Ranije smo ispitali kako se laserske tehnologije razvijaju, koje se lasersko oružje može stvoriti za uporabu u interesu zračnih snaga, kopnenih snaga i protuzračne obrane te mornarice.
Sada moramo shvatiti je li moguće obraniti se od toga i kako. Često se kaže da je raketu dovoljno prekriti zrcalnim premazom ili ispolirati projektil, ali nažalost nije sve tako jednostavno.
Tipično ogledalo presvučeno aluminijom reflektira oko 95% upadnog zračenja, a njegova učinkovitost uvelike ovisi o valnoj duljini.
Od svih materijala prikazanih na grafikonu, aluminij ima najveću refleksiju, što nikako nije vatrostalni materijal. Ako se, kad je izloženo zračenju male snage, zrcalo lagano zagrije, tada će, kad snažno zračenje udari, materijal zrcalnog premaza brzo postati neupotrebljiv, što će dovesti do pogoršanja njegovih reflektirajućih svojstava i daljnjeg zagrijavanja nalik lavini i uništenje.
Na valnoj duljini manjoj od 200 nm, učinkovitost ogledala naglo pada; protiv ultraljubičastog ili rendgenskog zračenja (laser sa slobodnim elektronima) takva zaštita uopće neće djelovati.
Postoje eksperimentalni umjetni materijali sa 100% refleksije, ali djeluju samo za određenu valnu duljinu. Također, ogledala mogu biti prekrivena posebnim višeslojnim premazima koji povećavaju njihovu refleksiju do 99,999%. Ali ova metoda također djeluje samo za jednu valnu duljinu, i pada pod određenim kutom.
Ne zaboravite da su uvjeti rada oružja daleko od laboratorijskih, tj. zrcalna raketa ili projektil morat će se čuvati u spremniku napunjenom inertnim plinom. Najmanja izmaglica ili mrlja, poput otisaka ruku, odmah će umanjiti refleksivnost zrcala.
Napuštanje spremnika odmah će izložiti zrcalnu površinu okolišu - atmosferi i toplini. Ako zrcalna površina nije prekrivena zaštitnim filmom, to će odmah dovesti do pogoršanja njezinih reflektirajućih svojstava, a ako je premazano zaštitnim premazom, samo će pogoršati reflektirajuća svojstva površine.
Sažimajući gore navedeno, napominjemo da zaštita ogledala nije baš prikladna za zaštitu od laserskog oružja. I što onda odgovara?
U određenoj mjeri pomoći će metoda "razmazivanja" toplinske energije laserskog snopa po tijelu pružanjem rotacijskog kretanja zrakoplova (AC) oko vlastite uzdužne osi. No ova je metoda prikladna samo za streljivo i u ograničenoj mjeri za bespilotne letjelice (UAV), u manjoj mjeri bit će učinkovita kada se laserom ozrači u prednji dio trupa.
Na nekim vrstama zaštićenih objekata, na primjer, na kliznim bombama, krstarećim projektilima (CR) ili protuoklopnim navođenim raketama (ATGM) koje napadaju cilj tijekom letenja odozgo, ova se metoda također ne može primijeniti. Nerotirajuće su, uglavnom, minobacačke mine. Teško je prikupiti podatke o svim zrakoplovima koji se ne rotiraju, ali siguran sam da ih ima jako puno.
U svakom slučaju, rotacija zrakoplova samo će malo smanjiti učinak laserskog zračenja na metu, jertoplina koju snažno lasersko zračenje prenosi na tijelo prenijet će se u unutarnje strukture i dalje u sve komponente zrakoplova.
Ograničena je i upotreba para i aerosola kao protumjera protiv laserskog oružja. Kao što je već spomenuto u člancima serije, upotreba lasera protiv kopnenih oklopnih vozila ili brodova moguća je samo kada se koristi protiv nadzorne opreme, na čiju ćemo se zaštitu vratiti kasnije. Nerealno je u dogledno vrijeme spaliti trup pješačkog borbenog vozila / tenka ili površinskog broda laserskim zrakom.
Naravno, nemoguće je primijeniti zaštitu od dima ili aerosola protiv zrakoplova. Zbog velike brzine zrakoplova, dim ili aerosol će uvijek biti otpuhani nadolazećim tlakom zraka, u helikopterima će ih otpuhati strujanje zraka iz elise.
Stoga se zaštita od laserskog oružja u obliku raspršenih para i aerosola može zahtijevati samo na lako oklopnim vozilima. S druge strane, tenkovi i druga oklopna vozila često su već opremljeni standardnim sustavima za postavljanje dimnih zavjesa kako bi ometali hvatanje neprijateljskih oružanih sustava, a u ovom se slučaju pri razvoju odgovarajućih punila mogu koristiti i za suzbijanje laserskog oružja.
Vraćajući se na zaštitu optičke i termovizijske izvidničke opreme, može se pretpostaviti da će ugradnja optičkih filtera koji sprječavaju prolaz laserskog zračenja određene valne duljine biti prikladna samo u početnoj fazi za zaštitu od laserskog oružja male snage, iz sljedećih razloga:
- u uporabi će biti veliki raspon lasera različitih proizvođača koji rade na različitim valnim duljinama;
- filter koji je dizajniran da apsorbira ili reflektira određenu valnu duljinu, kada je izložen snažnom zračenju, vjerojatno će otkazati, što će ili dovesti do udara laserskog zračenja na osjetljive elemente, ili do kvara same optike (zamagljivanje, izobličenje slike);
- neki laseri, osobito laser sa slobodnim elektronima, mogu mijenjati radnu valnu duljinu u širokom rasponu.
Zaštita optičke i termovizijske izvidničke opreme može se provesti za kopnenu opremu, brodove i zrakoplovnu opremu, ugradnjom zaštitnih ekrana velike brzine. Ako se detektira lasersko zračenje, zaštitni zaslon trebao bi pokriti leće u djeliću sekunde, ali ni to ne jamči odsutnost oštećenja osjetljivih elemenata. Moguće je da će široka uporaba laserskog oružja tijekom vremena zahtijevati barem dupliciranje izvidničkih sredstava koja djeluju u optičkom rasponu.
Ako je na velikim nosačima ugradnja zaštitnih zaslona i umnožavanja optičkih i termovizijskih izviđača sasvim izvediva, onda je to na visoko preciznom oružju, posebno kompaktnom, to puno teže učiniti. Prvo, zahtjevi za težinom i veličinom za zaštitu značajno su pooštreni, a drugo, utjecaj laserskog zračenja velike snage čak i sa zatvorenim zatvaračem može uzrokovati pregrijavanje komponenata optičkog sustava zbog gustog rasporeda, što će dovesti do djelomičnog djelovanja ili potpuni prekid njegova rada.
Koje se metode mogu koristiti za učinkovitu zaštitu opreme i oružja od laserskog oružja? Postoje dva glavna načina - ablativna zaštita i konstruktivna toplinsko -izolacijska zaštita.
Zaštita od ablacije (od latinskog ablatio - oduzimanje, prijenos mase) temelji se na uklanjanju tvari s površine zaštićenog objekta strujom vrućeg plina i / ili na restrukturiranju graničnog sloja, što zajedno značajno smanjuje prijenos topline na zaštićenu površinu. Drugim riječima, ulazna energija troši se na zagrijavanje, taljenje i isparavanje zaštitnog materijala.
Trenutno se ablativna zaštita aktivno koristi u modulima za spuštanje svemirskih letjelica (SC) i u mlaznicama mlaznih motora. Najviše se koriste ugljenisane plastike na bazi fenolnih, silicij -silicijskih i drugih sintetičkih smola koje sadrže ugljik (uključujući grafit), silicijev dioksid (silicij, kvarc) i najlon kao punila.
Zaštita od otpuštanja je za jednokratnu upotrebu, teška je i opsežna, pa je nema smisla koristiti na zrakoplovima za višekratnu upotrebu (čitajte ne sve zrakoplove s ljudskom posadom i većinu bespilotnih zrakoplova). Njegova jedina primjena je na vođenim i nevođenim projektilima. Ovdje je glavno pitanje koliko bi debela trebala biti zaštita lasera snage, na primjer, 100 kW, 300 kW itd.
Na letjelici Apollo debljina oklopa kreće se od 8 do 44 mm za temperature od nekoliko stotina do nekoliko tisuća stupnjeva. Negdje u ovom rasponu bit će i potrebna debljina ablativne zaštite od borbenih lasera. Lako je zamisliti kako će to utjecati na karakteristike težine i veličine, a posljedično i na domet, upravljivost, težinu bojeve glave i druge parametre streljiva. Ablativna toplinska zaštita također mora izdržati preopterećenja tijekom lansiranja i manevriranja, biti u skladu s normama i uvjetima skladištenja streljiva.
Nevođeno streljivo je upitno jer neravnomjerno uništavanje ablativne zaštite od laserskog zračenja može promijeniti vanjsku balistiku, zbog čega streljivo odstupa od cilja. Ako se ablativna zaštita već negdje koristi, na primjer, u hiperzvučnom streljivu, tada ćete morati povećati njegovu debljinu.
Druga metoda zaštite je strukturni premaz ili izvedba kućišta s nekoliko zaštitnih slojeva vatrostalnih materijala koji su otporni na vanjske utjecaje.
Povučemo li analogiju sa svemirskim letjelicama, tada možemo razmotriti toplinsku zaštitu svemirske letjelice za višekratnu uporabu "Buran". U područjima gdje je površinska temperatura 371 - 1260 stupnjeva Celzijusa nanesen je premaz koji se sastoji od amorfnih kvarcnih vlakana čistoće 99,7%, kojima je dodano vezivo, koloidni silicijev dioksid. Obloga je izrađena u obliku pločica dvije standardne veličine debljine od 5 do 64 mm.
Borosilikatno staklo koje sadrži poseban pigment (bijeli premaz na bazi silicijevog oksida i sjajnog glinice) nanosi se na vanjsku površinu pločica radi postizanja niskog koeficijenta upijanja sunčevog zračenja i visoke emisije. Zaštita od ablacije korištena je na konusu nosa i vrhovima krila vozila, gdje temperature prelaze 1260 stupnjeva.
Treba imati na umu da se produljenim radom može oštetiti zaštita pločica od vlage, što će dovesti do gubitka toplinske zaštite njezinih svojstava, stoga se ne može izravno koristiti kao zaštita od lasera na zrakoplovima za višekratnu uporabu.
Trenutno se razvija obećavajuća ablativna toplinska zaštita s minimalnim trošenjem površine, koja osigurava zaštitu zrakoplova od temperatura do 3000 stupnjeva.
Tim znanstvenika s Instituta Royce sa Sveučilišta Manchester (UK) i Central South University (Kina) razvili su novi materijal s poboljšanim karakteristikama koji može izdržati temperature do 3000 ° C bez strukturnih promjena. Ovo je keramički premaz Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, koji se postavlja na kompozitnu matricu ugljik-ugljik. Po svojim karakteristikama novi premaz značajno nadmašuje najbolju visokotemperaturnu keramiku.
Sama kemijska struktura keramike otporne na toplinu djeluje kao obrambeni mehanizam. Na temperaturi od 2000 ° C, materijali Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 i SiC oksidiraju i pretvaraju se u Zr0.80T0.20O2, B2O3 i SiO2. Zr0.80Ti0.20O2 djelomično se topi i formira relativno gusti sloj, dok otapi SiO2 i B2O3 koji se lagano tali isparavaju. Na višoj temperaturi od 2500 ° C kristali Zr0.80Ti0.20O2 spojeni su u veće formacije. Na temperaturi od 3000 ° C nastaje gotovo apsolutno gusti vanjski sloj, koji se uglavnom sastoji od Zr0.80Ti0.20O2, cirkonijevog titanata i SiO2.
Svijet također razvija posebne premaze namijenjene zaštiti od laserskog zračenja.
Još 2014., glasnogovornik Narodnooslobodilačke vojske Kine izjavio je da američki laseri ne predstavljaju posebnu opasnost za kinesku vojnu opremu obloženu posebnim zaštitnim slojem. Jedino što preostaje su laseri kakvu snagu ovaj premaz štiti, te kakvu debljinu i masu ima.
Najveći interes predstavlja premaz koji su razvili američki istraživači s Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju i Sveučilišta u Kansasu - sastav aerosola na bazi mješavine ugljikovih nanocjevčica i posebne keramike, sposoban učinkovito apsorbirati lasersku svjetlost. Nanocjevčice novog materijala ravnomjerno apsorbiraju svjetlost i prenose toplinu u obližnja područja, snižavajući temperaturu na mjestu dodira s laserskim snopom. Keramički spojevi na visokim temperaturama pružaju zaštitnom premazu visoku mehaničku čvrstoću i otpornost na oštećenja uslijed visokih temperatura.
Tijekom ispitivanja, tanki sloj materijala nanesen je na površinu bakra, a nakon sušenja fokusiran je na površinu materijala snopom dugovalnog infracrvenog lasera, lasera za rezanje metala i drugih tvrdih materijala.
Analiza prikupljenih podataka pokazala je da je premaz uspješno apsorbirao 97,5 posto energije laserskog snopa i izdržao razinu energije od 15 kW po kvadratnom centimetru površine bez uništenja.
Na ovom premazu postavlja se pitanje: u testovima je na bakrenu površinu nanesen zaštitni premaz koji je sam po sebi jedan od najtežih materijala za lasersku obradu, zbog visoke toplinske vodljivosti nije jasno kako je takav zaštitni premaz ponašat će se s drugim materijalima. Također, postavljaju se pitanja o njegovoj maksimalnoj otpornosti na temperaturu, otpornosti na vibracije i udarna opterećenja, utjecajima atmosferskih uvjeta i ultraljubičastog zračenja (sunca). Vrijeme tijekom kojeg je zračenje provedeno nije naznačeno.
Još jedna zanimljiva točka: ako su motori zrakoplova također obloženi tvari s visokom toplinskom vodljivošću, tada će se cijelo tijelo od njih ravnomjerno zagrijavati, što maksimalno demaskira zrakoplove u toplinskom spektru.
U svakom slučaju, karakteristike gornje aerosolne zaštite bit će izravno proporcionalne veličini zaštićenog objekta. Što je veći zaštićeni objekt i područje pokrivanja, to se više energije može raspršiti po tom području i dati u obliku toplinskog zračenja i hlađenja ulijevanjem strujanja zraka. Što je manji zaštićeni objekt, zaštita će morati biti deblja. mala površina neće dopustiti uklanjanje dovoljno topline, a unutarnji elementi konstrukcije će se pregrijati.
Korištenje zaštite od laserskog zračenja, bez obzira na ablativnu ili konstruktivnu toplinsku izolaciju, može preokrenuti trend smanjenja veličine navođenog streljiva, značajno smanjiti učinkovitost i vođenog i nevođenog streljiva.
Sve ležajne površine i kontrole - krila, stabilizatori, kormila - morat će biti izrađene od skupih i teško obradivih vatrostalnih materijala.
Posebno pitanje postavlja se zaštita opreme za otkrivanje radara. Na pokusnoj letjelici "BOR-5" ispitan je radio-prozirni toplinski štit-stakloplastika s punjenjem od silicijevog dioksida, ali nisam uspio pronaći njegove karakteristike toplinske zaštite i težinu i veličinu.
Još uvijek nije jasno može li nastati visokotemperaturna plazma nastala kao posljedica ozračivanja snažnim laserskim zračenjem iz radoma opreme radara za izviđanje, iako sa zaštitom od toplinskog zračenja, koje sprječava prolaz radio valova, kao posljedicu koji se cilj može izgubiti.
Za zaštitu kućišta može se upotrijebiti kombinacija nekoliko zaštitnih slojeva-iznutra otporan na toplinu-slabo provodi toplinu i izvana je otporan na toplinu-vrlo toplinski vodljiv. Također je moguće da će se iznad zaštite od laserskog zračenja nanositi prikriveni materijali koji neće moći izdržati lasersko zračenje te će se morati oporaviti od oštećenja uzrokovanih laserskim oružjem u slučaju da je sam zrakoplov preživio.
Može se pretpostaviti da će poboljšanje i rasprostranjena distribucija laserskog oružja zahtijevati pružanje zaštite od lasera za svo raspoloživo streljivo, kako vođeno i nevođeno, tako i za zrakoplove s posadom i bez posade.
Uvođenje zaštite od lasera neizbježno će dovesti do povećanja cijene i težine i dimenzija vođenog i nevođenog streljiva, kao i letjelica s ljudskom posadom i bez posade.
U zaključku možemo spomenuti jednu od razvijenih metoda aktivnog suzbijanja laserskog napada. Adsys Controls sa sjedištem u Kaliforniji razvija obrambeni sustav Helios, koji bi trebao srušiti lasersko navođenje neprijatelja.
Kada cilja neprijateljski borbeni laser na zaštićeni uređaj, Helios određuje njegove parametre: snagu, valnu duljinu, frekvenciju impulsa, smjer i udaljenost do izvora. Helios nadalje sprječava neprijateljski laserski snop da se usredotoči na cilj, vjerojatno ciljajući nadolazeći laserski snop niske energije, što zbunjuje neprijateljski sustav ciljanja. Detaljne karakteristike Heliosovog sustava, stupanj njegova razvoja i njegove praktične izvedbe još su nepoznate.
