آزمایشات اخیر سیستم های لیزری برای دفاع هوایی و ضد هوایی هواپیماهای بدون سرنشیندر حال توسعه در تعدادی از پروژه ها، نشان می دهد که کاربرد آنها تنها در دهه آینده گسترش خواهد یافت.
سیستم‌های تسلیحات لیزری از یک مفهوم جدید دور هستند، اما برخی از چالش‌های مهم در توسعه روزمره آنها باقی مانده است.
به گفته دیوید جیمز از دانشگاه کرانفیلد (بریتانیا)، چنین سیستم هایی به دو دسته کلی تقسیم می شوند. اولی شامل سلاحطراحی شده برای از بین بردن مناظر و سایر حسگرهای نوری، در حالی که دومی بر روی مبارزه با موشک های هدایت نشده و پهپادها متمرکز است. سیستم‌های دسته دوم با کارآمدتر شدن سلاح‌های لیزری و کاهش حجم منابع انرژی، توجه نظامی بیشتری را به خود جلب می‌کنند. جیمز خاطرنشان کرد:
"چنین سیستم هایی دارای تعدادی مزیت هستند. آنها ظرفیت مهمات تقریباً نامتناهی را ارائه می دهند ... اگر سیستم قدرت کار کند، سیستم لیزر به کار خود ادامه می دهد. رسیدگی به آنها نسبتاً آسان است، به این معنی که فرآیند آموزش کارکنان خیلی پیچیده نیست.
از دریا تا خشکی
همانطور که جیمز خاطرنشان کرد، در دهه های گذشته حجم قابل توجهی کار در این زمینه انجام شده است، به ویژه در بخش دریایی، جایی که تعدادی از برنامه ها امکان استفاده از لیزر برای مبارزه با تهدیداتی مانند پهپادهای دریایی یا قایق های کوچک را بررسی می کنند.
سیستم‌های مبتنی بر کشتی اولین سیستم‌هایی بودند که ظهور کردند، زیرا دسترسی آسان به منبع تغذیه پرقدرت دارند، در حالی که افزایش کارایی سلاح‌های لیزری آنها را برای نیروهای زمینی قابل دسترس‌تر می‌کند. این به وضوح توسط پروژه ارتش ایالات متحده برای ایجاد یک نمونه اولیه و استقرار اولین سیستم لیزری رزمی نشان داده شده است. سامانه‌های 50 کیلوواتی در سال 2022 بر روی چهار خودروی زرهی استرایکر برای پشتیبانی از وظایف دفاع هوایی کوتاه برد متحرک با نام M-SHORAD (مانور - دفاع هوایی کوتاه برد) و محافظت از تیپ‌های رزمی در برابر پهپادها، راکت‌های غیر هدایت‌شونده نصب می‌شوند. آتش توپخانه و خمپاره و هواپیمایی نوع هلیکوپتر
نیل تورگود، مدیر دفتر تسلیحات مافوق صوت، انرژی هدایت شده و فضایی ارتش ایالات متحده در زمان اهدای جایزه گفت: «اکنون زمان تحویل سلاح های انرژی هدایت شده به میدان جنگ است. - ارتش نیاز به لیزرهای انرژی هدایت شده را تشخیص می دهد که در طرح نوسازی ارتش پیش بینی شده است. این دیگر یک فعالیت تحقیقاتی یا نمایشی نیست. این یک قابلیت رزمی استراتژیک است و ما در مسیر درستی قرار داریم که آن را درست در اختیار سربازان قرار دهیم.»
لیزرها می توانند نقش کلیدی در مقابله با پهپادها در میدان نبرد آینده داشته باشند
همانطور که جیمز اشاره کرد، چنین پیشرفت هایی می تواند به پر کردن شکاف در قابلیت های بالقوه رزمی، به ویژه در رابطه با پهپادها کمک کند. وقتی مقدار زیادی ظاهر می شود هواپیماهای بدون سرنشین در میدان نبرد، نیروهای زمینی باید بتوانند با تهدید مقابله کنند. در حال حاضر، این کار با شلیک اسلحه های کوچک و مسلسل از فاصله بسیار نزدیک حل می شود، اگرچه بدیهی است که انجام آتش هدف در اینجا بسیار دشوار است. یک جایگزین جنبشی می تواند موشک های زمین به هوا باشد. با این حال، برخلاف موشک‌ها، ساخت و عملیات پهپادها بسیار ارزان‌تر است.
«استدلال اقتصادی آن این است که استفاده از موشک‌ها علیه گروهی از پهپادها برای شما سودی ندارد، زیرا در این صورت موشک‌ها خیلی سریع تمام می‌شوند. شما باید زرادخانه موشک های خود را برای اهداف مهم تری مانند هواپیما یا هلیکوپتر ذخیره کنید."
یکی دیگر از مزایای لیزرها سرعت آنهاست.
از آنجایی که "مهمات" با سرعت نور حرکت می کند، در واقع، اگر پرتو را حتی برای یک لحظه روی هدف قرار دهید، به پهپاد برخورد می کنید ... حتی اگر با سرعتی وحشتناک از خط دید شما عبور کند. شما به سادگی لیزر را به سمت سکوی دشمن و هدف خود نشانه می گیرید.
صرف نظر از تهدید
کریگ رابین، رئیس دفتر پروژه انرژی هدایت شده ارتش ایالات متحده، با این دیدگاه موافق است و می افزاید که سیستم های تسلیحات لیزری نیز نسبت به تهدیدات بی تفاوت هستند.
"بیشتر مواد گرما را در خود نگه نمی دارند، اگر لیزر را روی یک مین یا پهپاد متمرکز کنید، قرار گرفتن در معرض آن کشنده خواهد بود."
همه اینها البته از نظر مالی مزایایی را به همراه دارد، اما در عین حال، سیستم های لیزری می توانند حجم لجستیک را برای ارتش کاهش دهند.
«در مورد وسایل جنبشی، شما باید موشک بسازید، موشک ها را حفظ کنید، باید آنها را از رده خارج کنید. این به وضوح در مورد سیستم های تسلیحاتی با تامین انرژی صدق نمی کند، یعنی آنها بار لجستیکی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند.
دفتر رابین بخشی از دفتر قابلیت های سریع و فناوری های حیاتی ارتش (RCCTO) است. تحت رهبری تورگود، این سازمان در تلاش است تا فناوری‌های جدید را در طرح‌های آزمایشی که بتواند به سربازان دسترسی پیدا کند، بگنجاند. انرژی هدایت شده جهت اصلی در این فعالیت است.
کار بر روی لیزر M-SHORAD از دستاوردهای پروژه قبلی MHHEL (لیزر با انرژی چند ماموریتی) استفاده کرد که همچنین امکان نصب لیزر 50 کیلوواتی بر روی دستگاه Stryker و تولید یک نمونه اولیه را در سال 2021 فراهم کرد. با این حال، RCCTO تصمیم گرفت تا محدوده پروژه را گسترش دهد، بنابراین در حال حاضر چهار لیزر برای استقرار برنامه ریزی شده است. Raytheon و Northrop Grumman با همکاری با پیمانکار اصلی Kord Technologies، در این پروژه با نمونه های اولیه M-SHORAD خود رقابت می کنند.
RCCTO همچنین در سایر پروژه های انرژی هدایت شده مشارکت دارد. تاکید اصلی بر حفاظت از آتش غیرمستقیم است که توسط سیستم تسلیحاتی نصب شده بر روی ماشین Stryker ارائه خواهد شد. هدف از این پروژه که به عنوان قابلیت حفاظت از آتش غیرمستقیم - لیزر با انرژی بالا شناخته می شود و نشان دهنده توسعه بیشتر برنامه نمایشگر خودروهای تاکتیکی لیزری با انرژی بالا است، انتقال از یک سیستم 100 کیلوواتی به یک لیزر 300 کیلوواتی و تحویل آن به سربازان تا سال 2024
ارتش قبلاً یک لیزر 10 کیلوواتی را بر روی دستگاه استرایکر به عنوان بخشی از پروژه MEHEL (لیزر تجربی متحرک با انرژی بالا) نصب کرده بود که اساس کار M-SHORAD را تشکیل داد.
تصمیم برای افزایش قدرت سلاح ها بر اساس پیشرفت موفقیت آمیز توسعه بود. همانطور که رابین توضیح داد: "تا آنجا که به بلوغ فناوری مربوط می شود، سرمایه گذاری صنعت به سرعت بخشیدن به کل فرآیند و دستیابی به نتایج خوب کمک کرده است."
فیبرهای نوری
اسکات شنورنبرگ از Kord Technologies گفت که از لیزرهای حالت جامد به سمت دستگاه‌های فیبر ترکیبی طیفی که بسیار کارآمدتر و کوچک‌تر هستند، حرکت کرده است. وی افزود: پیشرفت آشکار در زمینه باتری‌های با ظرفیت بالا، سیستم‌های تولید برق و مدیریت حرارتی نقش بزرگی ایفا می‌کند و امکان نصب سیستم‌های لیزری بسیار قدرتمند را بر روی خودروهای جنگی نسبتاً کوچک فراهم می‌کند.
کورد در حال حاضر بر توسعه فناوری از طریق مرحله تحقیق و توسعه و استفاده از آن در توسعه نمونه اولیه و محصولات سریال بعدی متمرکز است. Schnorrenberg همچنین به مزایای لجستیکی لیزرها اشاره کرد و خاطرنشان کرد که "این لیزرها همچنین به حسگرهای قدرتمندی مجهز هستند تا قابلیت جمع آوری اطلاعات و هدف گیری اضافی در میدان نبرد را فراهم کنند." وی معتقد است پس از استقرار سیستم‌های تحت پروژه M-SHORAD و سایر برنامه‌ها، دامنه لیزرها باید در سال‌های آینده گسترش یابد.
در آینده نزدیک، کاربران نظامی باید بر اصول استفاده رزمی از سیستم های تسلیحات لیزری تسلط پیدا کنند.
می‌بینید که لیزرها به سرعت در حال تکامل هستند، سایر پلتفرم‌ها را تصاحب می‌کنند و دامنه وظایف انجام شده را گسترش می‌دهند، مانند انهدام اجسام انفجاری، مقابله با دارایی‌های شناسایی، هدف‌گیری با دقت بالا، قدرت تشعشع متمرکز و انتقال داده با سرعت بالا. گسترش دامنه اهداف بالقوه بدون شک به افزایش برد سکوهای پایه ای که سیستم های لیزری بر روی آنها نصب خواهند شد کمک خواهد کرد.
ایوان هانت، رئیس لیزرهای پرقدرت در Raytheon، همچنین به توانایی ردیابی اهداف با سیستم های لیزری اشاره کرد.
با فشار دادن یک دکمه پس از شناسایی پهپاد به عنوان یک تهدید، می‌توانید فوراً آن را پایین بیاورید و این یک روند زودگذر خواهد بود که همزمان با فشار دادن دکمه، پهپاد شروع به سقوط می‌کند. این یک روش انقلابی برای ضربه زدن به اهداف در مقایسه با مهمات سنتی است که ممکن است به خوبی از دست داده و در جهات مختلف به قطعات پراکنده شوند.
ما در مورد نوع جدیدی از فناوری صحبت می کنیم که امکان تشخیص، ردیابی، شناسایی و درگیری نسبتاً مستقل اهداف را فراهم می کند، به گونه ای که به طور بالقوه می تواند حتی در نزدیکی نسبی به مناطق صنعتی یا مسکونی بدون ایجاد خسارت بزرگ مورد استفاده قرار گیرد.
ما در مورد نوع جدیدی از فناوری صحبت می کنیم که امکان تشخیص، ردیابی، شناسایی و درگیری نسبتاً مستقل اهداف را فراهم می کند، به گونه ای که به طور بالقوه می تواند حتی در نزدیکی نسبی به مناطق صنعتی یا مسکونی بدون ایجاد خسارت بزرگ مورد استفاده قرار گیرد.
سرنگونی پهپاد
همراه با مشارکت در پروژه M-SHORAD، Raytheon توجه ویژه ای به توسعه سلاح های لیزری برای مبارزه با پهپادهای کوچک دارد، به ویژه در مفهوم "کالسکه لیزری تلماسه" - یک لیزر قدرتمند در ترکیب با یک سیستم دید چند طیفی طراحی خاص خود، بر روی یک وسیله نقلیه تمام زمینی Polaris MRZR نصب شده است.
این سیستم برای نیروی هوایی آمریکا ساخته می شود و تحویل سه سکوی آن برای سال 2020 برنامه ریزی شده است. در پایان همان سال، این سه واحد سیار برای ارزیابی عملیاتی به خارج از کشور اعزام می شوند.
Raytheon بیش از 100 هواپیمای بدون سرنشین را در طول تظاهرات نیروی هوایی و نظامی متعدد از باگ خود سرنگون کرده است. نیروی هوایی می تواند از این سیستم به طرق مختلفی استفاده کند، مانند پارک کردن خودرو در انتهای باند برای مسدود کردن یا از بین بردن پهپادهای ناخواسته وارد شده به حریم هوایی. هانت خاطرنشان کرد:
لیزرها در واقع ثابت کرده‌اند که دقیق‌ترین و مؤثرترین راه برای درگیری مستقیم با هواپیماهای بدون سرنشین هستند. "ترکیب جادویی" ویژگی ها به شما این امکان را می دهد که بی سر و صدا و به طور نامحسوس چندین هواپیمای بدون سرنشین را به روشی بسیار دقیق و ارزان غیرفعال کنید، بنابراین آنها به اندازه سلاح های جنبشی مخرب نیستند.
قبل از اینکه سلاح های لیزری در مقادیر قابل توجهی وارد خدمت شوند، تعدادی از وظایف فوری باید حل شوند. رابین خاطرنشان کرد که لیزر خود یکی از سه عنصر مهم در راه اندازی سلاح به همراه کنترل کننده پرتو است که دقیقاً پرتو را به سمت تهدید هدایت می کند و آن را همراهی می کند و زیر سیستم تولید و کنترل نیرو. زیرسیستم دوم باید به اندازه کافی فشرده باشد تا در وسایل نقلیه نصب شود، اگرچه می تواند از پیشرفت های صنعت خودرو، به ویژه توسعه سیستم های باتری، که به توسعه سریع وسایل نقلیه الکتریکی کمک کرده است، استفاده کند. هانت ادامه داد: "شما می خواهید ماشین الکتریکی خود را برای مدت طولانی با همان سرعت برانید، که بسیار شبیه به نحوه عملکرد لیزر است." الزامات این فناوری و لیزرها مشابه هستند و در اینجا با هم همپوشانی دارند.
به گفته جیمز، کاهش اندازه سیستم های منبع تغذیه یک عامل محدود کننده است. او انتظار دارد که ارتش ایالات متحده و شرکای آن با چالش های نصب چنین تجهیزاتی در Stryker روبرو شوند. علاوه بر این، وی خاطرنشان کرد که همه اهداف در سیستم M-SHORAD یکسان نیستند و سؤالاتی در مورد میزان آسیب برای انواع مختلف پلت فرم ها وجود دارد.
"اگر اینها فقط پهپادهایی هستند که شما به دنبال آنها هستید، در این صورت دامنه اهداف از نظر محدوده موادی که از آنها ساخته شده اند را کاهش می دهد. اگر این یک پهپاد بسیار بزرگ است، شاید ارزش استفاده از موشک زمین به هوا را داشته باشد.»
از سوی دیگر، به گفته جیمز، برد مهم ترین عاملی است که باید در نظر گرفت: هر چه دورتر بخواهید آسیب وارد کنید، به قدرت بیشتری نیاز دارید. او متوجه شد که جو مملو از ذرات مختلفی است که نور را پراکنده می کنند، یعنی هرگز انتقال صد در صد نور وجود نخواهد داشت. در فاصله یک کیلومتری جو می تواند 85 درصد نفوذپذیر باشد یعنی 15 درصد نور به هدف نمی رسد. در فاصله بیش از 5 کیلومتر، تلفات می تواند 50٪ باشد، "یعنی نیمی از فوتون ها به سادگی از بین می روند، پرتو لیزر قدرت خود را از دست می دهد و به هدف نمی رسد."
جنگیدن را یاد بگیر
کریس فرای، مدیر بخش سامانه‌های دفاع هوایی نزدیک به موشک در Northrop Grumman، گفت: «چالش اصلی برای کاربران نظامی، آموزش برای مبارزه با مجموعه‌ای از اهداف در حال گسترش خواهد بود. و حرکت به سمت عملیات واقعی توسط یک سرباز، که "اجازه پذیرش، انطباق و بهبود فناوری را فراهم می کند." علاوه بر پروژه M-SHORAD، نورتروپ گرومن با ارتش ایالات متحده در تعدادی دیگر از برنامه های انرژی هدایت شده، و همچنین با دفتر تحقیق و توسعه نیروی دریایی، دارپا، آزمایشگاه نیروی هوایی، و سایر مشتریان کار کرده است.
توسعه و استقرار نمونه اولیه M-SHORAD برای ارتش ایالات متحده بر اساس کار پروژه MMHEL است.
فرای افزود: تمرکز بر ساخت سیستم های پایه پیچیده است. این فقط در مورد لیزر نیست، بلکه کل سیستم را شامل می شود: رادار، سیستم فرماندهی و کنترل، شبکه، پلت فرم، تولید برق و کنترل. حداکثر کارایی همه این اجزا و نحوه کار آنها با هم برای به حداکثر رساندن پتانسیل سیستم مهم است.
نورتروپ گرومن گفت که اگرچه اندازه سیستم ها و مصرف برق به طور قابل توجهی در دهه گذشته کاهش یافته است، آنها انتظار دارند که این روند در سال های آینده تسریع شود. همچنین توانایی سیستم های لیزری در ردیابی تهدیدات و «نگه داشتن فوتون ها بر روی هدف تا زمانی که برای ارائه اثر مورد نظر لازم است» نیز به میزان قابل توجهی افزایش یافته است.
ایجاد
اشنورنبرگ گفت بزرگترین چالش در حال حاضر محدودیت های تولید است. با توجه به تعداد محدودی از سیستم های لیزری توسعه یافته تا به امروز، پایه تولید توسعه نیافته است، به این معنی که اجزای حیاتی هنوز برای سناریوهای تولید با حجم بالا باید توسعه یابند.
وی افزود: "دولت ایالات متحده در حال سرمایه گذاری در توسعه یک پایگاه تولیدی برای رسیدگی به این مشکل است." در نهایت، صنعت در نهایت محرک هایی را برای توسعه این پایگاه فراهم می کند.
این کلید تعیین هدف ارتش ایالات متحده برای برنامه M-SHORAD است. در اطلاعیه قرارداد اشاره شده است که انتخاب Northrop Grumman و Raytheon "رقابت را ارتقا می دهد و پایه صنعتی برای ایجاد سیستم های انرژی هدایت شده را تحریک می کند."
جیمز امیدوار است که در سال‌های آینده، لیزر به روشی خاص به عنوان یک سلاح نظامی توسعه یابد. در حالی که او تردید دارد که لیزرها به عنوان سیستم های کاملاً مجزا کار کنند، او معتقد است که آنها مطمئناً به سلاح های دیگر افزوده خواهند شد. بعید است که سیستم های دفاع هوایی، به عنوان مثال، تنها از لیزر تشکیل شده باشند، اما آنها بخشی از یک سیستم بزرگتر خواهند شد که شامل موشک می شود. علاوه بر این، برای مبارزه با اهداف در فواصل بسیار کوتاه، ارتش احتمالاً می خواهد یک سرباز را ترک کند.
"شاید لیزرها برای همیشه بخشی از سیستم پایه باشند."
رابین گفت: «برای اینکه لیزرها واقعاً مؤثرتر و برای ارتش ایالات متحده مفیدتر شوند، هزینه آنها باید کاهش یابد. با این حال، هر فناوری که از یک بازار خاص بیرون می‌آید در طول زمان برجسته‌تر می‌شود.
از آنجایی که نمونه های اولیه و نمایش ها نه تنها در ارتش، بلکه در انواع دیگر هواپیماها همچنان در حال رشد هستند، به زودی شاهد گسترش این بازار و کاهش هزینه سیستم های تسلیحات لیزری خواهیم بود.