Auparavant, nous avons examiné comment les technologies laser se développent, quelles armes laser peuvent être créées pour être utilisées dans l'intérêt des forces aériennes, des forces terrestres et de la défense aérienne, et de la marine.
Maintenant, nous devons comprendre s'il est possible de s'en défendre et comment. On dit souvent qu'il suffit de recouvrir la fusée d'un revêtement miroir ou de polir le projectile, mais malheureusement, tout n'est pas si simple.
Un miroir typique revêtu d'aluminium réfléchit environ 95 % du rayonnement incident et son efficacité dépend fortement de la longueur d'onde.
De tous les matériaux présentés dans le graphique, l'aluminium a la réflectance la plus élevée, qui n'est en aucun cas un matériau réfractaire. Si, lorsqu'il est exposé à un rayonnement de faible puissance, le miroir chauffe légèrement, alors lorsqu'un rayonnement puissant frappe, le matériau du revêtement du miroir deviendra rapidement inutilisable, ce qui entraînera une détérioration de ses propriétés réfléchissantes et un échauffement et destruction.
A une longueur d'onde inférieure à 200 nm, l'efficacité des miroirs chute fortement; contre les rayons ultraviolets ou les rayons X (laser à électrons libres), une telle protection ne fonctionnera pas du tout.
Il existe des matériaux artificiels expérimentaux avec une réflectivité de 100%, mais ils ne fonctionnent que pour une certaine longueur d'onde. De plus, les miroirs peuvent être recouverts de revêtements multicouches spéciaux qui augmentent leur réflectivité jusqu'à 99,999 %. Mais cette méthode fonctionne aussi pour une seule longueur d'onde, et incidente à un certain angle.
N'oubliez pas que les conditions de fonctionnement des armes sont loin de celles de laboratoire, c'est-à-dire. la fusée miroir ou le projectile devra être stocké dans un conteneur rempli d'un gaz inerte. La moindre brume ou tache, comme par exemple des empreintes de mains, affectera immédiatement la réflectivité du miroir.
Quitter le conteneur exposera immédiatement la surface du miroir à l'environnement - atmosphère et chaleur. Si la surface du miroir n'est pas recouverte d'un film protecteur, cela entraînera immédiatement une détérioration de ses propriétés réfléchissantes, et s'il est recouvert d'un revêtement protecteur, il détériorera lui-même les propriétés réfléchissantes de la surface.
En résumant ce qui précède, nous notons que la protection miroir n'est pas très bien adaptée à la protection contre les armes laser. Et qu'est-ce qui convient alors?
Dans une certaine mesure, la méthode consistant à "étaler" l'énergie thermique du faisceau laser sur le corps en fournissant un mouvement de rotation de l'avion (AC) autour de son propre axe longitudinal sera utile. Mais cette méthode ne convient que pour les munitions et dans une mesure limitée pour les véhicules aériens sans pilote (UAV), dans une moindre mesure elle sera efficace lorsqu'elle sera irradiée au laser dans l'avant de la coque.
Sur certains types d'objets protégés, par exemple sur des bombes planantes, des missiles de croisière (CR) ou des missiles guidés antichars (ATGM) attaquant une cible en vol d'en haut, cette méthode ne peut pas non plus être appliquée. Les mines non rotatives sont pour la plupart des mines de mortier. Il est difficile de collecter des données sur tous les aéronefs non rotatifs, mais je suis sûr qu'il y en a beaucoup.
Dans tous les cas, la rotation de l'avion ne réduira que légèrement l'effet du rayonnement laser sur la cible, carla chaleur transmise par le puissant rayonnement laser au corps sera transférée aux structures internes et par la suite à tous les composants de l'avion.
L'utilisation de fumées et d'aérosols comme contre-mesures contre les armes laser est également limitée. Comme déjà mentionné dans les articles de la série, l'utilisation de lasers contre des véhicules blindés ou des navires au sol n'est possible que lorsqu'ils sont utilisés contre des équipements de surveillance, sur la protection desquels nous reviendrons plus tard. Il n'est pas réaliste de brûler la coque d'un véhicule de combat d'infanterie/char ou d'un navire de surface avec un faisceau laser dans un avenir prévisible.
Bien entendu, il est impossible d'appliquer une protection contre les fumées ou les aérosols contre les aéronefs. En raison de la vitesse élevée de l'avion, la fumée ou les aérosols seront toujours renvoyés par la pression d'air venant en sens inverse, dans les hélicoptères, ils seront soufflés par le flux d'air de l'hélice.
Ainsi, la protection contre les armes laser sous forme de fumées pulvérisées et d'aérosols peut n'être requise que sur des véhicules légèrement blindés. D'autre part, les chars et autres véhicules blindés sont souvent déjà équipés de systèmes standards de mise en place d'écrans de fumée pour perturber la capture des systèmes d'armes ennemis, et dans ce cas, lors du développement de charges appropriées, ils peuvent également être utilisés pour contrer les armes laser..
Revenant à la protection des équipements de reconnaissance par imagerie optique et thermique, on peut supposer que l'installation de filtres optiques empêchant le passage du rayonnement laser d'une certaine longueur d'onde ne conviendra qu'au stade initial de la protection contre les armes laser de faible puissance, Pour les raisons suivantes:
- en service, une large gamme de lasers de différents fabricants fonctionnant à différentes longueurs d'onde;
- un filtre conçu pour absorber ou réfléchir une certaine longueur d'onde, lorsqu'il est exposé à un rayonnement puissant, est susceptible de tomber en panne, ce qui conduira soit à un rayonnement laser frappant les éléments sensibles, soit à une défaillance de l'optique elle-même (opacité, distorsion de l'image);
- certains lasers, en particulier le laser à électrons libres, peuvent modifier la longueur d'onde de fonctionnement sur une large plage.
La protection des équipements de reconnaissance par imagerie optique et thermique peut être réalisée pour les équipements au sol, les navires et les équipements aéronautiques, en installant des écrans de protection à grande vitesse. Si un rayonnement laser est détecté, l'écran de protection doit recouvrir les lentilles en une fraction de seconde, mais même cela ne garantit pas l'absence d'endommagement des éléments sensibles. Il est possible que l'utilisation généralisée des armes laser au fil du temps nécessite au moins une duplication des moyens de reconnaissance opérant dans le domaine optique.
Si sur les gros porteurs, l'installation d'écrans de protection et de moyens de duplication de reconnaissance par imagerie optique et thermique est tout à fait faisable, alors sur les armes de haute précision, en particulier les plus compactes, cela est beaucoup plus difficile à faire. Premièrement, les exigences de poids et de taille pour la protection sont considérablement renforcées, et deuxièmement, l'impact du rayonnement laser de haute puissance même avec un obturateur fermé peut provoquer une surchauffe des composants du système optique en raison de la disposition dense, ce qui conduira à une ou une interruption complète de son fonctionnement.
Quelles méthodes peuvent être utilisées pour protéger efficacement les équipements et les armes contre les armes laser ? Il existe deux manières principales - la protection ablative et la protection d'isolation thermique constructive.
La protection par ablation (du latin ablatio - enlèvement, transfert de masse) est basée sur l'élimination d'une substance de la surface de l'objet protégé par un courant de gaz chaud et/ou sur la restructuration de la couche limite, qui ensemble de manière significative réduit le transfert de chaleur vers la surface protégée. En d'autres termes, l'énergie entrante est dépensée pour le chauffage, la fusion et l'évaporation du matériau protecteur.
À l'heure actuelle, la protection ablative est activement utilisée dans les modules de descente des engins spatiaux (SC) et dans les tuyères des moteurs à réaction. Les plus largement utilisés sont les plastiques carbonisés à base de résines phénoliques, organosiliciées et autres résines synthétiques contenant du carbone (notamment du graphite), du dioxyde de silicium (silice, quartz) et du nylon comme charges.
La protection contre l'ablation est jetable, lourde et volumineuse, il n'a donc aucun sens de l'utiliser sur des avions réutilisables (lisez pas tous les avions habités et la plupart des avions sans pilote). Sa seule application est sur les projectiles guidés et non guidés. Et ici, la question principale est de savoir quelle doit être l'épaisseur de la protection d'un laser d'une puissance, par exemple 100 kW, 300 kW, etc.
Sur la sonde Apollo, l'épaisseur du blindage varie de 8 à 44 mm pour des températures de plusieurs centaines à plusieurs milliers de degrés. Quelque part dans cette plage, l'épaisseur requise de la protection ablative contre les lasers de combat se situera également. Il est facile d'imaginer comment cela affectera les caractéristiques de poids et de taille et, par conséquent, la portée, la maniabilité, le poids de l'ogive et d'autres paramètres des munitions. La protection thermique ablative doit également résister aux surcharges lors du lancement et des manœuvres, respecter les normes des conditions générales de stockage des munitions.
Les munitions non guidées sont discutables, car la destruction inégale de la protection ablative contre le rayonnement laser peut modifier la balistique externe, à la suite de laquelle les munitions s'écartent de la cible. Si la protection ablative est déjà utilisée quelque part, par exemple dans les munitions hypersoniques, vous devrez alors augmenter son épaisseur.
Une autre méthode de protection est un revêtement structurel ou une exécution du boîtier avec plusieurs couches protectrices de matériaux réfractaires résistants aux influences extérieures.
Si nous établissons une analogie avec le vaisseau spatial, nous pouvons alors envisager la protection thermique du vaisseau spatial réutilisable "Bourane". Dans les zones où la température de surface est de 371 à 1260 degrés Celsius, un revêtement a été appliqué, composé de fibre de quartz amorphe d'une pureté de 99,7 %, auquel un liant, du dioxyde de silicium colloïdal, a été ajouté. Le revêtement est réalisé sous forme de dalles de deux dimensions standards d'une épaisseur de 5 à 64 mm.
Du verre borosilicaté contenant un pigment spécial (revêtement blanc à base d'oxyde de silicium et d'alumine brillante) est appliqué sur la surface extérieure des carreaux afin d'obtenir un faible coefficient d'absorption du rayonnement solaire et une émissivité élevée. Une protection contre l'ablation a été utilisée sur le cône de nez et les extrémités des ailes du véhicule, où les températures dépassent 1260 degrés.
Il convient de garder à l'esprit qu'avec un fonctionnement prolongé, la protection des carreaux contre l'humidité peut être altérée, ce qui entraînera la perte de la protection thermique de ses propriétés, par conséquent, il ne peut pas être utilisé directement comme protection anti-laser sur les avions réutilisables.
À l'heure actuelle, une protection thermique ablative prometteuse avec une usure de surface minimale est en cours de développement, qui assure la protection des avions contre des températures allant jusqu'à 3000 degrés.
Une équipe de scientifiques du Royce Institute de l'Université de Manchester (Royaume-Uni) et de la Central South University (Chine) a développé un nouveau matériau aux caractéristiques améliorées pouvant résister à des températures allant jusqu'à 3000°C sans modifications structurelles. Il s'agit d'un revêtement céramique Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, qui se superpose à une matrice composite carbone-carbone. En termes de caractéristiques, le nouveau revêtement surpasse de manière significative les meilleures céramiques à haute température.
La structure chimique des céramiques résistantes à la chaleur agit elle-même comme un mécanisme de défense. A une température de 2000°C, les matériaux Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 et SiC s'oxydent et se transforment respectivement en Zr0.80T0.20O2, B2O3 et SiO2. Le Zr0.80Ti0.20O2 fond partiellement et forme une couche relativement dense, tandis que les oxydes à bas point de fusion SiO2 et B2O3 s'évaporent. À une température plus élevée de 2500 ° C, les cristaux de Zr0.80Ti0.20O2 sont fusionnés en formations plus grandes. À une température de 3000 ° C, une couche externe presque absolument dense se forme, principalement constituée de Zr0.80Ti0.20O2, de titanate de zirconium et de SiO2.
Le monde développe également des revêtements spéciaux conçus pour protéger contre le rayonnement laser.
En 2014, un porte-parole de l'Armée populaire de libération de Chine a déclaré que les lasers américains ne présentaient pas de danger particulier pour les équipements militaires chinois gainés d'une couche de protection spéciale. Les seules questions qui restent sont les lasers de quelle puissance ce revêtement protège, et quelle épaisseur et masse il a.
Le plus intéressant est un revêtement développé par des chercheurs américains du National Institute of Standards and Technology et de l'Université du Kansas - une composition en aérosol à base d'un mélange de nanotubes de carbone et de céramiques spéciales, capable d'absorber efficacement la lumière laser. Les nanotubes du nouveau matériau absorbent uniformément la lumière et transfèrent la chaleur aux zones voisines, abaissant la température au point de contact avec le faisceau laser. Les joints céramiques haute température confèrent au revêtement protecteur une résistance mécanique élevée et une résistance aux dommages causés par les températures élevées.
Pendant les tests, une fine couche de matériau a été appliquée à la surface du cuivre et, après séchage, a concentré sur la surface du matériau le faisceau d'un laser infrarouge à ondes longues, un laser utilisé pour couper le métal et d'autres matériaux durs.
L'analyse des données collectées a montré que le revêtement a absorbé avec succès 97,5 % de l'énergie du faisceau laser et a résisté à un niveau d'énergie de 15 kW par centimètre carré de surface sans destruction.
Sur ce revêtement, la question se pose: lors des tests, un revêtement protecteur a été appliqué sur une surface de cuivre, qui en soi est l'un des matériaux les plus difficiles pour le traitement au laser, en raison de sa conductivité thermique élevée, on ne sait pas comment un tel revêtement protecteur se comportera avec d'autres matériaux. En outre, des questions se posent sur sa résistance maximale à la température, sa résistance aux vibrations et aux chocs, les effets des conditions atmosphériques et du rayonnement ultraviolet (soleil). Le temps pendant lequel l'irradiation a été réalisée n'est pas indiqué.
Autre point intéressant: si les moteurs d'avion sont également recouverts d'une substance à haute conductivité thermique, alors tout le corps en sera uniformément chauffé, ce qui démasque au maximum l'avion dans le spectre thermique.
Dans tous les cas, les caractéristiques de la protection contre les aérosols ci-dessus seront directement proportionnelles à la taille de l'objet protégé. Plus l'objet protégé et la zone de couverture sont grands, plus l'énergie peut être dispersée sur la zone et donnée sous forme de rayonnement thermique et de refroidissement par le flux d'air incident. Plus l'objet protégé est petit, plus la protection devra être épaisse. la petite surface ne permettra pas d'évacuer suffisamment de chaleur et les éléments structurels internes seront surchauffés.
L'utilisation de protections contre le rayonnement laser, qu'elles soient ablatives ou calorifuges constructives, peut inverser la tendance à la diminution de la taille des munitions guidées, réduire considérablement l'efficacité des munitions guidées et non guidées.
Toutes les surfaces d'appui et les commandes - ailes, stabilisateurs, gouvernails - devront être constituées de matériaux réfractaires coûteux et difficiles à traiter.
Une question distincte se pose sur la protection des équipements de détection radar. Sur le vaisseau spatial expérimental "BOR-5", le bouclier thermique radio-transparent a été testé - de la fibre de verre avec une charge de silice, mais je n'ai pas pu trouver ses caractéristiques de protection thermique et de poids et de taille.
Il n'est pas encore clair si une formation de plasma à haute température peut survenir à la suite d'une irradiation avec un puissant rayonnement laser du radôme de l'équipement de reconnaissance radar, bien qu'avec une protection contre le rayonnement thermique, qui empêche le passage des ondes radio, en raison de laquelle la cible peut être perdue.
Pour protéger le boîtier, une combinaison de plusieurs couches de protection peut être utilisée - résistante à la chaleur-faiblement conductrice de chaleur de l'intérieur et réfléchissante-résistante à la chaleur-hautement conductrice de chaleur de l'extérieur. Il est également possible que des matériaux furtifs soient appliqués en plus de la protection contre le rayonnement laser, qui ne pourra pas résister au rayonnement laser, et devra se remettre des dommages causés par les armes laser au cas où l'avion lui-même survivrait.
On peut supposer que l'amélioration et la diffusion généralisée des armes laser nécessiteront la fourniture d'une protection anti-laser pour toutes les munitions disponibles, guidées et non guidées, ainsi que les véhicules aériens habités et non habités.
L'introduction de la protection anti-laser entraînera inévitablement une augmentation du coût, du poids et des dimensions des munitions guidées et non guidées, ainsi que des véhicules aériens habités et non habités.
En conclusion, nous pouvons mentionner l'une des méthodes développées pour contrer activement une attaque laser. La société californienne Adsys Controls développe le système de défense Helios, censé renverser le guidage laser ennemi.
En pointant le laser de combat de l'ennemi sur l'appareil protégé, Helios détermine ses paramètres: puissance, longueur d'onde, fréquence d'impulsion, direction et distance à la source. Helios empêche en outre le faisceau laser de l'ennemi de se concentrer sur une cible, vraisemblablement en visant un faisceau laser à faible énergie venant en sens inverse, ce qui perturbe le système de ciblage de l'ennemi. Les caractéristiques détaillées du système Helios, le stade de son développement et ses performances pratiques sont encore inconnus.
