El làser de 20 kW de Rheinmetall a Boxer 8x8 presentat al DSEI 2015
El progrés tecnològic ha assolit una fita quan els sistemes d'armes làser muntats en vehicles s'han convertit en una realitat. Vegem l’evolució d’aquests sistemes de millora del combat
Les armes muntades en vehicles són una eina de millora de combat de baix cost que utilitzen tant els exèrcits regulars com les formacions irregulars "asimètriques" implicades en gairebé tots els conflictes del món.
Fins fa poc, les opcions per instal·lar armes en vehicles de combat es limitaven a metralladores i sistemes d'artilleria de diverses formes. No obstant això, la situació aquí va començar a canviar amb l’aparició de sistemes làser o sistemes d’energia dirigida amb una potència suficient per cremar petits avions i municions a l’aire.
La col·locació d’unitats voluminoses d’emmagatzematge d’energia per a aquests sistemes sempre ha estat un greu problema, però els darrers desenvolupaments han contribuït a reduir els làsers a una mida que permet instal·lar-los fins i tot en un jeep de grans dimensions.
Revolució tecnològica
La dècada de 1990 va veure una revolució tecnològica en les comunicacions de fibra òptica, que va accelerar el desenvolupament de làsers d’estat sòlid d’alta potència, que una dècada més tard van trobar aplicacions en processament industrial com la marca, el tall, la soldadura i la fusió.
Aquests làsers eren extremadament eficaços a prop, però era qüestió de temps que la indústria trobés la manera d’escalar aquesta tecnologia i crear armes futuristes que poguessin tallar i fondre objectius a una distància de diversos centenars o fins i tot milers de metres.
El gegant nord-americà de la defensa Lockheed Martin va fer exactament això. Basant-se en la nova tecnologia per a la fabricació de semiconductors, cèl·lules solars i soldadura per a automoció, la companyia ha desenvolupat una màquina làser militar centenars de vegades més potent que els seus predecessors comercials.
Robert Afzal, investigador sènior d’aquesta empresa, diu: “Avui en dia s’està produint una veritable revolució en aquesta àrea, preparada per molts anys de treball gegantí d’investigadors. I creiem que la tecnologia làser està finalment preparada en el sentit que ara som capaços de crear un làser prou potent i prou petit per encabir-lo en vehicles tàctics”.
“Els làsers anteriors eren simplement massa grans, eren estacions senceres. Però amb l'arribada de la tecnologia làser de fibra d'alta eficiència amb un feix d'alta qualitat, finalment tenim la peça final del trencaclosques per adaptar-se a aquestes màquines.
La indústria civil va utilitzar làsers de l’ordre de diversos quilowatts, però Afzal va assenyalar que els làsers militars havien de tenir una potència de 10 a 100 kW.
"Hem desenvolupat una tecnologia que ens permet escalar la potència dels làsers de fibra, no només construint un làser de fibra més gran, sinó combinant diversos mòduls de la classe de quilowatts per aconseguir la potència requerida pels militars".
Va dir que el làser es basa en la combinació de feixos, un procés que combina múltiples mòduls làser per formar un feix d'alta potència i alta qualitat que proporciona més eficiència i letalitat que alguns làsers individuals de 10 kW.
Faig blanc colimat
Descrivint el procés de fer passar un feix de llum a través d’un prisma, refractant-se a molts corrents de colors, va explicar: “Si teniu diversos feixos làser, cadascun amb un color lleugerament diferent, entrant en aquest prisma exactament en l’angle recte, sortiran tots d’aquest prisma superposat i formarà l’anomenat feix blanc colimat.
“Això és essencialment el que estem fent, però en lloc d’un prisma, fem servir un altre element òptic anomenat reixeta de difracció, que compleix la mateixa funció. És a dir, construïm mòduls làser d’alta potència, cadascun a una longitud d’ona lleugerament diferent, els combinem, reflectint-los des de la reixeta de difracció, i a la sortida obtenim un feix làser d’alta potència.
Afzal va dir que, de fet, aquesta solució és una tecnologia de multiplexació per divisió de longituds d'ona del sector de les telecomunicacions, combinada amb làsers de fibra d'alta potència de producció industrial.
"El làser de fibra és el làser més eficient i potent mai desenvolupat", va dir. - És a dir, parlem d’una eficiència elèctrica total superior al 30%, que ni tan sols es somiava fa 10-15 anys, quan teníem una eficiència del 15-18%. Això té molt a veure amb l’energia i la refrigeració, de manera que ara pot ser que aquests sistemes siguin més petits. Ara el làser no s’escala construint un làser gran, sinó afegint nous mòduls ".
Recentment, l'exèrcit nord-americà va reclutar Lockheed Martin per crear un sistema d'armes làser d'alta potència basat en la seva instal·lació ATHENA (Advanced Test High Energy Asset), que es pot muntar en un dels vehicles tàctics lleugers de la companyia.
Durant les proves de l'any passat, un prototip làser de fibra de 30 kW va fer caure amb èxit el motor d'una camioneta petita, cremant la reixa en qüestió de segons a una milla de distància. Per tal de simular les condicions reals de funcionament durant la prova, el pickup es va instal·lar a la plataforma amb el motor en marxa i l’engranatge engegat.
Nova generació
L’octubre de 2015, Lockheed va anunciar que havia començat a produir una nova generació de làsers modulars d’alta potència, el primer dels quals amb una capacitat de 60 kW s’instal·larà en un vehicle tàctic de l’exèrcit nord-americà.
Afzal va dir que l’exèrcit vol desplegar un làser muntat en vehicle per a missions antiaèries, contra míssils, obus d’artilleria i municions de morter i UAV. "Estem mirant el nivell tàctic de defensa en lloc de la defensa antimíssils en un sentit estratègic".
Segons Lockheed, la solució modular permet ajustar la potència segons les necessitats d'una tasca i una amenaça específiques. L’exèrcit té la capacitat d’afegir més mòduls i augmentar la potència de 60 kW a 120 kW.
Afzal va continuar: “L’arquitectura s’adapta a les vostres necessitats: voleu 30 kW, 50 kW o 100 kW? És com mòduls de servidor en un rack de servidors. Creiem que es tracta d’una arquitectura flexible, més adequada per a la producció a gran escala. Us permet tenir un mòdul que podeu tornar a crear una vegada i una altra, que us permet personalitzar el sistema al vostre gust.
“El sistema s’adapta a qualsevol vehicle que vulgueu fer servir avui, i per això aquesta tecnologia és tan impressionant perquè permetrà que la flexibilitat de l’arquitectura s’adapti a diferents vehicles sense ajustar massa el que decidiu tenir. Això permet obtenir un sistema que doni suport tant a una brigada de combat com a una base operativa avançada, per exemple.
El sistema utilitza làsers de fibra comercials reunits en mòduls altament reproduïbles, cosa que el fa molt assequible. L'ús de múltiples mòduls làser de fibra també redueix la probabilitat de mal funcionaments lleus, així com el cost i l'abast del manteniment i la reparació.
Quan se li va preguntar quan podria aparèixer al camp de batalla un làser de combat instal·lat en un vehicle tàctic, Afzal va suggerir un termini aproximat: “Tenim previst lliurar el nostre làser a finals del 2016. Després, l'exèrcit farà la seva feina durant un temps i després ho veurem.
L’atracció del làser
Hi ha diverses característiques de les armes d'energia dirigida tàcticament que les fan molt atractives per a les forces militars modernes, incloent el baix cost de la "munició" i la seva velocitat, precisió i facilitat d'ús.
"En primer lloc, es tracta d'armes molt precises amb danys col·laterals potencialment molt baixos, cosa important", va afegir Afzal. "La velocitat de la llum us permet irradiar instantàniament un objectiu i, per tant, podeu colpejar objectius molt maniobrables, és a dir, podeu mantenir el feix sobre un objectiu que de vegades la munició cinètica no pot suportar".
Potser l'avantatge més important és el baix cost d'un "tret" efectiu.
"En aquest moment, no voleu gastar armes cinètiques defensives costoses i potents en múltiples amenaces barates", va continuar Afzal. - Considerem les armes làser com una addició als sistemes cinètics. Suposem que utilitzeu el sistema làser contra un gran nombre d'amenaces de baixa intensitat de baixa intensitat, deixant el vostre magatzem cinètic per atacar les amenaces blindades i de llarg abast complexes."
Afzal suggereix que l'arma làser es pot desplegar a l'espai de combat de la xarxa de sensors de control operatiu, que proporcionarà la designació inicial de l'objectiu.
“En primer lloc, un determinat sistema ha d’informar sobre l’aparició d’una amenaça i, a continuació, l’operador del comandament i control decideix quina contramedida utilitzar, determina l’objectiu, llança un làser i bloqueja l’objectiu segons les dades del radar., després de la qual cosa l'operador, veient l'objectiu al monitor, decideix indicar si el làser està en acció”.
"S'han acumulat molts problemes en aquesta àrea, ja que els militars de tot el món ja fantasiaven amb armes làser per si mateixos fa dècades, i la pregunta és per què no en tenim avui. Crec que la raó principal és que no teníem la tecnologia per crear un component d'armes làser prou petit i prou potent per col·locar-lo en vehicles tàctics ".
Etapes finals
Mentrestant, Boeing també ha passat diversos anys treballant en un demostrador mòbil làser d’alta energia (HEL MD) per a l’exèrcit nord-americà, que actualment es troba en les fases finals de desenvolupament. Muntat sobre un xassís de camió, un làser dirigeix un feix d’alta potència davant les amenaces amb les quals és probable que l’exèrcit pugui fer front, actuant com a sistema d’intercepció de míssils no guiats, obus d’artilleria, mines i drones. Fins ara, aquest sistema ha aconseguit tal precisió que pot destruir els sensors dels avions no tripulats, com es va demostrar durant la demostració d’un làser de 10 kW al White Sands Proving Ground el 2013 i de nou a Eglin AFB el 2014.
Segons les especificacions militars, el sistema HEL MD complet consistirà en un làser d'alta eficiència i subsistemes pesats que s'instal·laran en un vehicle militar. El sistema podrà dur a terme, juntament amb altres mitjans de destrucció, la protecció de determinades zones, ja siguin bases avançades, instal·lacions navals, bases aèries i altres estructures.
Boeing està desenvolupant diversos sistemes per integrar-se en un prototip final que s’instal·larà en un camió tàctic de mobilitat expandida pesada (HEMTT) modificat.
Aquests subsistemes inclouen un làser; control del feix; Font d'alimentació; sistema de control d’intercanvi de calor i sistema de control de batalla.
El Comandament de Defensa Espacial de l'Exèrcit dels Estats Units està desenvolupant el MD HEL per etapes. El sistema de làser, font d'alimentació i intercanvi de calor es millorarà durant els propers anys amb l'objectiu d'augmentar la potència i el desenvolupament tecnològic dels subsistemes.
A mesura que la tecnologia millora, la naturalesa modular dels components permetrà la introducció de làsers més potents, integrats amb millors capacitats d’orientació i seguiment.
Cicle complet
Segons Boeing, la guia de feixes HEL MD proporciona una cobertura "tot el cel" ja que gira 360 ° i s'eleva sobre el sostre del vehicle per capturar objectius fora de l'horitzó. Els sistemes d'intercanvi de calor i subministrament d'energia simplifiquen la destrucció contínua dels objectius.
Tot el sistema funciona amb gasoil; és a dir, tot el que es necessita per reposar la "munició" de l'arma és un repostatge ràpid. Les bateries de ions de liti del sistema HEL MD són recarregades per un generador dièsel de 60 kW, per tant, sempre que l’exèrcit tingui combustible, pot funcionar indefinidament.
El sistema està controlat pel conductor i l’operador de la planta mitjançant un ordinador portàtil i un decodificador de tipus Xbox. El model de demostració actual utilitza un làser de classe 10 kW. No obstant això, en un futur proper el làser s’instal·larà a la classe de 50 kW i en dos anys més la seva potència augmentarà fins a 100 kW.
Prèviament, Boeing va desenvolupar una instal·lació làser més petita per a l’exèrcit nord-americà i la va instal·lar al cotxe blindat AN / TWQ-1 Avenger, anomenat Boeing Laser Avenger. Un làser d’estat sòlid d’1 kW s’utilitza per combatre els UAV i neutralitzar els dispositius explosius improvisats (IED). El sistema funciona així: està dirigit a un IED o artilleria no explotada a la vora de la carretera amb un augment gradual de la potència del feix làser fins que es cremi l'explosiu en el procés de detonació de baixa potència. Durant les proves realitzades el 2009, el sistema Laser Avenger va destruir amb èxit 50 dispositius d’aquest tipus, similars als que es van trobar a l’Iraq i l’Afganistan. A més, es va dur a terme una altra demostració del funcionament d’aquest sistema, durant la qual va destruir diversos drons petits.
Boeing Laser Avenger
Pla triennal
Segons l’empresa de defensa alemanya Rheinmetall, en tres anys oferirà al mercat el seu propi làser d’alta energia (HEL) d’alta potència que s’instal·la al vehicle.
Després d'una sèrie de proves realitzades a Suïssa el 2013, la companyia va treballar en l'ampliació de les capacitats de programari dels mòduls de formació de feixos i la tecnologia del mateix làser, després de les quals va predir que el seu sistema làser per combatre objectius terrestres, així com per a terra pot ser que la defensa antiaèria ja estigui a punt el 2018.
Es van seleccionar tres màquines per funcionar com a plataformes HEL mòbils. Juntament amb el vehicle blindat Boxer, el portaequipatges blindat M113 modificat amb un làser d’1 kW (Mobile HEL Effector Track V) i el camió Tatra 8x8 amb dos làsers de 10 kW (Mobile HEL Effector Wheel XX) van demostrar les seves característiques.
Les tres plataformes làser
El làser de 20 kW instal·lat al vehicle blindat GTK Boxer es distingeix pel mòdul executiu HEL, l’avantatge del qual es basa en el principi de disseny modular. Rheinmetall diu que el Boxer encara no tenia un làser amb més de 20 kW de potència, tot i que combinar diversos làsers mitjançant tecnologia d’alineació de feixos podria augmentar la seva potència total. A més, es poden combinar diverses unitats Boxer HEL per crear un sistema amb una potència efectiva superior als 100 kW.
Durant les proves de demostració realitzades el 2013, la tripulació del vehicle Boxer va confirmar les capacitats de la instal·lació làser HEL, desactivant la metralladora pesada instal·lada a la camioneta sense arriscar el mateix metrallador (foto inferior). A més, treballant en tàndem amb l’estació de radar Skyguard, la instal·lació d’un camió Tatra Mobile Effector Wheel XX ha demostrat totes les etapes de neutralització d’un UAV tipus helicòpter.
La neutralització dels heliports es va dur a terme mitjançant el radar SkyGuard, que va detectar i identificar l'objectiu. A més, la instal·lació HEL Boxer va rebre dades seves, va realitzar un seguiment aproximat i precís i després va capturar l'objectiu per a la seva destrucció.
El sistema làser HEL MD de Boeing està contractat amb el Comandament de Defensa Espacial i de Coets dels Estats Units
Investigació marina
L’Administració d’Investigació i Desenvolupament (ONR) de la Marina dels Estats Units està provant el seu propi làser de combat d’estat sòlid muntat en vehicle, designat Energy On-the-Move (GBAD OTM) dirigit per la defensa aèria terrestre. De fet, el sistema és un làser d’alta potència muntat en un vehicle tàctic i dissenyat per protegir les forces expedicionàries dels UAV enemics.
Atesa la creixent proliferació de sistemes aeris no tripulats, el Cos de Marines dels EUA suggereix que les unitats de combat estaran cada vegada més obligades a defensar-se dels oponents que realitzin vigilància i reconeixement des de l'aire.
El sistema GBAD OTM està dissenyat per a la instal·lació en vehicles tàctics lleugers com el HMMWV i el JLTV (Joint Light Tactical Vehicle). Segons l’ONR, el programa GBAD OTM té com a objectiu crear una alternativa als sistemes tradicionals que puguin evitar que els infants de marina reconeixin i ataquin els drons enemics. Els components del sistema GBAD OTM, inclosos el làser, el dispositiu d’objectiu del feix, les bateries, el radar, el sistema de refrigeració i control, són desenvolupats conjuntament per ONR, el Centre de Desenvolupament d’Armes Superficials Dahlgren de la Marina i diverses empreses industrials.
L'objectiu del programa és combinar tots aquests components en un sol complex, que serà prou petit per instal·lar-se en vehicles blindats tàctics lleugers, però prou potent per fer front a les amenaces previstes.
Àmplia aplicació
Durant la conferència Sea-Air-Space 2015 a Washington, el cap de programes per a la protecció de les tropes de l’ONR, Lee Mastroiani, en una conversa amb periodistes, va explicar que els làsers poden destruir efectivament les amenaces en tot l’espectre de defensa aèria, inclosa míssils, obusos d’artilleria, municions de morter, UAV, mitjans de transport i IED. "No obstant això, en primer lloc, el sistema GBAD està dissenyat per combatre els UAV de petites dimensions que suposen una amenaça per a les nostres unitats de combat".
“El sistema GBAD OTM consta de tres components principals: una estació de seguiment del radar de 3 eixos que identifica una amenaça; una unitat de comandament i control que identifica i decideix com neutralitzar l'amenaça en cas d'utilitzar míssils o armes d'artilleria; i la plataforma real amb un làser.
Mastroiani va assenyalar que, en el cas del programa GBAD, l’èmfasi es posa en el desenvolupament d’un làser d’alta potència per a la destrucció dels UAV instal·lats en un vehicle de combat lleuger.
"Hi ha un argument important a favor d'aquesta decisió, que és que aquestes amenaces són de baix cost, és a dir, l'ús de míssils cars en aquest cas no s'adapta a la nostra visió del problema. Per tant, mitjançant un làser que costa un cèntim per pols, podeu combatre amb seguretat les amenaces econòmiques amb un sistema d’armes barat. En general, l'essència del programa és lluitar contra aquests objectius fins i tot en moviment per donar suport a les operacions de combat del cos de marina ".
Segons Mastroiani, l'ONR va utilitzar diversos components de la instal·lació de demostració LaWS (Laser Weapon System) que la Marina dels Estats Units va instal·lar a bord del vaixell Ponce al golf Pèrsic.
"Utilitzem el principi d'evitació previsible, algunes de les tecnologies i programes clau, però també hi ha molts altres problemes", va afegir Mastroiani. - Pel que fa al vaixell USS Ponce, hi ha molt d’espai i tota la resta, tot i que tinc molts problemes pel que fa al pes, la mida i les característiques de consum d’energia quan cal instal·lar el sistema en un vehicle tàctic lleuger. Tinc un dispositiu de guia de feix, font d'alimentació, sistemes de refrigeració, guiatge i designació d'objectius, i tot això hauria de funcionar de manera concertada i sense "endolls", de manera que cal resoldre molts problemes diferents en aquest projecte independent ".
Segons l’ONR, alguns dels components del sistema es van utilitzar en proves per detectar i rastrejar drons de diverses mides i es va provar tot el sistema amb un làser de 10 kW, que és una solució intermèdia quan es passa a un làser de 30 kW. Està previst que les proves de camp del sistema de 30 kW tinguin lloc el 2016, quan el programa començarà proves exhaustives amb l'objectiu de passar de la detecció i el seguiment simples al tret des de vehicles militars lleugers.
