Die LaWS -program van die Amerikaanse vloot het die moontlikheid ondersoek om goedkoop vesellasertegnologie te gebruik as basis vir laserwapens wat in bestaande Phalanx -installasies geïntegreer kan word.
Vir die eerste keer is die Amerikaanse vloot ten volle voorbereid om die werking van hoë-energie laserwapens te demonstreer en het onlangs planne aangekondig om 'n prototipe elektromagnetiese spoorgeweer op see te lanseer. Beskou die vordering in die volgende generasie polswapens
Die Amerikaanse vloot praat al dekades lank net oor die implementering van lasers, gepulseerde energiestelsels en elektriese wapens op skepe. 'N Aantal baie aantreklike teoretiese voordele - byna onbeperkte winkels, goedkoop ammunisie en vinnige impak, en meer - het bygedra tot die aansienlike belegging van die verdedigingswetenskap- en tegnologiese gemeenskap in die skepping, ontwikkeling en demonstrasie van relevante tegnologie destyds. Hierdie proses het gelei tot 'n vloed van publikasies en patente, verskeie prototipes en 'n magdom beroemde wêreldrekords.
Uit 'n tegniese oogpunt blyk dit egter dat sulke wapens te moeilik was om te ontwerp en te vervaardig. Die tegnologie en tegniese middele pas nie altyd goed by die verwagte tydsraamwerk nie, en sommige oplossings wat aanvanklik belowend was, blyk onprakties te wees of werk nie; die wette van die fisika het soms vooruitgang gekom.
Tog het die vloot vertroue in basiese wetenskap behou, en die versigtige toewysing van R & D -hulpbronne om risiko te verminder en belangrike gevorderde tegnologieë te ontwikkel, het onlangs begin om dividende te betaal. Die vloot is inderdaad tans besig om sy eerste operasionele hoë-energie-laser (HEL) te ontplooi; Daar word ook beplan om 'n prototipe van 'n elektromagnetiese spoorgeweer in 2016 in die see te laat skiet.
Admiraal van die Naval Navorsingsnavorsing, Matthew Klunder, beskryf hierdie wapen met 'n hoë opbrengs as 'die toekoms van vlootgeveg', en voeg by dat die vloot 'aan die voorpunt van hierdie unieke tegnologie is'.
Dit is egter die moeite werd om te onthou dat gerigte energiewapens soos lasers met hoë krag en mikrogolwe met 'n hoë krag al meer as vier dekades bestudeer is. Die vloot het byvoorbeeld in 1971 'n afdeling onder die HEL -program geopen en begin met die ontwikkeling, vervaardiging en toetsing van 'n militêre demonstrasiemodel van 'n kragtige (ongeveer megawatt) HEL op deuteriumfluoried.
Die onlangse geskiedenis van die ontwikkeling van gerigte energiewapens vir die Amerikaanse vloot het werklik begin met die hervestiging van die programkantoor (PMS 405) in Julie 2004 vir die rigting-energiestelsels en elektriese wapens van die Naval Systems Command. Hierdie stap dien as 'n nuwe stukrag vir wetenskaplike en tegniese ontwikkelinge, wat ongeveer 'n dekade lank in 'n boks met die naam 'eksoties' uitgestel is. Dit is nie dat navorsing opgehou is nie, maar die tegnologie het nie 'n duidelike pad na sukses gehad nie.
Die afgelope dekade het die PMS 405 gedien as 'n spilpunt vir die oordrag van elektriese en gerigte energiewapentegnologie van laboratoriums na die vloot. In hierdie rol koördineer hy R&D tussen vlootnavorsingsentrums, regeringslaboratoriums en die nywerheid.
Dit is ook opmerklik hier die bydrae van die ONR (Office of Naval Research) en die Naval Surface Warfare Establishment Dahlgren Division (NSWCDD), die Naval Surface Warfare Development Center in Dahlgren. ONR het toesig gehou oor innovasie in hoë -krag laser- en spoorgeweertegnologie, terwyl NSWCDD gestig is as 'n "sentrum van uitnemendheid" vir navorsing, ontwikkeling, rigting -energie -simulasie. Binne die Directed Energy Research Office verhuis die Directed Energy Warfare Office (DEWO) HEL -tegnologie van die wetenskap- en tegnologie -ruimte na die vlootfront.
Die sjarme van die laser
In die opsomming bied wapensisteme met 'n kragtige HEL -laser baie voordele bo tradisionele kanonne en geleide ammunisie: lewering van 'n impak teen die spoed van lig en 'n kort teikenbestralingstyd; skaalbare impak (wat wissel van dodelik tot nie-dodelik); akkuraatheid van die siglyn; hoë presisie leiding; super-vinnige herwinning van die teiken; 'n groot en hernubare tydskrif wat vry is van die gevare en logistieke laste wat gepaard gaan met standaard plofbare vuurwapens.
Maar die vooruitsig van 'n baie lae koste per skoot - volgens ONR se berekeninge, aansienlik minder as een dollar per skoot - het 'n betowerende uitwerking op die bevel van die Amerikaanse vloot, wat maniere soek om voort te gaan met befondsing.
Terselfdertyd, ondanks die feit dat hulle baie keer praat oor die positiewe eienskappe van HEL -stelsels, het die komplekse take om die laserwapens wat op skepe ontplooi is, lank te spook. Die fokus van krag op 'n doelwit is een van die belangrikste uitdagings. 'N Laserwapen moet 'n hoë-energiebundel op 'n klein en duidelik gedefinieerde mikpunt op 'n teiken kan fokus om 'n impak te kan lewer. Gegewe die vele soorte potensiële teikens, kan die benodigde hoeveelheid energie en omvang waarteen vernietiging gewaarborg word aansienlik wissel.
Krag is nie die enigste probleem nie. Termiese verspreiding kan plaasvind wanneer 'n laserstraal wat vir lang tyd langs dieselfde siglyn uitgestraal word, die lug waardeur dit deurvloei, verhit, wat veroorsaak dat die straal verstrooi en defokus word. Die doelwit word ook bemoeilik deur die komplekse en dinamiese eienskappe van die omliggende mariene omgewing.
Vervolgens moet u verskillende kwessies van integrasie met die platform oorweeg. Omvangryke prototipe-toestelle het 'n groot vormfaktor, en stelsels op die rak moet aansienlik verminder word om met kleiner platforms te kan integreer. Die integrasie van HEL -wapens in oorlogskepe stel ook nuwe vereistes aan die draerplatform wat kragopwekking, energieverspreiding, verkoeling en hitte -afvoer betref.
ONR het die Free Electron Laser (FEL) in die middel van die 2000's geïdentifiseer as die beste langtermynoplossing vir die skip se HEL-wapenstelsel. Dit is omdat die golflengte van die FEL -straal fyn ingestel kan word op die heersende omgewingstoestande om die beste 'atmosferiese deurlaatbaarheid' te behaal.
In hierdie verband, onder leiding van ONR, is die Innovative Naval Prototype (INP) -program van stapel gestuur met die doel om 'n 100 kW-klas FEL-demonstrator te ontwikkel met 'n werkende golflengte van 1,0-2,2 mikron. Boeing en Raytheon het in April 2009 parallelle jaarlikse Fase IA -kontrakte gekry vir voorlopige ontwerp, en Boeing is gekies om Fase IB in September 2010 voort te sit, waarna die projek na die ontwerpkritiese hersieningsfase gevorder is.
Na 'n kritiese hersiening van die FEL -kragstasie, het Boeing die volgende 100 kW -FEL -demo opgestel en getoets om op drie verskillende golflengtes te werk. ONR het die INP egter in 2011 geskrap om huidige hulpbronne in die ontwikkeling van 'n solid state laser (SSL) te kanaliseer. Werk aan FEL is tans gefokus op voortgesette werk om die risiko's verbonde aan hierdie stelsel te verminder.
Die LaWS, aangewys as AN / SEQ-3, sal in die komende maande as 'n "vinnige reaksie-voertuig" by die Amerikaanse vloot se Ponce ontplooi word. LaWS -leidingsapparaat sal oor die brug van die Ponce -skip geïnstalleer word
Hierdie herleiding van hulpbronne is 'n gevolg van die groter volwassenheid van SSL -tegnologie en die vooruitsig op 'n versnelde ontplooiing van bekostigbare HEL -wapens in die Amerikaanse vloot. ONR en PMS 405 herken hierdie ontwikkelingspad vir die volgende tydperk in die middel van die laat 2000's.
Volgens admiraal Klander, is die SSL -program "een van ons wetenskap- en tegnologieprogramme met die hoogste prioriteit." Hy het bygevoeg dat hierdie opkomende vermoëns veral oortuigend is omdat dit ''n bekostigbare oplossing bied vir die duur probleem om te beskerm teen asimmetriese bedreigings. Ons teenstanders verskyn miskien nie eens in die wete dat ons 'n laser vir 'n teiken vir minder as 'n dollar per skoot kan rig nie."
Die afgelope ses jaar lê die klem op die ontwikkeling van solid state -tegnologie, soos blyk uit ontwikkelings en demonstrasies op hierdie gebied. Een voorbeeld is die Maritime Laser Demonstration (MLD). In April 2011 het Northrop Grumman 'n prototipe SSL -laser op 'n toetsvat geïnstalleer, wat 'n klein teikenvat met sy balk uitgestamp het. Peter Morrison, HEL -programbestuurder by ONR, het gesê dat dit "die eerste keer is dat 'n HEL met sulke kragvlakke op 'n oorlogskip geïnstalleer is, aangedryf deur die skip, en op 'n afgeleë teiken in die see ontplooi is."
Die MLD -demonstrasie was die hoogtepunt van twee en 'n half jaar van ontwerp, ontwikkeling, integrasie en toetsing. Oor die MLD -projek, saam met die industrie, die afdeling vir hoëtegnologie -tegnologie en die Navy Laboratories by Dahlgren, China Lake, Port Huenem en Point Mugu; hierdie projek bevat ook ontwikkelings wat uit die algemene hoë-krag soliede toestand-laserprogram geneem is.
Intussen, in Maart 2007, is begin met 'n prototipe laserwapenstelsel Laser Weapon System (LaWS), bedoel as 'n toevoeging tot die bestaande 20 mm kortafstand Mk 15 Phalanx (CIWS) kompleks. LaWS sal gebruik maak van kommersiële veselglas lasertegnologie om 'n ekstra wapenstipe te bied om 'n deelversameling goedkoop "asimmetriese" teikens, soos klein UAV's en vinnige gevegsbote, te gebruik.
Die LaWS -program word bestuur deur PMS 405 in samewerking met die uitvoeringskantoor van die Integrated Combat Systems Program, DEWO Dahlgren en Raytheon Missile Systems (oorspronklike vervaardiger van Phalanx). Die program beoog om lae-koste veselglas lasertegnologie die kern van 'n laserwapen te plaas wat moontlik in 'n bestaande Phalanx-installasie geïntegreer kan word. Hierdie vereiste vir die integrasie van die laser met die bestaande installasie bepaal die massa tot 1200-1500 kg. Dit sou ook wenslik wees dat hierdie bykomende bewapening nie die werking van die installasie, die azimut- en hoogtehoeke, die maksimum oordragspoed of versnelling beïnvloed nie.
Kraggrense
Gegewe hierdie beperkings, is kommersiële vesellasertegnologie op die rak geïdentifiseer as die mees belowende oplossing. Alhoewel hierdie SSL-tegnologie 'n paar kragbeperkings het (dit word geleidelik verwyder namate die tegnologie verbeter), het die gebruik van veseloptiese lasers dit moontlik gemaak om die koste van nie net die tegnologie van wapeninstallasies te verminder nie, maar ook die wysiging van die stelsel op bestaande installasies.
Na 'n eerste ontledingsperiode, evaluerings van bedreigingssterfte, kritieke komponentoorsigte en afwegings, het die LaWS -span die ontwerp en implementering van die prototipe stelsel voltooi. Om voldoende krag en gevolglik dodelikheid op 'n sekere afstand te verkry, vereis hierdie tipe tegnologie die gebruik van 'n nuwe bundelkombinator, wat ses afsonderlike glasvezellasers van 5,4 kW in die vrye ruimte kan kombineer om 'n hoër stralingsintensiteit te verkry op die teiken.
Om die koste vir hierdie program te verminder, is baie toerusting ingesamel, wat voorheen ontwikkel en gekoop is vir ander navorsingstake. Dit sluit die L-3 Brashear KINETO K433-opsporingsondersteuning, 'n 500 mm-teleskoop en hoëprestasie-infrarooi sensors in. Sommige van die komponente is van die rak af gekoop, soos die vesellasers self.
In Maart 2009 het 'n LaWS -stelsel (met een vesellaser) mortierdoppe in die White Sands -reeks vernietig. In Junie 2009 is hulle getoets by die Center for Naval Aviation Combat Systems, waartydens die prototipe vyf UAV's opgespoor, gevang en vernietig het wat die 'bedreigingsrol' tydens vlug vervul het.
Die volgende reeks volskaalse toetse het in Mei 2010 op die oop see plaasgevind, waar die LaWS-stelsel vier UAV-teikens suksesvol vernietig het in 'n "naby geveg" scenario op 'n afstand van ongeveer een seemyl in vier pogings. Hierdie gebeurtenis is noemenswaardig genoem in ONR - die eerste vernietiging van teikens met 'n volledige siklus van leiding tot 'n skoot in 'n oppervlakomgewing.
Vertroue in die Amerikaanse vloot in hul begeerte om vorentoe te beweeg met 'n versnelde ontwikkelingsplan, is egter in Julie 2012 deur seetoetse op die missielvernietiger DDG-51 USS Dewey (DDG 105) gegee. Tydens toetse op die vernietiger Dewey het die LaWS -stelsel (tydelik geïnstalleer op die vliegdek van die skip) drie UAV -teikens suksesvol getref, wat sy rekord gestel het om teikens 12 uit 12 te vang.
Planne vir die installering van LaWS, aangewys as AN / SEQ-3 (XN-1), aan boord van USS Ponce wat dien as 'n drywende voorwaartse basis (intermediêr) in die Persiese Golf, is in April 2013 deur die bevelvoerder van vlootoperasies, admiraal Jonathan Greenert, aangekondig. van die jaar. AN / SEQ-3 word ontplooi as 'n "vinnige reaksievermoë" waarmee die Amerikaanse vloot tegnologie in operasionele ruimte kan beoordeel. Die eksperiment word gelei deur die Naval Operations Research Directorate in samewerking met die Central Command of the Navy / Fifth Fleet.
Sprek afgevaardigdes na die Surface Fleet Association Simposium in Januarie 2014? Admiraal Klunder het gesê dat dit 'die eerste operasionele ontplooiing van gerigte energiewapens ter wêreld is'. Hy het bygevoeg dat die finale samestelling van die LaWS in die NSWCDD -sentrum op die Dahlgren -toetslokaal uitgevoer is, dat die volledige stelsel toetse voltooi is voordat dit na die Persiese Golf gestuur is vir installasie op die Ponce -skip. Buitelandse toetse word vir die derde kwartaal van 2014 beplan.
Die LaWS sal op die dek aan die bokant van die Ponce Bridge geïnstalleer word. "Die stelsel sal ten volle geïntegreer word met die skip ten opsigte van verkoeling, elektrisiteit en krag," het Klander gesê. Dit sal ook volledig geïntegreer word met die skip se gevegstelsel en die Phalanx CIWS-kortafstandstelsel."
NSWCDD het die stelsel opgegradeer en gedemonstreer dat die Phalanx CIWS die doelwitte kan opspoor en oordra na die LaWS -stelsel vir verdere opsporing en doelwitte. Aan boord van die Ponce werk die bevelvoerder van die raket- en artillerieplofkop op die LaWS -bedieningspaneel.
Die data wat tydens die maritieme demonstrasie versamel is, gaan na die ONR se SSL TM (SSL Technology Maturation) -program. Die hoofdoel van die SSL TM -program, wat in 2012 bekendgestel is, is om die drempels en doelwitte van die wetenskap- en tegnologieprogram aan te pas by toekomstige navorsings-, ontwikkelings- en verkrygingsbehoeftes.
Volgens ONR bestaan die SSL TM -program uit "verskeie demonstrasiegebeurtenisse met prototipe stelsels in 'n kompeterende ruimte."Drie bedryfsgroepe is gekies om SSL TM -projekte te ontwikkel, onder leiding van Northrop Grumman, BAE Systems en Raytheon; die ontleding van konsepontwerpe sal teen die einde van die tweede kwartaal van 2014 voltooi wees. ONR besluit volgende jaar watter geskik is vir 'n mariene demonstrasie.
Spoorgeweer in die see
Saam met die laser beskou die Amerikaanse vloot die elektromagnetiese spoorkanon as nog 'n transformasie-wapenstelsel wat ultra-hoë spoedprojektiele op 'n lang afstand met baie hoë akkuraatheid kan aflewer. Die vloot beplan om 'n aanvanklike reikafstand van 50-100 seemyl te bereik, wat dit mettertyd verhoog tot 220 seemyl.
Elektromagnetiese kanonne oorkom die beperkings van tradisionele kanonne (wat chemiese pirotegniese verbindings gebruik om die projektiel oor die hele lengte van die vat te versnel) en bied uitgebreide reekse, kort vlugtye en hoë-energie teikendodelikheid. Deur die deurlaat van 'n baie hoë spanning elektriese stroom te gebruik, word kragtige elektromagnetiese kragte geskep, byvoorbeeld teoreties kan 'n mariene elektromagnetiese kanon projektiele afvuur teen 'n spoed van meer as Mach 7. Die projektiel sal baie vinnig 'n buite-atmosferiese baan bereik (vlug sonder aërodinamiese sleep), wat weer die atmosfeer binnedring om die teiken te bereik teen 'n snelheid van meer as 5 Mach-getalle.
Die program vir die prototipe skip se elektromagnetiese geweer is deur ONR in 2005 geloods as die hoofkomponent van wetenskaplike en tegnologiese werk, binne die raamwerk wat nodig is om die tegnologie van spoorgewere te verfyn om 'n volledig afgewerkte stelsel in gebruik te neem met die vloot omstreeks 2030-2035.
Gedurende die Fase 1 -fase van die INP -innoverende projek was die klem op die ontwikkeling van lanseerdertegnologie met 'n gepaste lewensduur, die ontwikkeling van polsende kragtegnologie en die vermindering van die risiko vir projektielkomponente. BAE Systems en General Atomics het prototipes van hul spoorgewere aan NSWCDD afgelewer vir toetsing en evaluering.
Gedurende die fase 1 -fase van die R&D -program van die vloot se elektromagnetiese kanonne, val die klem op die ontwikkeling van 'n lanseerder met 'n voldoende lewensduur, die ontwikkeling van betroubare gepulseerde krag en die vermindering van die risiko vir die projektiel. BAE Systems en General Atomics lewer prototipe spoorwapens by die wapenontwikkelingsentrum vir toets en evaluering
In fase 1 is die doelwit om die eksperimentele opset te demonstreer bereik, in Desember 2010 is 'n aanvanklike energie van 32 MJ verkry; 'n belowende wapenstelsel met hierdie energievlak sal 'n projektiel op 'n afstand van 100 seemyl kan lanseer.
BAE Systems het 'n kontrak van $ 34,5 miljoen van ONR ontvang om Fase 2 van die INP middel 2013 af te handel, en is eerste gekies, wat die mededingende General Atomics-span agtergelaat het. In die fase 2 -fase word tegnologieë afgehandel tot 'n voldoende vlak vir die oorgang na die ontwikkelingsprogram. Die lanseerder- en polsvermoë sal verbeter word, sodat die oorgang van enkelskote na multi-shot-vermoëns moontlik is. Termiese reguleringstegnieke sal ook ontwikkel word vir die lanseerder en die polsende kragstelsel, wat nodig is vir langdurige afvuur. Die eerste prototipes sal gedurende 2014 afgelewer word; ontwikkeling word uitgevoer deur BAE Systems in samewerking met IAP Research en SAIC.
Einde 2013 het ONR BAE Systems 'n aparte kontrak ter waarde van $ 33,6 miljoen toegeken vir die ontwikkeling en demonstrasie van die Hyper Velocity Projectile (HVP) hipersoniese projektiel. Die HVP word beskryf as die volgende generasie geleide projektiel. Dit sal 'n modulêre projektiel wees met 'n lae aërodinamiese weerstand, verenigbaar met 'n elektromagnetiese kanon, sowel as bestaande 127 mm en 155 mm kanonsisteme.
Die aanvangsfase van die HVP-kontrak is middel 2014 voltooi; hulle doel was om 'n konseptuele ontwerp- en ontwikkelingsplan te ontwikkel om ten volle beheerde vlug aan te toon. BAE Systems ontwikkel die ontwikkeling in samewerking met UTC Aerospace Systems en CAES.
Die koste van 'n HVP -projektiel wat 10,4 kg weeg vir 'n elektromagnetiese kanon word op ongeveer $ 25 000 stuk beraam; volgens admiraal Klander, "die projektiel kos ongeveer 1/100 van die koste van die bestaande missielstelsel."
In April 2014 bevestig die vloot sy planne om die spoorwapen aan boord van sy hoëspoedskip Millinocket in 2016 te demonstreer.
Volgens admiraal Bryant Fuller, hoofingenieur van NAVSEA Naval Systems Command, sal hierdie demonstrasie op see 'n 20 MJ spoorgeweer insluit (fase 1 INP -keuse sal gemaak word tussen prototipes vervaardig deur BAE Systems en General Atomics)..
"By die vlootwapensentrum in Dahlgren het ons honderde skulpe uit 'n kusinstallasie afgevuur," het hy gesê. "Die tegnologie is op hierdie vlak volwasse genoeg, daarom wil ons dit see toe neem, op 'n skip sit, volwaardige toetse uitvoer, 'n aantal skulpe skiet en dit bestudeer uit die opgedane ervaring."
"Aangesien die spoorgeweer nie vir die demonstrasie in 2016 met die Millinocket -skip geïntegreer sal word nie, sal hierdie skip nie 'n uitgebreide aanpassing ondergaan om hierdie vermoëns te bied nie," het admiraal Fuller gesê.
Die hele elektromagnetiese spoorgeweer bestaan uit vyf dele: 'n versneller, 'n energie-bergings- en bergingstelsel, 'n polsvormer, 'n hoëspoedprojektiel en 'n roterende geweerhouer.
Vir die demonstrasie word die geweerhouer en die booster op die vliegdek van die Millinocket -skip geïnstalleer, terwyl die tydskrif, ammunisiehanteringstelsel en energieopbergstelsel wat uit verskeie groot batterye bestaan, onder die dek geleë is, waarskynlik in houers in die vrag kompartemente.
Die Amerikaanse vloot is van voorneme om in 2018 na die see terug te keer met die doel om uitbarstings van elektromagnetiese gewere van die skip af te vuur. Volledige integrasie met die skip kan in dieselfde 2018 uitgevoer word.
As deel van 'n aparte ontwikkeling het die US Navy-navorsingslaboratorium vroeg in 2014 'n nuwe spoorgeweer met 'n klein kaliber (een duim in deursnee) getoets. Die eerste skoot is op 7 Maart 2014 afgevuur. Hierdie klein spoorwapen is ontwikkel met ondersteuning van ONR en is 'n eksperimentele stelsel wat gevorderde batterytegnologie gebruik om verskeie lanseerings per minuut vanaf 'n mobiele platform af te vuur.
Die Amerikaanse vloot beplan om tydens die toetse op die Millinocket (JHSV 3) in 2016 die werking van die spoorgeweer op see te toon.
