O programa LaWS da Marinha dos EUA explorou a possibilidade de usar tecnologia de laser de fibra barata como base para armas a laser que poderiam ser integradas às instalações Phalanx existentes.
Pela primeira vez, a Marinha dos Estados Unidos está totalmente preparada para demonstrar a operação de armas a laser de alta energia e recentemente anunciou planos para lançar um protótipo de canhão eletromagnético ferroviário no mar. Considere o progresso na próxima geração de armas de pulso
Por várias décadas, a Marinha dos Estados Unidos tem falado apenas sobre a implantação de lasers, sistemas de energia pulsada e armas elétricas em navios. Uma série de vantagens teóricas muito atraentes - armazéns quase ilimitados, munição barata e impacto rápido e muito mais - contribuíram para o investimento significativo da comunidade de ciência e tecnologia de defesa na criação, desenvolvimento e demonstração de tecnologias relevantes na época. Esse processo resultou em uma enxurrada de publicações e patentes, vários protótipos e uma série de ilustres recordes mundiais.
No entanto, do ponto de vista técnico, essas armas revelaram-se muito difíceis de projetar e fabricar. A tecnologia e os meios técnicos nem sempre se ajustaram bem ao cronograma previsto e algumas soluções inicialmente promissoras se mostraram impraticáveis ou não funcionaram; as leis da física às vezes atrapalhavam o progresso.
Mesmo assim, a Marinha manteve a fé na ciência básica, e a alocação prudente de recursos de P&D para mitigar riscos e desenvolver tecnologias avançadas importantes começou recentemente a render dividendos. Na verdade, a Marinha está atualmente prestes a implantar seu primeiro laser operacional de alta energia (HEL); também está planejado o lançamento de um protótipo de canhão elétrico eletromagnético no mar em 2016.
O contra-almirante-chefe de pesquisa naval Matthew Klunder descreve esta arma de alto rendimento como "o futuro do combate naval", acrescentando que a Marinha "está na vanguarda dessa tecnologia única".
Vale lembrar, no entanto, que armas de energia direcionada, como lasers e microondas de alta potência, vêm sendo estudadas há mais de quatro décadas. Por exemplo, a Marinha abriu um departamento sob o programa HEL em 1971 e começou o desenvolvimento, fabricação e teste de um modelo militar de demonstração de um poderoso HEL com fluoreto de deutério (cerca de um megawatt).
A história recente do desenvolvimento de armas de energia direcionada para a Marinha dos Estados Unidos realmente começou com o restabelecimento em julho de 2004 do escritório do programa (PMS 405) para os sistemas de energia direcional e armas elétricas do Comando de Sistemas Navais. Essa mudança serviu como um novo ímpeto para o desenvolvimento científico e técnico, que foi adiado por cerca de uma década em uma caixa rotulada de "exótico". Não é que a pesquisa tenha sido suspensa, mas a tecnologia não teve um caminho claro para o sucesso.
Na última década, o PMS 405 serviu como um centro para a transferência de tecnologia de armas de energia elétrica e dirigida dos laboratórios para a marinha. Nessa função, ele coordenou P&D entre centros de pesquisa naval, laboratórios governamentais e indústria.
Também vale a pena notar aqui a contribuição do ONR (Office of Naval Research) e da Divisão de Dahlgren do Estabelecimento da Guerra de Superfície Naval (NSWCDD), o Centro de Desenvolvimento da Guerra de Superfície Naval em Dahlgren. O ONR supervisionou a inovação em tecnologia de laser de alta potência e canhão ferroviário, enquanto o NSWCDD foi fundado como um "centro de excelência" para pesquisa, desenvolvimento e simulação de energia direcional. Dentro do Directed Energy Research Office, o Directed Energy Warfare Office (DEWO) está movendo a tecnologia HEL do espaço de ciência e tecnologia para a linha de frente naval.
O charme do laser
Em resumo, os sistemas de armas com um poderoso laser HEL oferecem muitas vantagens em relação aos canhões tradicionais e munições guiadas: emissão de um impacto na velocidade da luz e um curto tempo de irradiação do alvo; impacto escalável (variando de letal a não letal); precisão da linha de visão; orientação de alta precisão; reaquisição super rápida do alvo; uma revista grande e renovável, livre dos perigos e encargos logísticos associados ao material bélico explosivo padrão.
Mas, acima de tudo, a perspectiva de um custo por tiro muito baixo - segundo os cálculos da ONR, significativamente inferior a um dólar por tiro - teve um efeito hipnotizante sobre o comando da Marinha dos Estados Unidos, que busca formas de continuar a financiar.
Ao mesmo tempo, apesar de muitas vezes falarem sobre as qualidades positivas dos sistemas HEL, as complexas tarefas de finalização das armas a laser implantadas em navios têm atormentado físicos e engenheiros por muito tempo. Concentrar o poder em uma meta é um dos principais desafios. Uma arma a laser precisa ser capaz de focalizar um feixe de alta energia em um ponto de mira pequeno e claramente definido em um alvo para causar impacto. No entanto, dados os muitos tipos de alvos potenciais, a quantidade necessária de energia e o alcance em que a destruição será garantida podem variar significativamente.
O poder não é o único problema. A propagação térmica pode ocorrer quando um feixe de laser emitido por um longo período de tempo ao longo da mesma linha de visão aquece o ar por onde passa, fazendo com que o feixe se espalhe e desfoque. A seleção de alvos também é dificultada pelas propriedades complexas e dinâmicas do ambiente marinho circundante.
Em seguida, você precisa considerar várias questões de integração com a plataforma. Dispositivos protótipos volumosos têm um formato grande e os sistemas prontos para uso requerem um downsizing significativo para integração com plataformas menores. A integração de armas HEL em navios de guerra também impõe novos requisitos à plataforma de transporte em termos de geração de energia, distribuição de energia, resfriamento e dissipação de calor.
O ONR identificou o Free Electron Laser (FEL) em meados dos anos 2000 como a melhor solução de longo prazo para o sistema de armas HEL da nave. Isso ocorre porque o comprimento de onda do feixe FEL pode ser ajustado de acordo com as condições ambientais prevalecentes para obter a melhor "permeabilidade atmosférica".
Neste sentido, sob a liderança da ONR, foi lançado o programa Innovative Naval Prototype (INP) com o objetivo de desenvolver um demonstrador FEL classe 100 kW com um comprimento de onda operacional na faixa de 1,0-2,2 mícrons. A Boeing e a Raytheon receberam contratos paralelos anuais da Fase IA em abril de 2009 para projeto preliminar, e a Boeing foi selecionada para continuar a Fase IB em setembro de 2010, após o que o projeto avançou para a fase de revisão crítica do projeto.
Depois de concluir uma revisão crítica da usina FEL, a Boeing começou a construir e testar a próxima demonstração FEL de 100 kW, projetada para operar em três comprimentos de onda diferentes. No entanto, a ONR descartou o INP em 2011 para canalizar os recursos atuais para o desenvolvimento de um laser de estado sólido (SSL). O trabalho no FEL está atualmente focado em continuar o trabalho para reduzir os riscos associados a este sistema.
O LaWS, designado AN / SEQ-3, será implantado no Ponce da Marinha dos EUA nos próximos meses como um "veículo de resposta rápida". O dispositivo de orientação LaWS será instalado sobre a ponte do navio Ponce
Esse redirecionamento de recursos é uma consequência da maior maturidade da tecnologia SSL e da perspectiva de implantação acelerada de armas HEL acessíveis na Marinha dos Estados Unidos. ONR e PMS 405 reconheceram este caminho de desenvolvimento para o próximo período de tempo em meados do final dos anos 2000.
De acordo com o contra-almirante Klander, o programa SSL "está entre nossos programas de ciência e tecnologia de maior prioridade." Ele acrescentou que esses recursos emergentes são particularmente atraentes porque oferecem “uma solução acessível para o caro problema de proteção contra ameaças assimétricas. Nossos oponentes podem nem aparecer sabendo que podemos mirar um laser em um alvo por menos de um dólar por tiro.”
Nos últimos seis anos, a ênfase tem sido no desenvolvimento de tecnologia de estado sólido, conforme evidenciado por desenvolvimentos e demonstrações nesta área. Um exemplo é a Demonstração Marítima de Laser (MLD). Em abril de 2011, a Northrop Grumman instalou um protótipo de laser SSL em um navio de teste, que destruiu um pequeno navio-alvo com seu feixe. Peter Morrison, gerente do programa HEL da ONR, disse que foi "a primeira vez que um HEL com tais níveis de potência foi instalado em um navio de guerra, movido por aquele navio, e implantado em um alvo remoto no mar."
A demonstração MLD foi o culminar de dois anos e meio de design, desenvolvimento, integração e teste. No projeto MLD, junto com a Indústria, a Divisão de Tecnologia de Alta Energia e os Laboratórios da Marinha em Dahlgren, China Lake, Port Huenem e Point Mugu; este projeto também incorpora desenvolvimentos retirados do programa geral de laser de estado sólido de alta potência.
Enquanto isso, em março de 2007, o trabalho começou em um protótipo de sistema de armas a laser Laser Weapon System (LaWS), concebido como uma adição ao complexo existente de curto alcance Mk 15 Phalanx (CIWS) de 20 mm. O LaWS aproveitará as vantagens da tecnologia de laser de fibra de vidro comercial para fornecer um tipo de arma adicional para engajar um subconjunto de alvos "assimétricos" de baixo custo, como pequenos UAVs e barcos de combate rápidos.
O programa LaWS é gerenciado pelo PMS 405 em colaboração com o Integrated Combat Systems Program Execution Office, DEWO Dahlgren e Raytheon Missile Systems (fabricante original do Phalanx). O programa prevê colocar a tecnologia de laser de fibra de vidro de baixo custo no centro de uma arma de laser que poderia ser potencialmente integrada a uma instalação Phalanx existente. Este requisito para a integração do laser com a instalação existente determina sua massa de até 1200-1500 kg. Também seria desejável que este armamento adicional não afetasse o funcionamento da instalação, o azimute e os ângulos de elevação, a velocidade máxima de transferência ou aceleração.
Limites de potência
Dadas essas limitações, a tecnologia de laser de fibra comercial pronta para uso foi identificada como a solução mais promissora. Embora esta tecnologia SSL tenha algumas limitações de potência (estão sendo gradualmente removidas à medida que a tecnologia melhora), o uso de lasers de fibra óptica tornou possível reduzir o custo não só da tecnologia de instalação de armas, mas também da modificação do sistema em instalações existentes.
Após um período inicial de análise, avaliações de mortalidade por ameaças, revisões de componentes críticos e compensações, a equipe do LaWS concluiu o projeto e a implementação do sistema de protótipo. Para atingir potência suficiente e, consequentemente, letalidade a uma certa distância, este tipo de tecnologia requer o uso de um novo combinador de feixe, que poderia combinar seis lasers de fibra de vidro de 5,4 kW separados no espaço livre de modo a obter uma maior intensidade de radiação no alvo.
Para reduzir o custo deste programa, foram recolhidos muitos equipamentos, previamente desenvolvidos e adquiridos para outras tarefas de investigação. Isso inclui o suporte de rastreamento L-3 Brashear KINETO K433, um telescópio de 500 mm e sensores infravermelhos de alto desempenho. Alguns dos componentes foram adquiridos imediatamente, como os próprios lasers de fibra.
Em março de 2009, um sistema LaWS (com um laser de fibra) destruiu projéteis de morteiro na cordilheira White Sands. Em junho de 2009, eles foram testados no Centro de Sistemas de Combate à Aviação Naval, durante o qual o protótipo rastreou, capturou e destruiu cinco UAVs que desempenhavam o "papel de ameaça" em vôo.
A próxima série de testes em grande escala ocorreu em mar aberto em maio de 2010, onde o sistema LaWS destruiu com sucesso quatro alvos UAV em cenários "próximos ao combate" a uma distância de aproximadamente uma milha náutica em quatro tentativas. Este evento foi chamado de significativo no ONR - a primeira destruição de alvos com um ciclo completo desde a orientação até um tiro em um ambiente de superfície.
No entanto, a confiança na Marinha dos Estados Unidos em seu desejo de avançar em um plano de desenvolvimento acelerado foi dada por testes de mar no destruidor de mísseis DDG-51 USS Dewey (DDG 105) em julho de 2012. Durante os testes no contratorpedeiro Dewey, o sistema LaWS (temporariamente instalado no convés de vôo do navio) atingiu com sucesso três alvos UAV, estabelecendo seu recorde de captura de alvos 12 de 12.
Os planos para instalar o LaWS, designado AN / SEQ-3 (XN-1), a bordo do USS Ponce servindo como uma base avançada flutuante (intermediária) no Golfo Pérsico, foram anunciados pelo Comandante de Operações Navais, Almirante Jonathan Greenert em abril de 2013. Do ano. AN / SEQ-3 está sendo implantado como uma "capacidade de resposta rápida" que permitirá à Marinha dos Estados Unidos avaliar a tecnologia no espaço operacional. O experimento está sendo conduzido pela Diretoria de Pesquisa de Operações Navais em colaboração com o Comando Central da Marinha / Quinta Frota.
Dirigindo-se aos delegados para o Simpósio da Associação da Frota de Superfície em janeiro de 2014? O contra-almirante Klunder disse que foi "o primeiro desdobramento operacional de armas de energia dirigida no mundo". Ele acrescentou que a montagem final do LaWS foi realizada no centro NSWCDD, no local de teste de Dahlgren, os testes do sistema completo foram concluídos antes de ser enviado ao Golfo Pérsico para instalação no navio Ponce. Os testes offshore estão programados para o terceiro trimestre de 2014.
O LaWS será instalado no convés no topo da Ponte Ponce. “O sistema será totalmente integrado ao navio em termos de resfriamento, eletricidade e energia”, disse Klander. Ele também será totalmente integrado ao sistema de combate do navio e ao sistema Phalanx CIWS de curto alcance."
O NSWCDD atualizou o sistema e demonstrou a capacidade do Phalanx CIWS de rastrear e transmitir alvos para o sistema LaWS para posterior rastreamento e seleção de alvos. A bordo do Ponce, o comandante do míssil e ogiva de artilharia trabalhará no painel de controle do LaWS.
Os dados coletados durante a demonstração marítima irão para o programa SSL TM (SSL Technology Maturation) do ONR. O principal objetivo do programa SSL TM, lançado em 2012, é alinhar os limites e objetivos do programa de ciência e tecnologia com as necessidades futuras de pesquisa, desenvolvimento e aquisição.
De acordo com o ONR, o programa SSL TM consiste em "vários eventos de demonstração com sistemas protótipos em um espaço competitivo."Três grupos da indústria foram selecionados para desenvolver projetos SSL TM, liderados por Northrop Grumman, BAE Systems e Raytheon; a análise dos projetos de projeto está programada para ser concluída até o final do segundo trimestre de 2014. O ONR decidirá no próximo ano quais são adequados para uma demonstração marinha.
Arma de fogo no mar
Junto com o laser, a Marinha dos Estados Unidos está considerando o canhão eletromagnético ferroviário como outro sistema de arma transformacional que permite o lançamento de projéteis de ultra-alta velocidade em distâncias estendidas com altíssima precisão. A frota planeja obter um alcance inicial de 50-100 milhas náuticas, aumentando ao longo do tempo para 220 milhas náuticas.
Os canhões eletromagnéticos superam as limitações dos canhões tradicionais (que usam compostos químicos pirotécnicos para acelerar o projétil ao longo de todo o comprimento do cano) e oferecem alcance estendido, tempos de vôo curtos e letalidade de alvo de alta energia. Ao usar a passagem de uma corrente elétrica de altíssima tensão, são criadas poderosas forças eletromagnéticas, por exemplo, teoricamente, um canhão eletromagnético marinho poderia disparar projéteis a uma velocidade superior a Mach 7. O projétil alcançará muito rapidamente uma trajetória fora da atmosfera (vôo sem resistência aerodinâmica), reentrando na atmosfera para atingir o alvo a uma velocidade superior a 5 números de Mach.
O programa do canhão eletromagnético do navio protótipo foi lançado pela ONR em 2005 como a principal componente do trabalho científico e tecnológico, no âmbito do qual é necessário aprimorar a tecnologia dos canhões ferroviários para colocar em serviço um sistema totalmente acabado com a frota por volta de 2030-2035.
Durante a fase 1 do projeto inovador do INP, a ênfase foi no desenvolvimento de tecnologia de lançador com uma vida útil adequada, desenvolvendo tecnologia de energia pulsada e reduzindo o risco de componentes de projéteis. BAE Systems e General Atomics entregaram protótipos de seus canhões ferroviários para NSWCDD para teste e avaliação.
Durante a fase 1 do programa de P&D de canhões eletromagnéticos da Marinha, a ênfase está no desenvolvimento de um lançador com uma vida útil suficiente, desenvolvendo energia pulsada confiável e reduzindo o risco para o projétil. BAE Systems e General Atomics entregam protótipos de canhões ferroviários ao centro de desenvolvimento de armas para teste e avaliação
Na Fase 1, o objetivo de demonstrar a montagem experimental foi alcançado, em dezembro de 2010 foi obtida uma energia inicial de 32 MJ; um sistema de armas promissor com este nível de energia será capaz de lançar um projétil a uma distância de 100 milhas náuticas.
A BAE Systems recebeu um contrato de US $ 34,5 milhões da ONR para concluir a Fase 2 do INP em meados de 2013 e foi selecionada em primeiro lugar, deixando para trás a equipe rival General Atomics. No estágio da Fase 2, as tecnologias serão finalizadas em um nível suficiente para a transição para o programa de desenvolvimento. O lançador e a potência de pulso serão aprimorados, permitindo a transição de recursos de disparo único para vários disparos. Também serão desenvolvidas técnicas de regulação térmica do lançador e do sistema de potência pulsada, necessárias para disparos prolongados. Os primeiros protótipos serão entregues durante 2014; o desenvolvimento é realizado pela BAE Systems em colaboração com a IAP Research e a SAIC.
No final de 2013, a ONR concedeu à BAE Systems um contrato separado no valor de US $ 33,6 milhões para o desenvolvimento e demonstração do projétil hipersônico de Hyper Velocity (HVP). O HVP é descrito como o projétil guiado de próxima geração. Será um projétil modular de baixa resistência aerodinâmica, compatível com um canhão eletromagnético, assim como os sistemas de canhão existentes de 127 mm e 155 mm.
A fase inicial do contrato HVP foi concluída em meados de 2014; seu objetivo era desenvolver um projeto conceitual e um plano de desenvolvimento para demonstrar o vôo totalmente controlado. O desenvolvimento será realizado pela BAE Systems em cooperação com a UTC Aerospace Systems e CAES.
O custo de um projétil HVP pesando 10,4 kg para um canhão eletromagnético é estimado em cerca de US $ 25.000 cada; de acordo com o almirante Klander, "o projétil custa cerca de 1/100 do custo do sistema de mísseis existente".
Em abril de 2014, a Marinha confirmou seus planos de demonstrar o canhão ferroviário a bordo de seu navio de alta velocidade Millinocket em 2016.
De acordo com o contra-almirante Bryant Fuller, engenheiro-chefe do NAVSEA Naval Systems Command, esta demonstração no mar incluirá um canhão de 20 MJ (a seleção do INP da Fase 1 será feita entre os protótipos fabricados pela BAE Systems e a General Atomics). Que disparará tiros únicos.
“No centro de armas navais de superfície em Dahlgren, disparamos centenas de projéteis de uma instalação costeira”, disse ele. "A tecnologia é madura o suficiente neste nível, então queremos levá-la para o mar, colocá-la em um navio, conduzir testes completos, atirar em uma série de projéteis e estudá-la com a experiência adquirida."
“Uma vez que o canhão ferroviário não será integrado ao navio Millinocket para a demonstração de 2016, este navio não passará por uma modificação estendida para fornecer esses recursos”, disse o contra-almirante Fuller.
Todo o canhão eletromagnético consiste em cinco partes: um acelerador, um sistema de armazenamento e armazenamento de energia, um formador de pulso, um projétil de alta velocidade e um suporte de canhão rotativo.
Para a demonstração, o suporte da arma e o reforço serão instalados no convés de voo do navio Millinocket, enquanto o carregador, o sistema de manuseio de munições e o sistema de armazenamento de energia consistindo de várias baterias grandes serão localizados abaixo do convés, provavelmente em contêineres na carga compartimentos.
A Marinha dos Estados Unidos pretende retornar ao mar em 2018 com o objetivo de disparar rajadas de armas eletromagnéticas do navio. A integração total com o navio pode ser realizada no mesmo 2018.
Como parte de um desenvolvimento separado, o laboratório de pesquisa da Marinha dos EUA no início de 2014 testou uma nova arma ferroviária de pequeno calibre (uma polegada de diâmetro). O primeiro tiro foi disparado em 7 de março de 2014. Desenvolvido com o apoio do ONR, este pequeno canhão ferroviário é um sistema experimental que usa tecnologia avançada de bateria para disparar vários lançamentos por minuto a partir de uma plataforma móvel.
A Marinha dos EUA planeja mostrar o funcionamento do canhão ferroviário no mar durante os testes no Millinocket (JHSV 3) em 2016.
