По программе LaWS американских ВМС изучалась возможность использования дешевой технологии волоконного лазера в качестве основы лазерного оружия, которое можно было бы интегрировать в существующие установки Phalanx
Американские ВМС впервые полностью готовы к демонстрации работы высокоэнергетического лазерного оружия и недавно объявили о планах выйти с прототипом электромагнитной рельсовой пушки в море. Рассмотрим прогресс в импульсном оружии нового поколения.
Уже несколько десятилетий в американских ВМС только и разговоров, что о развертывании на кораблях лазеров, систем импульсной энергии и электрического вооружения. Ряд очень привлекательных теоретических преимуществ – почти неограниченные магазины, дешевые боеприпасы и быстрое воздействие и много другое – способствовали тому, что научно-технологическое сообщество в оборонной сфере инвестировало значительные ресурсы в создание, разработку и демонстрацию соответствующих технологий в то время. Этот процесс привел к потоку публикаций и патентов, нескольким прототипам и массе прославленных мировых рекордов.
Однако подобное вооружение с технической точки зрения оказалось слишком сложным в разработке и изготовлении. Технология и технические средства не всегда хорошо вписывались в предполагаемые временные рамки, а некоторые изначально многообещающие решения оказывались непрактичными или неработающими; законы физики порой вставали на пути к прогрессу.
Даже при этом флот сохранял веру в фундаментальную науку, а благоразумное направление ресурсов НИОКР на снижение рисков и развитие ключевых передовых технологий недавно начало приносить дивиденды. Действительно, флот в настоящее время стоит на пороге развертывания своего первого рабочего высокомощного лазера high-energy laser (HEL); также планируется в 2016 году вывести в море прототип электромагнитной рельсовой пушки.
Начальник научно-исследовательского управления ВМС контр-адмирал Мэтью Кландер описывает это оружие высокой мощности как «будущее морского боя» добавляя, что ВМС «находятся на переднем крае этой уникальной технологии».
Все же стоит напомнить, что оружие направленной энергии, например лазеры высокой мощности и микроволны высокой мощности, изучается уже более четырех десятилетий. Например, ВМС открыли отдел по программе HEL еще в 1971 году и начали разработку, изготовление и испытания военного демонстрационного образца мощного (около мегаватта) HEL на фториде дейтерия.
Новейшая история разработки оружия направленной энергии для ВМС США реально началась с повторного создания в июле 2004 года программного офиса (PMS 405) по системам направленной энергии и электрическому оружию Командования военно-морских систем ВМС. Этот шаг послужил новым толчком к научно-техническим разработкам, которые были отложены примерно на десятилетие в ящик с надписью «экзотика». Не то чтобы исследования были приостановлены, скорее технология не имела четкого пути развития успеха.
В течение прошедшего десятилетия PMS 405 служил в качестве центра по переводу технологии электрического оружия и оружия направленной энергии из лабораторий во флот. В этой роли он координировал НИОКР между центрами военно-морских исследований, правительственными лабораториями и промышленностью.
Также стоит отметить здесь вклад научно-исследовательского управления ВМС ONR (Office of Naval Research) и Центра разработки надводного вооружения ВМС в Дальгрене NSWCDD (Naval Surface Warfare Establishment Dahlgren Division). ONR курировал инновационные разработки в технологиях высокомощного лазера и рельсовой пушки, тогда как NSWCDD был основан как «центр передового опыта» исследований, разработки, моделировании направленной энергии. В составе Управления по изучению направленной энергии центр по исследованию военных действий с помощью направленной энергии Directed Energy Warfare Office (DEWO) занимается переводом технологии HEL из научно-технологического пространства на передовую военно-морских сил.
Обаяние лазера
Если рассматривать абстрактно, то системы вооружения с мощным лазером HEL предлагают множество преимуществ при сравнению с традиционными пушками и управляемыми боеприпасами: доставка воздействия со скоростью света и небольшое время облучения цели; масштабируемое воздействие (варьирующееся от летального до нелетального); точность в прямой видимости; наведение с высокой точностью; сверхбыстрый повторный захват цели; большой и возобновляемый магазин свободный от опасных факторов и логистического обременения, связанных со стандартными боеприпасами взрывного действия.
Впрочем, прежде всего перспектива очень низкой стоимости одного выстрела – согласно расчетам ONR значительно меньше одного доллара за выстрел – завораживающе подействовала на командование флотом США, ищущего пути для продолжения финансирования.
Вместе с тем, несмотря на то, что очень часто говорят о положительных качествах систем HEL, сложные задачи доработки развертываемого на кораблях лазерного вооружения уже долгое время не дают покоя физикам и инженерам. Сосредоточение мощности на цели является одной из основных проблем. Необходимо, чтобы лазерное оружие могло фокусировать высокоэнергетический луч на небольшой и четко выделенной прицельной точке на цели с тем, чтобы доставить воздействие. Впрочем, учитывая множество типов потенциальных целей, значительно могут варьироваться необходимое количество энергии и дальности, на которых уничтожение будет гарантированным.
Мощность является не единственной проблемой. Может произойти тепловое расплывание, когда луч лазера, испускаемый длительный период времени вдоль одной и той же линии визирования, нагревает воздух, через который он проходит, вызывая рассеивание и расфокусировку луча. Наведение на цель затрудняется еще и вследствие комплексных и динамических свойств окружающей морской среды.
Далее необходимо рассматривать различные вопросы интеграции с платформой. Громоздкие прототипные устройства имеют крупный форм-фактор, серийные системы требуют значительного уменьшения размеров с целью интеграции с платформами меньшего размера. Интеграция вооружения HEL в боевые корабли также накладывает новые требования к несущей платформе касательно выработки энергии, распределения этой энергии, охлаждения и теплоотвода.
ONR в середине 2000-х годов определило лазер на свободных электронах Free Electron Laser (FEL) в качестве наилучшего долгосрочного решения для корабельной системы вооружения HEL. Это связано с тем, что длина волны луча FEL может тонко настраиваться под преобладающие внешние условия с целью наилучшей «проницаемости атмосферы».
В связи с этим под руководством ONR была начата программа по инновационному морскому прототипу Innovative Naval Prototype (INP) с целью разработки демонстратора FEL класса 100 кВт с рабочей длиной волн в диапазоне 1,0-2,2 микрон. Компании Boeing и Raytheon в апреле 2009 года получили параллельные годовые контракты на этап Phase IA на выполнение предварительного проектирования, а в сентябре 2010 года компания Boeing была выбрана для продолжения работ по этапу Phase IB, после чего проект был доведен до этапа критического анализа конструкции.
Завершив критический анализ энергоустановки FEL, компания Boeing намеревалась изготовить и испытать следующий демонстрационный образец FEL мощностью 100 кВт, предназначенный для работы на трех разных длинах волн. Впрочем, ONR в 2011 году свернуло работы по INP для того, чтобы направить текущие ресурсы на разработку твердотельного лазера SSL (solid state laser). Работы же по FEL в настоящее время сконцентрированы на продолжении работ по снижению рисков, связанных с этой системой.
Система LaWS под обозначением AN/SEQ-3 будет установлена на корабль Ponce американских ВМС в следующие несколько месяцев в качестве «средства быстрого реагирования». Над мостиком корабля Ponce будет установлено направляющее устройство LaWS
Это перенаправление ресурсов стало следствием большей зрелости технологии SSL и перспективы ускоренного развертывания доступного по средствам оружия HEL в американском флоте. Этот путь развития на ближайший период времени ONR и PMS 405 признали еще в середине-конце 2000-х годов.
По словам контр-адмирала Кландера, программа по SSL «находится среди наших научно-технологических программ высочайшего приоритета». Он добавил, что эти появившиеся возможности особенно привлекательны, поскольку предлагают «доступное по средствам решение дорогостоящей проблемы защиты от асимметричных угроз. Наши противники могут даже не появиться, зная о том, что мы можем нацелить лазер на цель по цене менее одного доллара за выстрел».
В течение последних шести лет акцент делался на развитии твердотельной технологии, о чем свидетельствуют разработки и демонстрации в этой сфере. Одним из примеров является морской демонстратор лазера Maritime Laser Demonstration (MLD). В апреле 2011 года компания Northrop Grumman установила на тестовом судне прототип лазера SSL, который своим лучом вывел из строя небольшое судно-мишень. Руководитель программы HEL в ONR Питер Моррисон сказал, что это «впервые HEL с такими уровнями мощности был установлен на военный корабль, получил энергию от этого корабля и в морских условиях был применен по удаленной цели».
Демонстрация MLD стала кульминацией работ по проектированию, разработке, интеграции и испытаниям, длившихся два с половиной года. Над проектом MLD наряду с промышленностью, отделом технологий высокой энергии и лабораториями ВМС в Дальгрене, Чайна Лейк, Порт-Хьюнеме и Поинт Мугу; также в этом проекте воплощены разработки, взятые из программы по общему высокомощному твердотельному лазеру.
Тем временем в марте 2007 года начались работы по прототипу лазерной системы вооружения Laser Weapon System (LaWS), задуманной как дополнение к существующему 20-мм комплексу ближнего действия Mk 15 Phalanx (CIWS). В LaWS будут реализованы преимущества коммерческой технологии стекловолоконного лазера для того, чтобы получить дополнительный тип вооружения для поражения подгруппы недорогих «асимметричных» целей, например небольших БПЛА и быстроходных боевых катеров.
Программой LaWS руководит PMS 405 в сотрудничестве с управлением по исполнению программ по интегрированным боевым системам, центром DEWO в Дальгрене и компанией Raytheon Missile Systems (оригинальный производитель Phalanx). В рамках этой программы предполагается положить технологию дешевого стекловолоконного лазера в основу лазерного оружия, которое могло бы потенциально быть интегрировано в существующую установку Phalanx. Это требование по интеграции лазера с существующей установкой определяет его массу до 1200-1500 кг. Также было бы желательно, чтобы это дополнительное вооружение не влияло на работу установки, на углы азимута и места, на максимальную перебросочную скорость или ускорение.
Ограничения мощности
Учитывая эти ограничения, готовая коммерческая технология волоконно-оптического лазера была определена в качестве самого перспективного решения. Хотя эта технология SSL имеет некоторые ограничения касательно мощности (они постепенно снимаются по мере совершенствования технологии), применение волоконно-оптических лазеров позволило удешевить не только технологию установок оружия, но и модификацию системы на имеющихся установках.
После начального периода анализа, оценки летальности угроз, обзора важнейших компонентов и компромиссов команда LaWS завершила проектирование и создание опытной системы. Для того, чтобы достичь достаточной мощности и соответственно летальности на определенной дистанции для этого типа технологии требуется использование нового сумматора лучей, который мог бы совместить шесть отдельных стекловолоконных лазеров мощностью 5,4 кВт в свободном пространстве так, чтобы получить более высокую интенсивность излучения на цели.
С целью снижения стоимости для этой программы было собрано много оборудования, прежде разработанного и закупленного для других исследовательских задач. Здесь можно назвать следящую опору L-3 Brashear KINETO K433, 500-мм телескоп и высокоэффективные инфракрасные сенсоры. Некоторые компоненты были закуплены уже готовыми, как например сами волоконно-оптические лазеры.
В марте 2009 года система LaWS (с одним волоконно-оптическим лазером) уничтожила минометные снаряды на полигоне White Sands. В июне 2009 года прошли испытания в Центре боевых средств морской авиации, во время которых прототип отследил, захватил и уничтожил пять БПЛА, выполнявших в полете «роль угрозы».
Следующая серия натурных испытаний прошла в открытом море в мае 2010 года, где система LaWS на дистанции примерно в одну морскую милю успешно уничтожила в «приближенных к боевым» сценариях четыре цели в виде БПЛА в четырех попытках. Это событие в ONR назвали знаменательным – первое уничтожение целей с полным циклом от наведения до выстрела в надводной окружающей обстановке.
Впрочем, уверенности американским ВМС в их стремлении двигаться вперед по ускоренному плану разработки придали морские испытание на ракетном эсминце DDG-51 USS Dewey (DDG 105) в июле 2012 года. Во время испытаний на эсминце Dewey система LaWS (временно установленная на полетную палубу корабля) успешно поразила три цели-БПЛА, установив свой рекорд по захвату целей 12 из 12.
Планы по установке LaWS, которая получила обозначение AN/SEQ-3 (XN-1), на борту корабля USS Ponce, служившего в качестве плавучей передовой базы (промежуточной) в Персидском заливе, были объявлены командующим морскими операциями, адмиралом Джонатаном Гринертом в апреле 2013 года. AN/SEQ-3 развертывается в качестве «возможности быстрого реагирования», которая даст возможность ВМС США оценить технологию в оперативном пространстве. Эксперимент возглавляет управление исследований боевого применения флота в сотрудничестве с центральным командованием ВМС/Пятым флотом.
Обращаясь к делегатам Симпозиума ассоциации надводного флота в январе 2014 года? контр-адмирал Кландер сказал, что «впервые произведено оперативное развертывание оружия направленной энергии в мире». Он добавил, что финальная сборка LaWS была выполнена в центре NSWCDD, на полигоне в Дальгрене завершены испытания комплектной системы перед отправкой в Персидский залив для установки на корабль Ponce. Испытания в море запланированы на третий квартал 2014 года.
Направляющее устройство LaWS будет установлено на палубе наверху мостика Ponce. «Система будет полностью интегрирована с кораблем касательно охлаждения, электрики и мощности, – сказал Кландер. Она также будет полностью интегрирована с боевой системой корабля и системой ближнего действия Phalanx CIWS».
NSWCDD модернизировал систему и продемонстрировал способность Phalanx CIWS отслеживать и передавать цели в систему LaWS для дальнейшего отслеживания и целеуказания. На борту Ponce командир ракетно-артиллерийской боевой части будет работать на пульте управления LaWS.
Данные, собранные во время морской демонстрации, поступят в программу SSL TM (SSL Technology Maturation – развитие технологии твердотельного лазера) управления ONR. Основной целью программы SSL TM, начатой в 2012 году, является согласование пороговых величин и целей научно-технологической программы с будущими потребностями в научно-исследовательской деятельности, опытных работах и закупках.
По данным ONR, деятельность по программе SSL TM состоит в том, чтобы провести «несколько демонстрационных мероприятий с прототипами систем в конкурентном пространстве». Для разработки проектов SSL TM были отобраны три промышленных группы, возглавляемые компаниями Northrop Grumman, BAE Systems и Raytheon; анализ эскизных проектов намечено завершить к концу второго квартала 2014 года. ONR в следующем году решит, какие из них подходят для морской демонстрации.
Рельсовая пушка в море
Наряду с лазером ВМС США рассматривают электромагнитную рельсовую пушку как еще одну трансформационную систему вооружения, позволяющую доставить сверхскоростные снаряды на увеличенные дальности с очень высокой точностью. Флот планирует получить начальную дальнобойность 50-100 морских миль с увеличением ее со временем до 220 морских миль.
Электромагнитные пушки преодолевают ограничения традиционных пушек (в которых используются химические пиротехнические составы для ускорения снаряда по все длине ствола) и предлагают увеличенные дальности, короткое время полета и высокоэнергетическую летальность на цели. За счет использования прохождения электрического тока очень высокого напряжения создается мощные электромагнитные силы, например, теоретически морская электромагнитная пушка могла бы выстреливать снаряды на скорости более 7 махов. Снаряд очень быстро достигнет внеатмосферной траектории (полет без аэродинамического сопротивления), повторно входя в атмосферу для удара по цели на скорости свыше 5 чисел Маха.
Программа по прототипу корабельной электромагнитной пушки была начата ONR в 2005 году в качестве основной компоненты научно-технологических работ, в рамках которых необходимо доработать технологии рельсовых пушек так, чтобы поставить на вооружение флота полностью готовую систему примерно в 2030-2035 годы.
На этапе Phase 1 инновационного проекта INP акцент был сделан на разработке технологии пусковой установки с соответствующим сроком эксплуатации, разработке технологии импульсной мощности и снижении риска для компонентов снаряда. Компании BAE Systems и General Atomics поставили в центр NSWCDD прототипы своих рельсовых пушек для испытаний и оценки.
На этапе Phase 1 программы научно-исследовательского управления ВМС по электромагнитной пушке акцент сделан на разработке пусковой установки с достаточным сроком службы, разработке надежной импульсной мощности и снижении риска для снаряда. Компании BAE Systems и General Atomics поставили в центр разработки вооружения прототипы рельсовых пушек для тестирования и оценки
В рамках этапа Phase 1 цель демонстрации экспериментальной установки была достигнута, в декабре 2010 года была получена начальная энергия 32 МДж; перспективная система вооружения с таким уровнем энергии будет способна запускать снаряд на дальность 100 морских миль.
Компания BAE Systems в середине 2013 года получила контракт стоимостью 34,5 миллиона долларов от управления ONR на выполнение этапа Phase 2 программы INP, она была выбрана первой, оставив позади соперничающую команду General Atomics. На этапе Phase 2 будут доработаны технологии до уровня, достаточного для перехода к программе разработки. Будут усовершенствованы пусковая установка и импульсная мощность, что позволило перейти от одиночных выстрелов к многозарядным возможностям. Для пусковой установки и системы импульсной мощности будут также разработаны методики теплового регулирования, необходимые при длительном ведении огня. Первые прототипы будут поставлены в течение 2014 года; разработка ведется компанией BAE Systems в сотрудничестве с IAP Research и SAIC.
В конце 2013 года ONR выдало BAE Systems отдельный контракт стоимостью 33,6 миллиона долларов на разработку и демонстрацию гиперзвукового снаряда Hyper Velocity Projectile (HVP). HVP описывается как управляемый снаряд следующего поколения. Это будет модульный снаряд с низким аэродинамическим сопротивлением совместимый с электромагнитной пушкой, а также существующими 127-мм и 155-мм орудийными системами.
Работы по начальному этапу контракта по HVP завершились в середине 2014 года; их целью являлась разработка плана концептуального проектирования и разработки с целью демонстрации полностью управляемого полета. Разработки будет вести BAE Systems совместно с UTC Aerospace Systems и CAES.
Стоимость снаряда HVP массой 10,4 кг для электромагнитной пушки оценивается примерно в 25 000 долларов за штуку; по словам адмирала Кландера «снаряд стоит около 1/100 стоимости существующей ракетной системы».
В апреле 2014 года флот подтвердил свои планы по демонстрации рельсовой пушки на борту своего скоростного корабля Millinocket в 2016 году.
По словам главного инженера командования военно-морских систем ВМС NAVSEA контр-адмирала Брайанта Фуллера, эта демонстрация в море будет включать рельсовую пушку мощностью 20 МДж (будет сделан выбор в рамках этапа Phase 1 INP между прототипами, изготовленными компаниями BAE Systems и General Atomics), которая будет вести стрельбу одиночными выстрелами.
«В центре надводных систем оружия ВМС в Дальгрене мы отстреляли сотни снарядов с береговой установки, – сказал он. – Технология достаточно зрелая на этом уровне, поэтому мы хотим вывести ее в море, поставить на корабль, провести полноценные испытания, отстрелять некоторое количество снарядов и изучить на полученный опыт».
«Поскольку рельсовая пушка не будет интегрирована с кораблем Millinocket для демонстрации в 2016, этот корабль не пройдет расширенную модификацию для обеспечения данных возможностей», – заметил контр-адмирал Фуллер.
Вся электромагнитная рельсовая пушка состоит из пяти частей: ускоритель, система накопления и хранения энергии, формирователь импульсов, высокоскоростной снаряд и поворотная орудийная установка.
Для демонстрации орудийная установка и ускоритель будут установлены на полетную палубу корабля Millinocket, тогда как магазин, система обработки боеприпасов и система хранения энергии состоящая из нескольких крупных аккумуляторов будут размещены в подпалубных помещениях, скорее всего в контейнерах в грузовых отсеках.
ВМС США намерены вернуться в море в 2018 году с целью проведения стрельбы очередями из электромагнитной пушки с борта судна. Полная интеграция с кораблем может быть проведена в том же 2018 году.
В рамках отдельных разработок научно-исследовательская лаборатория ВМС США в начале 2014 года испытала новую рельсовую пушку небольшого калибра (один дюйм в диаметре). Первый выстрел был сделан 7 марта 2014 года. Разработанная при поддержке ONR, эта малая рельсовая пушка представляет собой экспериментальную систему, которая при использовании технологии продвинутых аккумуляторных батарей производит несколько пусков в минуту с мобильной платформы.
Флот США планирует показать работу рельсовой пушки в море во время испытаний на корабле Millinocket (JHSV 3) в 2016 году
Использованы материалы:
www.janes.com
www.navsea.navy.mil
www.ga.com
www.baesystems.com
www.navy.mil
Вас заинтересует
Русский след: кто «помог
У американских морпехов появится лазерное оружие поддержки
ВМС США испытает рельсотрон на борту корабля
Американский флот думает о рельсотроне и лазерной пушке
США готовят лазерное оружие нового поколения
