Planches de la Conference DGA Armes lasers 09

LES ARMES LASER
Direction Générale de l’Armement
Bagneux, 9 janvier 2015
Bernard FONTAINE
Docteur es Sciences
Directeur de Recherche Emérite au CNRS
Laboratoire Lasers, Plasmas et Procédés Photoniques
UMR 7341 CNRS-Aix-Marseille Université
[email protected]
PLAN DE LA CONFERENCE
• Généralité sur l’utilisation des lasers de
puissance pour la défense
• Situation actuelle des lasers de grande
puissance pour la défense et projection pour
2020
• Prospective des Armes laser de grande
puissance pour 2030-2040
POURQUOI UN LASER DE
PUISSANCE POUR LA DEFENSE
AVANTAGES (comparés aux armes cinétiques)
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Directivité
Monochromaticité
Vitesse de propagation
Densité de puissance et d’énergie concentrée
Capacité de destruction à grande distance
Pas d’effet de recul ou effet très faible
Pas d’effet de gravité
Pas munitions à stocker pour alimenter l’arme
Très faible coût part tir (Comparé à un missile)
Permet d’éviter les dégâts collatéraux
Etc.
POURQUOI DES LASERS DE
PUISSANCE POUR LA DEFENSE (suite)
INCONVENIENTS
 Dimensions importantes
 Poids élevé (300 tonnes pour le seul laser de COIL de l’ABL)
 Qualité optique du faisceau
 Rendement relativement faible nécessitant une grande source d’énergie
 Evacuation de la chaleur
 Coût de construction
 Perturbations du faisceau par les turbulences atmosphériques (nécessite une optique
adaptative)
 Opérabilité par des militaires non spécialistes sur un théâtre d’opérations
(complexité du laser du contrôle du faisceau et du système de conduite de tir)
 Vibrations dans un avion, environnement marin, visée d’un navire ou d’un avion en
mouvement
 Interactions avec la cible
 Etc.
Atténuation atmosphérique en fonction de la longueur d’onde
Correction de l’effet de la turbulence sur un faisceau laser
par un système d’optique adaptative
Exemple de focalisation d’un faisceau idéal (BQ= 1), = = 1 μm, divergence = 0,0002 ,
ouverture de l’optique = 50 cm => diamètre du faisceau à 2 km = 7 mm
Système de contrôle de tir d’une arme laser
de grande puissance
Niveau de puissance moyenne ou continue que doit
délivrer un laser pour différentes missions
Recherches sur l’opto-électronique de
puissance pour la défense en France
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Laboratoires du ministère de la Défense
ONERA
ISL
CILAS
Thales
SAFRAN-SAGEM
NEXTER
Laboratoires CNRS
Laboratoires universitaires
Etc…
SITUATION ACTUELLE DES LASERS DE
GRANDE PUISSANCE POUR LA DEFENSE
• Laser chimique oxygène-Iode, =1,315 μm, P=1-2 MW
• Lasers solides (disques, fibres),
P=10O kW
= 0,8-1,15 μm,
• Laser HELAD (5 kg/W), = environ 1 μm , P= 50 kW
• Laser à électrons libre,
variable, P= 14 kW
Budget de la défense consacré aux USA
aux programmes sur les Lasers à haute énergie:
pour l‘année fiscale 2011: 414 Millions USD
Principe du laser Oxygene-iode (COIL)
Schéma d’un laser Oxygène-iode (COIL)
Vue d’une chaine du laser à iode COIL de l’AirbBorne LASER (ABL)
Principe du laser solide de puissance (SSL)
à plaques de céramique pompées par diodes TEXTON
Principe du laser solide de puissance (SSL)
à plaques de céramique pompées par diodes Northrop
Vue de plaques amplificatrices en céramique
pour laser à solide de grande puissance
Banc d’essai d’un laser solide de grande puissance
à plaques de céramique pompé par diodes
Principe du laser à fibre optique
Principe du laser à fibre optique
Banc d’essai d’un laser à fibres de grande puissance
Caractéristiques du futur Système
laser HELLADS développé par la DARPA
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Longueur d’onde : environ 1
P: 150 kW
Refroidissement liquide avec accord d’indice
Masse 5kg/ par kW (un ordre de grandeur
inférieur aux lasers solides à plaques)
Système laser HELLADS
(High energy liquid laser area defense system)
• Projet DARPA développé à General Atomic Pour l’US Air
Force et l’US Navy
• Principe: laser solide pompé par diodes et refroidi par
liquide avec accord d’indice de réfraction
• Objectif technique:
– Pl= 150 kW en plusieurs modules associés
– 5 kg/kW (750 kg total)
– Volume : 3 m3
– Très bonne qualité de faisceau (BQ ~ 1)
– Performances actuelles: 20 kW en un module et 34 kW
en associant 2 modules
Vue d’artiste du laser HELLADS
développé par General Atomics pour la DARPA
Système laser EXCALIBUR
• Programme de mise en forme de faisceaux laser de puissance de la
DARPA: compensation de la turbulence et cohérence de phase
• Recombinaison cohérente de faisceaux laser (optical phase
array)(OPA) afin d’obtenir un faisceau laser de très bonne qualité
optique (BQ voisin de 1) avec un faible poids, un faible volume et un
rendement élevé (SWaP)
• Très récemment : développement réussi d’un système comprenant
des amplificateurs à fibre et un OPA à 21 éléments (3 groupes de 7
avec chacun un laser a fibre
• rendement de 35 % et une très bonne qualité de faisceau
• dans des conditions de faible puissance atteinte d’une cible à 7 km
• L’extension d’EXCALIBUR à une grande puissance laser (100 kW) tout
en maintenant une très bonne qualité de faisceau et un très faible
SWaP, comparé aux lasers à plaque, est en développement
• Utilisation pour des communications large bande à grande distance
Vue partielle d’un prototype de Système EXCALIBUR
développé par la DARPA
Vue d’un prototype d’EXCALIBUR (laser à fibres)
avec cohérence de phase de la DARPA développé par Optonicus
QUELQUES SYSTEMES D’ARME LASER
DE PUISSANCE TESTES RECEMMENT
 2009 l’ATL en vol neutralise un véhicule en déplacement au sol au moyen d’un
laser oxygène – iode de 150 kW
 2010 l’ABL laser détruit un missile à moyenne portée SCUD en vol au moyen d’un
laser oxygène - iode de 1 à 2 MW
 2013 un laser à fibres: LaWS (P= 5X6 =30 kW) embarqué sur un navire US détruit
des drones et de petites embarcations rapides.
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 2012 Un laser solide (P= 50 kW) développé par le consortium européen coordonné
par MBDA détruit des obus en vol
 2013 un laser à fibre (P= 50 kW) développé par RHEINMETALL (Allemagne) détruit
des obus en vol
 2014 Installation par l’US Navy sur le destroyer PONCE du laser à fibres LaWS et
essais positifs dans le golfe persique en 2014
Armes laser de grande puissance
actuellement en développement aux USA
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Tactical Laser System (TLS)
Maritime Laser Demonstrator (MLD)
Laser Weapon System (LaWS)
Joint High Power Solid-State Laser (105 kW en laboratoire)
Area Defense anti munitions (ADAM)
High Energy Laser Mobile Demonstrator
Robust Electric Laser initiative
Excalibur
High Energy Liquid Laser Area Defense System
(HELLADS)
• Electric Laser Large Aircaft (HELLA)
• Free electron Laser
Quelques armes laser de grande puissance
actuellement en développement en Europe
• Un consortium coordonné par MBDA, comprenant des laboratoires français,
allemands, portugais et polonais a développé un système laser de puissance
entre 2008 et 2011 dans le cadre de l’Agence europeenne de défense
• France: MBDA développe un laser solide de 40 kW (4X10) de très bonne
qualité optique (cohérence spatiale?). Essais réussis de neutralisation d’obus
• Allemagne: Rheinmetall développe un laser solide de 50 kW. Essais réussis de
neutralisation d’obus
• Grande Bretagne: BAE développe des systèmes laser a solides en collaboration
avec les USA
• L’agence de défense anglaise annonce (8/2014) un projet de mise en
compétition (MBDA, Lockheed Matin UK, Qinetiq, Thales UK, Raytheon UK,
et d’autres sociétés sont concernées) pour développer une arme laser de grande
puissance
Armes laser de grande puissance
actuellement en développement
dans d’autres pays
• Chine: neutralisation de drones par laser solide
(2014)
• Israël: développement par la Société RAFAEL d’un
système « IRON BEAM » basé sur des lasers solides
• Russie ?
Armes laser de grande puissance actuellement en
concurrence et testés en mer par l’US Navy dans le
cadre de la « Solid State Laser Technology
Maturation » (SSL-TM)
• Tactical Laser System (TLS) (BAE System)
-, laser à fibres de 10 kW, essais en mer réussis en 2011
• Maritime Laser Demonstrator (MLD) (Northrop Grumann,
Boeing, OshKosh Defense))
- laser solide à plaques de 30 kW environ, portée 10 km, essais
réussis en mer en 2012
• Laser Weapon System (LaWS), (Raytheon)
- laser à fibres (5x6 kW soit 30 kW), recombinaison spectrale
des faisceaux, essais en mer réussis en 2013 et 2014
Composition de l’Advanced Tactical
Laser (ATL): C130 armé d’un laser
Oxygene-iode (COIL)
Vue de l’Advanced Tactical Laser
système laser COIL de l’ABL
Vue du système d’arme laser stratégique ABL
Photographies dans l'infrarouge du tir du laser COIL de l'ABL
du 11 février 2010 détruisant un missile SCUD en vol. (a) tir
du laser, (b-d) séquences de la destruction du missile
Principe de fonctionnement du laser à Fibres de 30 kW (LaWS)
de la Compagnie Lockheed installé sur l’USS DEWEY en 2013
puis sur l’USS PONCE en 2014
Vue du laser à fibres LaWS monté sur le destroyer
lance-missile américain USS DEWEY qui a détruit des drones
et des embarcations rapides en 2013
Destruction d’une vedette en mer par
un laser embarqué sur un navire
Vue du LaWS installé sur l’USS PONCE et testé en 2014
dans le golfe persique
Vue du « Laser Weapon System » (LaWS) développé par Raytheon
Video de démonstration du LaWS à bord du USS PONCE
Vue du Système Laser Tactique (TLS) de BAE et Boeing
Vue du Démonstrateur de Laser Maritime (MLD) de Northrop Grumann
Vue du démonstrateur laser à haute énergie (HELMD) de Boeing
Vue du démonstrateur laser à haute énergie (HELMD) de Boeing
en action dans le brouillard
Vidéo du démonstrateur laser à haute énergie (HELMD)
de Boeing en action
Prototype terrestre de système laser à fibres de 10 kW de Lockheed
pour la défense de zone anti-munitions’ (ADAM)
Vue du prototype de « l’Area Defense Anti-munitions « (ADAM)
de Lockheed Martin (laser à fibre de 10 kW)
Prototype de laser à haute énergie C-RAM (40 kW) du
programme AD-HELW d'un consortium européen conduit par
MBDA pour l’Agence Européenne de Défense (AED)
Vue du laser de 40 kW de MBDA
et du résultat d’un tir laser sur un obus
Optique à 4 miroirs couplant les 4 lasers commerciaux
de 10 kW du laser de 40kW développé par MBDA
Vue du système de recombinaison des 4 faisceaux
du laser de 40 kW de MBDA
Canon Laser tactique de 50 kW de RHEINMETALL
Vue d’artiste d’un nouveau système de défense « Iron Beam » développé
par Raphael Advanced Defense Systems en Israël et utilisant des laser à
fibres pour neutraliser des obus de mortier et d es rockets a courte portée
Système laser d’éblouissement t »Dazzler »
NB: l’aveuglement volontaire par les armes laser est interdit par
l’extension en 1995 de la convention de 1980 du CICR (protocole IV)
Système de défense microonde « Active Denial System » (ADS)
émettant un faisceau de radiations à une fréquence de= 95 GHz
PERSPECTIVES A 15-20 ANS DES LASERS
MILITAIRES DE GRANDE PUISSANCE
• Lasers solides (disques, fibres): P=40O kW
• Laser HELAD (5 kg/W) P=: 150 kW
• Laser à électrons libre (Lambda variable) P= 1MW
• Laser chimique COIL moins volumineux, plus sur,
P> 1 MW ?
Canon laser à électrons libres
• Développé par Boeing pour l’US Navy
• En principe Puissance extensible jusqu’à la classe « MW »
• Longueur d’onde variable (intéressant pour éviter les zones
d’absorption du spectre)
• Très grandes dimensions (Probleme sauf pour les très
grands navires et les systèmes statiques). Elles Pourraient
être réduites
• Rendement: 10 %
• Puissance démontrée en laboratoire: 14 kW
• Programme arrêté en 2013 pour des raisons budgétaires
• Solution potentiellement intéressante à long terme en tant
qu’arme stratégique
Schéma de principe du laser à électrons libres de la
classe 1MW développé par le NRL pour l’US Navy
Vue partielle d’un laser à électrons libres
développé par Boeing pour l’US Navy
PROSPECTIVE SYSTEMES D’ARMES LASER
DE PUISSANCE POUR 2030-2040
• Défense terrestre, navire, hélicoptère, avion (ATL)(ELSA), armé
d’un laser de puissance (COIL, SSL)
• Navire et avion lourd (ELLA), bombardier a long rayon d’action
(LRS), armé d’un laser SST ou à électron libre (classe MW)
• Drone équipé d’un laser solide (SSL)
• Avion hypersonique (Superstatoreactor-SCRAMJET) successeur du
X51) (RS72?) armé d’un laser solide (alimenté par MHD - projet
HVEPS)(?)(programme Conventionnal Prompt Global Strike (CPGS),
• Avion spatial suborbital successeur du X37B armé d’un laser
(hellads) ?
• Station spatiale automatique antisatellites (ASAT) équipée d’un
laser ou relais :aérostat, UAV (HALE (Advanced Relay Mirror system
(ARMS)/EAGLE, TRMS)) pour un laser terrestre (?)
• Destruction de débris spatiaux, d’un éventuel geocroiseur (DESTAR, ORION, Clear Space One, etc.)
• Transmission vers la terre de l’énergie d’une centrale PV spatiale
Vue d’artiste d’un futur système de défense ou d’attaque
global intégré sur un théâtre d’opération
Future système de défense laser d’un navire (vue d’artiste)
Défense d’un navire par lasers embarqués (vue d’artiste)
Avion armé d’un laser HELLADS (vue d’artiste)
Vue d’artiste d’un futur chasseur bombardier
armé d’un laser HELLADS
Drone armé d’un laser (vue d’artiste)
Vue de l’avion spatial Boeing X37B
Vue du prototype d’avion hypersonique sans pilote
X-51A accroché sous l'aile d'un B-52
Vue d’artiste de porte-avions du futur armés
d’un laser à électrons libres de la classe Mégawatt
Projet d’arme laser relayée par
miroir pour l’espace
(ARMS/TRMS/EAGLE)
Vue d’artiste de l’effet d’une bombe EMP lancée d’un avion
ou d’un UAV (CHAMP JCTD)
Vue d'artiste de l'engagement d'un canon à rail
electromagnétique par un navire
CONCLUSION
A l’HORIZON 2030-2040:
• Arsenalisation de l’espace possible malgré les
traités internationaux mais seulement avec des
plateformes spatiales automatiques armées de
laser et des lasers au sol relayés par des miroirs
• Cible prioritaire : les satellites qui sont très
vulnérables (armes ASAT)
• Développement et déploiement d’armes laser
stratégiques et tactiques (terre – mer - air)
QUELQUES REFERENCES
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QUELQUES REFERENCES (SUITE)
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La Chine dévoile l’arme laser anti-drone capable d’abattre de “petits avions” en 5
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L. Martinez, See the Navy’s New futuristic laser Weapon in Action, ABC News,
10/12/2014