مقاومة الضوء: دفاع ضد أسلحة الليزر. الجزء الخامس
في وقت سابق ، نظرنا في كيفية القيام بذلك تقنية الليزرما الليزر سلاح يمكن إنشاؤها للاستخدام في المصالح القوات الجوية, القوات البرية والدفاع الجوي, القوات البحرية.
نحتاج الآن إلى فهم ما إذا كان من الممكن حماية أنفسنا منه ، وكيف. غالبًا ما توجد بيانات تفيد بأنه يكفي تغطية الصاروخ بطلاء مرآة أو تلميع المقذوف ، لكن لسوء الحظ ، كل شيء ليس بهذه البساطة.
تعكس المرآة النموذجية المطلية بالألمنيوم حوالي 95٪ من الإشعاع الساقط ، وتعتمد كفاءتها بشكل كبير على الطول الموجي.
من بين جميع المواد الموضحة في الرسم البياني ، يحتوي الألمنيوم على أعلى انعكاس ، وهو ليس بأي حال من الأحوال مادة مقاومة للحرارة. إذا تم تسخين المرآة بشكل ضئيل عند تعرضها للإشعاع بإشعاع منخفض الطاقة ، فعند حدوث إشعاع قوي ، ستصبح مادة طلاء المرآة غير صالحة للاستعمال بسرعة ، مما سيؤدي إلى تدهور خصائصها الانعكاسية والمزيد من التسخين الشبيه بالانهيار الجليدي. دمار.
عند طول موجة أقل من 200 نانومتر ، تنخفض كفاءة المرايا بشكل حاد ؛ ضد الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية (ليزر الإلكترون الحر) ، لن تعمل هذه الحماية على الإطلاق.
توجد مواد اصطناعية تجريبية ذات انعكاس بنسبة 100٪ ، لكنها تعمل فقط بطول موجي معين. يمكن أيضًا طلاء المرايا بطبقات خاصة متعددة الطبقات تزيد من انعكاسها بنسبة تصل إلى 99.999٪. لكن هذه الطريقة تعمل أيضًا مع طول موجي واحد ، وتسقط بزاوية معينة.
لا تنس أن ظروف تشغيل الأسلحة بعيدة كل البعد عن الظروف المعملية ، أي يجب تخزين صاروخ أو مقذوف مرآة في حاوية مملوءة بغاز خامل. أدنى عتامة أو بقعة ، على سبيل المثال ، من بصمات اليد ، ستضعف انعكاس المرآة على الفور.
سيؤدي ترك الحاوية على الفور إلى تعريض سطح المرآة للبيئة - الغلاف الجوي والتأثيرات الحرارية. إذا لم يكن سطح المرآة مغطى بفيلم واقي ، فسيؤدي ذلك على الفور إلى تدهور خصائصه الانعكاسية ، وإذا كان مغطى بطبقة واقية ، فسوف يؤدي بدوره إلى تفاقم الخصائص الانعكاسية للسطح.
تلخيصًا لما سبق ، نلاحظ: حماية المرآة ليست مناسبة تمامًا للحماية من أسلحة الليزر. ثم ما يناسب؟
إلى حد ما ، ستساعد طريقة "تلطيخ" الطاقة الحرارية لشعاع الليزر على الجسم من خلال ضمان حركة دوران الطائرة (LA) حول محورها الطولي. لكن هذه الطريقة مناسبة فقط للذخيرة وإلى حد محدود للمركبات الجوية غير المأهولة (UAVs) ، وبدرجة أقل ستكون فعالة عند إدخال الليزر في مقدمة الهيكل.
في بعض أنواع الأجسام المحمية ، على سبيل المثال ، على القنابل الانزلاقية أو صواريخ كروز (CR) أو الصواريخ الموجهة المضادة للدبابات (ATGMs) التي تهاجم الهدف عند الطيران من أعلى ، ستفشل هذه الطريقة أيضًا. غير الدورية ، في معظمها ، ألغام هاون. من الصعب جمع البيانات عن جميع الطائرات غير الدوارة ، لكنني متأكد من وجود الكثير منها.
على أي حال ، فإن دوران الطائرة سيقلل بشكل طفيف فقط من تأثير أشعة الليزر على الهدف ، منذ ذلك الحين. سيتم نقل الحرارة المنقولة بواسطة أشعة الليزر القوية إلى الجسم إلى الهياكل الداخلية وإلى جميع مكونات الطائرة.
كما أن استخدام الأبخرة والهباء الجوي كإجراءات مضادة ضد أسلحة الليزر محدود أيضًا. كما ذكرنا سابقًا في المقالات في هذه السلسلة ، لا يمكن استخدام الليزر ضد المركبات أو السفن المدرعة الأرضية إلا عند استخدامها ضد معدات المراقبة ، والتي سنعود إلى حمايتها. حرق هيكل BMP /خزان أو سفينة سطحية بها شعاع ليزر في المستقبل المنظور غير واقعي.
بالطبع ، من المستحيل تطبيق الحماية من الدخان أو الهباء الجوي ضد الطائرات. نظرًا للسرعة العالية للطائرة ، فإن الدخان أو الهباء الجوي سوف يتراجع دائمًا عن طريق ضغط الهواء القادم ؛ في طائرات الهليكوبتر ، سيتم تفجيرها بواسطة تدفق الهواء من المروحة.
وبالتالي ، قد تكون الحماية ضد أسلحة الليزر على شكل رش الأبخرة والهباء الجوي مطلوبة فقط على المركبات المدرعة الخفيفة. من ناحية أخرى ، غالبًا ما تكون الدبابات والمركبات المدرعة الأخرى مجهزة بالفعل بأنظمة شاشة دخان قياسية لتعطيل التقاط أنظمة أسلحة العدو ، وفي هذه الحالة ، عند تطوير حشوات مناسبة ، يمكن استخدامها أيضًا لمواجهة أسلحة الليزر.
بالعودة إلى حماية معدات الاستطلاع بالتصوير البصري والحراري ، يمكن افتراض أن تركيب المرشحات الضوئية التي تمنع مرور إشعاع الليزر بطول موجي معين مناسب فقط في المرحلة الأولية للحماية من أسلحة الليزر منخفضة الطاقة ، من أجل الأسباب التالية:
- مجموعة كبيرة من أجهزة الليزر من جهات تصنيع مختلفة تعمل بأطوال موجية مختلفة ستكون في الخدمة ؛
- مرشح مصمم لامتصاص أو عكس طول موجي معين ، عند تعرضه لإشعاع قوي ، من المحتمل أن يفشل ، مما يؤدي إما إلى دخول إشعاع الليزر إلى العناصر الحساسة أو فشل البصريات نفسها (غشاوة ، تشويه الصورة) ؛
- يمكن لبعض أنواع الليزر ، على وجه الخصوص ، ليزر الإلكترون الحر ، تغيير الطول الموجي التشغيلي على نطاق واسع.
يمكن تنفيذ حماية معدات الاستطلاع بالتصوير البصري والحراري للمعدات الأرضية والسفن و طيران التكنولوجيا وذلك بتركيب شاشات واقية بسرعة عالية. في حالة الكشف عن أشعة الليزر ، يجب أن تغلق الشاشة الواقية العدسات في جزء من الثانية ، ولكن حتى هذا لا يضمن عدم وجود تلف للعناصر الحساسة. من الممكن أن يتطلب الاستخدام الواسع النطاق لأسلحة الليزر بمرور الوقت على الأقل ازدواجية معدات الاستطلاع العاملة في النطاق البصري.
إذا كان تركيب الشاشات الواقية والوسائل الاحتياطية لاستطلاع التصوير البصري والحراري ممكنًا تمامًا على الناقلات الكبيرة ، فسيكون من الصعب جدًا القيام بذلك على الأسلحة عالية الدقة ، وخاصة الأسلحة المدمجة. أولاً ، يتم تشديد متطلبات الوزن والحجم للحماية بشكل كبير ، وثانيًا ، يمكن أن يؤدي التعرض لإشعاع الليزر عالي الطاقة ، حتى مع وجود مصراع مغلق ، إلى ارتفاع درجة حرارة مكونات النظام البصري بسبب التخطيط الكثيف ، مما يؤدي إلى جزئية أو التعطيل الكامل لعملها.
ما هي طرق الحماية الفعالة للمعدات والأسلحة من أسلحة الليزر؟ هناك طريقتان رئيسيتان - الحماية الجر والحماية العازلة للحرارة البناءة.
تستند الحماية الاستئصالية (من الكلمة اللاتينية ablatio - إزالة وإزالة الكتلة) على إزالة مادة من سطح الجسم المحمي بواسطة تدفق غاز ساخن و / أو على إعادة هيكلة الطبقة الحدودية ، مما يقلل بشكل كبير من الحرارة نقل إلى السطح المحمي. بمعنى آخر ، يتم إنفاق الطاقة الواردة على تسخين المادة الواقية ، وذوبانها ، وتبخيرها.
في الوقت الحالي ، يتم استخدام الحماية الجر بنشاط في وحدات الهبوط للمركبة الفضائية (SC) وفي فوهات المحركات النفاثة. تفحم البلاستيك على أساس الفينول ، والسيليكون العضوي والراتنجات الاصطناعية الأخرى التي تحتوي على الكربون (بما في ذلك الجرافيت) ، وثاني أكسيد السيليكون (السيليكا ، والكوارتز) ، والنايلون كمواد مالئة حظيت بأكبر قدر من الاستخدام.
يمكن التخلص من الحماية الجرثومية ، وهي ثقيلة وضخمة ، لذلك لا معنى لاستخدامها على الطائرات التي يعاد استخدامها (اقرأ ليس كل الطائرات المأهولة ، ومعظم الطائرات بدون طيار). يتم استخدامه فقط في المقذوفات الموجهة وغير الموجهة. وهنا السؤال الرئيسي هو ما مدى ثخانة الحماية التي يجب أن تكون على ليزر بقوة ، على سبيل المثال ، 100 كيلو واط ، 300 كيلو واط ، إلخ.
في مركبة الفضاء أبولو ، يتراوح سمك الحماية من 8 إلى 44 ملم لدرجات حرارة من عدة مئات إلى عدة آلاف من الدرجات. في مكان ما في هذا النطاق ، تكمن أيضًا السماكة المطلوبة للحماية الجرّية ضد الليزر القتالي. من السهل أن نتخيل كيف سيؤثر ذلك على خصائص الوزن والحجم ، وبالتالي على المدى والقدرة على المناورة وكتلة الرأس الحربي (الرأس الحربي) ومعايير الذخيرة الأخرى. يجب أن تتحمل الحماية الحرارية الإضافية أيضًا الأحمال الزائدة أثناء الإطلاق والمناورة ، وأن تتوافق مع معايير شروط وأحكام تخزين الذخيرة.
الذخائر غير الموجهة موضع تساؤل ، لأن التدمير غير المتكافئ للحماية الجرثومية من إشعاع الليزر يمكن أن يغير المقذوفات الخارجية ، ونتيجة لذلك تنحرف الذخيرة عن الهدف. إذا تم بالفعل استخدام الحماية الجر في مكان ما ، على سبيل المثال ، في الذخيرة التي تفوق سرعة الصوت ، فسيتعين زيادة سمكها.
طريقة أخرى للحماية هي الطلاء البناء أو بناء الجسم مع عدة طبقات واقية من المواد المقاومة للحرارة والتي تقاوم التأثيرات الخارجية.
إذا رسمنا تشابهًا مع مركبة فضائية ، فيمكننا عندئذٍ النظر في الحماية الحرارية لمركبة بوران الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام. في المناطق التي تكون فيها درجة حرارة السطح 371-1260 درجة مئوية ، تم وضع طلاء يتكون من ألياف كوارتز غير متبلورة بنقاوة 99,7٪ ، يضاف إليها مادة رابطة - ثاني أكسيد السيليكون الغروي. الغطاء مصنوع على شكل بلاطات بمقاسين قياسيين من 5 إلى 64 مم.
يتم تطبيق زجاج البوروسيليكات المحتوي على صبغة خاصة (طلاء أبيض يعتمد على أكسيد السيليكون وألومينا لامع) على السطح الخارجي للبلاط لتحقيق امتصاص منخفض للطاقة الشمسية وانبعاثية عالية. تم استخدام الحماية الاستئصالية على مخروط الأنف وأطراف الجناح للجهاز ، حيث تتجاوز درجات الحرارة 1260 درجة.
يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه أثناء التشغيل طويل المدى ، قد يتم انتهاك حماية البلاط من الرطوبة ، مما يؤدي إلى فقدان الحماية الحرارية لخصائصه ، لذلك لا يمكن استخدامه بشكل مباشر كحماية ضد الليزر على الطائرات القابلة لإعادة الاستخدام .
في الوقت الحالي ، يتم تطوير حماية حرارية واعدة مع الحد الأدنى من التآكل السطحي ، مما يوفر حماية للطائرات من درجات حرارة تصل إلى 3000 درجة.
طورت مجموعة من العلماء من معهد رويس بجامعة مانشستر (المملكة المتحدة) وجامعة سنترال ساوث (الصين) مادة جديدة ذات خصائص محسنة يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 3000 درجة مئوية دون تغييرات هيكلية. هذا طلاء سيراميك Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 ، يتم تركيبه على مصفوفة مركبة من الكربون والكربون. أداء الطلاء الجديد أفضل بكثير من أداء أفضل أنواع السيراميك ذات درجة الحرارة العالية.
يعمل التركيب الكيميائي للسيراميك المقاوم للحرارة بحد ذاته كآلية وقائية. عند درجة حرارة 2000 درجة مئوية ، تتأكسد مواد Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 و SiC وتحويلها إلى Zr0.80T0.20O2 و B2O3 و SiO2 على التوالي. يذوب Zr0.80Ti0.20O2 جزئيًا ويشكل طبقة كثيفة نسبيًا ، بينما تتبخر أكاسيد الانصهار المنخفضة SiO2 و B2O3. عند درجة حرارة أعلى من 2500 درجة مئوية ، تندمج بلورات Zr0.80Ti0.20O2 في تشكيلات أكبر. عند درجة حرارة 3000 درجة مئوية ، يتم تكوين طبقة خارجية كثيفة تمامًا تقريبًا ، والتي تتكون أساسًا من Zr0.80Ti0.20O2 ، تيتانات الزركونيوم ، و SiO2.
يقوم العالم أيضًا بتطوير طلاءات خاصة مصممة للحماية من إشعاع الليزر.
في عام 2014 ، صرح ممثل عن جيش التحرير الشعبي الصيني أن الليزر الأمريكي لا يشكل خطرًا خاصًا على المعدات العسكرية الصينية المغلفة بطبقة واقية خاصة. الأسئلة الوحيدة المتبقية هي ما هي القوة التي يحميها هذا الطلاء من الليزر ، وما هي سماكته وكتلته.
الأكثر أهمية هو الطلاء الذي طوره باحثون أمريكيون من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا وجامعة كانساس - وهو تركيبة ضبابية تعتمد على مزيج من الأنابيب النانوية الكربونية والسيراميك الخاص الذي يمكنه امتصاص ضوء الليزر بشكل فعال. تمتص الأنابيب النانوية للمادة الجديدة الضوء بشكل موحد وتنقل الحرارة إلى المناطق المجاورة ، مما يقلل درجة الحرارة عند نقطة التلامس مع شعاع الليزر. توفر مركبات السيراميك عالية الحرارة طبقة واقية ذات قوة ميكانيكية عالية ومقاومة للتلف من درجات الحرارة العالية.
أثناء الاختبار ، تم وضع طبقة رقيقة من المادة على سطح النحاس ، وبعد التجفيف ، تم تركيز شعاع من ليزر الأشعة تحت الحمراء طويل الموجة ، وهو ليزر يستخدم لقطع المعادن والمواد الصلبة الأخرى ، على سطح مواد.
أظهر تحليل البيانات التي تم جمعها أن الطلاء نجح في امتصاص 97.5 في المائة من طاقة شعاع الليزر وصمد أمام مستوى طاقة قدره 15 كيلو واط لكل سنتيمتر مربع من السطح دون تدمير.
مع هذا الطلاء ، فإن السؤال الذي يطرح نفسه: في الاختبارات ، تم تطبيق طلاء واقي على سطح نحاسي ، والذي يعد في حد ذاته أحد أصعب المواد للمعالجة بالليزر ، نظرًا لتوصيله الحراري العالي ، ليس من الواضح كيف مثل هذا الحماية الطلاء سوف يتصرف مع مواد أخرى. هناك أيضًا أسئلة حول مقاومة درجات الحرارة القصوى ، ومقاومة الاهتزازات وأحمال الصدمات ، والتعرض للظروف الجوية والأشعة فوق البنفسجية (الشمس). لم يتم الإشارة إلى الوقت الذي تم خلاله إجراء التشعيع.
نقطة أخرى مثيرة للاهتمام: إذا كانت محركات الطائرات مغطاة أيضًا بمادة ذات موصلية حرارية عالية ، فسيتم تسخين الجسم بالكامل منها بالتساوي ، مما سيؤدي إلى كشف قناع الطائرة قدر الإمكان في الطيف الحراري.
على أي حال ، فإن خصائص حماية الهباء الجوي المذكورة أعلاه ستكون متناسبة بشكل مباشر مع حجم الجسم المحمي. كلما زاد حجم الجسم المحمي ومنطقة التغطية ، يمكن تبديد المزيد من الطاقة على المنطقة وإعطائها في شكل إشعاع حراري وتبريد من خلال تدفق الهواء القادم. كلما كان الكائن المحمي أصغر ، يجب أن تكون الحماية أكثر سمكًا ، لأن لن تسمح مساحة صغيرة بإزالة ما يكفي من الحرارة وسوف ترتفع درجة حرارة العناصر الهيكلية الداخلية.
يمكن أن يؤدي استخدام الحماية من إشعاع الليزر ، سواء كان عازلًا أو عازلًا بناء ، إلى عكس الاتجاه نحو تقليل حجم الذخائر الموجهة ، وتقليل فعالية كل من الذخائر الموجهة وغير الموجهة بشكل كبير.
يجب أن تكون جميع أسطح المحمل وأدوات التحكم - الأجنحة ، والمثبتات ، والدفات ، مصنوعة من مواد مقاومة للحرارة باهظة الثمن وصعبة المعالجة.
بشكل منفصل ، السؤال الذي يطرح نفسه هو حماية أدوات الكشف عن الرادار. في المركبة الفضائية التجريبية BOR-5 ، تم اختبار الحماية الحرارية الشفافة الراديوية - الألياف الزجاجية مع حشو السيليكا ، لكنني لم أتمكن من العثور على خصائص الحماية الحرارية والوزن والحجم.
لا يزال من غير الواضح ما إذا كان نتيجة التشعيع بإشعاع ليزر قوي لرادوم معدات رادار الاستطلاع ، وإن كان مع الحماية من الإشعاع الحراري ، يمكن أن يحدث تكوين بلازما عالي الحرارة يمنع مرور موجات الراديو ، ونتيجة لذلك قد يضيع الهدف.
لحماية السكن ، سيتم استخدام مزيج من عدة طبقات واقية - مقاومة للحرارة - منخفضة الحرارة - موصل من الداخل وعاكس - مقاوم للحرارة - عالي التوصيل للحرارة من الخارج. من الممكن أيضًا أنه بالإضافة إلى الحماية من إشعاع الليزر ، سيتم تطبيق مواد خفية لن تكون قادرة على تحمل إشعاع الليزر ، وسيتعين عليها التعافي من الأضرار الناجمة عن أسلحة الليزر إذا نجت الطائرة نفسها.
يمكن الافتراض أن تحسين أسلحة الليزر وتوزيعها على نطاق واسع سيتطلب توفير الحماية المضادة لليزر لجميع الذخيرة المتاحة ، سواء الموجهة وغير الموجهة ، وكذلك المركبات الجوية المأهولة وغير المأهولة.
سيؤدي إدخال الحماية المضادة لليزر حتماً إلى زيادة في خصائص التكلفة والوزن والحجم للذخائر الموجهة وغير الموجهة ، وكذلك المركبات الجوية المأهولة وغير المأهولة.
في الختام ، يمكننا أن نذكر إحدى الطرق التي يتم تطويرها لمواجهة هجوم الليزر بشكل فعال. تقوم شركة Adsys Controls ، ومقرها كاليفورنيا ، بتطوير نظام دفاع هيليوس من المفترض أن يسقط توجيه الليزر للعدو.
عند توجيه الليزر القتالي للعدو إلى الجهاز المحمي ، تحدد هيليوس معلماته: الطاقة والطول الموجي وتردد النبض والاتجاه والمدى إلى المصدر. تمنع هيليوس كذلك شعاع الليزر للعدو من التركيز على الهدف ، على الأرجح من خلال توجيه شعاع ليزر قادم منخفض الطاقة يربك نظام الاستهداف للعدو. لا تزال الخصائص التفصيلية لنظام هيليوس ومرحلة تطوره وأدائه العملي غير معروفة.
نحتاج الآن إلى فهم ما إذا كان من الممكن حماية أنفسنا منه ، وكيف. غالبًا ما توجد بيانات تفيد بأنه يكفي تغطية الصاروخ بطلاء مرآة أو تلميع المقذوف ، لكن لسوء الحظ ، كل شيء ليس بهذه البساطة.
تعكس المرآة النموذجية المطلية بالألمنيوم حوالي 95٪ من الإشعاع الساقط ، وتعتمد كفاءتها بشكل كبير على الطول الموجي.
معامل الانعكاس الطيفي للمرايا بطلاءات معدنية مختلفة
من بين جميع المواد الموضحة في الرسم البياني ، يحتوي الألمنيوم على أعلى انعكاس ، وهو ليس بأي حال من الأحوال مادة مقاومة للحرارة. إذا تم تسخين المرآة بشكل ضئيل عند تعرضها للإشعاع بإشعاع منخفض الطاقة ، فعند حدوث إشعاع قوي ، ستصبح مادة طلاء المرآة غير صالحة للاستعمال بسرعة ، مما سيؤدي إلى تدهور خصائصها الانعكاسية والمزيد من التسخين الشبيه بالانهيار الجليدي. دمار.
عند طول موجة أقل من 200 نانومتر ، تنخفض كفاءة المرايا بشكل حاد ؛ ضد الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية (ليزر الإلكترون الحر) ، لن تعمل هذه الحماية على الإطلاق.
طلاء المرآة تضرر من إشعاع ليزر ثاني أكسيد الكربون
توجد مواد اصطناعية تجريبية ذات انعكاس بنسبة 100٪ ، لكنها تعمل فقط بطول موجي معين. يمكن أيضًا طلاء المرايا بطبقات خاصة متعددة الطبقات تزيد من انعكاسها بنسبة تصل إلى 99.999٪. لكن هذه الطريقة تعمل أيضًا مع طول موجي واحد ، وتسقط بزاوية معينة.
لا تنس أن ظروف تشغيل الأسلحة بعيدة كل البعد عن الظروف المعملية ، أي يجب تخزين صاروخ أو مقذوف مرآة في حاوية مملوءة بغاز خامل. أدنى عتامة أو بقعة ، على سبيل المثال ، من بصمات اليد ، ستضعف انعكاس المرآة على الفور.
سيؤدي ترك الحاوية على الفور إلى تعريض سطح المرآة للبيئة - الغلاف الجوي والتأثيرات الحرارية. إذا لم يكن سطح المرآة مغطى بفيلم واقي ، فسيؤدي ذلك على الفور إلى تدهور خصائصه الانعكاسية ، وإذا كان مغطى بطبقة واقية ، فسوف يؤدي بدوره إلى تفاقم الخصائص الانعكاسية للسطح.
أطياف الانعكاس المقارن لأفلام الألمنيوم المقوى والألمنيوم القياسي والألمنيوم بدون حماية
تلخيصًا لما سبق ، نلاحظ: حماية المرآة ليست مناسبة تمامًا للحماية من أسلحة الليزر. ثم ما يناسب؟
إلى حد ما ، ستساعد طريقة "تلطيخ" الطاقة الحرارية لشعاع الليزر على الجسم من خلال ضمان حركة دوران الطائرة (LA) حول محورها الطولي. لكن هذه الطريقة مناسبة فقط للذخيرة وإلى حد محدود للمركبات الجوية غير المأهولة (UAVs) ، وبدرجة أقل ستكون فعالة عند إدخال الليزر في مقدمة الهيكل.
في بعض أنواع الأجسام المحمية ، على سبيل المثال ، على القنابل الانزلاقية أو صواريخ كروز (CR) أو الصواريخ الموجهة المضادة للدبابات (ATGMs) التي تهاجم الهدف عند الطيران من أعلى ، ستفشل هذه الطريقة أيضًا. غير الدورية ، في معظمها ، ألغام هاون. من الصعب جمع البيانات عن جميع الطائرات غير الدوارة ، لكنني متأكد من وجود الكثير منها.
قنابل الانزلاق SDB-39 و JSOW
صواريخ كروز JASSM و 3M-14
TOW2B ATGM تهاجم هدفًا بينما تحلق فوقه
على أي حال ، فإن دوران الطائرة سيقلل بشكل طفيف فقط من تأثير أشعة الليزر على الهدف ، منذ ذلك الحين. سيتم نقل الحرارة المنقولة بواسطة أشعة الليزر القوية إلى الجسم إلى الهياكل الداخلية وإلى جميع مكونات الطائرة.
كما أن استخدام الأبخرة والهباء الجوي كإجراءات مضادة ضد أسلحة الليزر محدود أيضًا. كما ذكرنا سابقًا في المقالات في هذه السلسلة ، لا يمكن استخدام الليزر ضد المركبات أو السفن المدرعة الأرضية إلا عند استخدامها ضد معدات المراقبة ، والتي سنعود إلى حمايتها. حرق هيكل BMP /خزان أو سفينة سطحية بها شعاع ليزر في المستقبل المنظور غير واقعي.
بالطبع ، من المستحيل تطبيق الحماية من الدخان أو الهباء الجوي ضد الطائرات. نظرًا للسرعة العالية للطائرة ، فإن الدخان أو الهباء الجوي سوف يتراجع دائمًا عن طريق ضغط الهواء القادم ؛ في طائرات الهليكوبتر ، سيتم تفجيرها بواسطة تدفق الهواء من المروحة.
وبالتالي ، قد تكون الحماية ضد أسلحة الليزر على شكل رش الأبخرة والهباء الجوي مطلوبة فقط على المركبات المدرعة الخفيفة. من ناحية أخرى ، غالبًا ما تكون الدبابات والمركبات المدرعة الأخرى مجهزة بالفعل بأنظمة شاشة دخان قياسية لتعطيل التقاط أنظمة أسلحة العدو ، وفي هذه الحالة ، عند تطوير حشوات مناسبة ، يمكن استخدامها أيضًا لمواجهة أسلحة الليزر.
عناصر مجمع الحماية النشطة (KAZ) "Afganit" ، المصممة لتركيب الستائر الواقية ، دبابة T-14 واعدة تعتمد على منصة "Armata"
بالعودة إلى حماية معدات الاستطلاع بالتصوير البصري والحراري ، يمكن افتراض أن تركيب المرشحات الضوئية التي تمنع مرور إشعاع الليزر بطول موجي معين مناسب فقط في المرحلة الأولية للحماية من أسلحة الليزر منخفضة الطاقة ، من أجل الأسباب التالية:
- مجموعة كبيرة من أجهزة الليزر من جهات تصنيع مختلفة تعمل بأطوال موجية مختلفة ستكون في الخدمة ؛
- مرشح مصمم لامتصاص أو عكس طول موجي معين ، عند تعرضه لإشعاع قوي ، من المحتمل أن يفشل ، مما يؤدي إما إلى دخول إشعاع الليزر إلى العناصر الحساسة أو فشل البصريات نفسها (غشاوة ، تشويه الصورة) ؛
- يمكن لبعض أنواع الليزر ، على وجه الخصوص ، ليزر الإلكترون الحر ، تغيير الطول الموجي التشغيلي على نطاق واسع.
يمكن تنفيذ حماية معدات الاستطلاع بالتصوير البصري والحراري للمعدات الأرضية والسفن و طيران التكنولوجيا وذلك بتركيب شاشات واقية بسرعة عالية. في حالة الكشف عن أشعة الليزر ، يجب أن تغلق الشاشة الواقية العدسات في جزء من الثانية ، ولكن حتى هذا لا يضمن عدم وجود تلف للعناصر الحساسة. من الممكن أن يتطلب الاستخدام الواسع النطاق لأسلحة الليزر بمرور الوقت على الأقل ازدواجية معدات الاستطلاع العاملة في النطاق البصري.
إذا كان تركيب الشاشات الواقية والوسائل الاحتياطية لاستطلاع التصوير البصري والحراري ممكنًا تمامًا على الناقلات الكبيرة ، فسيكون من الصعب جدًا القيام بذلك على الأسلحة عالية الدقة ، وخاصة الأسلحة المدمجة. أولاً ، يتم تشديد متطلبات الوزن والحجم للحماية بشكل كبير ، وثانيًا ، يمكن أن يؤدي التعرض لإشعاع الليزر عالي الطاقة ، حتى مع وجود مصراع مغلق ، إلى ارتفاع درجة حرارة مكونات النظام البصري بسبب التخطيط الكثيف ، مما يؤدي إلى جزئية أو التعطيل الكامل لعملها.
تعد Javelin ATGM الأمريكية و Verba MANPADS الروسية والصاروخ قصير المدى RVV-MD أكثر الأهداف عرضة لأسلحة الليزر.
ما هي طرق الحماية الفعالة للمعدات والأسلحة من أسلحة الليزر؟ هناك طريقتان رئيسيتان - الحماية الجر والحماية العازلة للحرارة البناءة.
تستند الحماية الاستئصالية (من الكلمة اللاتينية ablatio - إزالة وإزالة الكتلة) على إزالة مادة من سطح الجسم المحمي بواسطة تدفق غاز ساخن و / أو على إعادة هيكلة الطبقة الحدودية ، مما يقلل بشكل كبير من الحرارة نقل إلى السطح المحمي. بمعنى آخر ، يتم إنفاق الطاقة الواردة على تسخين المادة الواقية ، وذوبانها ، وتبخيرها.
في الوقت الحالي ، يتم استخدام الحماية الجر بنشاط في وحدات الهبوط للمركبة الفضائية (SC) وفي فوهات المحركات النفاثة. تفحم البلاستيك على أساس الفينول ، والسيليكون العضوي والراتنجات الاصطناعية الأخرى التي تحتوي على الكربون (بما في ذلك الجرافيت) ، وثاني أكسيد السيليكون (السيليكا ، والكوارتز) ، والنايلون كمواد مالئة حظيت بأكبر قدر من الاستخدام.
مخطط الحماية الاستئصالية
يمكن التخلص من الحماية الجرثومية ، وهي ثقيلة وضخمة ، لذلك لا معنى لاستخدامها على الطائرات التي يعاد استخدامها (اقرأ ليس كل الطائرات المأهولة ، ومعظم الطائرات بدون طيار). يتم استخدامه فقط في المقذوفات الموجهة وغير الموجهة. وهنا السؤال الرئيسي هو ما مدى ثخانة الحماية التي يجب أن تكون على ليزر بقوة ، على سبيل المثال ، 100 كيلو واط ، 300 كيلو واط ، إلخ.
في مركبة الفضاء أبولو ، يتراوح سمك الحماية من 8 إلى 44 ملم لدرجات حرارة من عدة مئات إلى عدة آلاف من الدرجات. في مكان ما في هذا النطاق ، تكمن أيضًا السماكة المطلوبة للحماية الجرّية ضد الليزر القتالي. من السهل أن نتخيل كيف سيؤثر ذلك على خصائص الوزن والحجم ، وبالتالي على المدى والقدرة على المناورة وكتلة الرأس الحربي (الرأس الحربي) ومعايير الذخيرة الأخرى. يجب أن تتحمل الحماية الحرارية الإضافية أيضًا الأحمال الزائدة أثناء الإطلاق والمناورة ، وأن تتوافق مع معايير شروط وأحكام تخزين الذخيرة.
الحماية الاستئصالية للمركبة الفضائية "بوران" في القسم
الذخائر غير الموجهة موضع تساؤل ، لأن التدمير غير المتكافئ للحماية الجرثومية من إشعاع الليزر يمكن أن يغير المقذوفات الخارجية ، ونتيجة لذلك تنحرف الذخيرة عن الهدف. إذا تم بالفعل استخدام الحماية الجر في مكان ما ، على سبيل المثال ، في الذخيرة التي تفوق سرعة الصوت ، فسيتعين زيادة سمكها.
طريقة أخرى للحماية هي الطلاء البناء أو بناء الجسم مع عدة طبقات واقية من المواد المقاومة للحرارة والتي تقاوم التأثيرات الخارجية.
إذا رسمنا تشابهًا مع مركبة فضائية ، فيمكننا عندئذٍ النظر في الحماية الحرارية لمركبة بوران الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام. في المناطق التي تكون فيها درجة حرارة السطح 371-1260 درجة مئوية ، تم وضع طلاء يتكون من ألياف كوارتز غير متبلورة بنقاوة 99,7٪ ، يضاف إليها مادة رابطة - ثاني أكسيد السيليكون الغروي. الغطاء مصنوع على شكل بلاطات بمقاسين قياسيين من 5 إلى 64 مم.
يتم تطبيق زجاج البوروسيليكات المحتوي على صبغة خاصة (طلاء أبيض يعتمد على أكسيد السيليكون وألومينا لامع) على السطح الخارجي للبلاط لتحقيق امتصاص منخفض للطاقة الشمسية وانبعاثية عالية. تم استخدام الحماية الاستئصالية على مخروط الأنف وأطراف الجناح للجهاز ، حيث تتجاوز درجات الحرارة 1260 درجة.
يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه أثناء التشغيل طويل المدى ، قد يتم انتهاك حماية البلاط من الرطوبة ، مما يؤدي إلى فقدان الحماية الحرارية لخصائصه ، لذلك لا يمكن استخدامه بشكل مباشر كحماية ضد الليزر على الطائرات القابلة لإعادة الاستخدام .
سفينة الفضاء "بوران". البلاط الأبيض والأسود - الحماية الحرارية القابلة لإعادة الاستخدام ، العناصر السوداء للقوس وحواف الجناح - الحماية الحرارية الجر
سمك الحماية الحرارية للمركبة الفضائية "بوران" حسب درجة الحرارة
في الوقت الحالي ، يتم تطوير حماية حرارية واعدة مع الحد الأدنى من التآكل السطحي ، مما يوفر حماية للطائرات من درجات حرارة تصل إلى 3000 درجة.
طورت مجموعة من العلماء من معهد رويس بجامعة مانشستر (المملكة المتحدة) وجامعة سنترال ساوث (الصين) مادة جديدة ذات خصائص محسنة يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 3000 درجة مئوية دون تغييرات هيكلية. هذا طلاء سيراميك Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 ، يتم تركيبه على مصفوفة مركبة من الكربون والكربون. أداء الطلاء الجديد أفضل بكثير من أداء أفضل أنواع السيراميك ذات درجة الحرارة العالية.
يعمل التركيب الكيميائي للسيراميك المقاوم للحرارة بحد ذاته كآلية وقائية. عند درجة حرارة 2000 درجة مئوية ، تتأكسد مواد Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 و SiC وتحويلها إلى Zr0.80T0.20O2 و B2O3 و SiO2 على التوالي. يذوب Zr0.80Ti0.20O2 جزئيًا ويشكل طبقة كثيفة نسبيًا ، بينما تتبخر أكاسيد الانصهار المنخفضة SiO2 و B2O3. عند درجة حرارة أعلى من 2500 درجة مئوية ، تندمج بلورات Zr0.80Ti0.20O2 في تشكيلات أكبر. عند درجة حرارة 3000 درجة مئوية ، يتم تكوين طبقة خارجية كثيفة تمامًا تقريبًا ، والتي تتكون أساسًا من Zr0.80Ti0.20O2 ، تيتانات الزركونيوم ، و SiO2.
السطح الرمادي الداكن للمادة قبل الاختبار ، وكذلك السطح بعد دقيقتين من الاختبار عند 2000 درجة مئوية و 2500 درجة مئوية. في وسط العينة الصحيحة توجد المنطقة التي وصلت فيها درجة حرارة اللهب إلى 3000 درجة مئوية
يقوم العالم أيضًا بتطوير طلاءات خاصة مصممة للحماية من إشعاع الليزر.
في عام 2014 ، صرح ممثل عن جيش التحرير الشعبي الصيني أن الليزر الأمريكي لا يشكل خطرًا خاصًا على المعدات العسكرية الصينية المغلفة بطبقة واقية خاصة. الأسئلة الوحيدة المتبقية هي ما هي القوة التي يحميها هذا الطلاء من الليزر ، وما هي سماكته وكتلته.
الأكثر أهمية هو الطلاء الذي طوره باحثون أمريكيون من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا وجامعة كانساس - وهو تركيبة ضبابية تعتمد على مزيج من الأنابيب النانوية الكربونية والسيراميك الخاص الذي يمكنه امتصاص ضوء الليزر بشكل فعال. تمتص الأنابيب النانوية للمادة الجديدة الضوء بشكل موحد وتنقل الحرارة إلى المناطق المجاورة ، مما يقلل درجة الحرارة عند نقطة التلامس مع شعاع الليزر. توفر مركبات السيراميك عالية الحرارة طبقة واقية ذات قوة ميكانيكية عالية ومقاومة للتلف من درجات الحرارة العالية.
أثناء الاختبار ، تم وضع طبقة رقيقة من المادة على سطح النحاس ، وبعد التجفيف ، تم تركيز شعاع من ليزر الأشعة تحت الحمراء طويل الموجة ، وهو ليزر يستخدم لقطع المعادن والمواد الصلبة الأخرى ، على سطح مواد.
أظهر تحليل البيانات التي تم جمعها أن الطلاء نجح في امتصاص 97.5 في المائة من طاقة شعاع الليزر وصمد أمام مستوى طاقة قدره 15 كيلو واط لكل سنتيمتر مربع من السطح دون تدمير.
مع هذا الطلاء ، فإن السؤال الذي يطرح نفسه: في الاختبارات ، تم تطبيق طلاء واقي على سطح نحاسي ، والذي يعد في حد ذاته أحد أصعب المواد للمعالجة بالليزر ، نظرًا لتوصيله الحراري العالي ، ليس من الواضح كيف مثل هذا الحماية الطلاء سوف يتصرف مع مواد أخرى. هناك أيضًا أسئلة حول مقاومة درجات الحرارة القصوى ، ومقاومة الاهتزازات وأحمال الصدمات ، والتعرض للظروف الجوية والأشعة فوق البنفسجية (الشمس). لم يتم الإشارة إلى الوقت الذي تم خلاله إجراء التشعيع.
نقطة أخرى مثيرة للاهتمام: إذا كانت محركات الطائرات مغطاة أيضًا بمادة ذات موصلية حرارية عالية ، فسيتم تسخين الجسم بالكامل منها بالتساوي ، مما سيؤدي إلى كشف قناع الطائرة قدر الإمكان في الطيف الحراري.
تعد سرعة قطع النحاس هي الأصغر من بين جميع المعادن الموجودة في الجدول نظرًا لتوصيلها الحراري العالي ، فمن الممكن أن مطوري المواد الواقية لم يفضلوا عرضًا هذه المادة كركيزة في الاختبارات ، محاولين المبالغة في تقدير خصائصهم تطوير
على أي حال ، فإن خصائص حماية الهباء الجوي المذكورة أعلاه ستكون متناسبة بشكل مباشر مع حجم الجسم المحمي. كلما زاد حجم الجسم المحمي ومنطقة التغطية ، يمكن تبديد المزيد من الطاقة على المنطقة وإعطائها في شكل إشعاع حراري وتبريد من خلال تدفق الهواء القادم. كلما كان الكائن المحمي أصغر ، يجب أن تكون الحماية أكثر سمكًا ، لأن لن تسمح مساحة صغيرة بإزالة ما يكفي من الحرارة وسوف ترتفع درجة حرارة العناصر الهيكلية الداخلية.
يمكن أن يؤدي استخدام الحماية من إشعاع الليزر ، سواء كان عازلًا أو عازلًا بناء ، إلى عكس الاتجاه نحو تقليل حجم الذخائر الموجهة ، وتقليل فعالية كل من الذخائر الموجهة وغير الموجهة بشكل كبير.
يجب أن تكون جميع أسطح المحمل وأدوات التحكم - الأجنحة ، والمثبتات ، والدفات ، مصنوعة من مواد مقاومة للحرارة باهظة الثمن وصعبة المعالجة.
بشكل منفصل ، السؤال الذي يطرح نفسه هو حماية أدوات الكشف عن الرادار. في المركبة الفضائية التجريبية BOR-5 ، تم اختبار الحماية الحرارية الشفافة الراديوية - الألياف الزجاجية مع حشو السيليكا ، لكنني لم أتمكن من العثور على خصائص الحماية الحرارية والوزن والحجم.
لا يزال من غير الواضح ما إذا كان نتيجة التشعيع بإشعاع ليزر قوي لرادوم معدات رادار الاستطلاع ، وإن كان مع الحماية من الإشعاع الحراري ، يمكن أن يحدث تكوين بلازما عالي الحرارة يمنع مرور موجات الراديو ، ونتيجة لذلك قد يضيع الهدف.
لحماية السكن ، سيتم استخدام مزيج من عدة طبقات واقية - مقاومة للحرارة - منخفضة الحرارة - موصل من الداخل وعاكس - مقاوم للحرارة - عالي التوصيل للحرارة من الخارج. من الممكن أيضًا أنه بالإضافة إلى الحماية من إشعاع الليزر ، سيتم تطبيق مواد خفية لن تكون قادرة على تحمل إشعاع الليزر ، وسيتعين عليها التعافي من الأضرار الناجمة عن أسلحة الليزر إذا نجت الطائرة نفسها.
يمكن الافتراض أن تحسين أسلحة الليزر وتوزيعها على نطاق واسع سيتطلب توفير الحماية المضادة لليزر لجميع الذخيرة المتاحة ، سواء الموجهة وغير الموجهة ، وكذلك المركبات الجوية المأهولة وغير المأهولة.
سيؤدي إدخال الحماية المضادة لليزر حتماً إلى زيادة في خصائص التكلفة والوزن والحجم للذخائر الموجهة وغير الموجهة ، وكذلك المركبات الجوية المأهولة وغير المأهولة.
في الختام ، يمكننا أن نذكر إحدى الطرق التي يتم تطويرها لمواجهة هجوم الليزر بشكل فعال. تقوم شركة Adsys Controls ، ومقرها كاليفورنيا ، بتطوير نظام دفاع هيليوس من المفترض أن يسقط توجيه الليزر للعدو.
عند توجيه الليزر القتالي للعدو إلى الجهاز المحمي ، تحدد هيليوس معلماته: الطاقة والطول الموجي وتردد النبض والاتجاه والمدى إلى المصدر. تمنع هيليوس كذلك شعاع الليزر للعدو من التركيز على الهدف ، على الأرجح من خلال توجيه شعاع ليزر قادم منخفض الطاقة يربك نظام الاستهداف للعدو. لا تزال الخصائص التفصيلية لنظام هيليوس ومرحلة تطوره وأدائه العملي غير معروفة.
معلومات