Anteriormente, examinamos cómo se están desarrollando las tecnologías láser, qué armas láser se pueden crear para su uso en los intereses de las fuerzas aéreas, las fuerzas terrestres y la defensa aérea, y la marina.
Ahora necesitamos entender si es posible defendernos de él y cómo. A menudo se dice que basta con cubrir el cohete con una capa de espejo o pulir el proyectil, pero desafortunadamente, no todo es tan simple.
Un espejo revestido de aluminio típico refleja aproximadamente el 95% de la radiación incidente y su eficiencia depende en gran medida de la longitud de onda.
De todos los materiales que se muestran en el gráfico, el aluminio tiene la mayor reflectancia, que de ninguna manera es un material refractario. Si, cuando se expone a radiación de baja potencia, el espejo se calienta ligeramente, entonces cuando golpea una radiación poderosa, el material del revestimiento del espejo se volverá rápidamente inutilizable, lo que conducirá a un deterioro en sus propiedades reflectantes y a un mayor calentamiento similar a una avalancha y destrucción.
A longitudes de onda inferiores a 200 nm, la eficiencia de los espejos cae drásticamente; contra la radiación ultravioleta o de rayos X (láser de electrones libres) dicha protección no funcionará en absoluto.
Hay materiales artificiales experimentales con una reflectividad del 100%, pero solo funcionan para una determinada longitud de onda. Además, los espejos se pueden cubrir con revestimientos especiales multicapa que aumentan su reflectividad hasta en un 99,999%. Pero este método también funciona para una sola longitud de onda e incide en un cierto ángulo.
No olvide que las condiciones de funcionamiento de las armas están lejos de las de laboratorio, es decir. el cohete espejo o el proyectil deberá almacenarse en un recipiente lleno de un gas inerte. La más mínima neblina o mancha, como las huellas de las manos, afectará inmediatamente la reflectividad del espejo.
Dejar el contenedor expondrá inmediatamente la superficie del espejo al medio ambiente: atmósfera y calor. Si la superficie del espejo no está cubierta con una película protectora, esto conducirá inmediatamente a un deterioro de sus propiedades reflectantes, y si está recubierta con una capa protectora, deteriorará por sí misma las propiedades reflectantes de la superficie.
Resumiendo lo anterior, observamos: la protección de espejo no es muy adecuada para la protección contra armas láser. ¿Y entonces qué encaja?
Hasta cierto punto, el método de "esparcir" la energía térmica del rayo láser sobre el cuerpo asegurando el movimiento de rotación de la aeronave (AC) alrededor de su propio eje longitudinal ayudará. Pero este método solo es adecuado para municiones y, hasta cierto punto, para vehículos aéreos no tripulados (UAV), en menor medida será efectivo cuando el láser se irradie en la parte delantera del casco.
En algunos tipos de objetos protegidos, por ejemplo, en bombas planeadoras, misiles de crucero (CR) o misiles guiados antitanque (ATGM) que atacan a un objetivo cuando se vuela desde arriba, este método tampoco se puede aplicar. No rotativas, en su mayor parte, son minas de mortero. Es difícil recopilar datos sobre todos los aviones que no giran, pero estoy seguro de que hay muchos.
En cualquier caso, la rotación de la aeronave solo reducirá ligeramente el efecto de la radiación láser en el objetivo, porqueel calor transmitido por la poderosa radiación láser al cuerpo se transferirá a las estructuras internas y luego a todos los componentes de la aeronave.
El uso de humos y aerosoles como contramedidas contra las armas láser también es limitado. Como ya se mencionó en los artículos de la serie, el uso de láseres contra vehículos o barcos blindados terrestres solo es posible cuando se usa contra equipos de vigilancia, a cuya protección volveremos. No es realista quemar el casco de un vehículo / tanque de combate de infantería o un barco de superficie con un rayo láser en un futuro previsible.
Por supuesto, es imposible aplicar protección contra humo o aerosoles contra los aviones. Debido a la alta velocidad de la aeronave, el humo o el aerosol siempre serán devueltos por la presión del aire que se aproxima, en los helicópteros serán arrastrados por el flujo de aire de la hélice.
Por lo tanto, la protección contra las armas láser en forma de humos y aerosoles puede ser necesaria solo en vehículos ligeramente blindados. Por otro lado, los tanques y otros vehículos blindados a menudo ya están equipados con sistemas estándar para colocar cortinas de humo para interrumpir la captura de los sistemas de armas enemigos y, en este caso, cuando se desarrollan los rellenos apropiados, también se pueden usar para contrarrestar las armas láser.
Volviendo a la protección de los medios de reconocimiento de imágenes ópticas y térmicas, se puede suponer que la instalación de filtros ópticos que impidan el paso de la radiación láser de una determinada longitud de onda será adecuada solo en la etapa inicial para la protección contra armas láser de baja potencia. por las siguientes razones:
- estará en servicio una amplia gama de láseres de diferentes fabricantes que operan en diferentes longitudes de onda;
- es probable que un filtro diseñado para absorber o reflejar una determinada longitud de onda, cuando se expone a una radiación potente, falle, lo que provocará que la radiación láser golpee los elementos sensibles o que falle la propia óptica (enturbiamiento, distorsión de la imagen);
- algunos láseres, en particular el láser de electrones libres, pueden cambiar la longitud de onda operativa en un amplio rango.
La protección de los equipos de reconocimiento de imágenes ópticas y térmicas se puede llevar a cabo para equipos terrestres, barcos y equipos de aviación, mediante la instalación de pantallas protectoras de alta velocidad. Si se detecta radiación láser, la pantalla protectora debe cubrir las lentes en una fracción de segundo, pero incluso esto no garantiza la ausencia de daño a los elementos sensibles. Es posible que el uso generalizado de armas láser a lo largo del tiempo requiera al menos la duplicación de los activos de reconocimiento que operan en el rango óptico.
Si en los grandes portaaviones la instalación de pantallas protectoras y medios de duplicación de reconocimiento de imágenes ópticas y térmicas es bastante factible, entonces en armas de alta precisión, especialmente las compactas, esto es mucho más difícil de hacer. En primer lugar, los requisitos de peso y tamaño para la protección se endurecen significativamente y, en segundo lugar, el efecto de la radiación láser de alta potencia incluso con un obturador cerrado puede causar un sobrecalentamiento de los componentes del sistema óptico debido al diseño denso, lo que conducirá a una o interrupción completa de su funcionamiento.
¿Qué métodos se pueden utilizar para proteger eficazmente el equipo y las armas de las armas láser? Hay dos formas principales: protección ablativa y protección termoaislante constructiva.
La protección por ablación (del latín ablatio - quitar, arrastre de masa) se basa en la eliminación de una sustancia de la superficie del objeto protegido mediante una corriente de gas caliente y / o en la reestructuración de la capa límite, que juntas de manera significativa reduce la transferencia de calor a la superficie protegida. En otras palabras, la energía entrante se gasta en calentar, fundir y evaporar el material protector.
Por el momento, la protección ablativa se utiliza activamente en los módulos de descenso de las naves espaciales (SC) y en las boquillas de los motores a reacción. Los más utilizados son los plásticos carbonizados a base de resinas fenólicas, organosilícicas y otras resinas sintéticas que contienen carbono (incluido el grafito), dióxido de silicio (sílice, cuarzo) y nailon como cargas.
La protección contra la ablación es desechable, pesada y voluminosa, por lo que no tiene sentido usarla en aeronaves reutilizables (lea no todas las aeronaves tripuladas y la mayoría de las no tripuladas). Su única aplicación es en proyectiles guiados y no guiados. Y aquí la pregunta principal es qué tan gruesa debe ser la protección para un láser con una potencia, por ejemplo, 100 kW, 300 kW, etc.
En la nave espacial Apollo, el grosor del blindaje varía de 8 a 44 mm para temperaturas de varios cientos a varios miles de grados. En algún lugar de este rango, también se encontrará el espesor requerido de protección ablativa contra los láseres de combate. Es fácil imaginar cómo afectará las características de peso y tamaño y, en consecuencia, el alcance, la maniobrabilidad, la masa de la ojiva y otros parámetros de la munición. La protección térmica ablativa también debe soportar sobrecargas durante el lanzamiento y maniobras, cumplir con las normas de los términos y condiciones de almacenamiento de municiones.
La munición no guiada es cuestionable, ya que la destrucción desigual de la protección ablativa de la radiación láser puede cambiar la balística externa, como resultado de lo cual la munición se desvía del objetivo. Si la protección ablativa ya se usa en algún lugar, por ejemplo, en municiones hipersónicas, tendrá que aumentar su grosor.
Otro método de protección es un revestimiento estructural o ejecución de la carcasa con varias capas protectoras de materiales refractarios resistentes a las influencias externas.
Si hacemos una analogía con las naves espaciales, entonces podemos considerar la protección térmica de la nave espacial reutilizable "Buran". En áreas donde la temperatura de la superficie es de 371 - 1260 grados Celsius, se utilizó un revestimiento que consistía en fibra de cuarzo amorfa con una pureza del 99,7%, a la que se le añadió un aglutinante, dióxido de silicio coloidal. El revestimiento se realiza en forma de baldosas de dos tamaños estándar con un espesor de 5 a 64 mm.
Sobre la superficie exterior de las baldosas se aplica vidrio de borosilicato que contiene un pigmento especial (recubrimiento blanco a base de óxido de silicio y alúmina brillante) para obtener un bajo coeficiente de absorción de la radiación solar y una alta emisividad. Se utilizó protección contra la ablación en el cono de la nariz y las puntas de las alas del vehículo, donde las temperaturas superan los 1260 grados.
Debe tenerse en cuenta que con un funcionamiento prolongado, la protección de las baldosas contra la humedad puede verse afectada, lo que conducirá a la pérdida de protección térmica de sus propiedades, por lo que no se puede utilizar directamente como protección anti-láser en aviones reutilizables.
Por el momento, se está desarrollando una protección térmica ablativa prometedora con un desgaste superficial mínimo, que brinda protección a las aeronaves de temperaturas de hasta 3000 grados.
Un equipo de científicos del Instituto Royce de la Universidad de Manchester (Reino Unido) y de la Universidad Central South (China) ha desarrollado un nuevo material con características mejoradas que puede soportar temperaturas de hasta 3000 ° C sin cambios estructurales. Se trata de un revestimiento cerámico Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, que se superpone a una matriz compuesta de carbono-carbono. En términos de sus características, el nuevo recubrimiento supera significativamente a las mejores cerámicas de alta temperatura.
La propia estructura química de la cerámica resistente al calor actúa como mecanismo de defensa. A una temperatura de 2000 ° C, los materiales Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 y SiC se oxidan y se transforman en Zr0.80T0.20O2, B2O3 y SiO2, respectivamente. Zr0.80Ti0.20O2 se funde parcialmente y forma una capa relativamente densa, mientras que los óxidos de bajo punto de fusión SiO2 y B2O3 se evaporan. A una temperatura más alta de 2500 ° C, los cristales de Zr0.80Ti0.20O2 se fusionan en formaciones más grandes. A una temperatura de 3000 ° C, se forma una capa exterior casi absolutamente densa, compuesta principalmente por Zr0.80Ti0.20O2, titanato de circonio y SiO2.
El mundo también está desarrollando recubrimientos especiales diseñados para proteger contra la radiación láser.
En 2014, un portavoz del Ejército Popular de Liberación de China declaró que los láseres estadounidenses no representan un peligro particular para el equipo militar chino enfundado con una capa protectora especial. Las únicas preguntas que quedan son los láseres de qué poder protege este recubrimiento y qué grosor y masa tiene.
De mayor interés es un recubrimiento desarrollado por investigadores estadounidenses del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y la Universidad de Kansas: una composición en aerosol basada en una mezcla de nanotubos de carbono y cerámicas especiales, capaz de absorber eficazmente la luz láser. Los nanotubos del nuevo material absorben la luz de manera uniforme y transfieren calor a áreas cercanas, lo que reduce la temperatura en el punto de contacto con el rayo láser. Las juntas cerámicas de alta temperatura proporcionan al revestimiento protector una alta resistencia mecánica y resistencia a los daños causados por las altas temperaturas.
Durante la prueba, se aplicó una capa delgada de material a la superficie del cobre y, después de secar, se enfocó en la superficie del material un rayo de un láser infrarrojo de onda larga, un láser utilizado para cortar metal y otros materiales duros.
El análisis de los datos recopilados mostró que el revestimiento absorbió con éxito el 97,5 por ciento de la energía del rayo láser y resistió un nivel de energía de 15 kW por centímetro cuadrado de superficie sin destrucción.
Sobre este recubrimiento, surge la pregunta: en las pruebas, se aplicó un recubrimiento protector a una superficie de cobre, que en sí mismo es uno de los materiales más difíciles para el procesamiento con láser, debido a su alta conductividad térmica, no está claro cómo tal recubrimiento protector se comportará con otros materiales. Asimismo, surgen interrogantes sobre su máxima resistencia a la temperatura, la resistencia a vibraciones y cargas de choque, los efectos de las condiciones atmosféricas y la radiación ultravioleta (sol). No se indica el tiempo durante el cual se llevó a cabo la irradiación.
Otro punto interesante: si los motores de los aviones también están cubiertos con una sustancia con alta conductividad térmica, todo el cuerpo se calentará uniformemente, lo que desenmascara al máximo el avión en el espectro térmico.
En cualquier caso, las características de la protección de aerosoles anterior serán directamente proporcionales al tamaño del objeto protegido. Cuanto mayor sea el objeto protegido y el área de cobertura, más energía se puede dispersar sobre el área y se puede dar en forma de radiación de calor y enfriamiento por el flujo de aire incidente. Cuanto más pequeño sea el objeto protegido, más gruesa deberá ser la protección. el área pequeña no permitirá que se elimine suficiente calor y los elementos estructurales internos se sobrecalentarán.
El uso de protección contra la radiación láser, sin importar el aislamiento térmico ablativo o constructivo, puede revertir la tendencia hacia una disminución en el tamaño de las municiones guiadas, reducir significativamente la eficacia de las municiones guiadas y no guiadas.
Todas las superficies de apoyo y los controles (alas, estabilizadores, timones) deberán estar fabricados con materiales refractarios costosos y difíciles de procesar.
Se plantea una cuestión aparte sobre la protección de los equipos de detección de radar. En la nave espacial experimental "BOR-5", se probó el escudo térmico radio-transparente: fibra de vidrio con un relleno de sílice, pero no pude encontrar sus características de blindaje térmico y dimensiones de masa.
Aún no está claro si puede surgir una formación de plasma a alta temperatura como resultado de la irradiación con poderosa radiación láser del radomo de los equipos de reconocimiento de radar, aunque con protección contra la radiación térmica, que impide el paso de ondas de radio, como resultado de que el objetivo se puede perder.
Para proteger la carcasa, se puede utilizar una combinación de varias capas protectoras: resistente al calor, poco conductor del calor desde el interior y reflectante, resistente al calor, altamente conductor del calor desde el exterior. También es posible que se apliquen materiales furtivos sobre la protección contra la radiación láser, que no podrá resistir la radiación láser, y tendrá que recuperarse del daño de las armas láser en caso de que la aeronave sobreviviera.
Se puede suponer que la mejora y distribución generalizada de armas láser requerirá la provisión de protección anti-láser para todas las municiones disponibles, tanto guiadas como no guiadas, así como vehículos aéreos tripulados y no tripulados.
La introducción de la protección anti-láser conducirá inevitablemente a un aumento en el costo, el peso y las dimensiones de las municiones guiadas y no guiadas, así como de los vehículos aéreos tripulados y no tripulados.
En conclusión, podemos mencionar uno de los métodos desarrollados para contrarrestar activamente un ataque láser. Adsys Controls, con sede en California, está desarrollando el sistema de defensa Helios, que se supone que derriba la guía láser enemiga.
Al apuntar el láser de combate del enemigo al dispositivo protegido, Helios determina sus parámetros: potencia, longitud de onda, frecuencia de pulso, dirección y distancia a la fuente. Helios evita además que el rayo láser del enemigo se enfoque en un objetivo, presumiblemente al apuntar un rayo láser de baja energía que se aproxima, lo que confunde el sistema de objetivos del enemigo. Aún se desconocen las características detalladas del sistema Helios, la etapa de su desarrollo y su desempeño práctico.
