In precedenza, abbiamo esaminato come si stanno sviluppando le tecnologie laser, quali armi laser possono essere create per l'uso nell'interesse delle forze aeree, delle forze di terra e della difesa aerea e della marina.
Ora bisogna capire se è possibile difendersi, e come. Si dice spesso che è sufficiente coprire il razzo con un rivestimento a specchio o lucidare il proiettile, ma sfortunatamente non tutto è così semplice.
Un tipico specchio rivestito di alluminio riflette circa il 95% della radiazione incidente e la sua efficienza dipende fortemente dalla lunghezza d'onda.
Di tutti i materiali mostrati nel grafico, l'alluminio ha la più alta riflettanza, che non è affatto un materiale refrattario. Se, quando esposto a radiazioni a bassa potenza, lo specchio si riscalda leggermente, quando colpiscono radiazioni potenti, il materiale del rivestimento dello specchio diventerà rapidamente inutilizzabile, il che porterà a un deterioramento delle sue proprietà riflettenti e a un ulteriore riscaldamento simile a una valanga e distruzione.
A una lunghezza d'onda inferiore a 200 nm, l'efficienza degli specchi diminuisce drasticamente; contro le radiazioni ultraviolette oa raggi X (laser a elettroni liberi) tale protezione non funzionerà affatto.
Esistono materiali artificiali sperimentali con riflettività al 100%, ma funzionano solo per una certa lunghezza d'onda. Inoltre, gli specchi possono essere ricoperti con speciali rivestimenti multistrato che ne aumentano la riflettività fino al 99,999%. Ma questo metodo funziona anche per una sola lunghezza d'onda e incidente ad un certo angolo.
Non dimenticare che le condizioni operative delle armi sono lontane da quelle di laboratorio, ad es. il razzo a specchio o il proiettile dovrà essere conservato in un contenitore riempito con un gas inerte. La minima foschia o macchia, come ad esempio le impronte delle mani, comprometterà immediatamente la riflettività dello specchio.
Lasciare il contenitore esporrà immediatamente la superficie dello specchio all'ambiente: atmosfera e calore. Se la superficie dello specchio non è ricoperta da una pellicola protettiva, ciò comporterà immediatamente un deterioramento delle sue proprietà riflettenti e, se è rivestita con un rivestimento protettivo, deteriorerà a sua volta le proprietà riflettenti della superficie.
Riassumendo quanto sopra, notiamo che la protezione dello specchio non è molto adatta per la protezione contro le armi laser. E allora cosa si adatta?
In una certa misura, aiuterà il metodo di "spalmare" l'energia termica del raggio laser sul corpo fornendo il movimento rotatorio dell'aeromobile (AC) attorno al proprio asse longitudinale. Ma questo metodo è adatto solo per le munizioni e, in misura limitata, per i veicoli aerei senza equipaggio (UAV), in misura minore sarà efficace quando irradiato dal laser nella parte anteriore dello scafo.
Su alcuni tipi di oggetti protetti, ad esempio su bombe plananti, missili da crociera (CR) o missili guidati anticarro (ATGM) che attaccano un bersaglio quando volano dall'alto, questo metodo non può essere applicato. Non rotanti, per la maggior parte, sono mine di mortaio. È difficile raccogliere dati su tutti gli aerei non rotanti, ma sono sicuro che ce ne sono molti.
In ogni caso, la rotazione dell'aereo ridurrà solo leggermente l'effetto della radiazione laser sul bersaglio, perchéil calore trasmesso dalla potente radiazione laser alla scocca sarà trasferito alle strutture interne e successivamente a tutti i componenti del velivolo.
Anche l'uso di fumi e aerosol come contromisure contro le armi laser è limitato. Come già accennato negli articoli della serie, l'utilizzo dei laser contro mezzi corazzati o navi terrestri è possibile solo se utilizzati contro apparati di sorveglianza, alla cui protezione ritorneremo in seguito. Non è realistico bruciare lo scafo di un veicolo da combattimento di fanteria / carro armato o nave di superficie con un raggio laser nel prossimo futuro.
Naturalmente, è impossibile applicare una protezione contro il fumo o l'aerosol contro gli aerei. A causa dell'elevata velocità dell'aeromobile, fumo o aerosol saranno sempre respinti dalla pressione dell'aria in arrivo, negli elicotteri saranno spazzati via dal flusso d'aria proveniente dall'elica.
Pertanto, la protezione contro le armi laser sotto forma di fumi e aerosol spruzzati può essere richiesta solo su veicoli leggermente corazzati. D'altra parte, i carri armati e altri veicoli corazzati sono spesso già dotati di sistemi standard per l'installazione di cortine fumogene per interrompere la cattura dei sistemi d'arma nemici, e in questo caso, quando si sviluppano riempitivi appropriati, possono essere utilizzati anche per contrastare le armi laser.
Tornando alla protezione delle apparecchiature di ricognizione ottica e termica, si può presumere che l'installazione di filtri ottici che impediscono il passaggio di radiazioni laser di una certa lunghezza d'onda sarà adatta solo nella fase iniziale per la protezione contro le armi laser a bassa potenza, per i seguenti motivi:
- sarà in servizio un'ampia gamma di laser di diversi produttori operanti a diverse lunghezze d'onda;
- un filtro progettato per assorbire o riflettere una certa lunghezza d'onda, se esposto a radiazioni potenti, rischia di guastarsi, il che porterà alla radiazione laser che colpisce gli elementi sensibili o al guasto dell'ottica stessa (annebbiamento, distorsione dell'immagine);
- alcuni laser, in particolare il laser ad elettroni liberi, possono variare la lunghezza d'onda operativa in un ampio intervallo.
La protezione delle apparecchiature di ricognizione ottica e termica può essere effettuata per apparecchiature di terra, navi e apparecchiature aeronautiche, installando schermi protettivi ad alta velocità. Se viene rilevata una radiazione laser, lo schermo protettivo dovrebbe coprire le lenti in una frazione di secondo, ma anche questo non garantisce l'assenza di danni agli elementi sensibili. È possibile che l'uso diffuso di armi laser nel tempo richieda almeno la duplicazione dei mezzi di ricognizione operanti nel raggio ottico.
Se su grandi vettori l'installazione di schermi protettivi e mezzi di duplicazione di ricognizione ottica e termica è abbastanza fattibile, allora su armi ad alta precisione, specialmente quelle compatte, questo è molto più difficile da fare. In primo luogo, i requisiti di peso e dimensioni per la protezione sono notevolmente ridotti e, in secondo luogo, l'impatto della radiazione laser ad alta potenza anche con un otturatore chiuso può causare il surriscaldamento dei componenti del sistema ottico a causa del layout denso, che porterà a parziali o la completa interruzione del suo funzionamento.
Quali metodi possono essere utilizzati per proteggere efficacemente attrezzature e armi dalle armi laser? Esistono due modi principali: protezione ablativa e protezione termoisolante costruttiva.
La protezione dall'ablazione (dal latino ablatio - asporto, riporto di massa) si basa sulla rimozione di una sostanza dalla superficie dell'oggetto protetto mediante un flusso di gas caldo e/o sulla ristrutturazione dello strato limite, che insieme significativamente riduce il trasferimento di calore alla superficie protetta. In altre parole, l'energia in entrata viene spesa per il riscaldamento, la fusione e l'evaporazione del materiale protettivo.
Al momento, la protezione ablativa viene utilizzata attivamente nei moduli di discesa dei veicoli spaziali (SC) e negli ugelli dei motori a reazione. Le più utilizzate sono le plastiche carbonizzate a base di resine fenoliche, organosilicio e altre sintetiche contenenti carbonio (compresa la grafite), biossido di silicio (silice, quarzo) e nylon come riempitivi.
La protezione dall'ablazione è usa e getta, pesante e voluminosa, quindi non ha senso usarla su aerei riutilizzabili (leggi non tutti gli aerei con equipaggio e la maggior parte degli aerei senza equipaggio). La sua unica applicazione è su proiettili guidati e non guidati. E qui la domanda principale è quanto dovrebbe essere spessa la protezione per un laser con una potenza, ad esempio 100 kW, 300 kW, ecc.
Sulla navicella Apollo, lo spessore della schermatura varia da 8 a 44 mm per temperature da diverse centinaia a diverse migliaia di gradi. Da qualche parte in questo intervallo, si troverà anche lo spessore richiesto della protezione ablativa dai laser da combattimento. È facile immaginare come influenzerà le caratteristiche di peso e dimensioni e, di conseguenza, la portata, la manovrabilità, il peso della testata e altri parametri delle munizioni. La protezione termica ablativa deve resistere anche ai sovraccarichi durante il lancio e le manovre, rispettare le norme dei termini e delle condizioni di stoccaggio delle munizioni.
Le munizioni non guidate sono discutibili, poiché la distruzione irregolare della protezione ablativa dalle radiazioni laser può modificare la balistica esterna, a causa della quale le munizioni si discostano dal bersaglio. Se la protezione ablativa è già utilizzata da qualche parte, ad esempio nelle munizioni ipersoniche, dovrai aumentarne lo spessore.
Un altro metodo di protezione è un rivestimento strutturale o l'esecuzione della custodia con diversi strati protettivi di materiali refrattari resistenti alle influenze esterne.
Se tracciamo un'analogia con il veicolo spaziale, possiamo considerare la protezione termica del veicolo spaziale riutilizzabile "Buran". Nelle aree in cui la temperatura superficiale è di 371 - 1260 gradi Celsius, è stato applicato un rivestimento costituito da fibra di quarzo amorfo con purezza 99,7%, a cui è stato aggiunto un legante, biossido di silicio colloidale. Il rivestimento è realizzato in forma di piastrelle di due formati standard con uno spessore da 5 a 64 mm.
Sulla superficie esterna delle piastrelle viene applicato vetro borosilicato contenente uno speciale pigmento (rivestimento bianco a base di ossido di silicio e allumina lucida) al fine di ottenere un basso coefficiente di assorbimento della radiazione solare ed un'elevata emissività. La protezione dall'ablazione è stata utilizzata sul cono anteriore e sulle punte delle ali del veicolo, dove le temperature superano i 1260 gradi.
Va tenuto presente che con un funzionamento prolungato, la protezione delle piastrelle dall'umidità potrebbe essere compromessa, il che porterà alla perdita della protezione termica delle sue proprietà, quindi non può essere utilizzata direttamente come protezione anti-laser su aeromobili riutilizzabili.
Al momento è in fase di sviluppo una promettente protezione termica ablativa con un'usura superficiale minima, che garantisce la protezione degli aerei da temperature fino a 3000 gradi.
Un team di scienziati del Royce Institute dell'Università di Manchester (Regno Unito) e della Central South University (Cina) ha sviluppato un nuovo materiale con caratteristiche migliorate in grado di resistere a temperature fino a 3000°C senza modifiche strutturali. Questo è un rivestimento ceramico Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, che è sovrapposto a una matrice composita carbonio-carbonio. In termini di caratteristiche, il nuovo rivestimento supera notevolmente le migliori ceramiche per alte temperature.
La stessa struttura chimica della ceramica resistente al calore funge da meccanismo di difesa. Ad una temperatura di 2000°C, i materiali Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 e SiC si ossidano e si trasformano rispettivamente in Zr0.80T0.20O2, B2O3 e SiO2. Zr0.80Ti0.20O2 si scioglie parzialmente e forma uno strato relativamente denso, mentre gli ossidi a basso punto di fusione SiO2 e B2O3 evaporano. A una temperatura più elevata di 2500 ° C, i cristalli Zr0.80Ti0.20O2 vengono fusi in formazioni più grandi. A una temperatura di 3000 ° C, si forma uno strato esterno quasi assolutamente denso, costituito principalmente da Zr0.80Ti0.20O2, titanato di zirconio e SiO2.
Il mondo sta anche sviluppando rivestimenti speciali progettati per proteggere dalle radiazioni laser.
Nel 2014, un portavoce dell'Esercito di liberazione popolare cinese ha dichiarato che i laser americani non rappresentano un pericolo particolare per l'equipaggiamento militare cinese rivestito con uno speciale strato protettivo. Le uniche domande che rimangono sono i laser su quale potere protegge questo rivestimento e quale spessore e massa ha.
Di grande interesse è un rivestimento sviluppato da ricercatori americani del National Institute of Standards and Technology e dell'Università del Kansas: una composizione aerosol basata su una miscela di nanotubi di carbonio e ceramiche speciali, in grado di assorbire efficacemente la luce laser. I nanotubi del nuovo materiale assorbono uniformemente la luce e trasferiscono calore alle aree vicine, abbassando la temperatura nel punto di contatto con il raggio laser. I giunti ceramici ad alta temperatura forniscono al rivestimento protettivo un'elevata resistenza meccanica e resistenza ai danni causati dalle alte temperature.
Durante i test, un sottile strato di materiale è stato applicato sulla superficie del rame e, dopo l'essiccazione, ha focalizzato sulla superficie del materiale un raggio di un laser a infrarossi a onde lunghe, un laser utilizzato per tagliare metallo e altri materiali duri.
L'analisi dei dati raccolti ha mostrato che il rivestimento ha assorbito con successo il 97,5% dell'energia del raggio laser e ha resistito a un livello di energia di 15 kW per centimetro quadrato di superficie senza distruzione.
Su questo rivestimento sorge la domanda: nei test è stato applicato un rivestimento protettivo su una superficie di rame, che di per sé è uno dei materiali più difficili per la lavorazione laser, a causa della sua elevata conduttività termica, non è chiaro come un tale rivestimento protettivo si comporterà con altri materiali. Inoltre, sorgono domande sulla sua massima resistenza alla temperatura, resistenza alle vibrazioni e ai carichi d'urto, gli effetti delle condizioni atmosferiche e le radiazioni ultraviolette (sole). Il tempo durante il quale è stata effettuata l'irradiazione non è indicato.
Un altro punto interessante: se i motori degli aerei sono anche rivestiti con una sostanza ad alta conduttività termica, l'intero corpo verrà riscaldato uniformemente da essi, il che smaschererà al massimo l'aeromobile nello spettro termico.
In ogni caso, le caratteristiche della suddetta protezione aerosol saranno direttamente proporzionali alle dimensioni dell'oggetto protetto. Più grande è l'oggetto protetto e l'area di copertura, più energia può essere dispersa nell'area e fornita sotto forma di radiazione termica e raffreddamento dal flusso d'aria incidente. Più piccolo è l'oggetto protetto, più spessa dovrà essere la protezione. la piccola area non consentirà di rimuovere abbastanza calore e gli elementi strutturali interni saranno surriscaldati.
L'uso della protezione contro le radiazioni laser, non importa ablativa o termoisolante costruttiva, può invertire la tendenza verso una diminuzione delle dimensioni delle munizioni guidate, ridurre significativamente l'efficacia delle munizioni sia guidate che non guidate.
Tutte le superfici di appoggio ei comandi - ali, stabilizzatori, timoni - dovranno essere realizzati con materiali refrattari costosi e difficili da lavorare.
Una questione a parte si pone sulla protezione delle apparecchiature di rilevamento radar. Sulla navicella spaziale sperimentale "BOR-5", è stato testato lo scudo termico radiotrasparente - fibra di vetro con un riempitivo di silice, ma non sono riuscito a trovare le sue caratteristiche di schermatura termica, peso e dimensioni.
Non è ancora chiaro se una formazione di plasma ad alta temperatura possa derivare dall'irradiazione con potenti radiazioni laser provenienti dal radome delle apparecchiature di ricognizione radar, seppur con protezione dalle radiazioni termiche, che impedisce il passaggio delle onde radio, a seguito di quale il bersaglio può essere perso.
Per proteggere la custodia, è possibile utilizzare una combinazione di diversi strati protettivi: termoresistente-a bassa conduttività termica dall'interno e riflettente-resistente al calore-altamente termoconduttivo dall'esterno. È anche possibile che vengano applicati materiali stealth in aggiunta alla protezione contro le radiazioni laser, che non sarà in grado di resistere alle radiazioni laser e dovrà riprendersi dai danni delle armi laser nel caso in cui l'aereo stesso sia sopravvissuto.
Si può presumere che il miglioramento e l'ampia distribuzione delle armi laser richiederanno la fornitura di protezione anti-laser per tutte le munizioni disponibili, sia guidate che non guidate, nonché per veicoli aerei con e senza equipaggio.
L'introduzione della protezione anti-laser comporterà inevitabilmente un aumento del costo, del peso e delle dimensioni delle munizioni guidate e non guidate, nonché dei veicoli aerei con e senza equipaggio.
In conclusione, possiamo citare uno dei metodi sviluppati per contrastare attivamente un attacco laser. Adsys Controls, con sede in California, sta sviluppando il sistema di difesa Helios, che dovrebbe abbattere la guida laser nemica.
Quando punta il laser da combattimento del nemico verso il dispositivo protetto, Helios ne determina i parametri: potenza, lunghezza d'onda, frequenza degli impulsi, direzione e distanza dalla sorgente. Helios impedisce inoltre al raggio laser del nemico di concentrarsi su un bersaglio, presumibilmente puntando un raggio laser a bassa energia in arrivo, che confonde il sistema di puntamento del nemico. Le caratteristiche dettagliate del sistema Helios, lo stadio del suo sviluppo e le sue prestazioni pratiche sono ancora sconosciute.
