Le laser 20 kW de Rheinmetall sur Boxer 8x8 présenté au DSEI 2015
Le progrès technologique a maintenant atteint une étape importante lorsque les systèmes d'armes laser montés sur véhicule sont devenus une réalité. Jetons un coup d'œil à l'évolution de ces systèmes d'amélioration du combat
Les armes montées sur véhicule sont un outil d'amélioration du combat à faible coût utilisé à la fois par les armées régulières et les formations irrégulières « asymétriques » impliquées dans presque tous les conflits dans le monde.
Jusqu'à récemment, les options d'installation d'armes sur les véhicules de combat étaient limitées aux mitrailleuses et aux systèmes d'artillerie de diverses formes. Cependant, la situation ici a commencé à changer avec l'avènement des systèmes laser ou des systèmes à énergie dirigée avec une puissance suffisante pour brûler les petits avions et les munitions dans les airs.
Le placement d'unités de stockage d'énergie encombrantes pour de tels systèmes a toujours été un problème sérieux, mais des développements récents ont contribué à la réduction des lasers à une taille qui leur permet d'être installés même dans une grande jeep.
Révolution technologique
Les années 1990 ont vu une révolution technologique dans les communications par fibre optique, accélérant le développement de lasers à solide de haute puissance, qui, une décennie plus tard, ont trouvé des applications dans les traitements industriels tels que le marquage, la découpe, le soudage et la fusion.
Ces lasers étaient extrêmement efficaces à courte portée, mais ce n'était qu'une question de temps pour l'industrie de trouver un moyen de faire évoluer cette technologie et de créer des armes futuristes capables de couper et de faire fondre des cibles à une distance de plusieurs centaines voire milliers de mètres.
C'est exactement ce que le géant américain de la défense Lockheed Martin a fait. S'appuyant sur une nouvelle technologie pour la fabrication de semi-conducteurs, les cellules solaires et le soudage automobile, la société a développé une machine laser militaire qui est des centaines de fois plus puissante que ses prédécesseurs commerciaux.
Robert Afzal, chercheur senior dans cette entreprise, déclare: « Une véritable révolution est en train de s'opérer dans ce domaine aujourd'hui, préparée par de nombreuses années de travail gigantesque de chercheurs. Et nous pensons que la technologie laser est enfin prête dans le sens où nous sommes désormais en mesure de créer un laser suffisamment puissant et suffisamment petit pour s'intégrer dans des véhicules tactiques. »
« Les lasers précédents étaient tout simplement trop gros, c'étaient des stations entières. Mais avec l'avènement de la technologie laser à fibre à haute efficacité avec un faisceau de haute qualité, nous avons enfin la dernière pièce du puzzle pour s'adapter à ces machines. »
L'industrie civile a utilisé des lasers de l'ordre de plusieurs kilowatts, mais Afzal a noté que les lasers militaires devraient avoir une puissance de 10 à 100 kW.
"Nous avons développé une technologie qui nous permet d'augmenter la puissance des lasers à fibre, non seulement en construisant un laser à fibre plus grand, mais en combinant plusieurs modules de classe kilowatt pour atteindre la puissance requise par l'armée."
Il a déclaré que le laser est basé sur la combinaison de faisceaux, un processus qui combine plusieurs modules laser pour former un faisceau haute puissance et de haute qualité qui offre plus d'efficacité et de létalité que quelques lasers individuels de 10 kW.
Faisceau collimaté blanc
Décrivant le processus de passage d'un faisceau lumineux à travers un prisme, se réfractant en de nombreux flux colorés, il a expliqué: « Si vous avez plusieurs faisceaux laser, chacun avec une couleur légèrement différente, entrant dans ce prisme exactement au bon angle, ils sortiront tous de ce prisme superposé et formera un faisceau collimaté dit blanc. »
« C'est essentiellement ce que nous faisons, mais au lieu d'un prisme, nous utilisons un autre élément optique appelé réseau de diffraction, qui remplit la même fonction. C'est-à-dire que nous construisons des modules laser haute puissance, chacun à une longueur d'onde légèrement différente, puis les combinons, en réfléchissant à partir du réseau de diffraction, et à la sortie nous obtenons un faisceau laser haute puissance."
Afzal a déclaré qu'en fait, une telle solution est une technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde du secteur des télécommunications, combinée à des lasers à fibre haute puissance issus de la production industrielle.
« Le laser à fibre est le laser le plus efficace et le plus puissant jamais développé », a-t-il déclaré. - C'est-à-dire que nous parlons d'un rendement électrique complet supérieur à 30%, ce qui n'était même pas rêvé il y a 10-15 ans, lorsque nous avions un rendement de 15-18%. Cela a beaucoup à voir avec l'alimentation et le refroidissement, de sorte que ces systèmes peuvent maintenant devenir plus petits. Le laser est maintenant mis à l'échelle non pas en construisant un grand laser, mais en ajoutant de nouveaux modules. »
L'armée américaine a récemment recruté Lockheed Martin pour créer un système d'arme laser de haute puissance basé sur son installation ATHENA (Advanced Test High Energy Asset), qui peut être monté sur l'un des véhicules tactiques légers de l'entreprise.
Au cours des tests de l'année dernière, un prototype de laser à fibre de 30 kW a réussi à éteindre le moteur d'une petite camionnette, brûlant la calandre en quelques secondes à un kilomètre et demi. Afin de simuler des conditions réelles de fonctionnement lors de l'essai, le pick-up a été installé sur la plate-forme avec le moteur en marche et le rapport engagé.
Nouvelle génération
En octobre 2015, Lockheed a annoncé avoir démarré la production d'une nouvelle génération de lasers modulaires de haute puissance, dont le premier d'une capacité de 60 kW sera installé sur un véhicule tactique de l'armée américaine.
Afzal a déclaré que l'armée souhaitait déployer un laser monté sur véhicule pour des missions antiaériennes, des missiles de lutte, des obus d'artillerie et des munitions de mortier, ainsi que des drones. "Nous examinons le niveau tactique de la défense plutôt que la défense antimissile dans un sens stratégique."
Selon Lockheed, la solution modulaire permet d'ajuster la puissance en fonction des besoins d'une tâche et d'une menace spécifiques. L'armée a la possibilité d'ajouter plus de modules et d'augmenter la puissance de 60 kW à 120 kW.
Afzal poursuit: « L'architecture évolue selon vos besoins: voulez-vous 30 kW, 50 kW ou 100 kW ? C'est comme des modules de serveur dans un rack de serveur. Nous pensons qu'il s'agit d'une architecture flexible - mieux adaptée à une production à grande échelle. Il vous permet d'avoir un module que vous pouvez recréer encore et encore, ce qui vous permet de personnaliser le système à votre guise. »
« Le système s'adapte à n'importe quel véhicule que vous souhaitez utiliser aujourd'hui, et c'est pourquoi cette technologie est si impressionnante car elle permettra à la flexibilité de l'architecture de s'adapter à différents véhicules sans trop modifier ce que vous décidez d'avoir. Cela permet d'obtenir un système pour apporter un soutien à la fois à une brigade de combat et à une base opérationnelle avancée, par exemple. »
Le système utilise des lasers à fibre commerciaux assemblés dans des modules hautement reproductibles, ce qui le rend très abordable. L'utilisation de plusieurs modules laser à fibre réduit également la probabilité de dysfonctionnements mineurs, ainsi que le coût et l'étendue de la maintenance et des réparations.
Lorsqu'on lui a demandé quand un laser de combat installé sur un véhicule tactique pourrait apparaître sur le champ de bataille, Afzal a suggéré un délai approximatif: « Nous prévoyons de livrer notre laser fin 2016. Après quoi l'armée fera son travail pendant un certain temps, et après on verra."
L'attrait du laser
Il existe plusieurs caractéristiques des armes à énergie dirigée tactiques qui les rendent très attrayantes pour les forces militaires modernes, notamment le faible coût des "munitions" et leur vitesse, précision et facilité d'utilisation.
"Tout d'abord, ce sont des armes très précises avec des dommages collatéraux potentiellement très faibles, ce qui est important", a ajouté Afzal. "La vitesse de la lumière vous permet d'irradier instantanément une cible, et donc vous pouvez toucher des cibles très maniables, c'est-à-dire que vous pouvez garder le faisceau sur une cible que les munitions cinétiques ne peuvent parfois pas gérer."
L'avantage le plus important est peut-être le faible coût d'un seul « coup » efficace.
"À ce stade, vous ne voulez pas dépenser des armes cinétiques défensives coûteuses et puissantes pour de multiples menaces bon marché", a poursuivi Afzal. - Nous considérons les armes laser comme un complément aux systèmes cinétiques. Nous supposons que vous utiliserez le système laser contre un grand nombre de menaces de faible intensité et de faible intensité, laissant votre chargeur cinétique aux attaques complexes, blindées et à longue portée."
Afzal suggère que l'arme laser peut être déployée dans l'espace de combat dans le réseau de capteurs de contrôle opérationnel, qui lui fournira une désignation de cible initiale.
« Tout d'abord, un certain système doit informer de l'apparition d'une menace, puis l'opérateur du commandement et du contrôle décide de la contre-mesure à utiliser, détermine la cible, lance un laser dessus et verrouille la cible en fonction des données radar., après quoi l'opérateur, voyant la cible sur le moniteur, décide d'apporter si le laser est en action ».
«De nombreux problèmes se sont accumulés dans ce domaine, car les militaires du monde entier ont déjà fantasmé sur les armes laser pour eux-mêmes il y a des décennies, et la question est de savoir pourquoi nous ne les avons pas aujourd'hui. Je pense que la raison principale est que nous n'avions pas la technologie pour créer un composant d'arme laser suffisamment petit et puissant pour être placé sur des véhicules tactiques. »
Étapes finales
Pendant ce temps, Boeing a également passé plusieurs années à travailler sur un démonstrateur mobile à laser à haute énergie (HEL MD) pour l'armée américaine, qui est actuellement en phase finale de développement. Monté sur un châssis de camion, un laser dirige un faisceau de haute puissance sur les menaces auxquelles l'armée est susceptible de faire face, agissant comme un système d'interception pour les missiles non guidés, les obus d'artillerie, les mines et les drones. Ce système a jusqu'à présent atteint une précision telle qu'il peut détruire les capteurs des drones, comme cela a été montré lors de la démonstration d'un laser de 10 kW au White Sands Proving Ground en 2013 et à nouveau à Eglin AFB en 2014.
Selon les spécifications militaires, le système HEL MD complet se composera d'un laser haute puissance efficace et de sous-systèmes lourds à installer sur un véhicule militaire. Le système pourra assurer, avec d'autres moyens de destruction, la protection de certaines zones, qu'il s'agisse de bases avancées, d'installations navales, de bases aériennes et autres structures.
Boeing développe plusieurs systèmes à intégrer dans un prototype final qui sera installé sur un camion tactique lourd à mobilité étendue (HEMTT) modifié.
Ces sous-systèmes comprennent un laser; contrôle du faisceau; source de courant; système de contrôle d'échange de chaleur et système de contrôle de combat.
Le Space Defense Command de l'armée américaine développe le HEL MD par étapes. Le laser, l'alimentation électrique et le système d'échange thermique seront améliorés au cours des prochaines années dans le but d'augmenter la puissance et le développement technologique des sous-systèmes.
À mesure que la technologie s'améliore, la nature modulaire des composants permettra l'introduction de lasers plus puissants, intégrés à des capacités de ciblage et de suivi améliorées.
Cycle complet
Selon Boeing, le guide de faisceau HEL MD offre une couverture « tout le ciel » car il pivote à 360 ° et est surélevé au-dessus du toit du véhicule pour capturer des cibles au-dessus de l'horizon. La destruction continue des cibles est simplifiée par les systèmes d'échange thermique et d'alimentation électrique.
L'ensemble du système fonctionne au diesel; c'est-à-dire que tout ce qui est nécessaire pour reconstituer les "munitions" de l'arme est un ravitaillement rapide. Les batteries lithium-ion du système HEL MD sont rechargées par un générateur diesel de 60 kW, donc, tant que l'armée a du carburant, elle peut fonctionner indéfiniment.
Le système est contrôlé par le conducteur de la voiture et l'opérateur de l'usine à l'aide d'un ordinateur portable et d'un décodeur de type Xbox. Le modèle de démonstration actuel utilise un laser de classe 10 kW. Cependant, dans un avenir proche, le laser sera installé dans la classe 50 kW et, dans deux ans, sa puissance passera à 100 kW.
Boeing a précédemment développé une installation laser plus petite pour l'armée américaine et l'a installée sur la voiture blindée AN / TWQ-1 Avenger, baptisée Boeing Laser Avenger. Un laser à semi-conducteurs de 1 kW est utilisé pour combattre les drones et neutraliser les engins explosifs improvisés (IED). Le système fonctionne comme ceci: il vise un IED ou une munition non explosée sur le bord de la route avec une augmentation progressive de la puissance du faisceau laser jusqu'à ce que l'explosif brûle dans le processus de détonation de faible puissance. Lors de tests en 2009, le système Laser Avenger a détruit avec succès 50 appareils de ce type, similaires à ceux rencontrés en Irak et en Afghanistan. De plus, une autre démonstration du fonctionnement de ce système a été réalisée, au cours de laquelle il a détruit plusieurs petits drones.
Boeing Laser Vengeur
Plan triennal
Selon la société de défense allemande Rheinmetall, dans trois ans, elle proposera sur le marché son propre laser à haute énergie (HEL) haute puissance, installé sur le véhicule.
Après une série de tests effectués en Suisse en 2013, l'entreprise a travaillé à l'extension des capacités logicielles des modules de formation de faisceaux et de la technologie du laser lui-même, après quoi elle a prédit que son système laser pour lutter contre les cibles au sol, ainsi que pour les la défense aérienne pourrait déjà être prête en 2018.
Trois machines ont été sélectionnées pour fonctionner comme plateformes HEL mobiles. Avec le véhicule blindé Boxer, le véhicule blindé M113 modifié avec un laser de 1 kW (Mobile HEL Effector Track V) et le camion Tatra 8x8 avec deux lasers de 10 kW (Mobile HEL Effector Wheel XX) ont démontré leurs caractéristiques.
Les trois plates-formes laser
Le laser de 20 kW installé sur le véhicule blindé GTK Boxer se distingue par le module exécutif HEL dont l'avantage réside dans le principe de conception modulaire. Rheinmetall dit que le Boxer n'a pas encore eu de laser d'une puissance supérieure à 20 kW, bien que la combinaison de plusieurs lasers à l'aide de la technologie d'alignement de faisceau puisse augmenter sa puissance totale. De plus, plusieurs unités Boxer HEL peuvent être combinées pour créer un système d'une puissance effective de plus de 100 kW.
Lors de tests de démonstration menés en 2013, l'équipage du véhicule Boxer a confirmé les capacités de l'installation laser HEL, désactivant la mitrailleuse lourde installée sur la camionnette sans risquer le mitrailleur lui-même (photo ci-dessous). De plus, travaillant en tandem avec la station radar Skyguard, l'installation sur un camion Tatra Mobile Effector Wheel XX a démontré toutes les étapes de neutralisation d'un drone de type hélicoptère.
La neutralisation des héliports a été réalisée à l'aide du radar SkyGuard, qui a détecté et identifié la cible. De plus, l'installation HEL Boxer a reçu des données de sa part, a effectué un suivi approximatif et précis, puis a capturé la cible pour la destruction.
Le système laser HEL MD de Boeing est sous contrat avec le United States Rocket and Space Defense Command
Recherche marine
L'administration de la recherche et du développement (ONR) de la marine des États-Unis teste son propre laser de combat à semi-conducteurs monté sur véhicule, appelé Ground-Based Air Defence Directed Energy On-the-Move (GBAD OTM). En fait, le système est un laser haute puissance monté sur un véhicule tactique et conçu pour protéger les forces expéditionnaires des drones ennemis.
Compte tenu de la prolifération croissante des systèmes aériens sans pilote, le Corps des Marines des États-Unis suggère que les unités de combat seront de plus en plus obligées de se défendre contre des opposants effectuant une surveillance et une reconnaissance aériennes.
Le système GBAD OTM est conçu pour être installé sur des véhicules tactiques légers tels que le HMMWV et le JLTV (Joint Light Tactical Vehicle). Selon l'ONR, le programme GBAD OTM vise à créer une alternative aux systèmes traditionnels permettant d'éloigner les marines des drones de reconnaissance et d'attaque ennemis. Les composants du système GBAD OTM, notamment le laser, le dispositif de pointage du faisceau, les batteries, le radar, le système de refroidissement et de contrôle, sont développés conjointement par l'ONR, le centre de développement des armes de surface Dahlgren de la Marine et plusieurs entreprises industrielles.
L'objectif du programme est de combiner tous ces composants en un seul complexe, qui sera suffisamment petit pour être installé sur des véhicules blindés tactiques légers, mais suffisamment puissant pour faire face aux menaces envisagées.
Large application
Lors de la conférence Sea-Air-Space 2015 à Washington, le responsable des programmes de protection des troupes à l'ONR, Lee Mastroiani, lors d'une conversation avec des journalistes, a expliqué que les lasers peuvent détruire efficacement les menaces dans tout le spectre de la défense aérienne, y compris missiles, obus d'artillerie, munitions de mortier, drones, moyens de transport et engins explosifs improvisés. "Cependant, tout d'abord, le système GBAD est conçu pour lutter contre les drones de petite taille qui constituent une menace pour nos unités de combat."
« Le système GBAD OTM se compose de trois composants principaux: une station de poursuite radar à 3 axes qui identifie une menace; une unité de commandement et de contrôle qui identifie et décide comment neutraliser la menace en cas d'utilisation de missiles ou d'armes d'artillerie; et la plate-forme réelle avec un laser."
Mastroiani a noté que dans le cas du programme GBAD, l'accent est mis sur le développement d'un laser de haute puissance pour la destruction des drones installés sur un véhicule de combat léger.
« Il existe un argument important en faveur d'une telle décision, à savoir que de telles menaces sont à faible coût, c'est-à-dire que l'utilisation de missiles coûteux dans ce cas ne correspond pas à notre vision du problème. Par conséquent, en utilisant un laser qui coûte un centime par impulsion, vous pouvez combattre en toute sécurité des menaces bon marché avec un système d'arme bon marché. En général, l'essence du programme est de lutter contre de telles cibles même en mouvement afin de soutenir les opérations de combat du Corps des Marines. »
Selon Mastroiani, l'ONR a utilisé plusieurs composants de l'installation de démonstration LaWS (Laser Weapon System) que l'US Navy a installée à bord du navire Ponce dans le golfe Persique.
"Nous utilisons le principe de l'évitement prévisible, certaines des technologies et logiciels clés, mais il existe également de nombreux autres problèmes", a ajouté Mastroiani. - Quant au navire USS Ponce, il y a beaucoup de place et tout le reste, alors que j'ai de nombreux problèmes concernant le poids, la taille et les caractéristiques de consommation d'énergie lorsque le système doit être installé sur un véhicule tactique léger. J'ai un dispositif de guidage de faisceau, une alimentation, des systèmes de refroidissement, un guidage et une désignation de cible, et tout cela devrait fonctionner de concert et sans "bouchons", donc de nombreux problèmes différents doivent être résolus dans ce projet séparé."
Selon l'ONR, certains des composants du système ont été utilisés dans des tests pour détecter et suivre des drones de différentes tailles, et l'ensemble du système a été testé avec un laser de 10 kW, qui est une solution intermédiaire lors du passage à un laser de 30 kW. Il est prévu que des tests sur le terrain du système de 30 kW auront lieu en 2016, lorsque le programme commencera des tests complets dans le but de passer de la simple détection et suivi au tir à partir de véhicules militaires légers.
