Anwendungsforschung von Laserwaffen im Bereich der Anti-UAV

Als Kernausrüstung gerichteter Energiewaffen erzielen Laserwaffensysteme präzisen Schaden, indem sie hochenergetische Laserstrahlen aussenden, die kontinuierlich auf die Zieloberfläche einwirken und physikalische Effekte wie Ablation und Strahlung nutzen. Sie können Kampfaufgaben effektiv ausführen, darunter das Abfangen ballistischer Raketen, die Luft-Luft-/Boden-Luft-Raketenabwehr und Präzisionsschläge gegen Bodenziele. Im Vergleich zu herkömmlichen Waffen mit kinetischer Energie haben Laserwaffen einen Generationsvorteil erlangt, der sich durch hohe Schadenspräzision, schnelle Reaktion und hervorragende Betriebskosteneffizienz auszeichnet, was sie zu einer der Kernrichtungen in der globalen Entwicklung der Militärtechnologie macht.

Gleichzeitig hat die rasante Entwicklung und Popularisierung der UAV-Technologie (Unmanned Aerial Vehicle) dazu geführt, dass sie in verschiedenen Bereichen wie militärischer Aufklärung, Schlachtfeldüberwachung, Präzisionsangriffen, ziviler Logistik und geografischer Vermessung eine wichtige Rolle spielt. Allerdings hat dies auch zu immer größeren UAV-Bedrohungen geführt. Derzeit sind mehr als 100 Länder auf der ganzen Welt mit militärischen UAVs ausgerüstet, darunter kleine kommerzielle UAVs, die leicht in kostengünstige Plattformen für tödliche Waffen umgewandelt werden können. Die asymmetrische Kampfeffektivität von UAVs wurde in regionalen Brennpunkten wie dem Berg-Karabach-Konflikt und dem Russland-Ukraine-Konflikt vollständig unter Beweis gestellt. Besonders alarmierend ist das Aufkommen des UAV-Schwarmkampfmodus. Der Cluster-Angriff von 50 Selbstmord-UAVs im Berg-Karabach-Konflikt 2022 hat das Kosten-Nutzen-Ungleichgewicht traditioneller Luftverteidigungssysteme bei der Reaktion auf solche kostengünstigen, gesättigten Angriffe direkt offengelegt. Vor diesem Hintergrund ist die Anti-UAV-Technologie zu einem Forschungsschwerpunkt im Bereich der Landesverteidigung verschiedener Länder geworden. Als Waffe mit harter Tötung sind Laserwaffen mit ihren einzigartigen Vorteilen zum zentralen Abfangmittel von Anti-UAV-Systemen geworden, und ihre Anwendung hat sich von der technischen Demonstrationsphase in die praktische Anwendungsphase verlagert.

Allerdings hat die schnelle Weiterentwicklung der UAV-Technologie auch neue Herausforderungen mit sich gebracht, da die Verteidigungsschwierigkeiten bei neuen Zieltypen wie FPV-UAVs (First-Person-View) und Glasfaser-UAVs deutlich zugenommen haben. Um mit den sich entwickelnden UAV-Bedrohungen und Kampfstilen fertig zu werden, ist es dringend erforderlich, eine eingehende Analyse der Eigenschaften von UAV-Zielen durchzuführen und Laser-Anti-UAV-Systeme zu entwickeln, die für verschiedene Zieltypen, Kampfszenarien und Angriffsmodi geeignet sind, um positive Leitlinien für die Entwicklung und das Design der Ausrüstung bereitzustellen. Mit Schwerpunkt auf der Anwendung von Laserwaffen im Bereich der UAV-Abwehr untersucht dieser Artikel zunächst die technischen Grundlagen und die Entwicklungsgeschichte von Laserwaffen, erörtert die technischen Anforderungen von Laser-Anti-UAV und die Zusammensetzung von Laser-Anti-UAV-Systemen in Kombination mit UAV-Zieleigenschaften, analysiert ihre Anwendungsvorteile und blickt schließlich auf den zukünftigen Entwicklungstrend und liefert Referenzen für entsprechende Forschung.

2 Wirkmechanismus und Entwicklungsstand von Laserwaffen

2.1 Funktionsweise von Laserwaffen

Das zentrale Schadensprinzip von Laserwaffen besteht darin, die Zieloberfläche mit hochenergetischen Laserstrahlen zu bestrahlen und dabei komplexe physikalische und chemische Reaktionen auszulösen, die zu Veränderungen wie Temperaturanstieg, Ablation und Zerstörung des Strukturzustands und der Materialeigenschaften des Ziels führen und letztendlich zum Ausfall elektronischer Komponenten oder zu Strukturschäden führen. Sein technischer Kern umfasst drei Schlüsselglieder: Lasererzeugung, Energieverstärkung und präzise Fokussierung.

Je nach Leistungsstufe können Laserwaffen in zwei Kategorien eingeteilt werden: Low-Power- und High-Power-Waffen. Laserwaffen mit geringer Leistung zielen hauptsächlich darauf ab, wichtige Komponenten des Ziels zu blockieren und zu blenden, und werden derzeit in Truppen eingesetzt. Hochleistungslaserwaffen hingegen zielen darauf ab, die Zielstruktur zu durchbrechen und zerstörerischen Schaden zu verursachen. Ihre Technologie ist immer ausgereifter geworden und sie werden künftig eine Schlüsselrolle in der modernen Kriegsführung und in lokalen Konflikten spielen. Je nach Tragplattform klassifiziert, können Laserwaffensysteme weiter in schiffsgestützte, fahrzeugmontierte, luftgestützte, bodengestützte und weltraumgestützte Typen unterteilt werden, um sich an die Anforderungen verschiedener Kampfszenarien anzupassen.

2.2 Entwicklungsstand von Laserwaffen

Die Forschung an Laserwaffen begann in den 1960er Jahren. Sobald die Lasertechnologie aufkam, erregten ihre einzigartigen Vorteile der hohen Richtwirkung, der hohen Energiedichte und der Lichtgeschwindigkeitsausbreitung schnell große Aufmerksamkeit im militärischen Bereich. Militärmächte wie die Vereinigten Staaten und die Sowjetunion übernahmen die Führung bei der Einführung entsprechender Forschungsprogramme, die sich zunächst auf die Erprobung und technische Verifizierung von Laserwaffen mit geringer Leistung konzentrierten.

Von den 1970er bis 1980er Jahren gelangte die Forschung zu Laserwaffen in eine Phase tiefgreifender technischer Erforschung. Durch Schlüsselprojekte wie die „High Energy Laser Systems Test Facility (HELSTF)“ und das „Airborne Laser Laboratory (ALL)“ überprüften die Vereinigten Staaten und die Sowjetunion systematisch die technische Machbarkeit und die atmosphärischen Ausbreitungseigenschaften von Laserwaffen. Mitte bis Ende der 1980er Jahre verlagerte sich der Forschungsschwerpunkt allmählich auf die Entwicklung von Laserwaffen mittlerer Leistung. Unter anderem hat das US-Projekt „Airborne Laser Laboratory (ALL)“ das Adaptionspotenzial von Laserwaffen auf luftgestützten Plattformen durch mehrere Lufttests erfolgreich überprüft.

In den 1990er Jahren wurden hochenergetische Laserwaffen zur zentralen Forschungsrichtung. Das US-Projekt „Tactical High Energy Laser (THEL)“ hat Raketenabfangtests erfolgreich abgeschlossen, die erstmals das praktische Einsatzpotenzial von Laserwaffen bestätigten. Obwohl die Leistung von Laserwaffen zu diesem Zeitpunkt noch begrenzt war, legte eine Reihe von Tests eine solide Grundlage für die Entwicklung von Hochenergie-Laserwaffen im 21. Jahrhundert und förderte ihren Übergang vom Labor zum Einsatz auf dem Schlachtfeld.

Seit dem 21. Jahrhundert, mit den bahnbrechenden Fortschritten in der Hochenergie-Lasertechnologie, sind luftgestützte Laserwaffen in eine Phase rasanter Entwicklung eingetreten. Verschiedene Länder haben eine Reihe wichtiger Ergebnisse bei der Miniaturisierung von Geräten, der Anpassungsfähigkeit der Plattform und der praktischen Anwendung erzielt. Im Jahr 2002 startete die US-amerikanische Raketenabwehrbehörde MDA das Projekt „Airborne Laser (ABL)“, bei dem ein Laser der Megawattklasse in eine Boeing 747-Flugzeugplattform integriert wird, mit dem Ziel, ballistische Raketen in der Boost-Phase abzufangen. Obwohl das ABL-Projekt im Jahr 2011 wegen hoher technischer Komplexität und Kostenüberschreitungen beendet wurde, lieferten die dabei gesammelten Erfahrungen mit der Adaption luftgestützter Plattformen wertvolle Unterstützung für nachfolgende Forschungen.

Derzeit haben viele Länder auf der ganzen Welt den praktischen Einsatz oder wichtige technologische Durchbrüche bei Laserwaffen erzielt: Russlands öffentlich bekannt gegebenes Laserwaffensystem „Peresvet“ hat den praktischen Einsatz abgeschlossen und übernimmt hauptsächlich die Aufgaben des UAV- und Raketenabfangs; Israels entwickeltes hochenergetisches Laserabwehrsystem „Iron Beam“ kann Raketen, Artilleriegranaten und UAVs effektiv abfangen; Die vom deutschen Unternehmen Rheinmetall entwickelte „High Energy Laser Weapon Station (HELWS)“ hat eine Leistung von 50 Kilowatt und wurde durch Tests auf zuverlässige UAV- und Raketenabfangfähigkeiten verifiziert. Darüber hinaus erforschen auch Länder wie Frankreich, Japan und Indien aktiv den Bereich luftgestützter Laserwaffen.

China hat in den letzten Jahren bemerkenswerte Ergebnisse bei der Erforschung luftgestützter Laserwaffen erzielt. Wissenschaftliche Forschungseinrichtungen wie die China Academy of Engineering Physics, das Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics der Chinese Academy of Sciences und die National University of Defense Technology haben erfolgreich eine Vielzahl von Hochleistungs-Festkörperlasern und Faserlasern entwickelt und Durchbrüche bei Schlüsseltechnologien wie der Mehrstrahlkombination und der adaptiven Optik erzielt. Die China Electronics Technology Group und die China North Industries Group haben hervorragende Ergebnisse bei der Systemintegration und Testverifizierung erzielt. Durch mehrere Boden- und Lufttests haben sie die praktische Leistungsfähigkeit von Laserwaffen beim Abfangen von UAVs und Raketen vollständig überprüft. China hat hochenergetische Laserwaffen und Trägertechnologie als wichtige Entwicklungsrichtungen aufgeführt und fördert aktiv die integrierte Entwicklung militärischer und ziviler Technologien. Ausrüstung wie das Laser-Luftverteidigungssystem „Low Altitude Guardian“ und die Laserwaffe „Silent Hunter“ wurden auf nationalen und internationalen Verteidigungsausstellungen öffentlich ausgestellt und demonstrierten Chinas technische Stärke auf diesem Gebiet.