Marinha dos EUA cria armas com base em novos princípios físicos
Parece que a Marinha dos Estados Unidos hoje tem um conjunto suficiente de meios de proteção contra mísseis anti-navio de cruzeiro e balísticos (ASM). No entanto, alguns especialistas militares duvidam que essas defesas sejam capazes de resistir à nova geração de mísseis antinavio alados e balísticos que estão sendo desenvolvidos em vários países, principalmente na China.
Uma rajada para um milhão
O relatório de setembro do US Congress Research Service é dedicado à análise do trabalho no campo da criação de armas com base em novos princípios físicos. Este relatório mostra claramente a preocupação dos especialistas militares de que em uma série de cenários de combate durante ataques massivos por navios de superfície por vários meios de ataque aéreo, a carga de munição existente dos meios tradicionais de defesa pode, em primeiro lugar, não ser suficiente e, em segundo lugar, o o custo dos mísseis navais antiaéreos guiados (SAM) dessa munição será simplesmente incomparável com o custo da arma de ataque.
Os cruzadores de mísseis da Marinha dos EUA são conhecidos por transportar 122 mísseis, enquanto os destróieres transportam 90-96 mísseis. No entanto, parte do número total de armas de mísseis são mísseis de cruzeiro Tomahawk para ataques contra alvos terrestres e armas anti-submarinas. A quantidade restante são mísseis, podendo haver até várias dezenas de unidades. Nesse caso, é preciso levar em consideração: para aumentar a probabilidade de acertar um alvo aéreo, dois mísseis podem ser lançados contra ele, o que aumenta a taxa de consumo de munições. Em lançadores verticais universais (UVPU) de navios, armas de mísseis de vários tipos são instaladas em conjunto e, portanto, a recarga da UVPU só é possível ao retornar à base ou em uma parada.
Se analisarmos o custo de amostras específicas de mísseis transportados por navios da Marinha dos EUA, a defesa de um navio de superfície é cara. Assim, o preço de uma unidade de armas de mísseis antiaéreos para alguns tipos ultrapassa vários milhões de dólares. Por exemplo, mísseis RAM (Rolling Airframe Missile) que custam ao tesouro US $ 0,9 milhões por unidade e mísseis ESSM (Evolved Sea Sparrow Missile) por 1,1-1,5 milhões. Para proteção na zona intermediária de aeronaves e mísseis anti-navio alados, bem como de mísseis anti-navio balísticos na seção final da trajetória, o SM-6 Bloco 1 SAM "Padrão" custando $ 3,9 milhões é usado. Mísseis "Standard" SM-3 Bloco 1B (14 milhões de dólares por unidade) e mísseis "Standard" SM-3 Bloco IIA (mais de 20 milhões) são usados para interceptar mísseis balísticos anti-navio de ataque no meio fora da atmosfera trajetória.
Para melhorar a eficácia das defesas dos navios de superfície, a Marinha dos EUA está trabalhando atualmente em armas a laser, canhões eletromagnéticos e projéteis de hipervelocidade (HPV). A disponibilidade de tais meios tornará possível neutralizar os meios de ataque aéreo e de superfície.
Pelo poder da luz
O trabalho da Marinha no desenvolvimento de lasers militares de alta potência atingiu um nível que lhe permite contrariar certos tipos de alvos de superfície (NC) e aéreos (CC) a uma distância de cerca de 1, 6 quilômetros e iniciar seu desdobramento em navios de guerra (BC) em alguns anos. Lasers embarcados mais potentes, que estarão prontos para implantação nos próximos anos, darão ao BC de superfície da Marinha dos EUA a capacidade de conter o NC e o CC em alcances de cerca de 16 quilômetros. Esses lasers irão, entre outras coisas, fornecer defesa anti-míssil de última linha para o BC contra certos tipos de mísseis balísticos, incluindo o novo míssil balístico anti-navio chinês (ASBM).
A Marinha dos Estados Unidos e o Departamento de Defesa dos Estados Unidos estão desenvolvendo atualmente três tipos de lasers que, em princípio, podem ser usados no BC: um SSL de fibra de estado sólido (laser de estado sólido), um laser de fenda SSL e um laser de elétron livre (FEL) laser. Um dos experientes demonstradores de laser de fibra SSL foi desenvolvido pela Marinha sob o sistema de armas a laser LaWS (Laser Weapon System). Outra variante do laser de fibra SSL da Marinha foi criada no programa Tactical Laser System (TLS). Entre uma série de programas do Departamento de Defesa dos EUA para desenvolver um laser de fenda SSL para fins militares, aparece o programa de laser marinho MLD (Maritime Laser Demonstration).
A Marinha também desenvolveu um protótipo FEL de baixa potência, um laser de elétrons livres, e atualmente está trabalhando em um protótipo desse laser de alta potência.
O relatório enfatiza que embora a Marinha esteja desenvolvendo tecnologias de laser e protótipos de lasers embarcados em potencial, e também tenha uma visão generalizada das perspectivas de seu desenvolvimento posterior, atualmente não existe um programa específico para a compra de versões seriais desses lasers ou de um programa que indicariam datas específicas para a instalação de lasers para certos tipos de casas de apostas.
Conforme observado no relatório, as armas a laser têm certas vantagens e várias desvantagens no combate a vários tipos de ameaças, incluindo mísseis balísticos.
Laser - os profissionais
Entre as vantagens de uma arma laser está a economia. O custo do combustível do navio para gerar eletricidade necessária para disparar um laser eletricamente bombeado acaba sendo menos de um dólar por tiro, enquanto o custo de um sistema de defesa contra mísseis de curto alcance é de 0,9-1,4 milhões de dólares, e os mísseis de longo alcance são vários milhões de dólares. O uso de lasers pode dar ao BC uma alternativa ao destruir alvos menos importantes, como UAVs, enquanto mísseis serão usados para garantir a destruição de alvos mais importantes. BK é um tipo de equipamento naval muito caro, enquanto o inimigo usa meios militares relativamente baratos, pequenos barcos, UAVs, mísseis anti-navio, mísseis balísticos anti-navio contra ele. Portanto, por meio do uso de lasers, é possível alterar a proporção dos custos de defesa do navio. O BC tem uma carga de munição limitada para mísseis e armas de artilharia, cujo uso exigirá uma retirada temporária do navio da batalha para reabastecer a carga de munição. As armas a laser não têm restrições quanto ao número de tiros e podem ser usadas para destruir iscas que são usadas ativamente para usar a munição do navio. Um navio promissor com armas de laser e mísseis acabará sendo mais compacto e menos caro do que um navio URO com um grande número de mísseis em lançadores verticais.
As armas a laser proporcionam um acerto quase instantâneo no alvo, o que elimina a necessidade de calcular a trajetória de interceptação de um alvo de ataque por um míssil anti-míssil. O alvo é desabilitado focalizando um feixe de laser nele por alguns segundos, após os quais o laser pode ser redirecionado para outro objeto. Isso é especialmente importante quando um BC opera na zona costeira, quando pode ser disparado com mísseis, artilharia e morteiros de distâncias relativamente curtas.
As armas a laser podem atingir alvos supermanobráveis que são superiores em características aerodinâmicas aos mísseis antimísseis de navios.
O laser fornece danos colaterais mínimos, especialmente em combates na área do porto. Além das funções de acertar alvos, o laser pode ser usado para detectar e rastrear alvos e afetá-los de forma não letal, fornecendo supressão de sensores optoeletrônicos a bordo.
Desvantagens do laser
Isso inclui a implementação de interceptação apenas dentro da linha de visão do alvo e a impossibilidade de destruir alvos além do horizonte. Restringindo a capacidade de interceptar pequenos objetos em alto mar, o que os esconde nas cristas das ondas.
A intensidade da radiação laser ao passar pela atmosfera é enfraquecida devido à absorção em linhas espectrais de vários componentes atmosféricos ou devido ao espalhamento de Rayleigh, bem como desomogeneidades macroscópicas associadas à turbulência atmosférica ou aquecimento da atmosfera pelo mesmo feixe. Como resultado do espalhamento por tais não homogeneidades, o feixe de laser pode se expandir, o que levará a uma diminuição na densidade de energia - o parâmetro mais importante que caracteriza a letalidade das armas a laser.
Ao repelir um ataque massivo, um laser na nave pode não ser suficiente devido à necessidade de repetidamente redirecioná-lo em um período limitado de tempo. Nesse sentido, será necessário colocar vários lasers no BC do tipo de sistemas de artilharia antiaérea (ZAK) para autodefesa na última linha.
Lasers de quilowatt de baixa potência podem ser menos eficientes do que lasers de megawatt de alta potência quando alvos protegidos (revestimento ablativo, superfícies altamente reflexivas, rotação do corpo, etc.). Aumentar a potência do laser aumentará seu custo e peso. A exposição a um feixe de laser em caso de falha pode causar danos colaterais indesejados e danos à aeronave ou aos satélites.
Tamanho importa
No entanto, os alvos potenciais para armas a laser podem ser sensores optoeletrônicos, incluindo aqueles usados em mísseis anti-navio; pequenos barcos e barcos; mísseis não guiados, projéteis, minas, UAVs, aeronaves tripuladas, mísseis anti-navio, mísseis balísticos, incluindo mísseis anti-navio balísticos.
Lasers com uma potência de saída de cerca de 10 quilowatts podem neutralizar UAVs em intervalos curtos, com uma potência de dezenas de quilowatts - UAVs e barcos de alguns tipos, cem quilowatts de potência - UAVs, barcos, NURs, projéteis e minas, centenas de quilowatts de potência - todos os alvos acima, bem como aeronaves tripuladas e alguns tipos de mísseis guiados, com uma capacidade de vários megawatts - para todos os alvos mencionados anteriormente, incluindo mísseis anti-navio supersônicos e mísseis balísticos em alcances de até 18 quilômetros.
BC com lasers com uma potência de mais de 300 quilowatts podem proteger não só a si próprios, mas também outros navios em sua área de responsabilidade quando, por exemplo, como parte de um grupo de ataque de porta-aviões.
De acordo com a Marinha dos Estados Unidos, cruzadores com sistema de defesa antimísseis Aegis e contratorpedeiros (navios dos tipos CG-47 e DDG-51), bem como navios doca de desembarque de helicópteros (DVKD) do tipo San Antonio LPD-17 possuem um nível de fornecimento de energia para operações de combate usando armas a laser, como LaWS.
Alguns navios da Marinha dos EUA serão capazes de usar lasers do tipo SSL com uma potência de saída de até 100 quilowatts em condições de combate.
Até o momento, a Marinha não possui sistemas de munição com nível suficiente de fornecimento de energia ou capacidade de resfriamento para garantir a operação de lasers SSL com uma potência de saída de mais de 100 quilowatts. Devido às grandes dimensões dos lasers do tipo FEL, eles não podem ser instalados em cruzadores ou contratorpedeiros existentes. As dimensões dos porta-aviões e navios de assalto anfíbio de uso geral (LHA / LHD) com uma grande cabine de comando podem fornecer espaço suficiente para acomodar um laser FEL, mas não têm potência suficiente para suportar um laser FEL megawatt.
Com base nestas condições, a Marinha nos próximos anos terá que determinar os requisitos para os projetos de espaçonaves promissoras e as restrições que lhes são impostas no caso de instalação de lasers navais, em particular lasers SSL com uma potência superior a 100 quilowatts, bem como lasers FEL.
Estas limitações levaram, por exemplo, à conclusão do programa cruzador CG (X), uma vez que este projeto previa a operação de um laser SSL com uma potência superior a 100 quilowatts e / ou um laser FEL da classe megawatt.
Após a conclusão do programa CG (X), a Marinha não anunciou planos futuros para a aquisição de um BC capaz de operar um laser do tipo SSL com potência acima de 100 quilowatts ou um laser FEL.
Portadoras de laser
No entanto, conforme destacado no relatório, as opções de projetos de navios que poderiam expandir a capacidade da Marinha de instalar lasers neles nos próximos anos podem abranger as seguintes opções.
Projetar uma nova variante do contratorpedeiro DDG-51 Flight III, que a Marinha planeja comprar no ano fiscal de 2016, com espaço, energia e capacidade de refrigeração suficientes para suportar um laser SSL com capacidade de 200-300 quilowatts ou mais. Isso exigirá o alongamento do invólucro do DDG-51, bem como espaço para equipamentos a laser e geradores de energia adicionais e unidades de refrigeração.
Projeto e aquisição de um novo contratorpedeiro, que é um desenvolvimento adicional da variante DDG-51 Flight III, que fornecerá um laser SSL com uma potência de saída de 200-300 quilowatts ou mais e / ou um laser FEL megawatt.
Modificação do desenho do UDC, que será adquirido nos próximos anos de forma a garantir o funcionamento de um laser SSL com potência de 200-300 quilowatts ou mais e / ou um laser FEL da classe megawatt.
Modificação, se necessário, do projeto de um novo porta-aviões do tipo "Ford" (CVN-78), de modo que um laser SSL com potência de 200-300 quilowatts ou mais e / ou um laser FEL de classe megawatt pode ser operado.
Em abril de 2013, a Marinha anunciou que planejava instalar armas a laser no USS Ponce, que havia sido convertido de uma embarcação de desembarque em uma experimental para o desenvolvimento tecnológico de armas a laser contra barcos de ataque e VANTs. Em agosto do ano passado, este laser de 30 quilowatts foi instalado neste navio, que está localizado no Golfo Pérsico. De acordo com o Comando Central dos EUA, o laser do navio destruiu com sucesso um barco de alta velocidade e um UAV durante os testes.
Como parte do programa de criação de armas laser embarcadas, a Marinha iniciou um projeto de refinamento tecnológico de uma tecnologia laser de estado sólido SSL-TM (maturação de tecnologia de estado sólido), dentro do qual grupos industriais liderados por BAE Systems, Northrop Grumman) e a Raytheon estão competindo pelo desenvolvimento de um laser embarcado com uma potência de 100-150 quilowatts, eficaz contra pequenos barcos e UAVs.
O Departamento de P&D da Marinha dos Estados Unidos conduzirá uma análise completa dos resultados dos testes do laser no UDC de Pons para seu uso posterior no programa SSL-TM, cujo objetivo é criar um protótipo de laser com uma potência de 100- 150 quilowatts para testes de mar até 2018. Serão determinadas as regras de interceptação e a tecnologia de uso do LaWS em condições de combate, que deverão ser implementadas em armas a laser mais potentes.
Um aumento adicional na potência do laser para 200-300 quilowatts permitirá que esta arma se oponha a alguns tipos de mísseis antinavio alados, e um aumento na potência de saída para várias centenas de quilowatts, bem como até um megawatt ou mais, pode tornar esta arma eficaz contra todos os tipos de mísseis anti-navio alados e balísticos.
Mas mesmo que a arma desenvolvida baseada em lasers de estado sólido tenha poder suficiente para destruir pequenos barcos, barcos e UAVs, mas não possa neutralizar mísseis anti-navio alados ou balísticos, seu aparecimento em navios aumentará sua eficácia de combate. As armas a laser irão, por exemplo, reduzir o consumo de mísseis para interceptar UAVs e aumentar o número de mísseis que podem ser usados para combater mísseis anti-navio.
Pela força de indução
Além dos lasers de estado sólido, a Marinha desenvolve um canhão eletromagnético desde 2005, cuja ideia é aplicar tensão de uma fonte de energia a dois trilhos paralelos (ou coaxiais) de transporte de corrente. Quando o circuito é fechado, colocando-se nos barramentos, por exemplo, um carrinho móvel que conduz corrente e tem bons contatos com os barramentos, é gerada uma corrente elétrica que induz um campo magnético. Este campo cria uma pressão que tende a separar os condutores que formam o circuito. Mas como os maciços pneus-trilhos são fixos, o único elemento móvel é o carrinho, que, sob a influência da pressão, começa a se mover ao longo dos trilhos de forma que o volume ocupado pelo campo magnético aumente, ou seja, na direção de a fonte de alimentação. O aprimoramento dos canhões EM visa aumentar a velocidade final para os números M = 5, 9–7, 4 ao nível do mar.
Inicialmente, a Marinha começou a desenvolver um canhão EM como arma de apoio costeiro direto do Corpo de Fuzileiros Navais durante as operações anfíbias, mas depois reorientou esse programa para criar uma arma EM para proteção contra mísseis anti-navio. A Marinha está atualmente financiando o trabalho da BAe Systems e da General Atomics para criar dois demonstradores de armas EM, que começaram a ser avaliados em 2012. Esses dois protótipos são projetados para lançar projéteis com uma energia de 20-32 MJ, o que proporciona um voo de projétil em uma faixa de 90-185 quilômetros.
Em abril de 2014, a Marinha anunciou planos para instalar um protótipo de canhão EM no ano fiscal de 2016 a bordo do navio de assalto anfíbio rápido multiuso da classe Spiehead JHSV (Joint High Speed Vessel) para testes no mar. Em janeiro de 2015, ficou sabendo dos planos da Marinha de adotar o EM-gun no período 2020-2025. Em abril, foi relatado que a Marinha estava considerando instalar um canhão EM em um novo contratorpedeiro da classe Zumwalt (DDG-1000) em meados da década de 2020.
No final de 2014, o comando dos sistemas navais da Marinha dos EUA NAVSEA (Naval Sea Systems Command) publicou acidentalmente um pedido de informações RFI (Request for Information) para o programa de criação de um poderoso canhão eletromagnético. O pedido foi feito em nome da NAVSEA (PMS 405), do Office of Naval Research (ONR) e da Secretaria de Defesa. Ele apareceu no site do governo FedBizOpps em 22 de dezembro de 2014 e foi cancelado quatro horas depois. Qualquer pessoa que já teve tempo para se familiarizar com o RFI pode ter uma ideia das direções para o desenvolvimento do programa de canhão elétrico EM. Em particular, a indústria e instituições acadêmicas foram convidadas a apresentar suas propostas para o desenvolvimento de um sensor de controle de fogo (FCS) EM-gun para detectar, rastrear e atingir alvos terrestres e aéreos e mísseis balísticos.
De acordo com a RF, o sensor FCS do futuro canhão elétrico EM deve ter um campo de visão de varredura eletrônica de mais de 90 graus (em azimute e no plano vertical), rastrear alvos com uma pequena superfície de espalhamento efetiva (ESR) em um longo alcance, rastreie e acerte alvos balísticos na atmosfera, bloqueie a interferência ambiental (clima, terreno e biológica), garanta o processamento de dados ao repelir um ataque de míssil balístico, fornecendo defesa aérea e atingindo alvos de superfície, simultaneamente rastreando alvos de ataque e projéteis supersônicos lançados, e realizar uma avaliação qualitativa do grau de dano de combate. Além disso, o sensor FCS deve demonstrar o fechamento rápido do circuito de controle de fogo, maior resistência a contramedidas técnicas e táticas, rastreamento de alta velocidade e coleta de dados, bem como prontidão de tecnologia suficiente para criar um protótipo no terceiro trimestre do ano fiscal de 2018, e garantir a prontidão operacional em 2020–2025.
A RFI pediu a empresas industriais e institutos de pesquisa que descrevessem os elementos-chave e a prontidão de suas tecnologias FCS, fornecessem informações sobre sua adequação para aplicações polivalentes, possíveis problemas de integração com sistemas de combate naval existentes e o impacto na cadeia de abastecimento.
Esperava-se que o NAVSEA Surface Warfare Research Center em Dahlgren, Virginia, aceitasse as propostas da indústria entre 21 e 22 de janeiro de 2015, e emitisse uma resposta final em 6 de fevereiro. Mas agora, naturalmente, todas essas datas foram alteradas para a direita.
O Departamento de P&D da Marinha dos EUA iniciou um programa inovador para criar um protótipo de canhão elétrico EM em 2005. Como parte da primeira fase do programa, foi planejado criar um lançador com uma vida útil aceitável e tecnologia de energia de pulso confiável. O trabalho principal foi focado na criação do cano da arma, fonte de alimentação, tecnologia ferroviária. Em dezembro de 2010, o sistema de demonstração desenvolvido pelo SIC em Dahlgren atingiu um recorde mundial de energia na boca de 33 MJ e suficiente para lançar um projétil a uma distância de 204 quilômetros.
O primeiro demonstrador de canhão EM construído por uma empresa industrial pertence à BAe Systems e tem uma capacidade de 32 MJ. Este demonstrador foi trazido para Dahlgren em janeiro de 2012, e um protótipo concorrente da General Atomics chegou alguns meses depois.
Com base nas realizações da primeira fase de trabalho, iniciou-se a segunda fase em 2012, no âmbito da qual os trabalhos se centraram no desenvolvimento de equipamentos e métodos que garantam a cadência de tiro ao nível de 10 disparos por minuto. Para garantir uma cadência de tiro constante, é necessário desenvolver e implementar os métodos mais eficazes de termorregulação de uma arma EM.
Os primeiros testes de um protótipo de EM-gun desenvolvido pela BAe Systems ou General Atomics no mar serão realizados a bordo do navio-catamarã JHSV-3 Millinocket multifuncional de alta velocidade. Eles estão programados para o ano fiscal de 2016 e são de uma única vez. O disparo no modo semiautomático usando o canhão EM embarcado totalmente integrado está programado para 2018.
Projéteis de hipervelocidade
O desenvolvimento do canhão EM também prevê a criação de projéteis de hipervelocidade especiais guiados HVP (projéteis de hipervelocidade), que também podem ser usados como canhões navais padrão de 127 mm e canhões terrestres de 155 mm. Os cruzadores da Marinha dos Estados Unidos, e são 22 deles, têm dois, e os contratorpedeiros (69 unidades) têm um canhão de 127 mm. Três novos contratorpedeiros da classe DDG-1000 Zumvolt em construção têm dois canhões de 155 mm cada.
De acordo com a BAe Systems, o projétil HVP tem um comprimento de 609 milímetros e uma massa de 12,7 kg, incluindo uma carga útil de 6,8 kg. A massa de todo o kit de lançamento HVP é de 18,1 quilos com um comprimento de 660 milímetros. Especialistas da BAe Systems afirmam que a cadência máxima de tiro de projéteis HVP é de 20 tiros por minuto de um canhão Mk45 de 127 mm e 10 tiros por minuto de um promissor canhão destruidor DDG 1000 de 155 mm, designado AGS (sistema de arma avançado). A taxa de tiro do canhão EM é de seis tiros por minuto.
O alcance de tiro dos projéteis HVP do canhão Mk 45 Mod 2 de 127 mm excede 74 quilômetros, e ao disparar do canhão de 155 mm do contratorpedeiro DDG-1000 - 130 quilômetros. Se esses projéteis forem disparados de um canhão EM, o alcance de tiro será de mais de 185 quilômetros.
A solicitação da Marinha por informações de RFI enviada à indústria em julho de 2015 para a fabricação de um protótipo de canhão EM indicou a massa do lançador de projéteis HVP em cerca de 22 quilos.
Quando disparado de um canhão de artilharia de 127 mm, o projétil atinge uma velocidade correspondente ao número M = 3, que é a metade quando disparado de um canhão EM, mas mais do que o dobro da velocidade de um projétil convencional de 127 mm lançado de um canhão do navio Mk 45. Esta velocidade, segundo os especialistas, é suficiente para interceptar pelo menos alguns tipos de mísseis antinavio alados.
A vantagem do conceito de uso do canhão de 127 mm e do projétil HVP é o fato de tais canhões já estarem instalados em cruzadores e contratorpedeiros da Marinha dos Estados Unidos, o que cria as pré-condições para a rápida proliferação de novos projéteis na Marinha como o o desenvolvimento do HVP é concluído e essas armas são integradas aos sistemas de combate dos navios dos tipos acima mencionados.
Por analogia com as armas a laser embarcadas em navios, mesmo que os projéteis de hipervelocidade disparados de canhões de artilharia de 127 mm sejam incapazes de contra-atacar mísseis anti-navio balísticos, eles irão melhorar a eficácia de combate da nave. A presença desses projéteis permitirá o uso de um menor número de mísseis para contra-atacar os mísseis de cruzeiro anti-navio, enquanto aumenta o número de mísseis para interceptar mísseis balísticos anti-navio.
