Quando il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha deciso nel maggio di quest'anno di inviare una divisione Patriot in Medio Oriente per contrastare quella che chiama l'intensificarsi della minaccia iraniana, ha schierato personale che era già troppo esausto per le rotazioni periodiche.
"Per quanto riguarda le forze di difesa missilistica, in Medio Oriente abbiamo affrontato regolarmente questo problema molto prima di questo dispiegamento", ha detto ai giornalisti l'allora viceministro, osservando che le unità Patriot avevano un rapporto dovere-riposo inferiore a 1: 1. a maggio. All'inizio dell'anno, il rapporto complessivo di combattimento e riposo era di circa 1: 1, 4, mentre il comando fissava l'obiettivo di raggiungere un rapporto 1: 3.
Mentre l'esercito degli Stati Uniti è alla ricerca di modi per ridurre il numero di rotazioni continue su due turni e aumentare il livello di prontezza al combattimento, è all'ordine del giorno una questione altrettanto urgente su come la futura combinazione di armi cinetiche e non cinetiche influenzerà il suo combattimento bisogni.
“Se devi combattere un avversario quasi uguale, il Patriot sarà efficace, ma alla fine può indebolire o neutralizzare la minaccia? Forse no. Pertanto, nel tempo, vedrai nuove capacità che verranno introdotte nel nostro arsenale di difesa missilistica"
- ha affermato, aggiungendo che futuri importanti investimenti nello sviluppo di armi a energia diretta potrebbero cambiare il modello tattico dell'esercito.
"Altrimenti, continuerai ad accumulare batterie Patriot, cercando di combattere sempre più minacce".
Il Pentagono è alla ricerca di tecnologie energetiche dirette da decenni e spesso sembrava che l'uccello fosse già in gabbia. Molti militari statunitensi ritengono che oggi lo stato delle cose sia radicalmente cambiato e i recenti progressi in questo settore fanno sperare nelle forze armate del paese per il rapido dispiegamento di sistemi d'arma reali per varie missioni di combattimento.
Mentre il Pentagono è apparentemente ottimista sullo spiegamento di sistemi energetici diretti nel prossimo futuro, in particolare i laser ad alta potenza, ci sono molti problemi irrisolti. Dalle differenze nelle capacità tattiche e strategiche ai problemi relativi alla scalabilità o alla scalabilità dei laser e ai finanziamenti per progetti concorrenti, l'esercito ha molto da superare.
mutevoli esigenze
Sono trascorsi quasi sei decenni da quando è stato introdotto il laser e, per la maggior parte di quel tempo, il Dipartimento della Difesa ha cercato modi per sviluppare questa tecnologia con l'obiettivo di creare la prossima generazione di armi. Per le forze di difesa aerea, tali sistemi promettono un minor costo per sconfitta e, allo stesso tempo, una diminuzione del consumo di munizioni. Ad esempio, se la Cina lancia molti missili economici su una nave americana, in teoria potrebbe essere utilizzato un potente laser per bersagliarli e distruggerli.
Il Dr. Robert Afzal, uno dei principali specialisti della tecnologia laser presso Lockheed Martin, ritiene che fino ad ora due fattori abbiano impedito l'implementazione della tecnologia laser: l'enfasi iniziale del Dipartimento della Difesa sullo sviluppo di armi strategiche e il suo sottosviluppo.
In passato, i militari hanno stanziato fondi per la ricerca energetica diretta su progetti come l'ormai chiuso programma YAL-1 Airborne Laser, gestito congiuntamente dall'aeronautica statunitense e dalla Missile Defense Agency. Nell'ambito di questa iniziativa, è stato installato un laser chimico su un aereo Boeing 747-400F modificato per intercettare i missili balistici durante la fase di accelerazione.
"A quel tempo, l'accento era sempre posto sul confronto strategico, che richiedeva sistemi laser molto grandi e molto potenti". Oggi, la proliferazione di veicoli aerei senza equipaggio e piccole imbarcazioni ha contribuito a un parziale spostamento dell'enfasi a breve termine del Pentagono sui sistemi tattici. Questo aiuta i militari a potenziare gradualmente i sistemi d'arma con l'obiettivo di affrontare nuove minacce.
Nell'aprile 2019 si è tenuta una discussione presso la Brookings Institution di Washington su questo tema. "Ho una piccola visione delle prospettive a breve e medio termine per l'energia diretta", - osserva il ricercatore senior dell'istituto.
“Apparentemente, l'energia diretta può aiutarci in un ambiente tattico molto, molto specifico. L'idea di creare un laser abbastanza grande da fornire un sistema di difesa missilistico territoriale è piuttosto irrealistica, mentre la protezione di un veicolo specifico con un sistema attivo è un po' più realistica.
L'allora segretario dell'esercito degli Stati Uniti ha osservato che i progressi nell'energia diretta erano "più lontani di quanto si possa immaginare" e la decisione dell'esercito di ristabilire un sistema di difesa aerea manovrabile per le sue unità pesanti rende possibile schierare nuove armi laser.
“In base alle minacce esistenti e nuove, questo è davvero un grosso problema per noi. Per quanto riguarda dove sta andando la tecnologia, siamo vicini a possedere un sistema dispiegabile in grado di abbattere droni, piccoli aerei e oggetti simili.
Barriere tecnologiche
Per creare sistemi laser ad alta potenza in grado di abbattere droni sono necessarie tecnologie del più ampio spettro. Oltre alla piattaforma di base, viene utilizzato un radar per rilevare le minacce aeree e vari sensori per bloccare un bersaglio. Successivamente, il bersaglio viene tracciato, viene determinato il punto di mira, il laser viene attivato e trattiene il raggio in questo punto fino a quando l'UAV non subisce danni inaccettabili.
Nel corso dei decenni, i ricercatori che hanno sviluppato questi laser sono stati in grado di testare una serie di concetti, inclusi massicci investimenti in armi chimiche, prima di spostare l'attenzione sul ridimensionamento dei laser a fibra.
"Il vantaggio dei laser a fibra è che puoi inserire questi laser in una dimensione molto più piccola", - ha detto nel corso di un incontro con i giornalisti il direttore dell'Ufficio della DARPA (Agenzia per i progetti di ricerca avanzata per la difesa).
Il sistema YAL-1 ABL, ad esempio, ha utilizzato un laser ossigeno-iodio chimico ad alta energia e, sebbene abbia intercettato con successo un obiettivo di prova nel 2010, il suo sviluppo è cessato dopo quasi 15 anni di finanziamenti. A quel punto, l'allora Segretario alla Difesa Robert Gates ha messo pubblicamente in dubbio la prontezza operativa dell'ABL e ha criticato il suo raggio d'azione effettivo.
Uno degli svantaggi dei laser chimici è che il laser smette di funzionare quando si consumano sostanze chimiche. “In questo caso, hai un negozio limitato e l'obiettivo è sempre stato quello di creare un laser che funzioni a elettricità. Dopotutto, finché hai la capacità di generare elettricità sulla tua piattaforma, tramite un generatore di bordo o un pacco batteria, il tuo laser funzionerà , ha detto Afzal.
Negli ultimi anni, il Dipartimento della Difesa ha aumentato gli investimenti nello sviluppo di un laser a fibra elettrica, ma ha anche affrontato serie sfide, in particolare nello sviluppo di un laser con caratteristiche di peso, dimensioni e consumo energetico ridotte.
In passato, ogni volta che gli sviluppatori cercavano di aumentare la potenza di un laser a fibra al livello necessario per le missioni di combattimento, costruivano laser di grandi dimensioni che, in particolare, creavano problemi con un'eccessiva generazione di calore. Quando il sistema laser genera un raggio, viene generato anche calore, e se il sistema non è in grado di deviarlo dall'installazione, allora il laser inizia a surriscaldarsi e la qualità del raggio si deteriora, il che significa che il raggio non può concentrarsi sulla bersaglio e l'efficienza del laser diminuisce.
Mentre i militari si sforzano di aumentare la potenza dei laser elettrici, limitando l'aumento delle caratteristiche di peso, dimensioni e consumo energetico dei sistemi, l'efficienza viene alla ribalta; maggiore è l'efficienza elettrica, minore è l'energia necessaria per il funzionamento e il raffreddamento del sistema.
Un portavoce dell'esercito americano che lavora sui laser ad alta potenza ha affermato che mentre i generatori di solito possono alimentare senza problemi sistemi da 10 kW, i problemi iniziano quando la potenza dei sistemi laser viene aumentata. "Quando la potenza del laser da combattimento viene aumentata a 50 kW o più, devono essere già utilizzate fonti di energia uniche, ad esempio batterie e sistemi simili".
Ad esempio, se prendi un sistema laser da 100 kW, che ha un'efficienza di circa il 30%, avrà bisogno di una potenza di 300 kW. Tuttavia, se la piattaforma su cui è installato genera solo 100 kW di potenza, l'utente ha bisogno di batterie per coprire la differenza. Quando le batterie sono scariche, il laser smette di funzionare finché il generatore non le ricarica di nuovo.
"Il sistema deve essere estremamente efficiente, a partire dalla generazione di energia e dalla sua ulteriore trasformazione in fotoni, che vengono indirizzati verso l'obiettivo", - ha detto il rappresentante della società Lockheed Martin.
Nel frattempo, Rolls-Royce LibertyWorks ha affermato di aver lavorato per oltre un decennio per integrare un sistema di controllo dell'alimentazione e del calore che può essere utilizzato in sistemi laser ad alta potenza e ha recentemente "fatto significativi progressi tecnologici".
Rolls-Royce ha affermato che le innovazioni includono aree come "energia elettrica, gestione termica, controllo e monitoraggio della temperatura, disponibilità istantanea di energia e continuità aziendale". Hanno aggiunto che i test del sistema presso il sito del cliente inizieranno alla fine di quest'anno e, se completati con successo, potrebbe diventare possibile fornire soluzioni integrate modulari per la regolazione dell'alimentazione e la rimozione del calore per i programmi dell'esercito e della marina.
Alla ricerca di soluzioni
La DARPA e il Lincoln Laboratory del MIT hanno sviluppato con successo un laser a fibra di piccole dimensioni e ad alta potenza che è stato dimostrato nell'ottobre di quest'anno. Tuttavia, si sono rifiutati di chiarire i dettagli di questo progetto, incluso il livello di potenza.
Mentre i militari e le aziende hanno riportato un successo costante nello sviluppo di laser militari, Afzal ha affermato che gli sforzi di Lockheed Martin per affrontare alcune delle sfide tecnologiche includono "un processo di fusione del raggio spettrale che ricorda in qualche modo la copertina dell'album Dark Side of the Moon.." dei Pink Floyd ".
“Non posso realizzare un laser in fibra da 100 kW se ci sono problemi di ridimensionamento. La svolta è stata resa possibile dalla capacità di espandere i laser a fibra ad alta potenza utilizzando la combinazione di raggi piuttosto che cercare semplicemente di costruire un sistema laser più grande e più potente."
“I raggi laser di diversi moduli laser, ciascuno con una lunghezza d'onda specifica, passano attraverso un reticolo di diffrazione che sembra un prisma. Quindi, se tutte le lunghezze d'onda e gli angoli sono corretti, non si verifica l'assorbimento reciproco, ma l'allineamento delle lunghezze d'onda in una sequenza rigorosa una dopo l'altra, per cui la potenza cresce proporzionalmente'', ha spiegato Afzal. - Puoi scalare la potenza del laser aggiungendo moduli o aumentando la potenza di ogni modulo, senza cercare di costruire solo un enorme laser. È più simile al calcolo parallelo che a un supercomputer.
Insieme
Molta attenzione viene prestata al potenziale dei laser ad alta potenza, ma allo stesso tempo, l'esercito e l'industria statunitensi vedono il potenziale per l'utilizzo di frequenze a microonde ad alta potenza per abbattere sciami di droni o combinarli con i laser.
"Il consolidamento della tecnologia può essere una buona soluzione", ha detto ai giornalisti il generale Neil Thurgood dell'Office of Critical Technology. - Cioè, puoi colpire molti oggetti con un laser. Ma posso colpire più bersagli con due laser, posso colpire più bersagli con laser e microonde ad alta potenza. I lavori in questo settore sono già iniziati".
L'esperto di energia diretta di Raytheon, Don Sullivan, da parte sua, ha parlato del lavoro in questa direzione. In particolare, ha affermato che Raytheon ha combinato un laser ad alta potenza con un sistema di avvistamento multispettrale in un veicolo Polaris MRZR, sviluppando un sistema a microonde ad alta potenza montato in un container. Raytheon ha dimostrato queste tecnologie separatamente durante l'esperimento integrato di manovra degli incendi dell'esercito (MFIX) nel 2017 e ha lavorato insieme nel 2018 durante i test condotti dall'aeronautica statunitense al White Sands Proving Grounds.
Sullivan ha affermato che il sistema laser è stato utilizzato per abbattere i droni che volano su lunghe distanze, mentre potenti microonde sono state utilizzate per proteggere il campo vicino e contrastare gli attacchi degli sciami di UAV.
"Naturalmente, l'Air Force vede e comprende la natura complementare di entrambe le tecnologie nell'esecuzione non solo delle missioni contro i droni, ma anche di altre missioni".
Nella marina
Quando si tratta di questioni di massa, volume ed energia, le navi da guerra con le loro grandi dimensioni hanno un chiaro vantaggio rispetto alle piattaforme terrestri e aeree qui, che hanno permesso al personale navale di lanciare più progetti contemporaneamente.
La Marina sta lavorando alla Navy Laser Family of Systems (NLFoS), un'iniziativa per implementare sistemi laser navali ad alta potenza nel prossimo futuro. Questa iniziativa della Marina comprende: Programma di maturazione della tecnologia laser a stato solido (SSL-TM); Laser ad alta energia RHEL (Ruggedized High Energy Laser) 150 kW; laser abbagliante ottico Interdittore abbagliante ottico per i cacciatorpediniere del progetto Arleigh Burke; e il progetto HELIOS (Laser ad alta energia e abbagliamento ottico integrato con sorveglianza).
Secondo un rapporto del Congressional Research Service, la Marina sta anche implementando il programma di missili da crociera contro-anti-nave laser ad alta energia (HELCAP), che prende in prestito la tecnologia NLFoS per sviluppare armi laser avanzate per combattere i missili da crociera antinave.
Il programma HELIOS mira a fornire alle navi da guerra di superficie e ad altre piattaforme tre sistemi: un laser da 60 kW; apparecchiature di sorveglianza, ricognizione e raccolta di informazioni a lungo raggio e un dispositivo accecante per contrastare gli UAV. A differenza di altri laser testati sulle navi della Marina degli Stati Uniti, che sono installati sulle navi come sistemi aggiuntivi, HELIOS diventerà parte integrante del sistema di combattimento della nave. Il sistema d'arma Aegis fornirà il controllo del fuoco per i missili standard insieme al targeting e al targeting delle armi appropriate.
Nel marzo 2018, Lockheed Martin si è aggiudicata un contratto da 150 milioni di dollari (con ulteriori 943 milioni di dollari in opzioni) per progettare, produrre e fornire due sistemi entro la fine del 2020. Nel 2020, la flotta prevede di condurre un'analisi del progetto HELIOS per garantire che soddisfi i requisiti.
Il rapporto del servizio del Congresso rileva che l'integrazione dei laser sulle navi offre potenzialmente molti vantaggi: tempo di contatto più breve, capacità di gestire missili in manovra attiva, targeting accurato e risposta accurata, che vanno dall'avvertimento degli obiettivi al blocco reversibile dei loro sistemi. Tuttavia, si osserva che permangono potenziali limiti.
Secondo il rapporto, queste restrizioni includono: solo il tiro a vista; problemi di assorbimento atmosferico, dispersione e turbolenza; diffusione termica, quando il laser riscalda l'aria, che può sfocare il raggio laser; la complessità di respingere gli attacchi dello sciame, colpendo bersagli induriti e sistemi di soppressione elettronica; e il rischio di danni collaterali agli aerei, ai satelliti e alla vista umana.
I potenziali svantaggi delle armi laser ad alto rendimento evidenziati nel rapporto non riguardano solo la Marina e anche altri rami delle forze armate affrontano problemi simili.
Da parte sua, il Corpo dei Marines (ILC) ha chiarito le tattiche, i metodi e i metodi di utilizzo in combattimento del sistema laser Boeing CLWS (Compact Laser Weapon System), che è installato in un container.
Un portavoce della Boeing ha affermato che intende aggiornare il sistema CLWS, aumentando la capacità da 2 kW a 5 kW. In tal modo, ha osservato che l'aumento di potenza ridurrebbe il tempo necessario per abbattere piccoli droni. “La Marina vuole un sistema molto veloce in grado di fornire le capacità che desidera. Stanno verificando le caratteristiche di questi sistemi, e quindi ci hanno dato un contratto per il loro ammodernamento e aumento di capacità.
Voglia di investire
Il comando dell'esercito durante la prima metà di quest'anno è stato impegnato nella definizione degli attuali programmi energetici diretti e nello sviluppo di un piano a lungo termine per il trasferimento dei progetti dalla fase di sviluppo alla fase di utilizzo pratico del combattimento.
Nell'ambito di questa attività, al generale Turgud sono stati concessi 45 giorni per chiarire e raccogliere tutti i progetti in corso in un unico registro. Ciò può portare al fatto che alcuni di essi verranno respinti. “Una volta creato l'Ufficio per le tecnologie critiche, ho fatto uno sforzo particolare per trovare tutti i progetti di energia diretta in competizione. Tutti stanno lavorando su quella che viene chiamata energia diretta e sto cercando di capire cosa significa veramente e cosa sta realmente succedendo lì , ha detto Thurgood alle audizioni del comitato sulle forze armate.
Alla fine di maggio, il comando dell'esercito ha approvato un piano globale, che prevede maggiori investimenti e uno sviluppo accelerato di tecnologie laser e microonde in vari progetti dell'esercito. Durante una conferenza stampa, Thurgood ha annunciato che l'esercito ha deciso di accelerare il programma MMHEL (Multi-Mission High Energy Laser), in cui verranno installati laser da 50 kW sui veicoli corazzati Stryker come parte di un sistema di difesa aerea a corto raggio. Se tutto andrà secondo i piani, entro la fine del 2021 l'esercito avrà adottato quattro veicoli con sistemi laser.
Non è ancora chiaro quali iniziative verranno accorpate o chiuse, ma Thurgood ha detto che questo accadrà sicuramente comunque. “Alcune persone stanno lavorando, ad esempio, su un laser da 150 kW che alla fine verrà installato su un camion, un rimorchio o una nave. Non abbiamo bisogno del nostro programma laser da 150 kW, possiamo combinare insieme tali progetti, accelerare questo processo e risparmiare risorse per il nostro paese."
Una serie di iniziative energetiche dirette, nel frattempo, rimangono nel portafoglio dell'Esercito. Ad esempio, l'esercito ha utilizzato il laser MEHEL (Mobile Experimental High Energy Laser) per accelerare lo sviluppo di sistemi laser promettenti e per elaborare tattiche, metodi e principi di combattimento associati al funzionamento di tali sistemi. Secondo il progetto MEHEL, l'esercito ha installato uno Stryker sulla macchina e ha testato laser con una potenza fino a 10 kW.
Nel maggio 2019, il gruppo guidato da Dynetics ha annunciato di essere stato selezionato per sviluppare un sistema d'arma da 100 kW e installarlo su camion FMTV (Family of Medium Tactical Vehicles) nell'ambito del programma per lo sviluppo di un modello dimostrativo di un'alta potenza Installazione laser HEL TVD (dimostratore di veicoli tattici laser ad alta energia). Questo viene implementato come parte del lavoro dell'esercito sulle armi a energia diretta progettate per combattere missili, proiettili di artiglieria e mine di mortaio, nonché droni.
Con un contratto triennale da 130 milioni di dollari, è stato formato un team tripartito (US Army, Lockheed Martin e Rolls-Royce) per preparare una revisione critica del progetto che determinerà il progetto finale del laser, quindi fabbricare il sistema e installarlo su un Camion FMTV 6x6 per test sul campo a White Sands Missile Range nel 2022.
Il trio prevede di aumentare la potenza del laser a fibra di Lockheed Martin, per il quale Rolls-Royce sta sviluppando un sistema di alimentazione. Allo stesso tempo, Rolls-Royce ha rifiutato di rivelare se utilizzerà il suo nuovo sistema integrato di gestione dell'energia e di controllo dello scambio termico.
Nel 2018, l'esercito ha annunciato che stava lavorando separatamente con Lockheed Martin per dotare i droni di un potente lanciatore a microonde per abbattere altri droni. Con un contratto da 12,5 milioni di dollari, il duo svilupperà un sistema anti-drone aereo. I potenziali carichi utili degli UAV includeranno ordigni esplosivi, reti e installazioni a microonde.
Tuttavia, il direttore dell'Ufficio DARPA ha detto ai giornalisti che, nonostante i progressi nel campo dell'energia diretta, l'esercito è ancora lontano dall'integrare la tecnologia negli aerei, e quindi è probabile che navi e veicoli di terra diventino le prime piattaforme di base.
Nel cielo
L'Air Force degli Stati Uniti sta inoltre implementando progetti energetici diretti, compresi quelli sviluppati nell'ambito del programma prototipo SHiELD ATD (Self-Protect High Energy Laser Demonstrator - Advanced Technology Demonstrator), che prevede l'installazione di un piccolo sistema laser ad alta potenza su aeromobili per la protezione contro i missili di classe "terra-aria" e "aria-aria".
All'inizio di quest'anno, l'Air Force Research Laboratory ha annunciato di aver ottenuto un successo provvisorio quando ha utilizzato un campione di prova a terra per abbattere più missili. Con l'avanzare della tecnologia, l'aeronautica statunitense prevede di rendere il sistema più piccolo e leggero e di adattarlo agli aerei.
Il piano più ambizioso del Pentagono e dell'Agenzia di difesa missilistica è un flashback dell'Iniziativa di difesa strategica del presidente Ronald Reagan, nota anche come Star Wars, che teoricamente prevede il dispiegamento di sistemi di armi laser nello spazio.
Nel gennaio di quest'anno, l'amministrazione Trump ha pubblicato una revisione della difesa missilistica tanto attesa, che ha elogiato il lavoro dell'Agenzia anti-missili balistici per sviluppare armi a energia diretta per intercettare i missili balistici nella fase di spinta. Nel 2017, ad esempio, l'Agenzia ha emesso una richiesta di informazioni sui droni ad alta quota a lungo raggio che avrebbero la capacità di carico utile per installare potenti laser per distruggere gli ICBM nella fase di spinta. La richiesta di proposte, emessa nel 2017, prevede che il drone volerà ad un'altitudine di almeno 19.000 metri, avrà una capacità di carico utile di almeno 2.286 kg e una potenza disponibile da 140 kW a 280 kW. Per creare un'installazione promettente per tali droni, l'Agenzia sta lavorando con Boeing, General Atomics e Lockheed Martin, esplorando la possibilità di implementare la tecnologia laser ad alta potenza a bordo degli UAV.
"Per quanto ci riguarda, poniamo un'enfasi speciale sull'acquisizione, il monitoraggio e il targeting", - ha detto il rappresentante della compagnia Boeing.
“Queste sono davvero le nostre competenze chiave, che abbiamo sviluppato lavorando con i laser chimici. Boeing lo ha dimostrato in tutti i suoi sistemi e ha dimostrato che utilizzando le tecnologie esistenti, è possibile creare un sistema di acquisizione, tracciamento e puntamento compatto e altamente efficiente e integrarlo perfettamente in qualsiasi dispositivo laser, aumentando così in modo significativo le sue capacità.
