การวิจัยการประยุกต์ใช้อาวุธเลเซอร์ในสาขาต่อต้าน UAV

ในฐานะอุปกรณ์หลักของอาวุธพลังงานโดยตรง ระบบอาวุธเลเซอร์ได้รับความเสียหายอย่างแม่นยำผ่านการปล่อยลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงที่ทำงานอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวเป้าหมาย และใช้ประโยชน์จากผลกระทบทางกายภาพ เช่น การระเหยและการแผ่รังสี พวกเขาสามารถปฏิบัติงานการต่อสู้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงการสกัดกั้นขีปนาวุธ การป้องกันขีปนาวุธอากาศสู่อากาศ/ภาคพื้นดินสู่อากาศ และการโจมตีเป้าหมายภาคพื้นดินอย่างแม่นยำ เมื่อเปรียบเทียบกับอาวุธพลังงานจลน์แบบดั้งเดิม อาวุธเลเซอร์ได้รับความได้เปรียบจากยุคสมัย โดยมีความแม่นยำในการทำลายล้างสูง การตอบสนองที่รวดเร็ว และความคุ้มค่าในการดำเนินงานที่ยอดเยี่ยม ทำให้เป็นหนึ่งในทิศทางหลักในการพัฒนาเทคโนโลยีทางทหารระดับโลก

ในเวลาเดียวกัน การพัฒนาอย่างรวดเร็วและแพร่หลายของเทคโนโลยี UAV (ยานพาหนะไร้คนขับ) ทำให้มีบทบาทสำคัญในด้านต่างๆ เช่น การลาดตระเวนทางทหาร การเฝ้าระวังในสนามรบ การโจมตีที่แม่นยำ การขนส่งพลเรือน และการสำรวจทางภูมิศาสตร์ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ยังก่อให้เกิดภัยคุกคาม UAV ที่โดดเด่นมากขึ้นอีกด้วย ปัจจุบัน มากกว่า 100 ประเทศทั่วโลกได้ติดตั้ง UAV ทางการทหาร โดยในจำนวนนี้ UAV เชิงพาณิชย์ขนาดเล็กสามารถดัดแปลงเป็นแพลตฟอร์มอาวุธร้ายแรงราคาประหยัดได้อย่างง่ายดาย ประสิทธิภาพการต่อสู้แบบอสมมาตรของ UAV ได้รับการแสดงให้เห็นอย่างเต็มที่ในพื้นที่ยอดนิยมระดับภูมิภาค เช่น ความขัดแย้งนากอร์โน-คาราบาคห์ และความขัดแย้งรัสเซีย-ยูเครน สิ่งที่น่าตกใจอย่างยิ่งคือการเกิดขึ้นของโหมดการต่อสู้แบบฝูง UAV การโจมตีแบบคลัสเตอร์โดย UAV แบบฆ่าตัวตาย 50 ลำในความขัดแย้งนากอร์โน-คาราบาคห์ พ.ศ. 2565 เผยให้เห็นโดยตรงถึงความไม่สมดุลด้านความคุ้มค่าของระบบป้องกันภัยทางอากาศแบบดั้งเดิม เมื่อตอบสนองต่อการโจมตีแบบอิ่มตัวที่มีต้นทุนต่ำดังกล่าว เมื่อเทียบกับฉากหลังนี้ เทคโนโลยีต่อต้าน UAV ได้กลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยในด้านการป้องกันประเทศของประเทศต่างๆ ในฐานะอาวุธสังหารยาก อาวุธเลเซอร์ที่มีข้อได้เปรียบเฉพาะตัว ได้กลายเป็นวิธีการสกัดกั้นหลักของระบบต่อต้าน UAV และการใช้งานได้ย้ายจากขั้นตอนการสาธิตทางเทคนิคไปสู่ขั้นตอนการใช้งานจริง

อย่างไรก็ตาม การทำซ้ำอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยี UAV ยังนำมาซึ่งความท้าทายใหม่ ๆ เนื่องจากความยากในการป้องกันของเป้าหมายประเภทใหม่ เช่น UAV แบบ FPV (มุมมองบุคคลที่หนึ่ง) และ UAV แบบใยแก้วนำแสงได้เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เพื่อรับมือกับภัยคุกคามและรูปแบบการต่อสู้ที่เปลี่ยนแปลงไปของ UAV จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะดำเนินการวิเคราะห์เชิงลึกของลักษณะเป้าหมายของ UAV และพัฒนาระบบป้องกัน UAV แบบเลเซอร์ที่เหมาะสมสำหรับเป้าหมายประเภทต่างๆ สถานการณ์การต่อสู้ และรูปแบบการโจมตี เพื่อให้คำแนะนำเชิงบวกสำหรับการพัฒนาและการออกแบบอุปกรณ์ บทความนี้มุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้อาวุธเลเซอร์ในด้านการต่อต้าน UAV โดยอันดับแรกจะเรียงลำดับพื้นฐานทางเทคนิคและประวัติการพัฒนาของอาวุธเลเซอร์ อภิปรายข้อกำหนดทางเทคนิคของการป้องกัน UAV ด้วยเลเซอร์ และองค์ประกอบของระบบต่อต้าน UAV ด้วยเลเซอร์ รวมกับคุณลักษณะเป้าหมายของ UAV วิเคราะห์ข้อได้เปรียบในการใช้งาน และในที่สุดก็ตั้งตารอถึงแนวโน้มการพัฒนาในอนาคต โดยให้ข้อมูลอ้างอิงสำหรับการวิจัยที่เกี่ยวข้อง

2 กลไกการทำงานและสถานะการพัฒนาของอาวุธเลเซอร์

2.1 กลไกการทำงานของอาวุธเลเซอร์

หลักความเสียหายหลักของอาวุธเลเซอร์คือการใช้ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงเพื่อฉายรังสีพื้นผิวเป้าหมาย กระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาทางกายภาพและเคมีที่ซับซ้อน ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง เช่น อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การระเหย และการสลายในสถานะโครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุของเป้าหมาย ท้ายที่สุดนำไปสู่ความล้มเหลวของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์หรือความเสียหายทางโครงสร้าง แกนหลักทางเทคนิคประกอบด้วยการเชื่อมโยงหลักสามประการ: การสร้างเลเซอร์ การขยายพลังงาน และการโฟกัสที่แม่นยำ

จำแนกตามระดับพลังงาน อาวุธเลเซอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: พลังงานต่ำและพลังงานสูง อาวุธเลเซอร์กำลังต่ำมีจุดมุ่งหมายเพื่อขัดขวางและทำให้ส่วนประกอบสำคัญของเป้าหมายเสียหาย และปัจจุบันมีการติดตั้งไว้ในกองทัพ ในทางกลับกัน อาวุธเลเซอร์กำลังสูงมีเป้าหมายเพื่อเจาะทะลุโครงสร้างเป้าหมายและสร้างความเสียหายแบบทำลายล้าง เทคโนโลยีของพวกเขามีความเป็นผู้ใหญ่มากขึ้น และพวกเขาจะมีบทบาทสำคัญในสงครามสมัยใหม่และความขัดแย้งในท้องถิ่นในอนาคต เมื่อจำแนกประเภทตามแท่นบรรทุก ระบบอาวุธเลเซอร์สามารถแบ่งเพิ่มเติมได้เป็นประเภทที่ใช้บนเรือ ติดยานพาหนะ ใช้ทางอากาศ ใช้ภาคพื้นดิน และในอวกาศ โดยปรับให้เข้ากับความต้องการของสถานการณ์การต่อสู้ที่แตกต่างกัน

2.2 สถานะการพัฒนาอาวุธเลเซอร์

การวิจัยเกี่ยวกับอาวุธเลเซอร์เริ่มขึ้นในทศวรรษ 1960 ทันทีที่เทคโนโลยีเลเซอร์เกิดขึ้น ข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ของเลเซอร์ที่มีทิศทางสูง ความหนาแน่นของพลังงานสูง และการแพร่กระจายของความเร็วแสงก็ดึงดูดความสนใจอย่างมากในด้านการทหารอย่างรวดเร็ว อำนาจทางทหารเช่นสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตเป็นผู้นำในการเปิดโครงการวิจัยที่เกี่ยวข้อง โดยเริ่มแรกมุ่งเน้นไปที่การทดสอบและการตรวจสอบทางเทคนิคของอาวุธเลเซอร์พลังงานต่ำ

ตั้งแต่ปี 1970 ถึง 1980 การวิจัยเกี่ยวกับอาวุธเลเซอร์ได้เข้าสู่ขั้นตอนของการสำรวจทางเทคนิคในเชิงลึก ผ่านโครงการสำคัญๆ เช่น 'ศูนย์ทดสอบระบบเลเซอร์พลังงานสูง (HELSTF)' และ 'ห้องปฏิบัติการเลเซอร์ทางอากาศ (ALL)' สหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตได้ตรวจสอบความเป็นไปได้ทางเทคนิคและลักษณะการแพร่กระจายในชั้นบรรยากาศของอาวุธเลเซอร์อย่างเป็นระบบ ในช่วงกลางถึงปลายทศวรรษ 1980 การวิจัยมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาอาวุธเลเซอร์กำลังปานกลาง ในบรรดาโครงการเหล่านั้น โครงการ 'ห้องปฏิบัติการเลเซอร์ทางอากาศ (ALL)' ของสหรัฐฯ ประสบความสำเร็จในการตรวจสอบศักยภาพในการปรับตัวของอาวุธเลเซอร์บนแพลตฟอร์มทางอากาศ ผ่านการทดสอบทางอากาศหลายครั้ง

ในปี 1990 อาวุธเลเซอร์พลังงานสูงกลายเป็นทิศทางการวิจัยหลัก โครงการ 'Tactical High Energy Laser (THEL)' ของสหรัฐฯ ประสบความสำเร็จในการทดสอบการสกัดกั้นจรวด ซึ่งเป็นครั้งแรกที่ยืนยันถึงศักยภาพในการใช้งานจริงของอาวุธเลเซอร์ แม้ว่าพลังของอาวุธเลเซอร์ในขั้นตอนนี้ยังมีจำกัด แต่การทดสอบหลายครั้งได้วางรากฐานที่มั่นคงสำหรับการพัฒนาอาวุธเลเซอร์พลังงานสูงในศตวรรษที่ 21 และส่งเสริมการเปลี่ยนจากห้องปฏิบัติการไปสู่การใช้งานในสนามรบ

ตั้งแต่ศตวรรษที่ 21 ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเลเซอร์พลังงานสูง อาวุธเลเซอร์ในอากาศได้เข้าสู่ยุคของการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ประเทศต่างๆ ได้รับผลลัพธ์ที่สำคัญหลายประการในด้านการลดขนาดอุปกรณ์ การปรับแพลตฟอร์ม และการใช้งานจริง ในปี พ.ศ. 2545 หน่วยงานป้องกันขีปนาวุธของสหรัฐอเมริกา (MDA) ได้เปิดตัวโครงการ 'เลเซอร์ทางอากาศ (ABL)' โดยบูรณาการเลเซอร์ระดับเมกะวัตต์เข้ากับแพลตฟอร์มเครื่องบินโบอิ้ง 747 โดยมีเป้าหมายเพื่อให้บรรลุการสกัดกั้นขีปนาวุธในระยะเสริม แม้ว่าโครงการ ABL จะถูกยกเลิกในปี 2554 เนื่องจากมีความซับซ้อนทางเทคนิคสูงและมีค่าใช้จ่ายสูง แต่ประสบการณ์ในการปรับตัวแพลตฟอร์มทางอากาศที่สั่งสมมาได้ให้การสนับสนุนที่มีคุณค่าสำหรับการวิจัยครั้งต่อไป

ในปัจจุบัน หลายประเทศทั่วโลกประสบความสำเร็จในการใช้งานจริงหรือความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สำคัญในอาวุธเลเซอร์: ระบบอาวุธเลเซอร์ 'Peresvet' ที่เปิดเผยต่อสาธารณะของรัสเซียได้เสร็จสิ้นการใช้งานจริงแล้ว โดยมีหน้าที่หลักคือ UAV และการสกัดกั้นขีปนาวุธ ระบบป้องกันด้วยเลเซอร์พลังงานสูง 'Iron Beam' ที่พัฒนาขึ้นของอิสราเอลสามารถสกัดกั้นจรวด กระสุนปืนใหญ่ และ UAV ได้อย่างมีประสิทธิภาพ 'สถานีอาวุธเลเซอร์พลังงานสูง (HELWS)' ที่พัฒนาโดย Rheinmetall ของเยอรมนี มีกำลัง 50 กิโลวัตต์ และได้รับการตรวจสอบผ่านการทดสอบว่ามี UAV ที่เชื่อถือได้และมีความสามารถในการสกัดกั้นขีปนาวุธ นอกจากนี้ ประเทศต่างๆ เช่น ฝรั่งเศส ญี่ปุ่น และอินเดีย ก็กำลังสำรวจด้านอาวุธเลเซอร์ในอากาศด้วยเช่นกัน

ประเทศจีนประสบความสำเร็จอย่างน่าทึ่งในการวิจัยอาวุธเลเซอร์ในอากาศในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เช่น China Academy of Engineering Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics ของ Chinese Academy of Sciences และ National University of Defense Technology ต่างประสบความสำเร็จในการพัฒนาเลเซอร์โซลิดสเตตกำลังสูงและไฟเบอร์เลเซอร์กำลังสูง และสร้างความก้าวหน้าในเทคโนโลยีที่สำคัญ เช่น การผสมผสานหลายลำแสงและออปติกแบบปรับได้ China Electronics Technology Group และ China North Industries Group บรรลุผลลัพธ์ที่โดดเด่นในการบูรณาการระบบและการตรวจสอบการทดสอบ ผ่านการทดสอบภาคพื้นดินและทางอากาศหลายครั้ง พวกเขาได้ตรวจสอบความสามารถในทางปฏิบัติของอาวุธเลเซอร์ในการสกัดกั้น UAV และขีปนาวุธอย่างครบถ้วน จีนได้ระบุอาวุธเลเซอร์พลังงานสูงและเทคโนโลยีพาหะเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญ และส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีทางทหารและพลเรือนแบบบูรณาการ อุปกรณ์ต่างๆ เช่น ระบบป้องกันภัยทางอากาศด้วยเลเซอร์ 'Low Altitude Guardian' และอาวุธเลเซอร์ 'Silent Hunter' ได้รับการจัดแสดงต่อสาธารณะในนิทรรศการการป้องกันประเทศและนานาชาติ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความแข็งแกร่งทางเทคนิคของจีนในด้านนี้