指向性エネルギー兵器、DEW（パート2/3）：レーザーおよびマイクロ波兵器システム

（へステファノ・アヴォリオ)

01/09/21

可能な種類の直接エネルギー兵器を検討し、世界で行われた実験を分析すると、XNUMXつの最も有望な解決策はマイクロ波兵器（HPM-DEW、高出力マイクロ波-指向性エネルギー兵器）とレーザー兵器（HEL-DEW、高エネルギーレーザー-指向性エネルギー兵器）。

電子レンジ：HPM-露

マイクロ波兵器システムの動作原理は、理解するのがかなり簡単です。

これには、適切な周波数（通常は10Mhz〜100Ghz）のマイクロ波ビームをターゲット（またはターゲットのグループ）に向けることが含まれます。または群衆に対してさえ。

人ではなく資産をターゲットにするように設計されたHPM兵器に焦点を当てましょう。「一般公開のためにクリアされた」資料から抜粋した、少し古いが一般的な考慮事項に役立ついくつかの一般的な考慮事項を以下に示します。¹).

クラス4または5のタイプの損傷を生成するターゲットに対するマイクロ波の流れの影響は、ターゲットに実際に放射される電力密度と、損傷を引き起こしたいサブシステムに依存します（私たちの目標は、通信システム、または誘導システム、または完全な任務の失敗を引き起こすために）。さて、ターゲットとサブシステムのタイプに関係なく、失敗（したがって、武器の成功）はcm100で約2ワットの最大値に達しますが、すでにcm10で2ワットで効果は重要です。

ターゲット上で10または100W / cm2に到達するには、アンテナからどのくらいの電力を放射する必要がありますか？明らかに、それはターゲットがどれだけ離れているか（および放射アンテナからターゲット自体への電力の分散を決定する他の条件（反射、建物など））に依存しますが、他の要因にも依存します。

HPM-DEWタイプの兵器システムで電力がどのように伝播するかを理解するための一般的なスキームを図2に示します。計算の詳細を超えて¹ スキームの要素にいくつかの重要な定性的側面を集中させることが重要です。

発電機の問題（レーダーには適切なサイズの発電機が装備されている）、導波管による損失、および伝搬による損失（ターゲットまでの距離のXNUMX乗に比例）の問題は非常によく知られています。代わりにマイクロ波源に焦点を合わせる方が興味深いです。

マイクロ波源については、次の図を参照して、使用可能なさまざまな技術の概要を把握できます（「¹「したがって、最近の進化をカバーするには不適切です）、真空技術と固体技術に分けられます。グラフを解釈する前に、次の要素を覚えておくとよいでしょう。

-DEWで使用するマイクロ波の最大の効果に対応する周波数は、300MHz〜3GHzの範囲です。

-DEWを使用する場合は、連続波よりも100nsから1µsの持続時間のパルスの繰り返しの方が効果的です。

マイクロ波源は明らかにDEWシステムの最も重要な技術的要素であり、兵器の力の基礎となるものであり、国家の技術的優位性が最も明白なものです。マイクロ波発生器が、各州が開発、生産、および輸出を管理する「敏感な」サブシステムのリストに含まれているのは偶然ではありません（それらはイタリアの軍事リストのカテゴリー19および米国の軍需品リストのカテゴリーXVIIIにあります）。

しかし、考慮すべき別の考慮事項があります。図2の図は、レーダーシステムとの強い重複を明確に示しています。レーダーは、マイクロ波を使用して周囲の空間を調査する運命にあるため、HPM-DEWシステムと比較して、電磁リターンの受信の一部と信号処理の重要な部分を備えているため、確かに複雑です。しかし、無線周波数放射に関連するレーダーの「野蛮な」部分は、HPMに基づくDEWにも存在します。したがって、近年のレーダーの進化のXNUMXつ、つまり、アクティブビーム管理のAESAテクノロジーがどのように フェイズドアレイ、確かにHPM-DEW兵器の分野での研究対象です。

簡単なヒントとして、 フェーズドアレイ 図2の要素3、4、および2を、それぞれがマイクロ波ビームの一部を送信できるT / Rモジュール（送信機/受信機）の平面上の配置で構成される単一のアンテナに置き換えることができます（レーダー、リターンを受信するために）個々のモジュールの送信瞬間の位相シフトに委任して、複合放射から生じるマイクロ波ビームを「モデル化」し、アンテナ軸の外側に向けることができます。

この技術は、原則として「真空」マイクロ波発生器を排除しますが、1）ビームの方向性と2）電力のスケーラビリティ（放射要素が多いほどビームが強力になる）を含む重要な一連の利点を可能にします。

開発中または使用中のHPM-DEWシステムの例を見てみましょう。もちろん、機密情報の流布には障壁があり、その一方で、虚偽のニュース（情報戦）の標的を絞った流布の可能性があると仮定します。

代表的な例は、USAF研究所によって開発されたTHORプロトタイプです。²。ドローンの群れと戦うように設計されており、2021年に2024年までにHPMベースのシステムを展開することを目的とした開発に資金を提供した米軍の好奇心をかき立てました（IFPC、 ^"3").

ロシアの開発状況については、Ranets-Eシステムが利用可能になったというニュースは2001年にさかのぼります。⁷。これは、敵のミサイル/システムの中和（または有効性の低下）を目的とした一種のHPM大砲です。 Xバンドの周波数、10〜20 nsのパルス、500 MWの電力、500 HzのPRF、20の動作範囲など、導入部で報告された考慮事項によるすべてのインベントリの利点を備えたデータを見つけることもできます。マイル。これまでに使用されたことがあるのか、それとも単なるプロトタイプなのかは不明です。

中国側は、機密情報の流布に対するすべての障壁と、虚偽のニュースの標的を絞った流布の可能性（情報戦）を考慮する一方で、HPMシステムの特定の開発活動はすでに資金提供されているようです（プロジェクト863）。また、対艦ミサイルに対抗するために、プロトタイプのHPMベースの兵器が船に搭載されたようです。⁴.

マイクロ波ベースの兵器の議論を終える前に、同じ概念のさらなる衰退に言及することを忘れることはできません。 電子レンジ爆弾 （電子爆弾、 電磁爆弾).

マイクロ波爆弾は、これまでに見たDEW-HPM武器など、マイクロ波ビームで敵の資産を攻撃するように設計されていますが、再利用可能なスポーンデバイスを使用する代わりに、ワンショットを使用するため、再利用できません。これらのメカニズムは、攻撃される資産の近くでアクティブ化できることに加えて（爆弾やミサイルに搭載されているため）、その性質上、非常に高エネルギーのマイクロ波パルスを生成できます。再利用可能なデバイス。詳細⁵.

湾岸戦争の初期段階で米国が使用した電子爆弾の可能性が最も高い⁶.

レーザー：HEL-DEW

調査するのに適切であると私たちが考えるXNUMX番目のタイプの直接エネルギーデバイスは、高エネルギーレーザーのタイプです（高エネルギーレーザー、HEL）。

レーザー切断機がすでに産業レベルで利用可能であることを考えると、レーザービームを使用して敵の資産に損害を与える方法を理解することは非常に直感的です。しかし、兵器システムの基礎としてレーザーを使用する際の問題は多く、解決するのは簡単ではありません。

最初の問題理解するのは簡単ですが、武器として使用するのに十分な出力のレーザーが利用できるかどうかに関係しています。資産の回路とサブシステムに影響を与えるHPMデバイスとは異なり、レーザーは影響を受ける資産の一部を「加熱」することによって機能します。その結果、エネルギーフローは可能な限り高くする必要があります（したがって、パルス供給は適切ではありません）。したがって、レーザーを武器に変えるには、「強力な」レーザービームを生成できる必要があります。

XNUMX番目の問題それは焦点の言説によるものです。レーザーポインターを数ユーロで一定の距離に投影すると（もちろん、周りに誰もいないときに、通りの窓から使用するだけです！）、内部に「ドット」がどのように表示されるかを確認します。部屋はテニスボールに対応する領域に塗られています。すぐに理解できる概念を導き出します。エネルギーが短い距離に十分に集中している場合、距離が長くなるにつれてエネルギーは希釈され始めます。

レーザーをさらに「焦点を合わせる」というアイデアは、それほど即時ではありません。実際、レーザーの光束は、非常に正確で豊富に研究された規則に従う「ガウス光束」のように動作します。⁸。一言で言えば、光学システムが非常に透明で、レーザー自体によって溶融されないように機能しているにもかかわらず、特定の理論的限界未満にレーザーを集束させることはできません。

XNUMX番目の問題それは...蜃気楼の！砂漠に行く必要はありません。夏に太陽に照らされた舗装された道路を進むだけで、幻想的な「水たまり」、本物の蜃気楼を見ることができます。高温のアスファルトによって加熱されるため、上昇気流によって湾曲した光の効果のみです。

それはレーザーと何の関係がありますか？レーザーも「光」であり、光のように、そのビームは、放出源とターゲットの間にある大気の動きによって摂動されます。ただし、これは解決できない問題です（USAFがABLシステムで採用した解決策を参照してください。これについては以下で説明します）。

XNUMX番目の問題はXNUMX番目に関連しており、英語の「ThermalBlooming」という用語で知られています。大気の摂動がレーザーのビームにどのように影響するかはすでに見てきました。一見しただけでは明らかではないかもしれませんが、レーザー自体は、ビームが当たった空気を加熱することにより、その性質上、ビームが伝播する媒体の摂動を引き起こします。

XNUMX番目の側面もあります HELベースのシステムを検討する際に考慮に入れる必要があります。権力が危機に瀕していると、 サーマルブルーミング、しかし、レーザーによって加熱された大気はプラズマに変わる可能性があります。また、プラズマとレーザーの相互作用の影響は複雑で、モデル化が難しく（相対論的処理も必要です）、HELベースのシステムの有効性に確かに影響します。この問題をモデル化して対処するための経済的および学術的取り組みは異なっているようであり、多くの場合、MoDとDoDによって（偶然に！）資金提供されています。⁹.

要するに、この問題のまとめから、HELに基づく兵器システムの作成は単純ではなく、レーザーポインターを少し大きくするだけでなく、現在の技術的限界を克服して実装することに重点を置いていることは明らかです。不要な影響をキャンセルまたは最小化するメカニズム。しかし、事実は、代わりにHEL-DEWタイプの兵器システムへの取り組みがあり、その数と投資された予算の額が倍増していることを示しています。トレンドを理解するのに役立つニュースを見てみましょう。

言及する価値のある米国によって開発されたシステムは、頭字語YAL1Aで識別されるAirBased Laser（ABL）です。

それは、改良されたボーイング747に、高エネルギーレーザーと効果的なビームポインティングに必要なサブシステムを設置することで構成されていました。レーザーはCOIL技術（化学酸素ヨウ素レーザー）で作成され、「メガワットクラスのレーザー」です。レーザーは747の尾部で生成され、船首にはビームを向けるミラー（直径1.5 m）のシステムが取り付けられています。これは、1996年に米国DoDから1.1億ドルの資金提供を受けたプロトタイププロジェクトであり、2007年に飛行試験が開始されXNUMX回の試験が行われ、XNUMX回目は「数秒」後に弾道ミサイルの破壊が終了しました。照射、常にの段階で ブースト。 2014年にシステムは廃止されました¹⁰.

上記のHELの問題のある側面に対処するためにテストされたソリューションは、このプロジェクトで非常に興味深いものです。

-最初のターゲット発見のための赤外線システム

-低出力のマルチビームレーザー照明システム（トラック照明レーザー、TILL）。これは、ターゲットまでの距離を決定し、大気条件に関する情報を提供するのに役立ちます

-BEACONレーザーシステム（ キロワットクラスのレーザー）メインビーム（COILによって生成される）を適切に変形し、大気の影響を相殺するために、ターゲットを照らし、大気の乱気流に関するより正確な情報を収集することを目的としています。

ABL実験は、明らかに運用兵器システムの取得を直接目的としたものではなく、HEL-DEWシステムの問題を詳細に調査し、さまざまな技術的解決策を比較し、関連する問題を最小限に抑えることができる一連の解決策を評価することを可能にしました。大気環境でのレーザーの使用。

ABLと同じ時期から 戦術的な高エネルギーレーザー （THEL）、イスラエルと米国の共同プログラムは1996年に開始されました。ABLと比較して、それは短距離HELシステムです。 地上ベース、モバイル版（MTHEL）でも設計されています。結果は許容範囲内でしたが、大気条件の影響を強く受けたため、動作範囲が非常に短くなりました。

ABLが2014年に米国によって廃止された場合、米国海軍のレーザーシステムが稼働しています。 レーザー兵器システム （法律）。

このシステムは、2010年以前に米海軍の実験セクション（海軍水上戦センター、NSWC）で誕生しました。2010年には、開発をサポートするためにサプライヤー（Kratos Defense＆Security Solutions）が雇われました（$ 11M）。

その結果は、2014年に、USS水陸両用輸送ユニットに設置されて運用可能であると宣言されたときに見られます。 ポンセ¹¹.

これは、小型飛行機や高速ボートを無力化できる10〜50KWの出力クラスのレーザーです。その運用上の使用の主な理由は低コストです：ミサイルのための数万または数十万ドルの費用に対してショットあたり59セント。

ユーザーの印象は非常に好意的だったので、USSの廃止を見越してシステムを新しいユニットに移す予定です。 ポンセ.

海軍の関心の証拠として、2018年にロッキードマーティンは他の150つの同様のシステムの生産のためにXNUMX億XNUMX万ドルの契約（HELIOSプログラム）を授与されました。それらは、小型ボートとUAVに対するLaWSテストのビデオネットワークで簡単に追跡できます（v.link）。ターゲットの距離に関するデータはありませんが、ビデオからは数キロ以内の距離にあるように見えます。いずれにせよ、ターゲットは「適度な」ダイナミクスを持つターゲットです。

米国以外では、遠方の76年代にソビエト連邦がイリューシンIl-60（Beriev A-70プロジェクト）にレーザーを設置したことに言及することが重要です。これは、敵の衛星を妨害することを目的としているように見えるソビエト-エシェロンプロジェクトを引き起こしたため重要です（いくつかの情報源によると、1年に日本の衛星を照らしました¹².

ロシアのシステムについてほとんど知られていない場合、中国のHEL-DEWシステムについてはさらに知られていません。しかし、米国国防総省の2006年の年次報告書が中国がどのように関与しているかを引用しているのであれば、中国はしばらくの間この分野に投資していると彼は確信している。 「低エネルギーレーザーと高エネルギーレーザーの両方を含む、レーザー技術の最先端の研究開発」 （低エネルギーおよび高エネルギーレーザーを含むレーザー技術に関する最先端の研究開発）。また、2013年に中国人がアメリカのスパイ衛星をレーザーで攻撃したようです。¹⁴.

イスラエルとのこの簡単なまとめを締めくくりましょう。イスラエルがレーザーシステムのテストも実施したのは最近のニュースです¹³。小型のセスナ航空機に搭載されたこのシステムは、約XNUMXkm離れたUAVを無人化することに成功しました。さまざまな高度での他のいくつかのテストも引用されています。この実験で重要なのは次のとおりです。 A イスラエル（その領土の防衛に明確なニーズがある）がこの分野に投資しており、すでに具体的な結果を達成していること、 DUE 小さな飛行機にシステムをインストールすることに成功した人（ABLは747の適応を必要としました）そして TRE 国防大臣とIAF開発マネージャーは、100年に運用されガザ国境に沿って配備された2024KwHEL-DEWシステムを最終段階と見なす開発パスを明確に概説しました。

また読む： "指向性エネルギー兵器、DEW（パート1/3）：導入と分類"

また読む： "指向性エネルギー兵器、DEW（パート3/3）：システムに関する考慮事項と使用の見通し"

_{¹ メリーランド大学レッドストーン兵器廠でのMISC（ミサイルアンドスペースインテリジェンスセンター）の短期コース、ハイパワーマイクロ波技術と効果https://user.eng.umd.edu/~vlg/MSIC%20lectures.pdf)}

_{² ソー、 https://afresearchlab.com/technology/directed-energy/successstories/coun...}

_{³ 新しいHPM開発、 https://www.defensedaily.com/topic/indirect-fire-protection-capability-i...}

_{⁴ 中国の対艦HPM、 https://www.uscc.gov/sites/default/files/Fisher_Combined.pdf}

_{⁵ 電子爆弾、 http://www.ausairpower.net/PDF-A/AOC-PACOM-Kopp-Oct-2012-A.pdf}

_{⁶ 湾岸戦争の電子爆弾、 https://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/hpm.htm}

_{⁷ Ranets-E、ロシアのHPM、 https://thaimilitaryandasianregion.wordpress.com/2016/01/19/ranets-e-hig...}

_{⁸ ガウスビーム伝搬、 https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/lasers/g...}

_{⁹ 強力なレーザープラズマ相互作用の提案、 https://www.osc.edu/sites/default/files/page-files/Major%20Proposal%20Ex...}

_{¹⁰ ABLプログラム、 https://www.airforce-technology.com/projects/abl}