4045.qxp
26.10.2006
13:10
StrÆnka 1
PŘEDSTAVUJEME
STANISLAV KAUCKÝ, JAN ČADIL
Ničení balistických raket laserem po startu Lze vůbec laser považovat za dosta− tečně spolehlivý a účinný prostředek obrany proti balistickým raketám? Může být dostatečně operativní, aby zničil před− pokládaný počet raket na vzdálenost sto− vek kilometrů maximálně do čtyř minut po jejich odpálení? Takových a dalších po− dobných otázek si jistě můžeme položit mnoho. Na některé z nich však již nyní
známe uspokojivé odpovědi. Jsou totiž podloženy výsledky reálných ověřovacích zkoušek laseru. Při nich bylo spolehlivě sestřeleno, respektive „propáleno“ něko− lik různých typů imitovaných raket, od malých − protiletadlový AIM−9 Sidewinder, až po velké − balistický Minuteman II. Potvrdily tak předpoklady o využitelnosti laseru pro zamýšlené úkoly. Poté byl v listopadu 1996 zahájen rozsáhlý projekt letounového laseru ABL (Airborne Laser), jehož konkrétní reali−
Přestavba nákladního Boeingu 747−400F na stroj YAL−1A proběhla v kansaské Wichitě
zací je v sou− časné době letoun YAL−1A (PrototYpe At− tack Laser model 1A). Celkem je předpokládána stavba až sedmi letadel vzniklých na bázi nákladní verze osvědčeného čtyřmoto− rového Boeingu 747−400F Jumbo. Spo− lečnost Boeing je tedy hlavním dodava− telem v rámci projektu letounového laseru ABL. Dalšími nejvýznamnějšími partnery jsou firmy Northrop Grumman Space Technology (vývoj a výroba lase− ru) a Lockheed Martin Space Systems z kalifornského Sunnyvale (vývoj a výro− ba pasivního systému k detekci balistic− kých raket a k řízení směrování lasero− vého paprsku). Celkem se na projektu ABL podílí více než 30 společností. Jak zjistit start rakety? Nevhodnější i nejspolehlivější zjišťo− vání balistické rakety je v její počáteční startové fázi, to je v době hoření hnacího motoru, které je z hlediska pozorování prostoru značné rozlohy velice kontrast− ním demaskujícím příznakem. V závěru této fáze raketa dosahuje výšky 150 až 200 km a typické rychlosti letu okolo 7 km/s. Současné infračervené telesko− pické senzory lze použít k detekci a sle− dování na vzdálenosti až několika tisíc
40
11/06
4045.qxp
26.10.2006
13:10
StrÆnka 2
PŘEDSTAVUJEME Balistické rakety a protiraketová obrana patří k „nejtvrdším oříškům“ sou− časnosti. Řada špičkových odborníků si láme hlavy nad tím, jak jej roz− lousknout. Raketa může nést několik vícenásobných manévrujících bojo− vých subhlavic, které se od ní mohou oddělit již v postartové fázi, to je čtyři až osm minut po odpálení. Každá z těchto subhlavic, určená k ničení kon− krétního cíle, je vybavena vlastním naváděcím systémem a malým moto− rem. Jejich dráhy jsou odlišné a zejména při hromadném raketovém úde− ru by systém protiraketové obrany mohl být doslova zahlcen. Velmi nesnadné je i rozpoznávat skutečné bojové hlavice od klamných, které mohou být z nosné rakety vypuštěny současně a jejich vnější příznaky jsou od skutečných hlavic k nerozeznání. Tyto skutečnosti vedly americké mi− nisterstvo obrany k soustředění výzkumu a vývoje do oblasti zbraňových systémů, schopných ničit balistické rakety protivníka s vysokou prav− děpodobností již záhy po jejich startu. Jedná se o paprskové, ze− jména laserové zbraně, kombinované s účinnými senzory − infra− červenými průzkumnými prostředky. Uvažuje se o jejich umístění v kosmu, ve vzduchu, na moři i na zemi.
kilometrů. Jsou však vysoce směrové a pro globální přehled jsou nevhodné. Rovněž dosahy radarů a jejich sektory vyzařování jsou limitovány. Vzdušné systémy jsou vzhledem k omezenému dosahu palubních prostředků (radarů AN/APY−2 systému AWACS, AN/APY−3 systému J−STARS) vhodné pro nasazení pouze v omezeném regionu ozbrojeného konfliktu, jakým byla např. irácká válka, či úder na Afghánistán. Specialisté na protiraketovéou obranu tvrdí, že stoprocentní celosvětové pokrytí výstražných prostředků před balistickými raketami zatím neexistuje, proto nelze na− prosto spolehlivě zjistit jakékoliv odpálení v libovolné době a místě. Jediným mož− ným řešením zůstává soustředit maximál− ní pozornost na dlouhodobě vyhodnoco− vané nejnebezpečnější prostory a objekty, včetně ponorek−nosičů jaderných raket.
álných bojových pod− mínkách určitá omezení. Nejsložitějším je samotné zjiš− tění odpálení balistické rakety, její rozpoznání, sledování a určení směru letu. Tyto informace může získat od výše uvedených systémů prostřednictvím hlav− ního střediska systému včasné výstrahy.
Následuje proces počítačového zpracová− ní a určení vhodného okamžiku a způsobu zásahu těla rakety laserovým paprskem tak, aby byl zničen pouze nosič, nikoliv ja− derná, chemická, či biologická bojová hla− vice. To by mohlo způsobit katastrofu ne− předvídaného rozsahu pravděpodobně s dopadem hlavně na civilní obyvatelstvo.
Optický teleskop se zrcadlem o průměru 1,7 m pro YAL−1A dodal Lockheed Martin
Lze laserem zničit raketu? Samozřejmě, že laserový protiraketový systém má s ohledem na své vlastnosti i na způsob použití balistických raket v re−
11/06
41
4045.qxp
26.10.2006
13:10
StrÆnka 3
PŘEDSTAVUJEME pohonnými hmotami je tato doba kratší, s kapalnými motory delší) po odpálení (BPI − Boost Phase Intercept), kosmic− kých těles, zejména průzkumných družic na nízkých oběžných dráhách ve výš− kách od 150 do 800 km nad Zemí, bojo− vých letounů a řízených střel s plochou dráhou letu, útočících zejména v přízem− ních výškách od 20 do 300 m.
Příď YAL−1A. Dobře vidět je optický teleskop, nad kabinou umístěný systém ARS využívající komponent ze známého systému LANTIRN, pod přídí nesený povětrnostní radiolokátor se senzorem systému IRST, jehož další senzory jsou umístě− ny na boku trupu na urovni ARS
Funkce systému
Odborníci se shodují v názoru, že nej− efektivnějším i nejvhodnějším způsobem je poškození pláště těla rakety, což ná− sledně způsobí vznícení pohonných hmot. Před vlastním použitím musí laser dosáhnout potřebného výkonu a jeho optika musí být přesně nasměrována na cíl. Celý tento proces musí být zvládnut v době startové fáze, to je do 150 až 240 sekund od okamžiku odpálení rakety. Když si uvědomíme, že paprsek laseru musí dopadnout do přesně určeného místa těla rakety o průměru řádově jedno− ho, dvou metrů ze vzdálenosti až několika stovek kilometrů, zdá se být jeho reálné použití téměř nemožné. A přesto první zkoušky dokázaly jeho praktické využití pro tyto účely. Z hlediska mobilnosti a co největšího dosahu se dává přednost le− tounovému laseru před pozemním i kos− mickým. Je zde ale jeden velký technický problém − účinná stabilizace optické sou− stavy laseru na letícím letounu. Určení letounového laseru Laser je díky své přesnosti a účinnos− ti i na velké vzdálenosti v současné době obecně považován za nejúčinnější a nej− spolehlivější protiraketovou zbraň. Spe− cialisté předpokládají, že laser by mohl
účinně ničit mezikontinentální rakety na kapalné pohonné hmoty do vzdálenosti až 600 km a rakety na tuhé pohonné hmoty do vzdálenosti až 300 km. Stroj YAL−1A je hodnocen jako univerzální zbraňový systém, daleko přesahující rá− mec klasické koncepce protiraketové obrany. Je určen k ničení taktických, operačně−taktických i strategických ba− listických raket v jejich startové a postar− tové fázi, to znamená v prvních asi třech až čtyřech minutách (u motorů s tuhými
Podstata a charakteristické vlastnosti laseru Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) je citlivý kvantový generátor, pracující ve viditelné a infračervené oblasti elektromagnetického spektra. Laserové záření je monochromatické, koherentní, má nepatrnou úroveň vlastního šumu, malou rozbíhavost paprsku a zejména schopnost soustředit značnou spektrální hustotou energie záření. Pro tyto své vlastnosti nachází široké uplatnění v civilní i vojenské sféře, hlavně v oborech s vyso− kými nároky na přesnost a vysokou směrovost. Podle druhu aktivního prostředí (látky) mohou být kapalinové, ply− nové, chemické a další. Největšího výkonu dosahují lasery kapalinové. Právě s tímto druhem laseru se počítá pro budoucí laserové zbraně k ničení balistických raket. V tomto konkrétním případě dochází na povrchu rakety k pře− měně dopadající energie na teplo, způsobující roztavení kovu. Tak prosté to ale není. Jedná se o ozařování cíle o průměru řádově metrů na vzdálenosti stovek kilometrů. Z toho jasně vyplývá, že optický systém musí být mimo− řádně stabilní a navíc musí dostat přesnou informaci kam se má nasměrovat. Použitelnost a účinnost laseru je te− dy závislá na věrohodnosti a přesnosti zdrojů průzkumných informací. Bez těchto klíčových informací je laser ne− použitelný. V současné době je provozováno mnoho průzkumných systémů a prostředků, ale pro zjišťování balistických raket jsou použitelné jen některé z nich. Jedná hlavně o včasné zjišťování startu balistických raket. V současné době tyto úkoly plní velice složitý integrovaný systém, jehož součástmi jsou pozemní výstražný systém BMEWS (Ballistic Missile Early Warning System) s rozsáhlou sítí radiolokačních a optoelektronických prostředků, družicový výstražný systém DSP (Defense Support Program), tvořený několika družicemi s infračervenými telesko− pickými senzory, systém SBIRS s družicemi na nízkých a vysokých oběžných dráhách a vzdušný systém AOA (Air− borne Optical Adjust) s prostředky AWACS a J−STARS.
Uvodní fáze přestavby B747−400F na YAL−1A trvala přibližně rok a půl. V nové konfiguraci stroj poprvé vzlétl 18. července 2002
42
11/06
Základem špičkového senzoru je vy− lepšené osvědčené infračervené zařízení IRST (Infrared Search and Track) z více− účelového nadzvukového letounu F−14 Tomcat, které vyvinula divize Lockheed Martin Missiles & Fire Control. Bezpro− středně po detekci rakety krátce po startu je zpracována výstražná informace, která je předána systému automatického sledo− vání dráhy letu střediska zabezpečení bo− jové činnosti, velení, řízení, spojení a vy− hodnocení BMC4I (Battle Management Command, Control, Communication, Computers and Intelligence), jehož čtyři konzole operátorů (u prototypu osm) jsou umístěny na hlavní palubě letounu. Mimo vysoce přesného sledování dráhy letu předává data dalším neseným systémům vzdušného průzkumu a přehledu vzdušné situace a aktivnímu dálkoměrnému systé− mu ARS (Active Ranging System). Samo− zřejmostí je transfer dat v reálném čase pomocí utajovaného datového spojení pracujícího podle protokolu Link 16 dal−
4045.qxp
26.10.2006
13:10
StrÆnka 4
PŘEDSTAVUJEME
Operační výška letu YAL−1A je předpokládána kolem 12 000 metrů Veškeré speciální systémy jsou před zástavbou do YAL−1A pečlivě zkoušeny na zemi a to včetně je− jich instalace do letounu. K tomu mimo jiné slouží vyřazený B747 společnosti Air India, dopravený na Edwards v červnu 2001
luje laserový paprsek, je vyvolávána kolí− sáním teploty vzduchu (jde o stejnou vlastnost, která způsobuje mihotání hvězd). Adaptivní optika se spoléhá hlav− ně na deformovatelné zrcadlo, které kompenzuje veškerá úhlová i fázová zkreslení v atmosféře. Zrcadlo má cel− kem 341 ovládacích prvků, které mohou vykonávat až 1000 změn za sekundu.
Řídicí lasery Pracoviště operátorů
Systém usměrňování paprsku
Nádrže s chemiáliemi pro výkonný laser
Pouzdro s teleskopem
Povětrnostní radar a IRST
Oddělující přepážka
Laserové ozařování těla rakety tak vy− sokým výkonem v trvání 3 až 5 sekund je plně postačující ke zničení všech soudo− bých typů raket. Každý letoun s plnou zá− sobou kapaliny má být schopen fyzicky ničit s intervalem 3 až 5 sekund až 40 ba− listických raket. Hodnota chemické látky, potřebná ke zničení jedné rakety před− stavuje částku 1000 USD. Umístění celého laserového systému na relativně velkém letounu Boeing 747 umožňuje nejen instalaci objemného a 90 000 kg těžkého laseru, ale i jeho efek− tivní a účelné sloučení s infračerveným systémem průzkumu a elektronického bo− je vlastní ochrany proti stíhacím letounům a protiletadlovým raketám protivníka. Zdro− je a palivo pro chemický kyslíkovo−jodido− vý laser mají být instalovány v zádi letounu. Posádka pro ovládání letounového laseru má být šestičlenná včetně dvou pilotů. Negativní vlivy na funkci letounového laseru
Aktivní dálkoměrný systém ARS využí − vající CO 2 laser
Již nyní se objevují první obavy z dru− hotných následků použití letounového la− seru. Zejména skupinový úder laserů a jejich vysoký vyzařovaný výkon řádově několika MW, usměrňovaný optickým te− leskopem o průměru 1,7 metru, by mohl
11/06
43
Foto USAF, Boeing, Lockheed Martin, Northrop Grumman
ším relevantním prostředkům a řídicím stanovištím ve vzduchu, na moři i na zemi. Výsledkem je velice přesné třídimenzio− nální (3−D) sledování letící rakety a výpo− čet balistické dráhy. Výsledky jsou takřka okamžitě zobrazovány operátorům na pa− lubě YAL−1A pro potřeby řízení palby lase− rem. Systém ale může pracovat zcela au− tomaticky bez nutnosti zásahu operátory − záleží jak jsou nastavena vstupní kritéria. I v tomto případě však má posádka kdyko− liv možnost do procesu zasáhnout. Hlavní výkonný laser, jehož vývoj a vý− robu zabezpečuje firma Northrop Grum− man Space Technology v kalifornském Re− dondo Beach (dříve TRW), je řízen několika malými lasery o výkonu 10 kW a jeho vý− stupní pracovní vlnová délka je 1,315 µm. Největší předností YAL−1A je schop− nost velice rychlého výpočtu polohy od− palovacího zařízení a možnost automatic− kého sledování cíle s vysokou přesností. Výstupní energie výkonného laseru je soustřeďována do extrémně úzkého svazku soustavou zrcadel včetně speciál− ního deformovatelného zrcadla. Atmosfé− rická turbulence, která oslabuje a rozpty−
4045.qxp
26.10.2006
13:10
StrÆnka 5
PŘEDSTAVUJEME Optický teleskop je v době kdy není požíván, tedy i při vzletu a při− stání, otočen dovnitř pouzdra. Má ale vydžet i střet s ptákem
mít nepříznivý vliv na vlastní bojovou techniku a živou sílu. Je velmi pravděpo− dobné, že by mohly ohrozit lidské životy, či vážně poškodit zdraví, narušit provo− zuschopnost technických prostředků PVO, optoelektronických navigačních prostředků letounů a družic i procesy na− vedení přesných zbraní například systé− mem NAVSTAR/GPS a podobně. Proti laseru hrají i špatné povětrnostní podmínky, hlavně mraky, které působí YAL−1A je v březnu 2006 připraven na stání základny Edwards k dalším zkouškám
značný útlum prostupu laserového paprs− ku. Odhaduje se, že efektivní dosah lase− ru v běžných podmínkách může být v zá− vislosti na operační výšce 300 až 600 km. Vzhledem k tomu, že má působit z hloub− ky asi 100 km vlastního vzdušného pro− storu, dosah do hloubky cizího území se předpokládá 200 až 500 km. Nepříznivé meteorologické podmínky, hlavně mraky, by mohly být při zachycení a ničení říze− ných střel s plochou dráhou letu a nízko− letících letounů omezujícím faktorem. Nej− větší pravděpodobnosti zničení cíle lze dosáhnout pod úhlem 10° až 30° směrem dolů od horizontální roviny, přičemž letou−
44
11/06
nový pasivní infračervený systém IRST se šesti čidly je schopen snímat prostor celo− kruhově, tedy v rozsahu 360°. YAL−1A na scéně Jak již bylo zmíněno výše, prvotní kontrakt na projekt ABL byl uzavřen v li− stopadu 1996. Jeho součástí byla stavba prototypu letounu YAL−1A vzniklého na bázi nákladní verze Boeingu 747−400F.
K přestavbě byl určen stroj B747−4G4F výrobního čísla 30201/1238, který opus− til montážní linku Boeingu v Everettu v polovině prosince 1999. První let pak uskutečnil 6. ledna 2000. Po sérii testů jej tovární posádka pře− létla 22. ledna 2000 z letiště Paine Field v Everettu do závodu Boeing Modification Center v kansaské Wichitě (vojenská část letiště je pojmenována McConnell AFB), zabývajícím se speciálními konverzemi le− tadel Boeing. Mimo jiné tam například vznikly přestavby B747 pro americké pre− zidenty (značeny VC−25A). Letoun také obdržel vojenské sériové číslo 00−0001. Ihned poté byly zahájeny práce na přestavbě na verzi YAL−1A. Z vnějšku nejmarkantnějším rozdílem je instalace v přídi neseného 6300kg otočného ku− lového pouzdra ukrývajícího optický teleskop. Na úrovni centroplánu byla umístěna 2188kg přepážka oddělující prostory posádky od střední a zadní čás− ti trupu, kde budou neseny nádrže pro chemikálie a další zařízení nutné pro la− sery. Na spodku trupu byl standardní po− tah z hliníkových slitin nahrazen dvěma 7,5 m dlouhými a 1,65 m širokými pane− ly z titanu s celkem 36 otvory s průmě− rem 37,5 cm, kterými jsou z letounu od−
Do podzimních zkoušek se zapojí i NKC−135B simulující balistickou raketu, kterou má nama− lovánu na boku trupu. Stroj je vybaven i zaří− zením pro její tepelnou imitaci
4045.qxp
26.10.2006
13:10
StrÆnka 6
PŘEDSTAVUJEME váděny horké spaliny vzniklé při práci la− seru. Samozřejmostí byla příprava nové elektroinstalace, která by dle slov výrob− ce vystačila pro běžné vybavení více než 3000 domácností. Nechybělo ani zaříze− ní pro doplňování paliva za letu. Na sklonku května 2002 byla pláno− vaná modifikace hotova. Speciální systé− my a lasery měly být do letounu postup− ně zastavěny až na kalifornské základně Edwards, kde měl být letoun dále zkou− šen. V trupu letounu je tak nahradila pro− vizorní zátěž nutná pro letové a výkon− nostní zkoušky modifikovaného stroje. Dne 18. července 2002 se letoun YAL−1A poprvé vznesl z letiště v kansas− ké Wichitě. Poté následovaly další lety zaměřené především na ověření provoz− ních charakteristik. Stoj se také na čas vrátil zpět do Everettu, kde obdržel lesk− lé celošedé zbarvení. Z Wichity YAL−1A přelétl 19. prosince 2002 při svém 14. letu na základnu Ed− wards a byl zařazen do stavu tamní 452. Flight Test Squadron sdružující jak vybraný vojenský personál, tak civilní za− městnance dodavatelů. Na základně již v té době probíhaly nejrůznější testy spe− ciálního vybavení pro YAL−1A, upravovala se infrastruktura pro jeho provoz a očeká− valy se dodávky chemikálií pro lasery. Stroj mezitím procházel nejrůznějšími pozemními zkouškami a zástavbou vyba− vení. Například během léta a podzimu 2004 byla do stroje instalována speciální optika včetně rozměrného zrcadla v přídi. Po dvou létech intenzivní práce byl stroj připraven opět k další fázi letových zkoušek čítající přibližně 20 letů. K první z nich vzlétl 3. prosince 2004. Při letu 17. května 2005 bylo poprvé vyzkoušeno natáčení optického teleskopu v přídi stroje − jeho funkce je pro úspěch klíčo− vá, neboť slouží k usměrňování tří ze čtyř nesených laserů. Ty ale zatím do letounu zastavěny nebyly, nicméně jejich po− zemní zkoušky se blížily závěru. K 16. březnu 2006 byl projekt ABL převeden z podřízenosti 452. FLTS do nově ustanovené 417. FLTS mající na− příště na starosti pouze tento program. Na podzim tohoto roku jsou pak naplá−
Pohled na zástavbu otočného kulového pouzdra pro optický teleskop v přídi YAL−1A. V „podbradku“ je umístěn povětrnostní radiolokáror a senzor IRST
novány letové zkoušky zaměřovacích la− serů, kdy bude cílová raketa simulována speciálním letounem NKC−135B. Sledo− vána bude především přesnost zaměře− ní a zpracování údajů pro zničení rakety. Na příští rok je připravována montáž výkonného laseru do letadla. O nároč−
nosti celého programu letounového la− seru mimo jiné svědčí skutečnost, že první „ostré“ sestřelení balistické rakety strojem YAL−1A je v současné době plá− nováno na rok 2008, tedy o pět let po− zději, než bylo při zahájení projektu ABL předpokládáno. I INZERCE
11/06
45
