Laser no F-35 ‘Joint Strike Fighter’

O Programa HELLADS (High Energy Liquid Laser Area Defense System) da DARPA visa desenvolver um sistema de arma a laser de alta energia, com potência de 150 kW, com uma redução de peso enorme em comparação a outros sistemas laser.

O objetivo do programa é atingir menos que 5kg/kW, para que o HELLADS possa ser integrado a aeronaves táticas, aumentando significativamente o alcance. O Programa HELLADS completou o projeto e demosntração de um revolucionário laser de alta energia (HEL) em subescala, dentro das especificações de peso leve e tamanho compacto.

Um módulo de laser em célula com gerenciamento térmico e de energia está sendo projetado e fabricado para demonstrar uma potência de saída de >34 kW. A célula de teste representa metade da célula laser que está sendo fabricada e usada para caracterizar perdas do sistema, performance e confiabilidade. A célula de teste será expandida para uma célula unitária maior.

Com base nos resultados da célula de demonstração, módulos adicionais de laser serão fabricados para produzir um laser de 150 kW, que será demonstrado em laboratório. O laser de 150 kW então será integrado com capacidade de controlar o feixe, para produzir um demonstrador de arma a laser. A capacidade de abater alvos táticos como mísseis e foguetes será demonstrada.

Desafios tecnológicos

Um dos maiores desafios que a Lockheed Martin enfrenta na instalação de um laser de alta energia no F-35 Joint Strike Fighter (JSF) é a questão de como se livrar do excesso de calor gerado pelo sistema.

Sistemas laser usam eletricidade para gerar feixes de luz focados, produzindo uma quantidade de calor muito grande, que precisa ser dissipado. A LM acredita que um laser de 100 kW  é o mínimo de potência para ser efetivo num caça. Mas para obter 100 kW de luz, é preciso gerar 1 MW de energia elétrica, que vai precisar de 900 kW de refrigeração.

Para dissipar o calor, ‘loops’ de refrigeração serão empregados no núcleo do sistema laser para transferir o calor para o tanque de combustível da aeronave!

Como num radiador de um carro, o calor será transferido para os tanques de combustível do F-35. O processo não vai comprometer a furtividade do JSF, porque não haverá aumento da assinatura infravermelha. A quantidade de combustível levada na aeronave é tal, que todo o calor transferido para ele não aumentará a temperatura em mais de 1 grau.

A LM planeja criar espaço para o sistema laser retirando o fan da variante STOVL (clicar na ilustração acima), que fica logo atrás do cockpit. Colocado no espaço de 100 pés cúbicos, usado para combustível nas outras variantes, o sistema laser poderá gerar energia através de um eixo conectado na turbina do caça.

Lasers de estado sólido, que usam materiais como cristal ou vidro como meio para o laser, são os mais maduros e viáveis para esta aplicação, de acordo com a LM. Lasers de estado sólido já fazem parte dos caças atuais, mas são de baixa potência, usados para telemetria e designação de alvos.

A Lockheed Martin diz que o laser do JSF será usado contra alvos no ar e no solo a distâncias de 10 km. O sistema laser ficará num domo  que emergirá quando for preciso usá-lo. Por volta de 2015, o laser de alta energia poderá ser instalado no F-35.

Óptica

Outro desafio tecnológico para colocar laser no JSF é conseguir manter o feixe focado propriamente, com o fluxo de ar turbulento passando pela aeronave em torno de Mach 1. O fluxo de ar distorce o laser e por isso é preciso usar um sistema que perceba a distorção e o compense para corrigir. A solução se chama óptica adaptativa, que já é usada no Programa ABL (Airborne Laser) e em muitos observatórios astronômicos. A óptica adaptativa realiza compensação da distorção em tempo real, usando espelhos deformadores, para pré-distorcer o feixe, que depois é compensado pela atmosfera.

Efeitos Colaterais

O laser usado pelo F-35 será poderoso o suficiente para cegar pessoas no solo, se estiverem muito perto dos alvos atingidos. A Convenção de Genebra proíbe armas usadas para cegar o inimigo, mas o laser do JSF escapa da Convenção, pois foi projetado para atacar outras aeronaves, veículos e baterias antiaéreas e não pessoas.

O laser de 100 kW será usado para destruir seletivamente linhas de comunicação, tubulações de combustível e tanques de combustível em veículos.

Até o momento usa-se bombas e mísseis para esses tipos de alvos, com precisão muito menor do que o laser. A USAF está identificando pontos de alvos potenciais que são mais vulneráveis ao laser. Num caminhão com controles eletrônicos, por exemplo, o motor seria o melhor ponto.

Entretanto, quando o feixe de laser atinge o alvo, a energia pode ser refletida em todas as direções, potencialmente cegando qualquer pessoa nas proximidades.

Se o laser for disparado contra o cockpit de um avião de combate adversário, o feixe atravessará o canopy e destruirá a eletrônica do avião, refletindo o feixe na tripulação. Se o feixe for mirado acidentalmente numa pessoa no solo, a uma distância de 30cm, será tão intenso que queimará a pele, córneas e a retina.

O problema é que o olho humano é muito mais vulnerável ao laser que qualquer alvo militar, porque o olho foca a luz do laser num pequeno ponto da retina, queimando-a rapidamente.

Medidas de segurança contra laser começam com poucos miliwatts e mesmo uma pequena exposição a lasers de 1 Watt é perigosa. Reflexões de um laser de 100 kW podem ser devastadoras.

Óculos de proteção

Os EUA estão trabalhando em óculos de proteção para os seus soldados, e outros países também o farão, assim que os EUA colocarem suas armas laser em operação. Mas é preciso saber o comprimento de onda do laser para se fazer um óculos que funcione.

No entanto, o feixe de laser poderá afetar civis, caso erre o alvo e acerte uma cidade, por exemplo. Feixes refletidos podem ser fortes o bastante para causar danos à visão a vários quilômetros de distância.

A Lockheed Martin diz que a versão de 100 kW do laser para caças poderá fazer 2 disparos de 4 segundos de duração, separados por 4 segundos, com 30 segundos de refrigeração para poder disparar novamente.