현재 세계에서 가장 발전된 전투기, 폭격기, 탱크, 구축함, 순양함은 무엇입니까?

개발 국가: 미국

이름 및 모델: 우주 기반 레이저 무기(IFX)

개발 단위: TRW, 보잉, 록히드 마틴

비용: 총 개발 및 출시 비용은 미화 970억 달러로 추산됩니다.

현재 상태: 개발 중

개요:

우주 기반 레이저 무기의 실태 레이저 무기를 탑재체로 탑재한 '킬러' 위성으로 레이저 전투위성, 우주 기반 레이저 플랫폼이라고 부를 수 있다. 지구 표적을 공격하는 데 사용되는 경우 우주 기반 레이저 무기는 넓은 지상 범위를 포괄할 수 있다는 장점이 있습니다. 다른 위성과 마찬가지로 레이저 전투위성의 궤도가 높을수록 적용 범위가 넓어집니다. 정지궤도 레이저 위성은 지구 표면의 42%를 커버할 수 있는데, 저궤도 레이저 위성을 사용하여 글로벌 커버리지를 달성하면 그에 따라 위성 수가 증가하게 됩니다. 레이저 무기의 치사율을 높이는 데 도움이 됩니다.

IFX 프로그램은 미국의 우주 기반 레이저 무기 개발 계획이다. 미 국방부 과학연구소와 미 공군이 공동으로 작성한 21세기 우주작전을 위한 레이저 무기 활용의 아름다운 청사진이다. 이 프로그램은 1970년대 미국 국방고등연구계획국이 우주 기반 레이저 무기의 타당성을 검증하기 위한 '삼위일체' 기술 계획을 시행하기 시작하면서 시작됐다. (알파) 프로그램은 메가와트급 원주형 불화수소 화학 레이저의 궤도 비행의 기술적 타당성을 검증하는 것을 목표로 합니다.

② '대규모 광학 시연 실험'(LODE) 프로그램은 레이저 빔을 제어하고 조준하기 위해 적응형 광학 시스템과 결합된 출력 파동 감지 기술의 사용을 실험적으로 검증하는 것을 목표로 합니다. LODE 프로그램에는 우주에서 사용하기에 적합한 직경 4m의 다면체 경량 기본 반사경 제조 가능성을 입증하기 위한 "대형 고급 거울 프로젝트"(LAMP)가 포함되어 있습니다.

3'탈론 골드' 프로젝트는 포획, 추적, 표적화 기술 검증을 목표로 한다.

1983년 미국은 '전략방위구상(SDI)' 계획을 추진하기 시작했고, 우주 기반 레이저 무기 기술에 대한 연구도 여기에 포함돼 전략방위구상(SDI)에 의해 추진됐다. (SDIO) (1993년 5월 탄도미사일방어국으로 명칭 변경). SDI 계획은 소련의 대륙간 탄도 미사일을 다루기 위해 설계되었으며, 여러 탄두가 분리되기 전 부스트 단계에서 적 미사일을 파괴해야 합니다. 당시 SDI는 소련이 대륙간탄도미사일 2000발을 동시에 발사할 것으로 내다봤고, 우주발사무기체계는 초당 40발의 미사일을 격추할 수 있는 능력을 갖춰야 한다고 내다봤다. 이를 위해서는 수십 개의 레이저 전투 위성이 궤도에 배치되어야 하며, 각 위성의 레이저 무기는 송신 전력 30MW의 레이저와 직경 10m의 주 반사경으로 구성되어야 합니다.

소련 붕괴 이후 미국의 전투 전략이 바뀌었다. 우주기반 레이저무기체계의 주요임무는 대륙간탄도미사일 방어에서 전구탄도미사일 방어로 바뀌었으며, 공격대상은 더 이상 소련에서 이륙하는 다수의 장거리 미사일이 아니라 단거리 미사일 방어로 바뀌었다. 세계 어느 곳에서든 발사할 수 있는 사거리 탄도미사일. 전투 전략의 변화로 인해 우주 기반 레이저에 대한 요구 사항이 완화되었습니다.

미국 탄도미사일방어국(BMD)이 우주 기반 레이저 무기체계에 대한 다양한 옵션을 비교한 결과 제안된 최적의 솔루션은 고도 1,300km의 원, 경사도 40°, 궤도에는 24개의 레이저 전투 위성이 배치되어 글로벌 별자리를 형성합니다. 각각의 레이저 전투 위성은 중심과 반경 4,000km 내의 미사일을 파괴할 수 있습니다. 표적까지의 거리에 따라 2~5초 안에 비행 중인 미사일을 파괴할 수 있다. 새로운 표적과 원래 발사 방향 사이의 각도가 너무 크지 않으면 레이저 전투 위성은 새로운 방향으로 조정되어 0.5초 이내에 다른 미사일을 조준할 수 있습니다.

레이저 전투위성은 레이저 무기(레이저, 광학 시스템, 포획 추적 및 포인팅 시스템)와 플랫폼 서비스 시스템으로 구성된다. 레이저는 작동 파장이 2.7미크론이고 예상 방출 전력이 8MW인 불화수소 레이저를 사용합니다. 광학 시스템의 주 반사판은 직경이 8미터이고 거울 표면에 초반사 코팅이 되어 있습니다. 레이저가 큰 열 부하에서도 정상적으로 작동할 수 있도록 활성 냉각이 필요하지 않습니다. 캡처 추적 및 포인팅 시스템은 모니터링 장치와 안정적인 플랫폼으로 구성되어 레이저 기계식 펌프가 강한 진동을 생성할 때 빔이 대상과 정렬되도록 할 수 있습니다. 플랫폼 서비스 시스템에는 전원 공급 장치, 반응물(연료), 데이터 처리, 측정 및 제어 하위 시스템이 포함됩니다.

1980년대 후반과 1990년대 초반에는 레이저 전투위성의 각 하위체계의 핵심기술이 실증·검증됐다.

'알파' 레이저는 TRW가 1980년 개발했다. 최초의 발광 테스트는 1989년에 이뤄졌다. 1994년 8월까지 10배 이상의 빛을 방출해 메가와트급의 고품질 출력을 달성했다. 전력 수준. 레이저의 구조 설계를 개선하고 모듈식 캐비티 링을 추가함으로써 레이저의 질량을 줄이고 출력을 실제 전투 수준으로 높일 수 있습니다. 최근 연구에 따르면 레이저 노즐의 설계를 개선하면 질량을 더욱 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다. 광학계 측면에서는 1989년 직경 4m의 다면 복합 반사경을 제작했으며, 1993년에는 11m 반사경 제작 핵심 기술을 확보해 대규모 광학 구현의 토대를 마련했다. 광학 시스템.

캡처 추적 및 포인팅 시스템은 대형 고급 반사경 프로젝트와 대형 광학 실증 실험 프로젝트에서 개발된 신기술을 채택했기 때문에 직경 4m의 능동 제어되는 다면 결합 반사경이 만들어졌습니다. 실제 사용을 위해 직경 8m의 반사경을 확대하여 직접 크기를 조정할 수 있습니다. 1997년에 TRW는 "Alfa" 레이저와 대형 고급 반사경에 대한 포괄적인 지상 기반 테스트를 완료했으며, 메가와트급 고출력 레이저, 빔 제어 시스템 및 조준 하위 시스템에 대한 세 가지 포괄적인 지상 기반 통합 테스트를 성공적으로 수행하여 시연 및 검증했습니다. 우주 기반 레이저 시스템의 타당성과 생존 가능성. 우주기반 레이저 실증기 개발을 위한 설계자료 제공 이러한 포괄적인 지상 테스트는 우주 기반 레이저 무기 실증 프로토타입 개발을 위한 귀중한 설계 데이터를 제공했으며, 시스템 통합 문제는 기본적으로 해결되었으며 이제 무기 시스템은 프로그램 실증 단계에 진입했습니다. 1999년 2월, 탄도미사일방어국(BMD)은 우주 기반 레이저 실증기 궤도 실증 시험 계획의 시행을 시작하기 위해 TRW, 보잉, 록히드 마틴 등 3개 회사와 1억 2,700만 달러 규모의 계약을 체결했습니다.

우주 기반 레이저 무기(IFX) 전체가 2013년까지 완성될 것으로 예상된다. 미 공군은 이 계획의 초기·중기 작업이 난관 극복에 집중하고 있다. 현재 핵심기술은 돌파됐고 우주 기반 실증기 개발을 준비 중이다. 2005년 이후에는 실증기가 완성되고 직경 8미터의 반사경이 추가로 개발되어 20개 위성의 탑재 배치가 점차 실현되었습니다.

2. 성능 지표:

미국 과학기술국이 설계한 미래 우주 레이저 무기는 다음과 같다. 우주 레이저 무기의 레이저 매체는 지속적으로 빛을 방출할 수 있다. 200~500초, 레이저 파장은 5~10메가와트, 궤도 고도는 800~1000km, 위성의 도달 범위는 1/10입니다. 지구 표면적은 4000~12000km, 광속은 0.3~1m, 최대 사격 시간은 10초, 질량은 35,000kg이다. 전체 시스템은 20개의 위성과 10개의 궤도 거울로 구성됩니다.

3. 개발과 진화:

지난 20~30년의 개발 끝에 레이저 위성의 각 하위 시스템 기술은 기본적으로 숙달됐다. 실전용 레이저 무기체계 구축을 위해 현재 두 가지 과제가 추진되고 있다.

첫 번째는 '우주 기반 레이저 무기 실증기'를 개발하고 시험하는 것이다. 이는 완전한 레이저 전투 위성을 구성하기 위한 모든 하위 시스템의 최종 조립이며, 전체 시스템 작업의 조정 및 우주 환경에 대한 적응성을 검증하기 위해 궤도상 실증 테스트를 수행합니다. 실증기의 크기는 실제 위성의 1/2이고, 레이저 방출 출력은 실제 출력의 1/3로 설계됐다. 실증기의 질량은 1만6600kg으로 실제 레이저위성 질량(3만5000kg)의 1/2 수준으로 추산된다.

두 번째는 본격적인 레이저 위성 발사 문제를 해결하는 것입니다. 미국의 허큘리스 4호 로켓과 차세대 로켓의 운반능력은 2만2000kg(저지구궤도)이다. 실제 레이저 위성의 크기를 줄일 수 없다면 위성을 두 차례에 걸쳐 발사해 우주에서 조립하거나 새로운 발사체를 개발해야 한다. 미 국방부는 신형 로켓을 개발할 계획이 없어 레이저 위성 소형화와 위성 우주 조립 연구를 강화하고 있다.

레이저 전투위성의 개발비는 미군의 군위성 개발비 과거 통계를 토대로 추정할 수 있는데, 알려진 단가는 5만달러/kg~15만달러/kg이다. 24개 위성으로 구성된 우주형 레이저 무기군 전체 질량은 840톤(24×3만5000kg)으로 추정된다. 평균 단가가 10만달러/kg이라면 개발비는 840억 달러다.

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실용 위성을 개발하려면 실증기의 우주 테스트 완료를 기준으로 10%의 기술 확장 비용이 추가되어야 하며, 발사 비용은 개량된 일회용 발사체를 기준으로 한 US$5,650/입니다. kg. 그 결과, 총 개발 및 출시 비용은 총 970억 달러에 이르렀습니다.

우주 기반 레이저 무기 시스템의 다음 기술 개발은 다음 측면에 중점을 둘 것입니다.

(1) 광학 시스템의 크기를 줄이기 위해 더 짧은 파장의 레이저를 개발합니다. 개발 중에는 파장이 1.3미크론인 향상된 불화수소 레이저, 파장이 1.35미크론인 화학적 산소 요오드 레이저, 파장이 0.8미크론인 새로운 다이오드 레이저 및 다중 빔 레이저가 있습니다.

(2) 타겟에 닿는 빔의 에너지를 높이려면 주 반사경의 직경을 늘립니다. 반사경의 크기가 클수록 광선이 더 집중되고 빛의 강도가 높아집니다. 빛의 세기를 일정하게 유지하면 레이저 출력에 대한 요구 사항이 줄어들어 위성의 품질이 저하되고 개발 비용이 절감됩니다.

(3) 빔 지터로 인한 흐림을 보상하기 위해 추적 및 포인팅 정확도를 더욱 향상시킵니다. 이 효과는 레이저 출력을 높이거나 광학 거울의 크기를 늘리는 것과 같습니다.

미국은 레이저 전투위성에 대한 우주 기반 레이저 무기 개발에 박차를 가하고 있으며, 이를 우주 운동에너지 무기의 백업 및 후속 시스템, 국가 미사일의 핵심 부품으로 활용해 왔다. 방어 시스템.

현재 미 국방부는 우주레이저무기가 부스트 단계에서 대륙간 미사일과 전투전술미사일을 파괴하는 데 사용되는 가장 효과적인 무기로 보고 있으며, 수백~수백m 거리의 ​​공중미사일을 파괴할 수 있다고 보고 있다. 수천 킬로미터 및 우주의 다른 목표. 미국 과학기술청(US Agency for Science and Technology)은 미사일 방어 프로그램에서 이 문제에 대한 작업의 두 가지 측면, 즉 고에너지 화학 레이저 ​​개발과 표적 식별, 표적 추적 시스템, 표적 유도 시스템 및 사격 통제 개발에 주로 참여하고 있습니다. 시스템.

미국 미사일방어국(MDA)은 우주 레이저 무기 개발 계획을 수립했는데, 이는 다음과 같은 단계로 나누어진다.

1단계는 ALE 계획을 실행하는 것이다. 레이저 "Alpha"와 발광 장비 LODE를 결합하는 것입니다. 현재 미국의 TR Rice Company가 1991년에 개발한 불화수소 고에너지 화학 레이저 ​​"Alpha"를 개발했습니다. 또한, LODE에는 직경 4미터의 원형 거울 LA mP가 장착된 발광 장치도 개발되었습니다. 1994년 말까지 ALI 계획에 따라 약 10번의 "알파" 발광 실험이 수행되었습니다. 1996년에는 또 다른 발광 테스트를 실시했는데, 테스트 결과 발광 지속 시간은 5초로 나타났다. 2000년 3월 22차 우주실험이 진행됐으며, 발광시간은 6초에 달했다.

두 번째 단계에서는 표적 인식, 추적, 유도 시스템 및 사격 통제 시스템을 결합하여 2001년 초에 새로운 표적 인식, 추적, 유도 시스템 및 레이저 조정 시스템을 사용하여 실험을 수행했습니다. .

3단계는 우주레이저무기 실증모델 구축과 지상 및 비행시험이다. 1999년 2월 미사일방어청은 우주 레이저 무기 실증기를 구축하고 이를 테스트하기 위한 통합 우주 테스트 IFX 프로그램의 최종 단계를 수행하기 위해 회사 그룹(보잉, 록히드 마틴, TRW)과 1억 2,700만 달러 규모의 계약을 체결했습니다. 미사일을 파괴하는 레이저 무기. TRW는 IFX 계획에서 레이저 시스템의 실험적인 부분을 담당하고 있으며, 레이저 제어 시스템, 메인 미러 제어 시스템의 개발 및 생산, 초음파 냉각수 HYLTE 개발도 담당하고 있습니다. IFX 계획의 표적 식별, 추적 및 표적 유도 시스템은 공중 레이저 무기용으로 합작 회사가 개발한 유사한 시스템을 최대한 사용할 계획입니다. IFX 실험은 당초 2012년 말까지 진행될 예정이었다. 실험 목적은 우주 레이저 무기의 표적 식별, 표적 추적, 표적 레이저 유도, 레이저 제어 능력을 시험하는 것이다. 실험의 운반체로 HABE 프로젝트에서 개발된 고고도 풍선은 2004~2005년에 생산될 예정이다. 실험이 성공한다는 조건 하에 미 미사일방어청과 미 공군은 통합 우주 실험 IFX의 최종 단계를 수행하기 위한 추가 계약을 체결할 계획이며, 공군 전문가들은 이 계획이 2013년에 완료될 것이라고 밝혔다. 실험 준비 단계에서는 새로운 자동 냉각 노즐도 개발할 계획입니다. 노즐의 기능은 레이저 매질을 발진기에 주입하는 것입니다. 새로운 노즐을 사용하면 출력을 높일 수 있습니다. 30%. 실리콘형 거울 생산 공정도 개발할 계획이다. 그리고 록히드 마틴은 위성 설계를 담당합니다.

우주 레이저 무기에는 대형 레이저 장치를 궤도로 보내는 방법을 포함하여 아직 해결되지 않은 문제가 많이 있습니다. 주된 이유는 발광 장치의 주 거울 직경이 너무 크기 때문입니다. 주요 해결책은 접이식 주경을 발사체의 화물칸에 배치하고 우주 레이저 무기가 미리 정해진 궤도에 진입한 후 자동으로 열릴 수 있는 레이저를 개발하는 것이다. 또 다른 문제는 궤도에 있는 우주 레이저 무기에 화학 매체를 어떻게 보충하느냐는 것이다. 매체가 없으면 화학 반응이 일어날 수 없고 레이저도 생성될 수 없다. 우주 레이저 무기의 다음 단계에서 미국 과학 기술국과 미 공군의 주요 임무는 위의 문제를 극복하는 데 중점을 두는 것입니다.