Az US NAVY lézerfegyver programjai
Az Amerikai Haditengerészet (US NAVY) lézerprogramja
Milyen célok ellen használná a haditengerészet a lézert:
*Ellenséges UAV-k, amelyek a hajó pozícióját árulhatják el, illetve fegyvert indíthatnak, vagy vezethetnek a hajó ellen.
*Ellenséges gránátok, lövedékek elleni védelem.
*Ellenséges rakéták, robotrepülőgépek.
*Kis méretű támadó motorcsónakok ellen.
Mik a lézer előnyei, ami miatt a haditengerészet ráharaphat:
*A meglévő rakéta- és csöves tüzérség eszközei elég drága lőszert pufogtatnak. Egy közellégvédelmi (Close-In Weapon System, CIWS) RIM-116 rakéta ára hozzávetőleg fél millió dollár, egy SM-6 légvédelmi rakéta ára pedig 3.5 millió dollár, de a Phalanx önvédelmi rendszer egyetlen sortüze is több ezer dollárt kóstálhat. A lézer üzemeltetése ennél jelentősen olcsóbb lehet.
*Ha nem kémiai, hanem elektromosan gerjesztett lézerről beszélünk, akkor egy lézerágyú addig lőhet, amíg a hajó energiarendszere táplálni tudja azt. Ezzel szemben a rakétákból és gépágyúlőszerből korlátozott mennyiség áll rendelkezésre.
*Gyors reakcióidő, hiszen a lézer ugye fénysebességgel halad, így rövidtávon (10 km alatt) nyugodtan mondhatjuk, hogy azonnal eléri a célpontot, nincs szükség "előretartásra". A hagyományos fegyvereknél hosszú másodpercek (nagyobb távolságnál és lassan közeledő cél esetén akár egy perc is) kellenek ahhoz, hogy megállapítsuk, hogy sikerült-e a beérkező veszélyforrást semlegesíteni, vagy sem. A lézernél ez sokkal gyorsabb, így egyszerre sok beérkező célpont esetén nagyobb hatékonysággal működhet.
*Nincs vagy minimális a járulékos károkozás, míg egy kikötőben álló hajón nem lehet például a Phalanxot működésbe hozni, hiszen a nem találó lövedékek veszélyt jelenthetnek a civil lakosságra, hajóforgalomra, addig lézernél ez a veszély csak nagyon marginális szinten van jelen.
*A lézer felhasználható nem-halálos csapásmérésre, megvakíthatja az ellenséges optikai szenzorokat, illetve az ellenséges hajó/csónak személyzetét (persze lehet vitatkozni, hogy van-e értelme "humánus" okokból "csak" megvakítani egy támadó csónak személyzetét, de hát ilyen világot élünk).
A Zumwalt osztály fantáziarajza, amikor még DD(X)-nek hívták, lézerekkel felszerelve
Milyen problémákkal kell szembesülni a lézerfegyvereknél?
*Csak olyan cél ellen használható, amire a hajó rálát (line-of-sight). A Föld görbülete miatt így nagy távolságra lévő felszíni célok ellen nem használható (most tekintsünk el az olyan lehetőségektől, hogy például egy pilóta nélküli gép X magasságban egy tükörrel az ellenség felé téríti ki a hajóról a tükörre "kilőtt" lézernyalábot, ez már egy másik felhasználási lehetőség).
*Érzékeny az időjárásra, a lézernyalábot a légköri hatások (nedvesség, por, füst, stb.) elnyelik, illetve a légköri torzítás szétszórja. Emiatt a lézerfegyver esőben, ködben gyakorlatilag használhatatlan.
*Az előbbihez tartozik a lézernyaláb által felhevített levegő általi torzítás. Gyakorlatilag, ha folyamatosan egy irányba lő a lézer, azt ott lévő levegő felmelegíti, amely optikai torzulást okoz, emiatt pedig a lézernyaláb fókuszán folyamatosan állítani kell.
*A kémiai lézerek komoly üzemanyagigénnyel bírnak, amelyek ráadásul jellemzően veszélyes, esetenként toxikus anyagok. Ezek tárolása és kezelése nehézségeket okozhat.
*Az elektromosan gerjesztett lézerek jelentős energiaigénnyel bírnak, amit a meglévő hajók fedélzeti rendszerei (esetleg a nukleáris meghajtásúakat leszámítva) nem biztos, hogy képesek lennének táplálni.
A haditengerészet meg is határozta, hogy milyen teljesítményszintű lézerek milyen célok ellen lehetnek használatosak, illetve mekkora energia- és hűtésigénnyel rendelkeznek.
10 kW nagyságrend: "Puha" UAV-k ellen, illetve az optikai/infravörös rávezetésű rakéták megvakítására használhatóak, energiaigényük 50-100 kW.
60-100 kW nagyságrend: UAV-k, optikai/infravörös rávezetésű rakéták és gumicsónakok ellen. Energiaigény 400 kW vagy kevesebb, a hűtés cirka 70 tonna.
300-500 kW nagyságrend: A fentiek, de nagyobb távolságból, plusz akár kereszt irányban haladó (tehát nem a lézerrel felszerelt hajó ellen indított) rakéták/robotrepülőgépek leküzdése, illetve a műanyag/alumínium támadó csónakok elleni harc. Energiaigénye 2,5 MW alatti, hűtésigénye mintegy 560 tonna.
1 MW vagy felette: Immár teljes értékű önvédelmi képesség (a hajó ellen indított gránátok, lövedékek, rakéták ellen), továbbá ballisztikus rakéták leküzdésének képessége. Energiaigény mintegy 10-20 MW, a hűtés 1400 tonnát jelent.
Ízlelgessük kicsit mit jelentenek a fenti számok. Gyakorlatilag ezek alapján a valóban komoly harcértéket csak a MW szintű lézerek képviselnek, a többi inkább csak kisegítő fegyverzetként jöhet szóba a meglévő fegyverzet mellé. Csakhogy az alsó hangon is 10 MW energiaigény, illetve az 1400 tonnás hűtőrendszer igénye olyasmi, amit csak a nagyobb hadihajók, rombolók, cirkálók, hordozók esetében elfogadható.
Viszonyításul az US NAVY Arliegh Burke-osztályú rombolói alaphelyzetben három darab, egyenként 2500 kW teljesítményű generátorral rendelkeznek, az új, közel 15 000 tonna vízkiszorítású Zumwalt-osztályú romboló max. elektromos teljesítménye 78 MW, de ebből kell táplálni a hajócsavarokat forgató elektromotorokat is. Folyamatosan tüzelni a lézerekkel tehát aligha fognak, vagy akkor hatalmas kondenzátor-telepeket építenek be melléjük.
Annyit már első körben is leszűrhetünk, hogy a hatásos lézerfegyverek nem a kisebb hajók fegyverzetében fognak megjelenni. Milyen programok futnak tehát most az Amerikai Haditengerészetnél ilyen téren?
LaWS, Laser Weapon System
Ez egy "Fiber Laser", ami azonban gyakorlatilag szilárdtest lézert jelent, amely optikai szálon továbbítja a lézert, és a teljesítmény fokozása érdekében több ilyen szilárdtest-lézer modul által generált lézernyalábot fog össze a tükörrendszer.
Ez a LaWS esetében először 3, jelenleg 6 darab, egyenként 5,5 kW-os, a kereskedelmi forgalomban kapható hegesztőlézer-modult jelent (ennyit arról, hogy a katonai fejlesztések mennyivel a civil szféra előtt járnak :D), így az összesített optikai teljesítménye hozzávetőleg 33 kW, a hatásfoka pedig 10% körüli.
A LaWS "pusztító ereje" 15 kW-os teljesítménynél, hozzávetőleg 800 méterről.
A tesztek, amikről ahogy fent is látható, látványos videók kerültek ki, ám ezekben mit is láthatunk? Azt, hogy hozzávetőleg 800 méterről egy nem manőverező gumicsónak külső motorjának a műanyag burkolatát meggyújtotta hosszú-hosszú másodpercek alatt, illetve azt, hogy aztán, már 33 kW-os teljesítménynél balsafából és polisztirol habból készült apró, kis sebességgel repülő BQM-147A pilóta nélküli gépet gyújtanak ki vele.
A LaWS vs. BQM-147A
A haditengerészet most egy ilyen LaWS egységet tervez felszerelni az USS Ponce fedélzetére. A LaWS egyébként nem különálló fegyverként, hanem a meglévő Phalanx közellégvédelmi rendszer tornyára lesz rászerelve, és a becslések szerint darabja 17 millió dollárt kóstál (már az, hogy felszereljék a Phalanxra, és annak a célzórendszerét használja), a hatásfokát pedig a remények szerint sikerül majd 30% környékére feltornázni, mire valóban bevethetőnek minősítik, amit jelenleg 2017-re prognosztizálnak.
Bizony, a LaWS a becsült ára alapján egyáltalán nem lesz olcsó, 17 millió dolláros ára hozzávetőleg annyi, mint egy RAM CIWS rendszer feltöltve, 21db RIM-116 rakétával együtt, de ugyanarra nem képes, hiszen a ~30 kW-os teljesítménye nem alkalmas egy, a hajó felé közeledő rakétát megállítani.
Számítógépes ábra a LaWS-al (a bal oldali "piros") felszerelt Phalanx rendszerről
Akkor miért erőltetik ezt a fajta rendszert? Nos, elvitathatatlan, hogy könnyű UAV-k robbanásszerűen terjednek, alkalmazásuk felderítésre és célkövetésre nagyon is hatékony. Ezen célpontok ellen a LaWS kellően hatékony megoldás lehet, még ha nem is éppen költséghatékony.
Ellenben a haditengerészet rengeteg tapasztalatot gyűjthet vele, így később, a már hatékonyabb és főleg erősebb lézerrendszerek tervezése és üzemeltetése terén komoly háttérrel indulhat.
Tactical Laser System, TLS
A TLS sokkal kevesebb figyelmet kap, érthető okokból, hiszen ez egy mindössze 10 kW-os lézer, amit az Mk.38 Mod2 távirányított, 25mm-es gépágyú toronyra szerelnek fel. Az Mk.38 saját optikai és infravörös érzékelőrendszerrel rendelkezik (megj.: pont az ilyen rendszerek megvakítására szolgál többek között a TLS), így a lézer itt is kiegészítő fegyverzet lenne.
A lézerrendszer itt is egy civil szférából érkező Ytterbium lézervágó készülékre épül, hatásfokaként 27%-ot adtak meg, így a 10 kW optikai teljesítményéhez cirka 36 kW elektromos energiát kell felvegyen, csakhogy ez bizony csalás, mivel a maradék 26 kW hulladékhő elvezetéséhez külön hűtőrendszere van, a teljes rendszer így már 75 kW energiát vesz fel az amerikai haditengerészetnél standard, 440V-os hálózatról, vagyis a valódi hatásfoka mindössze ~13%.
A feladata a kis méretű, "puha" UAV-k leküzdése, az ellenséges hajók, rakéták optikai rendszerének elvakítása, és bár ilyen formán nem említik, de természetesen alkalmas ellenséges katonák megvakítására is.
A TLS fantáziarajza, a lézernyaláb hullámhossza 1020nm, vagyis a valóságban szabad szemmel nem látható...
Free Electron Laser, FEL
Egy újabb médiasztár, a Free Electron Laser működési elve arra épül nagy vonalakban, hogy egy részecskegyorsítóval elektronokat gyorsítunk közel fénysebességre, majd beküldjük egy "wiggler"-nek nevezett eszközbe, ahol erős mágneses térnek teszik ki őket.
Az elektronok erre imbolygó, kígyózó mozgásba kezdenek (angolul wiggle, innen a berendezés neve), és fotonokat bocsátanak ki. Ezeket a gerjesztett fotonok képeznek lézernyalábot. Előnye, hogy a lézernyaláb hullámhossza tág keretek között szabályozható, így például a légköri állapotoknak ideálisabb hullámhosszt lehet beállítani, a röngten hullámhossztól kezdve a látható tartományon át az infravörös tartományig.
A FEL nem új dolog, már egy évtizede használják például a gyógyászatban, ám jóval kisebb teljesítményszinten. A haditengerészet azonban bízik benne, hogy a Jefferson Labs mérnökei sikeresen skálázhatóvá teszik a rendszert 100 kW-tól akár 1 MW-ig, ami az elektromosan gerjesztett lézereknél eddig eléggé álomhatár kategória volt. A megbízás egy 100kW-os lézerre szól, ami 2018-ra kell(ene), hogy elkészüljön. Per pillanat az elérhető információk szerint azonban a tesztlézer még csak mintegy 14 kW optikai teljesítményt tudott kipréselni magából, de már ez is jelentős előrelépés a korábbi teljesítményszintekhez képest.
A lézer hátrányaként kell ugyanakkor megemlíteni, hogy mivel egy részecskegyorsítót kell gyakorlatilag beépíteni a hajóba, vagy annak jelentős méretűnek kell lennie, vagy pedig szupravezető tekercsekkel ellátott megoldást kell alkalmazni, utóbbi esetében viszont kriogén hűtőfolyadékot kell a hajónak magával vinnie (pl. folyékony hélium), aminek a kezelése nem annyira leányálom a tenger közepén.
Szóval akkor hányadán is állunk?
Az alacsony szintű lézerfegyverek, mint a TLS vagy a LaWS akár pár éven belül megjelenhetnek a hajók fedélzetén, de amint a fentiekből is kiderül, inkább csak kisegítő fegyverzetnek, az alacsony veszélyességi fokú célpontok leküzdésére, esetleg optikai rendszerek megvakítására. Az eddigiek alapján bizony még évtizedeknek kell eltelnie, mire megawatt szintű fegyverekkel szerelhetik fel őket.
Persze a lézer sem csodafegyver, nem lesz "mindent vivő" megoldás, már csak azért sem, mert egy lézerfegyverekkel felszerelt hadihajó ködben vagy esőben továbbra is a hagyományos fegyverekre lesz utalva...
