Laser de 20 kW da Rheinmetall no Boxer 8x8 apresentado no DSEI 2015
O progresso tecnológico atingiu um marco quando os sistemas de armas a laser montados em veículos se tornaram uma realidade. Vamos dar uma olhada em como esses sistemas de aprimoramento de combate estão evoluindo
Armas montadas em veículos são uma ferramenta de aprimoramento de combate de baixo custo usada tanto por exércitos regulares quanto por formações irregulares “assimétricas” envolvidas em quase todos os conflitos no mundo.
Até recentemente, as opções de instalação de armas em veículos de combate limitavam-se a metralhadoras e sistemas de artilharia de várias formas. No entanto, a situação aqui começou a mudar com o advento de sistemas a laser ou sistemas de energia direcionada com potência suficiente para queimar pequenas aeronaves e munições no ar.
A colocação de unidades de armazenamento de energia volumosas para tais sistemas sempre foi um problema sério, mas desenvolvimentos recentes têm contribuído para a redução dos lasers a um tamanho que permite sua instalação mesmo em um grande jipe.
Revolução tecnológica
A década de 1990 viu uma revolução tecnológica nas comunicações de fibra óptica, acelerando o desenvolvimento de lasers de estado sólido de alta potência, que uma década mais tarde encontraram aplicações em processamento industrial, como marcação, corte, soldagem e fusão.
Esses lasers eram extremamente eficazes de perto, mas era questão de tempo para a indústria encontrar uma maneira de escalar essa tecnologia e criar armas futurísticas que pudessem cortar e derreter alvos a uma distância de várias centenas ou mesmo milhares de metros.
A gigante da defesa americana Lockheed Martin fez exatamente isso. Com base em novas tecnologias para fabricação de semicondutores, células solares e soldagem automotiva, a empresa desenvolveu uma máquina militar a laser que é centenas de vezes mais potente do que suas predecessoras comerciais.
Robert Afzal, pesquisador sênior desta empresa, afirma: “Uma verdadeira revolução está ocorrendo hoje nesta área, preparada por muitos anos de trabalho gigantesco de pesquisadores. E acreditamos que a tecnologia laser está finalmente pronta, no sentido de que agora somos capazes de criar um laser potente e pequeno o suficiente para caber em veículos táticos.”
“Os lasers anteriores eram simplesmente grandes demais - eram estações inteiras. Mas com o advento da tecnologia de laser de fibra de alta eficiência com um feixe de alta qualidade, finalmente temos a peça final do quebra-cabeça para encaixar essas máquinas."
A indústria civil usava lasers da ordem de vários quilowatts, mas Afzal observou que os lasers militares deveriam ter uma potência de 10-100 kW.
"Desenvolvemos uma tecnologia que nos permite dimensionar a potência dos lasers de fibra, não apenas construindo um laser de fibra maior, mas combinando vários módulos da classe de quilowatts para atingir a potência exigida pelos militares."
Ele disse que o laser é baseado na combinação de feixe, um processo que combina vários módulos de laser para formar um feixe de alta qualidade e alta potência que oferece mais eficiência e letalidade do que alguns lasers individuais de 10kW.
Feixe colimado branco
Descrevendo o processo de passar um feixe de luz através de um prisma, refratando em muitos feixes de cores, ele explicou: “Se você tiver vários feixes de laser, cada um com uma cor ligeiramente diferente, entrando neste prisma no ângulo correto, todos eles sairão deste prisma sobreposto e formará um chamado feixe colimado branco."
“Isso é essencialmente o que estamos fazendo, mas em vez de um prisma, usamos outro elemento óptico chamado rede de difração, que desempenha a mesma função. Ou seja, construímos módulos de laser de alta potência, cada um em um comprimento de onda ligeiramente diferente, depois os combinamos, refletindo da rede de difração e, na saída, obtemos um feixe de laser de alta potência."
Afzal disse que, na verdade, tal solução é uma tecnologia de multiplexação por divisão de comprimento de onda do setor de telecomunicações, combinada com lasers de fibra de alta potência de produção industrial.
“O laser de fibra é o laser mais eficiente e poderoso já desenvolvido”, disse ele. - Ou seja, estamos falando de uma eficiência elétrica plena acima de 30%, o que nem se sonhava há 10-15 anos, quando tínhamos uma eficiência de 15-18%. Isso tem muito a ver com energia e resfriamento, portanto, esses sistemas agora podem ficar menores. O laser agora é dimensionado não pela construção de um grande laser, mas pela adição de novos módulos."
O Exército dos EUA recrutou recentemente a Lockheed Martin para criar um sistema de armas a laser de alta potência baseado em sua instalação ATHENA (Advanced Test High Energy Asset), que pode ser montado em um dos veículos táticos leves da empresa.
Durante os testes do ano passado, um protótipo de laser de fibra de 30 kW desligou com sucesso o motor de uma pequena caminhonete, queimando a grade em segundos a uma milha de distância. Para simular as condições reais de operação durante o teste, a picape foi instalada na plataforma com o motor funcionando e a marcha engatada.
Nova geração
Em outubro de 2015, a Lockheed anunciou que havia iniciado a produção de uma nova geração de lasers modulares de alta potência, o primeiro dos quais com capacidade de 60 kW será instalado em um veículo tático do exército americano.
Afzal disse que o Exército quer implantar um laser montado em um veículo para missões antiaéreas, contra mísseis, projéteis de artilharia e morteiros e UAVs. "Estamos olhando para o nível tático de defesa ao invés de defesa antimísseis em um sentido estratégico."
De acordo com a Lockheed, a solução modular permite que a potência seja ajustada de acordo com as necessidades de uma tarefa e ameaça específicas. O exército tem a capacidade de adicionar mais módulos e aumentar a potência de 60 kW para 120 kW.
Afzal continuou: “A arquitetura é dimensionada de acordo com seus requisitos: você quer 30 kW, 50 kW ou 100 kW? É como módulos de servidor em um rack de servidor. Acreditamos que esta seja uma arquitetura flexível - mais adequada para produção em grande escala. Ele permite que você tenha um módulo que você pode recriar indefinidamente, o que permite que você personalize o sistema ao seu gosto."
“O sistema se adapta a qualquer veículo que você queira usar hoje, e é por isso que essa tecnologia é tão impressionante, pois permitirá que a flexibilidade da arquitetura se adapte a diferentes veículos sem muitos ajustes no que você decidir ter. Isso possibilita a obtenção de um sistema de apoio tanto a uma brigada de combate quanto a uma base operacional avançada, por exemplo.”
O sistema usa lasers de fibra comerciais montados em módulos altamente reproduzíveis, tornando-o altamente acessível. O uso de vários módulos de laser de fibra também reduz a probabilidade de pequenos problemas de funcionamento, bem como o custo e o escopo de manutenção e reparo.
Quando questionado sobre quando um laser de combate instalado em um veículo tático pode aparecer no campo de batalha, Afzal sugeriu um prazo aproximado: “Planejamos entregar nosso laser no final de 2016. Depois do qual o exército fará seu trabalho por algum tempo, e então veremos."
A atração do laser
Existem várias características das armas de energia tática dirigida que as tornam muito atraentes para as forças militares modernas, incluindo o baixo custo da "munição" e sua velocidade, precisão e facilidade de uso.
“Em primeiro lugar, essas são armas muito precisas com danos colaterais potencialmente muito baixos, o que é importante”, acrescentou Afzal. "A velocidade da luz permite que você irradie instantaneamente um alvo e, portanto, você pode atingir alvos altamente manobráveis, ou seja, você pode manter o feixe em um alvo que a munição cinética às vezes não consegue controlar."
Talvez a vantagem mais importante seja o baixo custo de um “tiro” eficaz.
“Neste ponto, você não quer gastar caras e poderosas armas cinéticas defensivas em ameaças múltiplas baratas”, continuou Afzal. - Consideramos as armas a laser como um complemento aos sistemas cinéticos. Presumimos que você usará o sistema de laser contra um grande número de ameaças de baixa intensidade de baixa intensidade, deixando seu carregador cinético para o ataque complexo, blindado, ameaças de longo alcance."
Afzal sugere que a arma a laser pode ser implantada no espaço de combate na rede de sensores de controle operacional, que fornecerá a designação de alvo inicial para ela.
“Em primeiro lugar, um determinado sistema deve informar sobre o surgimento de uma ameaça, e então o operador do comando e controle decide qual contramedida usar, determina o alvo, lança um laser nele e bloqueia o alvo de acordo com os dados do radar, após o que o operador, vendo o alvo no monitor, decide trazer se o laser está em ação”.
“Muitos problemas se acumularam nesta área, já que os militares de todo o mundo já fantasiaram sobre armas a laser para si mesmos há décadas, e a questão é por que não as temos hoje. Acho que o principal motivo é que não tínhamos a tecnologia para criar um componente de arma a laser que fosse pequeno e poderoso o suficiente para ser colocado em veículos táticos.”
Etapas finais
Enquanto isso, a Boeing também passou vários anos trabalhando em um Demonstrador Móvel a Laser de Alta Energia (HEL MD) para o Exército dos EUA, que está atualmente nos estágios finais de desenvolvimento. Montado em um chassi de caminhão, um laser direciona um feixe de alta potência contra as ameaças que o exército provavelmente enfrentará, agindo como um sistema de interceptação de mísseis não guiados, projéteis de artilharia, minas e UAVs. Este sistema atingiu até agora tal precisão que pode destruir sensores em drones, como foi mostrado durante a demonstração de um laser de 10 kW no White Sands Proving Ground em 2013 e novamente na Eglin AFB em 2014.
De acordo com as especificações militares, o sistema HEL MD completo consistirá em um laser eficiente de alta potência e subsistemas de serviço pesado para serem instalados em um veículo militar. O sistema poderá levar a cabo, em conjunto com outros meios de destruição, a protecção de certas zonas, sejam bases avançadas, instalações navais, bases aéreas e outras estruturas.
A Boeing está desenvolvendo vários sistemas para integração em um protótipo final que será instalado em um Caminhão Tático de Mobilidade Expandida Pesada (HEMTT) modificado.
Esses subsistemas incluem um laser; controle de feixe; fonte de energia; sistema de controle de troca de calor e sistema de controle de batalha.
O Comando de Defesa Espacial do Exército dos EUA está desenvolvendo o HEL MD em etapas. O laser, a fonte de alimentação e o sistema de troca de calor serão aprimorados nos próximos anos com o objetivo de aumentar a potência e o desenvolvimento tecnológico dos subsistemas.
À medida que a tecnologia se aprimora, a natureza modular dos componentes permitirá a introdução de lasers mais poderosos, integrados com recursos aprimorados de direcionamento e rastreamento.
Ciclo completo
De acordo com a Boeing, o guia de feixe HEL MD fornece cobertura "all-sky" conforme gira 360 ° e é levantado acima do teto do veículo para capturar alvos além do horizonte. A destruição contínua de alvos é simplificada por sistemas de troca de calor e fornecimento de energia.
Todo o sistema funciona com combustível diesel; isto é, tudo o que é necessário para repor a "munição" da arma é um reabastecimento rápido. As baterias de íon-lítio do sistema HEL MD são recarregadas por um gerador a diesel de 60 kW, portanto, enquanto o exército tiver combustível, pode funcionar indefinidamente.
O sistema é controlado pelo motorista do carro e pelo operador da fábrica usando um laptop e um decodificador do tipo Xbox. O modelo de demonstração atual usa um laser de classe de 10 kW. No entanto, em um futuro próximo o laser será instalado na classe de 50 kW, e em mais dois anos sua potência aumentará para 100 kW.
A Boeing desenvolveu anteriormente uma instalação de laser menor para o exército americano e a instalou no carro blindado AN / TWQ-1 Avenger, batizado de Boeing Laser Avenger. Um laser de estado sólido de 1 kW é usado para combater UAVs e neutralizar dispositivos explosivos improvisados (IEDs). O sistema funciona assim: é direcionado a um IED ou munição não detonada na beira da estrada com um aumento gradual da potência do feixe de laser até que o explosivo queime no processo de detonação de baixa potência. Durante os testes em 2009, o sistema Laser Avenger destruiu com sucesso 50 desses dispositivos, semelhantes aos encontrados no Iraque e no Afeganistão. Além disso, foi realizada outra demonstração do funcionamento deste sistema, durante a qual destruiu vários pequenos drones.
Boeing Laser Avenger
Plano de três anos
De acordo com a empresa de defesa alemã Rheinmetall, em três anos, ela vai colocar no mercado seu próprio Laser de Alta Energia (HEL) de alta potência, que está instalado no veículo.
Após uma série de testes realizados na Suíça em 2013, a empresa trabalhou na ampliação das capacidades de software dos módulos beamforming e da própria tecnologia do laser, após o que previu que seu sistema de laser para combate a alvos terrestres, bem como para o solo a defesa aérea pode já estar pronta. em 2018.
Três máquinas foram selecionadas para operar como plataformas móveis de HEL. Junto com o veículo blindado Boxer, o transportador de pessoal blindado M113 modificado com um laser de 1 kW (Mobile HEL Effector Track V) e o caminhão Tatra 8x8 com dois lasers de 10 kW (Mobile HEL Effector Wheel XX) demonstraram suas características.
Todas as três plataformas de laser
O laser de 20 kW instalado no veículo blindado GTK Boxer distingue-se pelo módulo executivo HEL, cuja vantagem está no princípio do design modular. Rheinmetall diz que o Boxer ainda não tinha um laser com mais de 20 kW de potência, embora a combinação de vários lasers usando a tecnologia de alinhamento de feixe pudesse aumentar sua potência total. Além disso, várias unidades Boxer HEL podem ser combinadas para criar um sistema com uma potência efetiva de mais de 100 kW.
Durante os testes de demonstração realizados em 2013, a tripulação do veículo Boxer confirmou as capacidades da instalação do laser HEL, desabilitando a metralhadora pesada instalada na picape sem arriscar o próprio metralhador (foto abaixo). Além disso, trabalhando em conjunto com a estação de radar Skyguard, a instalação em um caminhão Tatra Mobile Effector Wheel XX demonstrou todos os estágios de neutralização de um UAV do tipo helicóptero.
A neutralização dos heliportos foi realizada por meio do radar SkyGuard, que detectou e identificou o alvo. Além disso, a instalação do HEL Boxer recebeu dados dele, executou um rastreamento aproximado e preciso e então capturou o alvo para destruição.
O sistema a laser HEL MD da Boeing está sob contrato com o Comando de Defesa Espacial e Foguete dos Estados Unidos
Pesquisa marinha
A Administração de Pesquisa e Desenvolvimento da Marinha dos Estados Unidos (ONR) está testando seu próprio laser de combate de estado sólido montado em veículo, denominado Energia em Movimento Dirigida de Defesa Aérea Baseada em Terra (GBAD OTM). Na verdade, o sistema é um laser de alta potência montado em um veículo tático e projetado para proteger as forças expedicionárias dos UAVs inimigos.
Dada a crescente proliferação de sistemas aéreos não tripulados, o Corpo de Fuzileiros Navais dos EUA sugere que as unidades de combate serão cada vez mais forçadas a se defender contra oponentes que realizam vigilância e reconhecimento do ar.
O sistema GBAD OTM foi projetado para instalação em veículos táticos leves, como o HMMWV e o JLTV (Joint Light Tactical Vehicle). De acordo com o ONR, o programa GBAD OTM visa criar uma alternativa aos sistemas tradicionais que possam manter os fuzileiros navais de reconhecimento inimigo e drones de ataque. Os componentes do sistema OTM GBAD, incluindo o laser, dispositivo de mira do feixe, baterias, radar, sistema de resfriamento e controle, são desenvolvidos em conjunto pelo ONR, o Centro de Desenvolvimento de Armas de Superfície Dahlgren da Marinha e várias empresas industriais.
O objetivo do programa é combinar todos esses componentes em um único complexo, que será pequeno o suficiente para ser instalado em veículos blindados táticos leves, mas poderoso o suficiente para lidar com as ameaças pretendidas.
Aplicação ampla
Durante a conferência Sea-Air-Space 2015 em Washington, o chefe de programas para a proteção de tropas no ONR, Lee Mastroiani, em uma conversa com repórteres, explicou que os lasers podem efetivamente destruir ameaças em todo o espectro da defesa aérea, incluindo mísseis, granadas de artilharia, munições de morteiros, UAVs, meios de transporte e IEDs. "No entanto, em primeiro lugar, o sistema GBAD é projetado para combater UAVs de pequeno porte que representam uma ameaça às nossas unidades de combate."
“O sistema GBAD OTM consiste em três componentes principais: uma estação de rastreamento por radar de 3 eixos que identifica uma ameaça; unidade de comando e controle que identifica e decide como neutralizar a ameaça em caso de uso de mísseis ou armas de artilharia; e a plataforma real com um laser."
Mastroiani observou que, no caso do programa GBAD, a ênfase está no desenvolvimento de um laser de alta potência para a destruição de UAVs instalados em um veículo de combate leve.
“Há um argumento significativo a favor dessa decisão, que é que tais ameaças são de baixo custo, ou seja, o uso de mísseis caros neste caso não se encaixa em nossa visão do problema. Portanto, usando um laser que custa um centavo por pulso, você pode lutar com segurança contra ameaças baratas com um sistema de armas barato. Em geral, a essência do programa é lutar contra esses alvos, mesmo em movimento, a fim de apoiar as operações de combate do Corpo de Fuzileiros Navais."
Segundo Mastroiani, o ONR utilizou vários componentes da instalação de demonstração LaWS (Laser Weapon System) que a Marinha dos Estados Unidos instalou a bordo do navio Ponce, no Golfo Pérsico.
“Usamos o princípio da prevenção previsível, algumas das principais tecnologias e softwares, mas também existem muitos outros problemas”, acrescentou Mastroiani. - Quanto ao navio USS Ponce, há muito espaço e tudo mais, embora eu tenha muitos problemas com relação às características de peso, tamanho e consumo de energia quando o sistema precisa ser instalado em um veículo tático leve. Eu tenho um dispositivo de guia de feixe, fonte de alimentação, sistemas de resfriamento, orientação e designação de destino, e tudo isso deve funcionar em conjunto e sem "plugues", portanto, muitos problemas diferentes precisam ser resolvidos neste projeto separado."
De acordo com o ONR, alguns dos componentes do sistema foram usados em testes para detectar e rastrear drones de vários tamanhos, e todo o sistema foi testado com um laser de 10kW, que é uma solução intermediária na mudança para um laser de 30kW. Está previsto que os testes de campo do sistema de 30 kW ocorram em 2016, quando o programa iniciará testes abrangentes com o objetivo de passar da simples detecção e rastreamento ao disparo de veículos militares leves.
