zastosowanie laserów w uzbrojeniu

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach
Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn
ZASTOSOWANIE LASERÓW W
UZBROJENIU
WCISŁO MICHAŁ
ŻAK KRZYSZTOF
Grupa TLiP, IV rok
Rok akademicki
2003/2004
PODZIAŁ WOJSKOWEGO SPRZĘTU OPTOELEKTRONICZNEGO
Wyróżnia się cztery główne grupy sprzętu:
- pociski rakietowe naprowadzane metodami
optoelektronicznymi;
-urządzenia obserwacyjne;
-urządzenia laserowe;
-sprzęt przeciwdziałania.
URZĄDZENIA LASEROWE
Można wyróżnia pięć podstawowych grup wojskowych urządzeń laserowych : dalmierze,
wskaźniki celu, oświetlacze, urządzenia lokacji oraz symulatory (rys. 3).
Rys.3
Dalmierze laserowe
Dalmierze laserowe umożliwiają szybki precyzyjny pomiar odległości do celu, co znacznie
zwiększa prawdopodobieństwo trafienia celu pierwszym strzałem. Metodą wyznaczania
odległości do celu, powszechnie stosowaną w dalmierzach, jest pomiar różnicy czasu
pomiędzy momentem emisji impulsu laserowego przez nadajnik dalmierza a momentem
rejestracji odbitego impulsu przez odbiornik.
Schemat blokowy typowego dalmierza został przedstawiony na rys. 4.
Rys.4
Nadajnik dalmierza składa się z lasera oraz miniaturowej lunetki używanej do
poszerzenia oraz zmniejszenia rozbieżności wiązki emitowanego promieniowania.
Z kolei odbiornik składa się z układu optycznego, filtra, dwóch detektorów, wzmacniacza
sygnałów na wyjściu detektorów, układu pomiaru odstępów czasu oraz wyświetlacza.
Układ optyczny jest zastosowany w celu ograniczenia pola widzenia odbiornika do
obserwowanego celu. Filtr optyczny pozwala stłumić promieniowanie docierające do
układu optycznego o innych długościach fali niż promieniowanie nadajnika.
Do chwili obecnej wyprodukowano znaczną liczbę różnego typu dalmierzy laserowych,
które znajdują się głównie w wyposażeniu sił lądowych (artyleria i wojska pancerne), ale
również są w wyposażeniu lotnictwa i marynarki. Dalmierze laserowe zwykle
wykorzystywane były samodzielnie, ale coraz częściej współpracują one z urządzeniami
noktowizyjnymi czy termowizyjnymi (w połączeniu z tymi ostatnimi umożliwiają pomiar
odległości w nocy i w trudnych warunkach atmosferycznych).
Maksymalna odległość, jaką mogą zmierzyć
typowe współczesne wojskowe dalmierze, zawiera
się w przedziale 5 - 30 km. Niemniej jednak wydaje się, że dla zastosowań w wojskach
lądowych oraz dla śmigłowców regułą są dalmierze o maksymalnej odległości pomiaru
około 10 km. Dalmierze typowo oferują dokładność pomiaru odległości ±5 m. Są również
oferowane dalmierze o znacznie wyższej dokładności pomiaru. Jednak w praktyce
wojskowej są one raczej rzadko stosowane. Należy bowiem pamiętać, że dalmierze
laserowe są montowane na środkach przenoszenia, których drgania powodują
ograniczenie dokładności pomiaru odległości do celu. Istnieje również drugi czynnik
ograniczający dokładność pomiaru rozbieżność wiązki. Jeżeli wiązka laserowa będzie
szersza od wybranego obiektu, to dalmierz zmierzy średnią odległość do tego obiektu i
wszystkich pozostałych obiektów, które znalazły się w zasięgu wiązki laserowej.
Typowe dalmierze znajdujące się w wyposażeniu wojska pracują zwykle na długości fali
1,06 mm (długość fali dla laserów YAG). Dalmierze laserowe emitujące promieniowanie
o tej długości fali są jednak niebezpieczne dla wzroku ludzkiego, ponieważ soczewka
oczna stosunkowo dobrze transmituje promieniowanie w przedziale 0,45 - 1,4 mm
i promieniowanie lasera o długości fali 1,06 mm może łatwo uszkodzić siatkówkę oka.
Obecnie daje się zauważyć dążenie do zastąpienia dalmierzy laserowych emitujących
promieniowanie 1,06 mm dalmierzami emitującymi promieniowanie na długościach fali
1,54 mm lub 10,6 mm, które określa się mianem dalmierzy bezpiecznych dla wzroku
ludzkiego.
Klasyfikacja dalmierzy laserowych:
laserowy dalmierz artyleryjski - dalmierz laserowy stosowany w systemach
kierowania ogniem artyleryjskim, a także do oceny rezultatów strzelania artyleryjskiego np.
na poligonach. Z l. d. a. produkcji amerykańskiej bardziej znane są urządzenia oznaczane
jako AN/GVS, stosowane do określenia odległości dla moździerzy, a także dalmierze typu
KLFR, przeznaczone do oceny rezultatów strzelania. Dalmierze produkują również firmy
angielskie, szwedzkie, norweskie i francuskie.
laserowy dalmierz czołgowy - służy do określenia odległości do celów
naziemnych.
laserowy dalmierz lornetkowy - dalmierz laserowy o konstrukcji i sposobie
użytkowania zbliżony do lornetki; charakteryzuje się niewielka masą umożliwiającą
niekiedy zamocowywanie na hełmie. L. d. l. służą do pomiaru odległości do 20 km z
dokładnością ±5m.
laserowy dalmierz samolotowy - dalmierz służący do instalowania na obiekcie
latającym, służy do pomiaru pułapu lotu do celów nawigacyjnych, a także do określenia
rzeźby terenu. Ze względu na wąską wiązkę laserową daje rozróżnialność kątową oraz
łatwość wybrania właściwych obiektów naziemnych. Krótki impuls i krótki czas narastania
zapewnia wysoką dokładność pomiaru oraz rozróżnialność. Urządzenie może również
służyć do określenia pułapu i szybkości lotu śmigłowca.
laserowy dalmierz - celownik - urządzenie laserowe do pomiaru odległości do obiektów
pojawiających się w polu widzenia operatora oraz wskazywania celów
Wskaźniki celu
Wskaźniki celu są to lasery wykorzystywane do wskazania celu pociskom rakietowym
naprowadzanym na odbitą wiązkę promieniowania laserowego. Wskaźniki laserowe mogą
być integralną częścią stacji kontrolnej pocisku rakietowego znajdującego się na
samolocie (w warunkach krajowych przykładem tego jest stacja laserowa
Kłon , wykorzystywana do wskazywania celu pociskom rakietowym H-25Ł i H-29Ł)
lub też mogą być w pełni mobilne i wykorzystywane przez pojedynczego żołnierza.
Rys.5
Oświetlacze
Oświetlacze to urządzenia laserowe wykorzystywane do podniesienia poziomu luminancji
obserwowanej scenerii. Wyróżnia się dwie podstawowe grupy oświetlaczy celu:
pracy ciągłej oraz impulsowe. Oświetlacze pracy ciągłej są wykorzystywane
głównie do poprawienia zasięgów widzenia przyrządów noktowizyjnych. Można
przyrównać te urządzenia do latarki o bardzo małej rozbieżności wiązki emitowanego
promieniowania. Niewielka rozbieżność wiązki powoduje znaczne ograniczenie możliwości
wykrycia użycia tych laserowych oświetlaczy w stosunku do klasycznych oświetlaczy (na
lampach żarowych). Oświetlacze impulsowe są zwykle wykorzystywane
do poprawienia zasięgów widzenia kamer nocnego poziomu oświetlenia LLLTV.
Zastosowanie oświetlenia scenerii jedynie w wybranych momentach czasu pozwala na
dalsze ograniczenie demaskującego charakteru tych oświetlaczy.
Urządzenia lokacji
Laserowe urządzenia lokacji (ladars) to laserowe odpowiedniki stacji radiolokacyjnych,
służące do ustalenia odległości, położenia kątowego celu i szybkości przemieszczania
się celu. Do pomiarów odległości i położenia wykorzystywany jest dalmierz laserowy
zintegrowany w układem precyzyjnego obrotu w azymucie i w elewacji. Szybkość
przemieszczania się celu mierzona jest, podobnie jak w radiolokacji, z wykorzystaniem
efektu Dopplera, to znaczy z wykorzystaniem zależności częstotliwości odbitego
promieniowania od szybkości przemieszczania celu. Jako zalety laserowych urządzeń
lokacji, w stosunku do stacji radiolokacyjnych, wymienia się mniejsze wymiary i mniejszą
masę, większą odporność na zakłócenia oraz mniejsze prawdopodobieństwo wykrycia
urządzenia ze względu na silnie kierunkowy charakter emisji wiązki. Wadą tych urządzeń
zaś są znacznie mniejsze zasięgi wykrycia celu niż za pomocą stacji radiolokacyjnych oraz
silna zależność tych zasięgów od warunków atmosferycznych.
Symulatory laserowe
Symulatory laserowe są to urządzenia symulujące realne warunki pola walki,
umożliwiające prowadzenie szkoleń obsługi uzbrojenia bez użycia amunicji.
Zasada działania typowego symulatora laserowego jest następująca. Celowniczy, np.
działa czołgowego, wykonuje wszystkie typowe czynności, naprowadza celownik na
cel i pociąga za spust. W tym momencie laser, zamontowany równolegle do działa,
emituje impuls promieniowania. Jeżeli działo było wycelowane poprawnie, to
promieniowanie lasera dociera do układów detekcji zamontowanych na celu, które
przesyłają obsługującemu działo sygnał o trafieniu. Mogą być generowane również
dodatkowe efekty, np. w postaci dymu pojawiającego się nad celem.
Użycie nowoczesnego uzbrojenia do klasycznego szkolenia poligonowego wiąże się
z ogromnymi kosztami, zastosowanie symulatorów laserowych pozwala osiągnąć znaczne
oszczędności finansowe. Jednocześnie stosowanie symulatorów laserowych znacznie
upraszcza prowadzenie szkoleń. Z tych właśnie względów liczba symulatorów laserowych
wchodzących do uzbrojenia nowoczesnych armii szybko wzrasta.
System LANTIRN
System do nocnej nawigacji i namierzania celu w podczerwieni w locie na małej
wysokości LANTIRN firmy Lockhed Martin składa się z dwóch cylindrycznych zasobników
umieszczonych na szerokich wysięgnikach pod przednią częścią kadłuba F-15E oraz
niektórych F-16. Zasobnik nawigacyjny AAQ-13 waży 430 funtów (195 kg), a zasobnik
naprowadzania na cel AAQ-14 540 funtów (245 kg), jednakże oba byłyby bezużyteczne
bez oprogramowania integrującego te urządzenia z układami sterowania i uzbrojenia
samolotu. LANTIRN wykorzystuje szereg elektrooptycznych i komputerowych technologii,
aby załodze myśliwca uderzeniowego zamienić noc na dzień. Kompletny system
LANTIRN zwiększa koszt samolotu o około 4 miliony dolarów; nie jest to wysoka cena,
biorąc pod uwagę uzyskane możliwości.
Zasobnik nawigacyjny AAQ-13 zawiera radar antykolizyjny pracujący w paśmie KU
oraz termowizor FLIR, który zamienia ciepło emitowane przez obiekty w widzialny obraz.
Dzięki aparaturze umieszczonej w zasobniku powstaje obraz wideo obserwowanej
przestrzeni o szerokości kątowej od 21 do 28 stopni oraz symbole ukazywane na
wyświetlaczu HUD. Obraz jest ziarnisty, ale wrażenie głębi jest wystarczające, by możliwe
było latanie w całkowitych ciemnościach lub w dymie pola bitwy. Deszcz, mgła lub śnieg
obniżają jednak efektywność systemu, gdyż aerozole i para wodna tłumią energię
podczerwoną. Będący częścią AAQ-13, radar można bezpośrednio połączyć z
automatycznym pilotem samolotu w sposób, dzięki któremu jest on w stanie
automatycznie utrzymać zadaną wysokość nawet zaledwie 100 stóp (30,5m), lecąc niemal
każdym rodzajem terenu. Przy ręcznym trybie pracy wyświetla on na ekranie HUD okienko
wskazujące drogę przed samolotem w taki sposób, aby bezpiecznie omijać przeszkody,
pilot musi jedynie utrzymać oś samolotu wewnątrz tego okienka. Możliwe jest nawet
bezpieczne lądowanie samolotu bez pasa startowego, linie namalowane na jego
powierzchni są bowiem widoczne w podczerwieni. Wystarczy proste użycie przełącznika
HOTAS na drążku sterowniczym, aby pilot mógł zobaczyć, co dzieje się na lewo, prawo, u
góry lub na dole zarówno przy locie poziomym jak i przy zakręcie, w przechyle Inny
przełącznik wybiera „ciepło czarne” (ciepłe miejsca przedstawione są kolorem czarnym)
lub „ciepło białe”, pozwalając pilotowi wybrać, które ustawienie dostarcza pilotowi
najlepszego kontrastu obrazu.
Zasobnik naprowadzania na cel AAQ-14 zawiera kolejny termowizor umieszczony
w wieżyczce obracającej się na dwóch osiach, z możliwością wyboru szerokiego lub
wąskiego pola widzenia, oraz laserową stację pomiaru odległości i podświetlania celu.
Termowizor zasobnika naprowadzania na cel wyświetla przekazywany obraz na małym
ekranie telewizyjnym w kabinie, można go kierować niezależnie od termowizora
zasobnika nawigacyjnego i wykorzystać do rozpoznania celu lub ukształtowania terenu ze
stosunkowo dużych odległości. Można wtedy używać lasera zamontowanego w zasobniku
i „oświetlić” cele dla bomb naprowadzających laserowo, których przykładem mogą być
bomby Paveway. Pozwala on również wziąć na cel ruchome obiekty i śledzić je
automatycznie, jak również wskazywać obiekty naziemne, które mają zostać zaatakowane
przez pociski rakietowe. Możliwe jest również wyznaczanie kolejnych celów, które mają się
stać obiektem następujących po sobie ataków podczas jednego nalotu. Laser
wykorzystuje się również do określenia dokładnej odległości samolotu od terenowego
znaku orientacyjnego w celu zaktualizowania danych systemu pokładowej nawigacji
bezwładnościowej, co jest konieczne, by możliwe stało się użycie jakiejkolwiek broni
( zarówno pocisków kierowanych jak i niekierowanych) w warunkach ograniczonej
widoczności. Do potrzeb szkoleniowych moc lasera zasobnika naprowadzania na cel
ustawiona jest na poziomie nieszkodliwym dla oczu, co sugeruje, że pełna moc lasera
AAQ-14 mogłaby oślepić piechotę. Choć LANTIRN został zaprojektowany do
naprowadzania na cel uzbrojenia klasy powietrze-ziemia, system ten może być,
oczywiście, wykorzystywany w walce powietrznej. Nowoczesne rosyjskie samoloty taki jak
MiG-29 i Su-27 posiadają termonamierniki zamontowane w niewielkich półkolistych
owiewkach z przodu kabiny, które umożliwiają rozpoznanie i naprowadzanie na cel bez
włączania radaru, co mogłoby zaalarmować potencjalny obiekt ataku. Zasobnik AAQ-14
ma prawdopodobnie podobne właściwości, choć nie wiadomo, w jakim stopniu
oprogramowanie, które wykorzystuje, zostało do tego dostosowane.
Podczas „Pustynnej Burzy” 72 samoloty F-16 było wyposażonych w sprzęt LANTIRN
przez dodanie zasobnika nawigacyjnego AAQ-13. LANTIRN umożliwia bezpieczny lot na
małej wysokości w nocy, nad pozbawionym cech charakterystycznych terenem
pustynnym, bez potrzeby stosowania pomocy urządzeń nawigacyjnych o dużej mocy,
takich jak radar mapujący teren, które mogłyby zaalarmować czujniki nieprzyjaciela.
Polowanie na SCUD-y podczas walk nad Zatoka Perską przy użyciu samolotów
wyposażonych w system LANTIRN
Rys.6
Wojny gwiezdne
Sagę "Star Wars" szybko zaprzęgnięto do zimnowojennej propagandy. Politykom
przypadła do gustu filmowa frazeologia. Prezydent USA, Ronald Reagan, zaczął w swych
wystąpieniach nazywać ZSRR "Imperium Zła", a amerykański program zbrojeniowy, tzw.
Inicjatywa Obrony Strategicznej, został nazwany "Wojnami Gwiezdnymi". W styczniu 1984
r. Reagan podpisał dyrektywę bezpieczeństwa narodowego nr 119, na mocy której na
realizację inicjatywy w ciągu 5 lat przeznaczono kwotę 25 mld dolarów.
Początkowo system miał chronić USA przed zmasowanym radzieckim atakiem
nuklearnym, jednak w 1991 r. kolejny prezydent George Bush zmienił jego formułę. Odtąd
system miał zapewnić także obronę przed ograniczonym atakiem rakietowym (program
GPALS - Global Protection Against Limited Strikes). W 1985 r. utworzono Dowództwo
Kosmiczne USA i przeprowadzono udaną próbę zniszczenia satelity w przestrzeni
kosmicznej za pomocą rakiety antysatelitarnej. Później wykonywano próby z bronią
laserową i rakietami ASAT. Rozmieszczenie pierwszych elementów systemu planowano
na lata 1994-1995. Ostatecznie Amerykanie zrezygnowali z projektu w 1993 r. Wydawało
się wtedy, że po upadku ZSRR nikt im nie będzie w stanie zagrozić.
W następnych latach inicjatywa odżyła w zmodyfikowanej formie Narodowej Obrony
Antyrakietowej (NMD), opierającej się na wykorzystaniu satelitów zwiadowczych
i dowodzenia oraz rakiet bazujących na lądzie (oraz obecnie na okrętach).
Częścią reaganowskich "Wojen Gwiezdnych" miała być broń laserowa. Wpadła ona w oko
również twórcom kosmicznej sagi. Na każdym widzu filmów Lucasa wielkie wrażenie
wywarły czerwone promienie z dział laserowych, dziesiątkujące zarówno szturmowce
Imperium, jak i rebeliantów. Jeśli jednak wierzyć w nie potwierdzone informacje, broni
laserowej użyto bojowo znacznie wcześniej niż na ekranie. Już pod koniec lat 60.
ubiegłego wieku wykorzystała ją armia byłego ZSRR w konflikcie granicznym z Chinami.
Jak wiadomo, efektami działania laserów mogą być oślepienie i poparzenie termiczne.
Jednak lasery mają większe możliwości. Wiązką promieni o odpowiednio dużej mocy
można zestrzelić (spalić) satelitę krążącego po orbicie (wspomniany projekt "Wojen
Gwiezdnych"). Niszczyć można również statki powietrzne, lecz koszt takiego lasera
ogranicza jego cele do satelitów i pocisków. Amerykanie budują już prototyp latającego
lasera ABL, na platformie Boeinga 747.
Światło lasera wykorzystywane jest również przy celowaniu (celowniki laserowe) oraz
naprowadzaniu pocisków na cel. Specjalne urządzenia wytwarzają wiązkę promieni
niewidoczną gołym okiem. Jeżeli taką wiązkę skierujemy na obiekt, wystrzelony pocisk
(nie musi być odpalany z tego samego miejsca; ważne, by nadleciał z odpowiedniej
strony) skieruje się w miejsce wskazane przez laser. Takie urządzenia znajdują się w
arsenałach wielu armii, także polskiej (choć u nas są stosunkowo nieliczne).
Zastosowanie laserów w telekomunikacji wojskowej
Wielka ilość informacji wpływającej do sztabów różnych szczebli, konieczność ich analizy,
opracowanie i wypracowanie optymalnych decyzji oraz przekazywania ich do niższych
szczebli dowodzenia, wszystko to wymaga wysoce szybkich systemów
telekomunikacyjnych. Teraz już nie tylko chodzi o to, aby przekazać głosem decyzje
dowódcy ale przekazywać trzeba całe sytuacje naniesione na mapy . Wskazuje to na
potrzebę włączenia do tego celu systemów opartych na promieniowaniu laserowym.
Zasięgi przekazywania informacji rozciąga się tysięcy kilometrów (przy przekazywaniu
danych od satelity do satelity) do zasięgów bardzo małych , zabezpieczających łączność
na polu bitwy na odległości do kilkuset metrów.
Wszystkie rodzaje laserów usiłuje się wykorzystać do tego celu, zgodnie z ich
szczególnymi właściwościami. Lasery półprzewodnikowe najdogodniej jest wykorzystywać
w systemach wojskowych, w których wymagany jest mały ciężar i wymiary , niska cena i
niezbyt duży zasięg łączności. W systemach tych ze znaczną siłą występuje problem
współosiowości układów nadawczych –odbiorczych. W urządzeniach stacjonarnych nie
ma z tym trudności, kłopoty zaczynają się gdy trzyma się urządzenie w ręku. Z tego
względu wiązka promieniowania powinna mieć dużą rozbieżność , a układ odbiorczy- duże
pole widzenia, ale wtedy znacznie spada zasięg tego urządzenia i wzrasta możliwość
podsłuchu. Wyjściem z tej sytuacji jest zastosowanie dodatkowego stabilizowanego
zespołu celowniczego.
Lasery pracujące z samosynchronizacją modów, generujące impulsy o pikosekundach
czasach trwania, mogą być stosowane do przesyłania informacji w kodzie binarnym, przy
wykorzystaniu modulacji impulsowo-kodowej (PCM). Polega to na wytłumieniu (wycinaniu)
impulsów z ich ciągu za pośrednictwem komórki Pocklesa. Możliwe jest tu wykorzystanie
zarówno laserów na granacie itrowoaluminiowym, jak i na argonie. Można również
wykorzystywać lasery barwnikowe w ten sposób, że zespół tych laserów nastrojonych na
różne długości fal pobudzony będzie odpowiednio podzielonym promieniowaniem lasera
argonowego. Promieniowanie to przed skupieniem na materiale czynnym lasera
barwnikowego może być modulowane. Można w ten sposób uruchamiać kilka lub
kilkanaście kanałów łączności. Uważa się że sposoby te pozwalają na uzyskanie
szybkości przekazywania informacji wynoszącej 109 bitów na sekundę.
Łącze telefoniczne na laserze półprzewodnikowym
Lasery półprzewodnikowe ze względu na małe wymiary i małe zasilanie oraz prosty
sposób modulacji znalazły szerokie zastosowanie również i w łączach telefonicznych na
małe odległości. Mogą one być wykorzystywane do porozumiewania się żołnierzy
widzących się wzajemnie na odległościach do kilku kilometrów. Ze względu na ciasnotę
radiową w eterze i skuteczne sposoby zakłócania a także często ze względu na potrzebę
zachowania ciszy radiowej-laserowe łącza telefoniczne bliskiego zasięgu mogą być wielce
użyteczne na współczesnym polu walki. Urządzenie to może być zamontowane na hełmie
żołnierza i zawierać ruchomy wizjer.
The Mobile Tactical High Energy Laser
Dzisiejsze lasery są wielkie, mało skuteczne i drogie. Opracowany przez US Army i Izrael
THEL - Tactical High Energy Laser - zajmuje dwa budynki. Airborne Balistic Laser - YAL-1
- mieści się w Boeingu 747. Dodatkowo na razie obydwa te urządzenia to lasery
chemiczne, wykorzystujące do emisji spójnej wiązki światła wysokoenergetyczne reakcje
chemiczne środków, które trudno nazwać przyjaznymi dla środowiska, np. związków
fluoru. Wprawdzie jeden strzał z YAL-a zainstalowanego na ABL kosztuje zaledwie 50
dolarów, ale korzystanie z chemicznych reagentów ogranicza znacząco liczbę strzałów,
które laser może oddać. Mimo to postęp w dziedzinie laserów bojowych jest znaczący. W
czasie prób THEL zestrzelił w sumie kilkadziesiąt pocisków z katiuszy ani razu nie
chybiając. Celność 100 proc. dla systemu w fazie prób to jest coś, czym nie może się
poszczycić żaden system oparty o fizyczne (materialne) pociski.
Tymczasem w laboratoriach powstają konstrukcje, które zmienią radykalnie pole walki XXI
w. Lasery na wolnych elektronach (FEL - free electron laser) mają wydajność powyżej 90
proc, co oznacza, że ponad 90 proc. energii dostarczonej do lasera jest wyemitowana w
wiązce. Wadą FEL-ów jest ich duży rozmiar; konieczne jest zastosowanie systemu
akceleracji i deceleracji wiązki elektronowej. Dlatego takie instalacje będą montowane
wyłącznie na dedykowanych pojazdach bojowych, czy to latających (następcach ABL) czy
też naziemnych (ruchomych, pochodnych THEL-a).
Lasery półprzewodnikowe Nd:YAG (kryształy itrowo-glinowe domieszkowane neodymem)
mogą mieć wydajność do 30 proc., ale są małe, lekkie i wstrząsoodporne. Jeżeli
kiedykolwiek laser zejdzie do roli broni osobistej, to będzie właśnie w wersji
półprzewodnikowej. Lasery Nd:YAG lub podobne będą też stosowane we wszelkiego typu
przenośnych urządzeniach laserowych w rodzaju dalmierzy, laserowych lokalizatorów
optyki czy lidarowych skanerów.
YAL-1 na pokładzie ABL wykorzystuje lustro o średnicy 1 metra, ale im większa średnica,
tym większy zasięg lasera. Lustra są lepsze od soczewek również z tego powodu, że
istnieją dielektryczne lustra, które są w stanie odbić 100 proc. energii wiązki (płacą za to
bardzo wąskim przedziałem długości fali, dla których są skuteczne, zatem nie można ich
zastosować do obrony przed promieniem lasera). A nawet przy zastosowaniu innych
rodzajów luster, nie odbijających 100 proc. energii wiązki, chłodzenie optyki skupiającej w
formie lustra jest znacznie prostsze niż chłodzenie soczewek.
Śnieg i deszcz to główni wrogowie lasera. Oczywiście, problemem jest sama atmosfera,
pochłaniająca i rozpraszająca energię lasera. Ale stanowiące największy problem
"thermal blooming", czyli rozpraszanie energii wiązki przez powietrze rozgrzane przez
samą wiązkę, dotyczy głównie laserów o promieniu ciągłym, takich jak THEL czy ABL.
Przyszłość stanowią lasery impulsowe, rażące cel serią ultrakrótkich impulsów (np.
femtosekundowych). Każdy taki impuls powoduje wybuchowe odparowanie niewielkiej
ilości materiału w trafionym miejscu - a po ułamku sekundy w to samo miejsce trafia
kolejny impuls. Efekt jest taki, jakby ktoś odpalił w punkcie trafienia serię malutkich
ładunków wybuchowych. O ile jednak znaczącą część skutków pochłaniania
atmosferycznego można zniwelować przez użycie laserów impulsowych, o tyle unoszące
się w powietrzu płyny i ciała stałe - czyli właśnie śnieg, deszcz czy kurz - będą znacząco
skracać efektywny zasięg broni. To nie problem dla ABL unoszącego się ponad
powierzchnią chmur lub SBL (Space Born Laser) wiszącego na orbicie Ziemi,
przeznaczonych do zestrzeliwania rakiet balistycznych, ale dla lasera zamontowanego na
podwoziu transportera opancerzonego lub na atomowym lotniskowcu.
Koniec lotnictwa?
Skuteczna broń laserowa będzie dla pilotów myśliwców równie przykrą niespodzianką, co
karabiny maszynowe dla kawalerii. Promieniom lasera nie wywinie się nawet bezzałogowy
aparat bojowy UCAV, wyciągający 20 G w ciasnym zakręcie.
Zauważmy, iż żaden system stealth nie powoduje, że pojazd bojowy staje się niewidoczny.
Systemy lokalizujące oparte o promień lasera - lidary - oraz kilkumetrowej średnicy
teleskopy pozwalają na zneutralizowanie stosowanej przez wroga technologii obniżonej
wykrywalności. W starciu wielkiego, powolnego Boeinga z dywizjonem F-14 wygra...
Boeing, oczywiście przenosząc pokładowy laser, z którego można wystrzelić odpowiednią
ilość razy. Wprawdzie zasięg lasera ograniczony jest krzywizną Ziemi do linii horyzontu,
ale dla pojazdu latającego przebywającego na dużej wysokości horyzont znajduje się
znacznie dalej niż dla osoby idącej po powierzchni ziemi.
Ostrzeliwanie takiej laserowej kanonierki rakietami dalekiego zasięgu (na przykład
Phoenixów, skoro już używamy jako przykładu F-14) nie rozwiąże problemu. Pokładowy
laser zestrzeli je, zanim do niego dolecą.
W takich warunkach wysoko latające pojazdy bojowe skazane są na wymarcie. A wtedy
lotnictwo zostanie skazane na rolę, której od dawna nie lubi - latanie powolnymi, ciężko
opancerzonymi samolotami i śmigłowcami na małej wysokości, najlepiej pod osłoną
chmur, i zapewnianie wsparcia bojowego czołgom i piechocie. Wizja ta jest z pewnością
mało atrakcyjna dla myśliwców - tak samo jak wizja przesiadki z koni na pojazdy pancerne
dla kawalerzystów. Prawa fizyki są jednak nieugięte. Zaś Pentagon wydaje na
opracowanie laserów nadających się do zastosowania bojowego dość duże sumy
pieniędzy. Ich debiut na polu walki jest więc tylko kwestią czasu.
Rys 7. Schemat działania laserowego działa
Rys.8 Tactical High Energy Laser
Rys.9 Tactical High Energy Laser (THEL)
Nad poligonem White Sands w Nowym Meksyku (12.2002) dokonano pierwszego
przechwycenia i zestrzelenia laserem pocisku lecącego z prędkością naddźwiękową.
Naświetlenie trwało kilka sekund, po czym cel został rozerwany na części. Obserwatorzy,
wśród których przeważali wysocy oficerowie amerykańskiej armii, byli bardzo zadowoleni.
Mówi się nawet o tworzeniu „nowej historii“, bo odkąd przez siedmioma wiekami na
wyposażeniu wojska znalazła się broń palna i artyleria taktyka obrony polegała na
schodzeniu z linii ognia, ucieczce, ukrywaniu się przed nadlatującymi pociskami,
budowaniu umocnień i bunkrów. Wkrótce wszystko to może się okazać niewystarczające.
Laser będzie zdolny przepalić każdy pancerz i zniszczyć pocisk w trakcie lotu.
Pierwsze udane zestrzelenie ma na koncie "Tactical High Energy Laser" (THEL) –
pierwsza broń z planowanego całego arsenału, który amerykańska armia chce mieć już
niedługo na swoim wyposażeniu. Minister Obrony Donald Rumsfeld przyznał temu
programowi najwyższy priorytet. W ostatnich latach wiele miliardów dolarów wydano na
badania i rozwój. Teraz Rumsfeld chce widzieć efekty.
Na najdroższą z broni laserowych – Airborne Laser (ABL) – wydano już 3,7 mld dolarów.
Laser ten, zainstalowany na samolocie, ma być zdolny zniszczyć wycelowane weń rakiety.
Zamiast pocisków rakiety będą palone z odległości setek kilometrów przez krótkie impulsy
energii o wartości wystarczającej do zaopatrzenia w prąd niewielkiego miasta. Jeszcze w
tym dziesięcioleciu amerykańskie lotnictwo chce dysponować flotą 7 samolotów
wyposażonych w ABL, które będą w stanie dotrzeć do każdego miejsca potencjalnego
konfliktu na Ziemi w ciągu 24 godzin i wziąć na cel rakiety balistyczne we wczesnej fazie
lotu.
Choć sam laser już działa, to jak dotąd Boeing, Lockheed Martin i TRW wciąż próbują
pomieścić wszystkie podzespoły w rufie Jumbo-Jeta. Są to dużych rozmiarów zbiorniki,
pompy, układy chłodzenia i elementy adaptywnej optyki, które łącznie ważą 82 tony.
Zamieszczam również deane dotyczące systemu(prototypu) SBL pochodzą z bardzo
pewnego źródła:
• Laser type : chemical laser similar to ABL (except it uses deuterium-fluoride instead of
oxygen-iodine). SBL is more efficient than the ground based version because the rapid
adiabatic expansion take place into the vacuum of space.
• Laser fuel capacity : 200 to 500 seconds total lasing time
• Wavelength : 2.7 µm
• Laser power : 5-10 MW
• Orbit height : 800-1,300 km
• Orbit inclination : 40°
• Coverage per satellite : about a tenth of the earth's surface
• Range : 4,000 km (up to 12,000 km)
• Spot size : 0.3 to 1.0 meter at focus
• Atmopheric penetration: down to 3,000 meters (limited by IR absorption of H2O vapor)
• Shot duration : 10 seconds
• Time to switch between targets : 1 second
• Satellite weight : 35,000 kg, (three times the weight of the Hubble Space Telescope)
• Configuration or deployment scheme



20 satellite configuration (ideal)
10 satellites and an equal number of orbiting mirrors that would bounce laser beams to their
targets
Two ground-based lasers and array of orbiting mirrors 30 meters in diameter (difficult to fit
into launch vehicles).
• Mirror




Uses a modified mirror developed by NASA for its Next Generation Space Telescope.
The 8 meter mirror is segmented so that it can be folded inside a launch vehicle and unfurled
in orbit like flower petals.
The bigger the mirror, the less lasing power required, and the less laser fuel required.
The highly reflective mirror coating eliminates the need for a heavy coolant system. (uncooled optics)
• Flight prototype: Space Based Laser Readiness Demonstrator (SBLRD) a half-scale SBL






Cost: $1.5 billion
Schedule: by 2010
Weight: 17,500 kg
Length: 20.12 m
Diameter: 4.57 m
Mirror Diameter: 4.0
Literatura:
www.fas.org/spp/starwars/program/index.html
www.popularmechanics.com/
www.polska-zbrojna.pl
„Technika i eksploatacja” autorstwa Ppłk dr hab. Inż. Krzysztofa Chrzanowskiego z
Wojskowej Akademii Technicznej Instytutu Optoelektroniki
www.wiadomosci.tvp.pl