Considerando los posibles tipos de armas de energía directa y analizando los experimentos que han tenido lugar en el mundo, se desprende claramente que las dos soluciones más prometedoras son las de las armas de microondas (HPM-DEW, High Power Microwave - Directed Energy Weapon) y de la Armas láser (HEL - DEW, Láser de alta energía - Arma de energía dirigida).
Microondas: HPM - DEW
El principio de funcionamiento de un sistema de armas de microondas es bastante sencillo de entender.
Implica dirigir un haz de microondas de una frecuencia adecuada (generalmente 10Mhz ~ 100Ghz) hacia un objetivo (o un grupo de objetivos). O incluso contra una multitud.
Centrémonos en las armas HPM diseñadas para apuntar a activos y no a personas. A continuación, expongo algunas consideraciones generales, extraídas del material "autorizado para su publicación", un poco anticuado pero útil para consideraciones generales.1).
El efecto de un flujo de microondas sobre un objetivo que produce un tipo de daño de clase 4 o 5 depende de la densidad de potencia realmente irradiada sobre el objetivo y del subsistema en el que desea causar el daño (nuestro objetivo podría ser neutralizar el sistema de comunicación, o el sistema de guía, o causar una falla completa de la misión). Bueno, independientemente del tipo de objetivo y del subsistema, se puede ver que la probabilidad de el fracaso (por lo tanto, el arma tiene éxito) alcanza el máximo de aproximadamente 100 vatios en cm2, pero ya a 10 vatios en cm2 los efectos son significativos.
Para alcanzar, en el objetivo, 10 o 100 W / cm2, ¿cuánta potencia tenemos que irradiar a través de la antena? Evidentemente, depende de la distancia a la que se encuentre el objetivo (y de las otras condiciones que determinan la dispersión de potencia desde la antena radiante hacia el propio objetivo: reflejos, edificios, etc.), pero también depende de otros factores.
En la figura 2 se muestra un esquema general para comprender cómo se propaga la potencia en un sistema de armas del tipo HPM - DEW. Más allá de los detalles de los cálculos1 Es importante enfocar algunos aspectos cualitativos importantes en los elementos del esquema.
Son bien conocidos los problemas del generador de energía (cualquier RADAR está equipado con un generador de tamaño adecuado), de las pérdidas debidas a las guías de ondas y de las pérdidas debidas a la propagación (proporcionales al cuadrado de la distancia al objetivo). En cambio, es más interesante centrarse en la fuente de microondas.
Con respecto a la fuente de microondas, podemos consultar la siguiente figura para obtener una descripción general de las diversas tecnologías utilizables (gráfico tomado de "1"y, por tanto, inadecuado para cubrir las evoluciones recientes), dividido en tecnologías de vacío y de estado sólido. Antes de interpretar el gráfico, es bueno tener en cuenta los siguientes elementos:
- La frecuencia correspondiente a la mayor efectividad de las microondas para uso de DEW está en el rango entre 300MHz y 3 GHz
- Para un uso de DEW es más eficaz una repetición de pulsos con una duración de 100 ns a 1 µs en lugar de una onda continua
La fuente de microondas es claramente el elemento tecnológico más crítico de un sistema DEW, en el que se basa el poder del arma, en el que la superioridad tecnológica de una nación es más evidente. No es casualidad que los generadores de microondas estén incluidos en la lista de subsistemas "sensibles" cuyo desarrollo, producción y exportación controla cada estado (están en la categoría 19 de la lista militar italiana y en la categoría XVIII de la Lista de municiones de Estados Unidos).
Pero hay otra consideración que debería hacerse. El diagrama de la Figura 2 muestra claramente fuertes superposiciones con un sistema RADAR. Un radar es ciertamente más complejo, porque está destinado a utilizar microondas para investigar el espacio circundante y, por lo tanto, tiene, en comparación con un sistema HPM-DEW, una parte de la recepción de retornos electromagnéticos y una parte importante del procesamiento de la señal. Pero la parte "bruta" de un radar, relacionada con la emisión de radiofrecuencia, también está presente en un DEW basado en HPM. Por tanto, es fácil comprender cómo una de las evoluciones del radar de los últimos años, a saber, la tecnología AESA de gestión activa del haz a través de un Matriz Phased, es sin duda el tema de estudio en el campo de las armas HPM-DEW.
Solo como una pista rápida, la tecnología de matriz en fase permite reemplazar los elementos 2, 3 y 4 de la Figura 2 con una sola antena que consiste en una disposición en un plano de módulos T / R (Transmisor / Receptor) cada uno capaz de transmitir una porción del haz de microondas (y, en el caso de radar, para recibir el retorno) delegando al desplazamiento de fase del instante de transmisión de los módulos individuales la posibilidad de "modelar" el haz de microondas resultante de la emisión combinada y dirigirlo incluso fuera del eje de la antena.
Esta tecnología, si bien en principio excluye los generadores de microondas de "vacío", permite una importante serie de ventajas, entre las que se incluyen: 1) direccionalidad del haz y 2) escalabilidad de potencia (cuantos más elementos radiantes, más potente es el haz).
Veamos ejemplos de sistemas HPM-DEW en desarrollo o en uso. Suponiendo, por supuesto, que existen barreras para la difusión de información sensible y que, por otro lado, existe la posibilidad de difusión selectiva de noticias falsas (Information Warfare).
Un buen ejemplo es el prototipo THOR desarrollado por el laboratorio de investigación de la USAF.2. Diseñado para combatir enjambres de drones, despertó la curiosidad del ejército estadounidense que financió un desarrollo en 2021 que apunta a implementar un sistema basado en HPM para 2024 (IFPC, "3").
En cuanto a la situación de los desarrollos rusos, la noticia de la disponibilidad del sistema Ranets-E se remonta a 20017. Es una especie de cañón HPM destinado a neutralizar (o disminuir la efectividad) de misiles / sistemas enemigos. También es posible encontrar algunos datos, con todo el beneficio de inventario debido a las consideraciones reportadas en la introducción: frecuencia en la banda X, pulsos de 10-20 ns, 500 MW de potencia, 500 Hz de PRF, rango de acción de 20 millas. No se sabe si se ha utilizado alguna vez o si es simplemente un prototipo.
Por el lado chino, si bien se consideran todas las barreras para la difusión de información sensible combinadas con la posibilidad de difusión selectiva de noticias falsas (Information Warfare), parece que ya se han financiado actividades de desarrollo específicas para los sistemas HPM (proyecto 863). También parece que se instaló un prototipo de arma basada en HPM en un barco para contrarrestar los misiles antibuque.4.
Antes de terminar la discusión sobre las armas basadas en microondas, no podemos dejar de mencionar una nueva declinación del mismo concepto, el relativo a bombas de microondas (Bomba electrónica, Bomba electromagnética).
Una bomba de microondas está diseñada para golpear los activos enemigos con un rayo de microondas, como las armas DEW-HPM que hemos visto hasta ahora, pero en lugar de usar un dispositivo de generación reutilizable, usa un disparo, por lo que no es reutilizable. Estos mecanismos, además de poder activarse en las proximidades del activo a impactar (ya que están montados en bombas, o incluso misiles), son capaces por su naturaleza de generar pulsos de microondas de muy alta energía, actualmente no alcanzables con dispositivos reutilizables. Más detalles5.
Lo más probable es que Estados Unidos haya utilizado algunas bombas eléctricas durante las primeras etapas de la Guerra del Golfo.6.
Láser: HEL - DEW
El segundo tipo de dispositivos de energía directa que consideramos apropiado investigar es el de los láseres de alta energía (Láser de alta energía, HEL).
Es bastante intuitivo comprender cómo se puede usar un rayo láser para dañar un activo enemigo, dado que las máquinas de corte por láser ya están disponibles a nivel industrial. Pero los problemas para el uso de un láser como base de un sistema de armas son muchos y no fáciles de resolver.
Un primer problema, trivial de entender, está relacionado con la disponibilidad de un láser con una potencia suficiente para ser utilizado como arma. A diferencia de un dispositivo HPM, que causa efectos en los circuitos y subsistemas del activo, un láser funciona "calentando" la parte del activo afectado. El resultado es que el flujo de energía debe ser lo más alto posible (por lo tanto, un suministro de pulsos no es adecuado). Por tanto, para transformar un láser en un arma es necesario poder generar un rayo láser "potente".
El segundo problema se debe al discurso del foco. Si cogemos nuestro puntero láser por unos euros y lo proyectamos a cierta distancia (¡solo utilízalo desde una ventana en una calle, cuando no hay nadie alrededor, claro!) Para comprobar cómo el "punto" que vimos dentro de nuestro La habitación está manchada en el área correspondiente a una pelota de tenis. Derivamos un concepto que también es inmediato de comprender: si la energía está suficientemente concentrada en una distancia corta, comienza a diluirse al aumentar la distancia.
La idea de "enfocar" más el láser no es tan inmediata. De hecho, el flujo luminoso del láser se comporta como un "flujo gaussiano" que sigue sus reglas muy precisas y abundantemente estudiadas.8. En pocas palabras, a pesar de tener un sistema óptico tan transparente y de rendimiento que no es fundido por el propio láser, no es posible enfocar un láser por debajo de un cierto límite teórico.
El tercer problema es eso ... de espejismos! No es necesario ir al desierto, simplemente tomar un camino asfaltado calentado por el sol en verano para ver los ilusorios "charcos de agua", verdaderos espejismos. Es solo el efecto de la luz curvada por las corrientes de aire ascendentes porque son calentadas por el asfalto caliente.
¿Qué tiene que ver con el láser? El láser también es "luz" y, al igual que la luz, su rayo es perturbado por los movimientos de la atmósfera que se encuentra entre la fuente de emisión y el objetivo. Sin embargo, este es un problema que no se puede resolver (ver la solución adoptada por la USAF en el sistema ABL, que describiremos a continuación)
El cuarto problema está relacionado con el tercero, y es conocido por el término inglés de "Thermal Blooming". Ya hemos visto cómo las perturbaciones atmosféricas pueden afectar el rayo de un láser. Lo que a primera vista puede no resultar evidente es que el propio láser, al calentar el aire impactado por el rayo, provoca por su naturaleza una perturbación del medio en el que se propaga el rayo.
También hay un quinto aspecto a tener en cuenta al examinar un sistema basado en HEL. Con los poderes en juego, no solo se tiene un fenómeno de Floración térmica, pero la atmósfera calentada por el láser está sujeta a convertirse en plasma. Y los efectos de la interacción del plasma con el láser son complicados, difíciles de modelar (incluso requieren un tratamiento relativista) y ciertamente afectan la efectividad de un sistema basado en HEL. Los esfuerzos económicos y académicos para modelar y tratar este problema parecen ser diferentes, a menudo financiados (¡coincidentemente!) Por el Ministerio de Defensa y el Departamento de Defensa.9.
En resumen: de este resumen de problemas queda claro que producir un sistema de armas basado en un HEL no es sencillo, no consiste simplemente en construir un puntero láser un poco más grande, sino que está más enfocado a superar las limitaciones tecnológicas actuales e implementar mecanismos. que cancelan o minimizan los efectos no deseados. Pero los hechos muestran que, en cambio, los esfuerzos en los sistemas de armas de tipo HEL-DEW están ahí y se están multiplicando en número y en la cantidad de presupuesto invertido. Veamos algunas novedades que nos puedan hacer entender la tendencia.
Un sistema desarrollado por EE. UU. Que cabe destacar es el Air Based Laser (ABL) identificado por las siglas YAL 1A.
Consistió en la instalación, en un Boeing 747 modificado, de un láser de alta energía y los subsistemas necesarios para una eficaz puntería del rayo. El láser se crea con tecnología COIL (láser químico de oxígeno y yodo) y es un “láser de clase Megavatio”. El láser se genera en la cola del 747 mientras que en la proa se monta un sistema de espejos (1.5 m de diámetro) que dirige el haz. Fue un proyecto prototipo que fue financiado en 1996 por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos por $ 1.1 mil millones, que vio el inicio de las pruebas de vuelo en 2007 y dos pruebas, la segunda de las cuales terminó con la destrucción de un misil balístico después de "unos segundos" de irradiación, siempre en la fase de empujón. En 2014, el sistema fue desmantelado.10.
Las soluciones probadas para hacer frente a los aspectos problemáticos de un HEL que se han enumerado anteriormente son muy interesantes en este proyecto:
- Un sistema de infrarrojos para el descubrimiento inicial de objetivos
- Un sistema de iluminación láser de haz múltiple de baja potencia (Track Illuminating Laser, TILL). Sirve para determinar la distancia al objetivo y proporcionar información sobre las condiciones atmosféricas.
- Un sistema láser BEACON (un láser de clase de kilovatios) destinado a iluminar el objetivo y recopilar información más precisa sobre la turbulencia atmosférica para deformar adecuadamente el haz principal (generado por el COIL) y contrarrestar los efectos de la atmósfera.
El experimento ABL, obviamente no dirigido directamente a la obtención de un sistema de armas operacional, permitió explorar en detalle los problemas de un sistema HEL-DEW, comparar diversas soluciones tecnológicas y evaluar una serie de soluciones capaces de minimizar los problemas relacionados con el uso del láser en el entorno atmosférico.
Del mismo período que el ABL es el Láser Táctico de Alta Energía (THEL), un programa conjunto de Israel y los EE. UU. Iniciado en 1996. En comparación con ABL, es un sistema HEL de corto alcance, basado en tierra, también diseñado en versión móvil (MTHEL). Los resultados fueron aceptables, pero fuertemente influenciados por las condiciones atmosféricas y por lo tanto forzados a un rango de operación muy corto.
Si el ABL fue dado de baja por los EE. UU. En 2014, en su lugar está funcionando un sistema láser de la Marina de los EE. UU. Sistema de arma laser (Leyes).
El sistema nació en una sección experimental de la Marina de los EE. UU. (Naval Surface Warfare Center, NSWC) antes de 2010. En 2010, se contrató a un proveedor (Kratos Defense & Security Solutions) ($ 11 millones) para apoyar el desarrollo.
El resultado se ve en 2014, cuando se instala y se declara operativo en la unidad de transporte anfibio USS. Ponce11.
Es un láser con una clase de potencia de 10-50 KW capaz de neutralizar aviones pequeños o embarcaciones rápidas. La razón principal de su uso operativo es el bajo costo: 59 centavos por disparo frente al gasto de decenas o cientos de miles de dólares por un misil.
Las impresiones de los usuarios fueron muy positivas, tanto es así que el sistema se trasladará a una nueva unidad en previsión del desmantelamiento del USS. Ponce.
Como prueba del interés de la Marina, en 2018 Lockeed Martin recibió un contrato de $ 150 millones (programa HELIOS) para la producción de otros dos sistemas similares. Se pueden rastrear fácilmente en la red de video en las pruebas LaWS contra un bote pequeño y un UAV (v.link). No hay datos sobre la distancia de los objetivos, sin embargo, de los videos se desprende que no están a más de unos kilómetros de distancia, y en cualquier caso son objetivos con una dinámica “modesta”.
Fuera de EE. UU. Es importante mencionar una instalación láser en un Ilyushin Il-76 (proyecto Beriev A-60) por parte de la Unión Soviética en los lejanos años 70, de la que no hay muchas noticias aparte de la supuesta potencia (1MW), pero lo cual es importante porque luego dio lugar al proyecto Sokol-Eshelon que parece estar dirigido a perturbar satélites enemigos (según algunas fuentes, iluminó un satélite japonés en 200912.
Si se sabe poco sobre los sistemas rusos, se sabe aún menos sobre los sistemas HEL-DEW chinos. Pero está seguro de que China ha estado invirtiendo en el campo durante algún tiempo, si es cierto que el informe anual de 2006 del Departamento de Defensa de EE. UU. Cita cómo China está involucrada en "Investigación y desarrollo de vanguardia en tecnologías láser, incluidos los láseres de baja y alta energía" (investigación y desarrollo de vanguardia en tecnologías láser, incluidos los láseres de baja y alta energía). También parece que en 2013 los chinos atacaron un satélite espía estadounidense con láseres.14.
Cerremos esta rápida redada con Israel. Es una noticia reciente que Israel también ha realizado una prueba en un sistema láser.13. El sistema, montado en una pequeña aeronave CESSNA, logró neutralizar un UAV a un kilómetro de distancia, también se citan varias otras pruebas a distintas altitudes. Lo importante en este experimento es: A que Israel (que tiene claras necesidades para la defensa de su territorio) está invirtiendo en el terreno y ya ha logrado resultados tangibles, DUE que logró instalar el sistema en un avión pequeño (ABL requirió la adaptación de un 747) y TRES que el Ministro de Defensa y el gerente de desarrollo de la IAF han delineado claramente un camino de desarrollo que ve como la etapa final un Sistema HEL-DEW de 100Kw operativo en 2024 y desplegado a lo largo de la frontera de Gaza.
Lea también: "Armas de energía directa, DEW (parte 1/3): introducción y clasificación"
Lea también: "Armas de energía directa, DEW (parte 3/3): consideraciones sobre sistemas y perspectivas de uso"
1 Tecnología y efectos de microondas de alta potencia, curso corto de la Universidad de Maryland para MISC (Centro de inteligencia espacial y de misiles) en Redstone Arsenal (https://user.eng.umd.edu/~vlg/MSIC%20lectures.pdf)
2 TOR, https://afresearchlab.com/technology/directed-energy/successstories/coun...
3 Nuevo desarrollo de HPM, https://www.defensedaily.com/topic/indirect-fire-protection-capability-i...
4 HPM chino anti-buque, https://www.uscc.gov/sites/default/files/Fisher_Combined.pdf
5 E-bomba, http://www.ausairpower.net/PDF-A/AOC-PACOM-Kopp-Oct-2012-A.pdf
6 E-bomba en la Guerra del Golfo, https://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/hpm.htm
7 Ranets-E, HPM ruso, https://thaimilitaryandasianregion.wordpress.com/2016/01/19/ranets-e-hig...
8 Propagación del haz gaussiano, https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/lasers/g...
9 La intensa propuesta de interacción láser-plasma, https://www.osc.edu/sites/default/files/page-files/Major%20Proposal%20Ex...
10 Programa ABL, https://www.airforce-technology.com/projects/abl
11 Leyes declaradas operativas, https://www.military.com/daily-news/2014/12/10/navy-declares-laser-weapo...
12 Prueba de Sokol-Eshelon, http://russianforces.org/blog/2011/10/russia_has_been_testing_laser.shtml
13 Prueba láser de Israel, https://www.jpost.com/israel-news/israel-successfully-downs-targets-usin...
14 Informe técnico de armas de energía dirigida por láser de alta energía, http://ausairpower.net/APA-DEW-HEL-Analysis.html#mozTocId698123
Foto: Departamento de Defensa de EE. UU. / Universidad de Maryland / web / Marina de los EE. UU.
