Le programme LaWS de l'US Navy a exploré la possibilité d'utiliser une technologie laser à fibre bon marché comme base d'armes laser qui pourraient être intégrées dans les installations Phalanx existantes.
Pour la première fois, l'US Navy est tout à fait prête à démontrer le fonctionnement d'armes laser à haute énergie et a récemment annoncé son intention de lancer un prototype de canon à rail électromagnétique en mer. Considérez les progrès de la prochaine génération d'armes à impulsions
Depuis plusieurs décennies, l'US Navy ne parle que du déploiement de lasers, de systèmes à énergie pulsée et d'armes électriques sur les navires. Un certain nombre d'avantages théoriques très attrayants - magasins presque illimités, munitions bon marché et impact rapide, etc. - ont contribué à l'investissement important de la communauté scientifique et technologique de la défense dans la création, le développement et la démonstration de technologies pertinentes à l'époque. Ce processus a donné lieu à un flot de publications et de brevets, de plusieurs prototypes et d'une foule d'illustres records du monde.
Cependant, d'un point de vue technique, de telles armes se sont avérées trop difficiles à concevoir et à fabriquer. La technologie et les moyens techniques ne correspondaient pas toujours au calendrier prévu, et certaines solutions initialement prometteuses se sont avérées peu pratiques ou ne fonctionnaient pas; les lois de la physique s'opposaient parfois au progrès.
Malgré cela, la Marine a maintenu sa foi dans la science fondamentale, et l'allocation prudente des ressources de R&D pour atténuer les risques et développer des technologies avancées clés a récemment commencé à porter ses fruits. En effet, la Marine est actuellement sur le point de déployer son premier laser opérationnel à haute énergie (HEL); il est également prévu de lancer un prototype de canon à rail électromagnétique dans la mer en 2016.
Le chef de la recherche navale, le contre-amiral Matthew Klunder, décrit cette arme à haut rendement comme "l'avenir du combat naval", ajoutant que la Marine "est à la pointe de cette technologie unique".
Il convient toutefois de rappeler que les armes à énergie dirigée telles que les lasers à haute puissance et les micro-ondes à haute puissance sont étudiées depuis plus de quatre décennies. Par exemple, la Marine a ouvert un département dans le cadre du programme HEL en 1971 et a commencé le développement, la fabrication et les tests d'un modèle de démonstration militaire d'un HEL puissant (environ un mégawatt) au fluorure de deutérium.
L'histoire récente du développement des armes à énergie dirigée pour l'US Navy a véritablement commencé avec le rétablissement en juillet 2004 du bureau du programme (PMS 405) pour les systèmes à énergie directionnelle et les armes électriques du Naval Systems Command. Ce mouvement a donné un nouvel élan aux développements scientifiques et techniques, qui ont été remis pendant environ une décennie dans une boîte étiquetée "exotique". Ce n'est pas que la recherche a été mise en attente, mais plutôt que la technologie n'a pas eu de chemin clair vers le succès.
Au cours de la dernière décennie, le PMS 405 a servi de plaque tournante pour le transfert de la technologie des armes électriques et à énergie dirigée des laboratoires vers la marine. Dans ce rôle, il a coordonné la R&D entre les centres de recherche navale, les laboratoires gouvernementaux et l'industrie.
Il convient également de noter ici la contribution de l'ONR (Office of Naval Research) et du Naval Surface Warfare Establishment Division Dahlgren (NSWCDD), le Naval Surface Warfare Development Center à Dahlgren. L'ONR a supervisé l'innovation dans la technologie des lasers à haute puissance et des canons à rail, tandis que le NSWCDD a été fondé en tant que « centre d'excellence » pour la recherche, le développement et la simulation d'énergie directionnelle. Au sein du Directed Energy Research Office, le Directed Energy Warfare Office (DEWO) déplace la technologie HEL de l'espace scientifique et technologique vers la ligne de front navale.
Le charme du laser
Dans l'abstrait, les systèmes d'armes avec un puissant laser HEL offrent de nombreux avantages par rapport aux canons traditionnels et aux munitions guidées: délivrance d'un impact à la vitesse de la lumière et un temps d'irradiation de la cible court; impact évolutif (allant de létal à non létal); précision de la ligne de visée; guidage de haute précision; ré-acquisition ultra-rapide de la cible; un grand magasin renouvelable exempt des dangers et des charges logistiques associés aux munitions explosives standard.
Mais surtout, la perspective d'un coût par tir très bas - selon les calculs de l'ONR, nettement inférieur à un dollar par tir - a eu un effet hypnotisant sur le commandement de l'US Navy, qui cherche des moyens de continuer à se financer.
Dans le même temps, malgré le fait qu'ils évoquent très souvent les qualités positives des systèmes HEL, les tâches complexes de finalisation des armes laser déployées sur les navires ont longtemps hanté physiciens et ingénieurs. Concentrer le pouvoir sur un objectif est l'un des principaux défis. Une arme laser doit être capable de focaliser un faisceau à haute énergie sur un point de visée petit et clairement défini sur une cible afin de produire un impact. Cependant, étant donné les nombreux types de cibles potentielles, la quantité d'énergie requise et la portée à laquelle la destruction sera garantie peuvent varier considérablement.
La puissance n'est pas le seul problème. La propagation thermique peut se produire lorsqu'un faisceau laser émis pendant une période prolongée le long de la même ligne de visée chauffe l'air qu'il traverse, provoquant la dispersion et la défocalisation du faisceau. Le ciblage est également rendu plus difficile par les propriétés complexes et dynamiques du milieu marin environnant.
Ensuite, vous devez considérer divers problèmes d'intégration avec la plate-forme. Les appareils prototypes volumineux ont un facteur de forme important et les systèmes standard nécessitent une réduction significative des effectifs pour s'intégrer à des plates-formes plus petites. L'intégration des armes HEL dans les navires de guerre impose également de nouvelles exigences à la plate-forme porteuse en termes de production d'électricité, de distribution d'énergie, de refroidissement et de dissipation thermique.
L'ONR a identifié le laser à électrons libres (FEL) au milieu des années 2000 comme la meilleure solution à long terme pour le système d'arme HEL du navire. En effet, la longueur d'onde du faisceau FEL peut être finement ajustée aux conditions environnementales dominantes afin d'obtenir la meilleure "perméabilité atmosphérique".
À cet égard, sous la houlette de l'ONR, le programme Innovative Naval Prototype (INP) a été lancé dans le but de développer un démonstrateur FEL de classe 100 kW avec une longueur d'onde de fonctionnement comprise entre 1,0 et 2,2 microns. Boeing et Raytheon ont obtenu des contrats annuels parallèles de phase IA en avril 2009 pour la conception préliminaire, et Boeing a été sélectionné pour poursuivre la phase IB en septembre 2010, après quoi le projet est passé à la phase d'examen critique de la conception.
Après avoir effectué un examen critique de la centrale électrique FEL, Boeing a entrepris de construire et de tester la prochaine démonstration FEL de 100 kW, conçue pour fonctionner à trois longueurs d'onde différentes. Cependant, l'ONR a abandonné l'INP en 2011 afin de canaliser les ressources actuelles vers le développement d'un laser à solide (SSL). Les travaux sur le FEL se concentrent actuellement sur la poursuite des travaux visant à réduire les risques associés à ce système.
Le LaWS, désigné AN/SEQ-3, sera déployé sur le Ponce de l'US Navy au cours des prochains mois en tant que "véhicule d'intervention rapide". Le dispositif de guidage LaWS sera installé sur le pont du navire Ponce
Cette réorientation des ressources est une conséquence de la plus grande maturité de la technologie SSL et de la perspective d'un déploiement accéléré d'armes HEL abordables dans l'US Navy. L'ONR et le PMS 405 ont reconnu cette voie de développement pour la prochaine période de temps au milieu des années 2000.
Selon le contre-amiral Klander, le programme SSL « fait partie de nos programmes scientifiques et technologiques les plus prioritaires ». Il a ajouté que ces capacités émergentes sont particulièrement intéressantes car elles offrent « une solution abordable au problème coûteux de la protection contre les menaces asymétriques. Nos adversaires peuvent même ne pas se présenter sachant que nous pouvons viser un laser sur une cible pour moins d'un dollar par tir. »
Au cours des six dernières années, l'accent a été mis sur le développement de la technologie à l'état solide, comme en témoignent les développements et les démonstrations dans ce domaine. Un exemple est la démonstration de laser maritime (MLD). En avril 2011, Northrop Grumman a installé un prototype de laser SSL sur un navire d'essai, qui a assommé un petit navire cible avec son faisceau. Peter Morrison, responsable du programme HEL à l'ONR, a déclaré que c'était "la première fois qu'un HEL avec de tels niveaux de puissance était installé sur un navire de guerre, propulsé par ce navire et déployé sur une cible éloignée en mer".
La démonstration MLD était l'aboutissement de deux ans et demi de conception, de développement, d'intégration et de test. Sur le projet MLD, avec l'Industrie, la Division des hautes énergies et les laboratoires de la Marine à Dahlgren, China Lake, Port Huenem et Point Mugu; ce projet intègre également des développements issus du programme général des lasers à solide de haute puissance.
Pendant ce temps, en mars 2007, les travaux ont commencé sur un prototype de système d'arme laser Laser Weapon System (LaWS), conçu comme un ajout au complexe existant Mk 15 Phalanx (CIWS) à courte portée de 20 mm. LaWS tirera parti de la technologie laser commerciale à fibre de verre pour fournir un type d'arme supplémentaire permettant d'engager un sous-ensemble de cibles « asymétriques » à faible coût, telles que les petits UAV et les bateaux de combat rapides.
Le programme LaWS est géré par PMS 405 en collaboration avec le Bureau d'exécution du programme des systèmes de combat intégrés, DEWO Dahlgren et Raytheon Missile Systems (fabricant d'origine de Phalanx). Le programme envisage de placer la technologie laser à fibre de verre à faible coût au cœur d'une arme laser qui pourrait potentiellement être intégrée dans une installation Phalanx existante. Cette exigence d'intégration du laser avec l'installation existante détermine sa masse jusqu'à 1200-1500 kg. Il serait également souhaitable que cet armement supplémentaire n'affecte pas le fonctionnement de l'installation, les angles d'azimut et de site, la vitesse ou l'accélération maximale de transfert.
Limites de puissance
Compte tenu de ces limitations, la technologie laser à fibre commerciale standard a été identifiée comme la solution la plus prometteuse. Bien que cette technologie SSL présente certaines limitations de puissance (elles sont progressivement supprimées au fur et à mesure que la technologie s'améliore), l'utilisation de lasers à fibre optique a permis de réduire le coût non seulement de la technologie des installations d'armes, mais aussi la modification de la système sur les installations existantes.
Après une période initiale d'analyse, d'évaluations de la mortalité des menaces, d'examens des composants critiques et de compromis, l'équipe LaWS a terminé la conception et la mise en œuvre du système prototype. Afin d'obtenir une puissance suffisante et, par conséquent, une létalité à une certaine distance, ce type de technologie nécessite l'utilisation d'un nouveau combineur de faisceaux, qui pourrait combiner six lasers distincts à fibre de verre de 5,4 kW en espace libre afin d'obtenir une intensité de rayonnement plus élevée. sur la cible.
Afin de réduire le coût de ce programme, de nombreux équipements ont été collectés, développés et achetés auparavant pour d'autres tâches de recherche. Cela comprend le support de suivi L-3 Brashear KINETO K433, un télescope de 500 mm et des capteurs infrarouges hautes performances. Certains des composants ont été achetés dans le commerce, comme les lasers à fibre eux-mêmes.
En mars 2009, un système LaWS (avec un laser à fibre) a détruit des obus de mortier dans le champ de tir de White Sands. En juin 2009, ils ont été testés au Center for Naval Aviation Combat Systems, au cours desquels le prototype a suivi, capturé et détruit cinq UAV qui remplissaient le "rôle de menace" en vol.
La prochaine série de tests à grande échelle a eu lieu en haute mer en mai 2010, où le système LaWS a détruit avec succès quatre cibles d'UAV dans des scénarios de « combat rapproché » à une distance d'environ un mille marin en quatre tentatives. Cet événement a été qualifié d'important dans l'ONR - la première destruction de cibles avec un cycle complet allant du guidage au tir dans un environnement de surface.
Cependant, la confiance en l'US Navy dans sa volonté d'aller de l'avant sur un plan de développement accéléré a été donnée par des essais en mer sur le destroyer lance-missiles DDG-51 USS Dewey (DDG 105) en juillet 2012. Lors des tests sur le destroyer Dewey, le système LaWS (installé temporairement sur le pont d'envol du navire) a réussi à atteindre trois cibles de drones, établissant son record de capture de cibles 12 sur 12.
Des projets d'installation de LaWS, désigné AN/SEQ-3 (XN-1), à bord de l'USS Ponce servant de base avancée flottante (intermédiaire) dans le golfe Persique, ont été annoncés par le commandant des opérations navales, l'amiral Jonathan Greenert en avril 2013. de l'année. AN/SEQ-3 est déployé en tant que "capacité de réponse rapide" qui permettra à l'US Navy d'évaluer la technologie dans l'espace opérationnel. L'expérience est menée par la Direction de la recherche sur les opérations navales en collaboration avec le Commandement central de la Marine / Cinquième flotte.
Vous vous adressez aux délégués au Symposium de la Surface Fleet Association en janvier 2014 ? Le contre-amiral Klunder a déclaré qu'il s'agissait du « premier déploiement opérationnel d'armes à énergie dirigée au monde ». Il a ajouté que l'assemblage final du LaWS a été effectué au centre NSWCDD, sur le site d'essai de Dahlgren, les tests du système complet ont été achevés avant d'être envoyés dans le golfe Persique pour installation sur le navire Ponce. Des tests en mer sont prévus au troisième trimestre 2014.
Le LaWS sera installé sur le pont au sommet du pont Ponce. "Le système sera entièrement intégré au navire en termes de refroidissement, d'électricité et d'alimentation", a déclaré Klander. Il sera également entièrement intégré au système de combat du navire et au système à courte portée Phalanx CIWS. »
Le NSWCDD a amélioré le système et démontré la capacité du Phalanx CIWS à suivre et à transmettre des cibles au système LaWS pour un suivi et un ciblage plus poussés. A bord du Ponce, le commandant de la tête de missile et d'artillerie travaillera sur le panneau de contrôle LaWS.
Les données recueillies lors de la démonstration maritime iront au programme SSL TM (SSL Technology Maturation) de l'ONR. L'objectif principal du programme SSL TM, lancé en 2012, est d'aligner les seuils et les objectifs du programme scientifique et technologique avec les besoins futurs de recherche, de développement et d'approvisionnement.
Selon l'ONR, le programme SSL TM consiste en « plusieurs événements de démonstration avec des prototypes de systèmes dans un espace concurrentiel ». Trois groupes industriels ont été sélectionnés pour développer des projets SSL TM, dirigés par Northrop Grumman, BAE Systems et Raytheon; l'analyse des avant-projets devrait être achevée d'ici la fin du deuxième trimestre 2014. L'ONR décidera l'année prochaine lesquels sont adaptés à une démonstration marine.
Canon de rail dans la mer
Avec le laser, l'US Navy considère le canon à rail électromagnétique comme un autre système d'arme transformationnel qui permet la livraison de projectiles ultra-rapides à des portées étendues avec une très grande précision. La flotte prévoit d'obtenir une portée initiale de 50 à 100 milles marins, en l'augmentant au fil du temps jusqu'à 220 milles marins.
Les canons électromagnétiques surmontent les limites des canons traditionnels (qui utilisent des composés pyrotechniques chimiques pour accélérer le projectile sur toute la longueur du canon) et offrent des portées étendues, des temps de vol courts et une létalité de la cible à haute énergie. En utilisant le passage d'un courant électrique à très haute tension, de puissantes forces électromagnétiques sont créées, par exemple, théoriquement, un canon électromagnétique marin pourrait tirer des projectiles à une vitesse supérieure à Mach 7. Le projectile atteindra très rapidement une trajectoire hors atmosphère (vol sans traînée aérodynamique), rentrant dans l'atmosphère pour toucher la cible à une vitesse supérieure à 5 nombres de Mach.
Le programme du prototype de canon électromagnétique de navire a été lancé par l'ONR en 2005 comme la principale composante des travaux scientifiques et technologiques, dans le cadre desquels il est nécessaire d'affiner la technologie des canons ferroviaires afin de mettre en service un système complètement fini avec la flotte vers 2030-2035.
Au cours de la phase 1 du projet innovant INP, l'accent a été mis sur le développement d'une technologie de lanceur avec une durée de vie appropriée, le développement d'une technologie d'énergie pulsée et la réduction des risques pour les composants du projectile. BAE Systems et General Atomics ont livré des prototypes de leurs canons à rail au NSWCDD pour les tests et l'évaluation.
Au cours de la phase 1 du programme de R&D sur les canons électromagnétiques de la Marine, l'accent est mis sur le développement d'un lanceur avec une durée de vie suffisante, le développement d'une puissance pulsée fiable et la réduction du risque pour le projectile. BAE Systems et General Atomics livrent des prototypes de canons sur rail au centre de développement d'armes à des fins de test et d'évaluation
En phase 1, l'objectif de démonstration du dispositif expérimental a été atteint, en décembre 2010 une énergie initiale de 32 MJ a été obtenue; un système d'arme prometteur avec ce niveau d'énergie sera capable de lancer un projectile à une distance de 100 milles marins.
BAE Systems a reçu un contrat de 34,5 millions de dollars de l'ONR pour terminer la phase 2 de l'INP à la mi-2013, et a été sélectionné en premier, laissant derrière lui l'équipe rivale de General Atomics. Au stade de la phase 2, les technologies seront finalisées à un niveau suffisant pour la transition vers le programme de développement. Le lanceur et la puissance d'impulsion seront améliorés, permettant la transition des capacités de tirs uniques aux capacités de tirs multiples. Des techniques de régulation thermique seront également développées pour le lanceur et le système d'alimentation pulsée, nécessaires aux tirs prolongés. Les premiers prototypes seront livrés courant 2014; le développement est réalisé par BAE Systems en collaboration avec IAP Research et SAIC.
Fin 2013, l'ONR a attribué à BAE Systems un contrat distinct d'une valeur de 33,6 millions de dollars pour le développement et la démonstration du projectile hypersonique Hyper Velocity Projectile (HVP). Le HVP est décrit comme le projectile guidé de prochaine génération. Il s'agira d'un projectile modulaire à faible résistance aérodynamique, compatible avec un canon électromagnétique, ainsi qu'avec les systèmes de canons existants de 127 mm et 155 mm.
La phase initiale du contrat HVP s'est achevée mi-2014; leur objectif était de développer une conception conceptuelle et un plan de développement pour démontrer un vol entièrement contrôlé. Le développement sera réalisé par BAE Systems en coopération avec UTC Aerospace Systems et CAES.
Le coût d'un projectile HVP pesant 10,4 kg pour un canon électromagnétique est estimé à environ 25 000 $ pièce; selon l'amiral Klander, "le projectile coûte environ 1/100 du coût du système de missile existant".
En avril 2014, la Marine a confirmé son intention de faire une démonstration du canon sur rail à bord de son navire à grande vitesse Millinocket en 2016.
Selon le contre-amiral Bryant Fuller, ingénieur en chef du NAVSEA Naval Systems Command, cette démonstration en mer comprendra un canon à rail de 20 MJ (la sélection de la phase 1 INP sera faite entre les prototypes fabriqués par BAE Systems et General Atomics)..
"Au centre naval d'armes de surface de Dahlgren, nous avons tiré des centaines d'obus depuis une installation côtière", a-t-il déclaré. "La technologie est suffisamment mature à ce niveau, nous voulons donc la prendre en mer, la mettre sur un navire, effectuer des tests à part entière, tirer un certain nombre d'obus et l'étudier à partir de l'expérience acquise."
« Étant donné que le canon sur rail ne sera pas intégré au navire Millinocket pour la démonstration de 2016, ce navire ne subira pas de modification prolongée pour fournir ces capacités », a déclaré le contre-amiral Fuller.
L'ensemble du canon à rail électromagnétique se compose de cinq parties: un accélérateur, un système de stockage et de stockage d'énergie, un générateur d'impulsions, un projectile à grande vitesse et un support de canon rotatif.
Pour la démonstration, le support de canon et le propulseur seront installés sur le pont d'envol du navire Millinocket, tandis que le chargeur, le système de manutention des munitions et le système de stockage d'énergie composé de plusieurs grosses batteries seront situés sous le pont, très probablement dans des conteneurs dans la cargaison. compartiments.
L'US Navy a l'intention de reprendre la mer en 2018 dans le but de tirer des rafales de canons électromagnétiques depuis le navire. L'intégration complète avec le navire peut être réalisée dans le même 2018.
Dans le cadre d'un développement distinct, le laboratoire de recherche de l'US Navy a testé au début de 2014 un nouveau canon à rails de petit calibre (un pouce de diamètre). Le premier coup de feu a été tiré le 7 mars 2014. Développé avec le soutien de l'ONR, ce petit canon sur rail est un système expérimental qui utilise une technologie de batterie avancée pour tirer plusieurs lancements par minute à partir d'une plate-forme mobile.
L'US Navy prévoit de montrer le fonctionnement du rail gun en mer lors d'essais sur le Millinocket (JHSV 3) en 2016.
