Aplikační výzkum laserových zbraní v oblasti anti-UAV

Jako základní vybavení zbraní s řízenou energií dosahují laserové zbraňové systémy přesného poškození prostřednictvím vyzařování vysokoenergetických laserových paprsků, které nepřetržitě působí na cílový povrch, a využívajících fyzikálních efektů, jako je ablace a záření. Mohou efektivně plnit bojové úkoly včetně zachycení balistických raket, protiraketové obrany vzduch-vzduch/země-vzduch a přesných úderů proti pozemním cílům. Ve srovnání s tradičními zbraněmi s kinetickou energií získaly laserové zbraně generační výhodu, která se vyznačuje vysokou přesností poškození, rychlou odezvou a vynikající provozní nákladovou efektivitou, což z nich dělá jeden z hlavních směrů globálního vývoje vojenských technologií.

Rychlý rozvoj a popularizace technologie UAV (Unmanned Aerial Vehicle) jí zároveň umožnila hrát důležitou roli v různých oblastech, jako je vojenský průzkum, sledování bojišť, přesné údery, civilní logistika a geografický průzkum. To však také vedlo ke stále významnějším hrozbám UAV. V současné době má více než 100 zemí po celém světě vybavené vojenskými bezpilotními prostředky, mezi nimiž lze malé komerční bezpilotní letouny snadno upravit na nízkonákladové smrtící zbraňové platformy. Asymetrická bojová účinnost UAV byla plně prokázána v regionálních hotspotech, jako je konflikt o Náhorní Karabach a rusko-ukrajinský konflikt. Obzvláště alarmující je vznik bojového režimu roje UAV. Klastrový útok 50 sebevražednými bezpilotními letouny v konfliktu v Náhorním Karabachu v roce 2022 přímo odhalil dilema nákladové nerovnováhy tradičních systémů protivzdušné obrany při reakci na takto levné nasycené útoky. V této souvislosti se technologie proti UAV stala předmětem výzkumu v oblasti národní obrany různých zemí. Laserové zbraně se jako zbraň tvrdě zabíjet se svými jedinečnými výhodami staly základním záchytným prostředkem anti-UAV systémů a jejich aplikace se přesunula z fáze technické demonstrace do fáze praktické aplikace.

Rychlá iterace technologie UAV však přinesla také nové výzvy, protože se výrazně zvýšila obtížnost obrany nových typů cílů, jako jsou FPV (First-Person View) UAV a optické vlákno. Abychom se vyrovnali s vyvíjejícími se hrozbami UAV a bojovými styly, je naléhavě nutné provést hloubkovou analýzu charakteristik cíle UAV a vyvinout laserové anti-UAV systémy vhodné pro různé typy cílů, bojové scénáře a režimy útoku, aby poskytly pozitivní vodítko pro vývoj a konstrukci zařízení. Tento článek se zaměřením na aplikaci laserových zbraní v oblasti anti-UAV nejprve třídí technický základ a historii vývoje laserových zbraní, diskutuje technické požadavky laserových anti-UAV a složení laserových anti-UAV systémů v kombinaci s charakteristikami cíle UAV, analyzuje jejich aplikační výhody a nakonec se těší na budoucí vývojový trend a poskytuje reference pro související výzkum.

2 Operační mechanismus a stav vývoje laserových zbraní

2.1 Operační mechanismus laserových zbraní

Principem poškození jádra laserových zbraní je použití vysokoenergetických laserových paprsků k ozařování povrchu cíle, spouštění složitých fyzikálních a chemických reakcí, které způsobují změny, jako je nárůst teploty, ablace a narušení strukturálního stavu cíle a materiálových vlastností, což nakonec vede k selhání elektronických součástek nebo strukturálnímu poškození. Jeho technické jádro zahrnuje tři klíčové články: generování laseru, zesílení energie a přesné zaostřování.

Laserové zbraně klasifikované podle úrovně výkonu lze rozdělit do dvou kategorií: nízkovýkonové a vysoce výkonné. Nízkoenergetické laserové zbraně se zaměřují hlavně na rušení a oslňování klíčových součástí cíle a v současné době jsou vybaveny jednotkami. Na druhé straně vysoce výkonné laserové zbraně mají za cíl prorazit cílovou strukturu a dosáhnout ničivého poškození. Jejich technologie je stále vyspělejší a v budoucnu budou hrát klíčovou roli v moderním válčení a lokálních konfliktech. Laserové zbraňové systémy klasifikované podle nosné platformy lze dále rozdělit na typy na lodích, na vozidlech, ve vzduchu, na zemi a ve vesmíru, přičemž se přizpůsobují potřebám různých bojových scénářů.

2.2 Stav vývoje laserových zbraní

Výzkum laserových zbraní začal v 60. letech 20. století. Jakmile se objevila laserová technologie, její jedinečné výhody vysoké směrovosti, vysoké hustoty energie a šíření rychlosti světla rychle přitáhly velkou pozornost ve vojenské oblasti. Vojenské mocnosti jako Spojené státy a Sovětský svaz se postavily do čela zahájení příslušných výzkumných programů, zpočátku zaměřených na testování a technické ověřování nízkovýkonových laserových zbraní.

Od 70. do 80. let 20. století vstoupil výzkum laserových zbraní do fáze hloubkového technického průzkumu. Prostřednictvím klíčových projektů, jako je 'High Energy Laser Systems Test Facility (HELSTF)' a 'Airborne Laser Laboratory (ALL)', Spojené státy a Sovětský svaz systematicky ověřovaly technickou proveditelnost a charakteristiky šíření laserových zbraní v atmosféře. Od poloviny do konce 80. let se těžiště výzkumu postupně přesunulo k vývoji středně výkonných laserových zbraní. Mezi nimi americký projekt 'Airborne Laser Laboratory (ALL)' úspěšně ověřil adaptační potenciál laserových zbraní na leteckých platformách prostřednictvím několika leteckých testů.

V 90. letech se hlavním směrem výzkumu staly vysokoenergetické laserové zbraně. Americký projekt 'Tactical High Energy Laser (THEL)' úspěšně dokončil testy zachycení raket, které poprvé potvrdily praktický aplikační potenciál laserových zbraní. Přestože byla síla laserových zbraní v této fázi stále omezená, série testů položila pevný základ pro vývoj vysokoenergetických laserových zbraní v 21. století a podpořila jejich přechod z laboratoře do bitevních aplikací.

Od 21. století, s průlomovým pokrokem v technologii vysokoenergetických laserů, vstoupily vzdušné laserové zbraně do období rychlého rozvoje. Různé země dosáhly řady důležitých výsledků v miniaturizaci zařízení, přizpůsobivosti platformy a praktické aplikaci. V roce 2002 zahájila americká Agentura protiraketové obrany (MDA) projekt 'Airborne Laser (ABL)', integrující laser třídy megawatt na platformu letadla Boeing 747, jehož cílem je dosáhnout zachycení balistických střel ve fázi posílení. Přestože byl projekt ABL v roce 2011 ukončen kvůli vysoké technické složitosti a překročení nákladů, nashromážděné zkušenosti s adaptací vzduchové platformy poskytly cennou podporu pro následný výzkum.

V současnosti mnoho zemí po celém světě dosáhlo praktického nasazení nebo klíčových technologických průlomů v oblasti laserových zbraní: Ruský veřejně odhalený laserový zbraňový systém 'Peresvet' dokončil praktické nasazení, zejména se ujalo úkolů UAV a zachycování raket; Izraelský vysokoenergetický laserový obranný systém 'Iron Beam' dokáže účinně zachytit rakety, dělostřelecké granáty a UAV; 'High Energy Laser Weapon Station (HELWS)' vyvinutá německou společností Rheinmetall má výkon 50 kilowattů a testem byla ověřena spolehlivost UAV a schopnosti zachytit rakety. Kromě toho země jako Francie, Japonsko a Indie také aktivně zkoumají pole vzdušných laserových zbraní.

Čína dosáhla v posledních letech pozoruhodných výsledků ve výzkumu vzdušných laserových zbraní. Vědecké výzkumné instituce, jako je Čínská akademie inženýrské fyziky, Šanghajský institut optiky a jemné mechaniky Čínské akademie věd a Národní univerzita obranných technologií, úspěšně vyvinuly řadu vysoce výkonných pevnolátkových laserů a vláknových laserů a učinily průlom v klíčových technologiích, jako je vícepaprsková kombinace a adaptivní optika. China Electronics Technology Group a China North Industries Group dosáhly vynikajících výsledků v systémové integraci a testovacím ověřování. Prostřednictvím několika pozemních a vzdušných testů plně ověřili praktickou schopnost laserových zbraní při zachycování UAV a raket. Čína zařadila vysokoenergetické laserové zbraně a nosné technologie jako klíčové směry vývoje a aktivně podporuje integrovaný vývoj vojenských a civilních technologií. Zařízení jako laserový systém protivzdušné obrany 'Low Altitude Guardian' a laserová zbraň 'Silent Hunter' byly veřejně vystaveny na domácích a mezinárodních výstavách obrany, což dokazuje technickou sílu Číny v této oblasti.