Nghiên cứu ứng dụng vũ khí laser trong lĩnh vực chống UAV

Là thiết bị cốt lõi của vũ khí năng lượng định hướng, hệ thống vũ khí laser đạt được mức sát thương chính xác thông qua việc phát ra chùm tia laser năng lượng cao hoạt động liên tục trên bề mặt mục tiêu và tận dụng các hiệu ứng vật lý như cắt bỏ và bức xạ. Chúng có thể thực hiện hiệu quả các nhiệm vụ chiến đấu bao gồm đánh chặn tên lửa đạn đạo, phòng thủ tên lửa không đối không/đất đối không và tấn công chính xác vào các mục tiêu mặt đất. So với vũ khí động năng truyền thống, vũ khí laser đã đạt được lợi thế thế hệ được đặc trưng bởi độ chính xác sát thương cao, phản ứng nhanh và hiệu quả chi phí vận hành tuyệt vời, khiến chúng trở thành một trong những hướng cốt lõi trong phát triển công nghệ quân sự toàn cầu.

Đồng thời, sự phát triển và phổ biến nhanh chóng của công nghệ UAV (Máy bay không người lái) đã cho phép nó đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trinh sát quân sự, giám sát chiến trường, tấn công chính xác, hậu cần dân sự và khảo sát địa lý. Tuy nhiên, điều này cũng làm gia tăng các mối đe dọa từ UAV ngày càng nổi bật. Hiện nay, hơn 100 quốc gia trên thế giới đã trang bị UAV quân sự, trong đó các UAV thương mại cỡ nhỏ có thể dễ dàng cải tiến thành nền tảng vũ khí sát thương chi phí thấp. Hiệu quả chiến đấu bất đối xứng của UAV đã được thể hiện đầy đủ tại các điểm nóng trong khu vực như Xung đột Nagorno-Karabakh và Xung đột Nga-Ukraine. Đặc biệt đáng báo động là sự xuất hiện của chế độ chiến đấu bầy đàn UAV. Cuộc tấn công theo cụm của 50 máy bay không người lái tự sát trong Xung đột Nagorno-Karabakh năm 2022 đã trực tiếp phơi bày tình thế tiến thoái lưỡng nan về mất cân bằng giữa hiệu quả và chi phí của các hệ thống phòng không truyền thống khi ứng phó với các cuộc tấn công bão hòa với chi phí thấp như vậy. Trong bối cảnh đó, công nghệ chống UAV đã trở thành trọng tâm nghiên cứu trong lĩnh vực quốc phòng của nhiều quốc gia. Là một loại vũ khí sát thương mạnh, vũ khí laser với những ưu điểm vượt trội đã trở thành phương tiện đánh chặn cốt lõi của các hệ thống chống UAV và ứng dụng của chúng đã chuyển từ giai đoạn trình diễn kỹ thuật sang giai đoạn ứng dụng thực tế.

Tuy nhiên, sự lặp lại nhanh chóng của công nghệ UAV cũng mang đến những thách thức mới, vì khó khăn trong việc phòng thủ các loại mục tiêu mới như UAV FPV (Chế độ xem góc nhìn thứ nhất) và UAV sợi quang đã tăng lên đáng kể. Để đối phó với các mối đe dọa và phong cách chiến đấu của UAV đang ngày càng gia tăng, việc cấp thiết là tiến hành phân tích chuyên sâu các đặc điểm của mục tiêu UAV và phát triển các hệ thống chống UAV bằng laser phù hợp với các loại mục tiêu, kịch bản chiến đấu và chế độ tấn công khác nhau để cung cấp hướng dẫn tích cực cho việc phát triển và thiết kế thiết bị. Tập trung vào ứng dụng vũ khí laser trong lĩnh vực chống UAV, bài viết này trước tiên trình bày nền tảng kỹ thuật và lịch sử phát triển của vũ khí laser, thảo luận các yêu cầu kỹ thuật của laser chống UAV và thành phần của hệ thống chống laser kết hợp với đặc điểm mục tiêu của UAV, phân tích ưu điểm ứng dụng của chúng và cuối cùng là xu hướng phát triển trong tương lai, cung cấp tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu liên quan.

2 Cơ chế hoạt động và tình trạng phát triển của vũ khí laser

2.1 Cơ chế hoạt động của vũ khí laser

Nguyên lý sát thương cốt lõi của vũ khí laser là sử dụng chùm tia laser năng lượng cao để chiếu xạ bề mặt mục tiêu, gây ra các phản ứng vật lý và hóa học phức tạp, gây ra những thay đổi như tăng nhiệt độ, mài mòn và phá vỡ trạng thái cấu trúc và tính chất vật liệu của mục tiêu, cuối cùng dẫn đến hư hỏng các linh kiện điện tử hoặc hư hỏng cấu trúc. Cốt lõi kỹ thuật của nó bao gồm ba liên kết chính: tạo tia laser, khuếch đại năng lượng và lấy nét chính xác.

Phân loại theo cấp độ sức mạnh, vũ khí laser có thể được chia thành hai loại: công suất thấp và công suất cao. Vũ khí laser công suất thấp chủ yếu nhằm mục đích gây nhiễu và làm chói mắt các bộ phận quan trọng của mục tiêu và hiện đã được trang bị trong quân đội. Mặt khác, vũ khí laser công suất cao nhắm mục tiêu xuyên thủng cấu trúc mục tiêu và đạt được sức sát thương hủy diệt. Công nghệ của họ ngày càng trưởng thành và sẽ đóng vai trò then chốt trong chiến tranh hiện đại và xung đột cục bộ trong tương lai. Được phân loại theo nền tảng mang, hệ thống vũ khí laser có thể được chia thành các loại trên tàu, trên phương tiện, trên không, trên mặt đất và trên không gian, thích ứng với nhu cầu của các tình huống chiến đấu khác nhau.

2.2 Tình trạng phát triển của vũ khí laser

Việc nghiên cứu vũ khí laser bắt đầu từ những năm 1960. Ngay khi công nghệ laser xuất hiện, những ưu điểm độc đáo của nó về tính định hướng cao, mật độ năng lượng cao và tốc độ truyền ánh sáng đã nhanh chóng thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực quân sự. Các cường quốc quân sự như Hoa Kỳ và Liên Xô đi đầu trong việc triển khai các chương trình nghiên cứu liên quan, ban đầu tập trung vào thử nghiệm và xác minh kỹ thuật vũ khí laser công suất thấp.

Từ những năm 1970 đến những năm 1980, việc nghiên cứu vũ khí laser bước vào giai đoạn thăm dò kỹ thuật chuyên sâu. Thông qua các dự án quan trọng như 'Cơ sở thử nghiệm hệ thống laser năng lượng cao (HELSTF)' và 'Phòng thí nghiệm laser trên không (ALL)', Hoa Kỳ và Liên Xô đã xác minh một cách có hệ thống tính khả thi kỹ thuật và đặc tính lan truyền trong khí quyển của vũ khí laser. Vào giữa đến cuối những năm 1980, trọng tâm nghiên cứu dần chuyển sang phát triển vũ khí laser công suất trung bình. Trong số đó, dự án 'Phòng thí nghiệm Laser trên không (ALL)' của Hoa Kỳ đã xác minh thành công tiềm năng thích ứng của vũ khí laser trên nền tảng trên không thông qua nhiều cuộc thử nghiệm trên không.

Vào những năm 1990, vũ khí laser năng lượng cao trở thành hướng nghiên cứu cốt lõi. Dự án 'Laser năng lượng cao chiến thuật (THEL)' của Hoa Kỳ đã hoàn thành thành công các cuộc thử nghiệm đánh chặn tên lửa, lần đầu tiên khẳng định tiềm năng ứng dụng thực tế của vũ khí laser. Mặc dù sức mạnh của vũ khí laser ở giai đoạn này vẫn còn hạn chế, nhưng một loạt thử nghiệm đã đặt nền tảng vững chắc cho sự phát triển của vũ khí laser năng lượng cao trong thế kỷ 21 và thúc đẩy quá trình chuyển đổi từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng chiến trường của chúng.

Kể từ thế kỷ 21, với sự tiến bộ đột phá của công nghệ laser năng lượng cao, vũ khí laser trên không đã bước vào thời kỳ phát triển nhanh chóng. Nhiều quốc gia đã đạt được một loạt kết quả quan trọng trong việc thu nhỏ thiết bị, khả năng thích ứng nền tảng và ứng dụng thực tế. Năm 2002, Cơ quan Phòng thủ Tên lửa Hoa Kỳ (MDA) đã khởi động dự án 'Laser trên không (ABL)', tích hợp tia laser loại megawatt trên nền tảng máy bay Boeing 747, nhằm mục đích đánh chặn tên lửa đạn đạo trong giai đoạn tăng tốc. Mặc dù dự án ABL đã bị chấm dứt vào năm 2011 do độ phức tạp kỹ thuật cao và chi phí vượt mức, nhưng kinh nghiệm thích ứng với nền tảng trên không được tích lũy đã mang lại sự hỗ trợ quý giá cho nghiên cứu tiếp theo.

Hiện nay, nhiều quốc gia trên thế giới đã đạt được triển khai thực tế hoặc đạt được những đột phá công nghệ quan trọng về vũ khí laser: Hệ thống vũ khí laser 'Peresvet' được công bố công khai của Nga đã hoàn thành triển khai thực tế, chủ yếu đảm nhận nhiệm vụ đánh chặn UAV và tên lửa; Hệ thống phòng thủ laser năng lượng cao 'Iron Beam' do Israel phát triển có thể đánh chặn hiệu quả tên lửa, đạn pháo và máy bay không người lái; 'Trạm vũ khí laser năng lượng cao (HELWS)' do Rheinmetall của Đức phát triển có công suất 50 kilowatt và đã được xác minh qua các cuộc thử nghiệm là có khả năng đánh chặn tên lửa và UAV đáng tin cậy. Ngoài ra, các nước như Pháp, Nhật Bản, Ấn Độ cũng đang tích cực khám phá lĩnh vực vũ khí laser trên không.

Trung Quốc đã đạt được những kết quả đáng chú ý trong việc nghiên cứu vũ khí laser trên không trong những năm gần đây. Các tổ chức nghiên cứu khoa học như Học viện Vật lý Kỹ thuật Trung Quốc, Viện Quang học và Cơ học Tinh tế Thượng Hải thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Đại học Công nghệ Quốc phòng Quốc gia đã phát triển thành công nhiều loại laser trạng thái rắn và laser sợi quang công suất cao, đồng thời tạo ra những đột phá trong các công nghệ chủ chốt như tổ hợp đa chùm tia và quang học thích ứng. Tập đoàn Công nghệ Điện tử Trung Quốc và Tập đoàn Công nghiệp Bắc Trung Quốc đã đạt được kết quả vượt trội trong việc tích hợp hệ thống và xác minh thử nghiệm. Thông qua nhiều cuộc thử nghiệm trên mặt đất và trên không, họ đã xác minh đầy đủ khả năng thực tế của vũ khí laser trong việc đánh chặn UAV và tên lửa. Trung Quốc coi vũ khí laser năng lượng cao và công nghệ tàu sân bay là hướng phát triển then chốt, đồng thời tích cực thúc đẩy sự phát triển tích hợp công nghệ quân sự và dân sự. Các thiết bị như hệ thống phòng không laser 'Người bảo vệ tầm thấp' và vũ khí laser 'Thợ săn thầm lặng' đã được trưng bày công khai tại các triển lãm quốc phòng trong nước và quốc tế, thể hiện sức mạnh kỹ thuật của Trung Quốc trong lĩnh vực này.