Высокоэнергетическая лазерная система противоракетной обороны HELLADS

Введение

Система высокоэнергетической жидкостной лазерной обороны (HELLADS) — это разрабатываемая система противодействия реактивным снарядам, ракетам, артиллерии и минометным снарядам, использующая мощный (150 кВт) лазер для их уничтожения. Первоначальная демонстрация системы пройдет на стационарной наземной установке, однако для последующей интеграции на летательный аппарат, окончательная конструкция должна иметь максимальный вес 750 кг и максимальный габарит 2 кубических метра. Разработка финансируется Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA).

История

Жидкие лазеры с большими системами охлаждения могут излучать непрерывные лучи, в то время как твердотельные лазеры обладают большей интенсивностью, но обычно требуют импульсного режима работы для предотвращения перегрева. (При соблюдении требований к отводу тепла твердотельные лазеры могут работать в непрерывном режиме.) В прошлом оба типа лазеров были очень громоздкими из-за необходимости в этих крупных системах охлаждения. Установить их можно было только на самолеты размером с широкофюзеляжные лайнеры. Необходимость в таких системах подтвердилась во время войны в Ливане в 2006 году. Израиль ранее занимался аналогичными разработками, финансируя мобильный тактический высокоэнергетический лазер (MTHEL). Эта система была испытана 24 августа 2004 года и показала эффективность в нейтрализации минометных угроз в условиях, приближенных к реальным. Однако испытание проводилось с использованием ракет малой дальности, 20 км.

Разработка

В течение первых нескольких лет программы, Отдел фотоники General Atomics был главным подрядчиком. Конструкция сочетала высокую плотность энергии твердотельного лазера с тепловым управлением жидкого лазера. Первоначальный прототип, получивший название "оружие HEL", демонстрировал умеренный луч мощностью 1 киловатт (кВт). Фаза 3 программы в 2007 году продемонстрировала мощность 15 кВт в лабораторных условиях, а в конце 2008 года, по результатам тендера General Atomics, Lockheed Martin был выбран в качестве интегратора систем вооружения. В сентябре 2007 года DARPA заключила контракт с Textron Systems на поставку альтернативного лазерного модуля с использованием запатентованной керамической технологии твердотельного лазера "ThinZag". В отличие от партнерства GA/Lockheed, Textron также будет выполнять функцию системной интеграции для своего устройства. DARPA планировала "сравнение" между двумя претендентами в 2009 году, чтобы определить, кто получит финансирование для продолжения программы на дальнейших этапах. Более мощная версия должна была генерировать луч мощностью 150 кВт, способный сбивать ракеты, с учетом требований к весу и размерам для установки на истребители или Humvee. В середине 2008 года журнал Jane's International Defence Review процитировал представителей американских военных, заявивших, что программа идет по графику выполнения наземных испытаний. Фаза 4 программы, включающая испытания на открытом воздухе лазера высокой мощности против тактических целей, была запланирована на 2010 год. Ожидалось, что прототип будет готов к концу 2012 года. DARPA планировала использовать завершенные прототипы для испытаний против целей на ракетном полигоне White Sands в начале 2013 года, включая наземные испытания против ракет, минометов и ракет класса "земля-воздух". DARPA планировала, чтобы General Atomics произвела вторую систему HELLADS в январе 2013 года для использования Управлением военно-морских исследований для испытаний против целей, "актуальных для надводных кораблей". Первый экземпляр предназначен для использования ВВС и не может быть предоставлен ВМС. Производство системы планировалось завершить в 2012 году, а интеграция подсистем питания, теплового управления, управления лучом и системы управления – в 2013 году. Целевой вес системы составляет кг на кВт мощности. Обе службы планируют демонстрации в 2014 году. В апреле 2015 года компания General Atomics сообщила, что ее лазер высокой энергии (HEL) третьего поколения завершил испытания качества луча и измерения мощности. Лазер 3-го поколения имеет ряд усовершенствований, обеспечивающих улучшенное качество луча, повышенную электрическую и оптическую эффективность, а также уменьшенные габариты и вес; сборка небольшая, всего , и питается от компактной литий-ионной батареи для демонстрации возможности развертывания на тактических платформах. Качество луча оставалось стабильным в течение 30-секундной демонстрации, что доказывает возможность поддержания качества луча электрически накачиваемых лазеров выше 50 киловатт. General Atomics планирует развернуть лазерный модуль на своем беспилотном летательном аппарате Avenger к 2018 году. Демонстрация достаточной мощности лазера и качества луча завершила фазу лабораторной разработки программы и позволила перейти к полевым испытаниям. Наземные полевые испытания позволят оценить его эффективность против ракет, минометов, транспортных средств и имитаторов ракет класса "земля-воздух". Испытания HELLADS планировались летом 2015 года на полигоне White Sands. General Atomics также предложила свой Gen 3 HEL ВМС после запроса ONR на поставку 150-кВт лазерного оружия, пригодного для установки на эсминцы класса Arleigh Burke, которое будет испытано в 2018 году. Компания представила лазер в виде модуля тактического лазерного оружия, включающего литий-ионные батареи высокой плотности энергии, жидкостное охлаждение, один или несколько лазерных модулей и оптику для очистки и стабилизации луча перед его входом в телескоп-директор луча; один модуль генерирует луч мощностью 75 кВт, а модули могут быть объединены для создания лучей мощностью 150-300 кВт без объединения лучей, как в маломощных волоконных лазерах. General Atomics также планирует предложить Gen 3 армии США для их мобильного демонстратора лазерного оружия высокой энергии (HEL MD), когда его мощность достигнет 120 кВт в начале 2020-х годов.

For the first few years of the program the Photonics Division of General Atomics was the prime contractor. The design combined the high energy density of a solid state laser with the thermal management of a liquid laser. Dubbed the "HEL weapon", the initial prototype demonstrated firing a mild one kilowatt (kW) beam. Phase 3 of the program in 2007 demonstrated 15 kW power in a laboratory setting, and at the end of 2008 under the General Atomics bid, Lockheed Martin was selected as the weapon system integrator. In September 2007, DARPA contracted Textron Systems to supply an alternate laser module using its proprietary "ThinZag" ceramic solid state technology. Unlike the GA/Lockheed partnership, Textron will also perform the system integration function for their device. DARPA planned a "shoot off" between the two contenders in 2009 to determine which would be funded to continue the program to further phases. The more powerful version will produce a 150 kW beam capable of knocking down missiles with the weight and size requirements for fitting onto fighter aircraft or a Humvee. In mid 2008, Jane's International Defence Review quoted the US military that the program is on schedule to meet this ground test. Phase 4 of the program, involving outdoor testing of a weapon power laser against tactical targets, was planned for 2010. A prototype was expected to be available by the end of 2012. DARPA planned to use the completed prototypes against targets at White Sands Missile Range in early 2013. This included ground testing against rockets, mortars, and surface to air missiles. DARPA planned for General Atomics to produce a second HELLADS system in January 2013 for use by the Office of Naval Research to test against targets "relevant to surface ships." The first example is committed to Air Force use and cannot be made available for the Navy. Fabrication of the system was planned to be completed in 2012, with power, thermal management, beam control, and command and control subsystem integration planned through 2013. The system has a weight goal of per kW of power. Both services plan for demonstrations in 2014. General Atomics revealed in April 2015 that its Gen 3 High Energy Laser (HEL) completed beam quality and power measurements tests. The Gen 3 laser has a number of upgrades that provide improved beam quality, increased electrical to optical efficiency, and reduced size and weight; the assembly is small at only , and is powered by a compact Lithium ion battery to demonstrate deployability on tactical platforms. Beam quality remained constant through the 30 second demonstration, proving that the beam quality of electrically pumped lasers can be maintained above 50 kilowatts. General Atomics plans to have the laser module deployable on their Avenger unmanned aerial vehicle by 2018. Demonstrating sufficient laser power and beam quality ended the program's laboratory development phase and achieved acceptance for field trials. Ground based field testing will assess its effects against rockets, mortars, vehicles, and surrogate surface to air missiles. HELLADS was to be tested during summer 2015 at White Sands. General Atomics has also proposed its Gen 3 HEL to the Navy after an ONR solicitation for a 150 kW laser weapon suitable for installation on Arleigh Burke class destroyers, to be tested in 2018. The company has displayed the laser as a Tactical Laser Weapon Module which includes high power density lithium ion batteries, liquid cooling, one or more laser unit cells, and optics to clean up and stabilize the beam before it enters the beam director telescope; a unit cell produces a 75 kW beam, and modules can be combined to create beams of 150 300 kW in power with no beam combining like low power fiber lasers. General Atomics also plans to offer the Gen 3 to the U. S. Army for their High Energy Laser Mobile Demonstrator (HEL MD) when its power levels increase to 120 kW in the early 2020s.