Tillämpningsforskning av laservapen inom området anti-UAV

Som kärnutrustningen för riktade energivapen uppnår laservapensystem exakta skador genom att sända ut högenergilaserstrålar som verkar kontinuerligt på målytan och utnyttjar fysiska effekter som ablation och strålning. De kan effektivt utföra stridsuppgifter inklusive ballistisk missilavlyssning, luft-till-luft/jord-till-luft missilförsvar och precisionsangrepp mot markmål. Jämfört med traditionella kinetiska energivapen har laservapen fått en generationsfördel som kännetecknas av hög skadeprecision, snabb respons och utmärkt operativ kostnadseffektivitet, vilket gör dem till en av kärnriktningarna i den globala utvecklingen av militär teknologi.

Samtidigt har den snabba utvecklingen och populariseringen av UAV-teknik (Unmanned Aerial Vehicle) gjort det möjligt för den att spela en viktig roll inom olika områden som militär spaning, slagfältsövervakning, precisionsanfall, civil logistik och geografisk undersökning. Detta har dock också gett upphov till allt mer framträdande UAV-hot. För närvarande har mer än 100 länder runt om i världen utrustade militära UAV, bland vilka små kommersiella UAV:er enkelt kan modifieras till billiga dödliga vapenplattformar. UAV:s asymmetriska stridseffektivitet har till fullo demonstrerats i regionala hotspots som Nagorno-Karabach-konflikten och Ryssland-Ukraina-konflikten. Särskilt alarmerande är uppkomsten av UAV-svärmstridsläget. Klusteratfallet av 50 självmords-UAV:er i Nagorno-Karabach-konflikten 2022 avslöjade direkt kostnadseffektivitets-obalansdilemmat hos traditionella luftförsvarssystem när de reagerade på sådana lågkostnadsattacker. Mot denna bakgrund har anti-UAV-teknik blivit ett forskningsfokus inom det nationella försvarsområdet i olika länder. Som ett hårt dödande vapen har laservapen, med sina unika fördelar, blivit det centrala avlyssningsmedlet för anti-UAV-system, och deras tillämpning har flyttats från det tekniska demonstrationsstadiet till det praktiska tillämpningsstadiet.

Den snabba iterationen av UAV-teknik har dock också medfört nya utmaningar, eftersom försvarssvårigheterna för nya typer av mål som FPV (First-Person View) UAV och optiska fiber UAV har ökat avsevärt. För att klara av de utvecklande UAV-hoten och stridsstilarna är det angeläget att genomföra en djupgående analys av UAV-målegenskaper och utveckla laser-anti-UAV-system som är lämpliga för olika måltyper, stridsscenarier och attacklägen, för att ge positiv vägledning för utveckling och design av utrustning. Med fokus på tillämpningen av laservapen inom anti-UAV-området, sorterar detta dokument först den tekniska grunden och utvecklingshistorien för laservapen, diskuterar de tekniska kraven för laser-anti-UAV och sammansättningen av laser-anti-UAV-system i kombination med UAV-målegenskaper, analyserar deras tillämpningsfördelar och ser slutligen fram emot den framtida utvecklingstrenden, ger referenser för relaterad forskning.

2 Operativ mekanism och utvecklingsstatus för laservapen

2.1 Operativ mekanism för laservapen

Kärnskadaprincipen för laservapen är att använda högenergilaserstrålar för att bestråla målytan, vilket utlöser komplexa fysikaliska och kemiska reaktioner, som orsakar förändringar som temperaturhöjning, ablation och sammanbrott i målets strukturella tillstånd och materialegenskaper, vilket i slutändan leder till fel på elektroniska komponenter eller strukturella skador. Dess tekniska kärna inkluderar tre nyckellänkar: lasergenerering, energiförstärkning och exakt fokusering.

Klassificerade efter effektnivå kan laservapen delas in i två kategorier: lågeffekt och högeffekt. Laservapen med låg effekt syftar främst till att störa och blända viktiga komponenter i målet, och har för närvarande utrustats i trupper. Högeffektlaservapen, å andra sidan, riktar sig mot att bryta igenom målstrukturen och uppnå destruktiv skada. Deras teknik har blivit allt mognare, och de kommer att spela en nyckelroll i modern krigföring och lokala konflikter i framtiden. Klassificerade av bärplattformen kan laservapensystem delas in i fartygsburna, fordonsmonterade, luftburna, markbaserade och rymdbaserade typer, anpassade till behoven i olika stridsscenarier.

2.2 Utvecklingsstatus för laservapen

Forskningen om laservapen började på 1960-talet. Så fort laserteknologin dök upp, väckte dess unika fördelar med hög riktning, hög energitäthet och ljushastighet snabbt stor uppmärksamhet inom det militära området. Militärmakter som USA och Sovjetunionen tog ledningen för att lansera relevanta forskningsprogram, som initialt fokuserade på testning och teknisk verifiering av lågeffekts laservapen.

Från 1970-talet till 1980-talet gick forskningen om laservapen in i ett skede av djupgående teknisk utforskning. Genom nyckelprojekt som 'High Energy Laser Systems Test Facility (HELSTF)' och 'Airborne Laser Laboratory (ALL)', verifierade USA och Sovjetunionen systematiskt laservapenens tekniska genomförbarhet och atmosfäriska utbredningsegenskaper. I mitten till slutet av 1980-talet skiftade forskningsfokus gradvis till utvecklingen av medelkraftiga laservapen. Bland dem har det amerikanska 'Airborne Laser Laboratory (ALL)'-projektet framgångsrikt verifierat anpassningspotentialen för laservapen på luftbaserade plattformar genom flera flygtester.

På 1990-talet blev högenergilaservapen den centrala forskningsriktningen. Det amerikanska 'Tactical High Energy Laser (THEL)'-projektet genomförde framgångsrikt raketavlyssningstest, som först bekräftade den praktiska tillämpningspotentialen hos laservapen. Även om kraften hos laservapen i detta skede fortfarande var begränsad, lade en serie tester en solid grund för utvecklingen av högenergilaservapen under 2000-talet och främjade deras övergång från laboratoriet till slagfältsapplikationer.

Sedan 2000-talet, med genombrottet inom högenergilaserteknologi, har luftburna laservapen gått in i en period av snabb utveckling. Olika länder har uppnått en rad viktiga resultat när det gäller utrustningsminiatyrisering, plattformsanpassning och praktisk tillämpning. År 2002 lanserade US Missile Defense Agency (MDA) projektet 'Airborne Laser (ABL)', som integrerar en megawatt-klasslaser på en Boeing 747-flygplansplattform, som syftar till att fånga upp ballistiska missiler i boostfasen. Även om ABL-projektet avslutades 2011 på grund av hög teknisk komplexitet och kostnadsöverskridanden, har den flygbaserade plattformsanpassningserfarenhet som det samlat på sig gett värdefullt stöd för efterföljande forskning.

För närvarande har många länder runt om i världen uppnått praktiskt utplacering eller viktiga tekniska genombrott inom laservapen: Rysslands offentligt avslöjade 'Peresvet' laservapensystem har slutfört praktiskt utplacering, huvudsakligen med uppdraget att avlyssna UAV och missiler; Israels utvecklade högenergilaserförsvarssystem 'Iron Beam' kan effektivt fånga upp raketer, artillerigranater och UAV; 'High Energy Laser Weapon Station (HELWS)' utvecklad av tyska Rheinmetall har en effekt på 50 kilowatt och har verifierats genom tester för att ha tillförlitlig UAV- och missilavlyssningsförmåga. Dessutom utforskar länder som Frankrike, Japan och Indien också aktivt området för luftburna laservapen.

Kina har uppnått anmärkningsvärda resultat i forskningen om luftburna laservapen under de senaste åren. Vetenskapliga forskningsinstitutioner som China Academy of Engineering Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of the Chinese Academy of Sciences och National University of Defense Technology har framgångsrikt utvecklat en mängd högeffekts solid state-lasrar och fiberlasrar, och gjort genombrott inom nyckelteknologier som kombination av flera strålar och adaptiv optik. China Electronics Technology Group och China North Industries Group har uppnått enastående resultat inom systemintegration och testverifiering. Genom flera mark- och lufttester har de till fullo verifierat den praktiska förmågan hos laservapen för att fånga upp UAV:er och missiler. Kina har listat högenergilaservapen och bärarteknik som viktiga utvecklingsriktningar och främjar aktivt den integrerade utvecklingen av militär och civil teknik. Utrustning som 'Low Altitude Guardian' laserluftförsvarssystem och 'Silent Hunter' laservapnet har visats offentligt i inhemska och internationella försvarsutställningar, vilket visar Kinas tekniska styrka på detta område.