Badania zastosowań broni laserowej w dziedzinie zwalczania bezzałogowych statków powietrznych

Jako podstawowe wyposażenie broni o ukierunkowanej energii, systemy broni laserowej osiągają precyzyjne obrażenia poprzez emisję wysokoenergetycznych wiązek laserowych, które działają w sposób ciągły na powierzchnię celu i wykorzystują efekty fizyczne, takie jak ablacja i promieniowanie. Mogą skutecznie wykonywać zadania bojowe, w tym przechwytywanie rakiet balistycznych, obronę przeciwrakietową powietrze-powietrze/ziemia-powietrze oraz precyzyjne ataki na cele naziemne. W porównaniu z tradycyjną bronią wykorzystującą energię kinetyczną, broń laserowa zyskała przewagę pokoleniową charakteryzującą się dużą precyzją zadawanych obrażeń, szybkością reakcji i doskonałą opłacalnością operacyjną, co czyni ją jednym z kluczowych kierunków światowego rozwoju techniki wojskowej.

Jednocześnie szybki rozwój i popularyzacja technologii UAV (bezzałogowych statków powietrznych) umożliwiła jej odegranie istotnej roli w różnych dziedzinach, takich jak rozpoznanie wojskowe, obserwacja pola walki, uderzenia precyzyjne, logistyka cywilna i geodezja. Jednakże doprowadziło to również do coraz bardziej znaczących zagrożeń związanych z UAV. Obecnie ponad 100 krajów na całym świecie wyposażyło wojskowe UAV, wśród których małe komercyjne UAV można łatwo zmodyfikować w tanie platformy z śmiercionośną bronią. Asymetryczna skuteczność bojowa UAV została w pełni zademonstrowana w regionalnych kluczowych punktach, takich jak konflikt w Górskim Karabachu i konflikt rosyjsko-ukraiński. Szczególnie niepokojące jest pojawienie się trybu walki roju UAV. Atak kasetowy przeprowadzony przez 50 samobójczych UAV podczas konfliktu w Górskim Karabachu w 2022 r. bezpośrednio ujawnił dylemat braku równowagi pod względem kosztów i efektywności tradycyjnych systemów obrony powietrznej w odpowiedzi na takie tanie, nasycone ataki. W tym kontekście technologia zwalczania UAV stała się przedmiotem badań w dziedzinie obrony narodowej w różnych krajach. Jako broń niebezpieczna broń laserowa, ze swoimi wyjątkowymi zaletami, stała się podstawowym środkiem przechwytywania systemów zwalczania UAV, a jej zastosowanie przeszło z etapu demonstracji technicznej do etapu praktycznego zastosowania.

Jednak szybki rozwój technologii UAV przyniósł także nowe wyzwania, ponieważ znacznie wzrosła trudność obrony nowych typów celów, takich jak UAV FPV (widok z pierwszej osoby) i UAV światłowodowe. Aby stawić czoła zmieniającym się zagrożeniom i stylom walki ze strony UAV, należy pilnie przeprowadzić dogłębną analizę cech celów UAV i opracować laserowe systemy przeciw UAV odpowiednie dla różnych typów celów, scenariuszy walki i trybów ataku, aby zapewnić pozytywne wytyczne w zakresie rozwoju i projektowania sprzętu. Koncentrując się na zastosowaniu broni laserowej w dziedzinie zwalczania UAV, w artykule w pierwszej kolejności omówiono podstawy techniczne i historię rozwoju broni laserowej, omówiono wymagania techniczne laserowych systemów przeciw UAV oraz skład laserowych systemów przeciw UAV w połączeniu z charakterystyką celów UAV, przeanalizowano zalety ich zastosowań, a na koniec przedstawiono przyszłe tendencje rozwojowe, podając odniesienia do powiązanych badań.

2 Mechanizm operacyjny i stan rozwoju broni laserowej

2.1 Mechanizm operacyjny broni laserowej

Podstawową zasadą uszkadzania broni laserowej jest wykorzystanie wysokoenergetycznych wiązek laserowych do napromieniowania powierzchni celu, wywołując złożone reakcje fizyczne i chemiczne, które powodują zmiany, takie jak wzrost temperatury, ablacja oraz załamanie stanu strukturalnego i właściwości materiału celu, co ostatecznie prowadzi do awarii elementów elektronicznych lub uszkodzenia konstrukcji. Jego rdzeń techniczny obejmuje trzy kluczowe ogniwa: generowanie lasera, wzmacnianie energii i precyzyjne ogniskowanie.

Broń laserową, sklasyfikowaną według poziomu mocy, można podzielić na dwie kategorie: o małej mocy i o dużej mocy. Broń laserowa małej mocy ma głównie na celu zakłócanie i oślepianie kluczowych elementów celu i obecnie jest na wyposażeniu żołnierzy. Z drugiej strony broń laserowa o dużej mocy ma na celu przebicie docelowej struktury i osiągnięcie niszczycielskich uszkodzeń. Ich technologia staje się coraz bardziej dojrzała i w przyszłości będą odgrywać kluczową rolę we współczesnych wojnach i lokalnych konfliktach. Klasyfikowane według platformy nośnej, systemy broni laserowej można dalej podzielić na typy pokładowe, montowane na pojazdach, powietrzne, naziemne i kosmiczne, dostosowując się do potrzeb różnych scenariuszy bojowych.

2.2 Stan rozwoju broni laserowej

Badania nad bronią laserową rozpoczęły się w latach 60. XX wieku. Gdy tylko pojawiła się technologia laserowa, jej wyjątkowe zalety, takie jak wysoka kierunkowość, duża gęstość energii i propagacja prędkości światła, szybko przyciągnęły dużą uwagę na polu wojskowym. Potęgi wojskowe, takie jak Stany Zjednoczone i Związek Radziecki, przejęły wiodącą rolę w uruchomieniu odpowiednich programów badawczych, początkowo skupiając się na testowaniu i weryfikacji technicznej broni laserowej małej mocy.

Od lat 70. do 80. XX w. badania nad bronią laserową weszły w fazę pogłębionych eksploracji technicznych. Dzięki kluczowym projektom, takim jak „Ośrodek testowania systemów laserowych wysokiej energii (HELSTF)” i „Pokładowe laboratorium laserowe (ALL)”, Stany Zjednoczone i Związek Radziecki systematycznie sprawdzały wykonalność techniczną i właściwości broni laserowej w zakresie propagacji w atmosferze. Od połowy do końca lat 80. uwaga badaczy stopniowo przesuwała się w stronę rozwoju broni laserowej średniej mocy. Wśród nich amerykański projekt „Airborne Laser Laboratory (ALL)” z powodzeniem zweryfikował potencjał adaptacyjny broni laserowej na platformach powietrznych poprzez liczne testy lotnicze.

W latach 90. głównym kierunkiem badań stała się wysokoenergetyczna broń laserowa. Amerykański projekt „Tactical High Energy Laser (THEL)” pomyślnie zakończył testy przechwytywania rakiet, które jako pierwsze potwierdziły praktyczny potencjał zastosowania broni laserowej. Chociaż moc broni laserowej na tym etapie była nadal ograniczona, seria testów położyła solidne podstawy pod rozwój wysokoenergetycznej broni laserowej w XXI wieku i ułatwiła jej przejście z zastosowań laboratoryjnych na pola walki.

Od XXI wieku, wraz z przełomowym postępem w technologii laserów wysokoenergetycznych, pokładowa broń laserowa weszła w okres szybkiego rozwoju. Różne kraje osiągnęły szereg ważnych wyników w zakresie miniaturyzacji sprzętu, możliwości dostosowania platform i praktycznego zastosowania. W 2002 roku amerykańska Agencja Obrony Przeciwrakietowej (MDA) uruchomiła projekt „Airborne Laser (ABL)”, integrując laser klasy megawatowej z platformą samolotu Boeing 747, którego celem jest przechwytywanie rakiet balistycznych w fazie doładowania. Chociaż projekt ABL zakończono w 2011 r. ze względu na dużą złożoność techniczną i przekroczenia kosztów, zgromadzone w nim doświadczenia w zakresie adaptacji platform powietrznych zapewniły cenne wsparcie dla dalszych badań.

Obecnie wiele krajów na całym świecie osiągnęło praktyczne wdrożenie lub dokonało kluczowych przełomów technologicznych w zakresie broni laserowej: publicznie ujawniony rosyjski system broni laserowej „Pereswiet” zakończył praktyczne wdrożenie, realizując głównie zadania polegające na przechwytywaniu UAV i rakiet; Opracowany przez Izrael wysokoenergetyczny system obrony laserowej „Iron Beam” może skutecznie przechwytywać rakiety, pociski artyleryjskie i UAV; „Stacja broni laserowej wysokiej energii (HELWS)” opracowana przez niemiecką firmę Rheinmetall ma moc 50 kilowatów i została sprawdzona w drodze testów pod kątem niezawodnych możliwości przechwytywania UAV i rakiet. Ponadto kraje takie jak Francja, Japonia i Indie również aktywnie badają dziedzinę pokładowej broni laserowej.

Chiny osiągnęły w ostatnich latach niezwykłe wyniki w badaniach nad pokładową bronią laserową. Instytucje naukowo-badawcze, takie jak Chińska Akademia Fizyki Inżynieryjnej, Szanghajski Instytut Optyki i Mechaniki Precyzyjnej Chińskiej Akademii Nauk oraz Narodowy Uniwersytet Technologii Obronnych, z powodzeniem opracowały różnorodne lasery na ciele stałym i lasery światłowodowe dużej mocy, a także dokonały przełomu w kluczowych technologiach, takich jak kombinacja wielu wiązek i optyka adaptacyjna. China Electronics Technology Group i China North Industries Group osiągnęły znakomite wyniki w integracji systemów i weryfikacji testów. Poprzez liczne testy naziemne i powietrzne w pełni zweryfikowali praktyczną zdolność broni laserowej do przechwytywania UAV i rakiet. Chiny uznały wysokoenergetyczną broń laserową i technologię nośników za kluczowe kierunki rozwoju oraz aktywnie promują zintegrowany rozwój technologii wojskowych i cywilnych. Sprzęt taki jak laserowy system obrony powietrznej „Low Altitude Guardian” i broń laserowa „Silent Hunter” był publicznie prezentowany na krajowych i międzynarodowych wystawach obronnych, demonstrując techniczną siłę Chin w tej dziedzinie.