Applikasjonsforskning av laservåpen innen anti-UAV

Som kjerneutstyret til rettet energivåpen, oppnår laservåpensystemer presis skade gjennom å sende ut høyenergilaserstråler som virker kontinuerlig på måloverflaten og utnytte fysiske effekter som ablasjon og stråling. De kan effektivt utføre kampoppgaver, inkludert ballistisk missilavskjæring, luft-til-luft/bakke-til-luft missilforsvar og presisjonsangrep mot bakkemål. Sammenlignet med tradisjonelle kinetiske energivåpen har laservåpen fått en generasjonsfordel preget av høy skadepresisjon, rask respons og utmerket operativ kostnadseffektivitet, noe som gjør dem til en av kjerneretningene i den globale utviklingen av militær teknologi.

Samtidig har den raske utviklingen og populariseringen av UAV-teknologi (Unmanned Aerial Vehicle) gjort det mulig for den å spille en viktig rolle på ulike felt som militær rekognosering, overvåking av slagmarken, presisjonsangrep, sivil logistikk og geografisk oppmåling. Dette har imidlertid også gitt opphav til stadig mer fremtredende UAV-trusler. For tiden har mer enn 100 land rundt om i verden utstyrt militære UAV-er, blant dem kan små kommersielle UAV-er enkelt modifiseres til rimelige dødelige våpenplattformer. Den asymmetriske kampeffektiviteten til UAV-er er fullstendig demonstrert i regionale hotspots som Nagorno-Karabakh-konflikten og Russland-Ukraina-konflikten. Spesielt alarmerende er fremveksten av UAV-svermkampmodus. Klyngeangrepet av 50 selvmords-UAV-er i Nagorno-Karabakh-konflikten i 2022 avslørte direkte kostnadseffektivitetsubalanse-dilemmaet til tradisjonelle luftforsvarssystemer når de svarte på slike lavkost-mettede angrep. Mot dette bakteppet har anti-UAV-teknologi blitt et forskningsfokus i det nasjonale forsvarsfeltet i forskjellige land. Som et hard-kill våpen har laservåpen, med sine unike fordeler, blitt kjerneavskjæringsmidlene i anti-UAV-systemer, og deres anvendelse har flyttet seg fra det tekniske demonstrasjonsstadiet til det praktiske bruksstadiet.

Imidlertid har den raske gjentakelsen av UAV-teknologi også ført til nye utfordringer, ettersom forsvarsvanskelighetene til nye typer mål som FPV (First-Person View) UAV og optisk fiber UAV har økt betydelig. For å takle de utviklende UAV-truslene og kampstilene, er det presserende å gjennomføre en dybdeanalyse av UAV-målkarakteristikker, og utvikle laser-anti-UAV-systemer som er egnet for forskjellige måltyper, kampscenarier og angrepsmoduser, for å gi positiv veiledning for utstyrsutvikling og design. Med fokus på bruken av laservåpen innen anti-UAV-feltet, sorterer denne artikkelen først det tekniske grunnlaget og utviklingshistorien til laservåpen, diskuterer de tekniske kravene til laser-anti-UAV og sammensetningen av laser-anti-UAV-systemer i kombinasjon med UAV-målegenskaper, analyserer deres anvendelsesfordeler, og ser til slutt frem til den fremtidige utviklingstrenden, og gir referanser for relatert forskning.

2 Operasjonell mekanisme og utviklingsstatus for laservåpen

2.1 Operasjonell mekanisme for laservåpen

Kjerneskadeprinsippet til laservåpen er å bruke høyenergilaserstråler for å bestråle måloverflaten, og utløse komplekse fysiske og kjemiske reaksjoner, som forårsaker endringer som temperaturøkning, ablasjon og sammenbrudd i målets strukturelle tilstand og materialegenskaper, som til slutt fører til svikt i elektroniske komponenter eller strukturell skade. Dens tekniske kjerne inkluderer tre nøkkelledd: lasergenerering, energiforsterkning og presis fokusering.

Klassifisert etter kraftnivå, kan laservåpen deles inn i to kategorier: laveffekt og høyeffekt. Laservåpen med lav effekt har hovedsakelig som mål å blokkere og blende nøkkelkomponenter i målet, og har for tiden blitt utstyrt i tropper. Høyeffekt laservåpen, derimot, sikter mot å bryte gjennom målstrukturen og oppnå ødeleggende skade. Teknologien deres har blitt stadig mer moden, og de vil spille en nøkkelrolle i moderne krigføring og lokale konflikter i fremtiden. Klassifisert etter bæreplattformen, kan laservåpensystemer videre deles inn i skipsbårne, kjøretøymonterte, luftbårne, bakkebaserte og rombaserte typer, tilpasset behovene til forskjellige kampscenarier.

2.2 Utviklingsstatus for laservåpen

Forskningen på laservåpen begynte på 1960-tallet. Så snart laserteknologien dukket opp, vakte dens unike fordeler med høy retningsevne, høy energitetthet og lyshastighet forplantning raskt stor oppmerksomhet i det militære feltet. Militære makter som USA og Sovjetunionen tok ledelsen i å lansere relevante forskningsprogrammer, i utgangspunktet med fokus på testing og teknisk verifisering av laveffekts laservåpen.

Fra 1970- til 1980-tallet gikk forskningen på laservåpen inn i et stadium med dyptgående teknisk utforskning. Gjennom nøkkelprosjekter som 'High Energy Laser Systems Test Facility (HELSTF)' og 'Airborne Laser Laboratory (ALL)', verifiserte USA og Sovjetunionen systematisk den tekniske gjennomførbarheten og atmosfæriske forplantningsegenskapene til laservåpen. På midten til slutten av 1980-tallet skiftet forskningsfokuset gradvis til utvikling av laservåpen med middels kraft. Blant dem har det amerikanske 'Airborne Laser Laboratory (ALL)'-prosjektet vellykket verifisert tilpasningspotensialet til laservåpen på luftbaserte plattformer gjennom flere lufttester.

På 1990-tallet ble høyenergilaservåpen kjerneforskningsretningen. Det amerikanske 'Tactical High Energy Laser (THEL)'-prosjektet fullførte rakettavskjæringstester, som først bekreftet det praktiske brukspotensialet til laservåpen. Selv om kraften til laservåpen på dette stadiet fortsatt var begrenset, la en rekke tester et solid grunnlag for utviklingen av høyenergi-laservåpen i det 21. århundre og fremmet deres overgang fra laboratorie- til slagmarksapplikasjoner.

Siden det 21. århundre, med banebrytende fremskritt innen høyenergilaserteknologi, har luftbårne laservåpen gått inn i en periode med rask utvikling. Ulike land har oppnådd en rekke viktige resultater innen miniatyrisering av utstyr, plattformtilpasning og praktisk anvendelse. I 2002 lanserte US Missile Defense Agency (MDA) prosjektet «Airborne Laser (ABL)», som integrerte en megawatt-klasse laser på en Boeing 747 flyplattform, med sikte på å oppnå avskjæring av ballistiske missiler i boostfasen. Selv om ABL-prosjektet ble avsluttet i 2011 på grunn av høy teknisk kompleksitet og kostnadsoverskridelser, har den luftbaserte plattformtilpasningserfaringen akkumulert av det gitt verdifull støtte for påfølgende forskning.

For tiden har mange land rundt om i verden oppnådd praktisk utplassering eller viktige teknologiske gjennombrudd innen laservåpen: Russlands offentlig avslørte 'Peresvet' laservåpensystem har fullført praktisk utplassering, hovedsakelig med oppgavene som UAV- og missilavskjæring; Israels utviklede høyenergilaserforsvarssystem «Iron Beam» kan effektivt avskjære raketter, artillerigranater og UAV-er; 'High Energy Laser Weapon Station (HELWS)' utviklet av tyske Rheinmetall har en effekt på 50 kilowatt, og har blitt verifisert gjennom tester for å ha pålitelige UAV- og missilavskjæringsevner. I tillegg utforsker land som Frankrike, Japan og India aktivt feltet for luftbårne laservåpen.

Kina har oppnådd bemerkelsesverdige resultater i forskning på luftbårne laservåpen de siste årene. Vitenskapelige forskningsinstitusjoner som China Academy of Engineering Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics ved det kinesiske vitenskapsakademiet og National University of Defense Technology har med suksess utviklet en rekke høyeffekts solid-state lasere og fiberlasere, og gjort gjennombrudd i nøkkelteknologier som multi-beam kombinasjon og adaptiv optikk. China Electronics Technology Group og China North Industries Group har oppnådd fremragende resultater innen systemintegrasjon og testverifisering. Gjennom flere bakke- og lufttester har de fullstendig verifisert den praktiske evnen til laservåpen til å avskjære UAV-er og missiler. Kina har listet opp høyenergilaservåpen og bærerteknologi som sentrale utviklingsretninger, og fremmer aktivt integrert utvikling av militære og sivile teknologier. Utstyr som «Low Altitude Guardian»-laserluftvernsystemet og «Silent Hunter»-laservåpenet har blitt vist offentlig i nasjonale og internasjonale forsvarsutstillinger, og demonstrerer Kinas tekniske styrke på dette feltet.