Politechnika Świętokrzyska w Kielcach Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn ZASTOSOWANIE LASERÓW W UZBROJENIU WCISŁO MICHAŁ ŻAK KRZYSZTOF Grupa TLiP, IV rok Rok akademicki 2003/2004
PODZIAŁ WOJSKOWEGO SPRZĘTU OPTOELEKTRONICZNEGO Wyróżnia się cztery główne grupy sprzętu: - pociski rakietowe naprowadzane metodami optoelektronicznymi; -urządzenia obserwacyjne; -urządzenia laserowe; -sprzęt przeciwdziałania.
URZĄDZENIA LASEROWE Można wyróżnia pięć podstawowych grup wojskowych urządzeń laserowych : dalmierze, wskaźniki celu, oświetlacze, urządzenia lokacji oraz symulatory (rys. 3). Rys.3 Dalmierze laserowe Dalmierze laserowe umożliwiają szybki precyzyjny pomiar odległości do celu, co znacznie zwiększa prawdopodobieństwo trafienia celu pierwszym strzałem. Metodą wyznaczania odległości do celu, powszechnie stosowaną w dalmierzach, jest pomiar różnicy czasu pomiędzy momentem emisji impulsu laserowego przez nadajnik dalmierza a momentem rejestracji odbitego impulsu przez odbiornik. Schemat blokowy typowego dalmierza został przedstawiony na rys. 4. Rys.4
Nadajnik dalmierza składa się z lasera oraz miniaturowej lunetki używanej do poszerzenia oraz zmniejszenia rozbieżności wiązki emitowanego promieniowania. Z kolei odbiornik składa się z układu optycznego, filtra, dwóch detektorów, wzmacniacza sygnałów na wyjściu detektorów, układu pomiaru odstępów czasu oraz wyświetlacza. Układ optyczny jest zastosowany w celu ograniczenia pola widzenia odbiornika do obserwowanego celu. Filtr optyczny pozwala stłumić promieniowanie docierające do układu optycznego o innych długościach fali niż promieniowanie nadajnika. Do chwili obecnej wyprodukowano znaczną liczbę różnego typu dalmierzy laserowych, które znajdują się głównie w wyposażeniu sił lądowych (artyleria i wojska pancerne), ale również są w wyposażeniu lotnictwa i marynarki. Dalmierze laserowe zwykle wykorzystywane były samodzielnie, ale coraz częściej współpracują one z urządzeniami noktowizyjnymi czy termowizyjnymi (w połączeniu z tymi ostatnimi umożliwiają pomiar odległości w nocy i w trudnych warunkach atmosferycznych). Maksymalna odległość, jaką mogą zmierzyć typowe współczesne wojskowe dalmierze, zawiera się w przedziale 5-30 km. Niemniej jednak wydaje się, że dla zastosowań w wojskach lądowych oraz dla śmigłowców regułą są dalmierze o maksymalnej odległości pomiaru około 10 km. Dalmierze typowo oferują dokładność pomiaru odległości ±5 m. Są również oferowane dalmierze o znacznie wyższej dokładności pomiaru. Jednak w praktyce wojskowej są one raczej rzadko stosowane. Należy bowiem pamiętać, że dalmierze laserowe są montowane na środkach przenoszenia, których drgania powodują ograniczenie dokładności pomiaru odległości do celu. Istnieje również drugi czynnik ograniczający dokładność pomiaru rozbieżność wiązki. Jeżeli wiązka laserowa będzie szersza od wybranego obiektu, to dalmierz zmierzy średnią odległość do tego obiektu i wszystkich pozostałych obiektów, które znalazły się w zasięgu wiązki laserowej. Typowe dalmierze znajdujące się w wyposażeniu wojska pracują zwykle na długości fali 1,06 mm (długość fali dla laserów YAG). Dalmierze laserowe emitujące promieniowanie o tej długości fali są jednak niebezpieczne dla wzroku ludzkiego, ponieważ soczewka oczna stosunkowo dobrze transmituje promieniowanie w przedziale 0,45-1,4 mm i promieniowanie lasera o długości fali 1,06 mm może łatwo uszkodzić siatkówkę oka. Obecnie daje się zauważyć dążenie do zastąpienia dalmierzy laserowych emitujących promieniowanie 1,06 mm dalmierzami emitującymi promieniowanie na długościach fali 1,54 mm lub 10,6 mm, które określa się mianem dalmierzy bezpiecznych dla wzroku ludzkiego. Klasyfikacja dalmierzy laserowych: laserowy dalmierz artyleryjski - dalmierz laserowy stosowany w systemach kierowania ogniem artyleryjskim, a także do oceny rezultatów strzelania artyleryjskiego np. na poligonach. Z l. d. a. produkcji amerykańskiej bardziej znane są urządzenia oznaczane jako AN/GVS, stosowane do określenia odległości dla moździerzy, a także dalmierze typu KLFR, przeznaczone do oceny rezultatów strzelania. Dalmierze produkują również firmy angielskie, szwedzkie, norweskie i francuskie. laserowy dalmierz czołgowy - służy do określenia odległości do celów naziemnych. laserowy dalmierz lornetkowy - dalmierz laserowy o konstrukcji i sposobie
użytkowania zbliżony do lornetki; charakteryzuje się niewielka masą umożliwiającą niekiedy zamocowywanie na hełmie. L. d. l. służą do pomiaru odległości do 20 km z dokładnością ±5m. laserowy dalmierz samolotowy - dalmierz służący do instalowania na obiekcie latającym, służy do pomiaru pułapu lotu do celów nawigacyjnych, a także do określenia rzeźby terenu. Ze względu na wąską wiązkę laserową daje rozróżnialność kątową oraz łatwość wybrania właściwych obiektów naziemnych. Krótki impuls i krótki czas narastania zapewnia wysoką dokładność pomiaru oraz rozróżnialność. Urządzenie może również służyć do określenia pułapu i szybkości lotu śmigłowca. laserowy dalmierz - celownik - urządzenie laserowe do pomiaru odległości do obiektów pojawiających się w polu widzenia operatora oraz wskazywania celów Wskaźniki celu Wskaźniki celu są to lasery wykorzystywane do wskazania celu pociskom rakietowym naprowadzanym na odbitą wiązkę promieniowania laserowego. Wskaźniki laserowe mogą być integralną częścią stacji kontrolnej pocisku rakietowego znajdującego się na samolocie (w warunkach krajowych przykładem tego jest stacja laserowa Kłon, wykorzystywana do wskazywania celu pociskom rakietowym H-25Ł i H-29Ł) lub też mogą być w pełni mobilne i wykorzystywane przez pojedynczego żołnierza. Rys.5
Oświetlacze Oświetlacze to urządzenia laserowe wykorzystywane do podniesienia poziomu luminancji obserwowanej scenerii. Wyróżnia się dwie podstawowe grupy oświetlaczy celu: pracy ciągłej oraz impulsowe. Oświetlacze pracy ciągłej są wykorzystywane głównie do poprawienia zasięgów widzenia przyrządów noktowizyjnych. Można przyrównać te urządzenia do latarki o bardzo małej rozbieżności wiązki emitowanego promieniowania. Niewielka rozbieżność wiązki powoduje znaczne ograniczenie możliwości wykrycia użycia tych laserowych oświetlaczy w stosunku do klasycznych oświetlaczy (na lampach żarowych). Oświetlacze impulsowe są zwykle wykorzystywane do poprawienia zasięgów widzenia kamer nocnego poziomu oświetlenia LLLTV. Zastosowanie oświetlenia scenerii jedynie w wybranych momentach czasu pozwala na dalsze ograniczenie demaskującego charakteru tych oświetlaczy. Urządzenia lokacji Laserowe urządzenia lokacji (ladars) to laserowe odpowiedniki stacji radiolokacyjnych, służące do ustalenia odległości, położenia kątowego celu i szybkości przemieszczania się celu. Do pomiarów odległości i położenia wykorzystywany jest dalmierz laserowy zintegrowany w układem precyzyjnego obrotu w azymucie i w elewacji. Szybkość przemieszczania się celu mierzona jest, podobnie jak w radiolokacji, z wykorzystaniem efektu Dopplera, to znaczy z wykorzystaniem zależności częstotliwości odbitego promieniowania od szybkości przemieszczania celu. Jako zalety laserowych urządzeń lokacji, w stosunku do stacji radiolokacyjnych, wymienia się mniejsze wymiary i mniejszą masę, większą odporność na zakłócenia oraz mniejsze prawdopodobieństwo wykrycia urządzenia ze względu na silnie kierunkowy charakter emisji wiązki. Wadą tych urządzeń zaś są znacznie mniejsze zasięgi wykrycia celu niż za pomocą stacji radiolokacyjnych oraz silna zależność tych zasięgów od warunków atmosferycznych. Symulatory laserowe Symulatory laserowe są to urządzenia symulujące realne warunki pola walki, umożliwiające prowadzenie szkoleń obsługi uzbrojenia bez użycia amunicji. Zasada działania typowego symulatora laserowego jest następująca. Celowniczy, np. działa czołgowego, wykonuje wszystkie typowe czynności, naprowadza celownik na cel i pociąga za spust. W tym momencie laser, zamontowany równolegle do działa, emituje impuls promieniowania. Jeżeli działo było wycelowane poprawnie, to promieniowanie lasera dociera do układów detekcji zamontowanych na celu, które przesyłają obsługującemu działo sygnał o trafieniu. Mogą być generowane również dodatkowe efekty, np. w postaci dymu pojawiającego się nad celem. Użycie nowoczesnego uzbrojenia do klasycznego szkolenia poligonowego wiąże się z ogromnymi kosztami, zastosowanie symulatorów laserowych pozwala osiągnąć znaczne oszczędności finansowe. Jednocześnie stosowanie symulatorów laserowych znacznie upraszcza prowadzenie szkoleń. Z tych właśnie względów liczba symulatorów laserowych wchodzących do uzbrojenia nowoczesnych armii szybko wzrasta.
System LANTIRN System do nocnej nawigacji i namierzania celu w podczerwieni w locie na małej wysokości LANTIRN firmy Lockhed Martin składa się z dwóch cylindrycznych zasobników umieszczonych na szerokich wysięgnikach pod przednią częścią kadłuba F-15E oraz niektórych F-16. Zasobnik nawigacyjny AAQ-13 waży 430 funtów (195 kg), a zasobnik naprowadzania na cel AAQ-14 540 funtów (245 kg), jednakże oba byłyby bezużyteczne bez oprogramowania integrującego te urządzenia z układami sterowania i uzbrojenia samolotu. LANTIRN wykorzystuje szereg elektrooptycznych i komputerowych technologii, aby załodze myśliwca uderzeniowego zamienić noc na dzień. Kompletny system LANTIRN zwiększa koszt samolotu o około 4 miliony dolarów; nie jest to wysoka cena, biorąc pod uwagę uzyskane możliwości. Zasobnik nawigacyjny AAQ-13 zawiera radar antykolizyjny pracujący w paśmie KU oraz termowizor FLIR, który zamienia ciepło emitowane przez obiekty w widzialny obraz. Dzięki aparaturze umieszczonej w zasobniku powstaje obraz wideo obserwowanej przestrzeni o szerokości kątowej od 21 do 28 stopni oraz symbole ukazywane na wyświetlaczu HUD. Obraz jest ziarnisty, ale wrażenie głębi jest wystarczające, by możliwe było latanie w całkowitych ciemnościach lub w dymie pola bitwy. Deszcz, mgła lub śnieg obniżają jednak efektywność systemu, gdyż aerozole i para wodna tłumią energię podczerwoną. Będący częścią AAQ-13, radar można bezpośrednio połączyć z automatycznym pilotem samolotu w sposób, dzięki któremu jest on w stanie automatycznie utrzymać zadaną wysokość nawet zaledwie 100 stóp (30,5m), lecąc niemal każdym rodzajem terenu. Przy ręcznym trybie pracy wyświetla on na ekranie HUD okienko wskazujące drogę przed samolotem w taki sposób, aby bezpiecznie omijać przeszkody, pilot musi jedynie utrzymać oś samolotu wewnątrz tego okienka. Możliwe jest nawet bezpieczne lądowanie samolotu bez pasa startowego, linie namalowane na jego powierzchni są bowiem widoczne w podczerwieni. Wystarczy proste użycie przełącznika HOTAS na drążku sterowniczym, aby pilot mógł zobaczyć, co dzieje się na lewo, prawo, u góry lub na dole zarówno przy locie poziomym jak i przy zakręcie, w przechyle Inny przełącznik wybiera ciepło czarne (ciepłe miejsca przedstawione są kolorem czarnym) lub ciepło białe, pozwalając pilotowi wybrać, które ustawienie dostarcza pilotowi najlepszego kontrastu obrazu. Zasobnik naprowadzania na cel AAQ-14 zawiera kolejny termowizor umieszczony w wieżyczce obracającej się na dwóch osiach, z możliwością wyboru szerokiego lub wąskiego pola widzenia, oraz laserową stację pomiaru odległości i podświetlania celu. Termowizor zasobnika naprowadzania na cel wyświetla przekazywany obraz na małym ekranie telewizyjnym w kabinie, można go kierować niezależnie od termowizora zasobnika nawigacyjnego i wykorzystać do rozpoznania celu lub ukształtowania terenu ze stosunkowo dużych odległości. Można wtedy używać lasera zamontowanego w zasobniku i oświetlić cele dla bomb naprowadzających laserowo, których przykładem mogą być bomby Paveway. Pozwala on również wziąć na cel ruchome obiekty i śledzić je automatycznie, jak również wskazywać obiekty naziemne, które mają zostać zaatakowane przez pociski rakietowe. Możliwe jest również wyznaczanie kolejnych celów, które mają się stać obiektem następujących po sobie ataków podczas jednego nalotu. Laser wykorzystuje się również do określenia dokładnej odległości samolotu od terenowego znaku orientacyjnego w celu zaktualizowania danych systemu pokładowej nawigacji bezwładnościowej, co jest konieczne, by możliwe stało się użycie jakiejkolwiek broni ( zarówno pocisków kierowanych jak i niekierowanych) w warunkach ograniczonej widoczności. Do potrzeb szkoleniowych moc lasera zasobnika naprowadzania na cel ustawiona jest na poziomie nieszkodliwym dla oczu, co sugeruje, że pełna moc lasera AAQ-14 mogłaby oślepić piechotę. Choć LANTIRN został zaprojektowany do naprowadzania na cel uzbrojenia klasy powietrze-ziemia, system ten może być, oczywiście, wykorzystywany w walce powietrznej. Nowoczesne rosyjskie samoloty taki jak
MiG-29 i Su-27 posiadają termonamierniki zamontowane w niewielkich półkolistych owiewkach z przodu kabiny, które umożliwiają rozpoznanie i naprowadzanie na cel bez włączania radaru, co mogłoby zaalarmować potencjalny obiekt ataku. Zasobnik AAQ-14 ma prawdopodobnie podobne właściwości, choć nie wiadomo, w jakim stopniu oprogramowanie, które wykorzystuje, zostało do tego dostosowane. Podczas Pustynnej Burzy 72 samoloty F-16 było wyposażonych w sprzęt LANTIRN przez dodanie zasobnika nawigacyjnego AAQ-13. LANTIRN umożliwia bezpieczny lot na małej wysokości w nocy, nad pozbawionym cech charakterystycznych terenem pustynnym, bez potrzeby stosowania pomocy urządzeń nawigacyjnych o dużej mocy, takich jak radar mapujący teren, które mogłyby zaalarmować czujniki nieprzyjaciela. Polowanie na SCUD-y podczas walk nad Zatoka Perską przy użyciu samolotów wyposażonych w system LANTIRN Rys.6 Wojny gwiezdne Sagę "Star Wars" szybko zaprzęgnięto do zimnowojennej propagandy. Politykom przypadła do gustu filmowa frazeologia. Prezydent USA, Ronald Reagan, zaczął w swych wystąpieniach nazywać ZSRR "Imperium Zła", a amerykański program zbrojeniowy, tzw. Inicjatywa Obrony Strategicznej, został nazwany "Wojnami Gwiezdnymi". W styczniu 1984 r. Reagan podpisał dyrektywę bezpieczeństwa narodowego nr 119, na mocy której na realizację inicjatywy w ciągu 5 lat przeznaczono kwotę 25 mld dolarów. Początkowo system miał chronić USA przed zmasowanym radzieckim atakiem nuklearnym, jednak w 1991 r. kolejny prezydent George Bush zmienił jego formułę. Odtąd system miał zapewnić także obronę przed ograniczonym atakiem rakietowym (program GPALS - Global Protection Against Limited Strikes). W 1985 r. utworzono Dowództwo Kosmiczne USA i przeprowadzono udaną próbę zniszczenia satelity w przestrzeni
kosmicznej za pomocą rakiety antysatelitarnej. Później wykonywano próby z bronią laserową i rakietami ASAT. Rozmieszczenie pierwszych elementów systemu planowano na lata 1994-1995. Ostatecznie Amerykanie zrezygnowali z projektu w 1993 r. Wydawało się wtedy, że po upadku ZSRR nikt im nie będzie w stanie zagrozić. W następnych latach inicjatywa odżyła w zmodyfikowanej formie Narodowej Obrony Antyrakietowej (NMD), opierającej się na wykorzystaniu satelitów zwiadowczych i dowodzenia oraz rakiet bazujących na lądzie (oraz obecnie na okrętach). Częścią reaganowskich "Wojen Gwiezdnych" miała być broń laserowa. Wpadła ona w oko również twórcom kosmicznej sagi. Na każdym widzu filmów Lucasa wielkie wrażenie wywarły czerwone promienie z dział laserowych, dziesiątkujące zarówno szturmowce Imperium, jak i rebeliantów. Jeśli jednak wierzyć w nie potwierdzone informacje, broni laserowej użyto bojowo znacznie wcześniej niż na ekranie. Już pod koniec lat 60. ubiegłego wieku wykorzystała ją armia byłego ZSRR w konflikcie granicznym z Chinami. Jak wiadomo, efektami działania laserów mogą być oślepienie i poparzenie termiczne. Jednak lasery mają większe możliwości. Wiązką promieni o odpowiednio dużej mocy można zestrzelić (spalić) satelitę krążącego po orbicie (wspomniany projekt "Wojen Gwiezdnych"). Niszczyć można również statki powietrzne, lecz koszt takiego lasera ogranicza jego cele do satelitów i pocisków. Amerykanie budują już prototyp latającego lasera ABL, na platformie Boeinga 747. Światło lasera wykorzystywane jest również przy celowaniu (celowniki laserowe) oraz naprowadzaniu pocisków na cel. Specjalne urządzenia wytwarzają wiązkę promieni niewidoczną gołym okiem. Jeżeli taką wiązkę skierujemy na obiekt, wystrzelony pocisk (nie musi być odpalany z tego samego miejsca; ważne, by nadleciał z odpowiedniej strony) skieruje się w miejsce wskazane przez laser. Takie urządzenia znajdują się w arsenałach wielu armii, także polskiej (choć u nas są stosunkowo nieliczne). Zastosowanie laserów w telekomunikacji wojskowej Wielka ilość informacji wpływającej do sztabów różnych szczebli, konieczność ich analizy, opracowanie i wypracowanie optymalnych decyzji oraz przekazywania ich do niższych szczebli dowodzenia, wszystko to wymaga wysoce szybkich systemów telekomunikacyjnych. Teraz już nie tylko chodzi o to, aby przekazać głosem decyzje dowódcy ale przekazywać trzeba całe sytuacje naniesione na mapy. Wskazuje to na potrzebę włączenia do tego celu systemów opartych na promieniowaniu laserowym. Zasięgi przekazywania informacji rozciąga się tysięcy kilometrów (przy przekazywaniu danych od satelity do satelity) do zasięgów bardzo małych, zabezpieczających łączność na polu bitwy na odległości do kilkuset metrów. Wszystkie rodzaje laserów usiłuje się wykorzystać do tego celu, zgodnie z ich szczególnymi właściwościami. Lasery półprzewodnikowe najdogodniej jest wykorzystywać w systemach wojskowych, w których wymagany jest mały ciężar i wymiary, niska cena i niezbyt duży zasięg łączności. W systemach tych ze znaczną siłą występuje problem współosiowości układów nadawczych odbiorczych. W urządzeniach stacjonarnych nie ma z tym trudności, kłopoty zaczynają się gdy trzyma się urządzenie w ręku. Z tego względu wiązka promieniowania powinna mieć dużą rozbieżność, a układ odbiorczy- duże pole widzenia, ale wtedy znacznie spada zasięg tego urządzenia i wzrasta możliwość podsłuchu. Wyjściem z tej sytuacji jest zastosowanie dodatkowego stabilizowanego zespołu celowniczego. Lasery pracujące z samosynchronizacją modów, generujące impulsy o pikosekundach czasach trwania, mogą być stosowane do przesyłania informacji w kodzie binarnym, przy wykorzystaniu modulacji impulsowo-kodowej (PCM). Polega to na wytłumieniu (wycinaniu)
impulsów z ich ciągu za pośrednictwem komórki Pocklesa. Możliwe jest tu wykorzystanie zarówno laserów na granacie itrowoaluminiowym, jak i na argonie. Można również wykorzystywać lasery barwnikowe w ten sposób, że zespół tych laserów nastrojonych na różne długości fal pobudzony będzie odpowiednio podzielonym promieniowaniem lasera argonowego. Promieniowanie to przed skupieniem na materiale czynnym lasera barwnikowego może być modulowane. Można w ten sposób uruchamiać kilka lub kilkanaście kanałów łączności. Uważa się że sposoby te pozwalają na uzyskanie szybkości przekazywania informacji wynoszącej 10 9 bitów na sekundę. Łącze telefoniczne na laserze półprzewodnikowym Lasery półprzewodnikowe ze względu na małe wymiary i małe zasilanie oraz prosty sposób modulacji znalazły szerokie zastosowanie również i w łączach telefonicznych na małe odległości. Mogą one być wykorzystywane do porozumiewania się żołnierzy widzących się wzajemnie na odległościach do kilku kilometrów. Ze względu na ciasnotę radiową w eterze i skuteczne sposoby zakłócania a także często ze względu na potrzebę zachowania ciszy radiowej-laserowe łącza telefoniczne bliskiego zasięgu mogą być wielce użyteczne na współczesnym polu walki. Urządzenie to może być zamontowane na hełmie żołnierza i zawierać ruchomy wizjer. The Mobile Tactical High Energy Laser Dzisiejsze lasery są wielkie, mało skuteczne i drogie. Opracowany przez US Army i Izrael THEL - Tactical High Energy Laser - zajmuje dwa budynki. Airborne Balistic Laser - YAL-1 - mieści się w Boeingu 747. Dodatkowo na razie obydwa te urządzenia to lasery chemiczne, wykorzystujące do emisji spójnej wiązki światła wysokoenergetyczne reakcje chemiczne środków, które trudno nazwać przyjaznymi dla środowiska, np. związków fluoru. Wprawdzie jeden strzał z YAL-a zainstalowanego na ABL kosztuje zaledwie 50 dolarów, ale korzystanie z chemicznych reagentów ogranicza znacząco liczbę strzałów, które laser może oddać. Mimo to postęp w dziedzinie laserów bojowych jest znaczący. W czasie prób THEL zestrzelił w sumie kilkadziesiąt pocisków z katiuszy ani razu nie chybiając. Celność 100 proc. dla systemu w fazie prób to jest coś, czym nie może się poszczycić żaden system oparty o fizyczne (materialne) pociski. Tymczasem w laboratoriach powstają konstrukcje, które zmienią radykalnie pole walki XXI w. Lasery na wolnych elektronach (FEL - free electron laser) mają wydajność powyżej 90 proc, co oznacza, że ponad 90 proc. energii dostarczonej do lasera jest wyemitowana w wiązce. Wadą FEL-ów jest ich duży rozmiar; konieczne jest zastosowanie systemu akceleracji i deceleracji wiązki elektronowej. Dlatego takie instalacje będą montowane wyłącznie na dedykowanych pojazdach bojowych, czy to latających (następcach ABL) czy też naziemnych (ruchomych, pochodnych THEL-a). Lasery półprzewodnikowe Nd:YAG (kryształy itrowo-glinowe domieszkowane neodymem) mogą mieć wydajność do 30 proc., ale są małe, lekkie i wstrząsoodporne. Jeżeli kiedykolwiek laser zejdzie do roli broni osobistej, to będzie właśnie w wersji półprzewodnikowej. Lasery Nd:YAG lub podobne będą też stosowane we wszelkiego typu przenośnych urządzeniach laserowych w rodzaju dalmierzy, laserowych lokalizatorów optyki czy lidarowych skanerów. YAL-1 na pokładzie ABL wykorzystuje lustro o średnicy 1 metra, ale im większa średnica, tym większy zasięg lasera. Lustra są lepsze od soczewek również z tego powodu, że istnieją dielektryczne lustra, które są w stanie odbić 100 proc. energii wiązki (płacą za to bardzo wąskim przedziałem długości fali, dla których są skuteczne, zatem nie można ich zastosować do obrony przed promieniem lasera). A nawet przy zastosowaniu innych rodzajów luster, nie odbijających 100 proc. energii wiązki, chłodzenie optyki skupiającej w
formie lustra jest znacznie prostsze niż chłodzenie soczewek. Śnieg i deszcz to główni wrogowie lasera. Oczywiście, problemem jest sama atmosfera, pochłaniająca i rozpraszająca energię lasera. Ale stanowiące największy problem "thermal blooming", czyli rozpraszanie energii wiązki przez powietrze rozgrzane przez samą wiązkę, dotyczy głównie laserów o promieniu ciągłym, takich jak THEL czy ABL. Przyszłość stanowią lasery impulsowe, rażące cel serią ultrakrótkich impulsów (np. femtosekundowych). Każdy taki impuls powoduje wybuchowe odparowanie niewielkiej ilości materiału w trafionym miejscu - a po ułamku sekundy w to samo miejsce trafia kolejny impuls. Efekt jest taki, jakby ktoś odpalił w punkcie trafienia serię malutkich ładunków wybuchowych. O ile jednak znaczącą część skutków pochłaniania atmosferycznego można zniwelować przez użycie laserów impulsowych, o tyle unoszące się w powietrzu płyny i ciała stałe - czyli właśnie śnieg, deszcz czy kurz - będą znacząco skracać efektywny zasięg broni. To nie problem dla ABL unoszącego się ponad powierzchnią chmur lub SBL (Space Born Laser) wiszącego na orbicie Ziemi, przeznaczonych do zestrzeliwania rakiet balistycznych, ale dla lasera zamontowanego na podwoziu transportera opancerzonego lub na atomowym lotniskowcu. Koniec lotnictwa? Skuteczna broń laserowa będzie dla pilotów myśliwców równie przykrą niespodzianką, co karabiny maszynowe dla kawalerii. Promieniom lasera nie wywinie się nawet bezzałogowy aparat bojowy UCAV, wyciągający 20 G w ciasnym zakręcie. Zauważmy, iż żaden system stealth nie powoduje, że pojazd bojowy staje się niewidoczny. Systemy lokalizujące oparte o promień lasera - lidary - oraz kilkumetrowej średnicy teleskopy pozwalają na zneutralizowanie stosowanej przez wroga technologii obniżonej wykrywalności. W starciu wielkiego, powolnego Boeinga z dywizjonem F-14 wygra... Boeing, oczywiście przenosząc pokładowy laser, z którego można wystrzelić odpowiednią ilość razy. Wprawdzie zasięg lasera ograniczony jest krzywizną Ziemi do linii horyzontu, ale dla pojazdu latającego przebywającego na dużej wysokości horyzont znajduje się znacznie dalej niż dla osoby idącej po powierzchni ziemi. Ostrzeliwanie takiej laserowej kanonierki rakietami dalekiego zasięgu (na przykład Phoenixów, skoro już używamy jako przykładu F-14) nie rozwiąże problemu. Pokładowy laser zestrzeli je, zanim do niego dolecą. W takich warunkach wysoko latające pojazdy bojowe skazane są na wymarcie. A wtedy lotnictwo zostanie skazane na rolę, której od dawna nie lubi - latanie powolnymi, ciężko opancerzonymi samolotami i śmigłowcami na małej wysokości, najlepiej pod osłoną chmur, i zapewnianie wsparcia bojowego czołgom i piechocie. Wizja ta jest z pewnością mało atrakcyjna dla myśliwców - tak samo jak wizja przesiadki z koni na pojazdy pancerne dla kawalerzystów. Prawa fizyki są jednak nieugięte. Zaś Pentagon wydaje na opracowanie laserów nadających się do zastosowania bojowego dość duże sumy pieniędzy. Ich debiut na polu walki jest więc tylko kwestią czasu.
Rys 7. Schemat działania laserowego działa Rys.8 Tactical High Energy Laser
Rys.9 Tactical High Energy Laser (THEL) Nad poligonem White Sands w Nowym Meksyku (12.2002) dokonano pierwszego przechwycenia i zestrzelenia laserem pocisku lecącego z prędkością naddźwiękową. Naświetlenie trwało kilka sekund, po czym cel został rozerwany na części. Obserwatorzy, wśród których przeważali wysocy oficerowie amerykańskiej armii, byli bardzo zadowoleni. Mówi się nawet o tworzeniu nowej historii, bo odkąd przez siedmioma wiekami na wyposażeniu wojska znalazła się broń palna i artyleria taktyka obrony polegała na schodzeniu z linii ognia, ucieczce, ukrywaniu się przed nadlatującymi pociskami, budowaniu umocnień i bunkrów. Wkrótce wszystko to może się okazać niewystarczające. Laser będzie zdolny przepalić każdy pancerz i zniszczyć pocisk w trakcie lotu.
Pierwsze udane zestrzelenie ma na koncie "Tactical High Energy Laser" (THEL) pierwsza broń z planowanego całego arsenału, który amerykańska armia chce mieć już niedługo na swoim wyposażeniu. Minister Obrony Donald Rumsfeld przyznał temu programowi najwyższy priorytet. W ostatnich latach wiele miliardów dolarów wydano na badania i rozwój. Teraz Rumsfeld chce widzieć efekty. Na najdroższą z broni laserowych Airborne Laser (ABL) wydano już 3,7 mld dolarów. Laser ten, zainstalowany na samolocie, ma być zdolny zniszczyć wycelowane weń rakiety. Zamiast pocisków rakiety będą palone z odległości setek kilometrów przez krótkie impulsy energii o wartości wystarczającej do zaopatrzenia w prąd niewielkiego miasta. Jeszcze w tym dziesięcioleciu amerykańskie lotnictwo chce dysponować flotą 7 samolotów wyposażonych w ABL, które będą w stanie dotrzeć do każdego miejsca potencjalnego konfliktu na Ziemi w ciągu 24 godzin i wziąć na cel rakiety balistyczne we wczesnej fazie lotu. Choć sam laser już działa, to jak dotąd Boeing, Lockheed Martin i TRW wciąż próbują pomieścić wszystkie podzespoły w rufie Jumbo-Jeta. Są to dużych rozmiarów zbiorniki, pompy, układy chłodzenia i elementy adaptywnej optyki, które łącznie ważą 82 tony. Zamieszczam również deane dotyczące systemu(prototypu) SBL pochodzą z bardzo pewnego źródła: Laser type : chemical laser similar to ABL (except it uses deuterium-fluoride instead of oxygen-iodine). SBL is more efficient than the ground based version because the rapid adiabatic expansion take place into the vacuum of space. Laser fuel capacity : 200 to 500 seconds total lasing time Wavelength : 2.7 µm Laser power : 5-10 MW
Orbit height : 800-1,300 km Orbit inclination : 40 Coverage per satellite : about a tenth of the earth's surface Range : 4,000 km (up to 12,000 km) Spot size : 0.3 to 1.0 meter at focus Atmopheric penetration: down to 3,000 meters (limited by IR absorption of H 2 O vapor) Shot duration : 10 seconds Time to switch between targets : 1 second Satellite weight : 35,000 kg, (three times the weight of the Hubble Space Telescope) Configuration or deployment scheme Mirror 20 satellite configuration (ideal) 10 satellites and an equal number of orbiting mirrors that would bounce laser beams to their targets Two ground-based lasers and array of orbiting mirrors 30 meters in diameter (difficult to fit into launch vehicles). Uses a modified mirror developed by NASA for its Next Generation Space Telescope. The 8 meter mirror is segmented so that it can be folded inside a launch vehicle and unfurled in orbit like flower petals. The bigger the mirror, the less lasing power required, and the less laser fuel required. The highly reflective mirror coating eliminates the need for a heavy coolant system. (uncooled optics) Flight prototype: Space Based Laser Readiness Demonstrator (SBLRD) a half-scale SBL Cost: $1.5 billion Schedule: by 2010 Weight: 17,500 kg Length: 20.12 m Diameter: 4.57 m Mirror Diameter: 4.0 Literatura: www.fas.org/spp/starwars/program/index.html www.popularmechanics.com/ www.polska-zbrojna.pl Technika i eksploatacja autorstwa Ppłk dr hab. Inż. Krzysztofa Chrzanowskiego z Wojskowej Akademii Technicznej Instytutu Optoelektroniki www.wiadomosci.tvp.pl