Laserwaffensysteme sind alles andere als ein neues Konzept, aber in ihrer täglichen Entwicklung bleiben einige erhebliche Probleme bestehen.
Laut David James von der University of Cranfield (UK) fallen solche Systeme in zwei große Kategorien. Die erste umfasst Waffen, die für den Einsatz von Zielfernrohren und anderen optischen Sensoren entwickelt wurden, während sich die zweite auf den Kampf gegen ungelenkte Raketen und Drohnen konzentriert. Systeme der zweiten Kategorie ziehen immer mehr die Aufmerksamkeit des Militärs auf sich, da Laserwaffen effektiver werden und Energiequellen kleiner werden. James bemerkte:
„Diese Systeme haben eine Reihe von Vorteilen. Sie bieten fast unendlich viel Munition … wenn die Stromversorgung funktioniert, dann funktioniert das Lasersystem auch weiterhin. Sie sind relativ einfach zu bedienen, was bedeutet, dass der Prozess der Mitarbeiterschulung nicht zu kompliziert ist.
Vom Meer zum Land
Wie James feststellte, wurde in den letzten Jahrzehnten in diesem Bereich viel Arbeit geleistet, insbesondere im maritimen Sektor, wo eine Reihe von Programmen die Durchführbarkeit des Einsatzes von Lasern zur Bekämpfung von Bedrohungen wie Marine-UAVs oder kleinen Booten erwägt.
Schiffsbasierte Systeme waren die ersten, die auf den Markt kamen, da sie leichten Zugang zu einer leistungsstarken Energiequelle haben, während die Erhöhung der Wirksamkeit von Laserwaffen sie für die Bodentruppen zunehmend zugänglich macht. Am deutlichsten wird dies durch das Projekt der amerikanischen Armee, einen Prototyp zu erstellen und das erste Kampflasersystem einzusetzen. Systeme mit einer Leistung von 50 kW werden im Jahr 2022 auf vier Stryker-Panzerfahrzeugen installiert, um die Aufgaben der mobilen Nahkampf-Luftverteidigung, bezeichnet als M-SHORAD (Manöver - Short-Range Air Defence) zum Schutz von Kampfbrigaden, zu unterstützen von UAVs, ungelenkten Flugkörpern, Artillerie- und Mörserfeuer und Luftfahrthubschrauber.
„Jetzt ist es an der Zeit, gezielte Energiewaffen auf das Schlachtfeld zu bringen“, sagte Neil Thurgood, Direktor des Office of Hypersonic, Directed Energy and Space Weapons der US-Armee, bei der Auftragsvergabe. - Die Armee erkennt die Notwendigkeit von gerichteten Energielasern an, die im Modernisierungsplan der Armee vorgesehen ist. Dies ist keine Forschungs- oder Demonstrationsaktivität mehr. Dies ist eine strategische Kampffähigkeit und wir sind auf dem richtigen Weg, um sie direkt in die Hände der Soldaten zu bringen."
Wie James bemerkte, könnten solche Entwicklungen dazu beitragen, die Lücke in den potenziellen Kampffähigkeiten zu schließen, insbesondere in Bezug auf UAVs. Wenn eine große Anzahl von Drohnen auf dem Schlachtfeld auftaucht, müssen Bodentruppen in der Lage sein, mit der Bedrohung fertig zu werden. Derzeit wird diese Aufgabe durch das Abfeuern von Kleinwaffen und Maschinengewehren aus sehr kurzer Entfernung gelöst, obwohl es offensichtlich ist, dass es hier sehr schwierig ist, gezieltes Feuer zu führen. Eine kinetische Alternative wären Boden-Luft-Raketen. Im Gegensatz zu Raketen sind Drohnen jedoch viel billiger in der Herstellung und im Betrieb.
„Die wirtschaftlichen Vorteile sind, dass es für Sie nicht rentabel ist, Raketen gegen einen Drohnenschwarm einzusetzen, da die Raketen dann sehr schnell ausgehen würden. Du musst dein Raketenarsenal für wichtigere Ziele wie Flugzeuge oder Hubschrauber vorhalten."
Ein weiterer Vorteil von Lasern ist ihre Geschwindigkeit.
„Da sich die „Munition“mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, treffen Sie die Drohne, wenn Sie den Strahl auch nur kurz auf das Ziel richten … selbst wenn sie Ihre Sichtlinie mit schrecklicher Geschwindigkeit kreuzt, Sie einfach richten Sie den Laser auf die feindliche Plattform - und das Ziel gehört Ihnen.
Unabhängig von der Bedrohung
Craig Robin, Leiter des Directed Energy Project Office der US-Armee, stimmt dem zu und fügt hinzu, dass auch Laserwaffensysteme unempfindlich gegenüber Bedrohungen seien.
"Die meisten Materialien halten keine hohen Temperaturen aus. Wenn Sie den Laser auf eine Mine oder eine Drohne richten, wird Ihr Aufprall tödlich sein."
All dies bringt natürlich Vorteile aus finanzieller Sicht, aber gleichzeitig können Lasersysteme die Material- und technische Versorgung des Militärs reduzieren.
„Was kinetische Mittel angeht, man muss Raketen bauen, man muss Raketen warten, man muss sie abschreiben. Dies gilt eindeutig nicht für stromversorgte Waffensysteme, das heißt, sie reduzieren den logistischen Aufwand deutlich.“
Robins Büro ist Teil des Rapid Capabilities and Critical Technologies Office (RCCTO) der Armee. Unter der Leitung von Thurgood arbeitet die Organisation daran, neue Technologien in experimentelle Entwicklungen zu integrieren, die die Soldaten erreichen können. Die gerichtete Energie ist der Schwerpunkt dieser Aktivität.
Bei den Arbeiten am M-SHORAD-Laser wurden die Entwicklungen des Vorgängerprojekts MHHEL (Multi-Mission High-Energy Laser) verwendet, das auch die Installation eines 50 kW Lasers an der Stryker-Maschine und die Herstellung eines Prototyps vorsah im Jahr 2021. RCCTO entschied sich jedoch, den Umfang des Projekts zu erweitern, sodass derzeit der Einsatz von vier Lasern geplant ist. In Zusammenarbeit mit dem Hauptauftragnehmer Kord Technologies treten Raytheon und Northrop Grumman mit ihren M-SHORAD-Prototypen bei diesem Projekt an.
RCCTO ist an anderen gezielten Energieprojekten beteiligt. Das Hauptaugenmerk liegt auf dem Schutz vor indirektem Feuer, der durch das auf dem Stryker-Fahrzeug installierte Waffensystem gewährleistet wird. Dieses Projekt, bekannt als Indirect Fire Protection Capability - High-Energy Laser, ist eine Weiterentwicklung des High-Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator-Programms, um von einem 100-kW-System auf einen 300-kW-Laser umzustellen und es bis 2024 an die Truppen auszuliefern.
Zuvor installierte die Bundeswehr im Rahmen des Projekts MEHEL (Mobile Experimental High-Energy Laser) einen 10-kW-Laser an der Stryker-Maschine, der die Grundlage für die Arbeiten am M-SHORAD bildete.
Die Entscheidung, die Waffenleistung zu erhöhen, basierte auf dem erfolgreichen Entwicklungsprozess. Robin erklärte: "Im Hinblick auf die technologische Reife haben die Investitionen der Industrie dazu beigetragen, den gesamten Prozess zu beschleunigen und gute Ergebnisse zu erzielen."
Glasfaseroptik
Scott Schnorrenberg von Kord Technologies sagte, es habe eine Verschiebung von Festkörperlasern zu spektral kombinierten Fasergeräten stattgefunden, "die deutlich effizienter sind und eine geringere Größe haben". Er fügte hinzu, dass offensichtliche Fortschritte bei Hochleistungsbatterien, Stromerzeugungs- und Wärmemanagementsystemen eine große Rolle spielen, die es ermöglichen, sehr leistungsstarke Lasersysteme in relativ kleinen Kampffahrzeugen zu installieren.
Kord konzentriert sich derzeit auf die Entwicklung der Technologie in der F&E-Phase und deren Einsatz in der Prototypenentwicklung und anschließenden Serienprodukten. Schnorrenberg wies auch auf die logistischen Vorteile von Lasern hin und bemerkte, dass "sie auch mit leistungsstarken Sensoren ausgestattet sind, um zusätzliche Möglichkeiten zum Sammeln und Zielen von Informationen auf dem Schlachtfeld bereitzustellen". Er glaubt, dass nach dem Einsatz von Systemen für das M-SHORAD-Projekt und andere Programme der Anwendungsbereich von Lasern in den kommenden Jahren erweitert werden sollte.
„Sie sehen, Laser entwickeln sich rasant, expandieren auf andere Plattformen und erweitern das Spektrum der Missionen, die sie ausführen können, wie etwa Kampfmittelbeseitigung, Gegenmaßnahmen gegen Aufklärungsressourcen, Präzisionszielen, konzentrierte Strahlungsleistung und Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung. Das wachsende Spektrum potenzieller Targets wird zweifellos dazu beitragen, das Angebot an Basisplattformen zu erhöhen, auf denen Lasersysteme installiert werden.
Evan Hunt, Head of High Power Lasers bei Raytheon, wies auch auf die Möglichkeit der Zielverfolgung mit Lasersystemen hin.
„Mit einem Knopfdruck, nachdem Sie eine Drohne als Bedrohung identifiziert haben, können Sie sie sofort abschießen, und es wird ein so kurzlebiger Prozess sein, bei dem die Drohne gleichzeitig mit dem Drücken des Knopfes zu fallen beginnt. Dies ist eine revolutionäre Art, Ziele im Vergleich zu herkömmlicher Munition zu treffen, die in verschiedene Richtungen verfehlen und in Stücke fliegen kann."
"Wir sprechen von einer neuartigen Technologie, die es ermöglicht, Ziele ganz unabhängig zu erkennen, zu verfolgen, zu identifizieren und so zu bekämpfen, dass sie potenziell sogar in relativer Nähe zu Industrie- oder Wohngebieten eingesetzt werden kann, ohne große Zerstörungen zu verursachen."
Drohnen abschießen
Neben der Beteiligung am M-SHORAD-Projekt legt Raytheon in seinem Konzept eines „Laserdünenbuggys“– einem leistungsstarken Laser in Kombination mit einer multispektralen Visierung – besonderes Augenmerk auf die Entwicklung von Laserwaffen zur Bekämpfung insbesondere kleiner Drohnen System eigener Konstruktion, installiert auf einem Geländefahrzeug Polaris MRZR.
Das System wird für die US Air Force gefertigt, die Auslieferung von drei Plattformen ist für 2020 geplant. Ende des gleichen Jahres werden diese drei mobilen Einheiten für die operative Evaluierung im Ausland eingesetzt.
Raytheon schoss während zahlreicher Luftwaffen- und Militärshows mehr als 100 Drohnen aus seinem Buggy ab. Die Air Force könnte das System für eine Reihe von Aufgaben nutzen, beispielsweise könnte das Auto am Ende der Landebahn geparkt werden, um unerwünschte UAVs, die in den Luftraum eindringen, zu blockieren oder zu zerstören. Jagd bemerkte:
„Laser haben sich als das genaueste und effektivste Mittel erwiesen, um Drohnen direkt zu treffen. Die "magische Kombination" von Eigenschaften ermöglicht es Ihnen, mehrere Drohnen auf sehr genaue und kostengünstige Weise geräuschlos und diskret gleichzeitig zu deaktivieren, sodass sie nicht so zerstörerisch sind wie kinetische Waffen.
Bevor Laserwaffen in erheblichen Mengen in Dienst gestellt werden, müssen eine Reihe dringender Aufgaben gelöst werden. Robin bemerkte, dass der Laser selbst eines von drei wichtigen Elementen der Waffeninstallation ist, zusammen mit einer Strahlsteuerung, die den Strahl genau auf die Bedrohung ausrichtet und sie begleitet, und einem Subsystem zur Erzeugung und Verwaltung von Energie. Letzteres Subsystem sollte kompakt genug für den Einbau in Fahrzeuge sein, wobei hier Entwicklungen aus dem Automobilbereich genutzt werden können, insbesondere die Entwicklung von Batteriesystemen, die zur rasanten Entwicklung von Elektrofahrzeugen beigetragen haben. „Sie möchten Ihr Elektroauto über einen längeren Zeitraum mit der gleichen Geschwindigkeit fahren, was der Funktionsweise eines Lasers sehr ähnlich ist“, fuhr Hunt fort. „Die Anforderungen an diese Technologie und Laser sind ähnlich und überschneiden sich hier.“
Die Verkleinerung der Stromversorgungssysteme ist laut James der limitierende Faktor. Er erwartet von der US-Armee und ihren Partnern, dass sie sich den Herausforderungen stellen, solche Ausrüstung in den Stryker zu bringen. Darüber hinaus stellte er fest, dass nicht alle Ziele im M-SHORAD-System gleich sind und es Fragen dazu gibt, welches Schadensniveau für verschiedene Arten von Plattformen erforderlich ist.
„Wenn es sich nur um Drohnen handelt, die Sie jagen, wird die Reichweite der Ziele in diesem Sinne eingeschränkt und die Auswahl der Materialien, aus denen sie hergestellt werden, verringert. Wenn es sich um eine sehr große Drohne handelt, könnte es sich lohnen, eine Boden-Luft-Rakete einzusetzen."
Auf der anderen Seite ist laut James die Reichweite der wichtigste Faktor, den es zu berücksichtigen gilt: Je mehr Distanz man anrichten möchte, desto mehr Kraft wird benötigt. Er bemerkte, dass die Atmosphäre voll von verschiedenen Partikeln ist, die Licht streuen, das heißt, es wird nie eine hundertprozentige Lichtdurchlässigkeit geben. In einem Kilometer Entfernung kann die Atmosphäre zu 85 % durchlässig sein, dh 15 % des Lichts erreichen das Ziel nicht. Bei einer Entfernung von mehr als 5 km können die Verluste 50% betragen, "das heißt, die Hälfte der Photonen geht einfach verloren, der Laserstrahl verliert an Stärke und erreicht das Ziel nicht."
Lerne zu kämpfen
„Die Hauptherausforderung für militärische Nutzer wird das Training im Umgang mit einer wachsenden Anzahl von Zielen sein“, sagte Chris Frye, Direktor für Luftverteidigung bei Northrop Grumman, obwohl er feststellte, dass sie sich von experimentellen Technologiedemonstrationen entfernen und zu einer echten Ausbeutung übergehen "Erlaubt es, die Technologie zu übernehmen, anzupassen und zu verbessern." Neben dem M-SHORAD-Projekt hat Northrop Grumman mit der US-Armee an einer Reihe anderer gezielter Energieprogramme sowie mit dem Forschungs- und Entwicklungsbüro der Navy, DARPA, dem Air Force Laboratory und anderen Kunden zusammengearbeitet.
„Der Fokus liegt auf dem Bau komplexer Basissysteme“, fügte Fry hinzu. „Hier geht es nicht nur um den Laser, sondern um das gesamte System: Radar, Leit- und Kontrollsystem, Netz, Plattform, Erzeugung und Leistungssteuerung. Die maximale Effizienz all dieser Komponenten und ihr Zusammenspiel ist wichtig, um das Potenzial des Systems zu maximieren.“
Northrop Grumman sagte, dass, obwohl Gewicht, Größe und Stromverbrauch der Systeme in den letzten zehn Jahren deutlich reduziert wurden, dieser Prozess in den kommenden Jahren beschleunigt werden soll. Auch die Fähigkeit von Lasersystemen, Bedrohungen zu verfolgen und "Photonen so lange wie nötig auf dem Ziel zu halten, um den gewünschten Effekt zu erzielen", hat sich erheblich verbessert.
Schaffung
Laut Schnorrenberg sind die Produktionsbeschränkungen derzeit die größte Herausforderung. Aufgrund der begrenzten Anzahl der bisher entwickelten Lasersysteme ist die Produktionsbasis noch unentwickelt, d. h. die wichtigsten Komponenten müssen noch für die Serienfertigung finalisiert werden.
„Die US-Regierung investiert in Produktionsanlagen, um dieses Problem anzugehen“, fügte er hinzu. „Letztendlich wird die Industrie schließlich die Exekutivmechanismen bereitstellen, um diese Basis zu entwickeln.“
Dies ist der Schlüssel zur Zielsetzung der US-Armee für das M-SHORAD-Programm. In der Vertragsbekanntmachung heißt es, dass die Auswahl von Northrop Grumman und Raytheon "den Wettbewerb fördern und die industrielle Basis für gelenkte Energiesysteme stimulieren wird".
James hofft, dass sich der Laser in den kommenden Jahren auf seine eigene Weise als Kriegswaffe entwickeln wird. Obwohl er bezweifelt, dass Laser als völlig separate Systeme funktionieren werden, glaubt er, dass sie sicherlich eine bedeutende Ergänzung zu anderen Waffen darstellen werden. Es ist unwahrscheinlich, dass beispielsweise Luftverteidigungssysteme nur aus Lasern bestehen werden, aber sie werden Teil eines umfassenderen Systems, das Raketen umfassen wird. Darüber hinaus wird das Militär höchstwahrscheinlich einen separaten Soldaten zurücklassen wollen, um Ziele auf ultrakurze Entfernungen zu bekämpfen.
"Vielleicht werden Laser für immer Teil des Kernsystems sein."
„Um Laser wirklich effektiv und für das US-Militär nützlicher zu machen, müssen ihre Kosten sinken“, sagte Robin. Jede Technologie, die aus einem Nischenmarkt hervorgeht, wird jedoch im Laufe der Zeit eine wichtigere Rolle spielen.
"Mit zunehmender Zahl von Prototypen und Demonstrationstests - nicht nur beim Militär, sondern auch bei anderen Streitkräften - werden wir bald eine Ausweitung dieses Marktes und eine Senkung der Kosten für Laserwaffensysteme erleben."
