כלי אנרגיה ישירים, DEW (חלק 2/3): מערכות נשק לייזר ומיקרוגל

(של סטפנו אבוליו)

01/09/21

בהתחשב בסוגים האפשריים של נשק אנרגיה ישירה וניתוח הניסויים שהתרחשו בעולם, מתברר בבירור כי שני הפתרונות המבטיחים ביותר הם של כלי נשק למיקרוגל (HPM -DEW, מיקרוגל בעל הספק גבוה - נשק אנרגיה מכוונת) ושל כלי לייזר (HEL - DEW, לייזר באנרגיה גבוהה - נשק אנרגיה מכוונת).

מיקרוגל: HPM - טל

עקרון הפעולה של מערכת נשק למיקרוגל פשוט למדי להבנה.

הוא כולל הפניית קרן מיקרוגל בתדר מתאים (בדרך כלל 10Mhz ~ 100Ghz) לעבר מטרה (או קבוצת מטרות). או אפילו נגד קהל.

נתמקד בנשק HPM שנועד למקד נכסים ולא לאנשים. ציינתי להלן כמה שיקולים כלליים, הלקוחים מחומר "מוסר לשחרור ציבורי", מעט מיושן אך שימושי משיקולים כלליים¹).

ההשפעה של זרימת מיקרוגל על מטרה המייצרת סוג של נזק בדרגה 4 או 5 תלויה בצפיפות הכוח המוקרנת בפועל במטרה ובתת המערכת שעליה אתה רוצה לגרום לנזק (מטרתנו יכולה להיות לנטרל את מערכת התקשורת, או מערכת ההנחיה, או כדי לגרום לכישלון מלא במשימה). ובכן, ללא קשר לסוג היעד ותת המערכת ניתן לראות כי ההסתברות ל כישלון (ולכן מוצלח של הנשק) מגיע למקסימום של כ -100 וואט על סמ"ק, אך כבר ב -2 ואט על סמ"ר ההשפעות משמעותיות.

בכדי להגיע, למטרה, ל 10 או 100 וואט / סמ"ר כמה כוח יש לנו להקרין דרך האנטנה? ברור שזה תלוי עד כמה המטרה רחוקה (ובתנאים האחרים שקובעים את פיזור הכוח מהאנטנה הקורנת אל המטרה עצמה: השתקפויות, בניינים וכו '), אך זה תלוי גם בגורמים אחרים.

תכנית כללית להבנת אופן התפשטות הכוח במערכת נשק מסוג HPM - DEW מוצגת באיור 2. מעבר לפרטי החישובים.¹ חשוב למקד כמה היבטים איכותיים חשובים במרכיבי התוכנית.

הבעיות של מחולל הכוח ידועות למדי (כל RADAR מצויד בגנרטור בגודל מתאים), של ההפסדים עקב מדריכי הגל ושל ההפסדים עקב התפשטות (ביחס לריבוע המרחק למטרה). יותר מעניין להתמקד במקור במיקרוגל.

בנוגע למקור המיקרוגל, אנו יכולים להתייחס לנתון הבא בכדי לקבל סקירה כללית של הטכנולוגיות השמישות השונות (הגרף לקוח מתוך "¹"ולכן אינו מתאים לכסות את ההתפתחויות האחרונות), המחולק לטכנולוגיות ואקום ולמצב מוצק. לפני פרשנות הגרף, טוב לזכור את האלמנטים הבאים:

- התדר המקביל לאפקטיביות הגדולה ביותר של מיקרוגל לשימוש DEW הוא בטווח שבין 300MHz ל- 3 GHz

- לשימוש ב- DEW יעיל יותר חזרה על פולסים עם משך של 100 ns עד 1 µs ולא גל רציף.

מקור המיקרוגל הוא בבירור המרכיב הטכנולוגי הקריטי ביותר במערכת DEW, זה שעליו מבוסס כוחו של הנשק, זה שבו ניכרת העליונות הטכנולוגית של אומה. לא במקרה מחוללי מיקרוגל כלולים ברשימת מערכות המשנה ה"רגישות "שכל מדינה שולטת עליהן בפיתוח, ייצור ויצוא (הן נמצאות בקטגוריה 19 ברשימת המוצרים הצבאיים האיטלקיים ובקטגוריה XVIII של רשימת התחמושת האמריקאית).

אבל יש שיקול נוסף שצריך לקחת בחשבון. התרשים של איור 2 מראה בבירור חפיפות חזקות עם מערכת RADAR. מכ"ם בהחלט מורכב יותר, מכיוון שהוא נועד להשתמש במיקרוגל כדי לחקור את החלל שמסביב ולכן יש לו, בהשוואה למערכת HPM-DEW, חלק בקבלת החזרים אלקטרומגנטיים וחלק חשוב בעיבוד האותות. אבל החלק ה"אכזרי "של מכ"ם, הנוגע לפליטת תדרי רדיו, קיים גם ב- DEW המבוסס על HPM. לכן קל להבין כיצד אחת התפתחויות המכ"ם של השנים האחרונות, כלומר טכנולוגיית AESA לניהול קרן פעילה באמצעות מערך Phase, הוא בהחלט נושא המחקר בתחום הנשק HPM-DEW.

רק כרמז מהיר, הטכנולוגיה של מערך בשלבים מאפשר להחליף את האלמנטים 2, 3 ו -4 באיור 2 באנטנה אחת המורכבת מסידור במישור של מודולי T / R (משדר / מקלט) כל אחד מסוגל לשדר חלק מקרן המיקרוגל (ובמקרה של מכ"ם, לקבל את ההחזרה) האצלת למשמרת הפאזה של רגע השידור של המודולים הבודדים את האפשרות "לדגמן" את קרן המיקרוגל הנובעת מהפליטה המשולבת ולכוון אותה גם מחוץ לציר האנטנה.

טכנולוגיה זו, בעוד שהיא עקרונית מונעת מחוללי מיקרוגל "ואקום", מאפשרת סדרה חשובה של יתרונות, ביניהם: 1) כיווניות הקורה ו 2) מדרגיות כוח (ככל שהאלמנטים הקורנים יותר, הקרן חזקה יותר).

בואו לראות דוגמאות של מערכות HPM-DEW בפיתוח או בשימוש. בהנחה, כמובן, שישנם חסמים להפצת מידע רגיש וכי, מנגד, קיימת אפשרות להפצה ממוקדת של חדשות כוזבות (Information Warfare).

דוגמה מצוינת היא אב הטיפוס של THOR שפותח על ידי מעבדת המחקר USAF². הוא נועד להילחם בנחילי מזל"טים, ועורר את סקרנותו של הצבא האמריקאי אשר מימן בשנת 2021 פיתוח שמטרתו לפרוס מערכת מבוססת HPM עד 2024 (IFPC, ^"3").

בנוגע למצב ההתפתחויות הרוסיות, הידיעות על זמינות מערכת Ranets-E מתחילות בשנת 2001⁷. זהו מעין תותח HPM שנועד לנטרל (או להקטין את האפקטיביות) של טילים / מערכות אויב. אפשר גם למצוא כמה נתונים, עם כל הטבת המלאי בשל השיקולים שניתנו בהקדמה: תדר בפס X, 10-20 ns פולסים, 500 MW הספק, 500 הרץ PRF, טווח פעולה של 20 מיילס. לא ידוע אם הוא היה בשימוש אי פעם או שמדובר פשוט באב טיפוס.

הצד הסיני, תוך התחשבות בכל המכשולים להפצת מידע רגיש בשילוב האפשרות להפצת חדשות כוזבות ממוקדות (לוחמת מידע), נראה כי כבר מומנו פעילויות פיתוח ספציפיות למערכות HPM (פרויקט 863). כמו כן נראה כי על ספינה הותקן נשק אב טיפוס מבוסס HPM שנועד להתמודד עם טילים נגד ספינות⁴.

לפני שנסיים את הדיון על נשק מבוסס מיקרוגל, איננו יכולים שלא להזכיר דחייה נוספת של אותו מושג, הנוגע ל פצצות מיקרוגל (פצצה אלקטרונית, פצצה אלקטרומגנטית).

פצצת מיקרוגל נועדה לפגוע בנכסי האויב בעזרת קרן מיקרוגל, כגון כלי הנשק DEW-HPM שראינו עד כה, אך במקום להשתמש במכשיר הטלה רב פעמי היא משתמשת בקליעה אחת, כך שאינה ניתנת לשימוש חוזר. מנגנונים אלה, בנוסף לאפשרות להפעילם בקרבת הנכס שייפגע (כפי שהם מותקנים על פצצות, או אפילו טילים), מסוגלים מטבעם לייצר פעימות מיקרוגל בעלות אנרגיה גבוהה מאוד, שאינן נגישות כרגע עם מכשירים לשימוש חוזר .. פרטים נוספים⁵.

סביר להניח שכמה פצצות אלקטרוניות שימשו את ארה"ב בשלבים הראשונים של מלחמת המפרץ⁶.

לייזר: HEL - DEW

הסוג השני של התקני אנרגיה ישירה שאנו רואים לנכון לחקור הוא של לייזרים בעלי אנרגיה גבוהה (לייזר באנרגיה גבוהה, HEL).

די אינטואיטיבי להבין כיצד ניתן להשתמש בקרן לייזר כדי לפגוע בנכס אויב, בהתחשב בכך שכבר קיימות מכונות חיתוך בלייזר ברמה התעשייתית. אבל הבעיות בשימוש בלייזר כבסיס מערכת נשק הן רבות ולא פשוטות לפתרון.

בעיה ראשונה, טריוויאלי להבנה, קשור לזמינות של לייזר בעוצמה מספקת לשמש כנשק. בניגוד למכשיר HPM, אשר גורם להשפעות על המעגלים ותתי המערכות של הנכס, לייזר פועל על ידי "חימום" החלק של הנכס המושפע. התוצאה היא שזרימת האנרגיה חייבת להיות גבוהה ככל האפשר (לכן אספקת דופק אינה מתאימה). על מנת להפוך לייזר לנשק לכן יש צורך ביצירת קרן לייזר "עוצמתית".

הבעיה השנייה זה נובע משיח המיקוד. אם ניקח את מצביע הלייזר שלנו בכמה יורו ונקרין אותו במרחק מסוים (פשוט השתמש בו מחלון ברחוב, כשאין אף אחד בסביבה, כמובן!) כדי לוודא כיצד ה"נקודה "שראינו בתוך שלנו החדר נמרח על האזור המתאים לכדור טניס. אנו גוזרים מושג שגם הוא מיידי להבנה: אם האנרגיה מרוכזת מספיק במרחק קצר, היא מתחילה להתדלל עם הגדלת המרחק.

הרעיון להמשך "מיקוד" הלייזר אינו כה מיידי. למעשה, השטף הזוהר של הלייזר מתנהג כמו "שטף גאוס" העוקב אחר כלליו המדויקים והנלמדים בשפע.⁸. בקצרה, למרות שיש לה מערכת אופטית כה שקופה וביצועית עד שהיא לא נמסת על ידי הלייזר עצמו, לא ניתן למקד לייזר מתחת לגבול תיאורטי מסוים.

הבעיה השלישית האם זה ... של תעתועים! אין צורך ללכת למדבר, פשוט סעו בכביש סלול המחומם על ידי השמש בקיץ כדי לראות את "בריכות המים" האשליות, תעתועים אמיתיים. זוהי רק השפעת האור המעוקל על ידי זרמי האוויר העולים מכיוון שהם מחוממים על ידי האספלט החם.

מה זה קשור ללייזר? הלייזר הוא גם "אור", וכמו האור הקרן שלו מוטרדת מתנועות האטמוספירה שנמצאות בין מקור הפליטה למטרה. עם זאת, זוהי בעיה שלא ניתן לפתור (ראו את הפתרון שאומץ על ידי USAF במערכת ABL, אותו נתאר להלן)

הבעיה הרביעית קשורה לשלישית, וידועה במונח האנגלי "Thermal Blooming". כבר ראינו כיצד הפרעות אטמוספריות יכולות להשפיע על קרן הלייזר. מה שמבט ראשון לא יכול להיות ברור הוא שהלייזר עצמו, על ידי חימום האוויר שנפגע מהקורה, גורם מטבעו להפרעה של המדיום בו הקרן מתפשטת.

יש גם היבט חמישי שיש לקחת בחשבון בבחינת מערכת מבוססת HEL. עם הכוחות על כף המאזניים, לא רק שיש לאדם תופעה של פריחה תרמית, אבל האווירה המחוממת על ידי הלייזר כפופה להפוך לפלזמה. וההשפעות של אינטראקציית פלזמה עם הלייזר מסובכות, קשות לדגם (הן אפילו דורשות טיפול רלטיביסטי) ובהחלט משפיעות על האפקטיביות של מערכת מבוססת HEL. נראה שהמאמצים הכלכליים והאקדמיים לדגמן ולתמודד עם סוגיה זו שונים, ולעתים קרובות ממומנים (במקרה!) על ידי MoD ו- DoD⁹.

בקצרה: מתוך אוסף בעיות זה ניכר כי ייצור מערכת נשק המבוססת על HEL אינו פשוט, היא אינה מורכבת פשוט מבניית מצביע לייזר מעט גדול יותר, אלא ממוקדת יותר בהתגברות על המגבלות הטכנולוגיות הנוכחיות וביישום. מנגנונים המבטלים או ממזערים השפעות לא רצויות. אך העובדות מראות כי במקום זאת המאמצים על מערכות נשק מסוג HEL-DEW קיימות ומתרבות במספרן ובסכום התקציב המושקע. בואו לראות כמה חדשות שיכולות לגרום לנו להבין את המגמה.

מערכת שפותחה על ידי ארה"ב ושווה להזכיר אותה היא ה- Air Based Laser (ABL) המזוהה על ידי ראשי התיבות YAL 1A.

הוא כלל התקנה, על מטוס בואינג 747 שונה, של לייזר בעל אנרגיה גבוהה ותת-מערכות הדרושות להצבעה יעילה של קרן. הלייזר נוצר בטכנולוגיית COIL (לייזר יוד חמצן כימי) והוא "לייזר Class Megawatt". הלייזר נוצר בזנבו של ה- 747 בעוד שעל החרטום מותקנת מערכת מראות (קוטר 1.5 מ ') המכוונת את הקורה. זה היה פרויקט אב טיפוס שהמומן בשנת 1996 על ידי ה- DoD האמריקאי תמורת 1.1 מיליארד דולר, שראשיתו התחילו ניסויי טיסה בשנת 2007 ושני ניסויים, השני שבהם סיים הרס טיל בליסטי לאחר "כמה שניות" של הקרנה, תמיד בשלב של לְהַגבִּיר. בשנת 2014 המערכת הופסקה¹⁰.

הפתרונות שנבדקו כדי להתמודד עם ההיבטים הבעייתיים של HEL שפורטו לעיל מעניינים מאוד בפרויקט זה:

- מערכת אינפרא אדום לגילוי יעד ראשוני

- מערכת תאורת לייזר מרובת קרן בהספק נמוך (לייזר מסלול, TILL). הוא משמש לקביעת המרחק למטרה ולספק מידע על תנאי האטמוספירה

- מערכת לייזר של BEACON (א לייזר ברמת קילוואט) נועד להאיר את המטרה ולאסוף מידע מדויק יותר על מערבולת האטמוספירה על מנת לעוות כראוי את הקורה הראשית (שנוצרת על ידי הסליל) ולאזן את השפעות האטמוספירה.

ניסוי ABL, כמובן שאינו מכוון ישירות להשגת מערכת נשק תפעולית, איפשר לחקור בפירוט את הבעיות של מערכת HEL-DEW, להשוות בין פתרונות טכנולוגיים שונים ולהעריך שורה של פתרונות המסוגלים למזער את הבעיות הקשורות ל. השימוש בלייזר בסביבה האטמוספרית.

מאותה תקופה שבה ה- ABL הוא ה- לייזר טקטי באנרגיה גבוהה (THEL), תוכנית משותפת של ישראל וארה"ב החלה בשנת 1996. בהשוואה ל- ABL מדובר במערכת HEL לטווח קצר, מבוסס קרקע, מעוצב גם בגרסת מובייל (MTHEL). התוצאות היו מקובלות, אך מושפעות מאוד מתנאי האטמוספירה ולכן נאלצו לטווח פעולה קצר מאוד.

אם ABL הושבת על ידי ארה"ב בשנת 2014, במקום זאת פועלת מערכת לייזר של הצי האמריקאי מערכת נשק לייזר (חוקי חוק).

המערכת נולדה בקטע ניסיוני של הצי האמריקאי (מרכז לוחמה למלחמה במים, NSWC) לפני 2010. בשנת 2010 נשכר ספק (פתרונות הביטחון והאבטחה של קרטוס) (11 מיליון דולר) לתמיכה בפיתוח.

התוצאה נראית בשנת 2014, כאשר היא מותקנת ומוכרת כפעילה ביחידת התחבורה האמפיבית של USS סַרְסוּר¹¹.

זהו לייזר בעל דרגת הספק של 10-50 KW המסוגל לנטרל מטוסים קטנים או סירות מהירות. הסיבה העיקרית לשימוש המבצעי שלה היא עלות נמוכה: 59 סנט לירי לעומת הוצאה של עשרות או מאות אלפי דולרים לטיל.

התרשמות המשתמשים הייתה חיובית מאוד, עד כדי כך שהמערכת תועבר ליחידה חדשה לקראת הפסקת USS. סַרְסוּר.

כעדות לאינטרס של הצי, בשנת 2018 קיבל לוק מרטין חוזה של 150 מיליון דולר (תוכנית HELIOS) לייצור שתי מערכות דומות אחרות. ניתן לעקוב אחריהם בקלות ברשת הווידיאו במבחני LaWS נגד סירה קטנה וטב"ם (v.link). אין נתונים על מרחק המטרות, אולם מהסרטונים עולה שהם נמצאים במרחק של לא יותר מכמה קילומטרים. ובכל מקרה מדובר במטרות בעלות דינמיקה "צנועה".

מחוץ לארה"ב חשוב להזכיר התקנת לייזר על Ilyushin Il-76 (פרויקט Beriev A-60) של ברית המועצות בשנות ה -70 הרחוקות, שאין לה הרבה חדשות מלבד הכוח לכאורה (1MW), אבל וזה חשוב מכיוון שהוא הוליד אז את פרויקט סוקול-אשלון שנראה כי הוא מכוון להפריע לווייני אויב (על פי כמה מקורות, הוא האיר לוויין יפני בשנת 2009¹².

אם מעט ידוע על מערכות רוסיות, אפילו פחות ידוע על מערכות סינית HEL-DEW. אבל הוא בטוח שסין משקיעה בתחום מזה זמן מה, אם זה נכון שהדוח השנתי של משרד הבריאות האמריקאי לשנת 2006 מצטט כיצד סין עוסקת "מחקר ופיתוח חדישים ביותר בטכנולוגיות לייזר, כולל לייזרים נמוכים ואנרגיה גבוהה" (מחקר ופיתוח חדישים ביותר בטכנולוגיות לייזר, כולל לייזרים באנרגיה נמוכה וגבוהה). עוד נראה כי בשנת 2013 תקפו הסינים לווין ריגול אמריקאי באמצעות לייזרים¹⁴.

בואו נסגור את הסיכום המהיר הזה עם ישראל. החדשות האחרונות הן שישראל ביצעה בדיקה גם על מערכת לייזר¹³. המערכת, שהותקנה על מטוס CESSNA קטן, הצליחה לנטרל מל"ט במרחק של כקילומטר. כמו כן מצוטטים מספר בדיקות נוספות בגבהים שונים. מה שחשוב בניסוי זה הוא: אחד שישראל (שיש לה צרכים ברורים להגנה על שטחה) משקיעה בתחום וכבר השיגה תוצאות מוחשיות, נגמר שהצליח להתקין את המערכת על מטוס קטן (ABL דרש התאמה של 747) ו- TRE ששר הביטחון ומנהל הפיתוח של חיל האוויר הציגו בבירור מסלול פיתוח הרואה בשלב האחרון מערכת HEL-DEW של 100Kw בשנת 2024 ופרסה לאורך גבול עזה.

כמו כן נאמר:כלי אנרגיה ישירים, DEW (חלק 1/3): מבוא וסיווג"

כמו כן נאמר:כלי אנרגיה ישירים, DEW (חלק 3/3): שיקולים לגבי מערכות וסיכויים לשימוש"

_{¹ טכנולוגיה ואפקטים של מיקרוגל בעלי הספק גבוה, קורס קצר של אוניברסיטת מרילנד ל- MISC (מרכז מודיעין לטילים וחלל) ברדסטון ארסנל (https://user.eng.umd.edu/~vlg/MSIC%20lectures.pdf)}

_{² ת'ור, https://afresearchlab.com/technology/directed-energy/successstories/coun...}

_{³ פיתוח HPM חדש, https://www.defensedaily.com/topic/indirect-fire-protection-capability-i...}

_{⁴ HPM סינית נגד ספינות, https://www.uscc.gov/sites/default/files/Fisher_Combined.pdf}

_{⁵ פצצה אלקטרונית, http://www.ausairpower.net/PDF-A/AOC-PACOM-Kopp-Oct-2012-A.pdf}

_{⁶ פצצה אלקטרונית במלחמת המפרץ, https://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/hpm.htm}

_{⁷ Ranets-E, HPM רוסית, https://thaimilitaryandasianregion.wordpress.com/2016/01/19/ranets-e-hig...}

_{⁸ ריבוי קרן גאוס, https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/lasers/g...}

_{⁹ ההצעה האינטראקטיבית בין לייזר לפלזמה, https://www.osc.edu/sites/default/files/page-files/Major%20Proposal%20Ex...}

_{¹⁰ תוכנית ABL, https://www.airforce-technology.com/projects/abl}

_{¹¹ חוקים שהוכרזו מבצעיים, https://www.military.com/daily-news/2014/12/10/navy-declares-laser-weapo...}

_{¹² מבחן סוקול-אשלון, http://russianforces.org/blog/2011/10/russia_has_been_testing_laser.shtml}

_{¹³ בדיקת לייזר ישראל, https://www.jpost.com/israel-news/israel-successfully-downs-targets-usin...}