USA apuesta a láser de alta energía como arma contra todo tipo de amenazas

En la puerta. Los estadounidenses están listos para desplegar sistemas de energía direccionales

Revista Militar (original en ruso)



Lockheed Martin participa en el programa de la Marina de los EE. UU. Llamado SHiELD ATD, que desarrollará un pequeño sistema láser de alta potencia para montar en aviones y protegerlos de misiles aire-aire y aire-aire

Después de varias décadas de tecnología láser, el Pentágono finalmente está a punto de desplegar armas de energía dirigida. Sin embargo, persisten varios problemas que dificultan el despliegue de esta tecnología en las tropas.

Cuando el Departamento de Defensa de los EE. UU. decidió en mayo de este año desplegar la división Patriot en el Medio Oriente para contrarrestar lo que llaman la mayor amenaza de Irán, desplegó personal que ya estaba demasiado agotado por las rotaciones periódicas.

"En cuanto a las fuerzas de defensa antimisiles, nosotros en el Medio Oriente enfrentamos este problema regularmente mucho antes de este despliegue", dijo el entonces viceministro a los periodistas, señalando que en las unidades Patriot de mayo, la proporción de servicio de combate y descanso en mayo fue menor a 1: 1. A principios de año, la proporción general de servicio de combate y descanso fue de aproximadamente 1: 1.4, mientras que el comando estableció un objetivo para lograr una proporción de 1: 3.

Mientras el ejército estadounidense está buscando formas de reducir la cantidad de rotaciones continuas de dos turnos y aumentar el nivel de preparación para el combate, la agenda plantea la pregunta no menos aguda de cómo la combinación futura de armas cinéticas y no cinéticas afectará sus necesidades de combate.

"Si debe participar en una batalla con un rival casi igual, el complejo Patriot será efectivo, pero en última instancia, ¿puede debilitar o neutralizar la amenaza?" Quizás no. Por lo tanto, con el tiempo, verá nuevas oportunidades que se introducirán en nuestro arsenal de defensa antimisiles ",

Dijo, y agregó que las grandes inversiones futuras en el desarrollo de armas de energía dirigida podrían cambiar el modelo táctico del ejército.

"De lo contrario, continuará acumulando baterías Patriot, tratando de lidiar con un número creciente de amenazas".

El Pentágono ha estado buscando tecnologías de energía direccional durante décadas, y a menudo parecía que "el pájaro ya está en la jaula". Muchos oficiales militares estadounidenses creen que hoy la situación ha cambiado fundamentalmente, y los recientes avances en esta área inspiran a las fuerzas armadas del país con la esperanza de desplegar pronto sistemas de armas reales para varias misiones de combate.

Aunque el Pentágono parece optimista sobre el despliegue de sistemas de energía direccionales en el futuro cercano, especialmente los láseres de alta potencia, hay muchos problemas sin resolver. Desde las diferencias en las capacidades tácticas y estratégicas hasta los problemas relacionados con la escalabilidad o la escalabilidad de los láseres y la financiación de proyectos en competencia, las fuerzas armadas aún tienen mucho que superar.

Vehículo blindado Stryker con un sistema láser MEHEL de 5 kW instalado para combatir los UAV durante los ejercicios del Ejército de EE. UU. en 2017

Cambio de necesidades

Han pasado casi seis décadas desde la aparición del láser, y casi todo el tiempo el Ministerio de Defensa buscaba formas de desarrollar esta tecnología con el objetivo de crear armas de la próxima generación. Para las fuerzas de defensa aérea, tales sistemas prometen un menor costo por derrota y al mismo tiempo una reducción en el consumo de municiones. Por ejemplo, si China lanza muchos misiles baratos en un barco estadounidense, teóricamente se podría usar un potente láser para dirigirlos y destruirlos más tarde.

El Dr. Robert Afzal, especialista líder en tecnología láser en Lockheed Martin, cree que hasta ahora, dos factores han impedido la implementación de la tecnología láser: el énfasis inicial del Departamento de Defensa en el desarrollo de armas estratégicas y su subdesarrollo.

En el pasado, los militares asignaron fondos para la investigación de energía direccional en proyectos como el programa láser aerotransportado YAL-1, ahora cerrado, que fue implementado conjuntamente por la Fuerza Aérea de EE. UU. y la Agencia de Defensa de Misiles. Como parte de esta iniciativa, se instaló un láser químico en el Boeing 747-400F modificado para interceptar misiles balísticos durante la fase de aceleración.

"En ese momento, el énfasis siempre estaba en la confrontación estratégica, que requería sistemas láser muy grandes y muy potentes". Hoy, la proliferación de vehículos aéreos no tripulados y pequeñas embarcaciones ha contribuido a un cambio parcial en el enfoque a corto plazo del Pentágono en los sistemas tácticos. Esto ayuda a los militares a escalar gradualmente los sistemas de armas con el objetivo de abordar nuevas amenazas.
En abril de 2019, se llevó a cabo una discusión en la Brookings Institution en Washington sobre este tema. "Tengo una pequeña idea de las perspectivas a corto y mediano plazo de la energía dirigida"

- señaló un investigador senior en el instituto.

“Aparentemente, la energía dirigida puede ayudarnos en un entorno táctico muy, muy específico. La idea de crear un láser suficientemente grande para proporcionar una defensa de misiles territorial es bastante poco realista, mientras que proteger una máquina específica con un sistema activo es un poco más realista ".

En ese momento, el entonces Secretario de Estado del Ejército de los EE. UU. Señaló que el progreso en el campo de la energía dirigida "ha avanzado más de lo que se puede imaginar", y la decisión del ejército de restaurar la defensa aérea maniobrable para sus unidades pesadas hace posible el despliegue de nuevas armas láser.

“Según las amenazas existentes y nuevas, esto es realmente un gran problema para nosotros. En cuanto a dónde va la tecnología, estamos cerca de tener un sistema desplegable que puede derribar drones, aviones pequeños y objetos similares ".

La compañía Raytheon demostró un sistema para combatir enjambres de drones, que consiste en un subsistema de armas con un láser de alta energía y una poderosa instalación de microondas

Obstáculos tecnológicos

Para crear sistemas láser de alta potencia capaces de derribar drones, se necesita la tecnología de espectro más amplio. Además de la plataforma base, se utiliza un radar para detectar amenazas aéreas y varios sensores para capturar el objetivo. Luego se rastrea el objetivo, se determina el punto de puntería, el láser se activa y mantiene el rayo en este punto hasta que el UAV inflige un daño inaceptable.

Durante varias décadas, los investigadores que desarrollaron estos láseres han podido probar una serie de conceptos, incluidas grandes inversiones en armas químicas, y luego cambiaron su enfoque a escalar láseres de fibra óptica.

"La ventaja de los láseres de fibra es que puede colocar estos láseres en dimensiones mucho más pequeñas".

- Dijo durante una reunión con periodistas el director de la Oficina de DARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa).

El sistema YAL-1 ABL, por ejemplo, utilizó un láser químico de oxígeno y yodo de alta energía y, aunque interceptó con éxito el objetivo de prueba en 2010, su desarrollo se detuvo después de casi 15 años de financiación. En ese momento, el entonces Secretario de Defensa Robert Gates cuestionó públicamente la disponibilidad operativa de ABL y criticó su alcance efectivo.

Uno de los inconvenientes de los láseres químicos es que el láser deja de funcionar cuando se consumen productos químicos. “En este caso, su tienda es limitada y el objetivo siempre fue crear un láser que funcione con electricidad. Después de todo, si bien tiene la oportunidad de generar electricidad en su plataforma, ya sea a través de un generador a bordo o un paquete de baterías, su láser funcionará ”, dijo Afzal.

En los últimos años, el Departamento de Defensa ha aumentado las inversiones en el desarrollo de un láser de fibra eléctrica, pero también ha encontrado serios problemas, especialmente al desarrollar un láser con características de masa y energía reducidas.

En el pasado, cada vez que los desarrolladores, tratando de aumentar la potencia de un láser de fibra al nivel requerido para las misiones de combate, construían láseres de gran tamaño, lo que en particular creaba problemas con la generación excesiva de calor. Cuando el sistema láser genera un haz, también se genera calor, y si el sistema no puede desviarlo de la instalación, el láser comienza a sobrecalentarse y la calidad del haz se deteriora, lo que significa que el haz no puede enfocarse en el objetivo y la eficiencia del láser disminuye.

A medida que los militares se esfuerzan por aumentar la potencia de los láseres eléctricos, al tiempo que limitan el aumento de las características de los sistemas que consumen energía y dimensiones masivas, el factor de eficiencia se destaca; cuanto mayor es la eficiencia eléctrica, se necesita menos energía para operar y enfriar el sistema.

Un representante del ejército de los EE. UU. Que trabaja con láseres de alta potencia dijo que aunque los generadores generalmente pueden alimentar sistemas de 10 kW sin problemas, los problemas comienzan cuando aumenta la potencia de los sistemas láser. "Al aumentar la potencia de un láser de combate a 50 kW o más, ya deberían usarse fuentes de energía únicas, como baterías y similares".

Por ejemplo, si toma un sistema láser de 100 kW, que tiene una eficiencia de aproximadamente el 30%, requerirá 300 kW. Sin embargo, si la plataforma en la que está instalada genera solo 100 kW de potencia, el usuario necesita baterías para cubrir la diferencia. Cuando se descargan las baterías, el láser deja de funcionar hasta que el generador las recarga nuevamente.

"El sistema debe ser extremadamente efectivo, comenzando por generar energía y luego transformarla en fotones que se envían al objetivo".

- Toma nota del representante de Lockheed Martin.

Mientras tanto, Rolls-Royce LibertyWorks dijo que ha estado trabajando durante más de una década para integrar un sistema de control de potencia y calor que se puede utilizar en sistemas láser de alta potencia y que recientemente "ha logrado importantes avances tecnológicos".

Una declaración de Rolls-Royce dijo que estos avances se relacionan con áreas tales como "energía eléctrica, administración térmica, control y monitoreo de temperatura, disponibilidad de energía instantánea y tiempo de actividad". Agregaron que las pruebas del sistema por parte de los clientes comenzarán a fines de este año, y si se completan con éxito, es posible suministrar soluciones integradas modulares para el control de potencia y la eliminación de calor para los programas del ejército y la marina.


Uno de los drones golpeados por un sistema láser MEHEL en 2017

Buscando soluciones

La Oficina de DARPA y el Laboratorio Lincoln del Instituto de Tecnología de Massachusetts han desarrollado con éxito un láser de fibra de alta potencia de tamaño pequeño, que se demostró en octubre de este año. Sin embargo, se negaron a aclarar los detalles de este proyecto, incluido el nivel de potencia.

Mientras que el ejército y las compañías han reportado éxito en el desarrollo de láseres militares, Afzal dijo que los esfuerzos de Lockheed Martin para abordar algunos desafíos tecnológicos incluyen un "proceso de combinación de haz espectral que recuerda un poco a la portada del álbum Dark Side of the Moon Bandas de Pink Floyd ".

"No puedo fabricar un láser de fibra de 100 kW si tengo problemas de escala. El avance fue posible gracias a la capacidad de expandir los láseres de fibra de alta potencia utilizando una técnica de combinación de rayos en lugar de simplemente tratar de construir una unidad láser más grande y de mayor tamaño ".

“Los rayos láser de varios módulos láser, cada uno con una longitud de onda específica, pasan a través de una rejilla de difracción similar a un prisma. Entonces, si todas las longitudes de onda y ángulos son correctos, entonces no hay absorción mutua, sino alineación de longitudes de onda en secuencia estricta una tras otra, como resultado de lo cual el poder crece proporcionalmente ”, explicó Afzal. - Puede escalar la potencia del láser agregando módulos o aumentando la potencia de cada módulo, sin tratar de construir un gran láser. Es más como computación paralela, no una supercomputadora ".

Raytheon muestra su poderoso sistema de microondas militar de EE. UU. montado en un contenedor de carga

Juntos

Se presta mucha atención al potencial de los láseres de alta potencia, pero al mismo tiempo, el ejército y la industria de EE. UU. también ven el potencial del uso de potentes frecuencias ultraaltas para derribar enjambres de drones o combinarlos con láseres.

"La combinación de tecnología es probablemente una buena solución", dijo a la prensa el general Neil Turgood, de la Oficina de Tecnología Crítica. - Es decir, puedes golpear muchos objetos con un láser. Pero puedo golpear más objetivos con dos láseres, puedo golpear más objetivos con láser y microondas potentes. El trabajo en esta área ya ha comenzado ".

El experto en energía dirigida de Raytheon, Don Sullivan, por su parte, habló sobre el trabajo en esta dirección. En particular, dijo que Raytheon combinó un láser de alta potencia con un sistema de observación multiespectral en un Polaris MRZR, mientras desarrollaba un sistema de microondas de alta potencia montado en un contenedor de transporte. Raytheon demostró estas tecnologías individualmente durante el experimento del Experimento integrado de incendios de maniobras del ejército (MFIX) en 2017 y en 2018, su trabajo conjunto durante las pruebas realizadas por la Fuerza Aérea de los EE. UU. en el campo de entrenamiento de White Sands.

Sullivan dijo que el sistema láser se usó para derribar aviones no tripulados que volaban a largas distancias, mientras que se usaron microondas potentes para proteger el campo cercano e interrumpir los ataques de enjambres de UAVs.

"Por supuesto, la Fuerza Aérea ve y comprende la naturaleza complementaria de ambas tecnologías al realizar no solo las tareas de combate de drones, sino también otras tareas".

En marzo de 2018, Lockheed Martin ganó un contrato de $ 150 millones (con opciones de hasta 943 millones) para el desarrollo, producción y entrega de dos sistemas HELIOS a la flota de EE. UU. para 2020

En la flota

Cuando se trata de problemas de masa, volumen y energía, los buques de guerra con sus grandes tamaños aquí tienen una clara ventaja sobre las plataformas terrestres y aéreas, lo que permitió a los oficiales navales lanzar varios proyectos a la vez.

La flota está trabajando en la familia de sistemas láser Navy Laser Family of Systems (NLFoS), una iniciativa para desplegar sistemas láser de barcos de alta potencia en el futuro cercano. Esta iniciativa de la Armada incluye: programa de desarrollo de tecnología SSL-TM (Maduración de tecnología láser de estado sólido); Láser de alta energía de 150 kW en una versión protegida de RHEL (láser de alta energía resistente); Optical Dazzling Interdictor Optical Dazzle Laser para Arleigh Burke Project Destroyers; y el proyecto HELIOS (láser de alta energía y deslumbramiento óptico integrado con vigilancia).

Según un informe del Servicio de Investigación del Congreso, la flota también está implementando el programa HELCAP (High Energy Laser Counter-Anti-Ship Cruise Missile Program), que toma prestada la tecnología NLFoS para desarrollar armas láser avanzadas para combatir misiles de crucero anti-barco.

El programa HELIOS tiene como objetivo proporcionar a los buques de combate de superficie y otras plataformas tres sistemas: un láser de 60 kW; herramientas de vigilancia, reconocimiento y recopilación de información de largo alcance, y un dispositivo deslumbrante para combatir los UAV. A diferencia de otros láseres probados en barcos de la Marina de los EE. UU., Que se instalan en barcos como sistemas adicionales, HELIOS se convertirá en una parte integrada del sistema de combate del barco. El sistema de armas Aegis proporcionará control de fuego para misiles estándar, junto con la planificación y selección de armas apropiadas según el tipo de objetivo.

En marzo de 2018, Lockheed Martin recibió un contrato por valor de $ 150 millones (con opciones para otros 943 millones) para el desarrollo, producción y suministro de dos sistemas para fines de 2020. En 2020, la flota planea realizar un análisis del proyecto HELIOS para garantizar que cumpla con los requisitos.

Un informe del Servicio del Congreso señaló que la integración de los láseres en los barcos potencialmente ofrece muchos beneficios: tiempos de contacto de combate más cortos, la capacidad de lidiar con misiles de maniobra activa, objetivos precisos y respuestas precisas, que van desde objetivos de advertencia hasta bloqueo reversible de sus sistemas. Se observa que persisten posibles restricciones.

Según el informe, estas restricciones incluyen: bombardeos solo en línea de visión directa; problemas con la absorción atmosférica, dispersión y turbulencia; difusión térmica, cuando el láser calienta el aire, lo que puede desenfocar el rayo láser; la dificultad de repeler ataques de enjambres, derrotar objetivos endurecidos y sistemas de supresión electrónica; así como el riesgo de daños colaterales a aviones, satélites y visión humana.

Las posibles deficiencias de las armas láser de alta potencia señaladas en el informe no son exclusivas de la Armada; otros tipos de fuerzas armadas también enfrentan problemas similares.

Por su parte, el Cuerpo de Marines (ILC) especificó tácticas, métodos y métodos para el uso en combate del sistema láser Boeing CLWS (Sistema Compacto de Arma Láser), que está instalado en un contenedor de transporte.

Un portavoz de Boeing dijo que planeaba actualizar el sistema CLWS aumentando la potencia de 2 a 5 kW. Sin embargo, señaló que un aumento en el poder reducirá el tiempo requerido para derribar pequeños drones. “La Marina quiere obtener un sistema muy rápido que pueda brindar las capacidades deseadas. Están en proceso de verificar las características de estos sistemas, en relación con los cuales nos han dado un contrato para su modernización y aumento de capacidad ".

Boeing también instaló su láser CLWS en el vehículo táctico ligero conjunto

Deseo de invertir

Durante el primer semestre de este año, el comando del ejército participó en la determinación de los programas actuales de energía dirigida y en el desarrollo de un plan a largo plazo para transferir proyectos de la etapa de desarrollo a la etapa de uso práctico de combate.

Como parte de esta actividad, el general Turgud recibió 45 días para aclarar y recopilar todos los proyectos actuales en un solo registro. Esto puede resultar en que algunos de ellos sean rechazados. “Una vez que creamos la Oficina de Alta Tecnología, hice un esfuerzo especial para encontrar todos los proyectos competitivos de energía dirigida. Todos están trabajando en lo que se llama energía dirigida, y estoy tratando de entender lo que realmente significa y lo que realmente está sucediendo allí ", dijo Turgud en una audiencia en el Comité de las Fuerzas Armadas.

A finales de mayo, el comando del ejército aprobó un plan integral, que prevé una mayor inversión y un desarrollo acelerado de tecnologías láser y de microondas en varios proyectos del ejército. Durante una conferencia de prensa, Turgud anunció que el ejército había decidido acelerar el programa MMHEL (Multi-Mission High Energy Laser), en el que se instalarían láseres de 50 kW en vehículos blindados Stryker como parte de un sistema de defensa aérea de corto alcance. Si todo va según lo planeado, para fines de 2021 el ejército adoptará cuatro autos con instalaciones láser.

Todavía no está claro qué iniciativas se combinarán o se cerrarán, pero Turgud dijo que esto ciertamente sucederá. “Algunas personas están trabajando, por ejemplo, en un láser de 150 kW, que finalmente se instalará en un camión, remolque o barco. "No necesitamos nuestro propio programa láser de 150 kW, podemos combinar dichos proyectos juntos, acelerar este proceso y ahorrar recursos para nuestro país".

Mientras tanto, varias iniciativas de energía dirigida permanecen en la cartera del ejército. Por ejemplo, el ejército usó MEHEL (Láser Experimental Móvil de Alta Energía) para acelerar el desarrollo de sistemas láser prometedores y desarrollar técnicas tácticas, métodos y principios de uso de combate relacionados con la operación de dichos sistemas. Bajo el proyecto MEHEL, el ejército instaló un Stryker en una máquina y probó láseres de hasta 10 kW.

En mayo de 2019, un grupo dirigido por Dynetics anunció que fue seleccionado para desarrollar un sistema de armamento de 100 kW e instalarlo en camiones FMTV (Familia de vehículos tácticos medianos - vehículos militares de servicio mediano) bajo el programa de desarrollo de demostración de configuración láser de alta potencia HEL TVD (Demostrador táctico de vehículos láser de alta energía). Esto se implementa como parte del trabajo del ejército en armas de energía direccional diseñadas para combatir misiles, proyectiles de artillería y minas de mortero, así como drones.

Bajo un contrato de tres años por valor de $ 130 millones, se formó un grupo tripartito (Ejército de EE. UU., Lockheed Martin y Rolls-Royce) para preparar un análisis crítico del proyecto, que determinará el diseño láser final, después de lo cual el sistema se fabricará e instalará en el camión FMTV 6x6 para pruebas de campo en el rango de cohete White Sands en 2022.

Este trío planea aumentar la potencia de Fiber Laser Lockheed Martin, para lo cual Rolls-Royce está desarrollando un sistema de potencia. Al mismo tiempo, Rolls-Royce se negó a revelar si utilizaría su nuevo sistema integrado de gestión de energía y control de transferencia de calor.

En 2018, el ejército anunció que estaba trabajando por separado con Lockheed Martin para equipar los drones con un poderoso sistema de microondas para derribar otros drones. Bajo un contrato de $ 12.5 millones, este dúo desarrollará un sistema antidrono en el aire. Las posibles cargas útiles para vehículos aéreos no tripulados incluirán dispositivos explosivos, redes e instalaciones de microondas.

Sin embargo, el director de la Dirección de DARPA dijo a los reporteros que a pesar del progreso en el campo de la energía dirigida, las fuerzas armadas aún están lejos de integrar la tecnología en el avión y, por lo tanto, es probable que los barcos y vehículos terrestres se conviertan en las plataformas de primera base.

Dispositivo láser Boeing CLWS en un trípode. La ILC también puso este sistema en contenedores de envío.

En el cielo

La Fuerza Aérea de EE. UU. también está implementando proyectos de energía direccional, incluidos los desarrollados bajo el programa prototipo SHiELD ATD (Self-Protect High Energy Laser Demonstrator - Advanced Technology Demonstrator), que incluye la instalación de un pequeño sistema láser de alta potencia en aviones para proteger contra misiles clase tierra-aire y aire-aire.

A principios de este año, el laboratorio de investigación de la Fuerza Aérea anunció que había logrado un éxito intermedio cuando utilizó una muestra de prueba en tierra para derribar varios misiles. A medida que la tecnología evoluciona, la Fuerza Aérea de los EE. UU. Planea hacer que el sistema sea más pequeño y fácil y adaptarlo para los aviones.

Un plan más ambicioso del Pentágono y la Agencia de Defensa de Misiles es una retrospectiva del proyecto de Iniciativa de Defensa Estratégica del presidente Ronald Reagan, también conocido como Star Wars, que teóricamente prevé el despliegue de sistemas de armas láser en el espacio.

En enero de este año, la administración Trump publicó una tan esperada revisión de defensa antimisiles, que evaluó positivamente el trabajo de la Agencia de Defensa de Misiles en el desarrollo de armas de energía dirigida para interceptar misiles balísticos en la parte superior de la trayectoria. En 2017, por ejemplo, la Agencia emitió una solicitud de información sobre drones a gran altitud con una larga duración de vuelo, que tendría una capacidad de carga que permite la instalación de potentes láseres para destruir misiles balísticos intercontinentales en la sección de aceleración. La solicitud de propuestas, emitida en 2017, establece que el UAV volará a altitudes de al menos 19,000 metros, tendrá una capacidad de carga de al menos 2286 kg y una potencia disponible de 140 kW a 280 kW. Para crear una instalación prometedora para tales drones, la Agencia está trabajando con Boeing, General Atomics y Lockheed Martin, explorando la posibilidad de implementar tecnología láser de alta potencia a bordo de vehículos aéreos no tripulados.

"En cuanto a nosotros, ponemos un énfasis particular en la captura, el seguimiento y la orientación"

- señaló el representante de la compañía Boeing.

“Estas son realmente nuestras competencias clave que hemos ganado al trabajar con láseres químicos. Boeing ha demostrado esto en todos sus sistemas y ha demostrado que, utilizando las tecnologías existentes, puede crear un sistema compacto, altamente eficiente de captura, seguimiento y guía e integrarlo en cualquier dispositivo láser sin ningún problema, lo que aumenta significativamente sus capacidades ".