การวิจัยการประยุกต์ใช้อาวุธเลเซอร์ในสาขาต่อต้าน UAV

ในฐานะอุปกรณ์หลักของอาวุธพลังงานโดยตรง ระบบอาวุธเลเซอร์ได้รับความเสียหายอย่างแม่นยำผ่านการปล่อยลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงที่ทำงานอย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวเป้าหมาย และใช้ประโยชน์จากผลกระทบทางกายภาพ เช่น การระเหยและการแผ่รังสี พวกเขาสามารถปฏิบัติงานการต่อสู้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงการสกัดกั้นขีปนาวุธ การป้องกันขีปนาวุธอากาศสู่อากาศ/ภาคพื้นดินสู่อากาศ และการโจมตีเป้าหมายภาคพื้นดินอย่างแม่นยำ เมื่อเปรียบเทียบกับอาวุธพลังงานจลน์แบบดั้งเดิม อาวุธเลเซอร์ได้รับความได้เปรียบจากรุ่นต่อรุ่น 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 ได้รับการแสดงให้เห็นอย่างเต็มที่ในพื้นที่ยอดนิยมในภูมิภาค เช่น ความขัดแย้งนากอร์โน-คาราบาคห์ และความขัดแย้งรัสเซีย-ยูเครน สิ่งที่น่าตกใจอย่างยิ่งคือการเกิดขึ้นของโหมดการต่อสู้แบบฝูง UAV การโจมตีแบบคลัสเตอร์โดย UAV แบบฆ่าตัวตาย 50 ลำในความขัดแย้งนากอร์โน-คาราบาคห์ปี 2022 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 อภิปรายข้อกำหนดทางเทคนิคของการต่อต้าน UAV ด้วยเลเซอร์ และองค์ประกอบของระบบต่อต้าน UAV ด้วยเลเซอร์ ร่วมกับลักษณะเฉพาะของเป้าหมาย 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 ข้อได้เปรียบเฉพาะตัวของมันมีทิศทางสูง ความหนาแน่นของพลังงานสูง และการแพร่กระจายของความเร็วแสงดึงดูดความสนใจอย่างมากในด้านการทหารอย่างรวดเร็ว อำนาจทางทหารเช่นสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตเป็นผู้นำในการเปิดโครงการวิจัยที่เกี่ยวข้อง โดยเริ่มแรกมุ่งเน้นไปที่การทดสอบและการตรวจสอบทางเทคนิคของอาวุธเลเซอร์พลังงานต่ำ

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

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 ต่างก็กระตือรือร้นในการสำรวจด้านอาวุธเลเซอร์ในอากาศเช่นกัน

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