Siły zbrojne
Amerykanie wprowadzają broń laserową na okręty
fot. geralt / pixabay
Amerykanie podjęli decyzję o wprowadzeniu na okręty US Navy pierwszego, gotowego do działań laserowego systemu uzbrojenia LaWS (Laser Weapon System).
System ten zostanie najpierw zamontowany w 2014 roku na przerobionym ostatnio na bazę mobilną okręcie USS „Ponce” (który aktualnie przebywa w rejonie Zatoki Perskiej) i będzie przeznaczony do zwalczania zarówno celów powietrznych jak i nawodnych.
Decyzja podjęta 8 kwietnia br. zaskoczyła wszystkich, jednak bardziej z powodu chwili w jakiej ona została podjęta (cięcia budżetowe), niż z tego że jest to zupełna nowinka techniczna. Demonstrator takiego systemu jest już bowiem zamontowany na niszczycielu typu Arleigh Burke USS „Deway” (gdzie zajmuje dużą część pokładu dla śmigłowca).
Dodatkowo wcześniej, jeszcze na lądzie dowództwo NAVSEA (US Navy's Naval Sea Systems Command) i Centrum Badawcze NSWC (Naval Surface Warfare Center) przeprowadziło serię udanych testów LaWS w trakcie których udało się zniszczyć promieniowaniem laserowym pięć bezzałogowych aparatów latających. Pierwszy został zestrzelony w locie 7 czerwca, dwa następne 9 i dwa ostatnie 11 czerwca 2009 r.
Przeczytaj także: Koncepcja rodem z Avatara. Europejski projekt wyznacza nowe możliwości latania
Prace rozpoczęto wtedy od lasera o mocy 10 kW i długości fali 1,6 µm, ale założono od razu zarówno zwiększenie mocy, jak i zbadanie wpływu warunków morskich na propagację promieniowania laserowego.
Dlaczego broni energetycznej nadano taki priorytet?
Według biura badań amerykańskiej marynarki ONR (Office of Naval Research) broń bezprochowa, a w tym broń energetyczna ma nadal wysoki priorytet. Szczególnie dotyczy to systemów laserowych, przede wszystkim ze względu na ich celność, ograniczenie skutków ubocznych, szybkość trafienia w cel (prędkość światła), szybkość reagowania na ruch obiektu, szybkostrzelność (zdolność zwalczania wielu celów w krótkim czasie), wyeliminowanie niebezpieczeństwa związanego ze składowaniem amunicji oraz stosunkowo niskie koszty jednego „strzału” w porównaniu do ceny rakiet.
Niestety lasery mają też swoje wady: potrzebują wysokoenergetycznych źródeł zasilania, skupiona wiązka światła jest tłumiona w trudnych warunkach atmosferycznych a ponadto cel musi być bezpośrednio widoczny (nie można niszczyć obiektów ukrytych za horyzontem lub np. za wzgórzami).
Co zrobili Amerykanie?
Obecnie wykorzystywany demonstrator przypomina małą kopułę obserwatorium astronomicznego, gdzie w miejsce teleskopu zamontowano działko laserowe. Wykorzystuje on laser na ciele stałym, oparty o półprzewodnik opracowany przez przemysł cywilny do przetworzenia energii elektrycznej na światło. Zadaniem LaWS jest naprowadzenie wiązki laserowej na obiekt i jego rozgrzanie do takiej temperatury, która spowoduje zniszczenie struktury fizycznej obiektu lub wywoła eksplozję (np. głowicy bojowej lub paliwa).
Zobacz również: US Navy zamawia podwodny skafander rodem z filmów S-F
O ile jednak łatwo jest wycelować promień na obiekt poruszający się stałym kursem i na niewielkiej prędkości, o tyle rozgrzanie struktury celu manewrującego (najnowsze rakiety przeciwokrętowe lub samoloty) jest już o wiele trudniejsze. Dodatkowo efektywność lasera znacząco spada w odniesieniu do obiektów opancerzonych, których rozgrzanie wymaga dużej ilości energii. Tymczasem demonstrator zastosowany na USS „Dewey” został wielokrotnie sprawdzony głównie w odniesieniu do wykorzystywanych jako cele dronów powietrznych i nawodnych.
Jaki powinien więc być okrętowy system laserowy?
Przede wszystkim powinien zajmować jak najmniej miejsca. Już to, że w przypadku broni laserowej nie ma konieczności magazynowania dużej ilości amunicji jest wielką zaletą. Ze względu na obecny zasięg działania (kilka-klikanaście kilometrów) jak na razie uznaje się, że LaWS będzie wykorzystywany do obrony bezpośredniej okrętów, a więc zastąpi lub uzupełni systemy Phalanx i RAM.
Dlatego konieczne było zminiaturyzowanie wieżyczki systemu, tak by mogła się ona zmieścić w miejscach przeznaczonych dla obecnie wykorzystywanych systemów samoobrony. Chcąc przyśpieszyć tempo projektowania Amerykanie na początku korzystali z już gotowych urządzeń, często mających zupełnie inną zasadę działania. Przykładem może być małokalibrowy zestaw artyleryjski Vulcan Phalanx, z którego zapożyczono podstawę i systemy sterowania, montując w miejsce armaty i radarów głowicę z laserem na ciało stałe.
Powstał w ten sposób system LADS (Laser Air Defense System), który z powodzeniem był testowany w Nowym Meksyku. Początkowo korzystano w nim z komercyjnego lasera światłowodowego o mocy 20 kW, ale pomimo tego udało się nim zniszczyć dwa pociski moździerzowe 60 mm w odległości 500 m.
Później w firmie Rayheon zbudowano prototyp systemu LADS, który wykorzystuje silniejszy laser światłowodowy o mocy 50 kW. Jego podstawową zaletą był fakt, że do zasilania potrzebował on jedynie energii elektrycznej i nie był ograniczony ilością amunicji jak było w przypadku pierwowzoru artyleryjskiego i magazynowanymi środkami chemicznymi jakie są potrzebne w przypadku laserów chemicznych
Co na pewno będzie standardem jeżeli chodzi o broń laserową ?
Wbrew pozorom nie tylko Amerykanie wypracowują kształt przyszłego okrętowego uzbrojenia laserowego. Z prac prowadzonych na całym świecie wynika, że będzie się ono składało zasadniczo z trzech elementów: lasera, źródła zasilania i systemu kierowania ogniem. Tylko jeżeli te trzy elementy ze sobą będą współdziałały będzie można mówić o skutecznie działającym systemie uzbrojenia.
Już wiadomo, że waga systemu i przestrzeń przez niego zajęta zależy od planowanej mocy promieniowania. Badania przeprowadzone przez francuskie konsorcjum DCNS przed kilkoma laty wykazały, że sam laser, bez źródeł zasilania i sytemu chłodzenia zajmie przestrzeń od 20 do 40 m3 dla mocy 1 MW natomiast jego wagę można określić stosując przelicznik 10 do 20 kg na 1 kW mocy. A ta moc w przypadku okrętów ma się wahać w granicach 50 – 500 kW.
Kwestią sporną jest miejsce montażu głowicy laserowej. W przypadku pokładu, techniczne problemy związane z wagą i przestrzenią zajętą urządzeniem, nie mają większego znaczenia. Z drugiej jednak strony systemy pokładowe nie mogą pokryć swoim zasięgiem całego obszaru wokół okrętu i dla zniwelowania stref martwych wymagany jest montaż co najmniej dwóch systemów. Pokład zmniejsza również możliwość zwalczania celów nisko lecących, a także zmusza do stosowania specjalnych działań chroniących głowice laserową przed wpływem wody morskiej.
Wykorzystanie topu masztu pozwala zniwelować te wady, ale wprowadza ograniczenia związane z wagą. Ograniczenia te są mniejsze w przypadku tzw. masztów zintegrowanych, co jednak nie oznacza, że są całkowicie zniwelowane. Dlatego zakłada się, że na szczycie masztów będą montowane tylko lasery mniejszej mocy, np. „zakłócające” głowice rakiet, natomiast na pokładzie będą wykorzystywane laserowe systemy „niszczące” dużej mocy, których działanie polega (mówiąc najogólniej) na rozgrzaniu fragmentu kadłuba zbliżającego się obiektu.
Innym problemem związanym z okrętowym zastosowaniem uzbrojenia laserowego jest wpływ środowiska morskiego. Z zasady charakteryzuje się ono dużą wilgotnością, co może wpłynąć na tłumienie promieniowania laserowego. Można je zmniejszyć przez odpowiedni dobór pasma pracy, jednak w rzeczywistości wymaga to interwencji większą mocą lub dłuższym czasem oświetlania celu. Jest to szczególnie widoczne w przypadku obiektów twardych. Dlatego jest mało prawdopodobne by laser był w najbliższym czasie skuteczny np. w niszczeniu opancerzonych okrętów lub oddzielonych głowic jądrowych (konstrukcyjnie odpornych na wysoką temperaturę przy przejściu przez wyższe warstwy atmosfery). Natomiast doskonale może się nadawać do niszczenia statków powietrznych i rakiet manewrujących, o ile zostaną rozwiązane problemy techniczne – jednak nie z samym laserem, a bardzo precyzyjnym systemem naprowadzania wiązki.
Ogromny wpływ na skuteczność broni laserowej (a także na zasięg jej skutecznego działania) mają bowiem ruchy okrętu oraz turbulencje atmosferyczne. Jest to związane m.in. ze współczynnikiem załamania światła, który zależy od koncentracji molekuł gazu w jednostce objętości powietrza. W warunkach równowagi termodynamicznej lokalne fluktuacje gazu są niewielkie. Jednak nad morzem molekuły powietrza są najczęściej w ruchu, wywołanego zmianami ciśnienia i temperatury. Pojawiają się wtedy obszary powietrza o zmiennej w odniesieniu do otoczenia gęstości, a więc o różnych współczynnikach załamania światła.
Wiązka światła laserowego przechodząc przez ośrodek o zmiennym współczynniku załamania, doznaje zniekształcenia. Następuje m.in. poszerzenie przekroju poprzecznego wiązki i zmiana kierunku propagacji. Mniejsze skupienie wiązki to większa moc lub dłuższy czas potrzebne do rozgrzania danej powierzchni. Tych turbulencji optycznych nie da się zneutralizować systemem stabilizacji samej głowicy laserowej, bo ten służy przede wszystkim do niwelowania przechyłów okrętów (zresztą też tylko częściowo).
Jak sobie z tym wszystkim można poradzić w systemie działającym operacyjnie jako pierwsi pokażą Amerykanie. I w dużym stopniu od ich doświadczeń będzie zależała przyszłość uzbrojenia laserowego na okrętach.
Maksymilian Dura
