Toepassingsonderzoek van laserwapens op het gebied van anti-UAV

Laserwapensystemen vormen de kernuitrusting van gerichte energiewapens en veroorzaken nauwkeurige schade door het uitzenden van hoogenergetische laserstralen die continu op het doeloppervlak inwerken en door gebruik te maken van fysieke effecten zoals ablatie en straling. Ze kunnen effectief gevechtstaken uitvoeren, waaronder het onderscheppen van ballistische raketten, lucht-lucht/grond-lucht raketverdediging en precisieaanvallen op gronddoelen. Vergeleken met traditionele kinetische energiewapens hebben laserwapens een generatievoordeel verworven dat wordt gekenmerkt door hoge schadeprecisie, snelle respons en uitstekende operationele kosteneffectiviteit, waardoor ze een van de kernrichtingen in de mondiale ontwikkeling van militaire technologie zijn geworden.

Tegelijkertijd heeft de snelle ontwikkeling en popularisering van UAV-technologie (Unmanned Aerial Vehicle) het mogelijk gemaakt een belangrijke rol te spelen op verschillende gebieden, zoals militaire verkenning, surveillance op het slagveld, precisieaanvallen, civiele logistiek en geografisch onderzoek. Dit heeft echter ook aanleiding gegeven tot steeds prominentere UAV-bedreigingen. Momenteel hebben meer dan 100 landen over de hele wereld militaire UAV's uitgerust, waaronder kleine commerciële UAV's die gemakkelijk kunnen worden omgebouwd tot goedkope dodelijke wapenplatforms. De asymmetrische gevechtseffectiviteit van UAV's is volledig aangetoond in regionale hotspots zoals het Nagorno-Karabach-conflict en het Rusland-Oekraïne-conflict. Bijzonder alarmerend is de opkomst van de UAV-zwermgevechtsmodus. De clusteraanval door 50 zelfmoord-UAV's tijdens het Nagorno-Karabach-conflict van 2022 legde direct het dilemma van de onevenwichtigheid van de kosteneffectiviteit van traditionele luchtverdedigingssystemen bloot als reactie op dergelijke goedkope, verzadigde aanvallen. Tegen deze achtergrond is anti-UAV-technologie een onderzoeksfocus geworden op het gebied van de nationale defensie van verschillende landen. Als hard-kill-wapen zijn laserwapens, met hun unieke voordelen, het belangrijkste onderscheppingsmiddel van anti-UAV-systemen geworden, en hun toepassing is verschoven van de fase van technische demonstratie naar de fase van praktische toepassing.

De snelle iteratie van UAV-technologie heeft echter ook nieuwe uitdagingen met zich meegebracht, aangezien de verdedigingsmoeilijkheden van nieuwe soorten doelen zoals FPV (First-Person View) UAV's en UAV's met optische vezels aanzienlijk zijn toegenomen. Om het hoofd te kunnen bieden aan de evoluerende UAV-bedreigingen en gevechtsstijlen, is het dringend nodig om diepgaande analyses uit te voeren van de kenmerken van UAV-doelen, en laser-anti-UAV-systemen te ontwikkelen die geschikt zijn voor verschillende doeltypen, gevechtsscenario's en aanvalsmodi, om zo een positieve leidraad te bieden voor de ontwikkeling en het ontwerp van apparatuur. Dit artikel concentreert zich op de toepassing van laserwapens op het gebied van anti-UAV en sorteert eerst de technische basis en ontwikkelingsgeschiedenis van laserwapens, bespreekt de technische vereisten van laser-anti-UAV en de samenstelling van laser-anti-UAV-systemen in combinatie met UAV-doelkarakteristieken, analyseert hun toepassingsvoordelen en kijkt ten slotte uit naar de toekomstige ontwikkelingstrend, waarbij referenties worden gegeven voor gerelateerd onderzoek.

2 Operationeel mechanisme en ontwikkelingsstatus van laserwapens

2.1 Operationeel mechanisme van laserwapens

Het kernschadeprincipe van laserwapens is het gebruik van hoogenergetische laserstralen om het doeloppervlak te bestralen, waardoor complexe fysische en chemische reacties worden veroorzaakt, die veranderingen veroorzaken zoals temperatuurstijging, ablatie en afbraak van de structurele staat en materiaaleigenschappen van het doelwit, wat uiteindelijk leidt tot het falen van elektronische componenten of structurele schade. De technische kern omvat drie belangrijke schakels: laseropwekking, energieversterking en nauwkeurige scherpstelling.

Ingedeeld naar vermogensniveau kunnen laserwapens worden onderverdeeld in twee categorieën: laag vermogen en hoog vermogen. Laserwapens met een laag vermogen zijn voornamelijk bedoeld om belangrijke onderdelen van het doelwit te blokkeren en te verblinden, en zijn momenteel uitgerust met troepen. Krachtige laserwapens daarentegen zijn bedoeld om de doelstructuur te doorbreken en destructieve schade aan te richten. Hun technologie is steeds volwassener geworden en ze zullen in de toekomst een sleutelrol spelen in moderne oorlogsvoering en lokale conflicten. Laserwapensystemen, ingedeeld naar draagplatform, kunnen verder worden onderverdeeld in typen op schepen, op voertuigen, in de lucht, op de grond en in de ruimte, waarbij ze zich aanpassen aan de behoeften van verschillende gevechtsscenario's.

2.2 Ontwikkelingsstatus van laserwapens

Het onderzoek naar laserwapens begon in de jaren zestig. Zodra lasertechnologie opkwam, trokken de unieke voordelen van hoge directionaliteit, hoge energiedichtheid en lichtsnelheidvoortplanting al snel grote aandacht op militair gebied. Militaire machten als de Verenigde Staten en de Sovjet-Unie namen het voortouw bij het lanceren van relevante onderzoeksprogramma's, waarbij de nadruk aanvankelijk lag op het testen en de technische verificatie van laserwapens met laag vermogen.

Van de jaren zeventig tot de jaren tachtig ging het onderzoek naar laserwapens een fase van diepgaande technische verkenning in. Via belangrijke projecten zoals de 'High Energy Laser Systems Test Facility (HELSTF)' en het 'Airborne Laser Laboratory (ALL)' hebben de Verenigde Staten en de Sovjet-Unie systematisch de technische haalbaarheid en atmosferische voortplantingskenmerken van laserwapens geverifieerd. Halverwege de jaren tachtig verschoof de onderzoeksfocus geleidelijk naar de ontwikkeling van laserwapens met middelhoog vermogen. Onder hen heeft het Amerikaanse 'Airborne Laser Laboratory (ALL)'-project met succes het aanpassingspotentieel van laserwapens op luchtplatforms geverifieerd door middel van meerdere luchttests.

In de jaren negentig werden hoogenergetische laserwapens de belangrijkste onderzoeksrichting. Het Amerikaanse 'Tactical High Energy Laser (THEL)'-project voltooide met succes raketonderscheppingstests, die voor het eerst het praktische toepassingspotentieel van laserwapens bevestigden. Hoewel de kracht van laserwapens in dit stadium nog beperkt was, legde een reeks tests een solide basis voor de ontwikkeling van hoogenergetische laserwapens in de 21e eeuw en bevorderde de overgang van laboratorium- naar slagveldtoepassingen.

Sinds de 21e eeuw, met de baanbrekende vooruitgang op het gebied van hoogenergetische lasertechnologie, zijn laserwapens in de lucht een periode van snelle ontwikkeling ingegaan. Verschillende landen hebben een reeks belangrijke resultaten geboekt op het gebied van miniaturisatie van apparatuur, aanpassingsvermogen van platforms en praktische toepassing. In 2002 lanceerde het Amerikaanse Missile Defense Agency (MDA) het 'Airborne Laser (ABL)'-project, waarbij een laser van megawattklasse werd geïntegreerd in een Boeing 747-vliegtuigplatform, met als doel het onderscheppen van ballistische raketten in de boostfase te bewerkstelligen. Hoewel het ABL-project in 2011 werd beëindigd vanwege de hoge technische complexiteit en kostenoverschrijdingen, heeft de daardoor opgebouwde ervaring met platformaanpassing vanuit de lucht waardevolle ondersteuning geboden voor daaropvolgend onderzoek.

Op dit moment hebben veel landen over de hele wereld de praktische implementatie of belangrijke technologische doorbraken op het gebied van laserwapens bereikt: het openbaar gemaakte Russische 'Peresvet'-laserwapensysteem heeft de praktische implementatie voltooid en voert voornamelijk de taken uit van het onderscheppen van UAV's en raketten; Het door Israël ontwikkelde hoogenergetische laserverdedigingssysteem 'Iron Beam' kan raketten, artilleriegranaten en UAV's effectief onderscheppen; het 'High Energy Laser Weapon Station (HELWS)', ontwikkeld door het Duitse Rheinmetall, heeft een vermogen van 50 kilowatt en is door middel van tests geverifieerd dat het over betrouwbare UAV- en raketonderscheppingsmogelijkheden beschikt. Daarnaast onderzoeken landen als Frankrijk, Japan en India ook actief het gebied van laserwapens in de lucht.

China heeft de afgelopen jaren opmerkelijke resultaten geboekt bij het onderzoek naar laserwapens in de lucht. Wetenschappelijke onderzoeksinstellingen zoals de China Academy of Engineering Physics, het Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics van de Chinese Academy of Sciences en de National University of Defense Technology hebben met succes een verscheidenheid aan krachtige vastestoflasers en fiberlasers ontwikkeld, en doorbraken gemaakt in sleuteltechnologieën zoals multi-beam-combinatie en adaptieve optica. China Electronics Technology Group en China North Industries Group hebben uitstekende resultaten behaald op het gebied van systeemintegratie en testverificatie. Door middel van meerdere grond- en luchttests hebben ze de praktische capaciteit van laserwapens bij het onderscheppen van UAV's en raketten volledig geverifieerd. China heeft hoogenergetische laserwapens en dragertechnologie genoemd als belangrijke ontwikkelingsrichtingen, en bevordert actief de geïntegreerde ontwikkeling van militaire en civiele technologieën. Apparatuur zoals het 'Low Altitude Guardian' laserluchtverdedigingssysteem en het 'Silent Hunter' laserwapen zijn publiekelijk tentoongesteld op binnenlandse en internationale defensietentoonstellingen, wat de technische kracht van China op dit gebied aantoont.