùm tia trên mục tiêu mà đạn động năng đôi khi không thể xử lý."
Có lẽ lợi thế quan trọng nhất là chi phí thấp cho một lần “bắn” hiệu quả.
“Tại thời điểm này, bạn không muốn sử dụng vũ khí động năng phòng thủ đắt tiền và mạnh mẽ cho nhiều mối đe dọa rẻ tiền,” Afzal tiếp tục. - Chúng tôi coi vũ khí laze như một phần bổ sung cho hệ thống động học. Chúng tôi giả định rằng bạn sẽ sử dụng hệ thống laser để chống lại một số lượng lớn các mối đe dọa cường độ thấp cường độ thấp, để lại ổ đạn động học của bạn cho các mối đe dọa tầm xa, bọc thép, phức tạp tấn công."
Afzal gợi ý rằng vũ khí laser có thể được triển khai trong không gian chiến đấu trong mạng lưới cảm biến điều khiển hoạt động, điều này sẽ cung cấp chỉ định mục tiêu ban đầu cho nó.
“Trước hết, một hệ thống nhất định phải thông báo về sự xuất hiện của một mối đe dọa, sau đó người điều khiển chỉ huy và điều khiển quyết định sử dụng biện pháp đối phó nào, xác định mục tiêu, ném tia laser vào nó và khóa mục tiêu theo dữ liệu radar., sau đó, người điều khiển, nhìn thấy mục tiêu trên màn hình, quyết định đưa tia laser vào hoạt động hay không”.
“Nhiều vấn đề đã tích tụ trong lĩnh vực này, vì quân đội trên toàn thế giới đã mơ tưởng về vũ khí laser từ nhiều thập kỷ trước, và câu hỏi đặt ra là tại sao chúng ta không có chúng ngày nay. Tôi nghĩ lý do chính là chúng ta không có công nghệ để tạo ra một thành phần vũ khí laser đủ nhỏ và đủ mạnh để đặt trên các phương tiện chiến thuật”.
Giai đoạn cuối cùng
Trong khi đó, Boeing cũng đã dành vài năm để nghiên cứu Thiết bị trình diễn di động bằng laser năng lượng cao (HEL MD) cho Quân đội Hoa Kỳ, hiện đang trong giai đoạn phát triển cuối cùng. Được gắn trên khung xe tải, tia laser hướng chùm tia công suất cao vào các mối đe dọa mà quân đội có thể phải đối phó, hoạt động như một hệ thống đánh chặn tên lửa, đạn pháo, mìn và UAV không điều khiển. Hệ thống này cho đến nay đã đạt được độ chính xác đến mức có thể phá hủy các cảm biến trên máy bay không người lái, như đã được thể hiện trong cuộc trình diễn tia laser 10 kW tại White Sands Proving Ground vào năm 2013 và một lần nữa tại Eglin AFB vào năm 2014.
Theo các thông số kỹ thuật quân sự, hệ thống HEL MD hoàn chỉnh sẽ bao gồm một tia laser hiệu quả năng lượng cao và các hệ thống phụ hạng nặng được lắp đặt trên một phương tiện quân sự. Hệ thống sẽ có thể thực hiện cùng với các phương tiện tiêu diệt khác, bảo vệ các khu vực nhất định, có thể là căn cứ tiền phương, cơ sở hải quân, căn cứ không quân và các công trình khác.
Boeing đang phát triển một số hệ thống để tích hợp thành nguyên mẫu cuối cùng sẽ được lắp đặt trên Xe tải chiến thuật cơ động mở rộng hạng nặng (HEMTT) đã được sửa đổi.
Các hệ thống con này bao gồm một tia laser; điều khiển chùm tia; Nguồn cấp; hệ thống kiểm soát trao đổi nhiệt và hệ thống kiểm soát chiến đấu.
Bộ Tư lệnh Phòng thủ Không gian của Quân đội Hoa Kỳ đang phát triển HEL MD theo từng giai đoạn. Hệ thống laser, cung cấp điện và trao đổi nhiệt sẽ được cải tiến trong vài năm tới với mục đích tăng sức mạnh và sự phát triển công nghệ của các hệ thống con.
Khi công nghệ được cải thiện, bản chất mô-đun của các thành phần sẽ cho phép giới thiệu các tia laser mạnh hơn, tích hợp với khả năng nhắm mục tiêu và theo dõi được cải thiện.
Toan chu ky
Theo Boeing, dẫn hướng chùm tia HEL MD cung cấp phạm vi bao phủ "toàn bầu trời" khi nó quay 360 ° và được nâng lên trên nóc xe để bắt các mục tiêu phía trên đường chân trời. Việc tiêu diệt mục tiêu liên tục được đơn giản hóa bằng hệ thống trao đổi nhiệt và cung cấp năng lượng.
Toàn bộ hệ thống chạy bằng nhiên liệu diesel; nghĩa là, tất cả những gì cần thiết để bổ sung “đạn dược” cho vũ khí là việc tiếp nhiên liệu nhanh chóng. Pin lithium-ion của hệ thống HEL MD được sạc lại bằng máy phát điện diesel 60 kW, do đó, miễn là quân đội có nhiên liệu, nó có thể hoạt động vô thời hạn.
Hệ thống được điều khiển bởi người lái xe ô tô và người điều hành nhà máy bằng cách sử dụng máy tính xách tay và hộp giải mã tín hiệu Xbox. Mô hình demo hiện tại sử dụng tia laser loại 10 kW. Tuy nhiên, trong tương lai gần, tia laser sẽ được lắp đặt ở loại 50 kW, và trong hai năm nữa công suất của nó sẽ tăng lên 100 kW.
Trước đây Boeing đã phát triển một hệ thống lắp đặt laser nhỏ hơn cho quân đội Mỹ và lắp đặt nó trên xe bọc thép AN / TWQ-1 Avenger, được đặt tên là Boeing Laser Avenger. Một tia laser thể rắn 1 kW được sử dụng để chống lại UAV và vô hiệu hóa các thiết bị nổ ngẫu hứng (IED). Hệ thống hoạt động như thế này: nó nhằm vào IED hoặc vật liệu chưa nổ ở bên đường với sự tăng dần sức mạnh của chùm tia laze cho đến khi chất nổ cháy hết trong quá trình kích nổ công suất thấp. Trong các cuộc thử nghiệm vào năm 2009, hệ thống Laser Avenger đã phá hủy thành công 50 thiết bị như vậy, tương tự như những thiết bị đã gặp ở Iraq và Afghanistan. Ngoài ra, một cuộc trình diễn khác về hoạt động của hệ thống này đã được thực hiện, trong đó nó đã phá hủy một số máy bay không người lái nhỏ.
Boeing Laser Avenger
Kế hoạch ba năm
Theo công ty quốc phòng Đức Rheinmetall, trong ba năm tới, họ sẽ đưa ra thị trường loại laser năng lượng cao (HEL) công suất lớn được lắp đặt trên xe.
Sau một loạt các thử nghiệm được thực hiện ở Thụy Sĩ vào năm 2013, công ty đã làm việc để mở rộng khả năng phần mềm của các mô-đun tạo chùm tia và công nghệ của chính tia laser, sau đó họ dự đoán rằng hệ thống laser của mình để chống lại các mục tiêu mặt đất, cũng như đối với mặt đất. phòng không có thể đã sẵn sàng vào năm 2018.
Ba máy đã được chọn để hoạt động như nền tảng HEL di động. Cùng với xe bọc thép Boxer, xe chở quân M113 được cải tiến với laser 1 kW (Mobile HEL Effector Track V) và xe tải Tatra 8x8 với hai laser 10 kW (Mobile HEL Effector Wheel XX) đã thể hiện đặc điểm của chúng.
Tất cả ba nền tảng laser
Tia laser 20 kW lắp trên xe bọc thép GTK Boxer được phân biệt bằng mô-đun điều hành HEL, ưu điểm của mô-đun này nằm ở nguyên tắc thiết kế mô-đun. Rheinmetall cho biết Boxer vẫn chưa có tia laser với công suất hơn 20 kW, mặc dù việc kết hợp nhiều tia laser bằng công nghệ liên kết chùm tia có thể làm tăng tổng công suất của nó. Ngoài ra, một số đơn vị Boxer HEL có thể được kết hợp để tạo ra một hệ thống có công suất hiệu quả trên 100 kW.
Trong các cuộc thử nghiệm demo được thực hiện vào năm 2013, kíp lái của chiếc xe Boxer đã xác nhận khả năng của việc lắp đặt laser HEL, vô hiệu hóa súng máy hạng nặng được lắp trên xe bán tải mà không gây rủi ro cho bản thân xạ thủ (ảnh bên dưới). Ngoài ra, hoạt động song song với trạm radar Skyguard, việc lắp đặt trên xe tải Tatra Mobile Effector Wheel XX đã chứng minh tất cả các giai đoạn vô hiệu hóa của một loại UAV trực thăng.
Việc vô hiệu hóa các sân bay trực thăng được thực hiện bằng cách sử dụng radar SkyGuard, phát hiện và xác định mục tiêu. Hơn nữa, cài đặt HEL Boxer nhận dữ liệu từ anh ta, thực hiện theo dõi thô và chính xác, sau đó bắt mục tiêu để tiêu diệt.
Hệ thống laser HEL MD của Boeing theo hợp đồng với Bộ Tư lệnh Phòng thủ Tên lửa và Không gian Hoa Kỳ
Nghiên cứu biển
Cơ quan Nghiên cứu và Phát triển của Hải quân Hoa Kỳ (ONR) đang thử nghiệm laser chiến đấu trạng thái rắn gắn trên phương tiện của chính họ, được chỉ định là Phòng không dựa trên mặt đất được chỉ định Năng lượng di chuyển (GBAD OTM). Trên thực tế, hệ thống này là một tia laser công suất cao được gắn trên một phương tiện chiến thuật và được thiết kế để bảo vệ lực lượng viễn chinh khỏi các UAV của đối phương.
Với sự gia tăng ngày càng nhiều của các hệ thống máy bay không người lái, Thủy quân lục chiến Mỹ cho rằng các đơn vị chiến đấu sẽ ngày càng buộc phải phòng thủ trước các đối thủ đang tiến hành theo dõi và trinh sát từ trên không.
Hệ thống GBAD OTM được thiết kế để lắp đặt trên các phương tiện chiến thuật hạng nhẹ như HMMWV và JLTV (Xe chiến thuật hạng nhẹ). Theo ONR, chương trình GBAD OTM nhằm tạo ra một giải pháp thay thế cho các hệ thống truyền thống có thể giữ cho lực lượng lính thủy đánh bộ khỏi các máy bay không người lái do thám và tấn công của đối phương. Các thành phần của hệ thống GBAD OTM, bao gồm tia laser, thiết bị ngắm tia, pin, radar, hệ thống làm mát và điều khiển, do ONR, Trung tâm Phát triển Vũ khí Bề mặt Dahlgren của Hải quân và một số doanh nghiệp công nghiệp cùng phát triển.
Mục tiêu của chương trình là kết hợp tất cả các thành phần này thành một tổ hợp duy nhất, đủ nhỏ để lắp trên xe bọc thép chiến thuật hạng nhẹ, nhưng đủ mạnh để đối phó với các mối đe dọa đã định.
Ứng dụng rộng rãi
Trong cuộc hội thảo Sea-Air-Space 2015 ở Washington, người đứng đầu chương trình bảo vệ quân đội tại ONR, Lee Mastroiani, trong một cuộc trò chuyện với các phóng viên, giải thích rằng tia laser có thể tiêu diệt hiệu quả các mối đe dọa trên toàn bộ phạm vi phòng không, bao gồm tên lửa, đạn pháo, đạn cối, UAV, phương tiện vận tải và IED. "Tuy nhiên, trước hết, hệ thống GBAD được thiết kế để chống lại các UAV cỡ nhỏ gây ra mối đe dọa cho các đơn vị chiến đấu của chúng tôi."
“Hệ thống GBAD OTM bao gồm ba thành phần chính: một trạm theo dõi radar 3 trục xác định mối đe dọa; một đơn vị chỉ huy và kiểm soát xác định và quyết định cách vô hiệu hóa mối đe dọa trong trường hợp sử dụng tên lửa hoặc vũ khí pháo binh; và nền tảng thực tế bằng tia laser."
Mastroiani lưu ý rằng trong trường hợp của chương trình GBAD, trọng tâm là phát triển tia laser công suất cao để tiêu diệt các UAV được lắp đặt trên phương tiện chiến đấu hạng nhẹ.
“Có một lập luận quan trọng ủng hộ quyết định như vậy, đó là các mối đe dọa như vậy có chi phí thấp, tức là việc sử dụng tên lửa đắt tiền trong trường hợp này không phù hợp với tầm nhìn của chúng tôi về vấn đề. Do đó, sử dụng tia laser có giá một xu cho mỗi xung, bạn có thể an toàn chống lại các mối đe dọa rẻ tiền với một hệ thống vũ khí rẻ tiền. Nói chung, bản chất của chương trình là chống lại các mục tiêu như vậy ngay cả khi đang di chuyển để hỗ trợ các hoạt động tác chiến của Thủy quân lục chiến."
Theo Mastroiani, ONR đã sử dụng một số thành phần từ hệ thống trình diễn LaWS (Hệ thống vũ khí laser) mà Hải quân Mỹ đã lắp đặt trên tàu Ponce ở Vịnh Ba Tư.
“Chúng tôi sử dụng nguyên tắc tránh có thể đoán trước, một số công nghệ và phần mềm quan trọng, nhưng cũng có nhiều vấn đề khác,” Mastroiani nói thêm. - Về phần tàu USS Ponce, còn nhiều chỗ và mọi thứ khác, trong khi tôi gặp nhiều vấn đề về đặc điểm trọng lượng, kích thước và tiêu thụ điện năng khi hệ thống cần lắp trên phương tiện chiến thuật hạng nhẹ. Tôi có một thiết bị dẫn hướng chùm tia, nguồn điện, hệ thống làm mát, hướng dẫn và chỉ định mục tiêu, và tất cả những thứ này sẽ hoạt động đồng bộ và không có "phích cắm", vì vậy rất nhiều vấn đề khác nhau cần được giải quyết trong dự án riêng biệt này."
Theo ONR, một số thành phần của hệ thống đã được sử dụng trong các thử nghiệm để phát hiện và theo dõi các máy bay không người lái ở các kích cỡ khác nhau và toàn bộ hệ thống đã được thử nghiệm với tia laser 10kW, đây là giải pháp trung gian khi chuyển sang laser 30kW. Theo kế hoạch, các cuộc thử nghiệm thực địa của hệ thống 30 kW sẽ diễn ra vào năm 2016, khi chương trình sẽ bắt đầu các cuộc thử nghiệm toàn diện với mục đích chuyển từ phát hiện và theo dõi đơn giản sang bắn từ các phương tiện quân sự hạng nhẹ.
