La società MBDA ha più di 30 anni di esperienza di lavoro sulle attività dei laser ad alta energia, conducendo un'ampia ricerca e sviluppo su una varietà di programmi e attività correlate in tutta Europa. Grazie alla sua vasta esperienza nella progettazione e nello sviluppo di sistemi di difesa aerea, MBDA può fornire soluzioni di sistema complete che integrano i sistemi d'arma convenzionali con effettori laser. Le competenze di MBDA come integratore di sistemi coprono l'intero ciclo di vita del prodotto, dalla progettazione all'integrazione e al supporto al cliente.
UNA NUOVA MINACCIA AEREA
I mini droni rappresentano un nuovo tipo di minaccia che richiede la considerazione di nuove soluzioni, oltre agli effettori convenzionali. Recenti incidenti hanno visto mini droni interrompere eventi di alto profilo e volare sopra luoghi protetti. Sistemi d'arma laser altamente precisi e scalabili potrebbero proteggere grandi eventi e infrastrutture critiche e colmare un'attuale lacuna di capacità. La tecnologia avanzata di MBDA ha portato allo sviluppo di un dimostratore di armi laser ad alta energia. Dal 2008, MBDA Deutschland ha sviluppato e testato con successo un dimostratore di arma laser ad alta energia contro un'ampia gamma di minacce, tra cui obiettivi altamente dinamici e di rapida manovra come i mini-UAV. La funzionalità del funzionamento completo di un sistema d'arma laser è stata dimostrata in una serie di dimostrazioni e test dall'acquisizione del bersaglio, all'ingaggio e alla distruzione a distanze fino a 2 km. Nei suoi studi di sistema, MBDA sta esaminando opzioni di armamento laser per applicazioni navali e aeree, nonché concetti di effettori laser mobili basati a terra con capacità superiori a 100kW, copertura a 360 gradi e architettura di sistema aperta per la protezione a distanza ravvicinata e intermedia contro micro UAV e obiettivi RAM (razzi e mortai). La multinazionale europea può fornire soluzioni di sistema complete che integrano i sistemi d'arma convenzionali con gli effettori laser.
CARATTERISTICHE DEGLI EFFETTORI LASER DI MBDA
Il cuore del dimostratore tecnologico di MBDA Deutschland è un tracker e un effettore laser a più stadi e ad alta precisione che raggruppa numerose sorgenti laser in un unico raggio laser utilizzando il principio dell'accoppiamento geometrico, un approccio che permette di combattere bersagli piccoli e molto agili in modo affidabile con un unico effettore laser.
Le caratteristiche principali sono:
- Densità di prestazioni elevatissime da un solo effettore;
- Inseguimento fine estremamente preciso e controllo multistadio;
- Prova della capacità del sistema di ingaggiare bersagli altamente agili;
- Principio a prova di futuro.
VANTAGGI DEI SISTEMI D'ARMA LASER
La tecnologia laser offre grandi vantaggi per le applicazioni militari grazie agli effetti precisi e scalabili:
- Alta precisione e rapido effetto sul bersaglio:
- Effetto scalabile;
- Evitare i danni collaterali causati dalla frammentazione delle munizioni;
- Basse spese logistiche e costi minimi per ogni sparo.
Le armi laser offrono precisione e riducono al minimo i danni collaterali.
I laser possono espandere significativamente lo spettro dell'effetto militare e sono armi di precisione il cui effetto è limitato a un punto minuscolo. A bassa potenza, ad esempio, possono abbagliare l'optronica, in modo che gli utenti non possano più "vedere". A livelli di potenza più elevati, i laser possono tagliare o penetrare nelle strutture. Questo può essere utilizzato ad esempio per distruggere munizioni o neutralizzare sistemi aerei senza equipaggio. L'elenco delle applicazioni può essere ampliato indefinitamente.
Nella classe fino a 20 kW, l'optronica può essere neutralizzata fino a una distanza da cinque a dieci chilometri. E’ stato dimostrato di poter combattere aerei e UAV fino a tre chilometri di distanza. Si possono rendere innocue munizioni di medio calibro e munizioni in scatole di munizioni fino a due chilometri. Se consideriamo di combattere i proiettili di mortaio, stiamo parlando della classe di potenza 100 kW, e per combattere gli aerei dobbiamo pensare a una classe di potenza notevolmente superiore a 120 kW, perché dobbiamo ipotizzare distanze di quattro chilometri e oltre.
E’ necessario considerare ogni scenario individualmente in modo da determinare quanto tempo è disponibile per combattere un bersaglio e quale livello di potenza è richiesto. In teoria, ovviamente, è possibile neutralizzare un aereo con un laser di potenza inferiore - diciamo 20 kW - ma poi devi tenere il raggio sul bersaglio più a lungo di quanto sia realistico per oggetti che volano rapidamente.
Le armi laser sono sinonimo di precisione estremamente elevata sul bersaglio e alta capacità multi-bersaglio e gli utenti puntano l'arma su un nuovo bersaglio molto rapidamente. Offrono anche un grande vantaggio logistico. Finché la piattaforma è alimentata, l'arma rimane in grado di combattere. Gli americani chiamano questa una "rivista profonda".
L'arma non richiede munizioni che devono essere immagazzinate, trasportate e custodite. I costi per un ingaggio in combattimento sono estremamente bassi, in quanto il laser non richiede alcun materiale di consumo, quindi alla fine gli unici costi sono per la generazione di elettricità, che arriva a meno di un euro per impegno. Per non parlare della silenziosità. Ci sono scenari in cui questo è un vantaggio decisivo.
LASERS IMBARCATI
Per uso marittimo, sulla base dei test effettuati fino ad oggi, si sta ipotizzando che si sarà in grado di realizzare un sistema d'arma laser nella classe di potenza 10-20 kW sull’affusto dell’MLG27, un cannone navale leggero. Questo sistema offre la possibilità di neutralizzare le attuali minacce marittime come barche da attacco rapido, moto d'acqua, skiff e UAV.
Poiché il sistema è privo di rinculo, potrebbe essere dispiegato, magari in forma containerizzata, su navi o imbarcazioni che attualmente hanno poche o nessuna capacità di difesa ravvicinata.
Quando una nave naviga lungo una costa, arriva molto rapidamente nel raggio di missili anticarro standard, che rappresentano anche una minaccia per le unità navali. Usando un sistema d'arma laser, è possibile rilevare una fonte ostile, abbagliare la sua ottica o agire direttamente sulla struttura del missile per neutralizzarlo.
L’obiettivo di MBDA è quello di integrare un sistema d'arma laser nei veicoli attualmente utilizzati con un dimostratore nella classe di potenza 10 kW per un veicolo da trasporto blindato Boxer (modulo medico). Di recente è stato mostrato in pubblico un effettore laser da 20 kW può essere utilizzato per sostituire l'arma di una torretta Lance nel modulo di missione standard del veicolo blindato Boxer; si è estremamente flessibili quando si tratta del veicolo e della piattaforma delle armi. Tutto ciò che serve è un certo volume e portata minimi nell'attrezzatura.
Le soluzioni containerizzate possono essere trasportate ovunque su camion per l'impiego stazionario e in un secondo momento forse anche con la possibilità di sparare durante gli spostamenti.
Le prestazioni sono soggette a determinate limitazioni in condizioni meteorologiche come forti piogge e nevicate o nebbia. Dagli esperimenti in Svizzera in condizioni meteorologiche da + 29° in agosto a -12° in ottobre e novembre più neve e pioggia, risulta che non è possibile utilizzare il sistema in caso di forte nevicata, poiché i cristalli di neve riflettono troppo. In una fitta nebbia, i bersagli non sono visibili. Tuttavia, queste limitazioni si applicano anche a molti dei potenziali obiettivi, che non possono essere utilizzati neanche in queste condizioni meteorologiche.
E’ bene precisare che non si sta parlando di sostituire, ma piuttosto di integrare le nostre attuali armi convenzionali. Le armi laser offrono capacità che i militari non hanno in questo momento.
L'introduzione del laser è molto simile all'introduzione delle prime armi da fuoco nel Medioevo. C'è un nuovo sistema con nuove funzionalità, ma non sostituirà immediatamente altri sistemi. Le armi laser offrono una precisione inaudita e consentono di limitare in modo significativo i danni collaterali. Anche la loro flessibilità è unica, perché possono essere commutati dalla modalità di interferenza a bassa intensità alla modalità di neutralizzazione ad alta intensità in modo estremamente rapido.
Un fattore importante è una certa potenza del laser. La qualità del raggio è importante anche perché è un'indicazione di quanto bene può essere focalizzato il raggio. Si è interessati solo ai laser con valori M2 bassi. Il valore ottimale in termini di minimo teorico sarebbe 1. Si sta utilizzando laser con un valore M2 di 2,5 o inferiore. L'efficienza è un ulteriore fattore chiave: maggiore è l'efficienza, più piccoli e leggeri possono essere i sistemi di alimentazione e raffreddamento.
Le dimensioni del sistema d'arma laser devono limitare il meno possibile la piattaforma portante su cui l'arma viene utilizzata. E ovviamente l'affidabilità è un fattore importante.
Al momento vengono utilizzati solo laser per la saldatura industriale, ad esempio nella produzione di automobili. Pertanto, questo è il vantaggio di lavorare con tecnologie mature e affidabili e di non dover investire ulteriormente nel loro sviluppo.
Ora si sta lavorando qui nella classe di potenza 10 kW. Esistono anche laser industriali di maggiore potenza, ad esempio 50 kW, ma i corrispondenti valori M2 sono maggiori di 10, quindi questi non interessano ai fini militari.
La Germania è attualmente leader nella tecnologia laser in quanto può avvalersi delle competenze in atto presso istituti di ricerca e fornitori.
La Rheinmetall sta attualmente definendo i requisiti per il sistema d'arma laser e rompendo questi requisiti specifici della tecnologia delle armi fino al livello dei singoli componenti come laser, sistema di guida del raggio, fornitura di energia e raffreddamento.
Per le applicazioni militari, la funzionalità deve essere garantita in condizioni che non sono rilevanti nel settore civile (insensibilità alle vibrazioni o alle temperature). Ciò richiede varie modifiche ai componenti disponibili in commercio.
Si sta progettando l'intero sistema di guida del raggio e affrontando la questione del tracciamento fine decidendo quale effetto si vuole avere sul bersaglio e definendo in dettaglio il sistema d'arma laser sulla base di questi parametri. Ci sono molte sfide tecnologiche da affrontare per trasformare un laser in un sistema d'arma laser.
In questo momento la categoria di potenza utilizzabile più elevata è la classe da 10 kW. Tuttavia, sono necessari più di 10 kW per applicazioni a distanze maggiori o contro bersagli più difficili, il che significa che è necessario aggregare la potenza di più laser su di un singolo bersaglio utilizzando moduli laser standard da 10 kW ciascuno, la cui potenza viene sovrapposta al bersaglio utilizzando la tecnologia di sovrapposizione del raggio.
Il problema del livello di efficienza è diventato molto meno urgente con il passaggio dai laser a gas ai laser a stato solido. In precedenza, si stavano ottenendo efficienze dal cinque al dieci percento per i laser a gas; oggi si raggiungono efficienze vicine al 30%. In altre parole: per generare oggi 1 kW di potenza laser, abbiamo bisogno solo di poco più di 3 kW di potenza elettrica, il che rappresenta un'enorme riduzione rispetto ai requisiti per la piattaforma portante - in particolare perché si deve sempre considerare che l'energia per i laser elettrici è richiesta solo quando il laser è effettivamente raggiante. I motori montati sui veicoli a motore oggi producono tipicamente da 80 a 100 kW e possono generare elettricamente una potenza laser notevolmente superiore a 20 kW. La Rheinmetall ha inoltre investito propri fondi per portare avanti questa tecnologia allo scopo di consolidare l’attuale posizione di leadership tecnologica in questo settore.
UN DIMOSTRATORE LASER PER LA MARINA MILITARE TEDESCA
La marina tedesca si unisce al club in crescita delle forze militari che sviluppano armi laser imbarcate. L'agenzia di approvvigionamento della difesa tedesca, BAAINBw, ha stipulato un contratto con la Rheinmetall per sviluppare un dimostratore laser che potrebbe essere utilizzato in un'applicazione navale.
La nuova sorgente laser da 20 kW è circa un terzo meno potente del dimostratore laser LaWS della Marina degli Stati Uniti, che è stato montato sull'anfibio USS Ponce nel 2014 per i test in un ruolo di difesa ravvicinata contro piccole minacce, come droni e piccole imbarcazioni. (Il test ha avuto esito positivo, anche se la Uss Ponce da allora è stata disattivata).
A metà del 2020, BAAINBw ha stipulato un contratto con Rheinmetall per costruire un proprio dimostratore ad un prezzo molto economico. Il dispositivo è destinato a essere utilizzato in più progetti per molteplici applicazioni militari, ma il primo progetto per il dimostratore laser è una fase di prova della durata di un anno a bordo della fregata della marina tedesca Sachsen.
Il sistema di Rheinmetall si basa sulla tecnologia di accoppiamento spettrale, che l'azienda sviluppa da anni. Consiste di dodici moduli laser in fibra a stato solido quasi identici da due kilowatt con un'elevata qualità del fascio. Un combinatore di fasci - un dispositivo che trasforma più fasci in un unico fascio mediante la tecnologia della griglia dielettrica - accoppia i dodici fasci laser a fibra per formare un unico fascio.
La Rheinmetall afferma che la sua tecnologia di accoppiamento spettrale presenta dei vantaggi rispetto ai sistemi di accoppiamento geometrico utilizzati da altri appaltatori: è meno complessa, molto modulare e passiva, e richiede poco sforzo di controllo. L'appaltatore ritiene che potrebbe essere scalato nella classe di prestazioni di 100 kW necessaria per ruoli a più lungo raggio e potenza più elevata, come la difesa antiaerea / antimissile.
Nel 2015, durante le prove condotte nel Baltico, un team della Rheinmetall ha impegnato per la prima volta in Europa obiettivi a terra con un sistema d'arma laser di bordo. Nel 2018, BAAINBw e Rheinmetall hanno testato con successo in laboratorio una sorgente laser da 20 kW. Le nuove prove, da condurre in ambienti militari, porteranno il progetto dal laboratorio all'installazione nel mondo reale nell'arco di tre anni.
Rheinmetall e Mbda si sono aggiudicate un contratto per il “Naval Laser Weapons System”
L'Ufficio federale tedesco per le apparecchiature, la tecnologia dell'informazione e il supporto in servizio della Bundeswehr ha assegnato a un consorzio, o ARGE, composto da MBDA Deutschland GmbH e Rheinmetall Waffe Munition GmbH un contratto per fabbricare, integrare e supportare i test di un dimostratore di armi laser in l'ambiente marittimo.
Il valore dell'ordine è nella fascia bassa di milioni di €.
Il lavoro sarà suddiviso su una base paritetica:
- MBDA Deutschland è responsabile del monitoraggio, della console dell'operatore e del collegamento del dimostratore di armi laser al sistema di comando e controllo;
- Rheinmetall è responsabile della stazione dell'arma laser, del sistema di guida del raggio, del raffreddamento e dell'integrazione del sistema d'arma laser nel contenitore del progetto del dimostratore della sorgente laser.
Il dimostratore di armi laser sarà fabbricato, testato e integrato entro la fine del 2021. Le prove a bordo della fregata F-124 Sachsen della Marina tedesca si svolgeranno nel 2022.
Il contratto è un passo importante nel percorso verso un sistema laser operativo ad alta energia. Le due società applicheranno i rispettivi punti di forza per rendere questo progetto un successo per conto della Marina tedesca e degli alleati. Una volta installato, il dimostratore verrà utilizzato anche per testare aspetti importanti come l'interazione e la funzione della suite di sensori, il sistema di gestione del combattimento e l'effettore, nonché le regole di ingaggio.
Il contratto segna un'estensione sistematica dell'arma laser prototipo funzionale testato con successo negli ultimi anni, con l'esperienza acquisita che ora si inserisce in uno dei progetti più ambiziosi nel campo dello sviluppo di armi laser in Europa.
Uno sviluppo rivoluzionario nella storia della tecnologia di difesa, i laser ingaggiano bersagli alla velocità della luce, operando con grande precisione e producendo pochissimi danni collaterali. Un sistema dimostrativo dotato di queste capacità sarà presto messo alla prova in condizioni operative altamente realistiche a bordo di una fregata tedesca.
La Rheinmetall aveva di recente annunciato ai media un progetto di collaborazione con MBDA per costruire, integrare e testare un dimostratore laser per le corvette K130 della Marina tedesca. L'azienda tedesca ha anche affermato di aver compiuto buoni progressi sulle tecnologie chiave per le armi laser lo scorso anno.
Altri progetti laser in Europa includono:
- MBDA UK insieme ai suoi partner (compresa l’italiana Leonardo) sta lavorando al DRAGONFIRE. Conosciuto anche come Programma dimostrativo di capacità (CDP) Laser Directed Energy Weapon (LDEW), il test di DRAGONFIRE doveva svolgersi nel settore marittimo e terrestre nel 2019;
- MBDA France ha aperto una nuova struttura di test laser di recente per testare gli effetti dei laser sui materiali e per specificare le future armi laser per i clienti militari;
- La Us Navy sta lavorando a diversi programmi di sistemi d'arma laser come l'ODIN e il laser ad alta energia con abbagliamento ottico e sorveglianza (HELIOS) integrati. Un sistema HELIOS risulta installato a bordo del cacciatorpediniere missilistico guidato classe Arleigh Burke USS Preble (DDG 88). Nel frattempo, il trasporto anfibio USS Portland (LPD 27) ha disabilitato con successo un veicolo aereo senza equipaggio (UAV) con un dimostratore di sistema laser allo stato solido (LWSD) MK 2 MOD 0 durante un test della Marina degli Stati Uniti.
Lo sviluppo della tecnologia laser è stata accelerata dal laboratorio all'applicazione pratica nello spazio di soli tre anni. Le prove pianificate vengono condotte in ambienti militari in condizioni operative autentiche, diventando essenziali per la maturazione dei futuri sistemi operativi.
ENGLISH
HIGH ENERGY LASER WEAPON SYSTEMS: The consortium of MBDA Deutschland GmbH and Rheinmetall Waffe Munition GmbH
The MBDA company has more than 30 years of experience working on high-energy laser activities, conducting extensive research and development on a variety of related programmes and activities throughout Europe. Thanks to its extensive experience in the design and development of air defence systems, MBDA can provide complete system solutions that integrate conventional weapon systems with laser effectors. MBDA's expertise as a systems integrator covers the entire product life cycle, from design to integration and customer support.
A NEW AERIAL THREAT
Mini drones represent a new type of threat that requires consideration of new solutions in addition to conventional effectors. Recent incidents have seen mini drones disrupt high-profile events and fly over protected locations. Highly accurate and scalable laser weapon systems could protect large events and critical infrastructure and fill a current capability gap. MBDA's advanced technology has led to the development of a high-energy laser weapon demonstrator. Since 2008, MBDA Deutschland has successfully developed and tested a high-energy laser weapon demonstrator against a wide range of threats, including highly dynamic and rapidly manoeuvring targets such as mini-UAVs. The functionality of the full operation of a laser weapon system was demonstrated in a series of demonstrations and tests from target acquisition, engagement and destruction at ranges up to 2km. In its system studies, MBDA is investigating laser weapon options for naval and airborne applications, as well as ground-based mobile laser effector concepts with capabilities in excess of 100kW, 360-degree coverage and open system architecture for close- and intermediate-range protection against micro UAVs and RAM targets (rockets and mortars). The European multinational can provide complete system solutions that integrate conventional weapon systems with laser effectors.
CHARACTERISTICS OF MBDA'S LASER EFFECTORS
At the heart of MBDA Deutschland's technology demonstrator is a multi-stage, high-precision laser tracker and effector that groups numerous laser sources into a single laser beam using the principle of geometric coupling, an approach that allows small and very agile targets to be reliably fought with a single laser effector.
Key features are:
Very high performance density from a single effector;
Extremely precise fine tracking and multi-stage control;
Proof of the system's ability to engage highly agile targets;
Future-proof principle.
ADVANTAGES OF LASER WEAPON SYSTEMS
Laser technology offers great advantages for military applications due to its precise and scalable effects:
High precision and rapid effect on the target:
Scalable effect;
Avoidance of collateral damage caused by ammunition fragmentation;
Low logistics costs and minimal cost per shot.
Laser weapons offer precision and minimise collateral damage.
Lasers can significantly expand the spectrum of military effect and are precision weapons whose effect is limited to a tiny point. At low power levels, for example, they can dazzle optronics so that users can no longer 'see'. At higher power levels, lasers can cut through or penetrate structures. This can be used, for example, to destroy munitions or neutralise unmanned aerial systems. The list of applications can be extended indefinitely.
In the class up to 20 kW, optronics can be neutralised up to a distance of five to ten kilometres. It has been demonstrated that it can fight aircraft and UAVs from up to three kilometres away. Medium-calibre ammunition and ammunition boxes can be rendered harmless up to two kilometres. If we consider fighting mortar shells, we are talking about the 100 kW power class, and to fight aircraft we have to think of a power class considerably higher than 120 kW, because we have to assume distances of four kilometres and more.
It is necessary to consider each scenario individually in order to determine how much time is available to fight a target and what level of power is required. In theory, of course, you can neutralise an aircraft with a lower power laser - say 20 kW - but then you have to keep the beam on the target longer than is realistic for fast-flying objects.
Laser weapons are synonymous with extremely high accuracy on target and high multi-target capability, and users point the weapon at a new target very quickly. They also offer a major logistical advantage. As long as the platform is powered, the weapon remains combat capable. The Americans call this a 'deep magazine'.
The weapon does not require ammunition that has to be stored, transported and guarded. The costs for a combat engagement are extremely low, as the laser does not require any consumables, so in the end the only costs are for electricity generation, which comes to less than one euro per engagement. Not to mention the quietness. There are scenarios where this is a decisive advantage.
EMBARKED LASERS
For maritime use, on the basis of tests carried out to date, it is being hypothesised that it will be possible to implement a laser weapon system in the 10-20 kW power class on the shaft of the MLG27, a light naval gun. This system offers the possibility of neutralising current maritime threats such as fast attack boats, jet skis, skiffs and UAVs.
Because the system is recoilless, it could be deployed, perhaps in containerised form, on ships or vessels that currently have little or no close-in defence capability.
When a ship sails along a coastline, it very quickly comes within range of standard anti-tank missiles, which also pose a threat to naval units. Using a laser weapon system, it is possible to detect a hostile source, dazzle its optics or act directly on the missile's structure to neutralise it.
MBDA's goal is to integrate a laser weapon system into currently deployed vehicles with a demonstrator in the 10 kW power class for a Boxer armoured transport vehicle (medical module). Recently a 20 kW laser effector was shown in public that can be used to replace the weapon of a Lance turret in the standard mission module of the Boxer armoured vehicle; it is extremely flexible when it comes to the vehicle and weapon platform. All that is needed is a certain minimum volume and range in the equipment.
Containerised solutions can be transported anywhere by truck for stationary deployment and later perhaps even with the ability to fire while on the move.
Performance is subject to certain limitations in weather conditions such as heavy rain and snowfall or fog. Trials in Switzerland in weather conditions ranging from +29° in August to -12° in October and November plus snow and rain have shown that it is not possible to use the system in heavy snowfall because the snow crystals reflect too much. In dense fog, the targets are not visible. However, these limitations also apply to many potential targets, which cannot be used in these weather conditions either.
It should be made clear that we are not talking about replacing, but rather supplementing, our existing conventional weapons. Laser weapons offer capabilities that the military does not have at the moment.
The introduction of the laser is very similar to the introduction of the first firearms in the Middle Ages. There is a new system with new capabilities, but it will not immediately replace other systems. Laser weapons offer unprecedented precision and significantly limit collateral damage. Their flexibility is also unique, as they can be switched from low-intensity interference mode to high-intensity neutralisation mode extremely quickly.
An important factor is a certain laser power. The quality of the beam is also important because it is an indication of how well the beam can be focused. We are only interested in lasers with low M2 values. The optimum value in terms of a theoretical minimum would be 1. You are using lasers with an M2 value of 2.5 or less. Efficiency is another key factor: the higher the efficiency, the smaller and lighter the power and cooling systems can be.
The size of the laser weapon system must limit the carrier platform on which the weapon is used as little as possible. And of course, reliability is an important factor.
At the moment, only lasers are used for industrial welding, for example in car manufacturing. So this is the advantage of working with mature and reliable technologies and not having to invest further in their development.
We are now working here in the 10 kW power class. There are also industrial lasers of higher power, e.g. 50 kW, but the corresponding M2 values are greater than 10, so these are not of interest for military purposes.
Germany is currently a leader in laser technology because it can draw on the expertise in place at research institutes and suppliers.
Rheinmetall is currently defining the requirements for the laser weapon system and breaking down these weapon technology-specific requirements down to the level of individual components such as lasers, beam steering, energy supply and cooling.
For military applications, functionality must be guaranteed under conditions that are not relevant in the civil sector (insensitivity to vibrations or temperatures). This requires various modifications to commercially available components.
The entire beam steering system is being designed and the issue of fine tracking is being addressed by deciding what effect is to be had on the target and defining the laser weapon system in detail on the basis of these parameters. There are many technological challenges to turning a laser into a laser weapon system.
At the moment, the highest usable power category is the 10 kW class. However, more than 10 kW is required for applications at longer distances or against more difficult targets, which means that it is necessary to aggregate the power of several lasers on a single target using standard laser modules of 10 kW each, whose power is superimposed on the target using beam superposition technology.
The issue of efficiency level has become much less urgent with the move from gas lasers to solid-state lasers. Previously, efficiencies of five to ten per cent were being achieved for gas lasers; today efficiencies of close to 30 per cent are being achieved. In other words: to generate 1 kW of laser power today, we only need a little more than 3 kW of electrical power, which is a huge reduction compared to the requirements for the carrier platform - particularly since you always have to consider that the energy for electrical lasers is only required when the laser is actually beaming. Motors fitted in motor vehicles today typically produce 80 to 100 kW and can electrically generate laser power significantly in excess of 20 kW. Rheinmetall has also invested its own funds in advancing this technology in order to consolidate its current technological leadership position in this area.
A LASER DEMONSTRATOR FOR THE GERMAN NAVY
The German navy joins the growing club of military forces developing embarked laser weapons. The German defence procurement agency, BAAINBw, has contracted with Rheinmetall to develop a laser demonstrator that could be used in a naval application.
The new 20 kW laser source is about a third less powerful than the US Navy's LaWS laser demonstrator, which was mounted on the amphibious USS Ponce in 2014 for testing in a close defence role against small threats, such as drones and small boats. (The test was successful, although the USS Ponce has since been decommissioned).
In mid-2020, BAAINBw contracted with Rheinmetall to build its own demonstrator at a very economical price. The device is intended to be used in multiple projects for multiple military applications, but the first project for the laser demonstrator is a year-long test phase on board the German navy frigate Sachsen.
Rheinmetall's system is based on spectral coupling technology, which the company has been developing for years. It consists of twelve almost identical two-kilowatt solid-state fibre laser modules with high beam quality. A beam combiner - a device that converts multiple beams into a single beam using dielectric grating technology - couples the twelve fibre laser beams to form a single beam.
Rheinmetall claims that its spectral coupling technology has advantages over the geometric coupling systems used by other contractors: it is less complex, highly modular and passive, and requires little control effort. The contractor believes it could be scaled into the 100 kW performance class needed for longer range, higher power roles such as anti-aircraft/anti-missile defence.
In 2015, during trials in the Baltic, a Rheinmetall team engaged ground targets with an on-board laser weapon system for the first time in Europe. In 2018, BAAINBw and Rheinmetall successfully tested a 20 kW laser source in the laboratory. The new tests, to be conducted in military environments, will take the project from the laboratory to real-world deployment within three years.
Rheinmetall and Mbda win contract for 'Naval Laser Weapons System'.
The German Federal Office for Equipment, Information Technology and Service Support of the Bundeswehr has awarded a consortium, or ARGE, consisting of MBDA Deutschland GmbH and Rheinmetall Waffe Munition GmbH a contract to manufacture, integrate and support testing of a laser weapons demonstrator in the maritime environment.
The value of the order is in the low to mid € million range.
The work will be shared on an equal basis:
MBDA Deutschland is responsible for monitoring, the operator's console and connecting the laser weapons demonstrator to the command and control system;
Rheinmetall is responsible for the laser weapon station, beam steering system, cooling and integration of the laser weapon system into the laser source demonstrator project container.
The laser weapon demonstrator will be fabricated, tested and integrated by the end of 2021. Trials on board the German Navy's F-124 Sachsen frigate will take place in 2022.
The contract is an important step on the path to an operational high-energy laser system. The two companies will apply their respective strengths to make this project a success on behalf of the German Navy and allies. Once installed, the demonstrator will also be used to test important aspects such as the interaction and function of the sensor suite, the combat management system and the effector, as well as the rules of engagement.
The contract marks a systematic extension of the functional prototype laser weapon successfully tested over the past few years, with the experience gained now being incorporated into one of the most ambitious projects in the field of laser weapon development in Europe.
A revolutionary development in the history of defence technology, lasers engage targets at the speed of light, operating with great precision and producing very little collateral damage. A demonstration system with these capabilities will soon be tested under highly realistic operating conditions aboard a German frigate.
Rheinmetall had recently announced to the media a collaboration project with MBDA to build, integrate and test a laser demonstrator for the German Navy's K130 corvettes. The German company also said it had made good progress on key laser weapons technologies last year.
Other laser projects in Europe include:
MBDA UK together with its partners (including Italy's Leonardo) is working on DRAGONFIRE. Also known as the Laser Directed Energy Weapon (LDEW) Capability Demonstration Programme (CDP), the DRAGONFIRE test was to take place in the maritime and land domains in 2019;
MBDA France opened a new laser test facility recently to test the effects of lasers on materials and to specify future laser weapons for military customers;
The Us Navy is working on several laser weapon system programmes such as ODIN and the High Energy Laser with Integrated Optical Glare and Surveillance (HELIOS). A HELIOS system is reportedly installed aboard the Arleigh Burke-class guided-missile destroyer USS Preble (DDG 88). Meanwhile, the amphibious transport USS Portland (LPD 27) successfully disabled an unmanned aerial vehicle (UAV) with a MK 2 MOD 0 solid-state laser system (LWSD) demonstrator during a US Navy test.
The development of laser technology has been accelerated from the laboratory to practical application in space in just three years. Planned tests are conducted in military environments under authentic operational conditions, becoming essential to the maturation of future operational systems.
(Web, Google, Rheinmetal, MBDA, You Tube)
