טכנולוגיית נשק הלייזר הטקטי הגיעה למוכנות לקראת הפעלה

מאת: John Keller, M&A

דו”ח מיוחד, 27 במאי 2011. דור חדש של כלי נשק לייזרים עתיד להופיע כאשר הוא קטן דיו ובעל הספק מספיק כדי להתאים למטוסי קרב, כלי טייס לא מאוישים, רכב קרב משוריין וספינות צבאיות קטנות, במטרה לבצע משימות כגון הגנה בפני טילי שיוט וריכוזים של ספינות קטנות, ולספק הגנה אווירית עבור מטוסי קרב ותובלה, נגד תקיפות קרקעיות והגנה בפני פגזי תותחים, רקטות ומרגמות.
הנתונים החשובים ביותר של הדורות הבאים הללו של כלי נשק לייזרי הם ממדים, משקל והספק. עליהם להיות קטנים ויעילים דיים כדי להתאים לכלי-רכב קטנים, בשעה שאת אבי-הטיפוס המתקדמים ביותר כיום של נשק לייזרי – דוגמת מערכת ה- Airborne Laser  של ארה”ב יש להתקין על פלטפורמות בגודל של מטוס סילון Boeing 747 אשר עבר שינויים.
הטכנולוגיות הישימות בלב מערכות מתקדמות אלה כרוכות בלייזרים כימיים מתקדמים, כמו גם פיתוחים חדשים בלייזרים במצב מוצק ולייזרים בעלי סיבים אופטיים. טכנולוגיות נוספות  חדשות יותר עשויות להופיע לפני שכל אבי-הטיפוס של כלי נשק אלה יהיו מוכנים לפריסה נרחבת, אולם לפי המצב כיום, טכנולוגיית לייזר במצב מוצק וסיבים אופטיים הן ההימור הטוב ביותר עבור הדורות הבאים של כלי-נשק לייזריים טקטיים.
הסיבות לאופטימיות הנוכחית לגבי טכנולוגיית לייזר במצב מוצק ושל סיבים אופטיים נובעות מהתוצאות של שלושה פרויקטי מחקר מובילים. שני פרויקטי המחקר הראשונים – תכנית ה-Joint High Power Solid State Laser  וה- High Energy Liquid Laser Area Defense System (HELLADS) כמעט הושלמו. התכנית הנוספת –Robust Electric Laser Initiative (RELI) היא פרויקט המשך המכוון לנצל מעשית את הטכנולוגיות שפותחו ב-JHPSSL וב-HELLADS.
הפרויקטים JHPSSL ו-HELLADS פיתחו טכנולוגיות מרשימות אשר קיימו את הבטחתן לסייע ביכולות הזיווד, הקירור ובקרת האש אותן קבעו המומחים כי יתאימו לכלי הנשק הלייזריים העתידיים. תכנית RELI שואפת לשיפורים דרסטיים ביעילויות הלייזר, כמו גם לזיווד קטן דיו עבור מטוסים וכלי-רכב טקטיים – ועתידה להיות הפרויקט אשר יניח את היסודות לפריצות הטכנולוגיות שעשויות להוביל לכלי-נשק לייזריים נפרסים.
תכנית ה-JHPSSL שאפה לבנות אב-טיפוס מעבדתי של לייזר בעל 100 קילו-ואט, בשעה ש-HELLADS התרכזה בפיתוח טכנולוגיית לייזר של 150 קילו-ואט. הפיקוח על תכנית
ה-JHPSSL נעשה על-ידי ה-High Energy Laser Joint Technology Office  מ- Albuquerque, N. M, ביחד עם צבא ארה”ב. HELLADS ממומנת על-ידי ה- U.S. Defense Advanced Research Project Agency מ-Arlington, Va..
אולם, יש להתגבר עדיין על מכשולים רבים בטרם הנשק הלייזרי הטקטי יהפוך למציאות. הגורמים הצבאיים, לדוגמה, צריכים קודם כל להפגין עניין מספיק בנשק הלייזרי כדי לנסח דרישות מפורטות, ולמצוא את המימון הדרוש כדי להביאן לידי מימוש. יתר על כן, מתכנני הלייזר לאנרגיות גבוהות חייבים להתמקד בטכנולוגיות הלייזר בעלות הפוטנציאל הטוב ביותר עבור כלי-הנשק ולעקוב אחר פרויקטי מחקר, במקום לחפש כל הזמן את הדבר הטוב ביותר הבא.

תכנית ה-JHPSSL
על אף שתכנית ה-JHPSSL עצמה הסתיימה, הטכנולוגיה שהתכנית יצרה הולידה מאמצי מחקר חדשים העשויים לסלול את הדרך לכלי-נשק לייזריים טקטיים. החברות בארה”ב המעורבות בשלב האחרון של ה-JHPSSL היו חטיבת ה-Northrop Grumman Corp. Aerospace Systems מ- Redondo Beach, Calif. ו-Textron Defense Systems מ-Wilmington, Mass.
תרומת הטכנולוגיה של Textron בתכנית JHPSSL מכונה THINZAG, ומתארת חומר לייזרי דק בעל 1 רגל אורך על 2 אינטשים גובה עם מעבר חום טוב אל קצות החומר, כמו גם מבנה זיג-זאגי של חלונות אופטיים דרך החומר, מסביר Rob Gregory, מנהל מערכות הלייזר ב- Textron Defense Systems.
“ארכיטקטורה זאת מאפשרת לנו לכוון את גובה ההספק”, אומר Gregory. “עלינו לכוון שלושה כפתורים. הכפתור הראשון מגדיל את שטח המשטח של תווך חומר. הכפתור השני מסייע לצימוד יחד של הלוחות עם תעלות זעירות עבור נוזל הקירור, כמו כריך. על-ידי הוספת יותר לוחות לכריך, אנחנו יכולים להעלות את ההספק. בעזרת הכפתור השלישי ניתן לשאוב חזק יותר בעזרת תווך השאיבה של מערך הדיודות על-ידי שאיבה חזקה עם יותר דיודות”.
גישה זו, בעלת שלושה צירי שינוי ממדים, מאפשרת הוצאת חום יעילה יותר מאשר אופייני ללייזרים במצב מוצק בעלי לוחות, ומאפשרת לחוקרי הלייזר ב-Textron לשנות קנה-מידה עד להספק גבוה ביותר תוך שמירה על איכות אופטית טובה, אומר Gregory. “האתגר בלייזרים של מצב מוצק הוא הוצאת החום”, הוא אומר. “כל דבר שלא יוצא מהלייזר הוא חום שיש לההרחיקו”.
בארכיטקטורת THINZAG של Textron, המהנדסים משתמשים בלייזרי-סיבים כדי לקבוע את אלומת הלייזר ההתחלתית, ולאחר מכן עוברים לחומר של THINZAG כדי להעלות את הספק הסיבים על-ידי הגברה הדרגתית של הלייזר, הוא אומר. Textron החלה לשתף פעולה בשלב השלישי של ה-JHPSSL לפני כשבע שנים, והגיעה להספק מוצא של הלייזר של 100 קילו-ואט בינואר 2010.
תכנית ה-JHPSSL הכתיבה פרמטרים מחמירים אחדים ליצרנים שלה אשר עשויים להגדיר ולהוביל לפיתוח של נשק לייזרי לשימוש צבאי, מסביר Dan Wildt, סגן נשיא של מערכות אנרגיה מכוונת ב-Aerospace Northrop Grumman.
“היה עלינו להציג לייזר שניתן להפעיל ולכבות תוך פחות משנייה ואנחנו הגענו לשש עשיריות השנייה”, אומר Wildt. “הגענו ליעילות של 19 אחוזים. איכות האלומה הייתה חייבת להיות טובה, שפירושה היכולת למקד את האלומה על המטרה בטווחים ארוכים. היה עלינו להוכיח חיים ארוכים, והלייזר שלנו תוכנן לפעול כל עוד אתה מזין הספק וקירור למערכת. אנחנו הוכחנו 10 דקות, שהוא זמן מאוד, מאוד ארוך לגבי לייזר. מקובל לחשוב שפגיעה של לייזר תתרחש תוך שניות אחדות”.
במהלך מחזור הפיתוח של הלייזר JHPSSL של Northrop Grumman, מומחי החברה רשמו סה”כ של מעל שש שעות פעולה ב-100 קילוואט. הגישה של ה-JHPSSL של Northrop Grumman משתמשת גם בלוחות אופטיים, אותם Wildt מתאר כ”בערך הגודל של לוחית מיקרוסקופית. בתוך חומר זה אנחנו הפקנו את קרן הלייזר”.
ככלל, תכנית ה-JHPSSL בעלת שלושת השלבים שלה הציגה לייזר מצב-מצוק של 100 קילו-ואט מעשי בעל משמעות צבאית עם: “איכות קרן סבירה ויעילות טובה”, אומר Mark Neice, מנהל המשרד של טכנולוגיה משולבת של אנרגיית לייזר גבוהה. “איכות אלומה סבירה נחשבת להיות 1.5 פעמים גבול הדיפרקציה, והייתה לנו מטרה של פעמיים גבול הדיפרקציה”, הוא אומר. “אנחנו לא השגנו מטרה זו, אך אנחנו די קרובים כדי להתקדם הלאה”.
כדי לסכם עבודה אשר הושלמה ב-JHPSSL, מנהלי המשרד לטכנולוגיה משולבת של לייזר באנרגיה גבוהה יוסיפו לממן את עבודת Textron במעבדה כדי לעדן את הטכנולוגיה של החברה, ויעתיקו את טכנולוגיית ה-JHPSSL של Northrop Grumman אל מעבדת בדיקת הלייזר ב-White Sands, N.M. לשם הוכחה בשדה. “Northrop Grumman עוברת מהסביבה של בדיקה מעבדתית לבדיקה בשדה, ואנחנו עשויים להעביר את הלייזר  של Textron לבדיקות בשדה גם כן”, אומר Neice.

תכנית HELLADS
תכנית ה- High Energy Liquid Laser  Area Defense System או HELLADS של DARPA אימצה גישה של לייזר כימי ושאפה להוכיח לייזר של 150 קילו-ואט – או 50 אחוזים הספק יותר גבוה מאשר ה- JHPSSL. הקבלנים שלה הם General Atomics Aeronautical Systems Inc. מ-San Diego ו-Textron Defense Systems – אותה החברה המעורבת ב-JHPSSL.
HELLADS נמצאת בעבודה החל מ-2003, ובשלב זה היא שואפת לבנות ולבדוק בשדה לייזר 150 קילו-ואט השוקל כ-1,650 פאונד בתחילת השנה הבאה. אם היא תעבוד, התוצאה תהיה לא רק יחס הספק-למשקל פי עשרה טוב יותר מאשר מערכות לייזר קיימות, אלא היא גם אמורה להוות את הצעד הבא בהענקת צי של מטוסים נשלטים בלייזר לארה”ב”, אומר Michael Perry, סגן נשיא של היחידה העסקית  של General Atomics Laser and Electro-Optics (LEO).
בפיתוח האב-טיפוס של ה-HELLADS, אחד האתגרים הגדולים ביותר היה איזון בין הספק המוצא והצורך במערכת משאבת לייזר, ספק כוח לייזר והיכולת לקרר את הלייזר על-ידי הרחקת החום המיותר. “שמונים אחוזים מהממד והמשקל מוקדשים למערכת משאבת הלייזר, ספק הכוח והניהול התרמי” מסביר Perry.
General Atomics מכנה את הגישה הטכנולוגית שלה ל-HELLADS לייזר נוזלי בעל הגבר מבוזר. “זהו באופן טבעי שילוב בין לייזר במצב מוצק ולייזר נוזלי. יש לו את התכונות של לייזר במצב מוצק בצירוף הקירור היעיל של לייזר נוזלי. הנוזל הוא חלק אינטגראלי של הלייזר בעצמו, וכך גם חומר הקירור”, מסביר Perry.
“אנחנו מפתחים מערכת הספק קומפקטי, אחסון תרמי קומפקטי וזיווד-עזר נוסף שאנחנו צריכים בשביל המערכת, כמו גם בקרת אלומה קלת-משקל”, הוא אומר. General Atomics השלימה אב-טיפוס של מערכת הספק ומערכת קירור בשנה האחרונה.
גישה אחת לשיפור יעילות הלייזר הייתה כרוכה בהקטנת מספר הדיודות במערכת משאבת הלייזר כדי לצמצם את הממדים הכלליים של הלייזר. “אנחנו השלמנו אב-טיפוס של מערכת מעשית, והתכנית צועדת לקראת השלב הבא”, אומר Perry, שהוא לבנות את מערכת הלייזר של 150 קילו-ואט המלאה. לאחר זאת, DARPA תיזום חוזה לשילוב הלייזר של General Atomics אל תוך אב-טיפוס של מערכת נשק לייזר, אומר Richard Bagnell, מנהל תכנית HELLADS ב-DARPA.

מבט אל העתיד
אם כן, פיתוח נשק הלייזר הטקטי נמצא כעת בתוך מגוון קבוע של טכנולוגיות המשתפרות במסלולים מקבילים, אך עדיין ללא חלוץ מוביל ברור. השלב הבא, בעל הפוטנציאל לנפות אחדות מטכנולוגיות מערכות הנשק לייזר המתחרות, הוא ה-Robust Electric Laser Initiative, הידוע בשם RELI.
“RELI נבנה על ההצלחות של ה-JHPSSL”, מסביר Neice. במקום לקבוע פרמטרי ביצועים אישיים, כפי שנעשה ב-JHPSSL, תכנית  RELI תתמקד במדידה עיקרית אחת בלבד, המכונה “יעילות ההספק בדלי”, המודדת את מספר הפוטונים המועברים בגודל נתון של אלומת לייזר, הוא אומר. במהות, מידות חדשות אלה משלבות בין קני-מידה של הספק המוצא, איכות האלומה והפוטונים.
היבט מעניין של תכנית RELI הוא הספק המטרה של הלייזר – 25 קילו-ואט כנגד 100 קילו-ואט עבור JHPSSL ו-150 קילו-ואט עבור HELLADS. “הסיבה שנסוגנו עד 25 קילו-ואט היא רצוננו לראות שיפור ניכר ביעילות המערכת הכוללת של ארכיטקטורות הלייזר”, מסביר Neice.
“במונחים פשוטים, JHPSSL הציגה 100 קילו-ואט בפחות מ-20 אחוזים יעילות מערכת, כך שדרושים 500 קילו-ואט של הספק כדי להפיק 100 קילו-ואט של פוטונים”, הוא אומר. “המשימה הבאה היא להגדיל את היעילות עד כ-35 אחוזים על-ידי פישוט ניהול הקירור והניהול התרמי. שלב זה גם מפחית את הספק המבוא ואת דרישות אחסון ההספק”.
“את תככנית  ה-RELI התחלנו בקיץ שעבר וכעת היא נמצאת בשלב מזעור הסיכונים”, אומר Neice. “אנחנו מצפים לסקור בתוך 12 החודשים הבאים את התקדמות הקבלנים הפרטניים, ואנחנו נעניק חוזים להקמת התקן דגימה של 25 קילו-ואט, אשר יוצג ב-2014.
בנוסף לקבלני ה-JHPSSL Northrop Grumman Aerospace ו-Textron Defense Systems, תכנית ה-RELI תכלול גם את Raytheon Space Systems מ-El Segundo, Calif; את Boeing Directed Energy Program מ-Albuquerque, N.M. ואת Aculight Laser Solutions, חברה של Lockheed Martin מ-”Bothell, Wash, אומר Neice.
השלב הראשון של תכנית RELI יגיע לשיאו ב-2014, “ואז נוכל להחליט להתקדם לקראת 100 קילו-ואט, לפי הצרכים של השירותים הצבאיים”, אומר Neice. השותפים בתכנית RELI הם הצבא וחיל האוויר של ארה”ב. Neice טוען שצי ארה”ב יחל להיות מעורב בתכנית אי-שם בשנה הבאה.
(הכתבה נלקחה מאתר
http://www.militaryaerospace.com/index.html).