Rezistă la lumină: Apărare împotriva armelor cu laser. Partea 5
Mai devreme, ne-am uitat la cum tehnologie laserce laser armă poate fi creat pentru a fi folosit în interese forțelor aeriene, forțele terestre și apărarea aeriană, marina.
Acum trebuie să înțelegem dacă este posibil să ne protejăm de aceasta și cum. Adesea există afirmații conform cărora este suficient să acoperiți racheta cu un strat de oglindă sau să lustruiți proiectilul, dar, din păcate, totul nu este atât de simplu.
O oglindă tipică acoperită cu aluminiu reflectă aproximativ 95% din radiația incidentă, iar eficiența acesteia depinde în mare măsură de lungimea de undă.
Dintre toate materialele prezentate în grafic, aluminiul are cea mai mare reflexie, care nu este în niciun caz un material refractar. Dacă, atunci când este iradiată cu radiații de putere redusă, oglinda se încălzește nesemnificativ, atunci când o radiație puternică lovește, materialul acoperirii oglinzii va deveni rapid inutilizabil, ceea ce va duce la o deteriorare a proprietăților sale reflectorizante și la o încălzire suplimentară ca avalanșă și distrugere.
La o lungime de undă mai mică de 200 nm, eficiența oglinzilor scade brusc; împotriva radiațiilor ultraviolete sau cu raze X (laser cu electroni liberi), o astfel de protecție nu va funcționa deloc.
Există materiale artificiale experimentale cu reflexie 100%, dar funcționează doar pentru o anumită lungime de undă. Oglinzile pot fi, de asemenea, acoperite cu straturi speciale multistrat care le măresc reflectivitatea până la 99.999%. Dar această metodă funcționează și pentru o singură lungime de undă și incidentă la un anumit unghi.
Nu uitați că condițiile de funcționare ale armelor sunt departe de cele de laborator, adică. o rachetă oglindă sau un proiectil va trebui depozitat într-un recipient plin cu un gaz inert. Cea mai mică opacitate sau pată, de exemplu, de la amprentele mâinilor, va afecta imediat reflectivitatea oglinzii.
Părăsirea recipientului va expune imediat suprafața oglinzii la mediu - atmosfera și efectele termice. Dacă suprafața oglinzii nu este acoperită cu o peliculă de protecție, atunci aceasta va duce imediat la o deteriorare a proprietăților sale reflectorizante, iar dacă este acoperită cu un strat de protecție, atunci ea însăși va înrăutăți proprietățile reflectorizante ale suprafeței.
Rezumând cele de mai sus, observăm: protecția oglinzii nu este foarte potrivită pentru protecția împotriva armelor cu laser. Ce se potrivește atunci?
Într-o oarecare măsură, metoda de „păsărire” a energiei termice a fasciculului laser peste corp va ajuta prin asigurarea mișcării de rotație a aeronavei (LA) în jurul propriei axe longitudinale. Dar această metodă este potrivită doar pentru muniție și într-o măsură limitată pentru vehiculele aeriene fără pilot (UAV), într-o măsură mai mică va fi eficientă atunci când este introdusă cu laser în partea din față a carenei.
Pe unele tipuri de obiecte protejate, de exemplu, pe bombe planante, rachete de croazieră (CR) sau rachete ghidate antitanc (ATGM) care atacă ținta atunci când zboară de sus, această metodă va eșua. Nerotative, în cea mai mare parte, sunt minele de mortar. Este dificil să colectezi date pe toate aeronavele care nu se rotesc, dar sunt sigur că sunt multe.
În orice caz, rotația aeronavei va reduce doar puțin efectul radiației laser asupra țintei, deoarece. căldura transferată prin radiația laser puternică către corp va fi transferată către structurile interne și mai departe către toate componentele aeronavei.
Utilizarea fumului și a aerosolilor ca contramăsuri împotriva armelor cu laser este, de asemenea, limitată. După cum sa menționat deja în articolele din serie, utilizarea laserelor împotriva vehiculelor sau navelor blindate la sol este posibilă numai atunci când sunt utilizate împotriva echipamentelor de supraveghere, la a căror protecție vom reveni. Arde carcasa BMP /rezervor sau o navă de suprafață cu un fascicul laser în viitorul previzibil este nerealistă.
Desigur, este imposibil să aplicați protecție împotriva fumului sau cu aerosoli împotriva aeronavelor. Datorită vitezei mari a aeronavei, fumul sau aerosolii vor fi întotdeauna respinși de presiunea aerului care se apropie; în elicoptere, acestea vor fi suflate de fluxul de aer de la elice.
Astfel, protecția împotriva armelor cu laser sub formă de vapori și aerosoli pulverizați poate fi necesară numai pe vehiculele ușor blindate. Pe de altă parte, tancurile și alte vehicule blindate sunt adesea deja echipate cu sisteme standard de ecrane de fum pentru a perturba capturarea sistemelor de arme inamice și, în acest caz, atunci când se dezvoltă umpluturi adecvate, acestea pot fi folosite și pentru a contracara armele cu laser.
Revenind la protecția echipamentelor de recunoaștere optică și termică, se poate presupune că instalarea de filtre optice care împiedică trecerea radiației laser de o anumită lungime de undă este potrivită doar în stadiul inițial pentru protecția împotriva armelor laser de putere redusă, pt. următoarele motive:
- o gamă largă de lasere de la diverși producători care operează la diferite lungimi de undă vor fi în funcțiune;
- un filtru proiectat să absoarbă sau să reflecte o anumită lungime de undă, atunci când este expus la radiații puternice, este susceptibil să se defecteze, ceea ce va duce fie la pătrunderea radiației laser în elementele sensibile, fie la defectarea opticii în sine (încețoșarea, distorsiunea imaginii);
- unele lasere, în special, un laser cu electroni liberi, pot modifica lungimea de undă de operare pe o gamă largă.
Protecția echipamentelor de recunoaștere optică și termică poate fi efectuată pentru echipamente terestre, nave și aviaţie tehnologie, prin instalarea de ecrane de protecție cu viteză mare. În cazul detectării radiației laser, ecranul de protecție ar trebui să închidă lentilele într-o fracțiune de secundă, dar chiar și acest lucru nu garantează absența deteriorării elementelor sensibile. Este posibil ca utilizarea pe scară largă a armelor laser de-a lungul timpului să necesite cel puțin duplicarea echipamentelor de recunoaștere care funcționează în domeniul optic.
Dacă instalarea ecranelor de protecție și a mijloacelor de rezervă de recunoaștere optică și termică este destul de fezabilă pe transportatorii mari, atunci este mult mai dificil să faci acest lucru pe arme de înaltă precizie, în special pe cele compacte. În primul rând, cerințele de greutate și dimensiune pentru protecție sunt înăsprite semnificativ și, în al doilea rând, expunerea la radiații laser de mare putere, chiar și cu un obturator închis, poate provoca supraîncălzirea componentelor sistemului optic din cauza aspectului dens, ceea ce va duce la parțial sau întreruperea completă a funcționării acestuia.
Care sunt modalitățile de a proteja eficient echipamentele și armele de armele cu laser? Există două metode principale - protecție ablativă și protecție termică constructivă.
Protecția ablativă (din latinescul ablatio - îndepărtarea, îndepărtarea de masă) se bazează pe îndepărtarea unei substanțe de pe suprafața obiectului protejat printr-un flux de gaz fierbinte și/sau pe restructurarea stratului limită, care împreună reduce semnificativ căldura. transfer pe suprafata protejata. Cu alte cuvinte, energia primită este cheltuită pentru încălzirea, topirea și evaporarea materialului de protecție.
În prezent, protecția ablativă este utilizată în mod activ în modulele de coborâre ale navelor spațiale (SC) și în duzele motoarelor cu reacție. Materialele plastice carbonizate pe bază de rășini fenolice, organosiliciu și alte rășini sintetice care conțin carbon (inclusiv grafit), dioxid de siliciu (silice, cuarț) și nailon ca materiale de umplutură au primit cea mai mare utilizare.
Protecția ablativă este de unică folosință, grea și voluminoasă, așa că nu are sens să o folosești pe aeronave reutilizabile (a se citi nu toate cu echipaj și majoritatea aeronavelor fără pilot). Numai utilizarea sa este pe proiectile ghidate și neghidate. Și aici întrebarea principală este cât de groasă ar trebui să fie protecția pentru un laser cu o putere de, de exemplu, 100 kW, 300 kW etc.
Pe nava spațială Apollo, grosimea protecției variază de la 8 la 44 mm pentru temperaturi de la câteva sute la câteva mii de grade. Undeva în acest interval va fi și grosimea necesară a protecției ablative împotriva laserelor de luptă. Este ușor de imaginat cum va afecta greutatea și caracteristicile dimensiunii și, în consecință, raza de acțiune, manevrabilitatea, masa focosului (focos) și alți parametri ai muniției. Protecția termică ablativă trebuie să reziste și la suprasarcini în timpul lansării și manevrelor și să respecte standardele privind termenii și condițiile de depozitare a muniției.
Munițiile nedirijate sunt discutabile, deoarece distrugerea neuniformă a protecției ablative de la radiația laser poate schimba balistica externă, ca urmare a căreia muniția se abate de la țintă. Dacă protecția ablativă este deja folosită undeva, de exemplu, în muniția hipersonică, atunci grosimea acesteia va trebui mărită.
O altă modalitate de protecție este o acoperire constructivă sau o construcție a caroseriei cu mai multe straturi de protecție din materiale refractare care sunt rezistente la influențele externe.
Dacă facem o analogie cu navele spațiale, atunci putem lua în considerare protecția termică a navei spațiale reutilizabile Buran. În zonele în care temperatura suprafeței este de 371 - 1260 grade Celsius s-a aplicat o acoperire, constând din fibră de cuarț amorf de puritate 99,7%, la care se adaugă un liant - dioxid de siliciu coloidal. Acoperirea este realizată sub formă de plăci de două dimensiuni standard de la 5 la 64 mm grosime.
Pe suprafața exterioară a plăcilor se aplică sticlă borosilicată care conține un pigment special (un strat alb pe bază de oxid de siliciu și alumină strălucitoare) pentru a obține o absorbție solară scăzută și o emisivitate ridicată. Protecția ablativă a fost utilizată pe conul nasului și vârfurile aripilor aparatului, unde temperaturile depășesc 1260 de grade.
Trebuie avut în vedere faptul că în timpul funcționării pe termen lung, protecția plăcilor de umiditate poate fi încălcată, ceea ce va duce la pierderea protecției termice a proprietăților sale, astfel încât nu poate fi utilizat direct ca protecție anti-laser pe aeronavele reutilizabile. .
În prezent, se dezvoltă o protecție termică ablativă promițătoare, cu uzură minimă a suprafeței, care oferă protecție aeronavelor de la temperaturi de până la 3000 de grade.
Un grup de oameni de știință de la Institutul Royce de la Universitatea din Manchester (Marea Britanie) și Universitatea Central South (China) au dezvoltat un nou material cu caracteristici îmbunătățite, care poate rezista la temperaturi de până la 3000 ° C fără modificări structurale. Acesta este un strat ceramic Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, care este suprapus pe o matrice compozită carbon-carbon. Performanța noului acoperire este cu mult superioară celei mai bune ceramice la temperatură înaltă.
Structura chimică a ceramicii rezistente la căldură în sine acționează ca un mecanism de protecție. La o temperatură de 2000°C, materialele Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 și SiC sunt oxidate și transformate în Zr0.80T0.20O2, B2O3 și respectiv SiO2. Zr0.80Ti0.20O2 se topește parțial și formează un strat relativ dens, în timp ce oxizii cu punct de topire scăzut SiO2 și B2O3 se evaporă. La o temperatură mai mare de 2500°C, cristalele Zr0.80Ti0.20O2 fuzionează în formațiuni mai mari. La o temperatură de 3000°C, se formează un strat exterior aproape absolut dens, care constă în principal din Zr0.80Ti0.20O2, titanat de zirconiu și SiO2.
Lumea dezvoltă, de asemenea, acoperiri speciale concepute pentru a proteja împotriva radiațiilor laser.
În 2014, un reprezentant al Armatei Populare de Eliberare din China a declarat că laserele americane nu prezintă un pericol deosebit pentru echipamentul militar chinez învelit cu un strat de protecție special. Singurele întrebări care rămân sunt ce putere protejează această acoperire de lasere și ce grosime și masă are.
De cel mai mare interes este acoperirea dezvoltată de cercetătorii americani de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie și de la Universitatea din Kansas - o compoziție de aerosoli bazată pe un amestec de nanotuburi de carbon și ceramică specială care poate absorbi eficient lumina laser. Nanotuburile noului material absorb uniform lumina și transferă căldură în zonele din apropiere, scăzând temperatura la punctul de contact cu fasciculul laser. Compușii ceramici la temperatură înaltă oferă stratului de protecție o rezistență mecanică ridicată și rezistență la deteriorarea de la temperaturi ridicate.
În timpul testului, un strat subțire de material a fost aplicat pe suprafața de cupru și, după uscare, un fascicul de laser cu infraroșu cu lungime de undă lungă, un laser utilizat pentru tăierea metalului și a altor materiale dure, a fost focalizat pe suprafața material.
Analiza datelor colectate a arătat că acoperirea a absorbit cu succes 97.5% din energia fasciculului laser și a rezistat la un nivel de energie de 15 kW pe centimetru pătrat de suprafață fără distrugere.
Cu această acoperire, se pune întrebarea: în teste, un strat de protecție a fost aplicat pe o suprafață de cupru, care în sine este unul dintre cele mai dificile materiale pentru prelucrarea cu laser, datorită conductivității sale termice ridicate, nu este clar cum o astfel de protecție. acoperirea se va comporta cu alte materiale. Există, de asemenea, întrebări despre rezistența maximă la temperatură, rezistența la vibrații și șocuri, expunerea la condiții atmosferice și ultraviolete (soare). Timpul în care s-a efectuat iradierea nu este indicat.
Un alt punct interesant: dacă motoarele de aeronave sunt acoperite și cu o substanță cu conductivitate termică ridicată, atunci întregul corp va fi încălzit uniform din ele, ceea ce va demasca aeronava cât mai mult posibil în spectrul termic.
În orice caz, caracteristicile protecției împotriva aerosolilor de mai sus vor fi direct proporționale cu dimensiunea obiectului protejat. Cu cât obiectul protejat și aria de acoperire sunt mai mari, cu atât mai multă energie poate fi disipată peste zonă și eliberată sub formă de radiație termică și răcire de către fluxul de aer care se apropie. Cu cât obiectul protejat este mai mic, cu atât va trebui făcută protecția mai groasă, deoarece o zonă mică nu va permite îndepărtarea suficientă a căldurii și elementele structurale interne vor fi supraîncălzite.
Utilizarea protecției împotriva radiațiilor laser, fie ablative sau izolatoare constructive, poate inversa tendința de reducere a dimensiunii munițiilor ghidate, reducând semnificativ eficacitatea atât a munițiilor ghidate, cât și a celor nedirijate.
Toate suprafețele de sprijin și comenzile - aripi, stabilizatori, cârme, vor trebui să fie realizate din materiale refractare scumpe și greu de prelucrat.
Separat, se pune problema protecției instrumentelor de detectare a radarului. Pe nava spațială experimentală BOR-5 a fost testată protecția termică radio-transparentă - fibră de sticlă cu umplutură de silice, dar nu am putut găsi protecția termică și caracteristicile de greutate și dimensiune.
Încă nu este clar dacă, ca urmare a iradierii cu radiații laser puternice a radomului echipamentului radar de recunoaștere, deși cu protecție împotriva radiațiilor termice, poate apărea o formare de plasmă la temperatură înaltă care împiedică trecerea undelor radio, drept urmare ținta poate fi pierdută.
Pentru a proteja carcasa se va folosi o combinație de mai multe straturi de protecție - rezistent la căldură-conductiv scăzut de căldură din interior și reflectorizant-rezistent la căldură-foarte conductiv de căldură din exterior. De asemenea, este posibil ca, pe lângă protecția împotriva radiațiilor laser, să fie aplicate materiale ascunse care nu vor putea rezista la radiațiile laser și să fie nevoite să se recupereze în urma daunelor cauzate de armele laser dacă aeronava însăși supraviețuiește.
Se poate presupune că îmbunătățirea și distribuirea pe scară largă a armelor cu laser va necesita asigurarea unei protecție anti-laser pentru toate munițiile disponibile, atât ghidate cât și nedirijate, precum și vehiculele aeriene cu și fără pilot.
Introducerea protecției anti-laser va duce inevitabil la o creștere a costului și a caracteristicilor de greutate și dimensiune a munițiilor ghidate și nedirijate, precum și a vehiculelor aeriene cu și fără pilot.
În concluzie, putem aminti una dintre metodele în curs de dezvoltare pentru a contracara activ un atac cu laser. Adsys Controls, o companie din California, dezvoltă un sistem de apărare Helios care ar trebui să doboare ghidaj laser inamic.
Când îndreaptă laserul de luptă al inamicului către dispozitivul protejat, Helios determină parametrii acestuia: puterea, lungimea de undă, frecvența pulsului, direcția și raza de acțiune la sursă. Helios împiedică în continuare raza laser inamic să se concentreze asupra țintei, probabil prin țintirea unui fascicul laser de energie scăzută care se apropie, care încurcă sistemul de țintire al inamicului. Caracteristicile detaliate ale sistemului Helios, stadiul de dezvoltare și performanța sa practică sunt încă necunoscute.
Acum trebuie să înțelegem dacă este posibil să ne protejăm de aceasta și cum. Adesea există afirmații conform cărora este suficient să acoperiți racheta cu un strat de oglindă sau să lustruiți proiectilul, dar, din păcate, totul nu este atât de simplu.
O oglindă tipică acoperită cu aluminiu reflectă aproximativ 95% din radiația incidentă, iar eficiența acesteia depinde în mare măsură de lungimea de undă.
Coeficientul de reflexie spectrală al oglinzilor cu diferite acoperiri metalice
Dintre toate materialele prezentate în grafic, aluminiul are cea mai mare reflexie, care nu este în niciun caz un material refractar. Dacă, atunci când este iradiată cu radiații de putere redusă, oglinda se încălzește nesemnificativ, atunci când o radiație puternică lovește, materialul acoperirii oglinzii va deveni rapid inutilizabil, ceea ce va duce la o deteriorare a proprietăților sale reflectorizante și la o încălzire suplimentară ca avalanșă și distrugere.
La o lungime de undă mai mică de 200 nm, eficiența oglinzilor scade brusc; împotriva radiațiilor ultraviolete sau cu raze X (laser cu electroni liberi), o astfel de protecție nu va funcționa deloc.
Acoperire în oglindă deteriorată de radiația laser CO2
Există materiale artificiale experimentale cu reflexie 100%, dar funcționează doar pentru o anumită lungime de undă. Oglinzile pot fi, de asemenea, acoperite cu straturi speciale multistrat care le măresc reflectivitatea până la 99.999%. Dar această metodă funcționează și pentru o singură lungime de undă și incidentă la un anumit unghi.
Nu uitați că condițiile de funcționare ale armelor sunt departe de cele de laborator, adică. o rachetă oglindă sau un proiectil va trebui depozitat într-un recipient plin cu un gaz inert. Cea mai mică opacitate sau pată, de exemplu, de la amprentele mâinilor, va afecta imediat reflectivitatea oglinzii.
Părăsirea recipientului va expune imediat suprafața oglinzii la mediu - atmosfera și efectele termice. Dacă suprafața oglinzii nu este acoperită cu o peliculă de protecție, atunci aceasta va duce imediat la o deteriorare a proprietăților sale reflectorizante, iar dacă este acoperită cu un strat de protecție, atunci ea însăși va înrăutăți proprietățile reflectorizante ale suprafeței.
Spectrele de reflectare comparative ale filmelor din aluminiu armat, aluminiu standard și aluminiu fără protecție
Rezumând cele de mai sus, observăm: protecția oglinzii nu este foarte potrivită pentru protecția împotriva armelor cu laser. Ce se potrivește atunci?
Într-o oarecare măsură, metoda de „păsărire” a energiei termice a fasciculului laser peste corp va ajuta prin asigurarea mișcării de rotație a aeronavei (LA) în jurul propriei axe longitudinale. Dar această metodă este potrivită doar pentru muniție și într-o măsură limitată pentru vehiculele aeriene fără pilot (UAV), într-o măsură mai mică va fi eficientă atunci când este introdusă cu laser în partea din față a carenei.
Pe unele tipuri de obiecte protejate, de exemplu, pe bombe planante, rachete de croazieră (CR) sau rachete ghidate antitanc (ATGM) care atacă ținta atunci când zboară de sus, această metodă va eșua. Nerotative, în cea mai mare parte, sunt minele de mortar. Este dificil să colectezi date pe toate aeronavele care nu se rotesc, dar sunt sigur că sunt multe.
SDB-39 și JSOW planează bombe
Rachete de croazieră JASSM și 3M-14
TOW2B ATGM atacă o țintă în timp ce zboară deasupra ei
În orice caz, rotația aeronavei va reduce doar puțin efectul radiației laser asupra țintei, deoarece. căldura transferată prin radiația laser puternică către corp va fi transferată către structurile interne și mai departe către toate componentele aeronavei.
Utilizarea fumului și a aerosolilor ca contramăsuri împotriva armelor cu laser este, de asemenea, limitată. După cum sa menționat deja în articolele din serie, utilizarea laserelor împotriva vehiculelor sau navelor blindate la sol este posibilă numai atunci când sunt utilizate împotriva echipamentelor de supraveghere, la a căror protecție vom reveni. Arde carcasa BMP /rezervor sau o navă de suprafață cu un fascicul laser în viitorul previzibil este nerealistă.
Desigur, este imposibil să aplicați protecție împotriva fumului sau cu aerosoli împotriva aeronavelor. Datorită vitezei mari a aeronavei, fumul sau aerosolii vor fi întotdeauna respinși de presiunea aerului care se apropie; în elicoptere, acestea vor fi suflate de fluxul de aer de la elice.
Astfel, protecția împotriva armelor cu laser sub formă de vapori și aerosoli pulverizați poate fi necesară numai pe vehiculele ușor blindate. Pe de altă parte, tancurile și alte vehicule blindate sunt adesea deja echipate cu sisteme standard de ecrane de fum pentru a perturba capturarea sistemelor de arme inamice și, în acest caz, atunci când se dezvoltă umpluturi adecvate, acestea pot fi folosite și pentru a contracara armele cu laser.
Elemente ale complexului de protecție activă (KAZ) „Afganit”, destinate instalării perdelelor de protecție, un tanc promițător T-14 bazat pe platforma „Armata”
Revenind la protecția echipamentelor de recunoaștere optică și termică, se poate presupune că instalarea de filtre optice care împiedică trecerea radiației laser de o anumită lungime de undă este potrivită doar în stadiul inițial pentru protecția împotriva armelor laser de putere redusă, pt. următoarele motive:
- o gamă largă de lasere de la diverși producători care operează la diferite lungimi de undă vor fi în funcțiune;
- un filtru proiectat să absoarbă sau să reflecte o anumită lungime de undă, atunci când este expus la radiații puternice, este susceptibil să se defecteze, ceea ce va duce fie la pătrunderea radiației laser în elementele sensibile, fie la defectarea opticii în sine (încețoșarea, distorsiunea imaginii);
- unele lasere, în special, un laser cu electroni liberi, pot modifica lungimea de undă de operare pe o gamă largă.
Protecția echipamentelor de recunoaștere optică și termică poate fi efectuată pentru echipamente terestre, nave și aviaţie tehnologie, prin instalarea de ecrane de protecție cu viteză mare. În cazul detectării radiației laser, ecranul de protecție ar trebui să închidă lentilele într-o fracțiune de secundă, dar chiar și acest lucru nu garantează absența deteriorării elementelor sensibile. Este posibil ca utilizarea pe scară largă a armelor laser de-a lungul timpului să necesite cel puțin duplicarea echipamentelor de recunoaștere care funcționează în domeniul optic.
Dacă instalarea ecranelor de protecție și a mijloacelor de rezervă de recunoaștere optică și termică este destul de fezabilă pe transportatorii mari, atunci este mult mai dificil să faci acest lucru pe arme de înaltă precizie, în special pe cele compacte. În primul rând, cerințele de greutate și dimensiune pentru protecție sunt înăsprite semnificativ și, în al doilea rând, expunerea la radiații laser de mare putere, chiar și cu un obturator închis, poate provoca supraîncălzirea componentelor sistemului optic din cauza aspectului dens, ceea ce va duce la parțial sau întreruperea completă a funcționării acestuia.
American Javelin ATGM, rusă Verba MANPADS și racheta cu rază scurtă de acțiune RVV-MD sunt cele mai vulnerabile ținte pentru armele laser
Care sunt modalitățile de a proteja eficient echipamentele și armele de armele cu laser? Există două metode principale - protecție ablativă și protecție termică constructivă.
Protecția ablativă (din latinescul ablatio - îndepărtarea, îndepărtarea de masă) se bazează pe îndepărtarea unei substanțe de pe suprafața obiectului protejat printr-un flux de gaz fierbinte și/sau pe restructurarea stratului limită, care împreună reduce semnificativ căldura. transfer pe suprafata protejata. Cu alte cuvinte, energia primită este cheltuită pentru încălzirea, topirea și evaporarea materialului de protecție.
În prezent, protecția ablativă este utilizată în mod activ în modulele de coborâre ale navelor spațiale (SC) și în duzele motoarelor cu reacție. Materialele plastice carbonizate pe bază de rășini fenolice, organosiliciu și alte rășini sintetice care conțin carbon (inclusiv grafit), dioxid de siliciu (silice, cuarț) și nailon ca materiale de umplutură au primit cea mai mare utilizare.
Schema de protectie ablativa
Protecția ablativă este de unică folosință, grea și voluminoasă, așa că nu are sens să o folosești pe aeronave reutilizabile (a se citi nu toate cu echipaj și majoritatea aeronavelor fără pilot). Numai utilizarea sa este pe proiectile ghidate și neghidate. Și aici întrebarea principală este cât de groasă ar trebui să fie protecția pentru un laser cu o putere de, de exemplu, 100 kW, 300 kW etc.
Pe nava spațială Apollo, grosimea protecției variază de la 8 la 44 mm pentru temperaturi de la câteva sute la câteva mii de grade. Undeva în acest interval va fi și grosimea necesară a protecției ablative împotriva laserelor de luptă. Este ușor de imaginat cum va afecta greutatea și caracteristicile dimensiunii și, în consecință, raza de acțiune, manevrabilitatea, masa focosului (focos) și alți parametri ai muniției. Protecția termică ablativă trebuie să reziste și la suprasarcini în timpul lansării și manevrelor și să respecte standardele privind termenii și condițiile de depozitare a muniției.
Protecția ablativă a navei spațiale „Buran” în secțiune
Munițiile nedirijate sunt discutabile, deoarece distrugerea neuniformă a protecției ablative de la radiația laser poate schimba balistica externă, ca urmare a căreia muniția se abate de la țintă. Dacă protecția ablativă este deja folosită undeva, de exemplu, în muniția hipersonică, atunci grosimea acesteia va trebui mărită.
O altă modalitate de protecție este o acoperire constructivă sau o construcție a caroseriei cu mai multe straturi de protecție din materiale refractare care sunt rezistente la influențele externe.
Dacă facem o analogie cu navele spațiale, atunci putem lua în considerare protecția termică a navei spațiale reutilizabile Buran. În zonele în care temperatura suprafeței este de 371 - 1260 grade Celsius s-a aplicat o acoperire, constând din fibră de cuarț amorf de puritate 99,7%, la care se adaugă un liant - dioxid de siliciu coloidal. Acoperirea este realizată sub formă de plăci de două dimensiuni standard de la 5 la 64 mm grosime.
Pe suprafața exterioară a plăcilor se aplică sticlă borosilicată care conține un pigment special (un strat alb pe bază de oxid de siliciu și alumină strălucitoare) pentru a obține o absorbție solară scăzută și o emisivitate ridicată. Protecția ablativă a fost utilizată pe conul nasului și vârfurile aripilor aparatului, unde temperaturile depășesc 1260 de grade.
Trebuie avut în vedere faptul că în timpul funcționării pe termen lung, protecția plăcilor de umiditate poate fi încălcată, ceea ce va duce la pierderea protecției termice a proprietăților sale, astfel încât nu poate fi utilizat direct ca protecție anti-laser pe aeronavele reutilizabile. .
Nava spațială „Buran”. Placi albe si negre - protectie termica reutilizabila, elemente negre ale arcului si marginilor aripilor - protectie termica ablativa
Grosimea protecției termice a navei spațiale „Buran” în funcție de temperatură
În prezent, se dezvoltă o protecție termică ablativă promițătoare, cu uzură minimă a suprafeței, care oferă protecție aeronavelor de la temperaturi de până la 3000 de grade.
Un grup de oameni de știință de la Institutul Royce de la Universitatea din Manchester (Marea Britanie) și Universitatea Central South (China) au dezvoltat un nou material cu caracteristici îmbunătățite, care poate rezista la temperaturi de până la 3000 ° C fără modificări structurale. Acesta este un strat ceramic Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, care este suprapus pe o matrice compozită carbon-carbon. Performanța noului acoperire este cu mult superioară celei mai bune ceramice la temperatură înaltă.
Structura chimică a ceramicii rezistente la căldură în sine acționează ca un mecanism de protecție. La o temperatură de 2000°C, materialele Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 și SiC sunt oxidate și transformate în Zr0.80T0.20O2, B2O3 și respectiv SiO2. Zr0.80Ti0.20O2 se topește parțial și formează un strat relativ dens, în timp ce oxizii cu punct de topire scăzut SiO2 și B2O3 se evaporă. La o temperatură mai mare de 2500°C, cristalele Zr0.80Ti0.20O2 fuzionează în formațiuni mai mari. La o temperatură de 3000°C, se formează un strat exterior aproape absolut dens, care constă în principal din Zr0.80Ti0.20O2, titanat de zirconiu și SiO2.
Suprafața gri închis a materialului înainte de testare, precum și suprafața după două minute de testare la 2000°C și 2500°C. În centrul probei din dreapta se află zona în care temperatura flăcării a atins 3000°C
Lumea dezvoltă, de asemenea, acoperiri speciale concepute pentru a proteja împotriva radiațiilor laser.
În 2014, un reprezentant al Armatei Populare de Eliberare din China a declarat că laserele americane nu prezintă un pericol deosebit pentru echipamentul militar chinez învelit cu un strat de protecție special. Singurele întrebări care rămân sunt ce putere protejează această acoperire de lasere și ce grosime și masă are.
De cel mai mare interes este acoperirea dezvoltată de cercetătorii americani de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie și de la Universitatea din Kansas - o compoziție de aerosoli bazată pe un amestec de nanotuburi de carbon și ceramică specială care poate absorbi eficient lumina laser. Nanotuburile noului material absorb uniform lumina și transferă căldură în zonele din apropiere, scăzând temperatura la punctul de contact cu fasciculul laser. Compușii ceramici la temperatură înaltă oferă stratului de protecție o rezistență mecanică ridicată și rezistență la deteriorarea de la temperaturi ridicate.
În timpul testului, un strat subțire de material a fost aplicat pe suprafața de cupru și, după uscare, un fascicul de laser cu infraroșu cu lungime de undă lungă, un laser utilizat pentru tăierea metalului și a altor materiale dure, a fost focalizat pe suprafața material.
Analiza datelor colectate a arătat că acoperirea a absorbit cu succes 97.5% din energia fasciculului laser și a rezistat la un nivel de energie de 15 kW pe centimetru pătrat de suprafață fără distrugere.
Cu această acoperire, se pune întrebarea: în teste, un strat de protecție a fost aplicat pe o suprafață de cupru, care în sine este unul dintre cele mai dificile materiale pentru prelucrarea cu laser, datorită conductivității sale termice ridicate, nu este clar cum o astfel de protecție. acoperirea se va comporta cu alte materiale. Există, de asemenea, întrebări despre rezistența maximă la temperatură, rezistența la vibrații și șocuri, expunerea la condiții atmosferice și ultraviolete (soare). Timpul în care s-a efectuat iradierea nu este indicat.
Un alt punct interesant: dacă motoarele de aeronave sunt acoperite și cu o substanță cu conductivitate termică ridicată, atunci întregul corp va fi încălzit uniform din ele, ceea ce va demasca aeronava cât mai mult posibil în spectrul termic.
Viteza de tăiere a cuprului este cea mai mică dintre toate metalele din tabel datorită conductivității sale termice ridicate, este posibil ca dezvoltatorii materialului de protecție să nu fi preferat accidental acest material ca substrat în teste, încercând să supraestimeze caracteristicile lor. dezvoltare
În orice caz, caracteristicile protecției împotriva aerosolilor de mai sus vor fi direct proporționale cu dimensiunea obiectului protejat. Cu cât obiectul protejat și aria de acoperire sunt mai mari, cu atât mai multă energie poate fi disipată peste zonă și eliberată sub formă de radiație termică și răcire de către fluxul de aer care se apropie. Cu cât obiectul protejat este mai mic, cu atât va trebui făcută protecția mai groasă, deoarece o zonă mică nu va permite îndepărtarea suficientă a căldurii și elementele structurale interne vor fi supraîncălzite.
Utilizarea protecției împotriva radiațiilor laser, fie ablative sau izolatoare constructive, poate inversa tendința de reducere a dimensiunii munițiilor ghidate, reducând semnificativ eficacitatea atât a munițiilor ghidate, cât și a celor nedirijate.
Toate suprafețele de sprijin și comenzile - aripi, stabilizatori, cârme, vor trebui să fie realizate din materiale refractare scumpe și greu de prelucrat.
Separat, se pune problema protecției instrumentelor de detectare a radarului. Pe nava spațială experimentală BOR-5 a fost testată protecția termică radio-transparentă - fibră de sticlă cu umplutură de silice, dar nu am putut găsi protecția termică și caracteristicile de greutate și dimensiune.
Încă nu este clar dacă, ca urmare a iradierii cu radiații laser puternice a radomului echipamentului radar de recunoaștere, deși cu protecție împotriva radiațiilor termice, poate apărea o formare de plasmă la temperatură înaltă care împiedică trecerea undelor radio, drept urmare ținta poate fi pierdută.
Pentru a proteja carcasa se va folosi o combinație de mai multe straturi de protecție - rezistent la căldură-conductiv scăzut de căldură din interior și reflectorizant-rezistent la căldură-foarte conductiv de căldură din exterior. De asemenea, este posibil ca, pe lângă protecția împotriva radiațiilor laser, să fie aplicate materiale ascunse care nu vor putea rezista la radiațiile laser și să fie nevoite să se recupereze în urma daunelor cauzate de armele laser dacă aeronava însăși supraviețuiește.
Se poate presupune că îmbunătățirea și distribuirea pe scară largă a armelor cu laser va necesita asigurarea unei protecție anti-laser pentru toate munițiile disponibile, atât ghidate cât și nedirijate, precum și vehiculele aeriene cu și fără pilot.
Introducerea protecției anti-laser va duce inevitabil la o creștere a costului și a caracteristicilor de greutate și dimensiune a munițiilor ghidate și nedirijate, precum și a vehiculelor aeriene cu și fără pilot.
În concluzie, putem aminti una dintre metodele în curs de dezvoltare pentru a contracara activ un atac cu laser. Adsys Controls, o companie din California, dezvoltă un sistem de apărare Helios care ar trebui să doboare ghidaj laser inamic.
Când îndreaptă laserul de luptă al inamicului către dispozitivul protejat, Helios determină parametrii acestuia: puterea, lungimea de undă, frecvența pulsului, direcția și raza de acțiune la sursă. Helios împiedică în continuare raza laser inamic să se concentreze asupra țintei, probabil prin țintirea unui fascicul laser de energie scăzută care se apropie, care încurcă sistemul de țintire al inamicului. Caracteristicile detaliate ale sistemului Helios, stadiul de dezvoltare și performanța sa practică sunt încă necunoscute.
- Andrei Mitrofanov
- nanonewsnet.ru, habr.com, tydexoptics.com, findpatent.ru, popmech.ru, bastion-karpenko.ru, epizodsspace.airbase.ru, buran.ru
- Arme cu laser: tehnologii, istorie, stat, perspective. Partea 1
Arme cu laser: perspective în forțele aeriene. Partea 2
Arme cu laser: forțe terestre și apărare aeriană. Partea 3
Arme cu laser: marină. Partea 4
informații