AFRL демонстрирует продвинутые возможности моделирования

AFRL демонстрирует продвинутые возможности моделирования

http://www.afrl.af.mil/articles/homepage_article2.asp
(по ссылке - картинка-сюрприз)

AFRL (Исследовательская лаборатория ВВС США) недавно выполнила моделирование по программе THELUS (Tactical High-Energy Laser Utility Study, Изучение тактического устройства с лазером высокой мощности) в рамках исследования полезности оружия на принципе направленной энергии (DEW, Directed Energy Weapon) в смоделированном воздушном бою.

В процессе симуляции шесть пилотов, имеющих соответствующую тактическую подготовку, соревновались в двух командах: в синей 2 пилота, и в красной - 4. Команды атаковали друг друга в течение 3 дней, используя два типа сценариев. По первому сценарию все самолеты имели одинаковые технические характеристики и ракетное вооружение. По второму, самолеты синей команды были дополнительно снабжены DEW-оружием, а красная команда имела обычное вооружение. Инженеры собрали ценные данные о характеристиках DEW и отзывы пилотов о конструкции устройства, его полезности и тактике, а также информацию о путях улучшения дальнейших исследований.

Средства моделирования в AFRL - набор продвинутых инструментов, работающих вместе и создающих виртуальную среду в режиме реального времени. Способность к такому моделированию - результат труда нескольких лет, потребовавший разработку и внедрение нескольких компьютерных моделей в средства моделирования. Что позволяет осуществлять инженерную и боевую оценку DEW в управляемой, безопасной среде, прежде чем расходовать ресурсы на производство реального оружия. THELUS также обеспечит AFRL ценной информацией, помогая лицам, принимающим решения, в их инвестиционной деятельности.

---

Они же разрабатывают и ослепляющее стрелковое оружие.

Во, наваял тут...

В новую, лазерную эру

Хэмптон Стифенс

http://www.afa.org/magazine/June2006/0606laser.asp

Если эта передовая технология будет развиваться как запланировано, воздушный лазер YAL-1A станет первым боевым воздушным лазером США. По имеющимся планам, ABL сделает свой первый выстрел в реалистичных условиях в конце 2008 г. ABL – это, в общих чертах, грузовой самолет на базе Боинга-747, оснащенный мощным химическим лазерным оружием, предназначенным для уничтожения баллистических ракет на разгонной стадии полета.

Но ABL, возможно, станет лишь началом большой лазерной эры. Официальные госслужащие полагают, что боевой потенциал лазеров – в оборонительном и наступательном вооружении, системах обороны, сенсорах и тысяче других военных применений – распространяется далеко за пределы многомиллиардной программы ABL.

Массивный лазер мегаваттного класса, втиснутый в ABL, занимает каждый дюйм свободного пространства в 747-ом. Однако ВВС начали подготовку к тому дню, когда намного меньшие лазеры «киловаттного класса» смогут быть установлены на самолеты меньших размеров. И хотя сейчас такие программы не финансируются, эти официальные лица оптимистично настроены относительно возможностей, вытекающих из установки 100-киловаттного лазера на F-35, например.

Согласно полковнику Гейлу Войтовичу, шефу Отдела изменений и концептов будущего [Future Concepts and Transformation Division in the Office of the Deputy Chief of Staff for Plans and Programs], эти возможности включают в себя атаку со скоростью света, смертельную точность, бескомпромиссную летальность.

Лазерный луч может достичь цели в 23 милях мгновенно. Ракете AIM-120, с другой стороны, на это потребуется более 30 секунд.

Лазеры будут также значительно более точны, чем самые точные бомбы с лазерным наведением. Круговое вероятностное отклонение – радиус круга, в который укладывается 50 процентов попаданий – меньше дюйма, согласно Войтовичу.

Наконец, лазеры не взрывоопасны, хотя тепловая энергия, создаваемая ими, может оказывать разрушительное воздействие.

Луч ABL, наводимый на баллистическую ракету или к примеру топливный бак всего на две секунды, будет иметь такое же воздействие по цели, что и один фунт [454 г] взрывчатки. В то же время, поскольку тепловую энергию, создаваемую лазерами, можно (теоретически) регулировать, лазеры можно использовать более гибко. «Имеется множество измерений того, как мы могли бы использовать это в будущем», сказал Войтович.

http://www.afa.org/magazine/June2006/laser02.jpg
Боинговский ABL в представлении художника

Главный план

В подготовке, подразделение концептов будущего недавно выполнило для ВВС работу по «главному плану оружия направленной энергии», изучающую вопрос, как лазеры и другие технологии направленной энергии могут быть интегрированы с платформами на службе ВВС. Разработка главного плана была начата после военных игр в 2004 г., продемонстрировавших боевой потенциал нескольких возможностей устройств направленной энергии, сказал Войтович. Потенциальные возможности использования направленной энергии, включая лазеры, были в фокусе последовавшей в 2005 г. военной игры «Оценка будущих возможностей ’05» [Future Capabilities Assessment ’05], проведенной в прошлом октябре.

Главный план по направленной энергии помог официальным лицам ВВС определить по меньшей мере 6 программ по направленной энергии, которые можно было бы ускорить, что привело бы к более быстрой разработке многообещающих технологий.

Среди них есть 3 программы, относящихся к лазерам. Несмотря на то, что официальные лица отказались конкретизировать их, они привели примеры возможностей, в которых они наиболее заинтересованы. Официальные лица выражают интерес в оснащенных лазерным оружием JSF, лазерах на борту ганшипов и «приемо-передающих зеркалах», увеличивающих дальности действия лазеров.

Одна из возможностей лазеров, которую хотят ускорить эти официальные лица, это 100-киловаттный твердотельный лазер на боевом самолете, сказал Войтович. И хотя идея размещения такого лазера на истребителе еще не нашла отражения в бюджетах, в документе под названием «примерная карта-план S&T» есть оценка, согласно которой ВВС могут принять решение о финансировании ее в 2016 г. К тому времени технология твердотельных лазеров может быть уже достаточно зрелой, чтобы это привело к закупкам оснащенных лазерами F-35.

Финансирование работ по интеграции лазера на F-35 может случиться и ранее, если технология будет совершенствоваться согласно ожиданиям.

«Интеграция с планером – это серьезная задача… Всякий раз, как вы модифицируете планер, фронт работ по нему становится весьма дорог», сказал Войтович. «Однако это надо иметь в виду, в то время как идет разработка JSF».

Например, уже поздно рассматривать идею размещения лазерного оружия соответствующей мощности, системы управления лучом и подсистем на F-22A. Структурные изменения были бы невозможно дороги.

Однако условия проектирования одной из версий F-35 могли бы сделать будущую установку лазера намного дешевле, по словам Говарда Мейера из подразделения электронной борьбы Штаба ВВС [Air Staff’s operational capability requirements electronic warfare division]. Убрав подъемный двигатель из версии укороченного взлета и вертикальной посадки F-35, можно обеспечить огромное количество места для размещения компонент лазерной системы, сказал Мейер.

http://www.afa.org/magazine/June2006/laser03.jpg
Фото корпорации Боинг

Лазерные ганшипы?

Другая возможность, которую хотели бы видеть в скорой разработке в ВВС, это установленный на самолете тактический лазер. С 2001 г. Управление специальных операций США [US Special Operations Command] проспонсировало демонстрационную программу концепции «Продвинутого тактического лазера» [Advanced Tactical Laser]. Такая система, если б она получилась, могла б быть установлена на AC-130 для использования по наземным целям.

Программа продвинутого тактического лазера до сих пор была сосредоточена на использовании химического кислородно-йодного лазера (COIL), схожего с тем, что разрабатывается для ABL. Однако, ВВС также плотно следят за развитием тестовой платформы 25-киловаттного твердотельного тактического лазера, финансируемой Исследовательской лабораторией ВВС и МО [Air Force Research Laboratory and DOD].

И Рэйтион, и Нортроп-Грумман недавно продемонстрировали такие лазеры на тестовой платформе, согласно Рою Хэмилу из Директората по направленной энергии AFRL в Альбукерке, Нью-Мексико [AFRL’s Directed Energy Directorate in Albuquerque, N.M.]. Две команды были выбраны для участия в последующих испытаниях 100-киловаттного твердотельного лазера, сказал Мейер.

В заключительной программе по лазерам ВВС рассматривают идею приемо-передающих зеркал, которые могут быть установлены на аппарате легче воздуха или другой «околокосмической» платформе, чтобы увеличить дальности действия лазерных лучей и обеспечить более эффективные дальности.

Многие относятся скептически к вопросу реализации этой технологии, сказал Войтович, однако выгода была бы весьма солидной.

Такая система позволила бы ЛА, оснащенным лазером, находиться в большем отдалении от потенциальных целей.

Приемо-передающие зеркала также могли бы сохранять качество лазерного луча, которое ухудшается атмосферными возмущениями. Такое зеркало находилось бы на большой высоте, поэтому путь лазера от источника к зеркалу и затем от зеркала к цели проходил бы через более разреженный воздух, что уменьшало бы негативные воздействия на луч. В дополнение, приемо-передающее зеркало может быть оснащено «оптическим станком», «очищающим» лазерные лучи и возвращающим им первоначальные свойства на их пути к цели, сказал Мейер.

Разработка такой возможности зависит частично от «ведущей платформы», такой как демонстрационная технология концепта «высотного аппарата легче воздуха» [High Altitude Airship] и другие новые околокосмические проекты.

Разработка готового к применению твердотельного 100-киловаттного лазера – это неформальная цель большого количества научных и технологических усилий, проводимых или спонсируемых AFRL.

http://www.afa.org/magazine/June2006/laser04.jpg
Подготовка к испытательному полету в Вичите, Канзас.

Твердотельные против химических

Химические лазеры могут создавать намного большую мощность, чем твердотельные, что и демонстрирует мегаваттный COIL-лазер ABL. Однако, поскольку им необходимы большие объемы токсичных химикатов, они представляют собой очевидную логистическую проблему.

Например, ABL питается шестью химическими батареями (каждая размером с внедорожник), которые должны быть размещены внутри 747-го. А твердотельные лазеры питаются электричеством для создания энергии, проходящей через твердые тела (обычно кристаллические или стеклянные). На самолете электричество для питания лазера может вырабатываться после сжигания реактивного топлива.

В дополнение к тому, что они легче, факт того, что они электрические означает обычную дозаправку самолета для их перезарядки.

Однако есть две главные проблемы, представляемые твердотельными лазерами: эффективность и управление температурой. Большинство современных твердотельных лазеров имеют эффективность от 10 до 20 процентов. Чтобы создать 100-киловаттный лазерный луч, например, требуется 0.5-1 мегаватт электрической энергии.

Такая неэффективность ведет к другой проблеме – избавление от излишков тепла, создаваемого не используемым напрямую для питания лазера электричеством. В случае 10-процентной эффективности 100-киловаттного лазера, в пустоту уходят 900 киловатт электрической энергии. Если не рассеивать тепло, оно будет нагревать среду, в которой создается лазер и вызывать дисторсию луча.

«Неоднородное распределение тепла в среде приводит к искажениям, которые ухудшают характеристики луча, так что он становится не очень-то полезен для фокусировки на цели на больших расстояниях», сказал Хэмил.

По этой причине, значительная часть исследование AFRL по твердотельным лазерам сосредоточена на улучшении эффективности. «Если мы найдем что-либо более эффективное, это принесет большие дивиденды», сказал Хемил, «поскольку вам нужно будет вырабатывать меньше энергии и в остатке будет меньше тепла, которое появляется в самых плохих местах, прямо в среде образования лазера, разрушая его».

AFRL и частные исследователи изучают различные варианты решения проблемы.

Волоконно-оптические лазеры – одно из наиболее обещающих решений. Такие лазеры используют стекловолокно вместо традиционной твердотельной среды, и недавно продемонстрировали эффективность более 30 процентов, согласно Хэмилу. В дополнение, одно-единственное волокно оказалось способным для создания лазерного излучения на выходе, превышающего два киловатта.

Главная проблема с волоконно-оптическими лазерами - группировка нескольких волокон – оказалась весьма трудной, например 50 волокон для производства мощного 100-киловаттного лазера «оружейного» калибра.

«Объединение их вместе – неслабая задача», сказал Хэмил. «Она требует очень сложного контроля волокон, чтобы в итоге совместить фазы, и они выглядели как одна апертура». Несмотря на это, у AFRL имеются «большие надежды» на фибро-лазеры в качестве выхода из затруднительного положения с эффективностью и тепловыделением.

Другим технологическим препятствием с применением лазерного оружия в ближайшем будущем является управление лучом – обеспечение его качеств на его пути сквозь атмосферу. Есть набор оптических подходов к этой проблеме. Например, в программе ABL используется система атмосферной компенсации, состоящая из лазера наведения и управляемого компьютером зеркала переменной кривизны. Лазер наведения определяет атмосферные условия, и зеркало «предыскажает» лазер, прежде чем тот покидает самолет.

Лазер корректируется тысячи раз в секунду, и атмосфера сама фокусирует его на цели.

http://www.afa.org/magazine/June2006/laser01.jpg
Один из членов команды ABL работает над масштабной системой управления лазером в Пало Альто, Калифорния

Простого ответа нет

AFRL также провела эксперименты с «объединением» лучей, что включает в себя отражение луча, искаженного атмосферой, обратно на себя. Результирующий луч «развернут по фазе на 180 градусов» по сравнению с изначальным, и атмосфера идеально его фокусирует, сказал Хэмил.

Основной момент здесь в том, что нет простого решения для гарантированного управления лучом. Хотя AFRL успешно продвигается по всем технологическим фронтам, Хэмил предсказывает, что пройдут еще не меньше 10 «и возможно 20» лет, прежде чем твердотельное лазерное оружие поднимется в воздух, готовое к боевому применению.

Область военного применения лазеров шире, чем у кинетического оружия. Это и оборонительные системы, противодействующие ПЗРК, и нелетальные устройства контроля толпы, и сенсорные системы, использующие лазеры для определения оружия противника или объектов, скрытых листвой и другими препятствиями. Главный план по направленной энергии охватывает все такие потенциальные области применения лазеров.

ВВС в частности заинтригованы возможностью применения нелетальных лазеров и возможностей направленной энергии. Если бы ВВС США имели доступ к такому оружию с временными или обратимыми эффектами воздействия, то область возможностей его применения в целях национальной безопасности значительно бы расширилась, по заявлениям официальных лиц.

Я бы предположил, что в долгосрочном плане, через 15 и более лет, направленное оружие окажет величайшее воздействие на то, как мы ведем войны, сказал Войтович.

Пока его офис пытается определить, что приготовило будущее, специальная комиссия по направленной энергии [Directed Energy Task Force] следит за тем, чтобы ВВС были готовы к этому будущему. Возглавляемая генерал-майором Стэнли Горенцом, эта комиссия работает над всеми функциями ВВС – доктриной, организацией, обучением, мат.частью, руководством, личным составом и средствами обслуживания – чтобы удостовериться в самом наличии вопроса применения направленной энергии при решении задач.

В этом есть всё – от обязательного обеспечения защиты глаз от лазерного оружия до изучения вопросов легальности применения оружия направленной энергии.

Защита от направленной энергии это отдельный вопрос, поскольку известно, что враги США изучают такие технологии. И это одна из причин решения секретаря ВВС и начальника штаба организовать специальную комиссию, во многих случаях еще до того, как требования по вопросам направленной энергии вообще появились.

«В данном случае наше руководство было достаточно дальновидно, чтобы понять появление этой темы на горизонте», сказал полковник Майк Эдвардз, один из членов комиссии. Заблаговременное планирование может уменьшить угрозы и «позволить сначала защитить людей, затем средства, и затем возможности».

В комиссии присутствует по меньшей мере двузвездочный генерал или старший представитель административной службы от каждого штаба, крупного объекта управления и каждого прямо подчиненного объекта.

Тем временем самая продвинутая в МО программа ABL продвигается к планируемому перехвату ракеты в полете, запланированному на 2008 г.

В прошлом декабре программа прошла важный ключевой момент, когда в лаборатории на АБ Эдвардз был зажжен лазер мегаваттного класса (точная его мощность секретна), проработавший более 10 секунд.

В данный момент в Вичите идет работа над модификацией Боинга-747 для установки лазера. В целом 2005 год был «очень успешным», сказал руководитель программы полковник Джон Дэниелз.

ABL – технологический «путеводитель», и успех хорошо послужит будущим системам направленной энергии. До появления рабочих систем пройдут годы, но будущее технологии направленной энергии выглядит обещающим.

---------------------
Хэмптон Стифенс – бывший управляющий редактор издания Inside the Air Force (теперь свободный автор)

Американская военщина снова взялась за лучи смерти... :D