Anteriorment, vam examinar com es desenvolupen les tecnologies làser, quines armes làser es poden crear per al seu ús en interès de les forces aèries, les forces terrestres i la defensa antiaèria i la marina.
Ara hem d’entendre si és possible defensar-ne i com. Sovint es diu que n’hi ha prou amb tapar el coet amb un revestiment de mirall o polir el projectil, però, malauradament, tot no és tan senzill.
Un mirall típic revestit d'alumini reflecteix aproximadament el 95% de la radiació incident i la seva eficiència depèn en gran mesura de la longitud d'ona.
De tots els materials que es mostren al gràfic, l’alumini té la reflectància més alta, que no és en cap cas un material refractari. Si, quan s’exposa a una radiació de baixa potència, el mirall s’escalfa lleugerament, quan es produeix una radiació potent, el material del recobriment del mirall quedarà inutilitzable ràpidament, cosa que provocarà un deteriorament de les seves propietats reflectants i un escalfament similar a una allau i destrucció.
A una longitud d'ona inferior a 200 nm, l'eficiència dels miralls cau bruscament; contra la radiació ultraviolada o de raigs X (làser d'electrons lliures) aquesta protecció no funcionarà en absolut.
Hi ha materials artificials experimentals amb un 100% de reflectivitat, però només funcionen amb una longitud d’ona determinada. A més, els miralls es poden cobrir amb recobriments especials de múltiples capes que augmenten la seva reflectivitat fins al 99,999%. Però aquest mètode també funciona només per a una longitud d'ona i incideix en un angle determinat.
No oblideu que les condicions de funcionament de les armes estan lluny de les de laboratori, és a dir, s’haurà d’emmagatzemar el coet mirall o el projectil en un recipient ple de gas inert. La més mínima boira o taca, com ara les empremtes de mans, afectarà immediatament la reflectivitat del mirall.
En sortir del contenidor, s’exposarà immediatament la superfície del mirall a l’ambient: atmosfera i calor. Si la superfície del mirall no es cobreix amb una pel·lícula protectora, això provocarà immediatament un deteriorament de les seves propietats reflectants i, si es recobreix amb un recobriment protector, deteriorarà les propietats reflectants de la superfície.
Resumint l’anterior, observem que la protecció contra miralls no és molt adequada per a la protecció contra armes làser. I què hi cap llavors?
En certa mesura, ajudarà el mètode de "untar" l'energia tèrmica del feix làser sobre el cos proporcionant el moviment de rotació de l'avió (CA) al voltant del seu propi eix longitudinal. Però aquest mètode només és adequat per a municions i, en certa mesura, per a vehicles aeris no tripulats (UAV), en menor mesura serà eficaç quan s’irradie amb làser a la part frontal del casc.
Aquest mètode tampoc no es pot aplicar en alguns tipus d'objectes protegits, per exemple, en bombes planadores, míssils creuer (CR) o míssils guiats antitanques (ATGM) que ataquen un objectiu quan volen des de dalt. La majoria de les no rotatives són mines de morter. És difícil recopilar dades sobre tots els avions no rotatius, però estic segur que n’hi ha molts.
En qualsevol cas, la rotació de l'avió només reduirà lleugerament l'efecte de la radiació làser sobre l'objectiu, ja quela calor transmesa per la potent radiació làser al cos es transferirà a les estructures internes i a tots els components de l'avió.
L’ús de fums i aerosols com a contramesures contra les armes làser també és limitat. Com ja s’ha esmentat als articles de la sèrie, l’ús de làsers contra vehicles blindats terrestres o vaixells només és possible quan s’utilitzen contra equips de vigilància, a la protecció dels quals tornarem més endavant. No és realista cremar el casc d'un vehicle de combat d'infanteria / tanc o vaixell de superfície amb un feix làser en un futur previsible.
Per descomptat, és impossible aplicar protecció contra el fum o l’aerosol contra els avions. A causa de l’alta velocitat de l’aeronau, el fum o l’aerosol sempre seran rebutjats per la pressió d’aire que s’acosta, en els helicòpters quedaran arrossegats pel flux d’aire de l’hèlix.
Per tant, la protecció contra les armes làser en forma de fum i aerosols pot ser necessària només en vehicles lleugerament blindats. D'altra banda, els tancs i altres vehicles blindats sovint ja estan equipats amb sistemes estàndard per configurar pantalles de fum per interrompre la captura de sistemes d'armes enemics i, en aquest cas, quan es desenvolupen farcits adequats, també es poden utilitzar per contrarestar les armes làser..
Tornant a la protecció dels equips de reconeixement d’imatges òptiques i tèrmiques, es pot suposar que la instal·lació de filtres òptics que impedeixen el pas de la radiació làser d’una determinada longitud d’ona només serà adequada en la fase inicial per a la protecció contra armes làser de baixa potència, pels motius següents:
- en servei hi haurà una àmplia gamma de làsers de diferents fabricants que operen a diferents longituds d'ona;
- és probable que un filtre dissenyat per absorbir o reflectir una determinada longitud d’ona, quan s’exposa a una potent radiació, falli, cosa que provocarà que la radiació làser impacti contra els elements sensibles o la fallada de la pròpia òptica (opacitat, distorsió de la imatge);
- alguns làsers, en particular el làser d'electrons lliures, poden canviar la longitud d'ona de funcionament en un ampli rang.
La protecció dels equips de reconeixement d’imatges òptiques i tèrmiques es pot dur a terme per a equips de terra, vaixells i equips d’aviació, mitjançant la instal·lació de pantalles de protecció d’alta velocitat. Si es detecta radiació làser, la pantalla protectora hauria de cobrir les lents en una fracció de segon, però fins i tot això no garanteix l'absència de danys als elements sensibles. És possible que l’ús generalitzat d’armes làser al llarg del temps requereixi almenys una duplicació d’actius de reconeixement que operin a la gamma òptica.
Si a les grans companyies de transport la instal·lació de pantalles de protecció i de duplicació de mitjans de reconeixement d’imatges òptiques i tèrmiques és bastant factible, llavors és molt més difícil fer-ho amb les armes d’alta precisió, especialment les compactes. En primer lloc, es redueixen significativament els requisits de pes i mida per a la protecció i, en segon lloc, l’impacte de la radiació làser d’alta potència, fins i tot amb un obturador tancat, pot provocar un sobreescalfament dels components del sistema òptic a causa de la distribució densa, que comportarà o interrupció completa del seu funcionament.
Quins mètodes es poden utilitzar per protegir eficaçment equips i armes de les armes làser? Hi ha dues maneres principals: protecció ablativa i protecció constructiva aïllant tèrmicament.
La protecció contra l’ablació (del llatí ablatio - take away, report de massa) es basa en l’eliminació d’una substància de la superfície de l’objecte protegit per un corrent de gas calent i / o en la reestructuració de la capa límit, que juntes significativament redueix la transferència de calor a la superfície protegida. Dit d’una altra manera, l’energia entrant es gasta a escalfar, fondre i evaporar el material protector.
En aquests moments, la protecció ablativa s’utilitza activament en mòduls de descens de naus espacials (SC) i en broquets de motors a reacció. Els més utilitzats són els plàstics carbonitzants a base de resines fenòliques, organosilicíniques i d’altres resines sintètiques que contenen carboni (inclòs el grafit), diòxid de silici (sílice, quars) i niló com a farcits.
La protecció contra l’ablació és d’un sol ús, pesada i voluminosa, de manera que no té cap sentit fer-lo servir en avions reutilitzables (llegiu no tots els avions tripulats i la majoria dels no tripulats). La seva única aplicació és en projectils guiats i no guiats. I aquí la qüestió principal és quin gruix hauria de tenir la protecció d’un làser amb una potència, per exemple, 100 kW, 300 kW, etc.
A la sonda espacial Apollo, el gruix del blindatge oscil·la entre els 8 i els 44 mm per a temperatures de diversos centenars a diversos milers de graus. En algun lloc d’aquest rang, també es mantindrà el gruix requerit per a la protecció ablativa contra els làsers de combat. És fàcil imaginar com afectarà les característiques de pes i mida i, en conseqüència, el rang, la maniobrabilitat, el pes de les ogives i altres paràmetres de la munició. La protecció tèrmica ablativa també ha de suportar sobrecàrregues durant el llançament i la maniobra, complint les normes dels termes i condicions d’emmagatzematge de municions.
Les municions sense guia són qüestionables, ja que la destrucció desigual de la protecció ablativa contra la radiació làser pot canviar la balística externa, com a conseqüència de la qual la munició es desvia de l'objectiu. Si la protecció ablativa ja s’utilitza en algun lloc, per exemple, en municions hipersòniques, haureu d’augmentar-ne el gruix.
Un altre mètode de protecció és el recobriment estructural o l'execució de la caixa amb diverses capes de protecció de materials refractaris resistents a les influències externes.
Si fem una analogia amb les naus espacials, podem considerar la protecció tèrmica de la nau reutilitzable "Buran". A les zones on la temperatura superficial és de 371 a 1260 graus centígrads, es va aplicar un recobriment format per fibra de quars amorf amb un 99,7% de puresa, a la qual es va afegir un aglutinant, diòxid de silici col·loïdal. El revestiment es realitza en forma de rajoles de dues mides estàndard amb un gruix de 5 a 64 mm.
El vidre borosilicat que conté un pigment especial (recobriment blanc a base d’òxid de silici i alumina brillant) s’aplica a la superfície exterior de les rajoles per obtenir un baix coeficient d’absorció de la radiació solar i una alta emissivitat. Es va utilitzar protecció contra l'ablació al con de morro i a les puntes de les ales del vehicle, on les temperatures superen els 1260 graus.
Cal tenir en compte que, amb un funcionament prolongat, es pot deteriorar la protecció de les rajoles contra la humitat, cosa que provocarà la pèrdua de la protecció tèrmica de les seves propietats, per tant no es pot utilitzar directament com a protecció anti-làser en avions reutilitzables.
En aquests moments, s’està desenvolupant una prometedora protecció tèrmica ablativa amb un mínim desgast superficial, que garanteix la protecció dels avions de temperatures de fins a 3000 graus.
Un equip de científics de l’Institut Royce de la Universitat de Manchester (Regne Unit) i la Central South University (Xina) han desenvolupat un nou material amb característiques millorades que pot suportar temperatures de fins a 3000 ° C sense canvis estructurals. Es tracta d’un revestiment ceràmic Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, que se superposa a una matriu composta carboni-carboni. Pel que fa a les seves característiques, el nou recobriment supera significativament les millors ceràmiques a alta temperatura.
L’estructura química de la ceràmica resistent a la calor actua com a mecanisme de defensa. A una temperatura de 2000 ° C, els materials Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 i SiC s’oxiden i es transformen en Zr0.80T0.20O2, B2O3 i SiO2, respectivament. Zr0.80Ti0.20O2 es fon parcialment i forma una capa relativament densa, mentre que els òxids de baixa fusió SiO2 i B2O3 s’evaporen. A una temperatura superior a 2500 ° C, els cristalls Zr0.80Ti0.20O2 es fonen en formacions més grans. A una temperatura de 3000 ° C, es forma una capa exterior gairebé absolutament densa, formada principalment per Zr0.80Ti0.20O2, titanat de zirconi i SiO2.
El món també desenvolupa recobriments especials dissenyats per protegir-se de la radiació làser.
El 2014, un portaveu de l'Exèrcit Popular d'Alliberament de la Xina va afirmar que els làsers nord-americans no representen un perill particular per a l'equipament militar xinès revestit amb una capa protectora especial. Les úniques preguntes que queden són els làsers sobre quina potència protegeix aquest recobriment i quin gruix i massa té.
El major interès és un recobriment desenvolupat per investigadors nord-americans de l’Institut Nacional d’Estàndards i Tecnologia i de la Universitat de Kansas, una composició en aerosol basada en una barreja de nanotubs de carboni i ceràmica especial, capaç d’absorbir eficaçment la llum làser. Els nanotubs del nou material absorbeixen uniformement la llum i transfereixen calor a les zones properes, reduint la temperatura en el punt de contacte amb el feix làser. Les juntes ceràmiques d'alta temperatura proporcionen el recobriment protector amb una elevada resistència mecànica i resistència als danys causats per altes temperatures.
Durant les proves, es va aplicar una fina capa de material a la superfície de coure i, després d'assecar-se, es va centrar en la superfície del material un feix d'un làser d'infrarojos d'ona llarga, un làser utilitzat per tallar metall i altres materials durs.
L'anàlisi de les dades recollides va mostrar que el recobriment va absorbir amb èxit el 97,5 per cent de l'energia del feix làser i va suportar un nivell d'energia de 15 kW per centímetre quadrat de superfície sense destrucció.
Sobre aquest recobriment, sorgeix la pregunta: en les proves, es va aplicar un recobriment protector a una superfície de coure, que en si mateix és un dels materials més difícils de processar amb làser, a causa de la seva alta conductivitat tèrmica, no està clar com aquest recobriment protector. es comportarà amb altres materials. A més, es plantegen qüestions sobre la seva màxima resistència a la temperatura, la resistència a les vibracions i les càrregues de xoc, els efectes de les condicions atmosfèriques i la radiació ultraviolada (sol). El temps durant el qual es va dur a terme la irradiació no està indicat.
Un altre punt interessant: si els motors de l’avió també estan recoberts d’una substància amb alta conductivitat tèrmica, tot el cos s’escalfarà de manera uniforme, cosa que desemmascararà al màxim l’avió en l’espectre tèrmic.
En qualsevol cas, les característiques de la protecció contra aerosols anteriors seran directament proporcionals a la mida de l'objecte protegit. Com més gran sigui l’objecte protegit i l’àrea de cobertura, més energia es pot escampar per la zona i es pot donar en forma de radiació de calor i refrigeració pel flux d’aire incident. Com més petit sigui l’objecte protegit, més gruixuda haurà de ser la protecció. la zona petita no permetrà eliminar prou calor i els elements estructurals interns estaran sobreescalfats.
L’ús de protecció contra la radiació làser, independentment de l’aïllament tèrmic ablatiu o constructiu, pot revertir la tendència cap a una disminució de la mida de les municions guiades, reduint significativament l’eficàcia de les municions guiades i no guiades.
Totes les superfícies i controls de suport (ales, estabilitzadors, timons) hauran de ser de materials refractaris costosos i difícils de processar.
Sorgeix una pregunta a part sobre la protecció dels equips de detecció de radar. A la nau experimental "BOR-5", es va provar l'escut tèrmic radiotransparent: fibra de vidre amb un farciment de sílice, però no vaig poder trobar les seves característiques de protecció tèrmica i de pes i mida.
Encara no està clar si es pot produir una formació de plasma a alta temperatura com a conseqüència de la irradiació amb una potent radiació làser procedent del radome dels equips de reconeixement del radar, tot i que amb protecció contra la radiació tèrmica, que impedeix el pas d’ones de ràdio, com a resultat de que es pot perdre l'objectiu.
Per protegir la caixa, es pot utilitzar una combinació de diverses capes de protecció: resistent a la calor-baixa calor-conductora des de l'interior i reflectant-resistent a la calor-altament conductora de calor des de l'exterior. També és possible que s’apliquin materials sigil·lats a la protecció contra la radiació làser, que no serà capaç de suportar la radiació làser, i s’haurà de recuperar dels danys causats per les armes làser en cas que l’aeronau sobrevisqui.
Es pot suposar que la millora i la distribució àmplia de les armes làser requeriran la protecció anti-làser per a totes les municions disponibles, tant guiades com no guiades, així com per als vehicles aeris tripulats i no tripulats.
La introducció de protecció anti-làser conduirà inevitablement a un augment del cost, el pes i les dimensions de les municions guiades i no guiades, així com dels vehicles aeris tripulats i no tripulats.
En conclusió, podem esmentar un dels mètodes desenvolupats per combatre activament un atac làser. Adsys Controls, amb seu a Califòrnia, està desenvolupant el sistema de defensa Helios, que suposadament tombarà la guia làser enemiga.
Quan apunta el làser de combat de l'enemic cap al dispositiu protegit, Helios determina els seus paràmetres: potència, longitud d'ona, freqüència de pols, direcció i distància a la font. Helios impedeix, a més, que el raig làser de l'enemic se centri en un objectiu, presumiblement apuntant un raig làser de baixa energia que s'acosta, cosa que confon el sistema de destinació de l'enemic. Encara es desconeixen les característiques detallades del sistema Helios, l'etapa del seu desenvolupament i el seu rendiment pràctic.
