Trong bối cảnh xung đột tại Ukraine ngày càng leo thang, với các cuộc tập kích bằng UAV tự sát của Nga ngày càng tăng, Ukraine đã tìm ra một vũ khí phòng không hiệu quả để đối phó với mối đe dọa này. Đó là pháo phòng không tự hành Gepard do Đức sản xuất, một phương tiện đã chứng minh khả năng thể hiện ấn tượng trong việc bắn rơi các UAV Shahed của Nga.

Các UAV Shahed, với khả năng mang đầu đạn nặng 90kg và bay hàng nghìn km nhờ hệ thống dẫn đường vệ tinh, đã trở thành một mối đe dọa đáng kể đối với Ukraine. Tuy nhiên, các pháo phòng không tự hành Gepard, với cặp pháo tự động 35mm Oerlikon điều khiển bằng radar, đã chứng minh là một trong những hệ thống phòng thủ hiệu quả nhất chống lại UAV Shahed.

Theo một kỹ sư phòng không Ukraine có biệt danh ‘Alchemist’, các hệ thống pháo 35mm tự động tạo ra những đám mây đạn dày đặc, giúp phá hủy UAV chỉ trong phạm vi vài km. Hàng chục hệ thống Gepard của Ukraine, cùng với một số lượng nhỏ hơn các hệ thống Skynex hiện đại hơn, đã đảm nhiệm lớp phòng thủ tầm trung quan trọng trong các cuộc tập kích bằng UAV Shahed.

Một chiếc Gepard của Đức với 2 khẩu pháo Oerlikon 35mm từng bắn rơi nhiều UAV chỉ với một loạt đạn. Các UAV tấn công Shahed của Nga liên tục nhắm vào các thành phố Ukraine, và đánh chặn loại UAV chạy bằng động cơ cánh quạt này là ‘ưu tiên cao nhất’ ở Kiev.

Kể từ khi Nga phóng chiếc Shahed đầu tiên vào Ukraine gần 3 năm trước, họ đã triển khai hàng chục nghìn UAV tự sát, khoảng 29.000 chiếc tính đến nay. Một chiếc Shahed có thể có giá từ 50.000 đến 150.000 USD.

Tần suất các cuộc tấn công bằng UAV đang tăng nhanh cả về quy mô. Nga chấp nhận mất nhiều UAV Shahed, khoảng 75% bị chặn, vì các đợt tấn công dồn dập được thiết kế để bào mòn hệ thống phòng không.

Nếu lực lượng Ukraine phải dùng tên lửa đất đối không cho mỗi UAV Shahed, kho tên lửa của họ có thể cạn trong vài tuần hoặc vài tháng. Tập đoàn Lockheed Martin của Mỹ chỉ sản xuất khoảng 600 quả tên lửa Patriot mỗi năm, loại tên lửa trị giá hàng triệu USD.

Các loại tên lửa phòng không nhỏ hơn thì rẻ hơn, nhưng cũng vẫn đắt. Ngược lại, khoảng 80 hệ thống Gepard cùng một số Cheetah mà Mỹ gửi sang Ukraine là vũ khí giá rẻ. Đây là phương tiện cũ, đã qua sử dụng, đơn giản và đáng tin cậy so với tiêu chuẩn hiện đại.

Chi phí vận hành Gepard chủ yếu nằm ở giá đạn pháo 35mm. Sau khi gửi toàn bộ kho đạn thời Chiến tranh Lạnh cho Ukraine vào năm 2023, Đức đã trả cho Rheinmetall 181 triệu USD để tái khởi động dây chuyền sản xuất và chế tạo thêm 300.000 viên đạn mới nặng 1,5kg.

Với kíp chiến đấu Gepard, chi phí bắn rơi một UAV Shahed chỉ vào khoảng vài nghìn USD. Chính nhờ sự tiết kiệm và độ chính xác đó mà Gepard đang giữ vai trò tuyến đầu trong chiến dịch phòng thủ của Ukraine trước UAV Shahed.

Các nhà nghiên cứu đã đạt được một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực laser phát xạ bề mặt tinh thể quang tử (PCSEL), một loại laser được biết đến với độ sáng cao và khả năng kiểm soát nhiệt được cải thiện. PCSEL là một công nghệ laser tiên tiến, cho phép tạo ra chùm tia laser có độ sáng cao và ổn định nhiệt, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như quốc phòng, hàng không vũ trụ và truyền thông.

Thành tựu này liên quan đến việc thiết kế lại cấu trúc của PCSEL, giúp cải thiện hiệu suất khi sử dụng liên tục ở công suất cao. Thiết kế mới này cho phép PCSEL hoạt động ở nhiệt độ phòng và phát ra bước sóng an toàn cho mắt, trong khi duy trì chất lượng chùm tia ổn định trong quá trình sử dụng liên tục. Việc cải thiện hiệu suất và độ ổn định của PCSEL là rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng thực tế.

PCSEL nâng cấp này đã được thử nghiệm sử dụng hình ảnh hồng ngoại và phổ kế, xác nhận hiệu suất của laser và khả năng duy trì chùm tia ổn định, tập trung chặt chẽ ở bước sóng 1,5 micromét. Kết quả thử nghiệm cho thấy PCSEL mới có khả năng duy trì chùm tia ổn định và chất lượng cao trong quá trình sử dụng liên tục.

Khác với các PCSEL trước đây dựa vào lỗ thông khí để làm mát, cấu trúc mới đã loại bỏ khiếm khuyết về sự dịch chuyển nguyên tử, cải thiện độ ổn định nhiệt và độ bền bỉ dài hạn. Điều này cho phép PCSEL hoạt động ở nhiệt độ cao hơn và giảm thiểu rủi ro quá nhiệt.

So với các loại laser phát xạ bề mặt khoang dọc (VCSEL) phổ biến hơn, PCSEL có thể được mở rộng cho các vai trò tầm xa, công suất cao trong phòng thủ tên lửa, vũ khí drone và hệ thống không gian. Chùm tia đơn chế độ và khả năng chịu nhiệt của chúng hỗ trợ các thiết kế quân sự mà không cần hệ thống làm mát cồng kềnh, mang lại cho các nhà thiết kế quốc phòng sự linh hoạt hơn cho các nền tảng di động và trên độ cao lớn.

Với sự hỗ trợ từ Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Không quân Mỹ (US Air Force Research Laboratory), nhóm nghiên cứu đã giải quyết được một trở ngại lớn trong phát triển laser: tăng công suất đầu ra mà không gây quá nhiệt hay sụp đổ cấu trúc. Hiện nhóm nghiên cứu đang tiếp tục nâng công suất đầu ra, thu nhỏ kích thước và hoàn thiện phương pháp sản xuất để đẩy nhanh quá trình tích hợp vào các nền tảng quốc phòng.

Trong tương lai, PCSEL sẽ đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng quốc phòng và hàng không vũ trụ. Công nghệ này có tiềm năng được tích hợp vào các hệ thống vũ khí tiên tiến, như tên lửa và vũ khí drone, để tăng cường hiệu suất và độ chính xác.

Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục phát triển và hoàn thiện công nghệ PCSEL, với mục tiêu đẩy nhanh quá trình tích hợp vào các nền tảng quốc phòng. Với sự hỗ trợ từ các tổ chức nghiên cứu và phát triển, PCSEL sẽ tiếp tục là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong tương lai.