Компания Lockheed Martin принимает участие в программе ВМС США под названием SHiELD ATD, в соответствии с которой будет разработана небольшая лазерная система большой мощности для установки на воздушные суда и защиты их от ракет класса «земля-воздух» и «воздух-воздух»

После нескольких десятилетий развития лазерных технологий Пентагон наконец-то оказался на пороге развертывания оружия направленной энергии. Тем не менее, остается ряд проблем, сдерживающих развертывание этой технологии в войсках.

Когда министерство обороны США решило в мае этого года направить дивизион Patriot на Ближний Восток для противодействия тому, что там называют повышенной угрозой Ирана, оно развернуло личный состав, который уже был слишком измотан периодическими ротациями.

«Что касается войск противоракетной обороны, мы на Ближнем Востоке регулярно сталкивались с этой проблемой задолго до этого развертывания», — сообщил журналистам тогдашний заместитель министра, отметив, что в подразделениях Patriot соотношение боевого дежурства и отдыха в мае составило менее 1:1. В начале года общее отношение боевого дежурства и отдыха составляло около 1:1,4, тогда как командование поставило цель достичь соотношения 1:3.

В то время как в американской армии ищут пути сокращения числа непрерывных двухсменных ротаций и повышения уровня боеготовности, на повестке дня стоит не менее острый вопрос о том, как будущая комбинация кинетического и некинетического оружия повлияет на ее боевые потребности.

«Если вы должны вступить в бой с почти равным соперником, комплекс Patriot будет эффективным, но в конечном счете сможет ли он ослабить или нейтрализовать угрозу? Возможно, что и нет. Поэтому со временем вы увидите новые возможности, которые будут введены в наш арсенал противоракетной обороны»,

— сказал он, добавив, что будущие крупные инвестиции в разработку оружия направленной энергии могут изменить тактическую модель армии.

«Иначе вы так и будете продолжать накапливать батареи Patriot, пытаясь бороться с всё большим количеством угроз».

Пентагон десятилетиями охотился за технологиями направленной энергии и зачастую казалось, что «птичка уже в клетке». Многие американские военные считают, что сегодня положение дел в корне изменилось, а недавние достижения в этой области вселяют в вооруженные силы страны надежду на скорое развертывание реальных систем оружия для различных боевых задач.

Хотя Пентагон вроде бы оптимистичен по поводу развертывания систем направленной энергии в ближайшем будущем, особенно лазеров большой мощности, остается масса нерешенных проблем. От различий в тактических и стратегических возможностях до вопросов, связанных с расширяемостью или масштабируемостью лазеров и финансированием конкурирующих проектов, — вооруженные силы должны еще многое преодолеть.

Бронемашина Stryker с установленной системой MEHEL лазером мощностью 5-кВт для борьбы с БЛА во время учений американской армии в 2017 году

Смена потребностей

Прошло почти шесть десятилетий с момента появления лазера и почти все это время министерство обороны искало пути развития этой технологии с целью создания оружия следующего поколения. Для сил противовоздушной обороны подобные системы обещают меньшую стоимость одного поражения и одновременно уменьшение расхода боеприпасов. Например, если Китай запустит множество дешевых ракет по американскому кораблю, то теоретически может быть использован мощный лазер для наведения и последующего их уничтожения.

Доктор Роберт Афзал, ведущий специалист по лазерным технологиям в компании Lockheed Martin, считает, что до сего времени два фактора не давали реализовать лазерную технологию: изначальный акцент министерства обороны на разработке стратегического оружия и ее неразвитость.

В прошлом военные выделяли средства на исследования направленной энергии в таких проектах, как например, ныне закрытая программа YAL-1 Airborne Laser, выполнявшаяся совместно ВВС США и Агентством противоракетной обороны. В рамках этой инициативы на доработанный самолет Boeing 747-400F был установлен химический лазер для перехвата баллистических ракет на этапе разгона.

«В то время акцент всегда делался на стратегическое противостояние, для чего необходимы были очень большие и очень мощные лазерные системы». Сегодня распространение беспилотных летательных аппаратов и небольших катеров способствовало частичному смещению краткосрочных акцентов Пентагона на тактические системы. Это помогает военным постепенно масштабировать системы вооружения с прицелом на борьбу с новыми угрозами.
В апреле 2019 года в Брукингском институте в Вашингтоне была проведена дискуссия по этому вопросу. «Я немного представляю краткосрочные и среднесрочные перспективы направленной энергии»,

— отметил старший научный сотрудник института.

«По всей видимости, направленная энергия сможет нам помочь в очень и очень специфической тактической обстановке. Идея же создания достаточно большого лазера с целью обеспечения территориальной ПРО довольно нереалистична, в то время как защита конкретной машины активной системой немного реалистичнее».

Тогдашний министр сухопутных войск США заметил при этом, что прогресс в сфере направленной энергии «продвинулся дальше, чем вы можете представить», и решение армии по восстановлению маневренной ПВО для своих тяжелых подразделений дает возможность развернуть новое лазерное оружие.

«Исходя из существующих и новых угроз, это действительно большое дело для нас. Что касается того, куда идет технология, то мы близки к обладанию развертываемой системы, которая может сбивать дроны, небольшие самолеты и подобные объекты».

Компания Raytheon продемонстрировала систему борьбы с роями беспилотников, состоящую из подсистемы вооружения с высокоэнергетическим лазером и мощной микроволновой установки

 

Технологические препятствия

Для создания лазерных систем высокой мощности, способных сбивать беспилотники, необходимы технологии широчайшего спектра. Кроме базовой платформы используется радар для обнаружения воздушных угроз и различные сенсоры для захвата цели. Далее осуществляется сопровождение цели, определяется прицельная точка, лазер активируется и удерживает луч на этой точке до тех пор, пока БЛА не будет нанесен неприемлемый ущерб.

За несколько десятилетий исследователи, разрабатывающие эти лазеры, смогли проверить ряд концепций, включая крупные инвестиции в химическое оружие, после чего сместили акценты на масштабирование оптоволоконных лазеров.

«Преимущество волоконных лазеров состоит в том, что вы можете вписать эти лазеры в гораздо меньшие габариты»,

— заявил во время встречи с журналистами директор Управления DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency).

В системе YAL-1 ABL, например, использовался высокоэнергетический химический кислородно-йодный лазер и, хотя он успешно перехватил тестовую цель в 2010 году, разработка его прекратилась после почти 15 лет финансирования. В тот момент тогдашний министр обороны Роберт Гейтс публично подверг сомнению эксплуатационную готовность ABL и раскритиковал его эффективную дальность действия.

Один из недостатков химических лазеров состоит в том, что лазер перестает работать при расходовании химических веществ. «В этом случае у вас ограничен магазин, а целью всегда было создать лазер, который работает на электричестве. Ведь пока у вас есть возможность генерировать электричество на вашей платформе, либо за счет бортового генератора, либо блока аккумуляторов, ваш лазер будет работать», — сказал Афзал.

В последние годы министерство обороны увеличило инвестиции в разработку электрического волоконного лазера, но также столкнулось с серьезными проблемами, особенно при разработке лазера с уменьшенными массогабаритными и энергопотребительскими характеристиками.

В прошлом каждый раз разработчики, пытаясь повысить мощность волоконного лазера до необходимой для боевых задач, строили лазеры больших размеров, что создавало в частности проблемы с излишним тепловыделением. Когда лазерная система генерирует луч, вырабатывается и тепло, и если система не способна отвести его от установки, то лазер начинает перегреваться и качество луча ухудшается, а значит, луч не может сфокусироваться на цели и эффективность лазера снижается.

Поскольку военные стремятся повышать мощность электрических лазеров, одновременно ограничивая повышение массогабаритных и энергопотребительских характеристик систем, на первый план выходит коэффициент полезного действия; чем выше электрический кпд, тем необходимо меньше энергии для работы и охлаждения системы.

Представитель американской армии, работающий над лазерами высокой мощности, сказал, что хотя генераторы могут, как правило, без проблем запитывать системы на 10 кВт, проблемы начинаются при увеличении мощности лазерных установок. «При повышении мощности боевого лазера до 50 кВт и более должны уже использоваться уникальные источники энергии, например, аккумуляторы и тому подобные системы».

Например, если взять лазерную систему на 100 кВт, которая имеет кпд примерно 30%, то ей потребуется мощность 300 кВт. Впрочем, если платформа, на которой она установлена, генерирует всего 100 кВт мощности, пользователю необходимы аккумуляторы для покрытия разницы. При разряде же аккумуляторов лазер перестает работать, пока генератор снова их не подзарядит.

«Система должна быть чрезвычайно эффективной, начиная от генерирования энергии и дальнейшей ее трансформации в фотоны, которые направляются к цели»,

— заметил представитель компании Lockheed Martin.

Тем временем, в компании Rolls-Royce LibertyWorks рассказали, что уже более десяти лет работают над интеграцией системы регулирования мощности и тепла, которая может быть использована в лазерных системах большой мощности и недавно «достигла значительных технологических прорывов».

В заявлении компании Rolls-Royce говорится, что эти прорывы касаются таких направлений, как «электрическая мощность, терморегулирование, управление и контроль температуры, мгновенная доступность энергии и непрерывность работы». Там добавили, что испытания системы у заказчика начнутся в конце этого года, и в случае их успешного завершения может появиться возможность поставки модульных интегрированных решений по регулированию мощности и теплоотводу для программ армии и флота.

Один из беспилотников, подбитый лазерной установкой MEHEL в 2017 году

В поисках решений

Управление DARPA и Лаборатория Линкольна в составе Массачусетского технологического института успешно разработали малоразмерный волоконный лазер большой мощности, который был продемонстрирован в октябре этого года. Впрочем, там отказались уточнить детали этого проекта, включая уровень мощности.

В то время как военные и компании заявляют о последовательных успехах в разработке военных лазеров, Афзал сообщил, что усилия компании Lockheed Martin по решению некоторых технологических проблем включают «процесс спектрального объединения луча, который чем-то напоминает обложку альбома «Dark Side of the Moon» группы Pink Floyd».

«Я не могу изготовить волоконный лазер на 100 кВт, если имеются проблемы с масштабированием. Прорыв стал возможен благодаря способности расширять волоконные лазеры большой мощности, используя скорее методику объединения луча, а не просто пытаясь построить более мощную лазерную установку большего размера».

«Лазерные лучи от нескольких лазерных модулей, каждый с определенной длиной волны, проходят через дифракционную решетку, похожую на призму. Затем, если все длины волн и углы правильные, то происходит не взаимное поглощение, а выстраивание длин волн в строгой последовательности одна за другой, в результате чего мощность растет пропорционально, — пояснил Афзал. — Вы можете масштабировать мощность лазера за счет добавления модулей или увеличения мощности каждого модуля, не пытаясь просто построить лазер огромных размеров. Это скорее параллельные вычисления, а не суперкомпьютер».

Компания Raytheon продемонстрировала свою мощную микроволновую систему для вооруженных сил США, смонтированную в транспортном контейнере

Сообща

Большое внимание уделяется потенциалу лазеров большой мощности, но при этом американские военные и промышленность видят и потенциал применения мощных сверхвысоких частот для сбивания роев беспилотников или объединения их с лазерами.

«Объединение технологий, возможно, является хорошим решением, — сообщил журналистам генерал Нейл Тургуд из Офиса критических технологий. — То есть вы можете поразить лазером многие объекты. Но я могу поразить больше целей двумя лазерами, я могу поразить больше целей лазерами и мощными микроволнами. Работа в этой области уже началась».

Эксперт по направленной энергии в компании Raytheon Дон Салливан со своей стороны рассказал о работах в этом направлении. В частности, он сообщил, что Raytheon объединила высокомощный лазер с мультиспектральной прицельной системой на автомобиле Polaris MRZR, одновременно разрабатывая микроволновую систему высокой мощности, которая смонтирована в транспортном контейнере. Raytheon продемонстрировала эти технологии по отдельности во время армейского эксперимента Maneuver Fires Integrated Experiment (MFIX) в 2017 году, а в 2018 году — их совместную работу во время испытаний, проведенных ВВС США на полигоне Уайт-Сэндс.

Салливан сказал, что лазерная система была использована для сбивания беспилотников, летающих на больших расстояниях, тогда как мощные микроволны использовались для защиты ближней зоны и срыва атак роевых БЛА.

«Безусловно, ВВС видят и понимают дополнительную природу обеих технологий при выполнении не только задач борьбы с беспилотниками, но также и других задач».

В марте 2018 года компания Lockheed Martin выиграла контракт на 150 миллионов долларов (с опционами до 943 миллионов) на разработку, производство и поставку американскому флоту к 2020 году двух систем HELIOS 

На флоте

Когда речь идет о проблемах массы, объема и энергоресурса, военные корабли со своими большими размерами имеют здесь явное преимущество над наземными и воздушными платформами, что позволило военным морякам запустить сразу несколько проектов.

Флот работает над семейством лазерных систем NLFoS (Navy Laser Family of Systems) — инициативой по развертыванию в ближайшей перспективе корабельных лазерных установок большой мощности. В эту инициативу ВМС входят: программа по отработке технологии твердотельного лазера SSL-TM (Solid-State Laser Technology Maturation); 150-кВт высокознергетический лазер в защищенном исполнении RHEL (Ruggedized High Energy Laser); оптический слепящий лазер Optical Dazzling Interdictor для эсминцев проекта Arleigh Burke; и проект по высокоэнергетическому лазеру и оптическому ослепляющему устройству с функцией наблюдения HELIOS (High Energy Laser and Integrated Optical-dazzler with Surveillance).

По данным доклада исследовательской службы Конгресса, флот также реализует программу HELCAP (High Energy Laser Counter-Anti-Ship Cruise Missile Program), которая заимствует технологии NLFoS с целью разработки перспективного лазерного оружия для борьбы с противокорабельными крылатыми ракетами.

Программа HELIOS направлена на то, чтобы обеспечить надводные боевые корабли и другие платформы тремя системами: лазер мощностью 60 кВт; средства наблюдения, разведки и сбора информации дальнего действия, и ослепляющее устройство для борьбы с БЛА. В отличие от других лазеров, испытываемых на кораблях ВМС США, которые устанавливаются на суда в качестве дополнительных систем, HELIOS станет интегрированной частью боевой системы корабля. Система вооружения Aegis обеспечит управление огнем для стандартных ракет наряду с планированием и выбором соответствующего оружия в зависимости от типа цели.

В марте 2018 года компания Lockheed Martin получила контракт стоимостью 150 миллионов долларов (с опционами еще на 943 миллиона) на разработку, производство и поставку двух систем к концу 2020 года. В 2020 году флот планирует провести анализ проекта HELIOS для того, чтобы убедиться в том, что он соответствует предъявляемым требованиям.

В докладе службы Конгресса отмечается, что интеграция лазеров на корабли потенциально позволяет получить множество преимуществ: меньшее время боевого соприкосновения, способность бороться с активно маневрирующими ракетами, точное нацеливание и точная ответная реакция, варьирующаяся от предупреждения целей до обратимого глушения их систем. При этом отмечается, что сохраняются потенциальные ограничения.

По данным доклада, эти ограничения включают: обстрел только в прямой видимости; проблемы с атмосферным поглощением, рассеянием и турбулентностью; тепловое расплывание, когда лазер нагревает воздух, который может расфокусировать лазерный пучок; сложность отражения роевых атак, поражения упрочненных целей и систем радиоэлектронного подавления; а также риск сопутствующего ущерба самолетам, спутникам и зрению человека.

Потенциальные недостатки лазерного оружия высокой мощности, отмеченные в докладе, не являются уникальными для ВМС, другие виды вооруженных сил также сталкиваются с подобными проблемами.

Со своей стороны корпус морской пехоты (КМП) уточнил тактические приемы, методы и способы боевого применения лазерной системы CLWS (Compact Laser Weapon System) компании Boeing, которая устанавливается в транспортный контейнер.

Представитель компании Boeing сообщил, что она собирается модернизировать систему CLWS, увеличив мощность с 2 до 5 кВт. При этом он заметил, что увеличение мощности уменьшит время, необходимое для сбивания малоразмерных беспилотников. «ВМС хотят получить очень быструю систему, которая сможет дать желаемые возможности. Они находятся в процессе проверки характеристик этих систем, в связи с чем выдали нам контракт на их модернизацию и повышение мощности».

Компания Boeing также установил свой лазер CLWS на бронеавтомобиль Joint Light Tactical Vehicle

 

Желание инвестировать

Командование армии всю первую половину этого года занималось определением текущих программ по направленной энергии и разработкой перспективного плана перевода проектов из стадии разработки в стадию практического боевого применения.

В рамках этой деятельности генералу Тургуду было дано 45 дней на выяснение и собирание в единый реестр всех текущих проектов. Это может привести к тому, что некоторые из них будут забракованы. «Как только мы организовали Офис важнейших технологий, я предпринял особые усилия, чтобы найти все конкурирующие проекты направленной энергии. Все работают над тем, что называют направленной энергией, а я пытаюсь понять, что это реально означает и что там в действительности происходит», — заявил Тургуд на слушаниях комитета по вооруженным силам.

В конце мая командование армии одобрило всесторонний план, которым предусматривается увеличение инвестиций и ускорение разработки лазерных и микроволновых технологий в различных армейских проектах. Во время пресс-конференции Тургуд объявил, что армия решила ускорить программу по многозадачному лазеру высокой мощности MMHEL (Multi-Mission High Energy Laser), в рамках которого 50-кВт лазеры будет установлены на бронемашины Stryker как часть системы ближней ПВО. Если всё пойдет по плану, то к концу 2021 года армия примет на вооружение четыре машины с лазерными установками.

Пока не совсем понятно, какие инициативы будут объединены или закрыты, но Тургуд сказал, что это всё равно непременно произойдет. «Часть людей работает, скажем, над 150-кВт лазером, который в конечном счете будет установлен на грузовик и прицеп или корабль. Нам не нужна собственная программа по лазеру мощностью 150 кВт, мы можем объединить подобные проекты вместе, ускорить этот процесс и сохранить ресурсы для нашей страны».

Между тем ряд инициатив по направленной энергии остается в портфолио армии. Например, армия использовала лазер MEHEL (Mobile Experimental High Energy Laser) с тем, чтобы ускорить разработку перспективных лазерных систем и проработать тактические приемы, методы и принципы боевого применения, связанные с эксплуатацией подобных систем. По проекту MEHEL армия установила на машину Stryker и испытала лазеры мощностью до 10 кВт.

В мае 2019 года возглавляемая компанией Dynetics группа объявила о том, что выбрана для разработки системы вооружения мощностью 100 кВт и установки ее на грузовики FMTV (Family of Medium Tactical Vehicles — войсковые транспортные средства средней грузоподъёмности) по программе разработки демонстрационного образца лазерной установки большой мощности HEL TVD (High Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator). Это реализуется в рамках работ армии по оружию направленной энергии, предназначенному для борьбы с ракетами, артиллерийскими снарядами и минометными минами, а также беспилотниками.

В соответствии с трехлетним контрактом стоимостью 130 миллионов долларов была сформирована трехсторонняя группа (армия США, компании Lockheed Martin и Rolls-Royce) для подготовки критического анализа проекта, в котором будет определена окончательная конструкция лазера, после чего будет изготовлена сама система и установлена на грузовик FMTV 6x6 для полевых испытаний на ракетном полигоне Уайт-Сэндс в 2022 году.

Это трио планирует увеличить мощность волоконного лазера компании Lockheed Martin, для которого Rolls-Royce разрабатывает энергосистему. При этом в компании Rolls-Royce отказались раскрыть, будет ли в ней использована ее новая интегрированная система управления энергопотреблением и регулирования теплообмена.

В 2018 году армия объявила о том, что отдельно работает с компанией Lockheed Martin по оснащению беспилотников мощной микроволновой установкой для сбивания других беспилотников. По контракту стоимостью 12,5 миллионов долларов этот дуэт разработает бортовую противодронную систему. Возможные полезные нагрузки для БЛА будут включать взрывные устройства, сети и микроволновые установки.

Впрочем, директор Управления DARPA сообщил журналистам, что несмотря на прогресс в сфере направленной энергии, вооруженные силы пока далеки от интеграции технологии в самолет, в связи с чем корабли и наземные машины скорее всего станут первыми базовыми платформами.

Лазерное устройство CLWS разработки Boeing на треноге. КМП США также скомпоновал эту систему в транспортные контейнеры

 

В небе

ВВС США также реализуют проекты по направленной энергии, включая те решения, которые разрабатываются по программе опытного технологического образца SHiELD ATD (Self-Protect High Energy Laser Demonstrator — Advanced Technology Demonstrator), предусматривающей установку небольшой лазерной системы большой мощности на воздушные суда для защиты от ракет класса «земля-воздух» и «воздух-воздух».

В начале этого года исследовательская лаборатория ВВС объявила о том, что добилась промежуточного успеха, когда использовала наземный тестовый образец для сбивания нескольких ракет. По мере развития технологий ВВС США планируют сделать систему меньше и легче и адаптировать ее для воздушных судов.

Более грандиозный план Пентагона и Агентства противоракетной обороны является ретроспекцией проекта Стратегическая Оборонная Инициатива президента Рональда Рейгана, также известного как «Звездные войны», которым теоретически предусматривается развертывание в космосе лазерных систем вооружения.

В январе этого года администрация Трампа опубликовала долгожданный обзор по противоракетной обороне, в котором положительно оценена работа Агентства противоракетной обороны по разработке оружия направленной энергии для перехвата баллистических ракет на разгонном участке траектории. В 2017 году, например, Агентство выпустило запрос информации по высотным беспилотникам с большой продолжительностью полета, которые имели бы грузоподъемность, позволяющую устанавливать мощные лазеры для уничтожения межконтинентальных баллистических ракет на разгонном участке. Запросом же предложений, выпущенном в 2017 году, предусматривается, что беспилотник будет летать на высотах не менее 19000 метров, иметь грузоподъемность по меньшей мере 2286 кг и доступную мощность от 140 кВт до 280 кВт. С целью создания перспективной установки для таких беспилотников Агентство работает с компаниями Boeing, General Atomics и Lockheed Martin, изучая возможность реализации технологии лазеров большой мощности на борту БЛА.

«Что касается нас, то мы особый акцент делаем на захвате, сопровождении и наведении»,

— отметил представитель компании Boeing.

«Это реально наши ключевые компетенции, которые мы наработали еще при работе с химическими лазерами. Компания Boeing продемонстрировала это во всех своих системах и показала, что, используя существующие технологии, вы можете создать компактную, высокоэффективную систему захвата, сопровождения и наведения и без проблем интегрировать ее в любое лазерное устройство, тем самым существенно повысив его возможности».

источник