Vegyük át a lézerfegyver alapjait
Mit is ír a hogyishívják? Lézerágyúval lövik le a drónt, azt mondja hogy "Az irányított energiaimpulzus költsége kevesebb, mint egy dollár", meg hogy "Klunder elmondta, hogy nem egy olyan eszközről van szó, ami több ezer vagy több millió dollárba kerül, márpedig a legolcsóbb tüzérségi eszköz egy amerikai hadihajón legalább ötezer dollár lövésenként". És persze hogy 2013-ban már az USS Ponce hadihajóra (LPD, partra szállító dokkhajó) már lézerfegyvert szerelnek. A média (írott, mozgóképes és netes) pedig hullámozva ajnározza az új korszakot.
A teljesség kedvéért tegyük hozzá, hogy sok más oldalt is linkelhetnénk, a Wired-től az Endgateten át a Foxnews-ig. Na jó, a Foxnews nem sokat számít, de akkor is. Ám várjunk csak, mintha dèja vu érzésem lenne...
A lézerfegyver működésének alapjai
Nem kell félni, nem megyek vissza az alapokig, azt azért remélem, mindenki tudja, hogy a lézer ugye egy koherens fénynyaláb, amelyben a fotonok egy irányban haladnak. A fotonnal való lövés nem feltétlenül jelenti azt, hogy energiára van szükséged, sőt, a nagy teljesítményű lézerek jó része inkább kémiai reakció segítségével vannak létrehozva, ennek előnye, hogy nem kell mega-giga-petawattos reaktor a lézerágyúhoz, hátránya, hogy ha kifogy a kémiai üzemanyag, akkor a lézerágyú 'elhallgat'.
Hirdetés
A lézernél az energiaforrást használóak között megtaláljuk a 'fénnyel generált' szilárdtest lézereket, a gázlézereket, fém-gőz lézereket, stb., igazság szerint kismillió változatuk van, attól függően, hogy miként gerjesztik a lézernyalábot.
A YAL-1A „lézertornya”, nem tűnik egyszerűnek, igaz?
Az ilyen fegyvereknél a fő probléma a fókusz. Először is a hatalmas energiát a cél felé kell valahogy tornászni, ami annyit tesz, hogy tükrökkel a kiindulási hely felől a cél felé kell téríteni. Induljunk el a lézerforrástól, mondjuk 100kW-os optikai teljesítményű, mondjuk egy tükörrendszer irányítja a cél irányába, a vesztesége legye például 5%-os, ez annyit tesz, hogy 5kW hőteljesítmény fog a tükörrendszerben létrejönni, amit valahogy el kell vezetni. E közben ennek a tükörnek a cél felé kell téríteni az energiát, de úgy, hogy a célponton az energia a lehető legkisebb felületen realizálódjon.
Ha a fókusz rossz, akkor a fegyver hatékonysága romlik, hiába van egy 1 megawattos lézered, ha a célponton 10 méteres körben éri el, akkor legfeljebb csak kicsit felmelegíti, de ha egy milliméteres pontban, akkor ott a másodperc tört része alatt keresztüléget mindent. Akár messzebb, akár közelebb van a célpont, mint a beállított fókusztávolság, a lézer máris nagyobb felületnek adja át az energiát, vagyis kisebb lesz az elért hatás. A fókusz miatt persze tudni kell a célpont pontos távolságát is, sőt, amennyiben a lézerfegyvert itt a Földön használjuk, akkor a légköri torzításokat is bele kell számolni a képletbe. Nem egyszerű a lézerfegyver-tervezők élete, ugye?
Itt még egy apróság: mi a különbség a "folyamatos", és a pulzuslézer között? A pulzuslézer nevében szereplően nem egy folyamatos lézersugarat, hanem sok-sok kisebb energiájú lézersugarat bocsát ki. A különbség érzékletesen az, hogy egy 1 Megajoule energiájú sima lézersugár kb. olyan hatást fejt ki a célponton, mint egy pár kilogramm tömegű TNT-vel egyenértékű robbanás, mivel a célban a hatalmas energiaátadás miatt felhevül, ettől jelentősen kiterjed (egy köbcenti acélból 10.000 kelvin fokon egy köbméternyi fémgőz/plazma lesz), ez okozza az igazi rombolást.
A pulzuslézer ellenben olyasmi, mint egy ütvefúrógép. Az energiát kis lépésekben adja át, mindig egy kicsit párologtatva el a páncélból, vagy ami éppen ott van, és a pulzusok közötti "szünet" nagyszerűen alkalmas arra, hogy a párolgó fém (vagy mi) füstje/gőze kicsit oszoljon, mert ugye különben elnyeli az energiánkat, márpedig mi nem a már elpárologtatott anyaggal akarunk további energiát közölni, hanem a mögötte lévő, még sértetlen anyaggal. No persze, ez a folyamat nagyon gyorsan zajlik le...
A lézerfegyvereknél kritikus pont a hatásfok kérdése. Jól hangzik egy 100 kW-os lézer, de ha a hatásfoka 10%, akkor 1 MW elektromos (vagy kémiai) teljesítményre van szükség, és ebből 900 kW hulladékhő keletkezik, amit el kell vezetnünk, különben az ellenfél helyett (vagy mellett) saját magunkat sütjük ropogósra. Jelenleg a legtöbb kísérleti lézerfegyver 10-20% közötti tartományban mozog.
A YAL-1A hasa, és egy reaktormodul nyílásai, amelyeken keresztül a reakciótermékek és vele a hő nagy része távozhat...
Felmerülhet a kérdés, hogy szépek ezek a kW és MW értékek (és már MegaJoule-al is jöttem... ejj), de emlegetnek már 200 petawatt szintű lézereket is (ahol ráadásul magyar tudósok és mérnökök is érintettek). Márpedig ez így nagyon furcsán hangzik. Nos, a válasz meglehetősen egyszerű: a teljesítménynél fontos meghatározni, hogy mennyi idő alatt adja le a lézer az adott energiát.
A 100 wattos izzó esetén senki sem teszi fel a kérdést, 100 wattot fogyaszt egy óra alatt (100 Wh). Nos, ez a lézereknél is így van, szóval az ilyen tera- és petawattos teljesítménynél egyszerűen akkor lenne ilyen teljesítményszint, ha egy órán át folyamatosan működne - ami hozzávetőleg fizikai képtelenség jelenlegi tudásunkkal, ehelyett ez esetben picomásodpercekig (a pico a 10 a mínusz 12-edikent jelent, vagyis egy picomásodperc az 0.000,000,000,001 másodperc) tartó lézernyalábokról beszélünk.
A jelenlegi legerősebb lézer 192 nyalábbal 1.89 MJ energiát közölt mindössze 20 picomásodperc alatt, és ez így összesítve 423 Terawattos teljesítményű lézernyaláb volt. De hiába a terawatt, ha a realizált energia meglehetősen kevésnek tűnik, vegyük viszonyításképpen azt, hogy egy liter benzinben hozzávetőleg 34MJ energia van - csakhogy azt elég nehéz lenne picomásodpercek alatt kinyerni belőle.
Az elektromosan gerjesztett lézereknél két lehetőségünk van tehát: vagy olyan energiaforrásunk van, amelyik képes a folyamatosan is táplálni a lézerünket, vagy pedig kondenzátorokat iktatunk be, amelyek egy-egy lövésre szükséges energiát tárolnak, majd feltöltjük őket a következő lövés előtt. Az ilyen elektromos gerjesztésű lézerek teljesítményszintje most még csak pár tucat kW-os szinten mozog.
A másik lehetőség a kémiai lézer, ennél egy kémiai reakció hozza létre a lézernyalábot, de elektromos energia helyett itt üzemanyagra van szükségünk. Jelenleg a nagy teljesítményű (100kW plusz) lézerek mind ilyen megoldással élnek.
Vannak még elég kacifántos megoldások a lézernyaláb gerjesztésére, ám ezek jelenleg még inkább csak a laboratóriumokban találhatóak meg, vagy pedig a velük elérhető teljesítményszint alkalmatlan a katonai alkalmazásra...
Az ALL, az úttörő
Déja Vu, az ALL
A lézer felfedezése után a hadseregek szépen lassan elkezdték mérlegelni, hogy van-e reális használati lehetősége az új technológiának a fegyveres erőknél. Az amerikai védelmi minisztérium kutató-fejlesztő irodája 1962-ben kezdte el az ezzel kapcsolatos munkát, és rövid úton több megoldást is felmutattak, első sorban a távolságmérésre (jelenleg például szinte minden, a harcjárművekben lévő távolságmérő lézeres alapon működik), illetve irányított lövedékek célba vezetésére kezdték használni.
1968-ban a Légierő Fegyver Laborja (Air Force Weapons Laboratory, AFWL) megbízást kapott arra, hogy egy szén-dioxid lézert egy C-135-ös (a Boeing 707-es típusjelölése a légierőben) gépre szereljenek, és megvizsgálják, hogy lehetséges-e ellenséges rakétákat lelőni egy ilyen megoldással.
Az NKC-135A belső felépítése
Egy CO2 lézert építettek, amivel az év november 13-án rálőttek egy MQM-33B céldrónra, a várakozások szerint a drón üzemanyagának lángra kellett volna kapnia, ám ehelyett a lézer megsütötte a gép irányító elektronikáját. Végül is ez is siker, de nem pont ezt szerették volna, így másnap újra próbálkoztak, és ekkor már sikerült az eltervezett módon, az üzemanyagtankra mért 1.2 másodperces lézernyalábbal megsemmisíteni a kis pilóta nélküli gépet.
Az NKC-135A a földön....
A siker után úgy döntöttek, hogy itt az ideje gépre szerelni a lézert. Az NKC-135A (N = kísérleti, KC = légi utántöltő, mivel egy KC-135-ösből alakították át a gépet) Légi Lézer Labor (Airborne Laser Laboratory, ALL) 1975-ban elkezdte a tesztrepüléseket. A cél lelövése nem éppen sétagalopp, három lépésben jut el oda a rendszer, hogy végrehajtsa:
1.: A fedélzeti érzékelők azonosítsák a célpontot.
2.: Az alacsony energiájú lézerrel besugározzák, megállapítva a pontos távolságát és a légköri tényezőket.
3.: A nagy energiájú lézert ezek alapján beállítva tüzet nyit a célpontra.
Leírva egyszerű, gyakorlatilag azonban nyolc évbe telt, amíg ezt a három lépést képesek voltak elérni. 1983. május 26-án az NKC-135A sikeresen lelőtt egy AIM-9B Sidewinder levegő-levegő rakétát, majd öt nap múlva még egyet, június elsején pedig további kettőt.
A végső tesztre szeptember 26-án került sor, ekkor három BMQ-34A céltárgyat lőttek le, amelyek szovjet cirkálórakétákat imitáltak. A légi lézeres rakéta-elhárító rendszer tehát bizonyította életképességét, már amennyiben a cél pár kilométeres távolságon belül kegyeskedik fáradni.
...a levegőben...
Számok terén a szén-monoxid és dinitrogén-oxid üzemanyagot használó kémiai lézere 380 kW optikai teljesítménnyel bírt a célzótükörnél számolva, és egy kilométeres távolságban lévő célon 100 watt per négyzetcentimért adott át.
Az ALL rengeteg technikai problémát talált, kezdve ott, hogy a hatalmas hőteljesítménye a rendszernek képes saját magát megsütni, de azt is, hogy az optikai rendszerben egy porszem is komoly károkat okozhat, ha a nagy teljesítményű infravörös sugár a pillanat tört része alatt hatalmas energiát közöl vele - emiatt az optikai részelemekben bizony tökéletes tisztaságra kell törekedni.
A másik probléma a megfelelő hullámhossz kiválasztása, olyan lézert kell csinálni, amely egyfelől minimális veszteséggel képes a légkörön áthatolni, ugyanakkor a célon megfelelő hatást tud kifejteni, nos, az alumínium pont a CO2 lézer 10.6 mikronos hullámhosszán 98%-os tükröződési hatásfokot képes felmutatni, magyarul nagyszerűen téríti el annak energiáját, ahelyett, hogy lenne szíves felvenni, és ezáltal elpárologni.
...és ma, újra a földön, érdemes megfigyelni a törzs oldalából kiálló fúvókákat, amelyeken át a reakciótermék távozott
Azonban a koncepció jegelve lett hosszú időre, mert először inkább az űrbe telepített lézerfegyverek kerültek az előtérbe a Csillagháborús elképzelés alapján. Talán majd egyszer megtudjuk, hogy valóban komolyan gondolták-e az Egyesült Államok vezetői, hogy a brutális költségekkel járó programot megvalósítják, ám személy szerint én inkább csak egy blöffnek tartom (de annak elég jó volt).
Majd jött a hidegháború vége, és a Csillagháborús program szépen elsikkadt, és közben a különféle lézerprogramok is. Azonban az 1991-es Öböl-háború egy "új" veszélyforrásra hívta fel a figyelmet, arra, hogy a harmadik világ béli országok is birtokolhatnak SCUD rakétákat, amelyek veszélyeztethetik az Egyesült Államok szövetségeseit (az új azért van idézőjelben, mivel a SCUD gyakorlatilag egy némileg továbbfejlesztett második világháborús német V2 rakéta).
1991-ben ugyan propaganda-hadjáratot folytattak azért, hogy a Patriot PAC-2 légvédelmi rendszer milyen jól alkalmas a SCUD elleni védekezésre, még George Bush elnök is méltatta, hogy 42-ből 41-szer elfogta a célt, ám az igazság az volt, hogy a Patriot egyetlen SCUD-ot sem tudott valóban semlegesíteni (az, hogy a Patriot a föld felé zuhanó SCUD darabokat eltalálta, nem éppen ezt jelenti).
A légierő tehát 1996-ban feltámasztotta a légi lézerágyú programot, az új feladata pedig az Iraki SCUD támadásokhoz hasonló veszélyforrások elleni védekezés.
Korai ábra az ABL elképzelésről
A megoldást egy 1 MW-os légi lézerágyúban látták, amivel a ballisztikus rakétákat emelkedés fázisukban (tehát effektíve az indító ország felett), a felhők felett el tudnak pusztítani. Ehhez viszont a lézernek legalább 600 km-es, hatásos lőtávra lenne szükség, ami hozzávetőleg százszor akkora, mint amennyit az ALL fel tudott mutatni, és ugyebár jóval nagyobb teljesítményre lenne szükség, erre pedig a CO2 lézert felskálázni nem tűnt reálisnak.
YAL-1A, a majdnem megvalósult...
YAL-1A, a majdnem megvalósult...
A válasz a COIL (chemical oxygen iodine laser, Kémiai Oxigén-Jód Lézer) nyújtotta, amelynél egy speciális kémiai eljárás generálja a lézert, ami klórgáz, jód, hidrogén-peroxid és kálium-hidroxid reakciójából születik. A gépen még két további lézer kap helyett, TILL (track illuminating laser, követő-megvilágító lézer) és BILL (beacon illuminating laser, jelző-megvilágító lézer). A TILL még csak megállapítja, hogy a célpont helyzete pontosan mi a géphez képest, illetve pontos távolságot ad meg, ezután a BILL-el lövik meg a célt, megvizsgálva azt, hogy a célpontig milyenek a légköri viszonyok, hogy torzítja a légkör a lézernyalábot. Ezen adatok alapján a fő lézer tükrét megfelelő fókuszra állítva nyithat tüzet a COIL, amely (az akkori várakozások szerint) mintegy 4-6 másodperces idő alatt átégeti a rakéta vékony fém burkolatát, és berobbantja az üzemanyagát - ha folyékony hajtóanyagú rakétáról beszélünk, mint a SCUD. Ha modern, szilárd hajtóanyagú rakétáról, akkor remélhetőleg annyira megrongálja, hogy a vibráció, légellenállás és a gyorsulás közben fellépő erőhatások széttépik a meggyengített rakétatestet.
A YAL-1A, jól látható a fő lézer tornya és tükre
1996-ban a Lockheed, Boeing és TWR cégek kaptak tehát egy 1.1 milliárd dolláros megbízást, hogy hozzák össze ezt egy olyan rendszerben, ami képes 12-18 órán keresztül járőrözni, és 20 interkontinentális ballisztikus rakétát, vagy 40 SCUD-hoz hasonló célpontot legyen képes elpusztítani egy feltöltésből.
A gép az ellenséges ország légi határain kívül maradna, és műholdak vagy AWACS gépek derítenék fel számára az indított rakétákat, majd az információkat Link-16 adatkapcsolaton továbbítanák a számára. Mikor a céladatokat megkapja, már a saját optikai érzékelőivel keresi meg a rakétát, majd megsemmisíti.
Felmerült másodlagos felhasználási területe az ASAT (Anti SATellite, műhold-elhárítás), vagyis, hogy az alacsony Föld körüli pályán keringő műholdakat lőheti le, vagy vakíthatja meg, ami miatt azonban a saját katonai kémműholdakkal rendelkező országok méltatlankodtak, és ellenséges lépésnek vették (az ASAT egyébként is megérne egy külön szemezetet, gyakorlatilag a világűr fegyvermentes övezetnek nyilvánítását mindkét szuperhatalom megszegte a hidegháború alatt...)
A YAL-1A tornya, amely a tükörrendszer házaként is szolgál
2001-ig az előmunkálatok zajlottak, majd 2002-ben egy Boeing 747-400F gépbe elkezdték beleépíteni az egész hóbelevancot. A fő lézer 1.6 méteres tükre a gép orrába került egy bonyolult toronyba, amely lehetővé teszi, hogy a lézert a gép előtti félgömbben (egész pontosan +/- 120°-ban körkörösen, fel-le és jobbra balra) bármerre lehessen célozni.
A YAL-1A ABL (AirBorne Laser) gépet 2007-ben a TILL és BILL lézerekkel kezdték el tesztelni, a "célpont" egy KC-135 volt, aminek az oldalára egy fekete alapon fehér színű, rakéta alakú festés került. A COIL lézert 2009-ben "sütötték el" először a gép fedélzetén, majd 2010-ben már sikeresen pusztított el célrakétákat.
A már említett több, mint másfél méteres adaptív tükör 341 apró mozgató motor tudja a kívánt alakúra formálni, mégpedig ezredmásodperces pontossággal, így 400 km-en kb. fél négyzetméteres területre tudja az energiát fókuszálni, ami még mindig azt jelenti, hogy kb. 2-4 másodperc kell, amíg a rakéta burka átég, ha pedig a rakéta a hossztengelye mentén forog, ugyanez az idő 4-8 másodpercig nyúlhat.
Az ehhez szükséges lézernyalábot hat kémiai reaktor állítja elő, egyenként közel három tonnásak, és a gép hasán lévő harminchat fúvókán át távozik a reakciótermék (és vele együtt a hulladékhő jelentős része).
A YAL-1A tesztlövészete 2010-ben, érdemes megfigyelni, hogy azért itt nem több száz km-ről lövi a rakétát.
Szó mi szó, a YAL-1A sikeresen végrehajtott több tesztlövészet, ahol látszólag bizonyította, hogy harcképes lehet. Mégis 2010-ben úgy döntöttek, hogy a programot lezárják, és a második YAL-1A-t már be sem fejezik. De miért? Nos, akadtak olyan dolgok a fejlesztés és a tesztelés közben, amik miatt ez logikus lépésnek tekinthető.
16 év fejlesztés és több, mint 5 milliárd dollár befektetés árán (amiben ugye nincsenek benne az elődmodell ALL költségei) a rendszer nem tudta közel sem hozni azt, amit eredetileg elvártak tőle, nevezetesen:
*Az eredetileg vártnál sokkal kisebb lett a kémiai reaktorok teljesítménye, pontos számot soha nem említettek, de tény, hogy az 1 MW-os lézer teljesítménye elmaradt a várttól. Ebből fakadóan a hatásos lőtávolsága drasztikusan kisebb, mint a kívánt érték.
*A fedélzeten szállított, mintegy 20 tonnányi üzemanyag csak hét lövésre elegendő, ami nagyságrendekkel kevesebb, mint az elvárt 20-40 lövés.
*A kémiai anyagok erősen toxikusak. Annyira, hogy a YAL-1A személyzete a tesztlövészeteken vegyvédelmi ruhában volt a fedélzeten, mivel ha felszállás közben baleset miatt esetleg kifolyik a sok kémiai anyag, akkor nekik annyi (feltehetően vegyvédelmi ruhában is, de legalább a biztonság illúziója megvan)
*Egy YAL-1A (az Y a kísérleti gépre utal) vételára hozzávetőleg másfél milliárd dollár, éves üzemeltetési költsége 100 millió dollár környékén mozgott 2010-es árakon.
A YAL-1A tehát beleállt a földbe képletesen, holott korábban erről harsogott a média, mint az új meghatározó katonai rendszer. Tény, hogy sok tapasztalatot gyűjtöttek vele, tehát azért nem lehet azt mondani, hogy az 5 milliárd dollár teljesen feleslegesen ment veszendőbe...
A Berijev A-60
A teljes képhez hozzá kell tenni, hogy az oroszoknak is volt/van egy hasonló programja, ez az 1980-as években elég jól haladt, de aztán pénzhiány miatt 15 évre leállt. 2010-ben állítólag újra repült a gép, ám a lézere nem tudni, hogy működőképes-e. A gép mindenesetre úgy tűnik röpképes.
Az elemzések szerint ez nem rakétavédelmi, nem is vadászgépek elleni, hanem inkább a kémműholdak megvakítására szolgálhat. Ehhez sokkal kisebb energiájú lézer is elegendő, a kémműhold optikája ugye szépen összegyűjti a beérkező fényt, és ha az éppen egy nagy energiájú lézernyaláb, ami így koncentrálva éri a CCD-t... nos, akkor az ennek hatására nagy eséllyel sértődötten elfüstöl.
Amúgy a szovjetek igencsak az élen jártak a szilárdtest lézerek terén (ie.: hozzávetőleg az 1980-as években jártak ott, ahol ma az amerikaiak), még lánctalpas alvázra épített lézerük is volt, amely az ellenséges aknagránátok, rakéták ellen védte volna a harckocsikat, illetve megvakíthatta volna az ellenséges optikákat (pl. harckocsik célzórendszerét) illetve a kezelőszemélyzetüket. A rubinlézer teljesítményéről nem találni adatot, de feltehetően 30-60kW körül lehetett (amely alapján viszont az eredeti feladatkörét nem biztos, hogy hiánytalanul be tudta volna tölteni). A pénzhiány persze ezt is tönkre vágta, és rendszerbe sosem állt.
Persze nem kell az USAF-ot félteni, a COIL lézer programot nem lőtték le, csak átalakították, egy C-130-asba egyetlen kémiai reaktor modulból álló rendszert építettek, hozzávetőleg 100 kW-os teljesítménnyel (amúgy ha ebből visszakövetkeztetünk, akkor a YAL-1A valós teljesítménye valahol 600kW körül lehetett). Ez az Advanced Tactical Laser (ATL) program, ami az légierő reményei szerint az AC-130-asok következő generációjának a fegyvere lesz. 2009-ben azonban még csak azt tudták demonstrálni vele, hogy egy motorháztetőn tönkretették a fényezést:
Ez persze még elég kevés, vagy keresni kell olyan ellenfeleket, amelyek számára komoly csapást jelent az, ha a járművük festésében kár keletkezik. :)
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...
