Resist the Light: Védelem a lézerfegyverek ellen. 5. rész
Most meg kell értenünk, hogy megvédhetjük-e magunkat ettől, és hogyan. Gyakran vannak olyan kijelentések, hogy elegendő a rakétát tükörbevonattal lefedni vagy a lövedéket polírozni, de sajnos minden nem ilyen egyszerű.
Egy tipikus alumínium bevonatú tükör a beeső sugárzás körülbelül 95%-át visszaveri, és hatékonysága nagymértékben függ a hullámhossztól.
A grafikonon látható anyagok közül az alumíniumnak van a legnagyobb reflexiója, ami semmiképpen sem tűzálló anyag. Ha kis teljesítményű sugárzással besugározva a tükör jelentéktelenül felmelegszik, akkor erős sugárzás esetén a tükörbevonat anyaga gyorsan használhatatlanná válik, ami visszaverő tulajdonságainak romlásához és további lavinaszerű felmelegedéshez, ill. megsemmisítés.
200 nm-nél kisebb hullámhosszon a tükrök hatásfoka meredeken csökken; ultraibolya vagy röntgensugárzás (szabad elektron lézer) ellen, az ilyen védelem egyáltalán nem működik.
Vannak kísérleti mesterséges anyagok 100%-os visszaverődéssel, de ezek csak egy bizonyos hullámhosszon működnek. A tükrök speciális többrétegű bevonattal is bevonhatók, amely akár 99.999%-ra növeli visszaverőképességüket. De ez a módszer is csak egy hullámhosszon működik, és egy bizonyos szögben beesik.
Ne felejtsük el, hogy a fegyverek működési feltételei messze vannak a laboratóriumiaktól, pl. tükörrakétát vagy lövedéket inert gázzal töltött tartályban kell tárolni. A legkisebb átlátszatlanság vagy folt, például a kézlenyomatokból, azonnal rontja a tükör fényvisszaverő képességét.
Ha elhagyja a tartályt, a tükör felülete azonnal ki van téve a környezetnek – a légkörnek és a hőhatásoknak. Ha a tükörfelületet nem fedi védőfólia, akkor ez azonnal a fényvisszaverő tulajdonságainak romlásához vezet, ha pedig védőbevonattal van lefedve, akkor maga is rontja a felület fényvisszaverő tulajdonságait.
Összegezve a fentieket, megjegyezzük: a tükörvédelem nem nagyon alkalmas lézerfegyverek elleni védelemre. Akkor mi illik?
A lézersugár hőenergiájának a testre történő „elkenésének” módszere bizonyos mértékig segít azáltal, hogy biztosítja a repülőgép (LA) forgó mozgását a saját hossztengelye körül. De ez a módszer csak lőszerre és korlátozottan pilóta nélküli légijárművekre (UAV) alkalmas, kisebb mértékben a hajótest elejébe lézerrel beütve lesz hatásos.
Bizonyos típusú védett objektumokon, például siklóbombákon, cirkálórakétákon (CR) vagy páncéltörő irányított rakétákon (ATGM), amelyek felülről repülve támadják meg a célpontot, ez a módszer szintén sikertelen lesz. A legtöbb esetben nem forgó aknavetőaknák. Nehéz adatokat gyűjteni az összes nem forgó repülőgépről, de biztos vagyok benne, hogy nagyon sok van belőlük.
Mindenesetre a repülőgép forgása csak kis mértékben csökkenti a lézersugárzás célpontra gyakorolt hatását, hiszen. az erőteljes lézersugárzás által a testre átadott hő a belső szerkezetekbe, majd a repülőgép összes alkatrészébe kerül.
A gőzök és aeroszolok lézerfegyverekkel szembeni ellenintézkedésként történő alkalmazása szintén korlátozott. A sorozat cikkeiben már említettük, hogy a lézerek szárazföldi páncélozott járművek vagy hajók ellen csak akkor lehetségesek, ha azokat térfigyelő berendezések ellen alkalmazzák, amelyek védelmére még visszatérünk. Égesd el a BMP hajótestét /tartály vagy egy felszíni hajó lézersugárral belátható időn belül irreális.
Természetesen nem lehet füst- vagy aeroszolvédelmet alkalmazni a repülőgépek ellen. A repülőgép nagy sebessége miatt a füstöt vagy az aeroszolt mindig visszafújja a szembejövő légnyomás, a helikoptereknél a légcsavar áramlása fogja elfújni.
Így a lézerfegyverek elleni védelem permetezett gőzök és aeroszolok formájában csak a könnyű páncélozott járműveken lehet szükséges. Másrészt a tankok és egyéb páncélozott járművek gyakran már szabványos füstszűrő rendszerekkel vannak felszerelve, hogy megzavarják az ellenséges fegyverrendszerek befogását, és ilyenkor a megfelelő töltőanyagok kidolgozásakor a lézerfegyverek ellen is használhatók.
Visszatérve az optikai és hőképes felderítő berendezések védelmére, feltételezhető, hogy bizonyos hullámhosszú lézersugárzás átjutását megakadályozó optikai szűrők beépítése csak a kezdeti szakaszban alkalmas kis teljesítményű lézerfegyverek elleni védelemre, pl. a következő okok miatt:
- a különböző gyártóktól származó, különböző hullámhosszon működő lézerek széles választéka lesz üzemben;
- egy bizonyos hullámhossz elnyelésére vagy visszaverésére tervezett szűrő erős sugárzás hatására valószínűleg meghibásodik, ami vagy lézersugárzás bejutásához vezet az érzékeny elemekbe, vagy magának az optikának a meghibásodásához (elhomályosodás, képtorzulás);
- egyes lézerek, különösen a szabad elektronlézerek széles tartományban képesek megváltoztatni a működési hullámhosszt.
Az optikai és hőképes felderítő berendezések védelme végezhető földi berendezések, hajók ill repülés technológia, védőernyők nagy sebességű beépítésével. Lézersugárzás észlelése esetén a védőernyőnek a másodperc töredéke alatt be kell zárnia a lencséket, de még ez sem garantálja az érzékeny elemek sérülésének hiányát. Lehetséges, hogy a lézerfegyverek széles körű elterjedéséhez idővel legalább az optikai tartományban működő felderítő berendezések megkettőzésére lesz szükség.
Ha a védőernyők és az optikai és hőképi felderítés tartalék eszközeinek felszerelése meglehetősen kivitelezhető nagy hordozókon, akkor ezt sokkal nehezebb megtenni a nagy pontosságú fegyvereken, különösen a kompaktokon. Egyrészt jelentősen szigorodnak a védelem súly- és méretigényei, másrészt a nagy teljesítményű lézersugárzásnak való kitettség még zárt redőny mellett is az optikai rendszer alkatrészeinek túlmelegedését okozhatja a sűrű elrendezés miatt, ami részleges ill. működésének teljes megzavarása.
Milyen módszerekkel lehet hatékonyan megvédeni a felszereléseket és fegyvereket a lézerfegyverektől? Két fő módszer létezik - az ablatív védelem és a konstruktív hőszigetelő védelem.
Az ablatív védelem (a latin ablatio szóból - eltávolítás, tömeg eltávolítása) alapja egy anyag eltávolítása a védett objektum felületéről forró gázárammal és/vagy a határréteg átstrukturálása, amely együttesen jelentősen csökkenti a hőt. vigye át a védett felületre. Más szóval, a beérkező energiát a védőanyag melegítésére, olvasztására és elpárologtatására fordítják.
Jelenleg az ablatív védelmet aktívan használják az űrhajók (SC) süllyesztő moduljaiban és a sugárhajtóművek fúvókáiban. A fenolos, szerves szilícium- és egyéb szintetikus gyantákon alapuló elszenesedő műanyagok, amelyek töltőanyagként szenet (beleértve a grafitot), szilícium-dioxidot (szilícium-dioxid, kvarc) és nejlont kaptak töltőanyagként.
Az ablatív védelem eldobható, nehéz és terjedelmes, ezért nincs értelme újrafelhasználható repülőgépeken (nem minden emberes, és a legtöbb pilóta nélküli repülőgépen) használni. Csak irányított és nem irányított lövedékeken használható. És itt a fő kérdés az, hogy milyen vastag legyen a védelem egy lézer esetében, amelynek teljesítménye például 100 kW, 300 kW stb.
Az Apollo űrszondán a védelem vastagsága 8 és 44 mm között van, több száz és több ezer fok közötti hőmérsékleten. Valahol ebben a tartományban a harci lézerekkel szembeni ablatív védelem szükséges vastagsága is meg fog feküdni. Könnyen elképzelhető, hogy ez hogyan befolyásolja a tömeg- és méretjellemzőket, következésképpen a lőszer hatótávolságát, manőverezhetőségét, tömegét (robbanófejet) és a lőszer egyéb paramétereit. Az ablatív hővédelemnek az indítás és a manőverezés során is ki kell állnia a túlterhelést, és meg kell felelnie a lőszertárolás feltételeire vonatkozó szabványoknak.
A nem irányított lőszerek kérdésesek, mivel a lézersugárzás elleni ablatív védelem egyenetlen megsemmisülése megváltoztathatja a külső ballisztikát, aminek következtében a lőszer eltér a céltól. Ha ablatív védelmet már alkalmaznak valahol, például hiperszonikus lőszerben, akkor a vastagságát növelni kell.
A védekezés másik módja a külső hatásokkal szemben ellenálló, több védőréteggel rendelkező, tűzálló anyagból készült szerkezeti bevonat vagy karosszéria-konstrukció.
Ha analógiát vonunk az űrhajóval, akkor szóba jöhet az újrafelhasználható Buran űrhajó hővédelme. Azokon a területeken, ahol a felületi hőmérséklet 371-1260 Celsius fok, 99,7% tisztaságú amorf kvarcszálból álló bevonatot alkalmaztak, amelyhez kötőanyagot - kolloid szilícium-dioxidot - adnak. A burkolat két szabványos méretű, 5-64 mm vastagságú csempe formájában készül.
A burkolólapok külső felületére speciális pigmentet (fehér, szilícium-oxid és fényes alumínium-oxid alapú bevonat) tartalmazó boroszilikát üveget visznek fel az alacsony napelnyelés és a magas emisszió elérése érdekében. Ablatív védelmet alkalmaztak a készülék orrkúpján és szárnyvégén, ahol a hőmérséklet meghaladja az 1260 fokot.
Figyelembe kell venni, hogy a hosszú távú üzemeltetés során a burkolólapok nedvesség elleni védelme megsérülhet, ami tulajdonságaik hővédelmének elvesztéséhez vezet, így nem használható közvetlenül lézeres védelemként újrafelhasználható repülőgépeken. .
Jelenleg egy ígéretes, minimális felületi kopással járó ablatív hővédelem fejlesztése folyik, amely akár 3000 fokos hőmérséklettől is védelmet nyújt a repülőgépeknek.
A Manchesteri Egyetem (Egyesült Királyság) Royce Institute és a Central South University (Kína) tudósainak egy csoportja új, továbbfejlesztett tulajdonságokkal rendelkező anyagot fejlesztett ki, amely szerkezeti változások nélkül 3000 °C-ig is ellenáll. Ez egy Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 kerámia bevonat, amely egy szén-szén kompozit mátrixra van felhelyezve. Az új bevonat teljesítménye messze felülmúlja a legjobb magas hőmérsékletű kerámiákét.
A hőálló kerámiák kémiai szerkezete maga is védőmechanizmusként működik. 2000°C hőmérsékleten a Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 és a SiC anyagok oxidálódnak és Zr0.80T0.20O2, B2O3 és SiO2 alakulnak át. A Zr0.80Ti0.20O2 részben megolvad és viszonylag sűrű réteget képez, miközben az alacsony olvadáspontú SiO2 és B2O3 oxidok elpárolognak. Magasabb, 2500°C-os hőmérsékleten a Zr0.80Ti0.20O2 kristályok nagyobb képződményekké olvadnak össze. 3000°C-on egy szinte abszolút sűrű külső réteg képződik, amely főleg Zr0.80Ti0.20O2-ból, cirkónium-titanátból és SiO2-ból áll.
A világ speciális bevonatokat is fejleszt, amelyek a lézersugárzás elleni védelmet szolgálják.
Még 2014-ben a Kínai Népi Felszabadító Hadsereg képviselője kijelentette, hogy az amerikai lézerek nem jelentenek különösebb veszélyt a speciális védőréteggel bevont kínai katonai felszerelésekre. Már csak az a kérdés, hogy ez a bevonat milyen erőt véd a lézerektől, milyen vastagságú és tömegű.
A legnagyobb érdeklődésre számot a National Institute of Standards and Technology és a Kansasi Egyetem amerikai kutatói által kifejlesztett bevonat – egy szén nanocsövek és speciális kerámiák keverékén alapuló aeroszol készítmény, amely hatékonyan képes elnyelni a lézerfényt. Az új anyag nanocsövek egyenletesen szívják el a fényt, és hőt adnak át a közeli területeknek, csökkentve a hőmérsékletet a lézersugárral való érintkezési ponton. A magas hőmérsékletű kerámia keverékek nagy mechanikai szilárdsággal és magas hőmérsékleti károsodásokkal szembeni ellenállást biztosítanak a védőbevonatnak.
A vizsgálat során az anyagot vékony rétegben vitték fel a réz felületére, majd szárítás után a fém és más kemény anyagok vágására használt lézer hosszú hullámhosszú infravörös lézer sugarát fókuszálták a felületre. anyag.
Az összegyűjtött adatok elemzése azt mutatta, hogy a bevonat sikeresen elnyelte a lézersugár energiájának 97.5 százalékát, és felületi négyzetcentiméterenként 15 kW energiaszintet roncsolás nélkül ellenállt.
Ennél a bevonatnál felmerül a kérdés: a tesztek során védőbevonatot vittek fel egy rézfelületre, ami önmagában is az egyik legnehezebb anyag a lézeres megmunkáláshoz, magas hővezető képessége miatt nem világos, hogyan lehet ilyen védőbevonatot kialakítani. a bevonat más anyagokkal fog viselkedni. Kérdések merülnek fel a maximális hőmérséklet-állóságával, a rezgés- és lökésterhelésekkel szembeni ellenállásával, a légköri viszonyoknak és az ultraibolya (nappal) való kitettséggel kapcsolatban is. A besugárzás időtartama nincs feltüntetve.
Még egy érdekesség: ha a repülőgép hajtóműveit is nagy hővezető képességű anyaggal borítják, akkor az egész test egyenletesen felmelegszik tőlük, ami a lehető legnagyobb mértékben leleplezi a repülőgépet a hőspektrumban.
Mindenesetre a fenti aeroszolos védelem jellemzői egyenes arányban lesznek a védett objektum méretével. Minél nagyobb a védett objektum és a lefedettség, annál több energia tud a területen eloszlatni, és hősugárzás és hűtés formájában leadni a bejövő légáram által. Minél kisebb a védett objektum, annál vastagabb védelmet kell készíteni, mert egy kis terület nem teszi lehetővé elegendő hő eltávolítását, és a belső szerkezeti elemek túlmelegednek.
A lézersugárzás elleni védelem alkalmazása, legyen az ablatív vagy építő jellegű szigetelő, megfordíthatja a irányított lőszerek méretének csökkenésére irányuló tendenciát, és jelentősen csökkentheti mind az irányított, mind a nem irányított lőszerek hatékonyságát.
Minden csapágyfelületet és kezelőszervet - szárnyakat, stabilizátorokat, kormányokat - drága és nehezen feldolgozható tűzálló anyagokból kell készíteni.
Külön felvetődik a radarérzékelő eszközök védelmének kérdése. A BOR-5 kísérleti űrrepülőgépen radiotranszparens hővédelmet teszteltek - szilícium-dioxid töltőanyaggal ellátott üvegszálat, de nem találtam meg a hővédelmét, valamint a tömeg és méret jellemzőit.
Még mindig nem világos, hogy a felderítő radarberendezések radomjának erős lézeres besugárzása következtében, bár hősugárzás elleni védelem mellett, előfordulhat-e olyan magas hőmérsékletű plazmaképződés, amely megakadályozza a rádióhullámok áthaladását, aminek eredményeként a cél elveszhet.
A ház védelmére több védőréteg kombinációja kerül felhasználásra - belülről hőálló-alacsony hővezető és kívülről fényvisszaverő-hőálló-nagyon hővezető. Az is előfordulhat, hogy a lézersugárzás elleni védelem mellett olyan lopakodó anyagokat is alkalmaznak, amelyek nem bírják a lézersugárzást, és ha maga a repülőgép túléli, a lézerfegyverek okozta sérülésekből kell felépülniük.
Feltételezhető, hogy a lézerfegyverek fejlesztése és széleskörű elterjedése megköveteli a lézer elleni védelem biztosítását minden rendelkezésre álló lőszer esetében, irányított és nem irányított, valamint emberes és pilóta nélküli légijárművek esetében.
A lézeres védelem bevezetése elkerülhetetlenül a vezetett és nem irányított lőszerek, valamint a pilóta és pilóta nélküli légi járművek költségének, valamint tömeg- és méretjellemzőinek növekedéséhez vezet.
Befejezésül megemlíthetjük az egyik fejlesztés alatt álló módszert a lézeres támadás aktív leküzdésére. Az Adsys Controls, egy kaliforniai székhelyű cég egy Helios védelmi rendszert fejleszt, amely állítólag lelövi az ellenséges lézeres irányítást.
Amikor az ellenség harci lézerét a védett eszközre irányítja, a Helios meghatározza annak paramétereit: teljesítmény, hullámhossz, impulzusfrekvencia, irány és hatótávolság a forráshoz. A Helios továbbá megakadályozza, hogy az ellenség lézersugara a célpontra fókuszáljon, feltehetően egy közeledő, alacsony energiájú lézersugarat célozva, amely megzavarja az ellenség célzási rendszerét. A Helios rendszer részletes jellemzői, fejlődési szakasza és gyakorlati teljesítménye még nem ismert.
- Andrej Mitrofanov
- nanonewsnet.ru, habr.com, tydexoptics.com, findpatent.ru, popmech.ru, bastion-karpenko.ru, epizodsspace.airbase.ru, buran.ru
- Lézerfegyverek: technológiák, történelem, állapot, kilátások. 1. rész
Lézerfegyverek: perspektívák a légierőben. 2. rész
Lézerfegyverek: szárazföldi erők és légvédelem. 3. rész
Lézerfegyverek: haditengerészet. 4. rész
Információk