จีนจำลองระบบ Lidar บนขีปนาวุธ ล่าสเตลธ์ F-35C กลางคืนไกล 61 กม.

ทีมนักวิจัยจากสถาบันขีปนาวุธอากาศสู่อากาศแห่งประเทศจีน (China Airborne Missile Academy) พัฒนาแบบจำลองระบบตรวจจับเป้าหมายด้วยเทคโนโลยี ไลดาร์โฟตอนเดี่ยว (Single-photon Lidar) สำหรับติดตั้งบนหัวขีปนาวุธอากาศสู่อากาศ โดยผลการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ระบุว่า ระบบอาจตรวจจับเครื่องบินขับไล่ล่องหนเอฟ-35ซี (F-35C) ได้จากระยะประมาณ 38.2 ไมล์ หรือ 61.5 กิโลเมตร ในเวลากลางคืน ขณะที่เครื่องบินกำลังบินด้วยความเร็วสูงประมาณ 1,200 ไมล์ต่อชั่วโมง หรือราว 1,930 กิโลเมตรต่อชั่วโมง

งานวิจัยได้รับการเผยแพร่ในวารสารแอโร เวพเพินรี (Aero Weaponry) ของจีน โดยแนวคิดสำคัญไม่ใช่การสร้างระบบที่จะเข้ามาแทนเรดาร์ แต่เป็นการเพิ่มเซนเซอร์อีกประเภทให้ขีปนาวุธสามารถค้นหาและติดตามเป้าหมายที่ถูกออกแบบมาให้ตรวจจับด้วยเรดาร์ได้ยาก 

อย่างไรก็ตาม ตัวเลขระยะตรวจจับทั้งหมดมาจาก การสร้างแบบจำลองและการคำนวณ ยังไม่มีหลักฐานเปิดเผยต่อสาธารณะว่าระบบต้นแบบถูกนำไปทดสอบกับ F-35C จริงในสภาพการบินดังกล่าว 

⬛️ Single-photon Lidar ทำงานอย่างไร

หลักการของ Lidar คล้ายกับเรดาร์ในแง่การส่งสัญญาณออกไปหาเป้าหมายและวัดสัญญาณที่สะท้อนกลับมา แต่แทนที่จะใช้คลื่นวิทยุ ระบบนี้ใช้แสงเลเซอร์ นักวิจัยจีนจำลองการยิงเลเซอร์พัลส์ความยาวคลื่น 1,064 นาโนเมตร ไปยังเครื่องบิน ก่อนตรวจจับโฟตอนที่สะท้อนกลับมาเพื่อคำนวณระยะและติดตามตำแหน่งของเป้าหมาย

ความท้าทายคือหัวขีปนาวุธมีพื้นที่จำกัดมาก ทั้งด้านขนาด น้ำหนัก และพลังงาน ทีมวิจัยจึงออกแบบระบบโดยใช้ช่องรับแสงขนาดประมาณ 100 มิลลิเมตร และเลเซอร์พัลส์พลังงานประมาณ 1 มิลลิจูล จุดเด่นของตัวตรวจจับแบบ Single-photon คือมีความไวสูง สามารถตรวจจับแสงสะท้อนที่อ่อนมากในระดับโฟตอน ซึ่งช่วยให้ระบบมีโอกาสตรวจพบวัตถุจากระยะไกลแม้ไม่สามารถติดตั้งชุดเลเซอร์ขนาดใหญ่บนขีปนาวุธได้

แบบจำลองกำหนดอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ต้องการไว้ประมาณ 8.8 เดซิเบล และประเมินว่าการตรวจจับโฟตอนจากเป้าหมายเฉลี่ยประมาณ 9.4 โฟตอนก็เพียงพอสำหรับสร้างข้อมูลเพื่อติดตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของเป้าหมาย ตัวเลขดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงความไวของเซนเซอร์ แต่ไม่ได้หมายความว่าโฟตอนเพียงไม่กี่อนุภาคจะสามารถระบุเครื่องบินได้โดยไม่มีขั้นตอนประมวลผลและการกรองสัญญาณอื่นร่วมด้วย

⬛️ กลางคืนตรวจจับได้ไกลกว่ากลางวันกว่า 2 เท่า

หนึ่งในผลการจำลองที่น่าสนใจคือความแตกต่างระหว่างกลางวันและกลางคืน เนื่องจากแสงอาทิตย์และแสงพื้นหลังในบรรยากาศสร้างสัญญาณรบกวนต่อเซนเซอร์ ในเวลากลางวันระบบจึงถูกประเมินว่าสามารถตรวจจับ F-35C ได้จากระยะประมาณ 17.2 ไมล์ หรือ 27.7 กิโลเมตร แต่เมื่อเข้าสู่เวลากลางคืนและสัญญาณรบกวนจากแสงลดลง ระยะตรวจจับตามแบบจำลองเพิ่มเป็นประมาณ 38.2 ไมล์ หรือ 61.5 กิโลเมตร

ที่ระยะประมาณ 27.7 กิโลเมตร แบบจำลองยังประเมินว่าสามารถสร้างข้อมูลเชิงความลึกได้ละเอียดประมาณ 8 นิ้ว หรือ 20 เซนติเมตร และมีความละเอียดในแนวขวางประมาณ 20 นิ้ว หรือ 51 เซนติเมตร หากเทคโนโลยีทำได้จริงบนระบบขนาดเล็ก ข้อมูลที่ได้จะมีประโยชน์มากกว่าการทราบเพียงพิกัด เพราะสามารถช่วยประมวลผลลักษณะทางกายภาพของเป้าหมายและเพิ่มข้อมูลให้ระบบนำวิถีในช่วงท้ายของการโจมตี

⬛️ ทำไม Lidar จึงน่าสนใจสำหรับตรวจจับเครื่องบิน Stealth

เครื่องบินล่องหนอย่าง F-35 ถูกออกแบบเพื่อลดโอกาสการตรวจจับจากเรดาร์ ผ่านการควบคุมรูปร่างของเครื่องบินและการใช้วัสดุที่ช่วยลดการสะท้อนคลื่นเรดาร์ แต่ความสามารถในการลด Radar Cross Section ไม่ได้หมายความว่าเครื่องบินจะมองไม่เห็นสำหรับเซนเซอร์ทุกประเภท การใช้เซนเซอร์หลายรูปแบบร่วมกันจึงเป็นหนึ่งในแนวทางที่ประเทศมหาอำนาจให้ความสนใจ

Single-photon Lidar สามารถเข้ามาเสริมเรดาร์และระบบค้นหาเป้าหมายด้วยอินฟราเรด โดยเฉพาะเมื่อระบบอื่นสามารถระบุตำแหน่งคร่าว ๆ ของเครื่องบินให้ก่อน หลังจากนั้น Lidar ซึ่งมีลำแสงแคบกว่าสามารถถูกชี้ไปยังพื้นที่เป้าหมายเพื่อวัดระยะและตำแหน่งอย่างละเอียด แนวทางนี้มีความเป็นไปได้มากกว่าการใช้ Lidar เพียงระบบเดียวกวาดค้นหาท้องฟ้าขนาดใหญ่

ข้อจำกัดสำคัญของเลเซอร์คือ ลำแสงมีมุมแคบและได้รับผลกระทบจากสภาพบรรยากาศ เมฆ หมอก ฝุ่น ละอองน้ำ และสภาพอากาศสามารถลดประสิทธิภาพการส่งผ่านแสงได้ ขณะที่เรดาร์สามารถครอบคลุมพื้นที่ค้นหาขนาดใหญ่และทำงานในสภาพอากาศหลายรูปแบบได้ดีกว่า ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงมีความน่าสนใจในฐานะเซนเซอร์เสริม มากกว่าจะเป็นเทคโนโลยีที่ทำให้คุณสมบัติล่องหนของ F-35 หมดความหมาย

⬛️ ยังห่างจากคำว่าเทคโนโลยีปราบ F-35

อีกประเด็นที่ต้องแยกออกจากกันคือ ตรวจจับได้ ไม่ได้หมายถึงยิงตกได้ การค้นพบตำแหน่งของเครื่องบินเป็นเพียงขั้นตอนหนึ่งของ Kill Chain ระบบป้องกันภัยทางอากาศยังต้องสามารถจำแนกเป้าหมาย ติดตามการเคลื่อนที่ ส่งข้อมูลให้ระบบอาวุธ นำวิถีขีปนาวุธ และรักษาการติดตามจนถึงช่วงสุดท้ายของการโจมตี ขณะที่ฝ่ายตรงข้ามสามารถใช้สงครามอิเล็กทรอนิกส์ การหลบหลีก ยุทธวิธี และอาวุธระยะไกลเพื่อตอบโต้ได้

F-35C ยังเป็นเครื่องบินที่ถูกออกแบบให้ปฏิบัติการร่วมกับเครือข่ายเซนเซอร์และอาวุธอื่น ไม่ได้ทำการรบแบบเครื่องบินต่อเครื่องบินเพียงอย่างเดียว ดังนั้นระยะตรวจจับ 61.5 กิโลเมตรจากแบบจำลองจึงไม่สามารถใช้สรุปโดยตรงว่าขีปนาวุธที่ติด Lidar จะได้เปรียบ F-35C ในสถานการณ์การรบจริง

⬛️ จีนเดินหน้าพัฒนาเซนเซอร์และอาวุธเลเซอร์

งานวิจัยดังกล่าวเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามพัฒนาเทคโนโลยีโฟโตนิกส์และเลเซอร์สำหรับการทหารของจีน ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่ระบบตรวจจับไปจนถึงอาวุธพลังงานโดยตรง มีรายงานเกี่ยวกับการพัฒนาฝักเลเซอร์สำหรับอากาศยาน และแนวคิดนำเทคโนโลยีเลเซอร์ไปใช้กับเครื่องบินรบรุ่นใหม่ แต่หลายโครงการยังอยู่ในขั้นวิจัย พัฒนา หรือเปิดเผยข้อมูลเพียงบางส่วน จึงต้องแยกแนวคิดทางวิศวกรรมออกจากระบบที่ผ่านการทดสอบและพร้อมประจำการจริง

สำหรับงาน Single-photon Lidar ความสำคัญจึงอยู่ที่การแสดงให้เห็นแนวทางใหม่ในการสร้างหัวค้นหาเป้าหมายขนาดเล็กที่อาจทำงานร่วมกับเรดาร์ อินฟราเรด และระบบเซนเซอร์อื่นในอนาคต มากกว่าการประกาศว่าจีนสามารถทำลายข้อได้เปรียบด้าน Stealth ของ F-35 ได้แล้ว ขั้นตอนต่อไปที่ต้องจับตาคือจีนสามารถเปลี่ยนผลจากแบบจำลองให้กลายเป็นฮาร์ดแวร์ที่ทำงานได้จริงบนขีปนาวุธที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ท่ามกลางแรงสั่นสะเทือน สภาพอากาศ และการตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์ในสนามรบจริงได้หรือไม่