Rheinmetalls 20 kW Laser auf Boxer 8x8 auf der DSEI 2015 vorgestellt
Der technologische Fortschritt hat nun einen Meilenstein erreicht, wenn fahrzeuggebundene Laserwaffensysteme Realität werden. Werfen wir einen Blick darauf, wie sich diese Kampfverbesserungssysteme entwickeln
Auf Fahrzeugen montierte Waffen sind ein kostengünstiges Werkzeug zur Kampfverbesserung, das sowohl von regulären Armeen als auch von irregulären „asymmetrischen“Formationen verwendet wird, die an fast allen Konflikten der Welt beteiligt sind.
Bis vor kurzem waren die Möglichkeiten zum Einbau von Waffen in Kampffahrzeuge auf Maschinengewehre und Artilleriesysteme verschiedener Art beschränkt. Allerdings begann sich die Situation hier mit dem Aufkommen von Lasersystemen oder gerichteten Energiesystemen mit ausreichender Leistung zu ändern, um kleine Flugzeuge und Munition in der Luft auszubrennen.
Die Anordnung von sperrigen Energiespeichereinheiten für solche Systeme war schon immer ein ernstes Problem, aber neuere Entwicklungen haben dazu beigetragen, Laser auf eine Größe zu reduzieren, die es erlaubt, sie sogar in einem großen Jeep zu installieren.
Technologische Revolution
In den 1990er Jahren kam es zu einer technologischen Revolution in der faseroptischen Kommunikation, die die Entwicklung von Hochleistungs-Festkörperlasern beschleunigte, die ein Jahrzehnt später in der industriellen Verarbeitung wie Branding, Schneiden, Schweißen und Schmelzen Anwendung fanden.
Diese Laser waren im Nahbereich äußerst effektiv, aber es war eine Frage der Zeit für die Industrie, einen Weg zu finden, diese Technologie zu skalieren und futuristische Waffen zu entwickeln, die Ziele in einer Entfernung von mehreren Hundert oder sogar Tausenden von Metern schneiden und schmelzen könnten.
Der amerikanische Verteidigungsriese Lockheed Martin hat genau das getan. Aufbauend auf neuen Technologien für die Halbleiterfertigung, Solarzellen und das Schweißen im Automobilbereich hat das Unternehmen eine militärische Lasermaschine entwickelt, die hundertmal stärker ist als ihre kommerziellen Vorgänger.
Robert Afzal, Senior Researcher bei diesem Unternehmen, sagt: „Heute findet auf diesem Gebiet eine echte Revolution statt, vorbereitet durch jahrelange gigantische Arbeit von Forschern. Und wir glauben, dass die Lasertechnologie endlich so weit ist, dass wir jetzt in der Lage sind, einen Laser zu entwickeln, der leistungsstark und klein genug ist, um in taktische Fahrzeuge zu passen.“
„Frühere Laser waren einfach zu groß – das waren ganze Stationen. Aber mit dem Aufkommen der hocheffizienten Faserlasertechnologie mit einem hochwertigen Strahl haben wir endlich das letzte Puzzleteil, das zu diesen Maschinen passt.“
Die zivile Industrie verwendete Laser in der Größenordnung von mehreren Kilowatt, aber Afzal stellte fest, dass militärische Laser eine Leistung von 10-100 kW haben sollten.
"Wir haben eine Technologie entwickelt, die es uns ermöglicht, die Leistung von Faserlasern zu skalieren, nicht nur durch den Bau eines größeren Faserlasers, sondern durch die Kombination mehrerer Module der Kilowattklasse, um die vom Militär geforderte Leistung zu erreichen."
Er sagte, dass der Laser auf Strahlkombination basiert, einem Prozess, der mehrere Lasermodule kombiniert, um einen leistungsstarken, hochwertigen Strahl zu bilden, der mehr Effizienz und Tödlichkeit bietet als einige einzelne 10-kW-Laser.
Weißer kollimierter Strahl
Er beschrieb den Vorgang, einen Lichtstrahl durch ein Prisma zu leiten und in viele farbige Ströme zu brechen, und erklärte: „Wenn Sie mehrere Laserstrahlen haben, jeder mit einer etwas anderen Farbe, die genau im richtigen Winkel in dieses Prisma eintreten, werden sie alle herauskommen dieses Prismas überlagert und bildet einen sogenannten weißen kollimierten Strahl.
„Das ist im Wesentlichen das, was wir tun, aber anstelle eines Prismas verwenden wir ein anderes optisches Element namens Beugungsgitter, das dieselbe Funktion erfüllt. Das heißt, wir bauen Hochleistungslasermodule mit jeweils einer etwas anderen Wellenlänge, kombinieren sie dann, reflektieren vom Beugungsgitter, und am Ausgang erhalten wir einen Hochleistungslaserstrahl.
Afzal sagte, dass es sich bei einer solchen Lösung tatsächlich um eine Wellenlängen-Multiplexing-Technologie aus dem Telekommunikationssektor handelt, kombiniert mit Hochleistungsfaserlasern aus der industriellen Produktion.
„Der Faserlaser ist der effizienteste und leistungsstärkste Laser, der jemals entwickelt wurde“, sagte er. - Das heißt, wir sprechen von einem vollen elektrischen Wirkungsgrad von über 30%, von dem vor 10-15 Jahren, als wir noch einen Wirkungsgrad von 15-18% hatten, noch nicht einmal zu träumen war. Das hat viel mit Strom und Kühlung zu tun, daher können diese Systeme jetzt kleiner werden. Der Laser wird jetzt nicht durch den Bau eines großen Lasers skaliert, sondern durch das Hinzufügen neuer Module.
Die US-Armee hat kürzlich Lockheed Martin angeworben, um ein Hochleistungs-Laserwaffensystem basierend auf ihrer ATHENA-Installation (Advanced Test High Energy Asset) zu entwickeln, das auf einem der leichten taktischen Fahrzeuge des Unternehmens montiert werden kann.
Während der Tests im letzten Jahr hat ein 30-kW-Faserlaser-Prototyp den Motor eines kleinen Pickup-Trucks erfolgreich ausgeschaltet und den Kühlergrill in Sekunden aus einer Meile Entfernung verbrannt. Um während des Tests reale Betriebsbedingungen zu simulieren, wurde der Pickup bei laufendem Motor und eingelegtem Gang auf der Plattform installiert.
Neue Generation
Im Oktober 2015 gab Lockheed bekannt, mit der Produktion einer neuen Generation von modularen Hochleistungslasern begonnen zu haben, von denen der erste mit einer Leistung von 60 kW auf einem taktischen Fahrzeug der amerikanischen Armee installiert wird.
Afzal sagte, die Armee wolle einen fahrzeugmontierten Laser für Flugabwehrmissionen einsetzen, um Raketen, Artilleriegeschosse und Mörsermunition sowie UAVs abzuwehren. "Wir betrachten die taktische Verteidigungsebene und nicht die Raketenabwehr im strategischen Sinne."
Laut Lockheed ermöglicht die modulare Lösung die Anpassung der Leistung an die Bedürfnisse einer bestimmten Aufgabe und Bedrohung. Die Armee hat die Möglichkeit, weitere Module hinzuzufügen und die Leistung von 60 kW auf 120 kW zu erhöhen.
Afzal weiter: „Die Architektur skaliert nach Ihren Anforderungen: Wollen Sie 30 kW, 50 kW oder 100 kW? Es ist wie bei Servermodulen in einem Server-Rack. Wir glauben, dass dies eine flexible Architektur ist, die besser für die Serienproduktion geeignet ist. Es ermöglicht Ihnen, ein Modul zu haben, das Sie immer wieder neu erstellen können, wodurch Sie das System nach Ihren Wünschen anpassen können."
„Das System passt sich an jedes Fahrzeug an, das Sie heute verwenden möchten, und deshalb ist diese Technologie so beeindruckend, weil sie die Flexibilität der Architektur ermöglicht, sich an verschiedene Fahrzeuge anzupassen, ohne dass Sie viel daran ändern müssen, was Sie haben möchten. Dadurch ist es beispielsweise möglich, ein System zur Unterstützung sowohl einer Kampfbrigade als auch einer fortgeschrittenen Operationsbasis zu erhalten.
Das System verwendet kommerzielle Faserlaser, die in hoch reproduzierbaren Modulen montiert sind, was es sehr erschwinglich macht. Der Einsatz von mehreren Faserlasermodulen reduziert zudem die Wahrscheinlichkeit kleinerer Störungen sowie die Kosten und den Umfang von Wartung und Reparatur.
Auf die Frage, wann ein auf einem taktischen Fahrzeug installierter Kampflaser auf dem Schlachtfeld erscheinen könnte, schlug Afzal einen ungefähren Zeitrahmen vor: „Wir planen, unseren Laser Ende 2016 auszuliefern. Danach wird die Armee noch einige Zeit ihre Arbeit machen, und dann werden wir sehen."
Die Anziehungskraft des Lasers
Es gibt mehrere Eigenschaften taktischer gerichteter Energiewaffen, die sie für moderne Streitkräfte sehr attraktiv machen, einschließlich der geringen Kosten für "Munition" und ihrer Geschwindigkeit, Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit.
„Zuallererst sind dies sehr genaue Waffen mit potenziell sehr geringem Kollateralschaden, was wichtig ist“, fügte Afzal hinzu. "Die Lichtgeschwindigkeit ermöglicht es Ihnen, ein Ziel sofort zu bestrahlen, und daher können Sie sehr manövrierfähige Ziele treffen, dh Sie können den Strahl auf ein Ziel richten, das kinetische Munition manchmal nicht bewältigen kann."
Der vielleicht wichtigste Vorteil sind die geringen Kosten für einen effektiven „Schuss“.
„An diesem Punkt möchten Sie keine teuren und mächtigen defensiven kinetischen Waffen für billige Mehrfachbedrohungen ausgeben“, fuhr Afzal fort. - Wir betrachten Laserwaffen als Ergänzung zu kinetischen Systemen. Wir gehen davon aus, dass Sie das Lasersystem gegen eine Vielzahl von Bedrohungen mit geringer Intensität und geringer Intensität einsetzen und Ihr kinetisches Magazin für die angreifenden komplexen, gepanzerten Bedrohungen mit großer Reichweite lassen."
Afzal schlägt vor, dass die Laserwaffe im Kampfraum im Sensornetzwerk der Betriebssteuerung eingesetzt werden kann, was eine erste Zielbestimmung dafür liefert.
„Zunächst muss ein bestimmtes System über das Auftreten einer Bedrohung informieren, dann entscheidet der Betreiber der Kommandozentrale, welche Gegenmaßnahme anzuwenden ist, bestimmt das Ziel, wirft einen Laser darauf und sperrt das Ziel gemäß den Radardaten, wonach der Bediener, der das Ziel auf dem Monitor sieht, entscheidet, ob der Laser in Aktion ist”.
„In diesem Bereich haben sich viele Probleme angesammelt, da die Militärs auf der ganzen Welt schon vor Jahrzehnten für sich selbst von Laserwaffen phantasiert haben und die Frage ist, warum wir sie heute nicht haben. Ich denke, der Hauptgrund ist, dass wir nicht über die Technologie verfügten, um eine Laserwaffenkomponente zu entwickeln, die klein und leistungsstark genug war, um auf taktischen Fahrzeugen platziert zu werden.
Endphase
Inzwischen hat Boeing auch mehrere Jahre an einem High Energy Laser Mobile Demonstrator (HEL MD) für die US-Armee gearbeitet, der sich derzeit in der Endphase der Entwicklung befindet. Auf einem LKW-Chassis montiert, richtet ein Laser einen Hochleistungsstrahl auf Bedrohungen, mit denen die Armee wahrscheinlich fertig wird, und fungiert als Abfangsystem für ungelenkte Raketen, Artilleriegeschosse, Minen und UAVs. Dieses System hat bisher eine solche Genauigkeit erreicht, dass es Sensoren von Drohnen zerstören kann, wie bei der Demonstration eines 10-kW-Lasers auf dem White Sands Proving Ground im Jahr 2013 und erneut auf der Eglin AFB im Jahr 2014 gezeigt wurde.
Nach militärischen Spezifikationen wird das komplette HEL MD-System aus einem hochleistungseffizienten Laser und hochbelastbaren Subsystemen bestehen, die auf einem Militärfahrzeug installiert werden. Das System wird in der Lage sein, zusammen mit anderen Vernichtungsmitteln den Schutz bestimmter Zonen, seien es vorgelagerte Stützpunkte, Marineeinrichtungen, Fliegerhorste und andere Strukturen, durchzuführen.
Boeing entwickelt mehrere Systeme zur Integration in einen endgültigen Prototyp, der auf einem modifizierten Heavy Expanded Mobility Tactical Truck (HEMTT) installiert wird.
Diese Subsysteme umfassen einen Laser; Strahlsteuerung; Energieversorgung; Wärmetauschersteuerungssystem und Kampfsteuerungssystem.
Das Space Defense Command der US-Armee entwickelt das HEL MD stufenweise. Das Laser-, Stromversorgungs- und Wärmeaustauschsystem wird in den nächsten Jahren mit dem Ziel verbessert, die Leistung und die technologische Entwicklung der Teilsysteme zu erhöhen.
Mit fortschreitender Technologie wird der modulare Charakter der Komponenten die Einführung leistungsfähigerer Laser ermöglichen, die mit verbesserten Ziel- und Verfolgungsfunktionen integriert sind.
Voller Zyklus
Laut Boeing bietet die HEL MD-Strahlführung eine „All-Sky“-Abdeckung, da sie sich um 360 ° dreht und über das Dach des Fahrzeugs angehoben wird, um Ziele über dem Horizont zu erfassen. Die kontinuierliche Zerstörung von Zielen wird durch Wärmeaustausch- und Stromversorgungssysteme vereinfacht.
Das gesamte System wird mit Dieselkraftstoff betrieben; das heißt, zum Auffüllen der "Munition" der Waffe ist nur ein schnelles Auftanken erforderlich. Die Lithium-Ionen-Batterien des HEL MD-Systems werden von einem 60-kW-Dieselgenerator aufgeladen und können daher, solange die Armee Kraftstoff hat, unbegrenzt funktionieren.
Das System wird vom Autofahrer und Anlagenbetreiber über einen Laptop und eine Set-Top-Box vom Typ Xbox gesteuert. Das aktuelle Demomodell verwendet einen Laser der 10 kW-Klasse. In naher Zukunft wird der Laser jedoch in der 50-kW-Klasse installiert, und in weiteren zwei Jahren wird seine Leistung auf 100 kW steigen.
Boeing hat zuvor eine kleinere Laserinstallation für die amerikanische Armee entwickelt und auf dem Panzerwagen AN / TWQ-1 Avenger installiert, der als Boeing Laser Avenger bezeichnet wird. Ein 1-kW-Festkörperlaser wird verwendet, um UAVs zu bekämpfen und improvisierte Sprengkörper (IEDs) zu neutralisieren. Das System funktioniert so: Es wird auf ein IED oder Blindgänger am Straßenrand gerichtet, wobei die Leistung des Laserstrahls allmählich erhöht wird, bis der Sprengstoff im Prozess der Detonation mit geringer Leistung verbrennt. Bei Tests im Jahr 2009 zerstörte das Laser Avenger-System erfolgreich 50 solcher Geräte, ähnlich denen, die im Irak und in Afghanistan angetroffen wurden. Darüber hinaus wurde eine weitere Demonstration der Funktionsweise dieses Systems durchgeführt, bei der mehrere kleine Drohnen zerstört wurden.
Boeing Laser Avenger
Dreijahresplan
Der deutsche Rüstungskonzern Rheinmetall wird nach Angaben des deutschen Rüstungskonzerns Rheinmetall in drei Jahren einen eigenen Hochleistungs-High Energy Laser (HEL) auf den Markt bringen, der im Fahrzeug verbaut ist.
Nach einer Reihe von Tests in der Schweiz im Jahr 2013 arbeitete das Unternehmen an der Erweiterung der Softwarefähigkeiten der Beamforming-Module und der Technologie des Lasers selbst und prognostizierte, dass sein Lasersystem sowohl für die Bekämpfung von Bodenzielen als auch für den Boden Luftabwehr könnte bereits 2018 fertig sein.
Drei Maschinen wurden als mobile HEL-Plattformen ausgewählt. Neben dem Panzerfahrzeug Boxer demonstrierten der modifizierte Schützenpanzer M113 mit 1-kW-Laser (Mobile HEL Effector Track V) und der Tatra 8x8 Truck mit zwei 10-kW-Lasern (Mobile HEL Effector Wheel XX) ihre Eigenschaften.
Alle drei Laserplattformen
Der im Panzerfahrzeug GTK Boxer verbaute 20-kW-Laser zeichnet sich durch das HEL-Executive-Modul aus, dessen Vorteil im Baukastenprinzip liegt. Laut Rheinmetall hatte der Boxer noch keinen Laser mit mehr als 20 kW Leistung, obwohl die Kombination mehrerer Laser mit Strahlausrichtungstechnologie seine Gesamtleistung erhöhen könnte. Darüber hinaus können mehrere Boxer HEL zu einem System mit einer Nutzleistung von über 100 kW kombiniert werden.
Bei Demotests im Jahr 2013 bestätigte die Besatzung des Boxer-Fahrzeugs die Fähigkeiten der HEL-Laserinstallation und deaktivierte das auf dem Pickup installierte schwere Maschinengewehr, ohne den Maschinengewehrschützen selbst zu riskieren (Foto unten). Darüber hinaus hat die Installation auf einem Tatra Mobile Effector Wheel XX-Truck in Zusammenarbeit mit der Skyguard-Radarstation alle Phasen der Neutralisierung eines Hubschraubertyps demonstriert.
Die Neutralisierung von Hubschrauberlandeplätzen erfolgte mit dem SkyGuard-Radar, das das Ziel erkannte und identifizierte. Darüber hinaus erhielt die HEL-Boxer-Installation Daten von ihm, führte eine grobe und genaue Verfolgung durch und erfasste dann das Ziel zur Zerstörung.
Boeings HEL MD-Lasersystem steht unter Vertrag mit dem United States Rocket and Space Defense Command
Meeresforschung
Die Forschungs- und Entwicklungsbehörde (ONR) der United States Navy testet ihren eigenen fahrzeugmontierten Festkörper-Kampflaser mit der Bezeichnung Ground-Based Air Defense Directed Energy On-the-Move (GBAD OTM). Tatsächlich handelt es sich bei dem System um einen Hochleistungslaser, der auf einem taktischen Fahrzeug montiert ist und Expeditionstruppen vor feindlichen UAVs schützen soll.
Angesichts der zunehmenden Verbreitung unbemannter Flugsysteme schlägt das US Marine Corps vor, dass Kampfeinheiten zunehmend gezwungen sein werden, sich gegen Gegner zu verteidigen, die aus der Luft überwachen und aufklären.
Das GBAD OTM-System ist für die Installation in leichten taktischen Fahrzeugen wie dem HMMWV und JLTV (Joint Light Tactical Vehicle) konzipiert. Laut ONR zielt das GBAD OTM-Programm darauf ab, eine Alternative zu herkömmlichen Systemen zu schaffen, die die Marines von feindlichen Aufklärungs- und Angriffsdrohnen abhalten kann. Komponenten des GBAD OTM-Systems, einschließlich Laser, Strahlzielgerät, Batterien, Radar, Kühl- und Kontrollsystem, werden gemeinsam von ONR, dem Dahlgren Surface Weapons Development Center der Navy und mehreren Industrieunternehmen entwickelt.
Ziel des Programms ist es, all diese Komponenten in einem einzigen Komplex zu kombinieren, der klein genug ist, um auf leichten taktischen Panzerfahrzeugen installiert zu werden, aber leistungsstark genug, um die beabsichtigten Bedrohungen zu bewältigen.
Breite Anwendung
Während der Sea-Air-Space-Konferenz 2015 in Washington erklärte der Leiter der Truppenschutzprogramme des ONR, Lee Mastroiani, in einem Gespräch mit Reportern, dass Laser Bedrohungen im gesamten Spektrum der Luftverteidigung effektiv zerstören können, einschließlich Raketen, Artilleriegeschosse, Mörsermunition, UAVs, Transportmittel und IEDs. "Zuallererst ist das GBAD-System jedoch darauf ausgelegt, kleine UAVs zu bekämpfen, die eine Bedrohung für unsere Kampfeinheiten darstellen."
„Das GBAD OTM-System besteht aus drei Hauptkomponenten: einer 3-Achsen-Radar-Tracking-Station, die eine Bedrohung erkennt; eine Befehls- und Kontrolleinheit, die die Bedrohung im Falle des Einsatzes von Raketen oder Artilleriewaffen erkennt und entscheidet, wie die Bedrohung neutralisiert werden kann; und die eigentliche Plattform mit einem Laser.“
Mastroiani stellte fest, dass im Fall des GBAD-Programms der Schwerpunkt auf der Entwicklung eines Hochleistungslasers zur Zerstörung von UAVs liegt, die auf einem leichten Kampffahrzeug installiert sind.
„Es gibt ein wichtiges Argument für eine solche Entscheidung, nämlich dass solche Bedrohungen von geringen Kosten sind, dh der Einsatz teurer Raketen in diesem Fall passt nicht in unsere Vision des Problems. Daher können Sie mit einem Laser, der einen Cent pro Puls kostet, billige Bedrohungen mit einem billigen Waffensystem sicher bekämpfen. Im Allgemeinen besteht der Kern des Programms darin, solche Ziele auch unterwegs zu bekämpfen, um die Kampfhandlungen des Marine Corps zu unterstützen.
Laut Mastroiani verwendete das ONR mehrere Komponenten der LaWS (Laser Weapon System) Demonstrationsanlage, die die US Navy an Bord des Ponce-Schiffes im Persischen Golf installiert hatte.
„Wir verwenden das Prinzip der vorhersehbaren Vermeidung, einige der Schlüsseltechnologien und Software, aber es gibt auch viele andere Probleme“, fügte Mastroiani hinzu. - Was das Schiff USS Ponce betrifft, es gibt viel Platz und alles andere, während ich viele Probleme mit Gewicht, Größe und Stromverbrauch habe, wenn das System auf einem leichten taktischen Fahrzeug installiert werden muss. Ich habe ein Strahlführungsgerät, Netzteil, Kühlsysteme, Führung und Zielbezeichnung, und das alles sollte zusammen und ohne "Stecker" funktionieren, daher müssen in diesem separaten Projekt viele verschiedene Probleme gelöst werden.
Laut ONR wurden einige Komponenten des Systems in Tests verwendet, um Drohnen unterschiedlicher Größe zu erkennen und zu verfolgen, und das gesamte System wurde mit einem 10-kW-Laser getestet, was eine Zwischenlösung beim Umstieg auf einen 30-kW-Laser darstellt. Es ist geplant, dass im Jahr 2016 Feldtests des 30-kW-Systems stattfinden, wenn das Programm umfassende Tests mit dem Ziel beginnt, von der einfachen Erkennung und Verfolgung zum Beschuss mit leichten Militärfahrzeugen überzugehen.
