Kryptinės energijos ginklai (DEW) – tai priešdroninių technologijų klasė, kurioje vietoj kinetinių sviedinių naudojama sutelkta elektromagnetinė energija, siekiant susilpninti, pažeisti ar sunaikinti nepilotuojamą orlaivio sistemą (UAS). Skirtingai nuo tradicinių balistinių priemonių, kurios remiasi fiziniu smūgiu, DEW sistemos perduoda energiją šviesos greičiu, kad padarytų terminę arba elektroninę žalą taikiniui.
C-UAS kontekste DEW apima dvi pagrindines kategorijas. Didelės energijos lazeriai (HEL) sutelkia optinę energiją, kad ištirpintų arba sudegintų konstrukcinius komponentus, o didelės galios mikrobangos (HPM) skleidžia spinduliuotės impulsus, siekdamos sutrikdyti laive esančios elektronikos veikimą. JAV Gynybos departamentas apibrėžia šias sistemas kaip esminius komponentus, leidžiančius pasiekti fizinį neutralizavimą be tradicinės amunicijos keliamos logistinės naštos.
Kodėl DEW yra svarbus
Kryptinės energijos ginklai atitinka C-UAS reikalavimus, nes pasižymi “gilaus šovinių rezervo” savybe. Gynybos terminologijoje „gilus šovinių rezervas“ reiškia gebėjimą užtikrinti praktiškai neribotą šaudmenų – arba, šiuo atveju, energijos impulsų – tiekimą, kurį riboja tik turimas energijos šaltinis. Tai leidžia vykdyti nepertraukiamus susidūrimus, o vieno šūvio kaina yra nereikšminga.
Įvairiose operatyvinėse situacijose DEW suteikia akivaizdų pranašumą tam tikrais atvejais. Nors miestų aplinkoje, siekiant išvengti šalutinės žalos, pirmenybė teikiama „soft-kill“ metodams, pavyzdžiui, protokolų analizei ar trukdymams, DEW veikia kaip būtinas „hard-kill“ lygis aukšto saugumo aplinkose, pavyzdžiui, branduolinėse įrangose ar priekinėse operatyvinėse bazėse. Šiose zonose, jei dronas nereaguoja į priešdronines priemones, pasitelkiančias kibernetinį perėmimą, DEW užtikrinamas greitas fizinis neutralizavimas tampa paskutine gynybos linija nuo ginkluotų krovinių.
Kaip veikia DEW
Kryptinės energijos ginklų veikimas grindžiamas elektros energijos pavertimu sutelktu spinduliu arba energijos lauku. Šiame procese naudojami sudėtingi sekimo ir spindulio valdymo mechanizmai, užtikrinantys, kad sistema energiją tiksliai nukreiptų į judantį taikinį.
Veiklos eiga
- Aptikimas ir sekimas: Prieš išleisdama energiją, sistema privalo aptikti tikslą ir jį užfiksuoti. Tam reikalingi itin tikslūs jutikliai. ’Sentrycs“ autonominės aptikimo ir sekimo funkcijos dažnai atlieka ”akių“ vaidmenį, duodamos signalą šioms sistemoms ir užtikrinančios, kad sistema prieš ataką tiksliai identifikuotų tikslą.
- Srauto generavimas:
- Lazeriai: Elektros energija sužadina stiprinimo terpę (šviesolaidinę, kietąją arba cheminę), kad būtų sukurtas koherentinis šviesos pluoštas.
- Mikrobangų krosnelės: Aukštos įtampos šaltiniai maitina elektronines lempas arba puslaidininkinius įrenginius, kad būtų generuojami elektromagnetiniai impulsai.
- Signalo sklidimas atmosferoje: Energija sklinda per atmosferą. Sistemos turi naudoti adaptyviąją optiką, kad kompensuotų „blooming“ efektą arba energijos išsisklaidymą, kurį sukelia oro sūkuriai ar kietosios dalelės.
- Švelninimas (tikslo neutralizavimas ir sunaikinimas):
- Šiluminis išlaikymo laikas (lazeriai): Lazerinis spindulys lieka nukreiptas į konkretų drono tašką, pavyzdžiui, rotoriaus svirtį ar kamerą, kol medžiaga išsilydo arba įgauna struktūrinį pažeidimą.
- Elektroniniai sutrikimai (mikrobangos): Elektromagnetinis laukas prasiskverbia pro drono ekranavimą ir sukelia įtampos šuolius, kurie sudegina grandines arba sutrikdo duomenų apdorojimą.
Technologijos ir variantai: lazeriai ir mikrobangos
DEW srityje pramonė technologijas skirsto pagal jų veikimo mechanizmą ir veikimo mastą.
Aukštos energijos lazeriai (HEL)
HEL sistemos nukreipia siaurą spindulį į vieną tikslą. Tai yra tikslieji prietaisai, skirti chirurginiu būdu sunaikinti konkrečius komponentus.
- Mechanizmas: Pagrindinis mechanizmas yra terminė abliacija.
- Talpa: Šios sistemos skirtos kovai su vienu taikiniu ir, norint neutralizuoti droną, joms reikia tam tikro veikimo laiko (kelių sekundžių trukmės fokusavimo).
- Įdiegimas: Įrenginiai gali būti stacionarūs, montuojami ant transporto priemonių arba nešiojami, tačiau nešiojamų versijų naudojimą dažnai riboja maitinimo reikalavimai.
Didelio galingumo mikrobangos (HPM)
HPM sistemos skleidžia platesnį energijos kūgį, galintį vienu metu paveikti kelis taikinius.
- Mechanizmas: Tai sukelia elektroninį sutrikimą arba perdegimą.
- Talpa: Šios sistemos užtikrina daugiatikslinę ir spiečiaus gynybą, pasinaudodamos momentiniu šviesos greičio efektu, kuriam nereikia jokio veikimo trukmės.
- Įdiegimas: Dėl didelių elektros energijos gamybos poreikių paprastai naudojami stacionarūs arba konteineriuose įrengti didelio masto sprendimai.
Šios technologijos papildo lanksčius kitų C-UAS lygmenų diegimo sprendimus. Nors lazeris užtikrina chirurginį tikslumą, HPM sistema suteikia galimybę užkirsti kelią prieigai prie tam tikros teritorijos, kas yra veiksminga kovojant su dronų spiečiais, su sąlyga, kad aplinkos sąlygos leidžia naudoti didelės galios elektromagnetinius spindulius, netrikdant sąjungininkų ryšių.
Vaidmuo operacijose, skirtose kovai su nepilotuojamais orlaiviais (UAS)
Kryptinės energijos ginklai priskiriami „kinetinio/kietojo sunaikinimo“ lygiui, kuris apima aptikimo, sekimo, identifikavimo ir neutralizavimo grandinę. Jie retai naudojami kaip savarankiški sprendimai, nes negali savarankiškai atskirti savųjų nuo priešų.
Siekiant veiksmingai panaudoti DEW, būtina integruoti šią sistemą su valdymo ir kontrolės (C2) sistema, kurią aprūpina didelio tikslumo identifikavimo jutikliai. Būtent čia ypač svarbus tampa protokolais pagrįstas aptikimas. Prieš vadui leidžiant atlikti lazerinį smūgį, kuris kelia akių sužalojimo ar gaisro pavojų, jis privalo įsitikinti, kad taikinys yra priešiškas.
Daugiasluoksnėje gynybos architektūroje:
- 1 lygis (didelio nuotolio): Dronas atpažįstamas naudojant radijo dažnio (RF) aptikimą.
- 2 lygis („Soft Kill“): Protokolo analizė arba trukdžių sukėlimas, siekiant perimti drono valdymą arba jį saugiai nutupdyti.
- 3 lygis („Hard Kill“): Jei dronas veikia autonomiškai (“nevaldomas”) ir nereaguoja, operatoriai panaudoja DEW, kad fiziškai sunaikintų orlaivio korpusą.
DEW privalumai ir trūkumai
Nors DEW reiškia technologinį šuolį balistikos srityje, tai nėra panacėja, padėsianti išspręsti visas oro erdvės saugumo problemas.
Privalumai
- Sąnaudų asimetrija: Vieno lazerio šūvio elektros energijos sąnaudos siekia vos kelis centus, o raketų – tūkstančius.
- „Deep“ žurnalas: Kol generatorius arba baterija tiekia energiją, ginklas gali šaudyti.
- Greitis: Energija sklinda šviesos greičiu, o tai supaprastina skaičiavimus, susijusius su greitai judančiais taikiniams.
- Tikslumas (HEL): Lazeriai gali būti nukreipti į konkrečias drono dalis, pavyzdžiui, kamerą ar naudingąją apkrovą, siekiant neutralizuoti grėsmę nesunaikinant viso orlaivio korpuso.
Apribojimai
- Jautrumas aplinkos veiksniams: Lietus, rūkas, dūmai ir dulkės žymiai pablogina lazerių veikimą, nes išsklaido spindulį ir sumažina jo galią pasiekus tikslą.
- Tiesioji linija: DEW sistemai būtinas tiesioginis, nieko neužstojamas matomumas į taikinį. Skirtingai nuo protokolo perėmimo metodų, šios sistemos negali neutralizuoti už pastatų ar medžių pasislėpusių dronų.
- Su užstatu susijusi rizika: Nors tai saugiau nei sprogstančios raketos, nepataikyti lazerio šūviai gali nuskristi mylių atstumą ir apakinti pilotus arba sugadinti palydovus. HPM gali netyčia išjungti netoliese esančią sąjungininkų elektroninę įrangą, o tai kelia sunkumų siekiant užtikrinti, kad civilinė infrastruktūra nepatirtų jokių signalų trukdžių.
- Krentantys nuolaužos: DEW sukelia nekontroliuojamą avariją, kuri kelia pavojų saugumui gyvenamose vietovėse.
Teisiniai ir veiklos aspektai
DEW diegimas yra griežtai reglamentuojamas ir šiuo metu taikomas iš esmės tik kariniams ir federalinės gynybos tikslams.
- Teisinis pagrindas: Nefederalinėms organizacijoms paprastai draudžiama naudoti DEW JAV ir ES dėl saugos pavojų, pavyzdžiui, galimo akių sužalojimo net už kelių kilometrų atstumu.
- Spektro valdymas: HPM sistemos užtvindo dažnius energija, dėl to kyla reguliavimo sunkumų, susijusių su nenumatytais signalų trukdžiais ligoninių įrangai ar oro eismo kontrolei.
- Aviacijos sauga: Sistemoms turi būti nustatytos geografinės ribos arba mechaniniai apribojimai, kad jos nepažeistų vietinės infrastruktūros ir kuo labiau sumažintų pavojų pilotuojamiems orlaiviams.
Naujos tendencijos kryptinės energijos ginklų srityje
DEW technologijų sritis sparčiai vystosi, didėjant galios tankiui ir mažėjant įrenginių matmenims.
- Miniatiūrizacija: Technologija pereina nuo konteinerio dydžio įrenginių prie taktinių, ant transporto priemonių montuojamų sistemų, o tai leidžia lanksčiau jas dislokuoti mobiliuose konvojuose.
- Dirbtinio intelekto pagrįstas tikslinis rinkodaros taikymas: Įdiegtas mašininio mokymosi sprendimas automatiškai nustato labiausiai pažeidžiamą drono vietą, pavyzdžiui, akumuliatoriaus korpusą, siekiant kuo labiau sutrumpinti buvimo vietoje laiką.
- Hibridinės sistemos: Šioje srityje stebima „Cyber-over-RF“ (CoRF) ir DEW technologijų konvergencija. Ateities sistemose gali būti naudojami radijo dažnių duomenys, siekiant nustatyti drono modelį, o po to automatiškai pritaikyti lazerio galią iki tikslaus lygio, reikalingo drono neutralizavimui, taip užtikrinant efektyvumą ir autonominį veikimą.
- Priešpuolimo HPM: Dėl pažangos kietųjų kūnų generatorių srityje mikrobangų ginklai tampa vis tinkamesni konvojų apsaugai nuo koordinuotų „spiečių“ atakų.