El láser de 20 kW de Rheinmetall en Boxer 8x8 presentado en DSEI 2015
El progreso tecnológico ha alcanzado un hito cuando los sistemas de armas láser montados en vehículos se han convertido en una realidad. Echemos un vistazo a cómo están evolucionando estos sistemas de mejora de combate
Las armas montadas en vehículos son una herramienta de mejora de combate de bajo costo utilizada tanto por ejércitos regulares como por formaciones "asimétricas" irregulares involucradas en casi todos los conflictos del mundo.
Hasta hace poco, las opciones para instalar armas en vehículos de combate se limitaban a ametralladoras y sistemas de artillería de diversas formas. Sin embargo, la situación aquí comenzó a cambiar con el advenimiento de los sistemas láser o sistemas de energía dirigida con suficiente potencia para quemar aviones pequeños y municiones en el aire.
La colocación de voluminosas unidades de almacenamiento de energía para tales sistemas siempre ha sido un problema serio, pero los desarrollos recientes han contribuido a la reducción de los láseres a un tamaño que les permite ser instalados incluso en un jeep grande.
Revolución tecnológica
La década de 1990 vio una revolución tecnológica en las comunicaciones de fibra óptica, acelerando el desarrollo de láseres de estado sólido de alta potencia, que una década más tarde encontraron aplicaciones en el procesamiento industrial como el marcado, corte, soldadura y fusión.
Estos láseres eran extremadamente efectivos a corta distancia, pero era cuestión de tiempo que la industria encontrara una manera de escalar esta tecnología y crear armas futuristas que pudieran cortar y derretir objetivos a una distancia de varios cientos o incluso miles de metros.
El gigante de la defensa estadounidense Lockheed Martin hizo precisamente eso. Basándose en la nueva tecnología para la fabricación de semiconductores, células solares y soldadura automotriz, la compañía ha desarrollado una máquina láser militar que es cientos de veces más poderosa que sus predecesoras comerciales.
Robert Afzal, investigador senior de esta empresa, dice: “Hoy se está produciendo una verdadera revolución en esta área, preparada por muchos años de gigantesco trabajo de investigadores. Y creemos que la tecnología láser finalmente está lista en el sentido de que ahora podemos crear un láser lo suficientemente potente y pequeño como para caber en vehículos tácticos.
“Los láseres anteriores eran simplemente demasiado grandes, eran estaciones enteras. Pero con el advenimiento de la tecnología láser de fibra de alta eficiencia con un rayo de alta calidad, finalmente tenemos la pieza final del rompecabezas para adaptarse a estas máquinas.
La industria civil utilizó láseres del orden de varios kilovatios, pero Afzal señaló que los láseres militares deberían tener una potencia de 10 a 100 kW.
"Hemos desarrollado tecnología que nos permite escalar la potencia de los láseres de fibra, no solo construyendo un láser de fibra más grande, sino combinando varios módulos de clase de kilovatios para lograr la potencia requerida por los militares".
Dijo que el láser se basa en la combinación de haces, un proceso que combina varios módulos láser para formar un haz de alta calidad y alta potencia que ofrece más eficiencia y letalidad que unos pocos láseres individuales de 10 kW.
Haz colimado blanco
Al describir el proceso de pasar un rayo de luz a través de un prisma, refractando en muchas corrientes de colores, explicó: "Si tiene varios rayos láser, cada uno con un color ligeramente diferente, que entran en este prisma exactamente en el ángulo correcto, todos saldrán". de este prisma superpuesto y formará un llamado rayo colimado blanco ".
“Esto es esencialmente lo que estamos haciendo, pero en lugar de un prisma, usamos otro elemento óptico llamado rejilla de difracción, que realiza la misma función. Es decir, construimos módulos láser de alta potencia, cada uno con una longitud de onda ligeramente diferente, luego los combinamos, reflejándolos en la rejilla de difracción, y en la salida obtenemos un rayo láser de alta potencia.
Afzal dijo que, de hecho, dicha solución es una tecnología de multiplexación por división de longitud de onda del sector de las telecomunicaciones, combinada con láseres de fibra de alta potencia de la producción industrial.
“El láser de fibra es el láser más eficiente y poderoso jamás desarrollado”, dijo. - Es decir, estamos hablando de una eficiencia eléctrica total superior al 30%, que ni siquiera se soñaba hace 10-15 años, cuando teníamos una eficiencia del 15-18%. Esto tiene mucho que ver con la energía y la refrigeración, por lo que estos sistemas ahora pueden volverse más pequeños. El láser ahora se escala no construyendo un láser grande, sino agregando nuevos módulos.
El Ejército de los EE. UU. Reclutó recientemente a Lockheed Martin para crear un sistema de armas láser de alta potencia basado en su instalación ATHENA (Advanced Test High Energy Asset), que se puede montar en uno de los vehículos tácticos ligeros de la compañía.
Durante las pruebas del año pasado, un prototipo de láser de fibra de 30 kW apagó con éxito el motor de una pequeña camioneta, quemando la parrilla en segundos desde una milla de distancia. Para simular las condiciones reales de funcionamiento durante la prueba, la camioneta se instaló en la plataforma con el motor en marcha y la marcha engranada.
Nueva generación
En octubre de 2015, Lockheed anunció que había comenzado la producción de una nueva generación de láseres modulares de alta potencia, el primero de los cuales con una capacidad de 60 kW se instalará en un vehículo táctico del ejército estadounidense.
Afzal dijo que el ejército quiere desplegar un láser montado en un vehículo para misiones antiaéreas, misiles de contraataque, proyectiles de artillería y municiones de mortero y vehículos aéreos no tripulados. "Estamos mirando el nivel táctico de defensa en lugar de la defensa antimisiles en un sentido estratégico".
Según Lockheed, la solución modular permite ajustar la potencia de acuerdo con las necesidades de una tarea y amenaza específicas. El ejército tiene la capacidad de agregar más módulos y aumentar la potencia de 60 kW a 120 kW.
Afzal continuó: “La arquitectura se escala de acuerdo con sus requisitos: ¿desea 30 kW, 50 kW o 100 kW? Es como módulos de servidor en un bastidor de servidores. Creemos que se trata de una arquitectura flexible, más adecuada para la producción a gran escala. Te permite tener un módulo que puedes volver a crear una y otra vez, lo que te permite personalizar el sistema a tu gusto.
“El sistema se adapta a cualquier vehículo que quieras usar hoy, y es por eso que esta tecnología es tan impresionante porque permitirá la flexibilidad de la arquitectura para adaptarse a diferentes vehículos sin modificar mucho lo que decidas tener. Esto hace posible obtener un sistema para brindar apoyo tanto a una brigada de combate como a una base operativa avanzada, por ejemplo.
El sistema utiliza láseres de fibra comerciales ensamblados en módulos altamente reproducibles, lo que lo hace muy asequible. El uso de varios módulos de láser de fibra también reduce la probabilidad de fallas menores, así como el costo y alcance del mantenimiento y reparación.
Cuando se le preguntó cuándo podría aparecer un láser de combate instalado en un vehículo táctico en el campo de batalla, Afzal sugirió un período de tiempo aproximado: “Planeamos entregar nuestro láser a fines de 2016. Después de lo cual el ejército hará su trabajo durante algún tiempo, y luego veremos.
La atracción del láser
Hay varias características de las armas tácticas de energía dirigida que las hacen muy atractivas para las fuerzas militares modernas, incluido el bajo costo de las "municiones" y su velocidad, precisión y facilidad de uso.
"En primer lugar, se trata de armas muy precisas con un daño colateral potencialmente muy bajo, lo cual es importante", agregó Afzal. "La velocidad de la luz te permite irradiar instantáneamente un objetivo y, por lo tanto, puedes alcanzar objetivos muy maniobrables, es decir, puedes mantener el rayo en un objetivo que la munición cinética a veces no puede manejar".
Quizás la ventaja más importante es el bajo costo de un "disparo" efectivo.
“En este punto, no querrás gastar armas cinéticas defensivas costosas y poderosas en múltiples amenazas baratas”, continuó Afzal. - Consideramos las armas láser como una adición a los sistemas cinéticos. Suponemos que utilizará el sistema láser contra una gran cantidad de amenazas de baja intensidad y baja intensidad, dejando su cargador cinético para las amenazas complejas, blindadas y de largo alcance.
Afzal sugiere que el arma láser se puede desplegar en el espacio de combate en la red de sensores de control operacional, lo que proporcionará la designación inicial del objetivo.
“En primer lugar, un determinado sistema debe informar sobre la aparición de una amenaza, y luego el operador del comando y control decide qué contramedida utilizar, determina el objetivo, le arroja un láser y bloquea el objetivo de acuerdo con los datos del radar., tras lo cual el operador, al ver el objetivo en el monitor, decide indicar si el láser está en acción”.
“Se han acumulado muchos problemas en esta área, ya que los militares de todo el mundo ya han fantaseado con armas láser para sí mismos hace décadas, y la pregunta es por qué no las tenemos hoy. Creo que la razón principal es que no teníamos la tecnología para crear un componente de arma láser que fuera lo suficientemente pequeño y poderoso como para colocarlo en vehículos tácticos.
Etapas finales
Mientras tanto, Boeing también ha pasado varios años trabajando en un demostrador móvil láser de alta energía (HEL MD) para el Ejército de los EE. UU., Que actualmente se encuentra en las etapas finales de desarrollo. Montado en el chasis de un camión, un láser dirige un rayo de alta potencia hacia las amenazas con las que es probable que se enfrente el ejército, actuando como un sistema de interceptación de misiles no guiados, proyectiles de artillería, minas y vehículos aéreos no tripulados. Hasta ahora, este sistema ha logrado tal precisión que puede destruir sensores en drones, como se demostró durante la demostración de un láser de 10 kW en el campo de pruebas White Sands en 2013 y nuevamente en Eglin AFB en 2014.
De acuerdo con las especificaciones militares, el sistema HEL MD completo consistirá en un láser de alta eficiencia energética y subsistemas de alta resistencia que se instalarán en un vehículo militar. El sistema podrá realizar, junto con otros medios de destrucción, la protección de determinadas zonas, ya sean bases de avanzada, instalaciones navales, bases aéreas y otras estructuras.
Boeing está desarrollando varios sistemas para integrarlos en un prototipo final que se instalará en un Camión Táctico de Movilidad Ampliada Pesada (HEMTT) modificado.
Estos subsistemas incluyen un láser; control de haz; fuente de alimentación; sistema de control de intercambio de calor y sistema de control de batalla.
El Comando de Defensa Espacial del Ejército de EE. UU. Está desarrollando el HEL MD en etapas. El láser, la fuente de alimentación y el sistema de intercambio de calor se mejorarán en los próximos años con el objetivo de incrementar la potencia y el desarrollo tecnológico de los subsistemas.
A medida que la tecnología mejore, la naturaleza modular de los componentes permitirá la introducción de láseres más potentes, integrados con capacidades mejoradas de orientación y seguimiento.
Ciclo completo
Según Boeing, la guía de haz HEL MD proporciona una cobertura de "todo el cielo" a medida que gira 360 ° y se eleva por encima del techo del vehículo para capturar objetivos sobre el horizonte. La destrucción continua de objetivos se simplifica mediante el intercambio de calor y los sistemas de suministro de energía.
Todo el sistema funciona con combustible diesel; es decir, todo lo que se necesita para reponer la "munición" del arma es un reabastecimiento rápido de combustible. Las baterías de iones de litio del sistema HEL MD se recargan con un generador diésel de 60 kW, por lo tanto, mientras el ejército tenga combustible, puede funcionar indefinidamente.
El sistema es controlado por el conductor del automóvil y el operador de la planta mediante una computadora portátil y un decodificador tipo Xbox. El modelo de demostración actual utiliza un láser de clase de 10 kW. Sin embargo, en un futuro próximo, el láser se instalará en la clase de 50 kW, y en otros dos años su potencia aumentará a 100 kW.
Boeing desarrolló previamente una instalación láser más pequeña para el ejército estadounidense y la instaló en el vehículo blindado AN / TWQ-1 Avenger, denominado Boeing Laser Avenger. Se utiliza un láser de estado sólido de 1 kW para combatir vehículos aéreos no tripulados y neutralizar dispositivos explosivos improvisados (IED). El sistema funciona así: está dirigido a un IED o artefacto sin detonar al costado de la carretera con un aumento gradual de la potencia del rayo láser hasta que el explosivo se quema en el proceso de detonación a baja potencia. Durante las pruebas en 2009, el sistema Laser Avenger destruyó con éxito 50 de estos dispositivos, similares a los encontrados en Irak y Afganistán. Además, se llevó a cabo otra demostración del funcionamiento de este sistema, durante la cual destruyó varios pequeños drones.
Boeing Laser Avenger
Plan de tres años
Según la empresa alemana de defensa Rheinmetall, en tres años ofrecerá en el mercado su propio láser de alta energía de alta potencia (HEL), que se instala en el vehículo.
Después de una serie de pruebas realizadas en Suiza en 2013, la empresa trabajó en la ampliación de las capacidades de software de los módulos de formación de haces y la tecnología del propio láser, tras lo cual predijo que su sistema láser para combatir objetivos terrestres, así como para tierra Es posible que la defensa aérea ya esté lista en 2018.
Se seleccionaron tres máquinas para operar como plataformas HEL móviles. Junto con el vehículo blindado Boxer, el vehículo blindado M113 modificado con un láser de 1 kW (Mobile HEL Effector Track V) y el camión Tatra 8x8 con dos láseres de 10 kW (Mobile HEL Effector Wheel XX) demostraron sus características.
Las tres plataformas láser
El láser de 20 kW instalado en el vehículo blindado GTK Boxer se distingue por el módulo ejecutivo HEL, cuya ventaja reside en el principio de diseño modular. Rheinmetall dice que el Boxer aún no ha tenido un láser con más de 20 kW de potencia, aunque la combinación de varios láseres con tecnología de alineación de haz podría aumentar su potencia total. Además, se pueden combinar varias unidades Boxer HEL para crear un sistema con una potencia efectiva de más de 100 kW.
Durante las pruebas de demostración realizadas en 2013, la tripulación del vehículo Boxer confirmó las capacidades de la instalación del láser HEL, desactivando la ametralladora pesada instalada en la camioneta sin poner en riesgo al propio artillero (foto abajo). Además, trabajando en conjunto con la estación de radar Skyguard, la instalación en un camión Tatra Mobile Effector Wheel XX ha demostrado todas las etapas de neutralización de un UAV tipo helicóptero.
La neutralización de los helipuertos se realizó mediante el radar SkyGuard, que detectó e identificó el objetivo. Además, la instalación de HEL Boxer recibió datos de él, realizó un seguimiento aproximado y preciso y luego capturó el objetivo para su destrucción.
El sistema láser HEL MD de Boeing está bajo contrato con el Comando de Defensa Espacial y de Cohetes de los Estados Unidos
Investigación marina
La Administración de Investigación y Desarrollo (ONR) de la Marina de los Estados Unidos está probando su propio láser de combate de estado sólido montado en un vehículo, designado Energía en movimiento dirigida de defensa aérea basada en tierra (GBAD OTM). De hecho, el sistema es un láser de alta potencia montado en un vehículo táctico y diseñado para proteger a las fuerzas expedicionarias de los UAV enemigos.
Dada la creciente proliferación de sistemas aéreos no tripulados, el Cuerpo de Marines de los EE. UU. Sugiere que las unidades de combate se verán obligadas cada vez más a defenderse de los oponentes que realicen vigilancia y reconocimiento desde el aire.
El sistema GBAD OTM está diseñado para su instalación en vehículos tácticos ligeros como el HMMWV y JLTV (Joint Light Tactical Vehicle). Según la ONR, el programa GBAD OTM tiene como objetivo crear una alternativa a los sistemas tradicionales que pueden mantener a los marines alejados de los aviones no tripulados de reconocimiento y ataque del enemigo. Los componentes del sistema GBAD OTM, incluido el láser, el dispositivo de puntería del rayo, las baterías, el radar, el sistema de enfriamiento y control, son desarrollados conjuntamente por ONR, el Centro de Desarrollo de Armas de Superficie Dahlgren de la Armada y varias empresas industriales.
El objetivo del programa es combinar todos estos componentes en un solo complejo, que será lo suficientemente pequeño como para ser instalado en vehículos blindados tácticos ligeros, pero lo suficientemente potente como para hacer frente a las amenazas previstas.
Aplicación amplia
Durante la conferencia Sea-Air-Space 2015 en Washington, el jefe de programas para la protección de las tropas en la ONR, Lee Mastroiani, en una conversación con los reporteros, explicó que los láseres pueden destruir eficazmente las amenazas en todo el espectro de la defensa aérea, incluyendo misiles, proyectiles de artillería, municiones de mortero, vehículos aéreos no tripulados, medios de transporte y artefactos explosivos improvisados. "Sin embargo, en primer lugar, el sistema GBAD está diseñado para combatir vehículos aéreos no tripulados de pequeño tamaño que representan una amenaza para nuestras unidades de combate".
“El sistema GBAD OTM consta de tres componentes principales: una estación de seguimiento por radar de 3 ejes que identifica una amenaza; una unidad de mando y control que identifica y decide cómo neutralizar la amenaza en caso de uso de misiles o armas de artillería; y la plataforma real con un láser.
Mastroiani señaló que en el caso del programa GBAD, el énfasis está en el desarrollo de un láser de alta potencia para la destrucción de UAV instalados en un vehículo de combate ligero.
“Existe un argumento significativo a favor de tal decisión, que es que tales amenazas son de bajo costo, es decir, el uso de costosos misiles en este caso no encaja en nuestra visión del problema. Por lo tanto, utilizando un láser que cuesta un centavo por pulso, puede luchar de forma segura contra amenazas baratas con un sistema de armas barato. En general, la esencia del programa es luchar contra tales objetivos incluso en movimiento para apoyar las operaciones de combate de la Infantería de Marina.
Según Mastroiani, la ONR utilizó varios componentes de la instalación de demostración LaWS (Laser Weapon System) que la Marina de los Estados Unidos instaló a bordo del barco Ponce en el Golfo Pérsico.
"Utilizamos el principio de evitación predecible, algunas de las tecnologías y software clave, pero también hay muchos otros problemas", agregó Mastroiani. - En cuanto al barco USS Ponce, hay mucho espacio y todo lo demás, mientras que tengo muchos problemas con respecto a las características de peso, tamaño y consumo de energía cuando el sistema debe instalarse en un vehículo táctico liviano. Tengo un dispositivo de guía de haz, fuente de alimentación, sistemas de enfriamiento, guía y designación de destino, y todo esto debería funcionar en conjunto y sin "enchufes", por lo que es necesario resolver muchos problemas diferentes en este proyecto separado ".
Según la ONR, algunos de los componentes del sistema se utilizaron en pruebas para detectar y rastrear drones de varios tamaños, y todo el sistema se probó con un láser de 10kW, que es una solución intermedia cuando se pasa a un láser de 30kW. Está previsto que las pruebas de campo del sistema de 30 kW se lleven a cabo en 2016, cuando el programa comenzará pruebas integrales con el objetivo de pasar de la detección y el seguimiento simples al disparo desde vehículos militares ligeros.
