Chống lại ánh sáng: Phòng thủ chống lại vũ khí laser. Phần 5
Trước đây, chúng tôi đã xem xét cách công nghệ laserlaze gì vũ khí có thể được tạo ra để sử dụng cho các lợi ích không quân, lực lượng mặt đất và phòng không, Hải quân.
Bây giờ chúng ta cần hiểu liệu có thể tự bảo vệ mình khỏi nó hay không và làm thế nào. Thường có những tuyên bố rằng chỉ cần tráng gương hoặc đánh bóng tên lửa là đủ, nhưng thật không may, mọi thứ không đơn giản như vậy.
Một gương tráng nhôm điển hình phản xạ khoảng 95% bức xạ tới và hiệu suất của nó phụ thuộc nhiều vào bước sóng.
Trong số tất cả các vật liệu được hiển thị trong biểu đồ, nhôm có độ phản xạ cao nhất, hoàn toàn không phải là vật liệu chịu lửa. Nếu khi bị chiếu bức xạ công suất thấp, gương nóng lên không đáng kể, thì khi có bức xạ mạnh chiếu vào, vật liệu tráng gương sẽ nhanh chóng không sử dụng được, dẫn đến suy giảm tính chất phản chiếu của nó và tiếp tục đốt nóng và phá hủy giống như tuyết lở.
Ở bước sóng nhỏ hơn 200 nm, hiệu suất của các gương giảm mạnh; chống lại bức xạ tia cực tím hoặc tia X (laser điện tử tự do), biện pháp bảo vệ như vậy sẽ hoàn toàn không có tác dụng.
Có những vật liệu nhân tạo thử nghiệm có độ phản xạ 100%, nhưng chúng chỉ hoạt động đối với một bước sóng nhất định. Gương cũng có thể được phủ một lớp sơn nhiều lớp đặc biệt giúp tăng khả năng phản chiếu lên đến 99.999%. Nhưng phương pháp này cũng chỉ hoạt động đối với một bước sóng, và sự cố ở một góc nhất định.
Đừng quên rằng điều kiện hoạt động của vũ khí khác xa với điều kiện trong phòng thí nghiệm, tức là tên lửa gương hoặc đạn sẽ cần được bảo quản trong bình chứa đầy khí trơ. Ví dụ, độ mờ hoặc vết bẩn nhỏ nhất từ các dấu tay, sẽ ngay lập tức làm giảm khả năng phản chiếu của gương.
Rời khỏi thùng chứa sẽ ngay lập tức để mặt gương tiếp xúc với môi trường - khí quyển và các hiệu ứng nhiệt. Nếu bề mặt gương không được phủ một lớp màng bảo vệ thì ngay lập tức điều này sẽ dẫn đến việc giảm tính năng phản chiếu của nó, và nếu nó được phủ một lớp bảo vệ, thì bản thân nó sẽ làm xấu đi tính chất phản chiếu của bề mặt.
Tóm tắt những điều trên, chúng tôi lưu ý rằng: gương bảo vệ không phù hợp lắm để bảo vệ chống lại vũ khí laze. Những gì sau đó phù hợp?
Ở một mức độ nào đó, phương pháp “làm mờ” năng lượng nhiệt của chùm tia laze trên cơ thể sẽ giúp đảm bảo chuyển động quay của máy bay (LA) quanh trục dọc của chính nó. Nhưng phương pháp này chỉ phù hợp với đạn dược và ở mức độ hạn chế đối với máy bay không người lái (UAV), ở mức độ thấp hơn nó sẽ hiệu quả hơn khi chiếu tia laser vào phía trước thân tàu.
Đối với một số loại vật thể được bảo vệ, chẳng hạn như bom lượn, tên lửa hành trình (CR) hoặc tên lửa chống tăng có điều khiển (ATGM) tấn công mục tiêu khi bay từ trên cao, phương pháp này cũng sẽ thất bại. Không quay, phần lớn, là các loại mìn cối. Rất khó để thu thập dữ liệu về tất cả các máy bay không quay, nhưng tôi chắc chắn rằng có rất nhiều trong số chúng.
Trong mọi trường hợp, chuyển động quay của máy bay sẽ chỉ làm giảm một chút ảnh hưởng của bức xạ laser lên mục tiêu, kể từ đó. nhiệt lượng do bức xạ laser mạnh truyền vào cơ thể sẽ được truyền đến các cấu trúc bên trong và xa hơn đến tất cả các bộ phận của máy bay.
Việc sử dụng khói và bình xịt làm biện pháp đối phó với vũ khí laser cũng bị hạn chế. Như đã đề cập trong các bài viết của loạt bài này, việc sử dụng tia laser chống lại các phương tiện bọc thép trên mặt đất hoặc tàu chỉ có thể được sử dụng để chống lại các thiết bị giám sát, việc bảo vệ mà chúng ta sẽ quay lại. Đốt thân tàu BMP /xe tăng hoặc một con tàu mặt nước với chùm tia laze trong tương lai gần là không thực tế.
Tất nhiên, không thể áp dụng biện pháp bảo vệ bằng khói hoặc bình xịt đối với máy bay. Do tốc độ cao của máy bay, khói hoặc bình xịt sẽ luôn bị thổi ngược trở lại bởi áp suất không khí đang tới; trong máy bay trực thăng, chúng sẽ bị thổi bay bởi luồng không khí từ cánh quạt.
Do đó, việc bảo vệ chống lại vũ khí laser dưới dạng khói phun và bình xịt có thể chỉ được yêu cầu trên các phương tiện bọc thép hạng nhẹ. Mặt khác, xe tăng và các loại xe bọc thép khác thường đã được trang bị hệ thống màn khói tiêu chuẩn để ngăn chặn sự truy bắt của các hệ thống vũ khí của đối phương, và trong trường hợp này, khi phát triển các chất độn phù hợp, chúng cũng có thể được sử dụng để chống lại vũ khí laser.
Quay trở lại vấn đề bảo vệ thiết bị trinh sát quang học và ảnh nhiệt, có thể giả định rằng việc lắp đặt các bộ lọc quang học ngăn cản sự truyền bức xạ laser của một bước sóng nhất định chỉ phù hợp ở giai đoạn đầu để bảo vệ chống lại vũ khí laser công suất thấp, vì những lý do sau:
- một loạt các tia laser từ các nhà sản xuất khác nhau hoạt động ở các bước sóng khác nhau sẽ được sử dụng;
- một bộ lọc được thiết kế để hấp thụ hoặc phản xạ một bước sóng nhất định, khi tiếp xúc với bức xạ mạnh, có khả năng bị hỏng, dẫn đến bức xạ laze đi vào các phần tử nhạy cảm hoặc làm hỏng bản thân quang học (che phủ, biến dạng hình ảnh);
- một số laser, đặc biệt là laser electron tự do, có thể thay đổi bước sóng hoạt động trên một phạm vi rộng.
Bảo vệ thiết bị trinh sát quang học và ảnh nhiệt có thể được thực hiện cho thiết bị mặt đất, tàu và hàng không công nghệ, bằng cách cài đặt màn hình bảo vệ với tốc độ cao. Trong trường hợp phát hiện ra bức xạ laser, màn hình bảo vệ sẽ đóng các thấu kính trong tích tắc, nhưng ngay cả điều này cũng không đảm bảo không làm hỏng các phần tử nhạy cảm. Có thể việc sử dụng rộng rãi vũ khí laser theo thời gian sẽ đòi hỏi ít nhất sự trùng lặp của thiết bị trinh sát hoạt động trong phạm vi quang học.
Nếu trên các tàu sân bay lớn, việc lắp đặt các màn chắn bảo vệ và các phương tiện trinh sát quang học và ảnh nhiệt dự phòng là khá khả thi, thì trên các vũ khí chính xác cao, đặc biệt là các vũ khí nhỏ gọn, điều này khó thực hiện hơn nhiều. Thứ nhất, các yêu cầu về trọng lượng và kích thước để bảo vệ được thắt chặt đáng kể, và thứ hai, việc tiếp xúc với bức xạ laser công suất cao, ngay cả khi cửa trập đóng, có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt cho các thành phần của hệ thống quang học do bố trí dày đặc, điều này sẽ dẫn đến một phần hoặc hoàn toàn gián đoạn hoạt động của nó.
Những cách nào để bảo vệ hiệu quả thiết bị, vũ khí khỏi vũ khí laze? Có hai phương pháp chính - bảo vệ mài mòn và bảo vệ cách nhiệt xây dựng.
Bảo vệ triệt tiêu (từ ablatio trong tiếng Latinh - loại bỏ, loại bỏ khối lượng) dựa trên việc loại bỏ một chất khỏi bề mặt của đối tượng được bảo vệ bởi một dòng khí nóng và / hoặc trên sự tái cấu trúc của lớp ranh giới, cùng nhau làm giảm nhiệt đáng kể. chuyển sang bề mặt được bảo vệ. Nói cách khác, năng lượng đến được sử dụng để làm nóng, nóng chảy và làm bay hơi vật liệu bảo vệ.
Hiện tại, biện pháp bảo vệ chống mài mòn được sử dụng tích cực trong các mô-đun hạ thấp của tàu vũ trụ (SC) và trong các vòi phun của động cơ phản lực. Chất dẻo sạc dựa trên phenolic, organosilicon và các loại nhựa tổng hợp khác có chứa carbon (bao gồm cả than chì), silicon dioxide (silica, thạch anh) và nylon làm chất độn đã được sử dụng nhiều nhất.
Bảo vệ Ablative là loại dùng một lần, nặng và lớn, vì vậy không có ý nghĩa gì nếu sử dụng nó trên các máy bay có thể tái sử dụng (không phải tất cả các máy bay có người lái và hầu hết các máy bay không người lái). Công dụng duy nhất của nó là trên đạn có dẫn đường và không dẫn hướng. Và ở đây câu hỏi chính là lớp bảo vệ phải dày đến mức nào đối với một tia laser có công suất, ví dụ: 100 kW, 300 kW, v.v.
Trên tàu vũ trụ Apollo, độ dày của lớp bảo vệ từ 8 đến 44 mm đối với nhiệt độ từ vài trăm đến vài nghìn độ. Ở một nơi nào đó trong phạm vi này, độ dày cần thiết của lớp bảo vệ chống lại tia laser chiến đấu cũng sẽ nằm. Có thể dễ dàng hình dung nó sẽ ảnh hưởng như thế nào đến các đặc điểm về trọng lượng và kích thước, kéo theo đó là tầm bắn, khả năng cơ động, khối lượng của đầu đạn (đầu đạn) và các thông số khác của đạn. Bảo vệ nhiệt Ablative cũng phải chịu được quá tải trong quá trình phóng và cơ động, tuân thủ các tiêu chuẩn về các điều khoản và điều kiện của kho đạn.
Các loại vũ khí không điều khiển là một vấn đề đáng nghi ngờ, vì sự phá hủy không đồng đều của lớp bảo vệ chống phá hủy khỏi bức xạ laser có thể làm thay đổi đường đạn bên ngoài, do đó, đạn sẽ đi chệch mục tiêu. Nếu biện pháp bảo vệ chống mài mòn đã được sử dụng ở đâu đó, chẳng hạn như trong đạn siêu thanh, thì độ dày của nó sẽ phải tăng lên.
Một cách bảo vệ khác là lớp phủ xây dựng hoặc kết cấu thân xe với một số lớp bảo vệ bằng vật liệu chịu lửa có khả năng chống lại các tác động bên ngoài.
Nếu chúng ta rút ra một phép tương tự với tàu vũ trụ, thì chúng ta có thể xem xét khả năng bảo vệ nhiệt của tàu vũ trụ Buran có thể tái sử dụng. Ở những khu vực có nhiệt độ bề mặt là 371 - 1260 độ C, một lớp phủ được áp dụng, bao gồm sợi thạch anh vô định hình có độ tinh khiết 99,7%, trong đó chất kết dính được thêm vào - silicon dioxide dạng keo. Lớp phủ được làm dưới dạng gạch có hai kích thước tiêu chuẩn dày từ 5 đến 64 mm.
Thủy tinh borosilicat có chứa một chất màu đặc biệt (một lớp phủ màu trắng dựa trên oxit silic và nhôm sáng) được phủ lên bề mặt bên ngoài của gạch để đạt được mức hấp thụ năng lượng mặt trời thấp và độ phát xạ cao. Bảo vệ triệt để đã được sử dụng trên hình nón mũi và đầu cánh của thiết bị, nơi nhiệt độ vượt quá 1260 độ.
Cần lưu ý rằng trong quá trình hoạt động lâu dài, việc bảo vệ gạch khỏi độ ẩm có thể bị vi phạm, dẫn đến mất tính năng bảo vệ nhiệt của nó, vì vậy nó không thể được sử dụng trực tiếp làm lớp bảo vệ chống tia laser trên máy bay có thể tái sử dụng .
Hiện tại, một biện pháp bảo vệ chống mài mòn đầy hứa hẹn với độ mài mòn bề mặt tối thiểu đang được phát triển, giúp bảo vệ máy bay khỏi nhiệt độ lên đến 3000 độ.
Một nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Royce thuộc Đại học Manchester (Anh) và Đại học Trung Nam (Trung Quốc) đã phát triển một loại vật liệu mới với các đặc tính cải tiến có thể chịu được nhiệt độ lên tới 3000 ° C mà không bị thay đổi cấu trúc. Đây là lớp phủ gốm Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, được phủ trên nền hỗn hợp carbon-carbon. Hiệu suất của lớp phủ mới vượt trội hơn nhiều so với các loại gốm sứ nhiệt độ cao tốt nhất.
Bản thân cấu trúc hóa học của gốm chịu nhiệt hoạt động như một cơ chế bảo vệ. Ở nhiệt độ 2000 ° C, vật liệu Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 và SiC bị oxy hóa và chuyển thành Zr0.80T0.20O2, B2O3 và SiO2 tương ứng. Zr0.80Ti0.20O2 nóng chảy một phần và tạo thành một lớp tương đối dày đặc, trong khi các oxit nóng chảy thấp SiO2 và B2O3 bay hơi. Ở nhiệt độ cao hơn 2500 ° C, các tinh thể Zr0.80Ti0.20O2 hợp nhất thành các hình thành lớn hơn. Ở nhiệt độ 3000 ° C, một lớp bên ngoài gần như tuyệt đối dày đặc được hình thành, chủ yếu bao gồm Zr0.80Ti0.20O2, zirconi titanat và SiO2.
Thế giới cũng đang phát triển các lớp phủ đặc biệt được thiết kế để bảo vệ khỏi bức xạ laser.
Ngay từ năm 2014, một đại diện của Quân đội Giải phóng Nhân dân Trung Quốc đã tuyên bố rằng tia laser của Mỹ không gây nguy hiểm đặc biệt cho các thiết bị quân sự của Trung Quốc được bọc một lớp bảo vệ đặc biệt. Câu hỏi duy nhất còn lại là sức mạnh mà lớp phủ này bảo vệ khỏi tia laser, độ dày và khối lượng của nó.
Mối quan tâm lớn nhất là lớp phủ được phát triển bởi các nhà nghiên cứu Mỹ từ Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia và Đại học Kansas - một chế phẩm sol khí dựa trên hỗn hợp các ống nano carbon và gốm sứ đặc biệt có thể hấp thụ hiệu quả ánh sáng laser. Các ống nano của vật liệu mới hấp thụ đồng đều ánh sáng và truyền nhiệt đến các khu vực lân cận, hạ nhiệt độ tại điểm tiếp xúc với chùm tia laze. Các hợp chất gốm nhiệt độ cao cung cấp lớp phủ bảo vệ có độ bền cơ học cao và khả năng chống hư hỏng do nhiệt độ cao.
Trong quá trình thử nghiệm, một lớp mỏng của vật liệu được phủ lên bề mặt của đồng và sau khi làm khô, một chùm tia laser hồng ngoại có bước sóng dài, một tia laser được sử dụng để cắt kim loại và các vật liệu cứng khác, được tập trung vào bề mặt của đồng vật chất.
Phân tích dữ liệu thu thập được cho thấy lớp phủ đã hấp thụ thành công 97.5% năng lượng chùm tia laser và chịu được mức năng lượng 15 kW trên mỗi cm vuông bề mặt mà không bị phá hủy.
Với lớp phủ này, câu hỏi được đặt ra: trong các thử nghiệm, một lớp phủ bảo vệ đã được phủ lên bề mặt đồng, bản thân nó là một trong những vật liệu khó xử lý laser nhất, do tính dẫn nhiệt cao, không rõ làm thế nào để bảo vệ như vậy. lớp phủ sẽ hoạt động với các vật liệu khác. Ngoài ra còn có các câu hỏi về khả năng chịu nhiệt độ tối đa, khả năng chịu tải trọng rung và sốc, khả năng tiếp xúc với điều kiện khí quyển và tia cực tím (mặt trời). Thời gian chiếu xạ được thực hiện không được chỉ định.
Một điểm thú vị khác: nếu động cơ máy bay cũng được bao phủ bởi một chất có tính dẫn nhiệt cao, thì toàn bộ thân máy bay sẽ được làm nóng đều từ chúng, điều này sẽ làm lộ ra máy bay càng nhiều càng tốt trong quang phổ nhiệt.
Trong mọi trường hợp, các đặc điểm của bảo vệ bằng bình xịt ở trên sẽ tỷ lệ thuận với kích thước của đối tượng được bảo vệ. Đối tượng được bảo vệ và diện tích bao phủ càng lớn, thì càng có nhiều năng lượng có thể bị tiêu tán trên khu vực đó và được cho đi dưới dạng bức xạ nhiệt và làm mát bởi luồng không khí tới. Đối tượng được bảo vệ càng nhỏ thì lớp bảo vệ càng dày, bởi vì một khu vực nhỏ sẽ không cho phép loại bỏ đủ nhiệt và các phần tử cấu trúc bên trong sẽ bị quá nhiệt.
Việc sử dụng biện pháp bảo vệ chống lại bức xạ laser, dù là cách nhiệt triệt tiêu hay cách nhiệt xây dựng, đều có thể đảo ngược xu hướng giảm kích thước của bom, đạn dẫn đường, làm giảm đáng kể hiệu quả của cả bom có dẫn đường và không dẫn đường.
Tất cả các bề mặt chịu lực và bộ điều khiển - cánh, bộ ổn định, bánh lái, sẽ phải được làm từ vật liệu chịu lửa đắt tiền và khó gia công.
Riêng biệt, câu hỏi đặt ra về khả năng bảo vệ của các công cụ dò tìm radar. Trên tàu vũ trụ thử nghiệm bảo vệ nhiệt trong suốt bằng sóng vô tuyến "BOR-5" đã được thử nghiệm - sợi thủy tinh với chất độn silica, nhưng tôi không thể tìm thấy khả năng bảo vệ nhiệt cũng như các đặc điểm về trọng lượng và kích thước của nó.
Vẫn chưa rõ liệu kết quả của việc chiếu xạ với bức xạ laser mạnh của radome của thiết bị radar trinh sát, mặc dù được bảo vệ khỏi bức xạ nhiệt, sự hình thành plasma nhiệt độ cao có thể xảy ra ngăn cản sự truyền đi của sóng vô tuyến hay không. mục tiêu có thể bị mất.
Để bảo vệ vỏ máy, sự kết hợp của nhiều lớp bảo vệ sẽ được sử dụng - chịu nhiệt - dẫn nhiệt thấp từ bên trong và phản xạ - chống nóng - dẫn nhiệt cao từ bên ngoài. Cũng có thể bên cạnh việc bảo vệ chống lại bức xạ laser, các vật liệu tàng hình sẽ được áp dụng sẽ không thể chống lại bức xạ laser và sẽ phải phục hồi sau thiệt hại từ vũ khí laser nếu bản thân máy bay sống sót.
Có thể giả định rằng việc cải tiến và phân phối rộng rãi vũ khí laser sẽ đòi hỏi phải cung cấp khả năng bảo vệ chống tia laser cho tất cả các loại đạn có sẵn, cả có dẫn đường và không dẫn đường, cũng như các phương tiện bay có người lái và không người lái.
Sự ra đời của biện pháp bảo vệ chống tia laser chắc chắn sẽ dẫn đến sự gia tăng về giá thành, trọng lượng và kích thước của các loại đạn có dẫn đường và không điều khiển, cũng như các phương tiện bay có người lái và không người lái.
Tóm lại, chúng ta có thể kể đến một trong những phương pháp đang được phát triển để chủ động chống lại cuộc tấn công bằng tia laser. Adsys Controls, một công ty có trụ sở tại California, đang phát triển một hệ thống phòng thủ Helios có nhiệm vụ bắn hạ tia laser dẫn đường của đối phương.
Khi chĩa tia laser chiến đấu của kẻ thù vào thiết bị được bảo vệ, Helios xác định các thông số của nó: công suất, bước sóng, tần số xung, hướng và phạm vi tới nguồn. Helios còn ngăn chặn chùm tia laser của kẻ thù tập trung vào mục tiêu, có lẽ bằng cách nhắm vào một chùm tia laser năng lượng thấp đang tới gây nhầm lẫn cho hệ thống nhắm mục tiêu của kẻ thù. Các đặc điểm chi tiết của hệ thống Helios, giai đoạn phát triển và hiệu suất thực tế của nó vẫn chưa được biết rõ.
Bây giờ chúng ta cần hiểu liệu có thể tự bảo vệ mình khỏi nó hay không và làm thế nào. Thường có những tuyên bố rằng chỉ cần tráng gương hoặc đánh bóng tên lửa là đủ, nhưng thật không may, mọi thứ không đơn giản như vậy.
Một gương tráng nhôm điển hình phản xạ khoảng 95% bức xạ tới và hiệu suất của nó phụ thuộc nhiều vào bước sóng.
Hệ số phản xạ quang phổ của gương có các lớp phủ kim loại khác nhau
Trong số tất cả các vật liệu được hiển thị trong biểu đồ, nhôm có độ phản xạ cao nhất, hoàn toàn không phải là vật liệu chịu lửa. Nếu khi bị chiếu bức xạ công suất thấp, gương nóng lên không đáng kể, thì khi có bức xạ mạnh chiếu vào, vật liệu tráng gương sẽ nhanh chóng không sử dụng được, dẫn đến suy giảm tính chất phản chiếu của nó và tiếp tục đốt nóng và phá hủy giống như tuyết lở.
Ở bước sóng nhỏ hơn 200 nm, hiệu suất của các gương giảm mạnh; chống lại bức xạ tia cực tím hoặc tia X (laser điện tử tự do), biện pháp bảo vệ như vậy sẽ hoàn toàn không có tác dụng.
Lớp phủ gương bị hư hại do bức xạ laser CO2
Có những vật liệu nhân tạo thử nghiệm có độ phản xạ 100%, nhưng chúng chỉ hoạt động đối với một bước sóng nhất định. Gương cũng có thể được phủ một lớp sơn nhiều lớp đặc biệt giúp tăng khả năng phản chiếu lên đến 99.999%. Nhưng phương pháp này cũng chỉ hoạt động đối với một bước sóng, và sự cố ở một góc nhất định.
Đừng quên rằng điều kiện hoạt động của vũ khí khác xa với điều kiện trong phòng thí nghiệm, tức là tên lửa gương hoặc đạn sẽ cần được bảo quản trong bình chứa đầy khí trơ. Ví dụ, độ mờ hoặc vết bẩn nhỏ nhất từ các dấu tay, sẽ ngay lập tức làm giảm khả năng phản chiếu của gương.
Rời khỏi thùng chứa sẽ ngay lập tức để mặt gương tiếp xúc với môi trường - khí quyển và các hiệu ứng nhiệt. Nếu bề mặt gương không được phủ một lớp màng bảo vệ thì ngay lập tức điều này sẽ dẫn đến việc giảm tính năng phản chiếu của nó, và nếu nó được phủ một lớp bảo vệ, thì bản thân nó sẽ làm xấu đi tính chất phản chiếu của bề mặt.
Phổ phản xạ so sánh của màng nhôm gia cố, nhôm tiêu chuẩn và nhôm không có lớp bảo vệ
Tóm tắt những điều trên, chúng tôi lưu ý rằng: gương bảo vệ không phù hợp lắm để bảo vệ chống lại vũ khí laze. Những gì sau đó phù hợp?
Ở một mức độ nào đó, phương pháp “làm mờ” năng lượng nhiệt của chùm tia laze trên cơ thể sẽ giúp đảm bảo chuyển động quay của máy bay (LA) quanh trục dọc của chính nó. Nhưng phương pháp này chỉ phù hợp với đạn dược và ở mức độ hạn chế đối với máy bay không người lái (UAV), ở mức độ thấp hơn nó sẽ hiệu quả hơn khi chiếu tia laser vào phía trước thân tàu.
Đối với một số loại vật thể được bảo vệ, chẳng hạn như bom lượn, tên lửa hành trình (CR) hoặc tên lửa chống tăng có điều khiển (ATGM) tấn công mục tiêu khi bay từ trên cao, phương pháp này cũng sẽ thất bại. Không quay, phần lớn, là các loại mìn cối. Rất khó để thu thập dữ liệu về tất cả các máy bay không quay, nhưng tôi chắc chắn rằng có rất nhiều trong số chúng.
Bom lượn SDB-39 và JSOW
Tên lửa hành trình JASSM và 3M-14
TOW2B ATGM tấn công mục tiêu khi bay qua nó
Trong mọi trường hợp, chuyển động quay của máy bay sẽ chỉ làm giảm một chút ảnh hưởng của bức xạ laser lên mục tiêu, kể từ đó. nhiệt lượng do bức xạ laser mạnh truyền vào cơ thể sẽ được truyền đến các cấu trúc bên trong và xa hơn đến tất cả các bộ phận của máy bay.
Việc sử dụng khói và bình xịt làm biện pháp đối phó với vũ khí laser cũng bị hạn chế. Như đã đề cập trong các bài viết của loạt bài này, việc sử dụng tia laser chống lại các phương tiện bọc thép trên mặt đất hoặc tàu chỉ có thể được sử dụng để chống lại các thiết bị giám sát, việc bảo vệ mà chúng ta sẽ quay lại. Đốt thân tàu BMP /xe tăng hoặc một con tàu mặt nước với chùm tia laze trong tương lai gần là không thực tế.
Tất nhiên, không thể áp dụng biện pháp bảo vệ bằng khói hoặc bình xịt đối với máy bay. Do tốc độ cao của máy bay, khói hoặc bình xịt sẽ luôn bị thổi ngược trở lại bởi áp suất không khí đang tới; trong máy bay trực thăng, chúng sẽ bị thổi bay bởi luồng không khí từ cánh quạt.
Do đó, việc bảo vệ chống lại vũ khí laser dưới dạng khói phun và bình xịt có thể chỉ được yêu cầu trên các phương tiện bọc thép hạng nhẹ. Mặt khác, xe tăng và các loại xe bọc thép khác thường đã được trang bị hệ thống màn khói tiêu chuẩn để ngăn chặn sự truy bắt của các hệ thống vũ khí của đối phương, và trong trường hợp này, khi phát triển các chất độn phù hợp, chúng cũng có thể được sử dụng để chống lại vũ khí laser.
Các yếu tố của tổ hợp bảo vệ tích cực (KAZ) "Afganit", nhằm thiết lập màn bảo vệ, một chiếc xe tăng T-14 đầy hứa hẹn dựa trên nền tảng "Armata"
Quay trở lại vấn đề bảo vệ thiết bị trinh sát quang học và ảnh nhiệt, có thể giả định rằng việc lắp đặt các bộ lọc quang học ngăn cản sự truyền bức xạ laser của một bước sóng nhất định chỉ phù hợp ở giai đoạn đầu để bảo vệ chống lại vũ khí laser công suất thấp, vì những lý do sau:
- một loạt các tia laser từ các nhà sản xuất khác nhau hoạt động ở các bước sóng khác nhau sẽ được sử dụng;
- một bộ lọc được thiết kế để hấp thụ hoặc phản xạ một bước sóng nhất định, khi tiếp xúc với bức xạ mạnh, có khả năng bị hỏng, dẫn đến bức xạ laze đi vào các phần tử nhạy cảm hoặc làm hỏng bản thân quang học (che phủ, biến dạng hình ảnh);
- một số laser, đặc biệt là laser electron tự do, có thể thay đổi bước sóng hoạt động trên một phạm vi rộng.
Bảo vệ thiết bị trinh sát quang học và ảnh nhiệt có thể được thực hiện cho thiết bị mặt đất, tàu và hàng không công nghệ, bằng cách cài đặt màn hình bảo vệ với tốc độ cao. Trong trường hợp phát hiện ra bức xạ laser, màn hình bảo vệ sẽ đóng các thấu kính trong tích tắc, nhưng ngay cả điều này cũng không đảm bảo không làm hỏng các phần tử nhạy cảm. Có thể việc sử dụng rộng rãi vũ khí laser theo thời gian sẽ đòi hỏi ít nhất sự trùng lặp của thiết bị trinh sát hoạt động trong phạm vi quang học.
Nếu trên các tàu sân bay lớn, việc lắp đặt các màn chắn bảo vệ và các phương tiện trinh sát quang học và ảnh nhiệt dự phòng là khá khả thi, thì trên các vũ khí chính xác cao, đặc biệt là các vũ khí nhỏ gọn, điều này khó thực hiện hơn nhiều. Thứ nhất, các yêu cầu về trọng lượng và kích thước để bảo vệ được thắt chặt đáng kể, và thứ hai, việc tiếp xúc với bức xạ laser công suất cao, ngay cả khi cửa trập đóng, có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt cho các thành phần của hệ thống quang học do bố trí dày đặc, điều này sẽ dẫn đến một phần hoặc hoàn toàn gián đoạn hoạt động của nó.
Javelin ATGM của Mỹ, Verba MANPADS của Nga và tên lửa tầm ngắn RVV-MD là những mục tiêu dễ bị tấn công nhất đối với vũ khí laser
Những cách nào để bảo vệ hiệu quả thiết bị, vũ khí khỏi vũ khí laze? Có hai phương pháp chính - bảo vệ mài mòn và bảo vệ cách nhiệt xây dựng.
Bảo vệ triệt tiêu (từ ablatio trong tiếng Latinh - loại bỏ, loại bỏ khối lượng) dựa trên việc loại bỏ một chất khỏi bề mặt của đối tượng được bảo vệ bởi một dòng khí nóng và / hoặc trên sự tái cấu trúc của lớp ranh giới, cùng nhau làm giảm nhiệt đáng kể. chuyển sang bề mặt được bảo vệ. Nói cách khác, năng lượng đến được sử dụng để làm nóng, nóng chảy và làm bay hơi vật liệu bảo vệ.
Hiện tại, biện pháp bảo vệ chống mài mòn được sử dụng tích cực trong các mô-đun hạ thấp của tàu vũ trụ (SC) và trong các vòi phun của động cơ phản lực. Chất dẻo sạc dựa trên phenolic, organosilicon và các loại nhựa tổng hợp khác có chứa carbon (bao gồm cả than chì), silicon dioxide (silica, thạch anh) và nylon làm chất độn đã được sử dụng nhiều nhất.
Kế hoạch bảo vệ ablative
Bảo vệ Ablative là loại dùng một lần, nặng và lớn, vì vậy không có ý nghĩa gì nếu sử dụng nó trên các máy bay có thể tái sử dụng (không phải tất cả các máy bay có người lái và hầu hết các máy bay không người lái). Công dụng duy nhất của nó là trên đạn có dẫn đường và không dẫn hướng. Và ở đây câu hỏi chính là lớp bảo vệ phải dày đến mức nào đối với một tia laser có công suất, ví dụ: 100 kW, 300 kW, v.v.
Trên tàu vũ trụ Apollo, độ dày của lớp bảo vệ từ 8 đến 44 mm đối với nhiệt độ từ vài trăm đến vài nghìn độ. Ở một nơi nào đó trong phạm vi này, độ dày cần thiết của lớp bảo vệ chống lại tia laser chiến đấu cũng sẽ nằm. Có thể dễ dàng hình dung nó sẽ ảnh hưởng như thế nào đến các đặc điểm về trọng lượng và kích thước, kéo theo đó là tầm bắn, khả năng cơ động, khối lượng của đầu đạn (đầu đạn) và các thông số khác của đạn. Bảo vệ nhiệt Ablative cũng phải chịu được quá tải trong quá trình phóng và cơ động, tuân thủ các tiêu chuẩn về các điều khoản và điều kiện của kho đạn.
Bảo vệ tuyệt đối của tàu vũ trụ "Buran" trong phần
Các loại vũ khí không điều khiển là một vấn đề đáng nghi ngờ, vì sự phá hủy không đồng đều của lớp bảo vệ chống phá hủy khỏi bức xạ laser có thể làm thay đổi đường đạn bên ngoài, do đó, đạn sẽ đi chệch mục tiêu. Nếu biện pháp bảo vệ chống mài mòn đã được sử dụng ở đâu đó, chẳng hạn như trong đạn siêu thanh, thì độ dày của nó sẽ phải tăng lên.
Một cách bảo vệ khác là lớp phủ xây dựng hoặc kết cấu thân xe với một số lớp bảo vệ bằng vật liệu chịu lửa có khả năng chống lại các tác động bên ngoài.
Nếu chúng ta rút ra một phép tương tự với tàu vũ trụ, thì chúng ta có thể xem xét khả năng bảo vệ nhiệt của tàu vũ trụ Buran có thể tái sử dụng. Ở những khu vực có nhiệt độ bề mặt là 371 - 1260 độ C, một lớp phủ được áp dụng, bao gồm sợi thạch anh vô định hình có độ tinh khiết 99,7%, trong đó chất kết dính được thêm vào - silicon dioxide dạng keo. Lớp phủ được làm dưới dạng gạch có hai kích thước tiêu chuẩn dày từ 5 đến 64 mm.
Thủy tinh borosilicat có chứa một chất màu đặc biệt (một lớp phủ màu trắng dựa trên oxit silic và nhôm sáng) được phủ lên bề mặt bên ngoài của gạch để đạt được mức hấp thụ năng lượng mặt trời thấp và độ phát xạ cao. Bảo vệ triệt để đã được sử dụng trên hình nón mũi và đầu cánh của thiết bị, nơi nhiệt độ vượt quá 1260 độ.
Cần lưu ý rằng trong quá trình hoạt động lâu dài, việc bảo vệ gạch khỏi độ ẩm có thể bị vi phạm, dẫn đến mất tính năng bảo vệ nhiệt của nó, vì vậy nó không thể được sử dụng trực tiếp làm lớp bảo vệ chống tia laser trên máy bay có thể tái sử dụng .
Tàu vũ trụ "Buran". Ngói trắng và đen - bảo vệ nhiệt có thể tái sử dụng, các phần tử màu đen của cánh cung và mép cánh - bảo vệ nhiệt mài mòn
Độ dày của lớp bảo vệ nhiệt của tàu vũ trụ "Buran" tùy thuộc vào nhiệt độ
Hiện tại, một biện pháp bảo vệ chống mài mòn đầy hứa hẹn với độ mài mòn bề mặt tối thiểu đang được phát triển, giúp bảo vệ máy bay khỏi nhiệt độ lên đến 3000 độ.
Một nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Royce thuộc Đại học Manchester (Anh) và Đại học Trung Nam (Trung Quốc) đã phát triển một loại vật liệu mới với các đặc tính cải tiến có thể chịu được nhiệt độ lên tới 3000 ° C mà không bị thay đổi cấu trúc. Đây là lớp phủ gốm Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, được phủ trên nền hỗn hợp carbon-carbon. Hiệu suất của lớp phủ mới vượt trội hơn nhiều so với các loại gốm sứ nhiệt độ cao tốt nhất.
Bản thân cấu trúc hóa học của gốm chịu nhiệt hoạt động như một cơ chế bảo vệ. Ở nhiệt độ 2000 ° C, vật liệu Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 và SiC bị oxy hóa và chuyển thành Zr0.80T0.20O2, B2O3 và SiO2 tương ứng. Zr0.80Ti0.20O2 nóng chảy một phần và tạo thành một lớp tương đối dày đặc, trong khi các oxit nóng chảy thấp SiO2 và B2O3 bay hơi. Ở nhiệt độ cao hơn 2500 ° C, các tinh thể Zr0.80Ti0.20O2 hợp nhất thành các hình thành lớn hơn. Ở nhiệt độ 3000 ° C, một lớp bên ngoài gần như tuyệt đối dày đặc được hình thành, chủ yếu bao gồm Zr0.80Ti0.20O2, zirconi titanat và SiO2.
Bề mặt xám đen của vật liệu trước khi thử nghiệm, cũng như bề mặt sau hai phút thử nghiệm ở 2000 ° C và 2500 ° C. Ở trung tâm của mẫu bên phải là khu vực có nhiệt độ ngọn lửa đạt tới 3000 ° C
Thế giới cũng đang phát triển các lớp phủ đặc biệt được thiết kế để bảo vệ khỏi bức xạ laser.
Ngay từ năm 2014, một đại diện của Quân đội Giải phóng Nhân dân Trung Quốc đã tuyên bố rằng tia laser của Mỹ không gây nguy hiểm đặc biệt cho các thiết bị quân sự của Trung Quốc được bọc một lớp bảo vệ đặc biệt. Câu hỏi duy nhất còn lại là sức mạnh mà lớp phủ này bảo vệ khỏi tia laser, độ dày và khối lượng của nó.
Mối quan tâm lớn nhất là lớp phủ được phát triển bởi các nhà nghiên cứu Mỹ từ Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia và Đại học Kansas - một chế phẩm sol khí dựa trên hỗn hợp các ống nano carbon và gốm sứ đặc biệt có thể hấp thụ hiệu quả ánh sáng laser. Các ống nano của vật liệu mới hấp thụ đồng đều ánh sáng và truyền nhiệt đến các khu vực lân cận, hạ nhiệt độ tại điểm tiếp xúc với chùm tia laze. Các hợp chất gốm nhiệt độ cao cung cấp lớp phủ bảo vệ có độ bền cơ học cao và khả năng chống hư hỏng do nhiệt độ cao.
Trong quá trình thử nghiệm, một lớp mỏng của vật liệu được phủ lên bề mặt của đồng và sau khi làm khô, một chùm tia laser hồng ngoại có bước sóng dài, một tia laser được sử dụng để cắt kim loại và các vật liệu cứng khác, được tập trung vào bề mặt của đồng vật chất.
Phân tích dữ liệu thu thập được cho thấy lớp phủ đã hấp thụ thành công 97.5% năng lượng chùm tia laser và chịu được mức năng lượng 15 kW trên mỗi cm vuông bề mặt mà không bị phá hủy.
Với lớp phủ này, câu hỏi được đặt ra: trong các thử nghiệm, một lớp phủ bảo vệ đã được phủ lên bề mặt đồng, bản thân nó là một trong những vật liệu khó xử lý laser nhất, do tính dẫn nhiệt cao, không rõ làm thế nào để bảo vệ như vậy. lớp phủ sẽ hoạt động với các vật liệu khác. Ngoài ra còn có các câu hỏi về khả năng chịu nhiệt độ tối đa, khả năng chịu tải trọng rung và sốc, khả năng tiếp xúc với điều kiện khí quyển và tia cực tím (mặt trời). Thời gian chiếu xạ được thực hiện không được chỉ định.
Một điểm thú vị khác: nếu động cơ máy bay cũng được bao phủ bởi một chất có tính dẫn nhiệt cao, thì toàn bộ thân máy bay sẽ được làm nóng đều từ chúng, điều này sẽ làm lộ ra máy bay càng nhiều càng tốt trong quang phổ nhiệt.
Tốc độ cắt của đồng là nhỏ nhất trong tất cả các kim loại trong bảng do tính dẫn nhiệt cao, có thể các nhà phát triển vật liệu bảo vệ đã không vô tình thích vật liệu này làm chất nền trong các thử nghiệm, cố gắng đánh giá quá cao các đặc tính của chúng. sự phát triển
Trong mọi trường hợp, các đặc điểm của bảo vệ bằng bình xịt ở trên sẽ tỷ lệ thuận với kích thước của đối tượng được bảo vệ. Đối tượng được bảo vệ và diện tích bao phủ càng lớn, thì càng có nhiều năng lượng có thể bị tiêu tán trên khu vực đó và được cho đi dưới dạng bức xạ nhiệt và làm mát bởi luồng không khí tới. Đối tượng được bảo vệ càng nhỏ thì lớp bảo vệ càng dày, bởi vì một khu vực nhỏ sẽ không cho phép loại bỏ đủ nhiệt và các phần tử cấu trúc bên trong sẽ bị quá nhiệt.
Việc sử dụng biện pháp bảo vệ chống lại bức xạ laser, dù là cách nhiệt triệt tiêu hay cách nhiệt xây dựng, đều có thể đảo ngược xu hướng giảm kích thước của bom, đạn dẫn đường, làm giảm đáng kể hiệu quả của cả bom có dẫn đường và không dẫn đường.
Tất cả các bề mặt chịu lực và bộ điều khiển - cánh, bộ ổn định, bánh lái, sẽ phải được làm từ vật liệu chịu lửa đắt tiền và khó gia công.
Riêng biệt, câu hỏi đặt ra về khả năng bảo vệ của các công cụ dò tìm radar. Trên tàu vũ trụ thử nghiệm bảo vệ nhiệt trong suốt bằng sóng vô tuyến "BOR-5" đã được thử nghiệm - sợi thủy tinh với chất độn silica, nhưng tôi không thể tìm thấy khả năng bảo vệ nhiệt cũng như các đặc điểm về trọng lượng và kích thước của nó.
Vẫn chưa rõ liệu kết quả của việc chiếu xạ với bức xạ laser mạnh của radome của thiết bị radar trinh sát, mặc dù được bảo vệ khỏi bức xạ nhiệt, sự hình thành plasma nhiệt độ cao có thể xảy ra ngăn cản sự truyền đi của sóng vô tuyến hay không. mục tiêu có thể bị mất.
Để bảo vệ vỏ máy, sự kết hợp của nhiều lớp bảo vệ sẽ được sử dụng - chịu nhiệt - dẫn nhiệt thấp từ bên trong và phản xạ - chống nóng - dẫn nhiệt cao từ bên ngoài. Cũng có thể bên cạnh việc bảo vệ chống lại bức xạ laser, các vật liệu tàng hình sẽ được áp dụng sẽ không thể chống lại bức xạ laser và sẽ phải phục hồi sau thiệt hại từ vũ khí laser nếu bản thân máy bay sống sót.
Có thể giả định rằng việc cải tiến và phân phối rộng rãi vũ khí laser sẽ đòi hỏi phải cung cấp khả năng bảo vệ chống tia laser cho tất cả các loại đạn có sẵn, cả có dẫn đường và không dẫn đường, cũng như các phương tiện bay có người lái và không người lái.
Sự ra đời của biện pháp bảo vệ chống tia laser chắc chắn sẽ dẫn đến sự gia tăng về giá thành, trọng lượng và kích thước của các loại đạn có dẫn đường và không điều khiển, cũng như các phương tiện bay có người lái và không người lái.
Tóm lại, chúng ta có thể kể đến một trong những phương pháp đang được phát triển để chủ động chống lại cuộc tấn công bằng tia laser. Adsys Controls, một công ty có trụ sở tại California, đang phát triển một hệ thống phòng thủ Helios có nhiệm vụ bắn hạ tia laser dẫn đường của đối phương.
Khi chĩa tia laser chiến đấu của kẻ thù vào thiết bị được bảo vệ, Helios xác định các thông số của nó: công suất, bước sóng, tần số xung, hướng và phạm vi tới nguồn. Helios còn ngăn chặn chùm tia laser của kẻ thù tập trung vào mục tiêu, có lẽ bằng cách nhắm vào một chùm tia laser năng lượng thấp đang tới gây nhầm lẫn cho hệ thống nhắm mục tiêu của kẻ thù. Các đặc điểm chi tiết của hệ thống Helios, giai đoạn phát triển và hiệu suất thực tế của nó vẫn chưa được biết rõ.
- Andrey Mitrofanov
- nanonewsnet.ru, habr.com, tydexoptics.com, findpatent.ru, popmech.ru, pháo đài-karpenko.ru, epizodsspace.airbase.ru, buran.ru
- Vũ khí laser: công nghệ, lịch sử, trạng thái, triển vọng. Phần 1
Vũ khí Laser: Các viễn cảnh trong Không quân. Phần 2
Vũ khí laze: lực lượng mặt đất và phòng không. Phần 3
Vũ khí Laser: Hải quân. Phần 4
tin tức