في وقت سابق ، درسنا كيف تتطور تقنيات الليزر ، وما هي أسلحة الليزر التي يمكن إنشاؤها لاستخدامها في مصالح القوات الجوية والقوات البرية والدفاع الجوي والبحرية.
الآن نحن بحاجة إلى فهم ما إذا كان من الممكن الدفاع ضده ، وكيف. غالبًا ما يقال إنه 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 ارتفعت درجة حرارة المرآة قليلاً عند تعرضها لإشعاع منخفض الطاقة ، فعندما يضرب الإشعاع القوي ، ستصبح مادة طلاء المرآة غير صالحة للاستعمال بسرعة ، مما يؤدي 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 انعكاسية بنسبة 100٪ ، لكنها تعمل فقط بطول موجي معين. أيضًا ، يمكن تغطية المرايا بطلاء خاص متعدد الطبقات يزيد من انعكاسها بنسبة تصل إلى 99.999٪. لكن هذه الطريقة تعمل أيضًا مع طول موجي واحد فقط ، وتحدث عند زاوية معينة.
لا تنس أن ظروف تشغيل الأسلحة بعيدة كل البعد عن الظروف المعملية ، أي سيحتاج الصاروخ أو المقذوف المرآة إلى التخزين في حاوية مملوءة بغاز خامل. أدنى ضباب أو لطخة ، مثل آثار بصمات اليد ، ستضعف انعكاس المرآة على الفور.
سيؤدي ترك الحاوية على الفور إلى تعريض سطح المرآة للبيئة - الغلاف الجوي والحرارة. إذا لم يكن سطح المرآة مغطى بفيلم واقي ، فسيؤدي ذلك على الفور إلى تدهور خصائصه الانعكاسية ، وإذا تم طلاءه بطبقة واقية ، فسوف يؤدي بدوره إلى تدهور الخصائص الانعكاسية للسطح.
تلخيصًا لما سبق ، نلاحظ أن حماية المرآة ليست مناسبة تمامًا للحماية من أسلحة الليزر. وماذا بعد ذلك يناسب؟
إلى حد ما ، ستساعد طريقة "تلطيخ" الطاقة الحرارية لشعاع الليزر على الجسم من خلال توفير الحركة الدورانية للطائرة (AC) حول محورها الطولي. لكن هذه الطريقة مناسبة فقط للذخيرة وإلى حد محدود للمركبات الجوية غير المأهولة (UAVs) ، وبدرجة أقل ستكون فعالة عندما يتم تشعيع الليزر في مقدمة الهيكل.
في بعض أنواع الأجسام المحمية ، على سبيل المثال ، على القنابل الانزلاقية أو صواريخ كروز (CR) أو الصواريخ الموجهة المضادة للدبابات (ATGM) التي تهاجم هدفًا عند الطيران من أعلى ، لا يمكن تطبيق 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 من تأثير أشعة الليزر على الهدف ، لأنستنتقل الحرارة المنبعثة من إشعاع الليزر القوي إلى الجسم إلى الهياكل الداخلية وإلى جميع مكونات الطائرة.
كما أن استخدام الأبخرة والهباء الجوي كإجراءات مضادة ضد أسلحة الليزر محدود أيضًا. كما سبق ذكره في مقالات السلسلة ، لا يمكن استخدام الليزر ضد المركبات أو السفن المدرعة الأرضية إلا عند استخدامها ضد معدات المراقبة ، والتي سنعود إليها لاحقًا. من غير الواقعي حرق بدن مركبة / دبابة قتال مشاة أو سفينة سطحية بشعاع ليزر في المستقبل المنظور.
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 في شكل أبخرة ورذاذ رش قد تكون مطلوبة فقط على المركبات المدرعة الخفيفة. من ناحية أخرى ، غالبًا ما تكون الدبابات والمركبات المدرعة الأخرى مجهزة بالفعل بأنظمة قياسية لإعداد شاشات الدخان لتعطيل التقاط أنظمة أسلحة العدو ، وفي هذه الحالة ، عند تطوير حشوات مناسبة ، يمكن أيضًا استخدامها لمواجهة أسلحة الليزر.
بالعودة إلى حماية معدات الاستطلاع للتصوير البصري والحراري ، يمكن افتراض أن تركيب المرشحات الضوئية التي تمنع مرور إشعاع الليزر بطول موجي معين لن يكون مناسبًا إلا في المرحلة الأولية للحماية من أسلحة الليزر منخفضة الطاقة ، للأسباب التالية:
- في الخدمة ، سيكون هناك مجموعة كبيرة من أجهزة الليزر من مختلف الصانعين تعمل بأطوال موجية مختلفة ؛
- مرشح مصمم لامتصاص أو عكس طول موجي معين ، عند تعرضه لإشعاع قوي ، من المحتمل أن يفشل ، مما يؤدي إما إلى إصابة إشعاع الليزر بالعناصر الحساسة ، أو فشل البصريات نفسها (غشاوة ، تشويه الصورة) ؛
- يمكن لبعض أنواع الليزر ، ولا سيما ليزر الإلكترون الحر ، تغيير الطول الموجي التشغيلي على نطاق واسع.
يمكن تنفيذ حماية معدات الاستطلاع بالتصوير البصري والحراري للمعدات الأرضية والسفن ومعدات الطيران ، عن طريق تركيب شاشات واقية عالية السرعة. إذا تم الكشف عن إشعاع الليزر ، يجب أن تغطي الشاشة الواقية العدسات في جزء من الثانية ، ولكن حتى هذا لا يضمن عدم وجود ضرر للعناصر الحساسة. من الممكن أن يتطلب الاستخدام الواسع النطاق لأسلحة الليزر بمرور الوقت على الأقل ازدواجية أصول الاستطلاع العاملة في النطاق البصري.
إذا كان تركيب الشاشات الواقية والوسائل المكررة لاستطلاع التصوير البصري والحراري في الناقلات الكبيرة أمرًا ممكنًا تمامًا ، فعندئذٍ على الأسلحة عالية الدقة ، خاصةً المدمجة منها ، يكون القيام بذلك أكثر صعوبة. أولاً ، يتم تشديد متطلبات الوزن والحجم للحماية بشكل كبير ، وثانيًا ، يمكن أن يتسبب تأثير إشعاع الليزر عالي الطاقة حتى مع وجود مصراع مغلق في ارتفاع درجة حرارة مكونات النظام البصري بسبب التخطيط الكثيف ، مما يؤدي إلى حدوث جزئي أو التعطيل الكامل لعملها.
ما هي الأساليب التي يمكن استخدامها لحماية المعدات والأسلحة بشكل فعال من أسلحة الليزر؟ هناك طريقتان رئيسيتان - الحماية الجر والحماية العازلة للحرارة البناءة.
تعتمد حماية الاجتثاث (من الكلمة اللاتينية ablatio - أخذ ، ترحيل الكتلة) على إزالة مادة من سطح الجسم المحمي بواسطة تيار من الغاز الساخن و / أو على إعادة هيكلة الطبقة الحدودية ، والتي معًا بشكل كبير يقلل من انتقال الحرارة إلى السطح المحمي. بمعنى آخر ، يتم إنفاق الطاقة الواردة على التسخين والذوبان وتبخر المادة الواقية.
في الوقت الحالي ، يتم استخدام الحماية الجر بنشاط في وحدات الهبوط للمركبة الفضائية (SC) وفي فوهات المحرك النفاث.والأكثر استخدامًا هو تفحيم المواد البلاستيكية القائمة على الفينول والسيليكون العضوي والراتنجات الاصطناعية الأخرى التي تحتوي على الكربون (بما في ذلك الجرافيت) وثاني أكسيد السيليكون (السيليكا والكوارتز) والنايلون كمواد مالئة.
الحماية من الاجتثاث يمكن التخلص منها ، ثقيلة وضخمة ، لذلك ليس من المنطقي استخدامها على الطائرات التي يعاد استخدامها (اقرأ ليس كل الطائرات المأهولة ، ومعظم الطائرات بدون طيار). تطبيقه الوحيد على المقذوفات الموجهة وغير الموجهة. وهنا السؤال الرئيسي هو ما هي السماكة التي يجب أن تكون حماية ليزر بقوة ، على سبيل المثال ، 100 كيلو واط ، 300 كيلو واط ، إلخ.
في مركبة أبولو الفضائية ، يتراوح سمك التدريع 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 من الليزر القتالي. من السهل أن نتخيل كيف سيؤثر ذلك على خصائص الوزن والحجم ، وبالتالي على المدى والقدرة على المناورة ووزن الرأس الحربي وغيرها من معايير الذخيرة. يجب أن تتحمل الحماية الحرارية الإضافية أيضًا الأحمال الزائدة أثناء الإطلاق والمناورة ، والامتثال لمعايير شروط وأحكام تخزين الذخيرة.
الذخيرة غير الموجهة أمر مشكوك فيه ، 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 عليك زيادة سمكها.
طريقة أخرى للحماية هي الطلاء الهيكلي أو تنفيذ العلبة بعدة طبقات واقية من المواد المقاومة للحرارة المقاومة للتأثيرات الخارجية.
إذا رسمنا تشابهًا مع مركبة فضائية ، فيمكننا عندئذٍ النظر في الحماية الحرارية للمركبة الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام "بوران". في المناطق التي تكون فيها درجة حرارة السطح 371-1260 درجة مئوية ، تم وضع طلاء يتكون من ألياف كوارتز غير متبلورة بنسبة نقاء 99.7٪ ، تمت إضافة مادة رابطة ، وهي ثاني أكسيد السيليكون الغرواني. الغطاء مصنوع على شكل بلاطات بمقاسين قياسيين بسمك 5 إلى 64 مم.
يتم تطبيق زجاج البوروسيليكات المحتوي على صبغة خاصة (طلاء أبيض يعتمد على أكسيد السيليكون وألومينا لامعة) على السطح الخارجي للبلاط من أجل الحصول على معامل امتصاص منخفض للإشعاع الشمسي وانبعاثية عالية. تم استخدام الحماية من الاجتثاث على مخروط الأنف وأطراف الجناح للمركبة ، حيث تتجاوز درجات الحرارة 1260 درجة.
يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه مع التشغيل المطول ، قد تتأثر حماية البلاط من الرطوبة ، مما يؤدي إلى فقدان الحماية الحرارية لخصائصه ، وبالتالي 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 يضمن حماية الطائرة من درجات حرارة تصل إلى 3000 درجة.
طور فريق من العلماء من معهد رويس في جامعة 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 ، والذي يتم فرضه على مصفوفة مركبة من الكربون والكربون. من حيث خصائصه ، يتفوق الطلاء الجديد بشكل كبير على أفضل أنواع السيراميك ذات درجة الحرارة العالية.
يعمل التركيب الكيميائي للسيراميك المقاوم للحرارة كآلية دفاع. عند درجة حرارة 2000 درجة مئوية ، تتأكسد المواد Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 و SiC وتتحول 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 ، يتم دمج بلورات Zr0.80Ti0.20O2 في تشكيلات أكبر.عند درجة حرارة 3000 درجة مئوية ، يتم تكوين طبقة خارجية كثيفة تمامًا تقريبًا ، تتكون أساسًا من Zr0.80Ti0.20O2 ، تيتانات الزركونيوم و SiO2.
يقوم العالم أيضًا بتطوير طلاء خاص مصمم للحماية من إشعاع الليزر.
في عام 2014 ، صرح متحدث باسم جيش التحرير الشعبي الصيني أن الليزر الأمريكي لا يشكل خطرًا خاصًا على المعدات العسكرية الصينية المغلفة بطبقة واقية خاصة. الأسئلة الوحيدة المتبقية هي الليزر حول القوة التي يحميها هذا الطلاء ، 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 ، القادرة على امتصاص ضوء الليزر بشكل فعال. تمتص الأنابيب النانوية للمادة الجديدة الضوء بشكل موحد وتنقل الحرارة إلى المناطق المجاورة ، مما يؤدي إلى خفض درجة الحرارة عند نقطة التلامس مع شعاع الليزر. توفر الوصلات الخزفية عالية الحرارة طبقة واقية ذات قوة ميكانيكية عالية ومقاومة للتلف من درجات الحرارة المرتفعة.
أثناء الاختبار ، تم وضع طبقة رقيقة من المادة على سطح النحاس ، وبعد التجفيف ، ركز على سطح المادة شعاع من ليزر الأشعة تحت الحمراء طويل الموجة ، وهو ليزر يستخدم لقطع المعادن والمواد الصلبة الأخرى.
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.
حول هذا الطلاء ، 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 ، فمن غير الواضح كيف مثل هذا الطلاء الواقي سوف تتصرف مع مواد أخرى. أيضًا ، تثار أسئلة حول مقاومة درجات الحرارة القصوى ، ومقاومة الاهتزازات وأحمال الصدمات ، وتأثيرات الظروف 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 بشكل متساوٍ ، مما يؤدي إلى الكشف عن الطائرة في الطيف الحراري إلى أقصى حد.
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 أن تتشتت المزيد من الطاقة على المنطقة وتُعطى في شكل إشعاع حراري وتبريد من خلال تدفق الهواء الساقط. كلما كان الكائن المحمي أصغر ، يجب أن تكون الحماية أكثر سمكًا. لن تسمح المساحة الصغيرة بإزالة ما يكفي من الحرارة وسوف ترتفع درجة حرارة العناصر الهيكلية الداخلية.
إن استخدام الحماية ضد إشعاع الليزر ، بغض النظر عن العزل الحراري أو البناء ، يمكن أن يعكس الاتجاه نحو تقليل حجم الذخائر الموجهة ، ويقلل بشكل كبير من فعالية كل من الذخائر الموجهة وغير الموجهة.
يجب أن تكون جميع أسطح المحامل وأدوات التحكم - الأجنحة ، والمثبتات ، والدفات - مصنوعة من مواد مقاومة للحرارة باهظة الثمن ويصعب معالجتها.
يطرح سؤال منفصل حول حماية معدات الكشف عن الرادار. على المركبة الفضائية التجريبية "BOR-5" ، تم اختبار الدرع الحراري الشفاف - الألياف الزجاجية مع حشو السيليكا ، لكنني لم أجد خصائص الحماية من الحرارة والوزن والحجم.
لم يتضح بعد ما إذا كان يمكن أن ينشأ تكوين بلازما عالي الحرارة نتيجة للإشعاع بإشعاع ليزر قوي من رادوم معدات استطلاع الرادار ، وإن كان ذلك مع الحماية من الإشعاع الحراري ، مما يمنع مرور الموجات الراديوية ، نتيجة الذي يمكن أن يضيع الهدف.
لحماية العلبة ، يمكن استخدام مزيج من عدة طبقات واقية - مقاومة للحرارة - منخفضة الحرارة - موصل من الداخل وعاكس - مقاوم للحرارة - عالي التوصيل للحرارة من الخارج. من الممكن أيضًا أن يتم تطبيق مواد التخفي فوق الحماية ضد إشعاع الليزر ، والتي لن تكون قادرة على تحمل إشعاع الليزر ، وسيتعين عليها التعافي من الأضرار الناجمة عن أسلحة الليزر في حالة بقاء الطائرة نفسها.
يمكن الافتراض أن تحسين أسلحة الليزر وتوزيعها على نطاق واسع سيتطلب توفير الحماية المضادة لليزر لجميع الذخيرة المتاحة ، سواء الموجهة أو غير الموجهة ، وكذلك المركبات الجوية المأهولة وغير المأهولة.
سيؤدي إدخال الحماية المضادة لليزر حتماً إلى زيادة تكلفة ووزن وأبعاد الذخائر الموجهة وغير الموجهة ، وكذلك المركبات الجوية المأهولة وغير المأهولة.
في الختام ، يمكننا أن نذكر إحدى الطرق المطورة للتصدي الفعال لهجوم الليزر. تقوم Adsys Controls ومقرها كاليفورنيا بتطوير نظام الدفاع هيليوس ، والذي من المفترض أن يقضي على توجيه الليزر للعدو.
عند توجيه الليزر القتالي للعدو على الجهاز المحمي ، تحدد هيليوس معلماته: الطاقة ، الطول الموجي ، تردد النبض ، الاتجاه والمسافة إلى المصدر. تمنع هيليوس كذلك شعاع الليزر الخاص بالعدو من التركيز على الهدف ، على الأرجح من خلال توجيه شعاع ليزر منخفض الطاقة قادم ، مما يربك نظام الاستهداف للعدو. لا تزال الخصائص التفصيلية لنظام هيليوس ومرحلة تطوره وأدائه العملي غير معروفة.
