Nu moeten we begrijpen of het mogelijk is om onszelf ertegen te beschermen, en hoe. Vaak zijn er uitspraken dat het voldoende is om de raket te bedekken met een spiegelcoating of het projectiel te polijsten, maar helaas is alles niet zo eenvoudig.
Een typische spiegel met aluminiumcoating reflecteert ongeveer 95% van de invallende straling en de efficiëntie ervan is sterk afhankelijk van de golflengte.
Spectrale reflectiecoëfficiënt van spiegels met verschillende metaalcoatings
Van alle materialen die in de grafiek worden getoond, heeft aluminium de hoogste reflectie, wat geenszins een vuurvast materiaal is. Als de spiegel bij bestraling met laagvermogenstraling onbeduidend opwarmt, zal het spiegelcoatingmateriaal snel onbruikbaar worden wanneer krachtige straling toeslaat, wat zal leiden tot een verslechtering van de reflecterende eigenschappen en verdere lawine-achtige verwarming en vernietiging.
Bij een golflengte kleiner dan 200 nm daalt het rendement van de spiegels sterk; tegen ultraviolette of röntgenstraling (vrije elektronenlaser), zal een dergelijke bescherming helemaal niet werken.
Spiegelcoating beschadigd door CO2-laserstraling
Er zijn experimentele kunstmatige materialen met 100% reflectie, maar die werken alleen voor een bepaalde golflengte. Spiegels kunnen ook worden gecoat met speciale meerlaagse coatings die hun reflectiviteit verhogen tot 99.999%. Maar deze methode werkt ook maar voor één golflengte en valt onder een bepaalde hoek.
Vergeet niet dat de bedrijfsomstandigheden van wapens verre van laboratoriumomstandigheden zijn, d.w.z. een spiegelraket of projectiel moet worden opgeslagen in een container gevuld met een inert gas. De geringste ondoorzichtigheid of vlek, bijvoorbeeld van handafdrukken, zal de reflectiviteit van de spiegel onmiddellijk aantasten.
Als u de container verlaat, wordt het spiegeloppervlak onmiddellijk blootgesteld aan de omgeving - de atmosfeer en thermische effecten. Als het spiegeloppervlak niet is bedekt met een beschermende film, zal dit onmiddellijk leiden tot een verslechtering van de reflecterende eigenschappen en als het is bedekt met een beschermende coating, zal het zelf de reflecterende eigenschappen van het oppervlak verslechteren.
Vergelijkende reflectiespectra van films van versterkt aluminium, standaard aluminium en aluminium zonder bescherming
Samenvattend stellen we vast: spiegelbescherming is niet erg geschikt voor bescherming tegen laserwapens. Wat past dan?
Tot op zekere hoogte zal de methode om de thermische energie van de laserstraal over het lichaam te "smeren" helpen door de rotatiebeweging van het vliegtuig (LA) rond zijn eigen lengteas te verzekeren. Maar deze methode is alleen geschikt voor munitie en in beperkte mate voor onbemande luchtvaartuigen (UAV's), in mindere mate zal ze effectief zijn als ze in de voorkant van de romp worden gelaserd.
Op sommige soorten beschermde objecten, bijvoorbeeld op glijdende bommen, kruisraketten (CR) of anti-tank geleide raketten (ATGM's) die een doelwit aanvallen wanneer ze van bovenaf vliegen, zal deze methode ook mislukken. Niet-roterend, voor het grootste deel, zijn mortelmijnen. Het is moeilijk om gegevens te verzamelen over alle niet-roterende vliegtuigen, maar ik weet zeker dat het er veel zijn.
SDB-39 en JSOW glijbommen
Kruisraketten JASSM en 3M-14
TOW2B ATGM valt een doelwit aan terwijl hij erover vliegt
In ieder geval zal de rotatie van het vliegtuig het effect van laserstraling op het doel slechts in geringe mate verminderen. de warmte die door krachtige laserstraling op het lichaam wordt overgedragen, wordt overgebracht naar de interne structuren en verder naar alle componenten van het vliegtuig.
Ook het gebruik van dampen en spuitbussen als tegenmaatregel tegen laserwapens is beperkt. Zoals al vermeld in de artikelen in de serie, is het gebruik van lasers tegen gepantserde voertuigen of schepen op de grond alleen mogelijk bij gebruik tegen bewakingsapparatuur, waar we op terugkomen. Brand de romp van de BMP /tank of een oppervlakteschip met een laserstraal in de nabije toekomst is onrealistisch.
Het is natuurlijk onmogelijk om rook- of aerosolbescherming tegen vliegtuigen aan te brengen. Door de hoge snelheid van het vliegtuig zal rook of aerosol altijd worden teruggeblazen door de aankomende luchtdruk; in helikopters worden ze weggeblazen door de luchtstroom van de propeller.
Zo kan bescherming tegen laserwapens in de vorm van opgespoten dampen en spuitbussen alleen nodig zijn op licht gepantserde voertuigen. Aan de andere kant zijn tanks en andere gepantserde voertuigen vaak al uitgerust met standaard rookgordijnsystemen om de vangst van vijandelijke wapensystemen te verstoren, en in dit geval kunnen ze bij het ontwikkelen van geschikte vulstoffen ook worden gebruikt om laserwapens tegen te gaan.
Elementen van het actieve beschermingscomplex (KAZ) "Afganit", bedoeld voor het opzetten van beschermende gordijnen, een veelbelovende T-14-tank op basis van het "Armata" -platform
Terugkomend op de bescherming van verkenningsapparatuur voor optische en thermische beeldvorming, kan worden aangenomen dat de installatie van optische filters die de doorgang van laserstraling van een bepaalde golflengte voorkomen, alleen in de beginfase geschikt is voor bescherming tegen laserwapens met een laag vermogen, voor de volgende redenen:
- een groot aantal lasers van verschillende fabrikanten die op verschillende golflengten werken, zullen in gebruik zijn;
- een filter dat is ontworpen om een bepaalde golflengte te absorberen of te reflecteren, zal bij blootstelling aan krachtige straling waarschijnlijk falen, wat ertoe zal leiden dat laserstraling de gevoelige elementen binnendringt of dat de optica zelf defect raakt (troebeling, beeldvervorming);
- sommige lasers, in het bijzonder een vrije-elektronenlaser, kunnen de werkingsgolflengte over een groot bereik veranderen.
Bescherming van optische en thermische beeldverkenningsapparatuur kan worden uitgevoerd voor grondapparatuur, schepen en luchtvaart technologie, door met hoge snelheid beschermende schermen te installeren. In het geval van detectie van laserstraling, zou het beschermende scherm de lenzen in een fractie van een seconde moeten sluiten, maar zelfs dit garandeert niet dat de gevoelige elementen niet worden beschadigd. Het is mogelijk dat het wijdverbreide gebruik van laserwapens in de loop van de tijd op zijn minst de verdubbeling van verkenningsapparatuur vereist die in het optische bereik werkt.
Als op grote dragers de installatie van beschermende schermen en back-upmiddelen voor optische en thermische beeldverkenning redelijk haalbaar is, dan is dit op zeer nauwkeurige wapens, vooral compacte, veel moeilijker om te doen. Ten eerste worden de vereisten voor gewicht en afmetingen voor bescherming aanzienlijk aangescherpt, en ten tweede kan blootstelling aan krachtige laserstraling, zelfs met een gesloten sluiter, oververhitting van de optische systeemcomponenten veroorzaken vanwege de dichte lay-out, wat zal leiden tot gedeeltelijke of volledige onderbreking van de werking ervan.
De Amerikaanse Javelin ATGM, de Russische Verba MANPADS en de RVV-MD korteafstandsraket zijn de meest kwetsbare doelen voor laserwapens
Wat zijn de manieren om apparatuur en wapens effectief te beschermen tegen laserwapens? Er zijn twee hoofdmethoden: ablatieve bescherming en constructieve warmte-isolerende bescherming.
Ablatieve bescherming (van het Latijnse ablatio - verwijderen, meevoeren van massa) is gebaseerd op het meevoeren van een stof van het oppervlak van het beschermde object door een hete gasstroom en/of op de herstructurering van de grenslaag, die samen de warmte aanzienlijk verminderen overbrengen naar het beschermde oppervlak. Met andere woorden, de binnenkomende energie wordt besteed aan het verwarmen, smelten en verdampen van het beschermende materiaal.
Op dit moment wordt ablatieve bescherming actief gebruikt in de afdalingsmodules van ruimtevaartuigen (SC) en in de straalbuizen van straalmotoren. Verkolende kunststoffen op basis van fenol, organosilicium en andere synthetische harsen die koolstof (inclusief grafiet), siliciumdioxide (silica, kwarts) en nylon bevatten als vulstoffen hebben het meeste gebruik gekregen.
Ablatief beschermingsschema
Ablatieve bescherming is eenmalig, zwaar en volumineus, dus het heeft geen zin om het te gebruiken op herbruikbare vliegtuigen (lees niet alle bemande, en de meeste onbemande vliegtuigen). Het wordt alleen gebruikt op geleide en ongeleide projectielen. En hier is de hoofdvraag hoe dik de bescherming moet zijn voor een laser met een vermogen van bijvoorbeeld 100 kW, 300 kW, etc.
Op het Apollo-ruimtevaartuig varieert de dikte van de bescherming van 8 tot 44 mm voor temperaturen van enkele honderden tot enkele duizenden graden. Ergens in dit bereik zal ook de vereiste dikte van ablatieve bescherming tegen gevechtslasers liggen. Het is gemakkelijk voor te stellen hoe dit de kenmerken van het gewicht en de grootte zal beïnvloeden, en bijgevolg het bereik, de manoeuvreerbaarheid, de massa van de kernkop (kernkop) en andere parameters van de munitie. Ablatieve thermische beveiliging moet ook bestand zijn tegen overbelasting tijdens lancering en manoeuvreren, en voldoen aan de normen voor de voorwaarden voor munitieopslag.
Ablatieve bescherming van het ruimtevaartuig "Buran" in de sectie
Ongeleide munitie is twijfelachtig, omdat de ongelijkmatige vernietiging van de ablatieve bescherming tegen laserstraling de externe ballistiek kan veranderen, waardoor de munitie zal afwijken van het doelwit. Als ablatieve bescherming al ergens wordt gebruikt, bijvoorbeeld in hypersonische munitie, dan zal de dikte ervan moeten worden vergroot.
Een andere manier van beschermen is een constructieve coating of carrosserieconstructie met meerdere beschermlagen van vuurvaste materialen die bestand zijn tegen invloeden van buitenaf.
Als we een analogie trekken met ruimtevaartuigen, kunnen we de thermische bescherming van het herbruikbare Buran-ruimtevaartuig overwegen. In gebieden waar de oppervlaktetemperatuur 371 - 1260 graden Celsius is, werd een coating aangebracht, bestaande uit amorfe kwartsvezel met een zuiverheid van 99,7%, waaraan een bindmiddel is toegevoegd - colloïdaal siliciumdioxide. De bekleding is gemaakt in de vorm van tegels van twee standaardformaten van 5 tot 64 mm dik.
Borosilicaatglas met een speciaal pigment (een witte coating op basis van siliciumoxide en helder aluminiumoxide) wordt aangebracht op het buitenoppervlak van de tegels om een lage zonneabsorptie en een hoge emissiviteit te bereiken. Ablatieve bescherming werd gebruikt op de neuskegel en vleugelpunten van het apparaat, waar temperaturen hoger zijn dan 1260 graden.
Houd er rekening mee dat tijdens langdurig gebruik de bescherming van tegels tegen vocht kan worden geschonden, wat zal leiden tot verlies van thermische bescherming van zijn eigenschappen, dus het kan niet direct worden gebruikt als anti-laserbescherming op herbruikbare vliegtuigen .
Ruimteschip "Buran". Witte en zwarte tegels - herbruikbare thermische beveiliging, zwarte elementen van de boeg en vleugelranden - ablatieve thermische beveiliging
De dikte van de thermische bescherming van het ruimtevaartuig "Buran" afhankelijk van de temperatuur
Op dit moment wordt een veelbelovende ablatieve thermische bescherming met minimale oppervlakteslijtage ontwikkeld, die vliegtuigen beschermt tegen temperaturen tot 3000 graden.
Een groep wetenschappers van het Royce Institute van de University of Manchester (VK) en Central South University (China) hebben een nieuw materiaal ontwikkeld met verbeterde eigenschappen dat temperaturen tot 3000°C kan weerstaan zonder structurele veranderingen. Dit is een Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 keramische coating, die is gesuperponeerd op een koolstof-koolstof composietmatrix. De prestaties van de nieuwe coating zijn veel beter dan die van de beste keramiek voor hoge temperaturen.
De chemische structuur van hittebestendig keramiek zelf fungeert als een beschermend mechanisme. Bij een temperatuur van 2000°C worden Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 en SiC materialen geoxideerd en omgezet in respectievelijk Zr0.80T0.20O2, B2O3 en Si2. Zr0.80Ti0.20O2 smelt gedeeltelijk en vormt een relatief dichte laag, terwijl de laagsmeltende oxiden SiO2 en B2O3 verdampen. Bij een hogere temperatuur van 2500°C smelten Zr0.80Ti0.20O2-kristallen samen tot grotere formaties. Bij een temperatuur van 3000°C wordt een bijna absoluut dichte buitenlaag gevormd, die voornamelijk bestaat uit Zr0.80Ti0.20O2, zirkoniumtitanaat en SiO2.
Het donkergrijze oppervlak van het materiaal vóór het testen, evenals het oppervlak na twee minuten testen bij 2000°C en 2500°C. In het midden van het rechter monster bevindt zich het gebied waar de vlamtemperatuur 3000°C heeft bereikt
De wereld ontwikkelt ook speciale coatings die zijn ontworpen om te beschermen tegen laserstraling.
Al in 2014 verklaarde een vertegenwoordiger van het Volksbevrijdingsleger van China dat Amerikaanse lasers geen bijzonder gevaar vormen voor Chinese militaire uitrusting die is omhuld met een speciale beschermende laag. De enige vragen die overblijven, zijn welke kracht deze coating beschermt tegen lasers, en welke dikte en massa het heeft.
Van het grootste belang is de coating die is ontwikkeld door Amerikaanse onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology en de University of Kansas - een aerosolsamenstelling op basis van een mengsel van koolstofnanobuisjes en speciaal keramiek dat laserlicht effectief kan absorberen. De nanobuisjes van het nieuwe materiaal absorberen licht gelijkmatig en dragen warmte over naar nabijgelegen gebieden, waardoor de temperatuur op het contactpunt met de laserstraal wordt verlaagd. Keramische verbindingen op hoge temperatuur geven de beschermende coating een hoge mechanische sterkte en weerstand tegen schade door hoge temperaturen.
Tijdens de test werd een dunne laag van het materiaal op het oppervlak van koper aangebracht en, na droging, werd een straal van een infraroodlaser met lange golflengte, een laser die wordt gebruikt om metaal en andere harde materialen te snijden, op het oppervlak van de materiaal.
Analyse van de verzamelde gegevens toonde aan dat de coating met succes 97.5 procent van de laserstraalenergie absorbeerde en een energieniveau van 15 kW per vierkante centimeter oppervlak doorstond zonder vernietiging.
Met betrekking tot deze coating rijst de vraag: in tests is een beschermende coating aangebracht op een koperen oppervlak, dat op zichzelf een van de moeilijkste materialen is voor laserbewerking, vanwege zijn hoge thermische geleidbaarheid, het is niet duidelijk hoe dergelijke een beschermende coating zal zich gedragen met andere materialen. Er zijn ook vragen over de maximale temperatuurbestendigheid, weerstand tegen trillingen en schokbelastingen, blootstelling aan atmosferische omstandigheden en ultraviolet (zon). De tijd gedurende welke de bestraling is uitgevoerd is niet aangegeven.
Nog een interessant punt: als de vliegtuigmotoren ook bedekt zijn met een stof met een hoge thermische geleidbaarheid, dan zal het hele lichaam er gelijkmatig van worden verwarmd, waardoor het vliegtuig zoveel mogelijk in het thermische spectrum wordt ontmaskerd.
De snijsnelheid van koper is de kleinste van alle metalen in de tabel vanwege de hoge thermische geleidbaarheid, het is mogelijk dat de ontwikkelaars van het beschermende materiaal niet per ongeluk de voorkeur gaven aan dit materiaal als substraat in tests, in een poging de kenmerken van hun ontwikkeling
In ieder geval zullen de eigenschappen van bovenstaande aërosolbescherming in directe verhouding staan tot de grootte van het beschermde object. Hoe groter het beschermde object en het dekkingsgebied, hoe meer energie er over het gebied kan worden gedissipeerd en kan worden weggegeven in de vorm van warmtestraling en koeling door de aankomende luchtstroom. Hoe kleiner het beschermde object, hoe dikker de bescherming zal moeten worden gemaakt, want een klein gebied zal niet voldoende warmte kunnen afvoeren en interne structurele elementen zullen oververhit raken.
Het gebruik van bescherming tegen laserstraling, of dit nu ablatieve of constructieve warmte-isolatie is, kan de trend naar een afname van de omvang van geleide munitie keren en de effectiviteit van zowel geleide als niet-geleide munitie aanzienlijk verminderen.
Alle lageroppervlakken en bedieningselementen - vleugels, stabilisatoren, roeren, zullen gemaakt moeten worden van dure en moeilijk te verwerken vuurvaste materialen.
Los daarvan rijst de vraag naar de bescherming van radardetectietools. Op het experimentele ruimtevaartuig "BOR-5" werd radiotransparante thermische bescherming getest - glasvezel met silicavuller, maar ik kon de thermische bescherming en de kenmerken van het gewicht en de grootte niet vinden.
Het is nog onduidelijk of door bestraling met krachtige laserstraling van de koepel van verkenningsradarapparatuur, weliswaar met bescherming tegen thermische straling, een hoge temperatuur plasmavorming kan optreden die de doorgang van radiogolven verhindert, waardoor het doel kan verloren gaan.
Ter bescherming van de behuizing wordt een combinatie van meerdere beschermlagen toegepast - hittebestendig-laag-warmtegeleidend van binnenuit en reflecterend-hittebestendig-zeer warmtegeleidend van buitenaf. Ook is het mogelijk dat er naast de bescherming tegen laserstraling stealth-materialen worden toegepast die niet tegen laserstraling kunnen en moeten herstellen van schade door laserwapens als het vliegtuig zelf overleeft.
Aangenomen mag worden dat voor de verbetering en brede verspreiding van laserwapens het voorzien in anti-laserbescherming voor alle beschikbare munitie, zowel geleide als ongeleide, en bemande en onbemande luchtvaartuigen.
De introductie van anti-laserbescherming zal onvermijdelijk leiden tot een toename van de kosten, het gewicht en de afmetingen van geleide en ongeleide munitie, evenals van bemande en onbemande luchtvaartuigen.
Tot slot kunnen we een van de methoden noemen die worden ontwikkeld om actief een laseraanval tegen te gaan. Adsys Controls, een in Californië gevestigd bedrijf, ontwikkelt een Helios-verdedigingssysteem dat vijandelijke lasergeleiding moet neerschieten.
Wanneer de gevechtslaser van de vijand op het beschermde apparaat wordt gericht, bepaalt Helios de parameters: vermogen, golflengte, pulsfrequentie, richting en bereik naar de bron. Helios verhindert verder dat de laserstraal van de vijand zich op het doel concentreert, vermoedelijk door een naderende laserstraal met lage energie te richten die het richtsysteem van de vijand in de war brengt. Gedetailleerde kenmerken van het Helios-systeem, het stadium van zijn ontwikkeling en zijn praktische prestaties zijn nog onbekend.