I sistemi di armi laser sono tutt'altro che un concetto nuovo, ma rimangono alcuni problemi significativi nel loro sviluppo quotidiano.
Secondo David James dell'Università di Cranfield (Regno Unito), tali sistemi rientrano in due grandi categorie. Il primo include armi progettate per ingaggiare mirini e altri sensori ottici, mentre il secondo si concentra sulla lotta contro missili e droni non guidati. I sistemi della seconda categoria stanno attirando sempre più l'attenzione dei militari, poiché le armi laser diventano più efficaci e le fonti di energia diminuiscono di dimensioni. James ha notato:
“Questi sistemi hanno una serie di vantaggi. Offrono munizioni quasi infinite… se l'alimentatore funziona, il sistema laser continuerà a funzionare. Sono relativamente facili da usare, il che significa che il processo di formazione del personale non è troppo complicato.
Dal mare alla terra
Come ha notato James, negli ultimi decenni è stato svolto un lavoro significativo in questo settore, in particolare nel settore marittimo, dove numerosi programmi stanno valutando la fattibilità dell'utilizzo dei laser per combattere minacce come gli UAV navali o le piccole imbarcazioni.
I sistemi basati su navi sono stati i primi ad apparire, poiché hanno un facile accesso a una fonte di energia ad alta potenza, mentre l'aumento dell'efficacia delle armi laser le rende sempre più accessibili alle forze di terra. Ciò è più chiaramente dimostrato dal progetto dell'esercito americano di creare un prototipo e distribuire il primo sistema laser da combattimento. Sistemi con una potenza di 50 kW saranno installati su quattro veicoli corazzati Stryker nel 2022 al fine di supportare i compiti di difesa aerea mobile a corto raggio, designati M-SHORAD (Maneuver - Short-Range Air Defense) per la protezione delle brigate da combattimento da UAV, missili non guidati, artiglieria e fuoco di mortaio e tipo di elicottero dell'aviazione.
"Ora è il momento di portare le armi a energia diretta sul campo di battaglia", ha affermato Neil Thurgood, direttore dell'Ufficio per le armi ipersoniche, a energia diretta e spaziali dell'esercito americano, durante l'assegnazione del contratto. - L'esercito riconosce la necessità di laser a energia diretta, prevista nel piano di ammodernamento dell'esercito. Questa non è più attività di ricerca o dimostrazione. Questa è una capacità di combattimento strategica e siamo sulla strada giusta che la porterà direttamente nelle mani dei soldati".
Come notato da James, tali sviluppi potrebbero aiutare a colmare il divario nelle potenziali capacità di combattimento, specialmente per quanto riguarda gli UAV. Quando un gran numero di droni appare sul campo di battaglia, le truppe di terra devono essere in grado di affrontare la minaccia. Attualmente, questo compito viene risolto sparando armi leggere e mitragliatrici da una distanza molto ravvicinata, anche se è ovvio che è molto difficile condurre un fuoco mirato qui. Un'alternativa cinetica sarebbero i missili terra-aria. Tuttavia, a differenza dei razzi, i droni sono molto più economici da produrre e utilizzare.
“I vantaggi economici sono che non è redditizio per te usare i missili contro uno sciame di droni, poiché i missili si esaurirebbero molto rapidamente. Devi mantenere il tuo arsenale di razzi per obiettivi più importanti come aerei o elicotteri.
Un altro vantaggio dei laser è la loro velocità.
"Poiché le" munizioni "si muovono alla velocità della luce, infatti, se posizioni anche solo momentaneamente il raggio sul bersaglio, colpisci il drone … anche se attraversa la tua linea di vista a una velocità terribile, semplicemente punta il laser sulla piattaforma nemica - e il bersaglio è tuo".
Indipendentemente dalla minaccia
Craig Robin, capo del Directed Energy Project Office dell'esercito americano, è d'accordo, aggiungendo che anche i sistemi di armi laser sono insensibili alle minacce.
"La maggior parte dei materiali non regge la temperatura elevata, se concentri il laser su una mina o un drone, il tuo impatto sarà fatale".
Tutto ciò, ovviamente, offre vantaggi dal punto di vista finanziario, ma allo stesso tempo i sistemi laser possono ridurre la quantità di materiale e la fornitura tecnica per i militari.
“Per quanto riguarda i mezzi cinetici, devi creare razzi, devi mantenere i razzi, devi cancellarli. Questo chiaramente non si applica ai sistemi d'arma alimentati a energia, cioè riducono significativamente l'onere logistico.
L'ufficio di Robin fa parte del Rapid Capabilities and Critical Technologies Office (RCCTO) dell'esercito. Sotto la guida di Thurgood, l'organizzazione sta lavorando per incorporare nuove tecnologie in sviluppi sperimentali che possano raggiungere i soldati. L'energia diretta è l'obiettivo principale di questa attività.
Nel lavoro sul laser M-SHORAD sono stati utilizzati gli sviluppi del precedente progetto MHHEL (Multi-Mission High-Energy Laser), che prevedeva anche l'installazione di un laser da 50 kW sulla macchina Stryker e la produzione di un prototipo nel 2021. Tuttavia, RCCTO ha deciso di ampliare l'ambito del progetto, quindi è attualmente prevista l'implementazione di quattro laser. In collaborazione con l'appaltatore principale Kord Technologies, Raytheon e Northrop Grumman sono in competizione su questo progetto con i loro prototipi M-SHORAD.
RCCTO è coinvolta in altri progetti energetici diretti. L'enfasi principale è sulla protezione dal fuoco indiretto, che sarà fornita dal sistema d'arma installato sul veicolo Stryker. Conosciuto come Capacità di protezione dal fuoco indiretto - Laser ad alta energia, questo progetto è un ulteriore sviluppo del programma dimostratore di veicoli tattici laser ad alta energia per passare da un sistema da 100 kW a un laser da 300 kW e consegnarlo alle truppe entro il 2024.
L'esercito aveva precedentemente installato un laser da 10 kW sulla macchina Stryker come parte del progetto MEHEL (Mobile Experimental High-Energy Laser), che ha costituito la base per il lavoro sull'M-SHORAD.
La decisione di aumentare la potenza delle armi si è basata sul successo del processo di sviluppo. Come ha spiegato Robin, "In termini di maturità tecnologica, gli investimenti del settore hanno contribuito ad accelerare l'intero processo ea ottenere buoni risultati".
Fibra ottica
Scott Schnorrenberg di Kord Technologies ha affermato che c'è stato un passaggio dai laser a stato solido ai dispositivi in fibra spettralmente combinati, "che sono significativamente più efficienti e hanno dimensioni ridotte". Ha aggiunto che gli ovvi progressi nelle batterie ad alta capacità, nella generazione di energia e nei sistemi di gestione termica svolgono un ruolo importante, consentendo l'installazione di sistemi laser molto potenti su veicoli da combattimento relativamente piccoli.
Kord si sta attualmente concentrando sullo sviluppo della tecnologia nella fase di ricerca e sviluppo e sul suo utilizzo nello sviluppo di prototipi e nei successivi prodotti di produzione. Schnorrenberg ha anche sottolineato i vantaggi logistici dei laser, osservando che "sono anche dotati di potenti sensori per fornire ulteriori capacità di raccolta e targeting di informazioni sul campo di battaglia". Ritiene che dopo l'implementazione dei sistemi per il progetto M-SHORAD e altri programmi, l'ambito dei laser dovrebbe espandersi nei prossimi anni.
“Vedete che i laser si stanno rapidamente evolvendo, espandendosi su altre piattaforme e ampliando la gamma di missioni che possono svolgere, come lo smaltimento di ordigni esplosivi, contromisure contro le risorse di ricognizione, puntamento di precisione, potenza radiante concentrata e trasmissione di dati ad alta velocità. L'ampliamento della gamma di potenziali bersagli contribuirà indubbiamente ad aumentare la gamma delle piattaforme di base su cui verranno installati i sistemi laser."
Anche Evan Hunt, responsabile dei laser ad alta potenza di Raytheon, ha notato la possibilità di tracciare il bersaglio con i sistemi laser.
“Con la semplice pressione di un pulsante dopo aver identificato un drone come una minaccia, puoi abbatterlo istantaneamente e sarà un processo di così breve durata in cui il drone inizia a cadere nello stesso momento in cui viene premuto il pulsante. Questo è un modo rivoluzionario di colpire bersagli rispetto alle munizioni tradizionali, che potrebbero mancare e andare a pezzi in direzioni diverse.
"Stiamo parlando di un nuovo tipo di tecnologia che consente in modo abbastanza indipendente di rilevare, tracciare, identificare e ingaggiare bersagli in un modo che può essere potenzialmente utilizzato anche in prossimità relativamente vicina ad aree industriali o residenziali senza causare grandi distruzioni".
Abbattere i droni
Insieme alla partecipazione al progetto M-SHORAD, Raytheon presta particolare attenzione allo sviluppo di armi laser per combattere i droni di piccole dimensioni, in particolare, nel suo concetto di "laser dune buggy" - un potente laser in combinazione con un avvistamento multispettrale sistema di propria progettazione, installato su un veicolo fuoristrada Polaris MRZR.
Il sistema è in produzione per l'US Air Force e la consegna di tre piattaforme è prevista per il 2020. Alla fine dello stesso anno, queste tre unità mobili saranno schierate all'estero per la valutazione operativa.
Raytheon ha abbattuto più di 100 droni dal suo buggy durante numerosi spettacoli aeronautici e militari. L'Air Force potrebbe utilizzare il sistema per una serie di compiti, ad esempio, l'auto potrebbe essere parcheggiata alla fine della pista per inceppare o distruggere UAV indesiderati che entrano nello spazio aereo. Hunt ha notato:
“I laser hanno davvero dimostrato di essere il mezzo più accurato ed efficace per colpire direttamente i droni. La "combinazione magica" di caratteristiche ti consente di disabilitare silenziosamente e discretamente più droni contemporaneamente in modo molto accurato ed economico, quindi non sono distruttivi come le armi cinetiche."
Prima che le armi laser entrino in servizio in quantità significative, è necessario risolvere una serie di compiti urgenti. Robin ha notato che il laser stesso è uno dei tre elementi importanti dell'installazione dell'arma, insieme a un controller del raggio che dirige accuratamente il raggio verso la minaccia e lo accompagna, e un sottosistema per la generazione e la gestione dell'energia. Quest'ultimo sottosistema dovrebbe essere sufficientemente compatto per l'installazione nei veicoli, sebbene in questo caso si possano sfruttare gli sviluppi del settore automobilistico, in particolare lo sviluppo dei sistemi di batterie, che ha contribuito al rapido sviluppo dei veicoli elettrici. "Vuoi guidare la tua auto elettrica alla stessa velocità per un lungo periodo di tempo, che è molto simile a come vuoi che funzioni un laser", ha continuato Hunt. "I requisiti per questa tecnologia e per i laser sono simili e qui si sovrappongono".
Secondo James, la riduzione delle dimensioni dei sistemi di alimentazione è il fattore limitante. Si aspetta che l'esercito degli Stati Uniti e i suoi partner affrontino la sfida di posizionare tali attrezzature nello Stryker. Inoltre, ha notato che non tutti i bersagli nel sistema M-SHORAD sono gli stessi e ci sono domande su quale livello di danno sarà richiesto per i diversi tipi di piattaforme.
“Se questi sono solo droni che stai cercando, allora restringe la gamma di bersagli in quel senso, diminuisce la gamma di materiali con cui sono realizzati. Se si tratta di un drone molto grande, potrebbe valere la pena utilizzare un missile terra-aria.
D'altra parte, secondo James, la gittata è il fattore più importante da considerare: più distanza vuoi causare danni, più potenza è necessaria. Notò che l'atmosfera è piena di varie particelle che diffondono la luce, cioè non ci sarà mai una trasmissione della luce al cento per cento. A una distanza di un chilometro, l'atmosfera può essere permeabile all'85%, ovvero il 15% della luce non raggiungerà il bersaglio. A una distanza superiore a 5 km, le perdite possono essere del 50%, "vale a dire, la metà dei fotoni viene semplicemente persa, il raggio laser perde la sua forza e non raggiunge il bersaglio".
Impara a combattere
"La sfida principale per gli utenti militari sarà l'addestramento per affrontare una serie in espansione di obiettivi", ha affermato Chris Frye, direttore della difesa aerea ravvicinata di Northrop Grumman, sebbene abbia notato che si stanno allontanando dalle dimostrazioni tecnologiche sperimentali e si stanno spostando verso un vero sfruttamento da un soldato "Permetterà di adottare, adattare e migliorare la tecnologia". Oltre al progetto M-SHORAD, Northrop Grumman ha lavorato con l'esercito degli Stati Uniti su una serie di altri programmi energetici diretti, nonché con l'ufficio di ricerca e sviluppo della Marina, DARPA, l'Air Force Laboratory e altri clienti.
"L'obiettivo è costruire sistemi di base complessi", ha aggiunto Fry. “Non si tratta solo del laser, ma dell'intero sistema: radar, sistema di comando e controllo, rete, piattaforma, generazione e controllo di potenza. La massima efficienza di tutti questi componenti e il modo in cui lavorano insieme è importante per massimizzare il potenziale del sistema.”
Northrop Grumman ha affermato che, sebbene il peso, le dimensioni e il consumo energetico dei sistemi siano stati notevolmente ridotti nell'ultimo decennio, si prevede di accelerare questo processo nei prossimi anni. Inoltre, la capacità dei sistemi laser di tracciare le minacce e "mantenere i fotoni sul bersaglio per tutto il tempo necessario a fornire l'effetto desiderato" è notevolmente aumentata.
Creazione
Schnorrenberg ha affermato che la sfida più grande in questo momento sono i vincoli di produzione. A causa del numero limitato di sistemi laser sviluppati fino ad oggi, la base di produzione non è sviluppata, ovvero i componenti più importanti devono ancora essere finalizzati per scenari di produzione ad alto volume.
"Il governo degli Stati Uniti sta investendo in impianti di produzione per affrontare questo problema", ha aggiunto. "Alla fine, l'industria alla fine fornirà i meccanismi esecutivi per sviluppare questa base".
Questa è la chiave per la definizione degli obiettivi dell'esercito americano per il programma M-SHORAD. L'annuncio del contratto indicava che la selezione di Northrop Grumman e Raytheon "promuoverà la concorrenza e stimolerà la base industriale per i sistemi energetici diretti".
James spera che il laser si evolverà come arma di guerra a modo suo negli anni a venire. Sebbene dubiti che i laser funzioneranno come sistemi completamente separati, crede che diventeranno sicuramente un'aggiunta significativa ad altre armi. È improbabile che i sistemi di difesa aerea, ad esempio, saranno costituiti da soli laser, ma entreranno a far parte di un sistema più ampio che includerà i missili. Inoltre, per combattere obiettivi a distanze ultracorte, molto probabilmente i militari vorranno lasciare un soldato separato.
"Forse i laser faranno per sempre parte del sistema centrale."
"Per rendere i laser davvero efficaci e più utili per le forze armate statunitensi, il loro costo deve diminuire", ha detto Robin. Tuttavia, qualsiasi tecnologia emergente da un mercato di nicchia svolgerà un ruolo più importante nel tempo.
"Poiché i prototipi e i test dimostrativi crescono di numero - non solo in ambito militare, ma anche in altri tipi di forze armate - assisteremo presto a un'espansione di questo mercato e a una diminuzione del costo dei sistemi di armi laser".
