Een kaarsrechte, feloranje straal licht op tegen een donkerrode sterrenhemel. Aan het eind van de straal: een treffer. Eind januari bracht het Britse ministerie van Defensie infraroodbeelden naar buiten van een test met het experimentele laserwapen DragonFire. Vanaf een oefenterrein op het afgelegen Schotse eiland South Uist schoot een laserstraal voor het eerst een doelwit uit de lucht, meldt een persbericht. Vermoedelijk was dat een drone.
Het wapenprogramma, gestart in 2017, moet de munitiekosten flink omlaag brengen. Waar zelfs de simpelste afweerraket tienduizenden euro’s kost, zou eenmaal vuren met een laser op minder dan tien pond uit moeten komen, voornamelijk stroomkosten. Het ontwikkelingsprogramma zelf, door defensiebedrijven QinetiQ, MBDA en Leonardo, kost overigens wel zo’n 100 miljoen pond.
Al decennialang zijn laserwapens, directed energy weapons in militair jargon, wonderwapens die altijd pas over vijf jaar het slagveld zullen zien.
Ronald Reagan
Dat begon al in de jaren tachtig met het sciencefictionachtige project Excalibur, een chemisch aangedreven laser in de ruimte die Sovjet-kernkoppen in volle vlucht moest onderscheppen. Het was onderdeel van Ronald Reagans ‘Star Wars’-project, dat sneuvelde door schandalen en niet-gehaalde deadlines. Tientallen laserprojecten volgden.
Maar nu lijkt het er toch van te komen. Het Amerikaanse marineschip USS Preble heeft al een versie van het Helios-lasersysteem aan boord. Rusland stelt dat sinds mei 2022 het lasersysteem Peresvet operationeel is, en het Duitse Rheinmetall en MBDA deden ruim honderd tests met een laser aan boord van het fregat Sachsen. Op beelden is te zien hoe een naderend bootje eerst begint te roken en dan in brand vliegt.
Israël, dat het luchtverdedigingssysteem Iron Dome inzet tegen Hamas-raketten, legt de laatste hand aan een laser-versie, Iron Beam. Een eenvoudiger variant, Iron Blade, bedoeld om kleine drones en ballonnen neer te halen, doet sinds 2022 dienst. Daarmee is dit het eerste – weliswaar bescheiden – operationele laserwapensysteem ter wereld. En Frankrijk heeft aangekondigd bij de Olympische Spelen in Parijs lasers in te zetten tegen drones.
Lang aandringen
„Alle grote krijgsmachten werken eraan. De Amerikanen hebben zo’n half dozijn demonstratiesystemen in de running”, zegt een defensieonderzoeker bij TNO in Ypenburg, die na lang aandringen een interview mag geven over het onderzoek naar laserwapens. Vanwege de militaire gevoeligheid mag alleen zijn voornaam genoemd worden, Pascal – net als bij zijn collega Ric.
„Bij ons is de verwachting dat het niet een kwestie is of het komt, maar wanneer”, zegt Pascal. „Daarom intensiveren wij ons onderzoek.” Als bondgenoten lasersystemen inzetten, of als de inzet van lasersystemen in de Nederlandse krijgsmacht overwogen wordt, is het goed om te kunnen meepraten. „Als je geen eigen kennisbasis hebt, praat je niet mee, en hoor je dus ook niets.” Dus doet TNO onderzoek naar de voortplanting van laserbundels door de lucht, naar het effect van de bundel op doelen, van drones tot stalen platen, en naar beschermingsmaatregelen tegen laserwapens.
Een factor bij deze plotselinge versnelling is niet alleen de snel toenemende geopolitieke instabiliteit, met conflicten in Oekraïne en Israël en rond de Rode Zee, maar ook de opkomst van goedkope militaire drones, die bijvoorbeeld in Oekraïne met duizenden tegelijk worden ingezet.
„Je kunt die drones wel neerhalen, maar als je dat met een Patriot-raket doet, is de kostenverhouding totaal uit balans”, zegt TNO-collega Ric. Een Patriot kost minstens een miljoen dollar, een gemiddelde militaire drone met rotoren een paar duizend. Pascal: „Daar zou een laser wel heel goed in passen. Het heeft geen projectiel, het is licht. Dus zolang ik in staat ben om elektriciteit om te zetten in licht, kan ik blijven vuren.”
Wel heeft het laserwapen zijn eigen handleiding. Waar in sciencefictionfilms één welgemikte laserstraal een doelwit in een fractie van een seconde doet exploderen, moet in werkelijkheid de bundel langere tijd op precies één punt op het doel gericht blijven, zodat hij genoeg warmte kan overdragen om schade aan te richten. Hoe snel dat gaat, hangt af van het vermogen van de laser, in deze toepassingen minstens tienduizenden watts.
Bijzonder onveilig
„We hebben in Ypenburg een dertigkilowattlaser, waarmee we de inwerking van licht op doelen kunnen onderzoeken”, zegt Pascal. Foto’s laten zien hoe een staalplaat in de bundel opwarmt, en dan roodgloeiend smelt. Het is een laser met een golflengte van 1.000 nanometer, infrarood licht dat zich relatief ongehinderd door de lucht voortplant. „Heel gunstig om zo veel mogelijk fotonen op je doel te krijgen, maar het is ook bijzonder onveilig”, zegt Pascal. Reflecties of strooilicht kunnen oogschade veroorzaken, ook al is de bundel onzichtbaar. „Deze laser kunnen we dus alleen binnen gebruiken.”
Om zulke vermogens te bereiken worden glasfiberlasers gebruikt. Het laserlicht wordt in de glasvezel zelf opgewekt, en dan wordt het licht uit meerdere fibers tot één bundel gecombineerd. Aanvankelijk probeerden militaire laseronderzoekers de benodigde energie in chemische vorm toe te voeren met bijvoorbeeld chloor, waterstofperoxide en het extreem agressieve waterstoffluoride, wat weinig praktische systemen opleverde. Inmiddels zijn vastestoflasers, grofweg opgevoerde versies van de laserpointer, krachtiger en stabieler geworden. Wel is koeling extreem belangrijk, en de systemen zijn dan ook nog omvangrijk en zwaar.
Ook de voortplanting van de laserbundel door de atmosfeer is onderwerp van onderzoek. Luchtwervelingen, rook, stof en vocht kunnen het licht verstrooien, zodat er minder op het doel terechtkomt. Als de laser krachtig genoeg is, kan het licht ook zelf de tussenliggende lucht opwarmen, wat de bundel verstoort, een effect dat thermal blooming heet.
Om de voortplanting door de atmosfeer te onderzoeken heeft TNO een tweede, minder krachtige infraroodlaser van 1.500 nanometer staan, die wel buiten gebruikt kan worden. „Die heeft een heel zuivere bundel, die goed te focusseren is”, zegt Ric, „Als je een drone wilt aangrijpen op honderden meters, of zelfs op kilometers afstand, wordt die kwaliteit heel belangrijk.”
Misschien nog wel uitdagender dan de laser zelf, is het controle- en richtsysteem dat hem aanstuurt, eigenlijk een soort telescoop. Niet alleen moet een laserbundel secondenlang het doelwit aanstralen, dat moet ook zo precies mogelijk op dezelfde plek, enkele centimeters groot, zodat die opwarmt en smelt of verbrandt, zegt Pascal. „Best lastig bij een drone die beweegt, vanaf honderden meters. Zodra er een detectie plaatsvindt, wordt er bepaald: wat is dat? Is het een drone? Is die van ons? Zo nee, dan gaat de laser zoeken. Op welk punt wil ik mijn laser laten landen? Pas als de omstandigheden daarvoor gunstig zijn, vuurt hij.” Vervolgens moet dat systeem in de gaten houden hoe het doelwit beweegt, en wat het effect van de laser is. „Het is ook belangrijk te weten via welk onderdeel een drone het snelst uitgeschakeld kan worden. Is dat de rotor? De antenne? De batterij? Daar doen we ook onderzoek naar.” Wat die kwetsbare plekken zijn? „Goeie vraag”, zegt Pascal, en laat een stilte vallen.
Zo gauw een inkomende drone is uitgeschakeld, moet de laser kunnen doorschakelen naar de volgende. „Het is een secondespel, want drones kunnen in zwermen komen. Dus wil je ze één voor één uit de lucht prikken.”
De wisselwerking tussen precisie, vermogen en tijdsduur van de laser tegenover de taaiheid en de snelheid van de drone, heeft ook weer gevolgen voor het effectieve bereik van de laser. „Is het voldoende om ze op 100 meter afstand uit te schakelen, of moet je al eerder vuren omdat ze anders hun doel toch nog halen?”
Tanks en pantservoertuigen
Overigens zijn drones niet de enige mogelijke doelwitten. Ook granaten, raketten, tanks en pantservoertuigen kunnen met een laser op de korrel genomen worden. Rusland en China werken zelfs aan lasersystemen om satellieten te verblinden of uit te schakelen, en de VS zien voor lasers een rol weggelegd in de verdediging tegen kernraketten en hypersonische raketten.
Te verwachten is dat al deze doelwitten zich niet zonder slag of stoot laten smelten. Volgens de logica van de wapenwedloop hoort bij ieder aanvalssysteem een verdediging, dus ook tegen lasers. Te denken valt aan reflecterende oppervlakken, beschermende laagjes die kunnen smelten, of bijvoorbeeld het verspreiden van rook om laserlicht te verstrooien.
Ook naar zulke beschermingsmaatregelen doet TNO onderzoek, al willen Pascal en Ric daar weinig over kwijt. „Deze wapensystemen worden ook ontwikkeld door partijen die ons minder goed gezind zijn, dus ja, we kijken ook naar manieren om laserlicht tegen te houden. Hoe we dat doen? Op heel slimme manieren.”
