Anvendelsesforskning af laservåben inden for anti-UAV

Som kerneudstyret i rettede energivåben opnår laservåbensystemer præcise skader ved at udsende højenergilaserstråler, der virker kontinuerligt på måloverfladen og udnytter fysiske effekter såsom ablation og stråling. De kan effektivt udføre kampopgaver, herunder ballistisk missilaflytning, luft-til-luft/jord-til-luft missilforsvar og præcisionsangreb mod jordmål. Sammenlignet med traditionelle kinetiske energivåben har laservåben opnået en generationsfordel karakteriseret ved høj skadespræcision, hurtig reaktion og fremragende operativ omkostningseffektivitet, hvilket gør dem til en af ​​kerneretningerne i den globale udvikling af militærteknologi.

Samtidig har den hurtige udvikling og popularisering af UAV-teknologi (Unmanned Aerial Vehicle) gjort det muligt for den at spille en vigtig rolle på forskellige områder såsom militær rekognoscering, slagmarksovervågning, præcisionsangreb, civil logistik og geografisk opmåling. Dette har dog også givet anledning til stadig mere fremtrædende UAV-trusler. I øjeblikket har mere end 100 lande rundt om i verden udstyret militære UAV'er, blandt hvilke små kommercielle UAV'er nemt kan modificeres til billige dødelige våbenplatforme. Den asymmetriske kampeffektivitet af UAV'er er blevet fuldt demonstreret i regionale hotspots som Nagorno-Karabakh-konflikten og Rusland-Ukraine-konflikten. Særligt alarmerende er fremkomsten af ​​UAV-sværmkamptilstanden. Klyngeangrebet af 50 selvmords-UAV'er i Nagorno-Karabakh-konflikten i 2022 afslørede direkte omkostningseffektivitets-ubalancedilemmaet ved traditionelle luftforsvarssystemer, når de reagerede på sådanne lave omkostninger mættede angreb. På denne baggrund er anti-UAV-teknologi blevet et forskningsfokus på det nationale forsvarsfelt i forskellige lande. Som et hårdt dræbende våben er laservåben med deres unikke fordele blevet det centrale aflytning af anti-UAV-systemer, og deres anvendelse er flyttet fra den tekniske demonstrationsfase til den praktiske anvendelsesfase.

Imidlertid har den hurtige iteration af UAV-teknologi også bragt nye udfordringer, da forsvarsproblemerne for nye typer mål såsom FPV (First-Person View) UAV'er og optiske fiber-UAV'er er steget betydeligt. For at klare de udviklende UAV-trusler og kampstile er det presserende at foretage en dybdegående analyse af UAV-målegenskaber og udvikle laser-anti-UAV-systemer, der er egnede til forskellige måltyper, kampscenarier og angrebstilstande, for at give positiv vejledning til udstyrsudvikling og design. Med fokus på anvendelsen af ​​laservåben inden for anti-UAV-området, sorterer dette papir først det tekniske grundlag og udviklingshistorien for laservåben, diskuterer de tekniske krav til laser-anti-UAV og sammensætningen af ​​laser-anti-UAV-systemer i kombination med UAV-målegenskaber, analyserer deres anvendelsesfordele og ser endelig frem til den fremtidige udviklingstendens, giver referencer til relateret forskning.

2 Operationel mekanisme og udviklingsstatus for laservåben

2.1 Operationel mekanisme for laservåben

Kerneskadeprincippet for laservåben er at bruge højenergi-laserstråler til at bestråle måloverfladen, hvilket udløser komplekse fysiske og kemiske reaktioner, som forårsager ændringer såsom temperaturstigning, ablation og sammenbrud i målets strukturelle tilstand og materialeegenskaber, hvilket i sidste ende fører til svigt af elektroniske komponenter eller strukturel skade. Dens tekniske kerne omfatter tre nøgleled: lasergenerering, energiforstærkning og præcis fokusering.

Klassificeret efter effektniveau kan laservåben opdeles i to kategorier: laveffekt og højeffekt. Laservåben med lav effekt har hovedsageligt til formål at blokere og blænde nøglekomponenter i målet og er i øjeblikket blevet udstyret i tropper. Højeffekt laservåben er derimod målrettet for at bryde igennem målstrukturen og opnå ødelæggende skade. Deres teknologi er blevet stadig mere moden, og de vil spille en nøglerolle i moderne krigsførelse og lokale konflikter i fremtiden. Klassificeret efter bæreplatformen kan laservåbensystemer yderligere opdeles i skibsbårne, køretøjsmonterede, luftbårne, jordbaserede og rumbaserede typer, tilpasset behovene i forskellige kampscenarier.

2.2 Udviklingsstatus for laservåben

Forskningen i laservåben begyndte i 1960'erne. Så snart laserteknologien dukkede op, tiltrak dens unikke fordele med høj retningsbestemthed, høj energitæthed og lyshastighedsudbredelse hurtigt stor opmærksomhed på det militære område. Militære magter som USA og Sovjetunionen gik i spidsen for at lancere relevante forskningsprogrammer, der i første omgang fokuserede på afprøvning og teknisk verifikation af laveffekt laservåben.

Fra 1970'erne til 1980'erne gik forskningen i laservåben ind i en fase af dybdegående teknisk udforskning. Gennem nøgleprojekter såsom 'High Energy Laser Systems Test Facility (HELSTF)' og 'Airborne Laser Laboratory (ALL)', verificerede USA og Sovjetunionen systematisk laservåbens tekniske gennemførlighed og atmosfæriske udbredelseskarakteristika. I midten til slutningen af ​​1980'erne skiftede forskningsfokus gradvist til udviklingen af ​​mellemkraftige laservåben. Blandt dem har det amerikanske 'Airborne Laser Laboratory (ALL)'-projekt med succes verificeret tilpasningspotentialet af laservåben på luftbaserede platforme gennem flere luftprøver.

I 1990'erne blev højenergi-laservåben den centrale forskningsretning. Det amerikanske 'Tactical High Energy Laser (THEL)'-projekt gennemførte med succes raketaflytningstest, som først bekræftede det praktiske anvendelsespotentiale af laservåben. Selvom laservåbens kraft på dette stadium stadig var begrænset, lagde en række tests et solidt grundlag for udviklingen af ​​højenergi-laservåben i det 21. århundrede og fremmede deres overgang fra laboratoriet til kamppladsanvendelser.

Siden det 21. århundrede, med banebrydende fremskridt inden for højenergilaserteknologi, er luftbårne laservåben gået ind i en periode med hurtig udvikling. Forskellige lande har opnået en række vigtige resultater inden for udstyrsminiaturisering, platformtilpasning og praktisk anvendelse. I 2002 lancerede US Missile Defense Agency (MDA) projektet 'Airborne Laser (ABL)', der integrerede en megawatt-laser på en Boeing 747-flyplatform med det formål at opnå opsnapning af ballistiske missiler i boostfasen. Selvom ABL-projektet blev afsluttet i 2011 på grund af høj teknisk kompleksitet og omkostningsoverskridelser, har den luftbaserede platformtilpasningserfaring, som det har akkumuleret, givet værdifuld støtte til efterfølgende forskning.

På nuværende tidspunkt har mange lande rundt om i verden opnået praktisk indsættelse eller vigtige teknologiske gennembrud inden for laservåben: Ruslands offentligt offentliggjorte 'Peresvet' laservåbensystem har afsluttet den praktiske indsættelse, hovedsageligt med opgaverne som UAV- og missilaflytning; Israels udviklede 'Iron Beam' højenergi-laserforsvarssystem kan effektivt opsnappe raketter, artillerigranater og UAV'er; 'High Energy Laser Weapon Station (HELWS)' udviklet af det tyske Rheinmetall har en effekt på 50 kilowatt og er blevet verificeret gennem test for at have pålidelige UAV- og missilaflytningsevner. Derudover udforsker lande som Frankrig, Japan og Indien også aktivt området for luftbårne laservåben.

Kina har opnået bemærkelsesværdige resultater i forskningen af ​​luftbårne laservåben i de seneste år. Videnskabelige forskningsinstitutioner såsom China Academy of Engineering Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of the Chinese Academy of Sciences og National University of Defense Technology har med succes udviklet en række højeffekts solid-state lasere og fiberlasere og gjort gennembrud inden for nøgleteknologier såsom multi-beam kombination og adaptiv optik. China Electronics Technology Group og China North Industries Group har opnået fremragende resultater inden for systemintegration og testverifikation. Gennem flere jord- og luftforsøg har de fuldt ud verificeret laservåbens praktiske evne til at opsnappe UAV'er og missiler. Kina har angivet højenergi-laservåben og bærerteknologi som nøgleudviklingsretninger og fremmer aktivt den integrerede udvikling af militære og civile teknologier. Udstyr såsom 'Low Altitude Guardian'-laserluftforsvarssystemet og 'Silent Hunter'-laservåbenet er blevet vist offentligt i nationale og internationale forsvarsudstillinger, hvilket demonstrerer Kinas tekniske styrke på dette område.