El programa LaWS de la Marina de los EE. UU. Exploró la posibilidad de utilizar tecnología láser de fibra barata como base para las armas láser que podrían integrarse en las instalaciones Phalanx existentes.
Por primera vez, la Marina de los EE. UU. Está completamente preparada para demostrar el funcionamiento de armas láser de alta energía y recientemente anunció planes para lanzar un prototipo de cañón de riel electromagnético en el mar. Considere el progreso en la próxima generación de armas de pulso
Durante varias décadas, la Marina de los EE. UU. Solo ha estado hablando del despliegue de láseres, sistemas de energía pulsada y armas eléctricas en los barcos. Varias ventajas teóricas muy atractivas (provisiones casi ilimitadas, munición barata y de impacto rápido, y más) contribuyeron a la importante inversión de la comunidad científica y tecnológica de defensa en la creación, desarrollo y demostración de tecnologías relevantes en ese momento. Este proceso ha resultado en una avalancha de publicaciones y patentes, varios prototipos y una serie de ilustres récords mundiales.
Sin embargo, desde un punto de vista técnico, tales armas resultaron ser demasiado difíciles de diseñar y fabricar. La tecnología y los medios técnicos no siempre se ajustaban bien al plazo previsto, y algunas soluciones inicialmente prometedoras resultaron poco prácticas o no funcionaban; las leyes de la física a veces obstaculizaban el progreso.
Aun así, la Marina mantuvo la fe en la ciencia básica, y la asignación prudente de recursos de I + D para mitigar el riesgo y desarrollar tecnologías avanzadas clave recientemente ha comenzado a dar dividendos. De hecho, la Armada se encuentra actualmente a punto de desplegar su primer láser operativo de alta energía (HEL); También está previsto lanzar un prototipo de cañón de riel electromagnético al mar en 2016.
El Contralmirante en Jefe de Investigación Naval Matthew Klunder describe esta arma de alto rendimiento como "el futuro del combate naval", y agregó que la Armada "está a la vanguardia de esta tecnología única".
Sin embargo, vale la pena recordar que las armas de energía dirigida, como los láseres de alta potencia y las microondas de alta potencia, se han estudiado durante más de cuatro décadas. Por ejemplo, la Marina abrió un departamento bajo el programa HEL en 1971 y comenzó el desarrollo, fabricación y prueba de un modelo de demostración militar de un potente HEL (alrededor de un megavatio) con fluoruro de deuterio.
La historia reciente del desarrollo de armas de energía dirigida para la Marina de los EE. UU. Realmente comenzó con el restablecimiento en julio de 2004 de la oficina de programas (PMS 405) para los sistemas de energía direccional y las armas eléctricas del Comando de Sistemas Navales. Este movimiento sirvió como un nuevo impulso para los desarrollos científicos y técnicos, que se pospusieron durante aproximadamente una década en un recuadro etiquetado como "exóticos". No es que la investigación se haya suspendido, sino que la tecnología no ha tenido un camino claro hacia el éxito.
Durante la última década, el PMS 405 ha servido como un centro para la transferencia de tecnología de armas de energía eléctrica y dirigida de los laboratorios a la marina. En este cargo, coordinó la I + D entre los centros de investigación naval, los laboratorios gubernamentales y la industria.
También vale la pena señalar aquí la contribución de la ONR (Oficina de Investigación Naval) y la División de Dahlgren del Establecimiento de Guerra de Superficie Naval (NSWCDD), el Centro de Desarrollo de Guerra de Superficie Naval en Dahlgren. ONR ha supervisado la innovación en la tecnología de pistolas de riel y láser de alta potencia, mientras que NSWCDD se fundó como un "centro de excelencia" para la investigación, el desarrollo y la simulación de energía direccional. Dentro de la Oficina de Investigación de Energía Dirigida, la Oficina de Guerra de Energía Dirigida (DEWO) está trasladando la tecnología HEL desde el espacio de la ciencia y la tecnología al frente naval.
El encanto del láser
En resumen, los sistemas de armas con un potente láser HEL ofrecen muchas ventajas sobre los cañones tradicionales y las municiones guiadas: lanzamiento de un impacto a la velocidad de la luz y un corto tiempo de irradiación del objetivo; impacto escalable (desde letal hasta no letal); precisión de la línea de visión; guiado de alta precisión; readquisición ultrarrápida del objetivo; una revista grande y renovable libre de los peligros y las cargas logísticas asociadas con los artefactos explosivos estándar.
Sin embargo, sobre todo, la perspectiva de un costo muy bajo por disparo, según los cálculos de ONR, significativamente menos de un dólar por disparo, tuvo un efecto fascinante en el mando de la Marina de los EE. UU., Que está buscando formas de continuar financiando.
Al mismo tiempo, a pesar de que a menudo se habla de las cualidades positivas de los sistemas HEL, las complejas tareas de finalizar las armas láser desplegadas en los barcos han perseguido a los físicos e ingenieros durante mucho tiempo. Concentrar el poder en una meta es uno de los principales desafíos. Un arma láser debe poder enfocar un rayo de alta energía en un punto de puntería pequeño y claramente definido en un objetivo para generar impacto. Sin embargo, dados los muchos tipos de objetivos potenciales, la cantidad requerida de energía y el rango en el que se garantizará la destrucción pueden variar significativamente.
El poder no es el único problema. La propagación térmica puede ocurrir cuando un rayo láser emitido durante un período prolongado de tiempo a lo largo de la misma línea de visión calienta el aire por el que pasa, lo que hace que el rayo se disperse y desenfoque. La focalización también se ve dificultada por las propiedades complejas y dinámicas del entorno marino circundante.
A continuación, debe considerar varios problemas de integración con la plataforma. Los prototipos de dispositivos voluminosos tienen un factor de forma grande y los sistemas estándar requieren una reducción significativa para integrarse con plataformas más pequeñas. La integración de armas HEL en buques de guerra también impone nuevos requisitos a la plataforma de transporte en términos de generación de energía, distribución de energía, enfriamiento y disipación de calor.
ONR identificó el Láser de Electrones Libres (FEL) a mediados de la década de 2000 como la mejor solución a largo plazo para el sistema de armas HEL de la nave. Esto se debe a que la longitud de onda del haz FEL se puede ajustar con precisión a las condiciones ambientales predominantes para lograr la mejor "permeabilidad atmosférica".
En este sentido, bajo el liderazgo de ONR, se lanzó el programa Innovative Naval Prototype (INP) con el objetivo de desarrollar un demostrador de clase FEL de 100 kW con una longitud de onda operativa en el rango de 1.0-2.2 micrones. Boeing y Raytheon recibieron contratos anuales paralelos de la Fase IA en abril de 2009 para el diseño preliminar, y Boeing fue seleccionada para continuar la Fase IB en septiembre de 2010, después de lo cual el proyecto avanzó a la fase de revisión crítica del diseño.
Después de completar una revisión crítica de la planta de energía FEL, Boeing se propuso construir y probar la próxima demostración de FEL de 100 kW, diseñada para operar en tres longitudes de onda diferentes. Sin embargo, ONR eliminó el INP en 2011 para canalizar los recursos actuales hacia el desarrollo de un láser de estado sólido (SSL). El trabajo en FEL se centra actualmente en continuar trabajando para reducir los riesgos asociados con este sistema.
El LaWS, designado AN / SEQ-3, se desplegará en Ponce de la Marina de los Estados Unidos durante los próximos meses como un "vehículo de respuesta rápida". Se instalará dispositivo de guía LaWS sobre el puente del barco Ponce
Esta redirección de recursos es una consecuencia de la mayor madurez de la tecnología SSL y la perspectiva de un despliegue acelerado de armas HEL asequibles en la Marina de los EE. UU. ONR y PMS 405 reconocieron este camino de desarrollo para el próximo período de tiempo a mediados de la década de 2000.
Según el contralmirante Klander, el programa SSL "se encuentra entre nuestros programas de ciencia y tecnología de mayor prioridad". Agregó que estas capacidades emergentes son particularmente atractivas porque ofrecen “una solución asequible al costoso problema de protección contra amenazas asimétricas. Es posible que nuestros oponentes ni siquiera aparezcan sabiendo que podemos apuntar con un láser a un objetivo por menos de un dólar por disparo ".
Durante los últimos seis años, el énfasis se ha puesto en el desarrollo de tecnología de estado sólido, como lo demuestran los desarrollos y demostraciones en esta área. Un ejemplo es la demostración de láser marítimo (MLD). En abril de 2011, Northrop Grumman instaló un prototipo de láser SSL en un recipiente de prueba, que derribó un pequeño recipiente objetivo con su rayo. Peter Morrison, director del programa HEL en ONR, dijo que era "la primera vez que se instala un HEL con tales niveles de potencia en un buque de guerra, impulsado por ese barco, y se despliega en un objetivo remoto en el mar".
La demostración de MLD fue la culminación de dos años y medio de diseño, desarrollo, integración y pruebas. En el proyecto MLD, junto con Industry, High Energy Technology Division y Navy Laboratories en Dahlgren, China Lake, Port Huenem y Point Mugu; este proyecto también incorpora desarrollos tomados del programa general de láser de estado sólido de alta potencia.
Mientras tanto, en marzo de 2007, se comenzó a trabajar en un prototipo de sistema de armas láser Laser Weapon System (LaWS), concebido como una adición al complejo Mk 15 Phalanx (CIWS) de corto alcance de 20 mm existente. LaWS aprovechará la tecnología láser comercial de fibra de vidrio para proporcionar un tipo de arma adicional para atacar un subconjunto de objetivos "asimétricos" de bajo costo, tales como vehículos aéreos no tripulados pequeños y barcos de combate rápidos.
El programa LaWS es administrado por PMS 405 en colaboración con la Oficina de Ejecución del Programa de Sistemas de Combate Integrados, DEWO Dahlgren y Raytheon Missile Systems (fabricante original de Phalanx). El programa prevé poner la tecnología láser de fibra de vidrio de bajo costo en el corazón de un arma láser que podría integrarse en una instalación Phalanx existente. Este requisito para la integración del láser con la instalación existente determina su masa hasta 1200-1500 kg. También sería deseable que este armamento adicional no afecte el funcionamiento de la instalación, los ángulos de acimut y elevación, la velocidad máxima de transferencia o la aceleración.
Límites de potencia
Dadas estas limitaciones, la tecnología de láser de fibra comercial lista para usar se ha identificado como la solución más prometedora. Si bien esta tecnología SSL tiene algunas limitaciones de potencia (se van eliminando gradualmente a medida que la tecnología mejora), el uso de láseres de fibra óptica ha permitido reducir el costo no solo de la tecnología de las instalaciones de armas, sino también de la modificación de la tecnología. sistema en instalaciones existentes.
Después de un período inicial de análisis, evaluaciones de mortalidad por amenazas, revisiones de componentes críticos y compensaciones, el equipo de LaWS completó el diseño e implementación del sistema prototipo. Para lograr la potencia suficiente y, en consecuencia, la letalidad a cierta distancia, este tipo de tecnología requiere el uso de un nuevo combinador de haz, que podría combinar seis láseres de fibra de vidrio de 5,4 kW separados en el espacio libre para obtener una mayor intensidad de radiación. en el objetivo.
Con el fin de reducir el costo de este programa, se recolectó una gran cantidad de equipo, previamente desarrollado y comprado para otras tareas de investigación. Esto incluye el soporte de seguimiento L-3 Brashear KINETO K433, un telescopio de 500 mm y sensores infrarrojos de alto rendimiento. Algunos de los componentes se compraron listos para usar, como los propios láseres de fibra.
En marzo de 2009, un sistema LaWS (con un láser de fibra) destruyó proyectiles de mortero en la gama White Sands. En junio de 2009, fueron probados en el Centro de Sistemas de Combate de Aviación Naval, durante el cual el prototipo rastreó, capturó y destruyó cinco vehículos aéreos no tripulados que realizaban el "papel de amenaza" en vuelo.
La siguiente serie de pruebas a gran escala tuvo lugar en mar abierto en mayo de 2010, donde el sistema LaWS destruyó con éxito cuatro objetivos UAV en escenarios "cuerpo a cuerpo" a una distancia de aproximadamente una milla náutica en cuatro intentos. Este evento se denominó significativo en ONR: la primera destrucción de objetivos con un ciclo completo desde la guía hasta un disparo en un entorno de superficie.
Sin embargo, las pruebas en el mar del destructor de misiles DDG-51 USS Dewey (DDG 105) en julio de 2012 dieron confianza a la Marina de los EE. UU. En su deseo de avanzar en un plan de desarrollo acelerado. Durante las pruebas en el destructor Dewey, el sistema LaWS (instalado temporalmente en la cubierta de vuelo del barco) alcanzó con éxito tres objetivos de UAV, estableciendo su récord de captura de objetivos 12 de 12.
Los planes para instalar LaWS, designado AN / SEQ-3 (XN-1), a bordo del USS Ponce que sirve como base flotante avanzada (intermedia) en el Golfo Pérsico, fueron anunciados por el Comandante de Operaciones Navales, Almirante Jonathan Greenert en abril de 2013. del año. AN / SEQ-3 se está implementando como una "capacidad de respuesta rápida" que permitirá a la Marina de los Estados Unidos evaluar la tecnología en el espacio operativo. El experimento está siendo dirigido por la Dirección de Investigación de Operaciones Navales en colaboración con el Comando Central de la Armada / Quinta Flota.
¿Dirigirse a los delegados del Simposio de la Asociación de Flotas de Superficie en enero de 2014? El contralmirante Klunder dijo que era "el primer despliegue operativo de armas de energía dirigida en el mundo". Agregó que el ensamblaje final del LaWS se llevó a cabo en el centro NSWCDD, en el sitio de prueba de Dahlgren, se completaron las pruebas del sistema completo antes de enviarlo al Golfo Pérsico para su instalación en el barco Ponce. Las pruebas en alta mar están programadas para el tercer trimestre de 2014.
Las LaWS se instalarán en la plataforma en la parte superior del Puente Ponce. "El sistema estará completamente integrado con el barco en términos de refrigeración, electricidad y energía", dijo Klander. También estará completamente integrado con el sistema de combate de la nave y el sistema de corto alcance Phalanx CIWS ".
NSWCDD actualizó el sistema y demostró la capacidad de Phalanx CIWS para rastrear y transmitir objetivos al sistema LaWS para un mayor seguimiento y focalización. A bordo del Ponce, el comandante de la ojiva de misiles y artillería trabajará en el panel de control de LaWS.
Los datos recopilados durante la demostración marítima irán al programa SSL TM (SSL Technology Maturation) de la ONR. El objetivo principal del programa SSL TM, lanzado en 2012, es alinear los umbrales y objetivos del programa de ciencia y tecnología con las necesidades futuras de investigación, desarrollo y adquisiciones.
Según ONR, el programa SSL TM consta de "varios eventos de demostración con sistemas prototipo en un espacio competitivo". Se seleccionaron tres grupos de la industria para desarrollar proyectos SSL TM, liderados por Northrop Grumman, BAE Systems y Raytheon; Está previsto que el análisis de los diseños preliminares se complete a finales del segundo trimestre de 2014. La ONR decidirá el año que viene cuáles son las adecuadas para una demostración marina.
Arma de riel en el mar
Junto con el láser, la Marina de los EE. UU. Está considerando el cañón de riel electromagnético como otro sistema de arma de transformación que permite la entrega de proyectiles de ultra alta velocidad a rangos extendidos con una precisión muy alta. La flota planea obtener un alcance inicial de 50-100 millas náuticas, incrementándolo con el tiempo a 220 millas náuticas.
Los cañones electromagnéticos superan las limitaciones de los cañones tradicionales (que utilizan compuestos pirotécnicos químicos para acelerar el proyectil a lo largo de todo el cañón) y ofrecen rangos extendidos, tiempos de vuelo cortos y letalidad del objetivo de alta energía. Al usar el paso de una corriente eléctrica de muy alto voltaje, se crean poderosas fuerzas electromagnéticas, por ejemplo, teóricamente, un cañón electromagnético marino podría disparar proyectiles a una velocidad de más de Mach 7. El proyectil alcanzará muy rápidamente una trayectoria fuera de la atmósfera (vuelo sin resistencia aerodinámica), reingresando a la atmósfera para impactar en el objetivo a una velocidad superior a 5 números Mach.
El programa del prototipo de cañón electromagnético del buque fue lanzado por la ONR en 2005 como principal componente del trabajo científico y tecnológico, en cuyo marco es necesario perfeccionar la tecnología de los cañones ferroviarios para poner en servicio un sistema completamente terminado con la flota alrededor de 2030-2035.
Durante la fase 1 del proyecto innovador del INP, se hizo hincapié en el desarrollo de tecnología de lanzador con una vida útil adecuada, el desarrollo de tecnología de energía pulsada y la reducción del riesgo de los componentes del proyectil. BAE Systems y General Atomics han entregado prototipos de sus cañones de riel a NSWCDD para pruebas y evaluación.
Durante la fase 1 del programa de I + D de cañones electromagnéticos de la Armada, el énfasis está en desarrollar un lanzador con una vida útil suficiente, desarrollar energía pulsada confiable y reducir el riesgo del proyectil. BAE Systems y General Atomics entregan prototipos de cañones de riel al centro de desarrollo de armas para pruebas y evaluación
En la Fase 1 se logró el objetivo de demostrar la configuración experimental, en diciembre de 2010 se obtuvo una energía inicial de 32 MJ; un sistema de armas prometedor con este nivel de energía será capaz de lanzar un proyectil a una distancia de 100 millas náuticas.
BAE Systems recibió un contrato de $ 34.5 millones de ONR para completar la Fase 2 del INP a mediados de 2013, y fue seleccionado primero, dejando atrás al equipo rival de General Atomics. En la etapa de la Fase 2, las tecnologías se finalizarán a un nivel suficiente para la transición al programa de desarrollo. Se mejorará el lanzador y la potencia del pulso, lo que permitirá la transición de disparos únicos a capacidades de disparos múltiples. También se desarrollarán técnicas de regulación térmica para el lanzador y el sistema de energía pulsada, que son necesarias para disparos prolongados. Los primeros prototipos se entregarán durante 2014; BAE Systems lleva a cabo el desarrollo en colaboración con IAP Research y SAIC.
A fines de 2013, ONR otorgó a BAE Systems un contrato separado por valor de $ 33.6 millones para el desarrollo y demostración del proyectil hipersónico Hyper Velocity Projectile (HVP). El HVP se describe como el proyectil guiado de próxima generación. Será un proyectil modular de baja resistencia aerodinámica, compatible con un cañón electromagnético, así como con los sistemas de cañones existentes de 127 mm y 155 mm.
La fase inicial del contrato HVP se completó a mediados de 2014; su objetivo era desarrollar un diseño conceptual y un plan de desarrollo para demostrar un vuelo totalmente controlado. El desarrollo lo llevará a cabo BAE Systems en cooperación con UTC Aerospace Systems y CAES.
El costo de un proyectil HVP que pesa 10,4 kg para un cañón electromagnético se estima en unos 25.000 dólares cada uno; según el almirante Klander, "el proyectil cuesta alrededor de 1/100 del costo del sistema de misiles existente".
En abril de 2014, la Armada confirmó sus planes de demostrar el cañón de riel a bordo de su barco de alta velocidad Millinocket en 2016.
Según el contraalmirante Bryant Fuller, ingeniero jefe del Comando de Sistemas Navales de NAVSEA, esta demostración en el mar incluirá un cañón de riel de 20 MJ (la selección de Fase 1 INP se realizará entre los prototipos fabricados por BAE Systems y General Atomics)..
“En el centro naval de armas de superficie en Dahlgren, hemos disparado cientos de proyectiles desde una instalación costera”, dijo. "La tecnología es lo suficientemente madura a este nivel, por lo que queremos llevarla al mar, ponerla en un barco, realizar pruebas completas, disparar una serie de proyectiles y estudiarlo a partir de la experiencia adquirida".
“Dado que el cañón de riel no se integrará con el barco Millinocket para la demostración de 2016, este barco no sufrirá una modificación extendida para proporcionar estas capacidades”, dijo el Contralmirante Fuller.
Todo el cañón de riel electromagnético consta de cinco partes: un acelerador, un sistema de almacenamiento y almacenamiento de energía, un modelador de pulsos, un proyectil de alta velocidad y un soporte de cañón giratorio.
Para la demostración, el soporte de la pistola y el refuerzo se instalarán en la cubierta de vuelo del barco Millinocket, mientras que el cargador, el sistema de manejo de municiones y el sistema de almacenamiento de energía que consta de varias baterías grandes se ubicarán debajo de la cubierta, probablemente en contenedores en la carga. compartimentos.
La Marina de los EE. UU. Tiene la intención de regresar al mar en 2018 con el objetivo de disparar ráfagas de armas electromagnéticas desde el barco. La integración total con el barco se puede realizar en el mismo 2018.
Como parte de un desarrollo separado, el laboratorio de investigación de la Marina de los EE. UU. A principios de 2014 probó un nuevo cañón de riel de pequeño calibre (una pulgada de diámetro). El primer disparo se realizó el 7 de marzo de 2014. Desarrollado con el apoyo de ONR, este pequeño cañón de riel es un sistema experimental que utiliza tecnología de batería avanzada para disparar múltiples lanzamientos por minuto desde una plataforma móvil.
La Marina de los EE. UU. Planea mostrar el funcionamiento del cañón de riel en el mar durante las pruebas en el Millinocket (JHSV 3) en 2016.
