Anteriormente, examinamos como as tecnologias de laser estão se desenvolvendo, quais armas a laser podem ser criadas para uso no interesse das forças aéreas, forças terrestres e de defesa aérea e da marinha.
Agora precisamos entender se é possível nos defendermos disso e como. Costuma-se dizer que basta cobrir o foguete com um espelho ou polir o projétil, mas infelizmente nem tudo é tão simples.
Um espelho revestido de alumínio típico reflete cerca de 95% da radiação incidente e sua eficiência é altamente dependente do comprimento de onda.
De todos os materiais mostrados no gráfico, o alumínio tem a maior refletância, o que não é de forma alguma um material refratário. Se, quando exposto à radiação de baixa potência, o espelho aquecer ligeiramente, então, quando a radiação poderosa atingir, o material do revestimento do espelho se tornará rapidamente inutilizável, o que levará a uma deterioração em suas propriedades reflexivas e ainda mais aquecimento semelhante a uma avalanche e destruição.
Em comprimentos de onda menores que 200 nm, a eficiência dos espelhos cai drasticamente; contra a radiação ultravioleta ou de raios-X (laser de elétrons livres), tal proteção não funcionará de todo.
Existem materiais artificiais experimentais com 100% de refletividade, mas eles só funcionam para um determinado comprimento de onda. Além disso, os espelhos podem ser cobertos com revestimentos multicamadas especiais que aumentam sua refletividade em até 99,999%. Mas esse método também funciona para apenas um comprimento de onda e incidente em um determinado ângulo.
Não se esqueça que as condições de operação das armas estão longe das de laboratório, ou seja, o foguete espelho ou projétil precisará ser armazenado em um recipiente cheio de um gás inerte. A menor névoa ou mancha, como de impressões de mãos, prejudicará imediatamente a refletividade do espelho.
Deixar o recipiente irá expor imediatamente a superfície do espelho ao ambiente - atmosfera e calor. Se a superfície do espelho não for coberta com uma película protetora, isso levará imediatamente à deterioração de suas propriedades reflexivas e, se for revestido com uma camada protetora, ele próprio deteriorará as propriedades reflexivas da superfície.
Resumindo o que foi dito acima, notamos: a proteção de espelho não é muito adequada para proteção contra armas a laser. E o que então se encaixa?
Até certo ponto, o método de "espalhar" a energia térmica do feixe de laser sobre o corpo, garantindo o movimento de rotação da aeronave (CA) em torno de seu próprio eixo longitudinal, ajudará. Mas este método só é adequado para munições e, até certo ponto, para veículos aéreos não tripulados (UAVs), em menor medida será eficaz quando o laser for irradiado na frente do casco.
Em alguns tipos de objetos protegidos, por exemplo, em bombas planas, mísseis de cruzeiro (CR) ou mísseis guiados antitanque (ATGM) que atacam um alvo voando de cima, este método também não pode ser aplicado. Na maioria das vezes, não rotativas são minas de argamassa. É difícil coletar dados em todas as aeronaves não rotativas, mas tenho certeza de que há muitos deles.
Em qualquer caso, a rotação da aeronave reduzirá apenas ligeiramente o efeito da radiação laser no alvo, porqueo calor transmitido pela poderosa radiação laser ao corpo será transferido para as estruturas internas e posteriormente para todos os componentes da aeronave.
O uso de vapores e aerossóis como contramedidas contra armas a laser também é limitado. Conforme já mencionado nos artigos da série, o uso de lasers contra veículos blindados ou navios terrestres só é possível quando utilizado contra equipamentos de vigilância, a cuja proteção retornaremos. Não é realista queimar o casco de um veículo / tanque de combate de infantaria ou navio de superfície com um feixe de laser em um futuro próximo.
Obviamente, é impossível aplicar proteção contra fumaça ou aerossol contra aeronaves. Devido à alta velocidade da aeronave, a fumaça ou aerossol sempre será soprado de volta pela pressão de ar que se aproxima; em helicópteros, eles serão soprados pelo fluxo de ar da hélice.
Portanto, a proteção contra armas a laser na forma de fumaça pulverizada e aerossóis pode ser exigida apenas em veículos com blindagem leve. Por outro lado, tanques e outros veículos blindados muitas vezes já estão equipados com sistemas padrão para definir cortinas de fumaça para interromper a captura de sistemas de armas inimigas e, neste caso, ao desenvolver enchimentos apropriados, eles também podem ser usados para contra-atacar armas a laser.
Voltando à proteção dos meios de reconhecimento de imagem ótica e térmica, pode-se presumir que a instalação de filtros óticos que impeçam a passagem da radiação laser de um determinado comprimento de onda será adequada apenas na fase inicial para proteção contra armas laser de baixa potência, pelos seguintes motivos:
- em serviço estará uma grande variedade de lasers de diferentes fabricantes operando em diferentes comprimentos de onda;
- um filtro projetado para absorver ou refletir um determinado comprimento de onda, quando exposto a uma radiação poderosa, tem probabilidade de falhar, o que levará à radiação laser que atinge os elementos sensíveis, ou à falha da própria óptica (turvamento, distorção da imagem);
- alguns lasers, em particular o laser de elétrons livres, podem alterar o comprimento de onda operacional em uma ampla faixa.
A proteção de equipamentos de reconhecimento de imagem ótica e térmica pode ser realizada para equipamentos de solo, navios e equipamentos de aviação, por meio da instalação de telas de proteção de alta velocidade. Se for detectada radiação laser, a tela protetora deve cobrir as lentes em uma fração de segundo, mas mesmo assim não garante a ausência de danos aos elementos sensíveis. É possível que o uso generalizado de armas a laser ao longo do tempo exija pelo menos a duplicação de meios de reconhecimento operando no alcance óptico.
Se em grandes porta-aviões a instalação de telas de proteção e meios de duplicação de reconhecimento óptico e térmico é bastante viável, então em armas de alta precisão, especialmente as compactas, isso é muito mais difícil de fazer. Em primeiro lugar, os requisitos de peso e tamanho para proteção são significativamente reforçados e, em segundo lugar, o efeito da radiação laser de alta potência, mesmo com um obturador fechado, pode causar superaquecimento dos componentes do sistema óptico devido ao layout denso, o que levará a ou interrupção completa de sua operação.
Que métodos podem ser usados para proteger com eficácia equipamentos e armas de armas a laser? Existem duas formas principais - proteção ablativa e proteção isolante térmica construtiva.
A proteção de ablação (do latim ablatio - retirada, transporte de massa) é baseada na remoção de uma substância da superfície do objeto protegido por um fluxo de gás quente e / ou na reestruturação da camada limite, que juntas significativamente reduz a transferência de calor para a superfície protegida. Em outras palavras, a energia que chega é gasta no aquecimento, derretimento e evaporação do material protetor.
No momento, a proteção ablativa é ativamente usada em módulos de descida de espaçonaves (SC) e em bicos de motores a jato. Os mais amplamente usados são os plásticos carbonizados à base de fenólico, organossilício e outras resinas sintéticas contendo carbono (incluindo grafite), dióxido de silício (sílica, quartzo) e náilon como cargas.
A proteção contra ablação é descartável, pesada e volumosa, portanto não faz sentido usá-la em aeronaves reutilizáveis (leia-se nem todas as aeronaves tripuladas e a maioria das aeronaves não tripuladas). Sua única aplicação é em projéteis guiados e não guiados. E aqui a questão principal é qual deve ser a espessura da proteção para um laser com uma potência, por exemplo, 100 kW, 300 kW, etc.
Na espaçonave Apollo, a espessura da blindagem varia de 8 a 44 mm para temperaturas de várias centenas a vários milhares de graus. Em algum lugar nesta faixa, a espessura necessária de proteção ablativa de lasers de combate também estará. É fácil imaginar como isso afetará as características de peso e tamanho e, conseqüentemente, o alcance, a manobrabilidade, a massa da ogiva e outros parâmetros da munição. A proteção térmica ablativa também deve resistir a sobrecargas durante o lançamento e manobra, obedecendo às normas dos termos e condições de armazenamento de munições.
A munição não guiada é questionável, uma vez que a destruição desigual da proteção ablativa da radiação laser pode alterar a balística externa, fazendo com que a munição se desvia do alvo. Se a proteção ablativa já for usada em algum lugar, por exemplo, em munições hipersônicas, você terá que aumentar sua espessura.
Outro método de proteção é um revestimento estrutural ou execução da caixa com várias camadas de proteção de materiais refratários que são resistentes às influências externas.
Se fizermos uma analogia com a espaçonave, então podemos considerar a proteção térmica da espaçonave reutilizável "Buran". Em áreas onde a temperatura da superfície é de 371-1260 graus Celsius, um revestimento foi usado consistindo de fibra de quartzo amorfa com pureza de 99,7%, à qual um aglutinante, dióxido de silício coloidal, foi adicionado. O revestimento é realizado em ladrilhos de dois tamanhos standard com espessura de 5 a 64 mm.
Vidro borosilicato contendo um pigmento especial (revestimento branco à base de óxido de silício e alumina brilhante) é aplicado na superfície externa dos ladrilhos para obter um baixo coeficiente de absorção da radiação solar e uma alta emissividade. A proteção contra ablação foi usada no cone do nariz e nas pontas das asas do veículo, onde as temperaturas excedem 1260 graus.
Deve-se ter em mente que com operação prolongada, a proteção das telhas contra a umidade pode ser prejudicada, o que levará à perda da proteção térmica de suas propriedades, portanto não pode ser utilizada diretamente como proteção anti-laser em aeronaves reutilizáveis.
No momento, uma promissora proteção térmica ablativa com mínimo desgaste superficial está sendo desenvolvida, que fornece proteção para aeronaves de temperaturas de até 3000 graus.
Uma equipe de cientistas do Royce Institute da University of Manchester (Reino Unido) e da Central South University (China) desenvolveu um novo material com características aprimoradas que pode suportar temperaturas de até 3000 ° C sem alterações estruturais. Este é um revestimento cerâmico Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, que é sobreposto a uma matriz composta de carbono-carbono. Em termos de características, o novo revestimento supera significativamente as melhores cerâmicas de alta temperatura.
A própria estrutura química da cerâmica resistente ao calor atua como um mecanismo de defesa. A uma temperatura de 2.000 ° C, os materiais Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 e SiC oxidam e se transformam em Zr0.80T0.20O2, B2O3 e SiO2, respectivamente. Zr0.80Ti0.20O2 funde parcialmente e forma uma camada relativamente densa, enquanto os óxidos de baixo ponto de fusão SiO2 e B2O3 evaporam. A uma temperatura mais alta de 2500 ° C, os cristais de Zr0.80Ti0.20O2 são fundidos em formações maiores. A uma temperatura de 3000 ° C, uma camada externa quase absolutamente densa é formada, consistindo principalmente de Zr0.80Ti0.20O2, titanato de zircônio e SiO2.
O mundo também está desenvolvendo revestimentos especiais projetados para proteger contra a radiação laser.
Em 2014, um porta-voz do Exército de Libertação do Povo da China afirmou que os lasers americanos não representam um perigo particular para o equipamento militar chinês revestido com uma camada protetora especial. As únicas questões que permanecem são os lasers de que poder esse revestimento protege e que espessura e massa ele tem.
De maior interesse é um revestimento desenvolvido por pesquisadores americanos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia e da Universidade de Kansas - uma composição de aerossol baseada em uma mistura de nanotubos de carbono e cerâmicas especiais, capaz de absorver efetivamente a luz do laser. Os nanotubos do novo material absorvem luz de maneira uniforme e transferem calor para áreas próximas, baixando a temperatura no ponto de contato com o feixe de laser. As juntas de cerâmica de alta temperatura fornecem o revestimento protetor com alta resistência mecânica e resistência a danos causados por altas temperaturas.
Durante os testes, uma fina camada de material foi aplicada sobre a superfície do cobre e, após a secagem, focou na superfície do material um feixe de laser infravermelho de onda longa, laser utilizado para cortar metais e outros materiais duros.
A análise dos dados coletados mostrou que o revestimento absorveu com sucesso 97,5 por cento da energia do feixe de laser e resistiu a um nível de energia de 15 kW por centímetro quadrado de superfície sem destruição.
Sobre este revestimento, surge a pergunta: em testes, um revestimento protetor foi aplicado a uma superfície de cobre, que por si só é um dos materiais mais difíceis de processamento a laser, devido à sua alta condutividade térmica, não está claro como tal revestimento protetor vai se comportar com outros materiais. Além disso, surgem questões sobre sua resistência máxima à temperatura, resistência a vibrações e cargas de choque, os efeitos das condições atmosféricas e da radiação ultravioleta (sol). O tempo durante o qual a irradiação foi realizada não é indicado.
Outro ponto interessante: se os motores da aeronave também forem recobertos por uma substância de alta condutividade térmica, todo o corpo será aquecido uniformemente a partir deles, o que desmascara ao máximo a aeronave no espectro térmico.
Em qualquer caso, as características da proteção aerossol acima serão em proporção direta ao tamanho do objeto protegido. Quanto maior o objeto protegido e a área de cobertura, mais energia pode ser espalhada sobre a área e fornecida na forma de radiação de calor e resfriamento pelo fluxo de ar incidente. Quanto menor for o objeto protegido, mais espessa deverá ser a proteção. a pequena área não permitirá que o calor suficiente seja removido e os elementos estruturais internos serão superaquecidos.
O uso de proteção contra radiação laser, independente de isolante térmico ablativo ou construtivo, pode reverter a tendência de diminuição do tamanho das munições guiadas, reduzindo significativamente a eficácia das munições guiadas e não guiadas.
Todas as superfícies de apoio e controles - asas, estabilizadores, lemes - terão que ser feitos de materiais refratários caros e difíceis de processar.
Uma questão separada surge na proteção do equipamento de detecção de radar. Na espaçonave experimental "BOR-5", foi testada a blindagem térmica radiotransparente - fibra de vidro com enchimento de sílica, mas não consegui encontrar sua blindagem térmica e suas características dimensionais de massa.
Ainda não está claro se uma formação de plasma de alta temperatura pode surgir como resultado da irradiação com radiação laser potente do cômodo de equipamentos de reconhecimento de radar, embora com proteção contra radiação térmica, que impede a passagem de ondas de rádio, em decorrência de qual o alvo pode ser perdido.
Para proteger a caixa, uma combinação de várias camadas de proteção pode ser usada - resistente ao calor-baixo-condutora de calor por dentro e refletiva-resistente ao calor-altamente condutora de calor por fora. Também é possível que materiais furtivos sejam aplicados sobre a proteção contra a radiação laser, que não será capaz de suportar a radiação laser, e terá que se recuperar dos danos das armas laser caso a própria aeronave sobreviva.
Pode-se presumir que o aprimoramento e a ampla distribuição de armas a laser exigirão o fornecimento de proteção anti-laser para todas as munições disponíveis, tanto guiadas como não guiadas, bem como veículos aéreos tripulados e não tripulados.
A introdução da proteção anti-laser levará inevitavelmente a um aumento no custo, peso e dimensões das munições guiadas e não guiadas, bem como dos veículos aéreos tripulados e não tripulados.
Em conclusão, podemos citar um dos métodos desenvolvidos para combater ativamente um ataque de laser. A Adsys Controls, com sede na Califórnia, está desenvolvendo o sistema de defesa Helios, que supostamente deve derrubar a orientação laser inimiga.
Ao apontar o laser de combate do inimigo para o dispositivo protegido, Helios determina seus parâmetros: potência, comprimento de onda, frequência de pulso, direção e distância até a fonte. Helios impede ainda que o feixe de laser do inimigo se concentre em um alvo, presumivelmente ao apontar um feixe de laser de baixa energia que se aproxima, o que confunde o sistema de mira do inimigo. As características detalhadas do sistema Helios, o estágio de seu desenvolvimento e seu desempenho prático ainda são desconhecidos.
