Desde que o primeiro laser foi demonstrado em 1960, tem havido especulação e crescente interesse no uso da tecnologia como uma arma, começando em 1963 com uma conferência classificada do Departamento de Defesa dos EUA (DOD) para avaliar o potencial militar dos lasers. Nas quatro décadas seguintes, no entanto, tamanho, peso e potência (SWaP) foram questões críticas que impediram os lasers de assumir um papel prático no planejamento da defesa.
Com recursos suficientes, os lasers químicos da época podiam gerar energia suficiente para danificar um alvo, mas só podiam ser carregados pelas maiores plataformas disponíveis e, precisando de reposição dos produtos químicos usados, só podiam ser disparados por um tempo limitado antes de retornar à base .
Nos últimos anos, entretanto, os lasers de estado sólido (SSL) e de fibra que incluem baterias de íon-lítio de alta energia tornaram os lasers de alta energia (HEL) práticos e potencialmente tão onipresentes em combate quanto os veículos não tripulados. Embora a Rússia afirme ter implantado lasers operacionais, não há prova de que qualquer sistema de armas a laser tenha sido implantado como mais do que um protótipo.
Isso, no entanto, está prestes a mudar.
“A ideia de que daqui a 5 ou 10 anos não é mais o caso”, diz Chris Frei, diretor de defesa aérea de curto alcance da Northrop Grumman Corp “Na luta, tende a não haver uma 'bala de prata', então os serviços buscam uma combinação de soluções diferentes, cada uma com seus pontos fortes e fracos. Portanto, é fundamental ter um sistema que possa reunir tudo isso para que você possa se defender contra 30 ameaças no céu ou meia dúzia no solo. Fazer isso obtém o efeito máximo de qualquer uma dessas tecnologias. ”
Evan Hunt, diretor de desenvolvimento de negócios para lasers de alta energia e sistemas anti- tripulados da Raytheon Technology Corp. segmento de Inteligência e Espaço , diz que concorda.
“As armas a laser serão uma parte essencial da defesa aérea em camadas empregada pelo DOD e seus aliados de coalizão. Isso significa armas a laser em qualquer sistema integrado que tenhamos, protegendo ativos importantes em nossos territórios. Em cinco anos, qualquer grande base que precise defender seus ativos terá armas a laser, independentemente do serviço. ”
Quanto às alegações da Rússia, ele acrescenta: “Nem todas as armas a laser são criadas iguais. É fácil montar uma arma laser e afirmar que é de alta potência. Você pode comprar lasers da indústria, combiná-los em um caminhão. Mas para aqueles que realmente lidam com os alvos conforme necessário, é um cenário totalmente diferente.”
Lasers protótipo
Raytheon, Northrop Grumman, Lockheed Martin Corp. e outros testaram protótipos de lasers em veículos de combate do Exército Stryker, navios da Marinha, Força Aérea
aviões e instalações fixas para todos os serviços durante a maior parte deste século. Agora, dizem eles, muitos desses manifestantes de protótipo estão prontos para se tornarem programas de registro, caindo nas mãos de combatentes nos próximos dois ou três anos - talvez antes.
“Em outubro passado, integramos o ATHENA - ativo tático avançado de alta energia - a uma infraestrutura existente do Exército e o Escritório de Desenvolvimento e Treinamento Estratégico da Força Aérea passou um dia treinando dois aviadores, que então foram contra vários sistemas diferentes de UAV de Classe 1 e 2 e alcançamos mais de 88% de eficácia ”, diz Paul Shattuck, diretor de sistemas de energia direcionada da Lockheed Martin Space Systems em Sunnyvale, Califórnia.
“Também conectamos um radar externo ao sistema de comando e controle”, continua Shattuck. “Essa foi realmente uma demonstração completa do sistema no campo de batalha, colocando um protótipo em uma operação realista e mostrando sua eficácia. Continuamos a amadurecer nossa tecnologia Spectral Beam Combined Fiber Laser para combinar lasers de maior potência em um pacote que é menor em tamanho e peso com uma maior conversão de energia elétrica na luz que sai do laser. Também há muito trabalho em andamento no desenvolvimento de sistemas de controle para armas a laser e na avaliação de danos em batalha.”
Os especialistas do setor não prevêem qual serviço implantará primeiro as armas a laser como parte padrão de seus sistemas, mas o Exército e a Marinha estão avançando rapidamente para colocar lasers de alta energia em serviço como uma parte importante de suas capacidades de defesa aérea.
Os esforços da Marinha para desenvolver lasers de estado sólido incluem:
Esforço de maturação da tecnologia de laser de estado sólido (SSL-TM);
Optical Dazzling Interdictor, Navy (ODIN);
Incremento 1 do SNLWS (Surface Navy Laser Weapon System), também conhecido como laser de alta energia com deslumbrante ótico integrado e vigilância (HELIOS); e
Programa Laser Counter-ASCM de alta energia (HELCAP).
SSL-TM, ODIN e HELIOS fazem parte do esforço da Navy Laser Family of Systems (NFLoS), que, junto com o HELCAP e as tecnologias desenvolvidas por outras partes do DOD, apoiarão o desenvolvimento de futuros lasers a bordo de navios mais capazes.
HELIOS está passando por integração de sistema em Moorestown, NJ, casa do sistema de combate Aegis, antes de ir para Wallops Island, Va., Para testes adicionais antes de sua integração em um destróier Arleigh Burke em 2021, onde será construído na estrutura do navio além de estar integrado ao seu sistema Aegis.
“HELIOS fornecerá uma camada adicional de proteção para a frota - magazine profundo, baixo custo por abate, velocidade de entrega de luz e resposta precisa. Os sistemas HELIOS adicionais irão acelerar a curva de aprendizado do combatente, fornecer redução de risco para incrementos futuros do sistema de armas a laser e fornecer um sinal de demanda mais forte para a base de abastecimento ”, observou Brendan Scanlon, diretor do programa HELIOS na Lockheed Martin Rotary and Mission Systems, em uma notícia de março anúncio.
Protegendo navios
De acordo com um relatório do Serviço de Pesquisa do Congresso de abril de 2020 para o Congresso - “Lasers da Marinha, canhão elétrico e projéteis guiados por arma de fogo” - os lasers oferecem uma melhoria significativa na capacidade da Marinha de proteger seus navios contra um inimigo com um número virtualmente ilimitado de mísseis e enxame UAVs.
“A Marinha nos últimos anos alavancou avanços significativos em SSLs industriais e décadas de trabalho de pesquisa e desenvolvimento em lasers militares feitos por outras partes do DOD para fazer progressos substanciais na implantação de SSLs de alta energia em navios de superfície da Marinha. Os navios de superfície da Marinha usariam SSLs de alta energia inicialmente para bloquear ou confundir (ou seja, "deslumbrante") sensores de inteligência, vigilância e reconhecimento (ISR), para combater pequenos barcos e UAVs e, potencialmente, no futuro, para combater mísseis inimigos, também, ”Disse o relatório.
“SSLs de alta energia em navios da Marinha geralmente seriam armas defensivas de curto alcance - eles geralmente contra-atacariam alvos em alcances de cerca de uma milha a talvez, eventualmente, algumas milhas. Além de um baixo custo marginal por tiro e compartimento profundo, as vantagens potenciais dos lasers a bordo incluem tempos de engajamento rápidos, uma capacidade de conter mísseis de manobra radical, uma capacidade de conduzir engajamentos de precisão e uma capacidade de usar lasers para respostas graduadas que variam de detecção e monitorar alvos para causar danos incapacitantes. ”
No entanto, o relatório continuou, os lasers não são uma proteção "bala de prata" contra todas as ameaças ou sob todas as circunstâncias:
“As limitações potenciais dos lasers de bordo estão relacionadas à linha de visão; absorção atmosférica, dispersão e turbulência (que impedem os lasers de bordo de serem armas para todos os climas); um efeito conhecido como florescimento térmico que pode reduzir a eficácia do laser; combater os ataques de saturação; possível uso adversário de alvos protegidos e contramedidas e risco de danos colaterais, incluindo danos a aeronaves e satélites e danos permanentes à visão humana, incluindo cegueira. ”
No entanto, todos os serviços veem os lasers como futuros componentes integrais - e inestimáveis - de um sistema de defesa integrado em camadas para plataformas, instalações fixas e combatentes.
Lasers de campo de batalha
Em abril, o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea (AFRL) entregou o primeiro laser de alta energia da Força - o Sistema de Armamento HEL da Raytheon - para uso no campo de batalha contra UAVs. Junto com o Respondente Operacional Tático de Alta Potência (THOR), ele passará por uma avaliação no exterior de um ano.
“O fato de ser uma arma a laser permite que você coloque energia no alvo na velocidade da luz. Pode ser um evento de aquecimento instantâneo ”, disse na época Michael Jirjis, chefe dos projetos de experimentação de energia dirigida da Força Aérea.
“THOR é uma mudança no jogo da energia dirigida”, acrescentou o diretor de energia dirigido do AFRL Kelly Hammett no mesmo comunicado à imprensa do AFRL. “Drones estão se tornando mais
e mais difundidos e podem ser usados como armas destinadas a causar danos às nossas bases militares em distâncias de longo alcance. Nós construímos o sistema de armas THOR como um impedimento contra esse tipo de ameaças. THOR, com sua tecnologia contra-eletrônica, pode derrubar enxames de drones em um tiro rápido. Essa capacidade será um recurso incrível para nossos combatentes e para a defesa da nação. ”
O Exército está lançando um laser de 50 quilowatts montado em Stryker, com implantação planejada para 2022, para defender combatentes contra UAVs, foguetes, artilharia e morteiros. Em vez de seguir isso com um laser de alta energia de 100 quilowatts, no entanto, o Exército agora está olhando para um componente de 250 a 300 quilowatts para sua Capacidade de Proteção Indireta contra Incêndios (IFPC), destinada a conter mísseis de cruzeiro. As autoridades dizem que o sistema HEL-IFPC deve estar disponível para os combatentes até 2024.
“A vantagem do laser é que temos a capacidade de ter um carregador ilimitado quando se trata de sistemas aéreos não tripulados, bem como foguetes, artilharia, morteiros”, o tenente-general Paul Ostrowski, principal adjunto militar do Secretário Adjunto do o Exército de Aquisição, Logística e Tecnologia, disse no ano passado. “Onde antes estávamos disparando mísseis de $ 100.000 contra UAVs de $ 7.000, isso nos coloca em uma posição em que não estamos gastando tanto dinheiro para fazer isso. Estamos eliminando esses alvos de uma forma muito mais rápida e muito mais barata.”
As Operações Especiais também têm um grande interesse em armas a laser, conforme demonstrado pelos esforços do Comando de Operações Especiais da Força Aérea (AFSOC) para integrar um laser de 60 quilowatts a bordo do caça Ghostrider AC-130J.
“O objetivo é fornecer uma capacidade de vigilância armada usando energia direcionada”, disse o comandante do AFSOC, Tenente-General James Slife, na Conferência Aérea, Espacial e Cibernética da Associação da Força Aérea no ano passado. “O teste disso e o trabalho de integração que está em andamento estão ocorrendo em ritmo acelerado. Não vimos nada até este ponto que nos levasse a acreditar que nem tudo é alcançável no horizonte de curto prazo contra o qual estamos trabalhando. ”
Habilitando tecnologias
De campeonatos de corrida a medicina, jogos de computador e produtos domésticos cada vez mais computadorizados, as armas a laser se beneficiaram de fontes amplas e diversas de novas tecnologias.
“Uma das tecnologias capacitadoras são os lasers elétricos e os lasers de fibra. Essa foi uma verdadeira revelação e uma das chaves para nossos pacotes de sistemas de armas a laser ”, diz Shattuck da Lockheed Martin. “No início das armas a laser, você estava falando sobre lasers químicos, que eram sistemas enormes com uma grande pegada logística. A próxima geração provavelmente tinha metade da eficiência. Os lasers de fibra são duas a três vezes mais eficientes do que isso, portanto, os requisitos de energia e térmicos são de metade a um terço do que eram. O advento da capacidade de escalar os lasers de fibra até centenas de quilowatts foi um grande avanço.
“Também impactando esses sistemas estão as melhorias na computação, muitas delas vindo da arena de jogos, onde o mercado comercial está impulsionando melhorias no tamanho e no poder de processamento e permitindo algoritmos muito avançados para rastrear alvos, como UAVs que manobram e voam fundos desordenados. ”
O futuro, acrescenta, verá uma continuação dessas sinergias:
“Você verá um desenvolvimento contínuo do diodo laser, com pacotes mais compactos e maior potência, melhorias em colocar mais potência através da fibra. Haverá também um desenvolvimento contínuo do poder de processamento de que precisamos para óptica, codificação e algoritmos. Com a codificação ótica, alguns dos fornecedores de codificação mais proeminentes hoje codificam óticas menores, principalmente para uso médico. Continuará a haver sinergia entre militares e comerciais. Todo o advento da IA e do aprendizado de máquina também continuará a evoluir e encontrar seu caminho para determinar melhor quais alvos perseguir, qual é o ponto de feixe ideal, etc. ”
No curto prazo, Raytheon's Hunt afirma que a tecnologia de armas a laser está progredindo rapidamente.
“Estamos em uma fase de protótipo maduro, uma fase de transição de tecnologia, onde finalmente desenvolvemos armas a laser com capacidade operacional comprovada contra ameaças assimétricas, como drones Classe 1 e 2. Esses estão sendo testados em ambientes operacionais e informarão os programas de registro. Isso também é verdade para armas de 50 quilowatts, como a que estamos construindo para o Exército em uma plataforma móvel para outros alvos que não apenas drones ”, diz ele. “As armas a laser estão realmente prestes a passar para programas de produção para uso operacional na categoria de defesa aérea, de 10 a 50 quilowatts para defesa aérea de curto alcance, normalmente dentro de 10 quilômetros.
“A arma a laser é parte de uma abordagem de defesa em camadas. Para ameaças maiores e de longo alcance, você ainda dependerá de armas cinéticas ”, continua Hunt. “As armas a laser de perto são muito precisas e capazes, reduzindo os danos colaterais. Eles não criam grandes explosões ou estilhaços. Eles também são silenciosos e invisíveis, portanto, não são perturbadores. No segundo que você começa a afetar o alvo, você obtém uma avaliação de danos em tempo real, então você quase não tem chance de errar o alvo e acertar algo que você não pretende.”
Aproveitando lasers comerciais
Hunt observa que a natureza sinérgica dos lasers militares e comerciais e dos sistemas de apoio aumentaram a velocidade de desenvolvimento e a capacidade do sistema.
“Todas as tecnologias de armas a laser amadureceram a ponto de estarmos prontos para integrá-las em campo. Um é o sensor E / O. Na Raytheon, usamos um sistema multiespectral que usamos no solo e no ar que nos permite obter o feixe de laser no ponto de precisão de que precisamos para ser eficazes ”, diz ele.
“Outra são as baterias de lítio avançadas”, diz Hunt. “Não há como armazenar uma passagem direta da energia terrestre, então agora temos baterias que disponibilizam energia sob demanda. Houve avanços na área de laser de fibra, que são compactos, limpos e eficientes. Usamos esses módulos, modificados para uso de defesa, e os combinamos para criar nosso poder de laser. E finalmente, francamente, tecnologia de videogame para treinamento integrado. Usamos um único laptop como interface e jogos que podem nos ajudar a treinar os usuários em apenas algumas horas. ”
Diversas tecnologias de laser estão sendo testadas para a próxima geração de sistemas.
“Existem tecnologias concorrentes - fibra, DPALs [lasers alcalinos bombeados por diodo], lasers distribuídos, etc. Isso faz parte do esforço atual para o desenvolvimento de 300 quilowatts, para ver quais dessas tecnologias chegarão à frente”, diz Dennis Hammons, Diretor de Estratégia e Energia Dirigida por Captura da Northrop Grumman.
“Uma parte importante da tecnologia capacitadora tem sido os lasers elétricos, atualmente de fibra. Alto brilho e baixo custo são outros aspectos. Ao combinar esses lasers para fazer sistemas de alta potência está a grade dielétrica multicamadas, que foi iniciada por Lawrence Livermore. Outros aspectos importantes estão mais relacionados à forma como identificamos, rastreamos e mantemos o ponto de mira no alvo e como reduzimos a instabilidade no sistema para estabilização da linha de visão. ”
Os aliados da América também estão avançando rapidamente com a tecnologia a laser para defesa. Em janeiro, por exemplo, o Ministério da Defesa (MOD) de Israel anunciou uma grande conquista em um esforço de laser de alta energia pela Diretoria de Pesquisa e Desenvolvimento de Defesa (DDR D). De acordo com um comunicado do MOD, o esforço produzirá um sistema capaz de focar com precisão feixes de laser em alvos de longo alcance, superando distúrbios atmosféricos, adicionando nova capacidade ao sistema de defesa aérea de quatro camadas de Israel.
“A nova tecnologia levará a uma mudança estratégica nas capacidades de defesa de Israel. Ao longo do ano 2020, faremos uma demonstração de nossas capacidades ”, disse um comunicado do MOD, e citou o chefe do DDRD, Brig. O general Yaniv Rotem disse: “Estamos entrando em uma nova era de guerra de energia no ar, na terra e no mar”.
Esforços na Europa
A Europa também está trabalhando para lançar armas a laser em algum momento da década de 2020. O Tactical Advanced Laser Optical System (TALOS), apoiado pela Agência de Defesa Europeia, pode levar ao envio de armas a laser com as forças europeias até 2027, disse Antoine Bouvier, ex-CEO da fabricante de defesa MBDA em Le Plessis-Robinson, França.
Enquanto isso, no Reino Unido, o Defense Science Technology Laboratory (DSTL) está trabalhando com a indústria britânica e a Marinha dos Estados Unidos, no âmbito do Advanced Electric Power and Propulsion Project Arrangement, para desenvolver futuras opções de armazenamento de energia para navios de guerra britânicos para alimentar a próxima geração de armas laser navais. Relacionado a isso, a DSTL e a GKN Aerospace em Redditch, Inglaterra, desenvolveram o Flywheel Energy Storage System (FESS), usando volantes leves e de alta velocidade para fornecer pulsos elétricos de alta potência.
Ao testar o FESS, as equipes dos EUA e do Reino Unido usaram power hardware-in-the-loop (PHIL) para integrar o FESS em uma arquitetura de energia de navio virtual emulando operações em tempo real da Marinha Real.
Para os testes de FESS entre Reino Unido e EUA, as equipes usaram uma abordagem conhecida como hardware de energia in-the-loop (PHIL), que vê a integração de um sistema FESS real em uma arquitetura de energia de navio virtual que emula um navio da Marinha Real operando em tempo real. Isso foi inicialmente realizado na Florida State University em Tallahassee, Flórida, e depois levado para o Centro de Demonstração de Redes de Energia (PNDC) na Escócia para aprimorar as capacidades de PHIL do Reino Unido.
“Este projeto nos deu uma grande oportunidade de mostrar o banco de testes PHIL que desenvolvemos no PNDC”, disse o líder técnico do programa Kyle Jennett em um comunicado do MOD no Reino Unido. “Este teste permite-nos conectar hardware do mundo real, como o FESS, a plataformas navais simuladas para avaliar o impacto no navio durante diferentes cenários operacionais.”
Oficiais do governo dizem que esperam que esta tecnologia facilite o caminho para a integração de armamento de próxima geração em embarcações navais, incluindo o Dragonfire do Reino Unido, que está sendo desenvolvido pela DSTL e pela indústria do Reino Unido como parte do programa de demonstração de capacidade de arma de energia direcionada a laser.
Colocar em campo uma arma a laser totalmente operacional exigiria avanços em uma gama complexa de tecnologias, muitas das quais estão prontas - ou quase - para implantação. Mas a primeira geração de tais armas irá para o guerreiro com demandas por capacidade cada vez maior.
Necessidade de poder
“Todo mundo quer mais potência do laser. Se você construir a arma corretamente, então mais potência significa maior alcance e capacidade de matar para alvos maiores. Mas não é tão simples. Você também deve ser capaz de direcionar aquele feixe mais poderoso em um ponto preciso a uma longa distância e empacotá-lo em uma configuração que seja viável para o guerreiro; 50 quilowatts levam você a um veículo como o Stryker, mas mais potência significa plataformas maiores à medida que os custos e os prazos de entrega aumentam ”, diz Hunt.
“Certamente continuaremos a avançar a potência do laser, mas faz sentido colocar sistemas de 10 e 50 quilowatts no campo rapidamente, então podemos começar a aumentar de acordo e começar a fornecer capacidade ar-solo, usando os mesmos componentes principais que nós temos no MRZR para plataformas de rotor de próxima geração para o Exército e o Comando de Operações Especiais dos EUA ”, continua Hunt.
“Aplicações adjacentes para laser de alta energia são feixes de energia para recarregar algo em um alcance muito longo. Isso também se aplica às comunicações a laser. A esperança é que, a longo prazo, o laser não seja apenas um substituto para os efetores cinéticos. Em alguns casos, ele não fará coisas tão bem quanto mísseis, mas preencherá uma lacuna na defesa de curto alcance e, eventualmente, em alvos de maior alcance. ”
As Forças Armadas dos Estados Unidos passarão de demonstradores de protótipos implantados a programas de registro em uma variedade de lasers defensivos em todas as forças muito mais rapidamente do que o público em geral pode esperar.
“Nos próximos cinco anos, veremos sistemas operacionais sendo implantados em navios, veículos terrestres, em bases fixas e potencialmente aerotransportados. A geração atual de demonstradores e protótipos são consistentes com as estratégias de aquisição do OSD e, acredito, será a primeira geração de armas a laser a ser implantada operacionalmente ”, prevê o Shattuck da Lockheed Martin.
“Durante décadas, observei o desenvolvimento dessas tecnologias e foi bom ver a maturidade dos sistemas gerais de armas a laser e sua utilidade para lacunas específicas dos combatentes. Um dos facilitadores é a maturidade desses sistemas em comparação com as lacunas dos combatentes. Não é uma tecnologia em busca de um uso, mas uma tecnologia que oferece nitidamente precisão, magazines profundos, menores custos por foto e muitas vantagens ao olhar para os potenciais conceitos futuros. Não é algo que faz tudo, mas é projetado para fornecer basicamente uma camada em um sistema defensivo geral. ”
