Combat lasers become the foundation of modern defence systems, offering speed of action, unlimited "ammunition" and fire precision that conventional means of combat cannot match. U.S. Navy is intensively developing laser weapons technology supported by artificial intelligence (SI) to effectively counter the growing threat from drones and their swarms.

In the article

Laser revolution on board the US Navy – artificial intelligence changes the face of combat at sea

Unmanned aircraft, so far mainly used for identifying and precise attacks, increasingly become a tool of mass impact, capable of breaking down classic anti-aircraft defense systems and artillery systems. The new generation of laser weapons, integrated with advanced SI algorithms, is intended to provide the Navy with the ability to immediately detect, track and eliminate threats, creating a dynamic shield against modern enemy tactics.

Defense weaponsa laser weapon controlled by artificial intelligence ‘SI’

Combat lasers, in other words, where the laser beam is an effector that destroys the target, have been part of the experimental weapons of the US Navy for years. However, so far their effectiveness has limited the need for manual control by operators. Systems such as LaWS (Laser Weapon System), tested, among others, on the USS Ponce (LPD-15) demonstrated potential in combating air threats, but in the face of drone swarm attacks their efficiency was insufficient. The key change in the next generation of laser weapons is integration with artificial intelligence, which allows automatic detection, tracking and elimination of targets without human involvement.

Modern laser systems use a complex process of tracking and eliminating targets. Each battle laser (LWS – Laser Weapon System) consists of several key components: a detection and tracking sensor that initially detects the target (e.g. radar or infrared camera), an optical guidance system that allows precise maintenance of the beam on the object, and the high-power laser emitter itself.

In the first phase of operation of this system, radar detects an approaching object and transmits its coordinates to the laser. Then, using electrooptic sensors (EO) and infrared (IR), the system accurately tracks the object (dron), analyses its trajectory and predicts its movements in real time. This allows the laser to adjust the point focus the beam to the changing position of the target. The key element is to keep the beam on purpose (aimpoint maintenance) because the laser has to continuously heat a specific point on the drone to damage it – usually by melting critical components such as sensors, control elements or drive elements.

SI algorithms analyze drone trajectory, speed and distance, and adjust the power and focus point of the laser beam to maximize fire efficiency. Moreover, the ability to process huge amounts of data in real time allows the system to simultaneously fight multiple targets, even in conditions of electronic interference, bad weather or limited visibility. The automation of the defense process and the ability to react quickly can make laser weapons the primary element of protecting American ships from modern air threats.

SI training – how to teach combat algorithms?

For artificial intelligence to be able to effectively control lasers in combat conditions, engineers have developed an advanced training process. It uses physical drone models, including UAV replicas, such as MQ-9 Reaper, printed in 3D technology from various metal alloys, which allowed to analyze laser response to different structural materials. In parallel, a database containing more than 100,000 unmanned images was created under different conditions atmospheric, which allowed SI to accurately recognize targets.

The next stage was advanced computer simulations in which the system tested risk elimination strategies on virtual battlefields. In order to increase the effectiveness of the SI, it was also integrated with radar sensors, allowing analysis of the trajectory of drones and predicting their movements. Thanks to this, the laser defense system has gained the ability to detect, track and neutralise targets on its own, thereby eliminating limitations resulting from human response time.

First tests and road to operational implementation of laser weapons

The first test phase included simulated clashes in which SI controlled laser weapons under laboratory conditions. After success in the virtual environment, it was time for combat testing – laser systems were placed on vehicles and marine platforms, where they eliminated actual drones.

Polish Navy The United States tested laser weapons on several ships of different classes. One of the first systems was the XN-1 LaWS (Laser Weapon System), which was tested on the USS landing ship in 2014-2017 Ponce (LPD-15). This system was capable of neutralising small drones and motor boats, however, required manual control by operators.

The next steps in developing laser weapons are Laser Weapons System Demonstrator (LWSD), which was installed on the USS Portland (LPD-27). In 2021, during tests in the Pacific waters, this system successfully neutralized an unmanned aircraft using a laser with a power estimated at 150 kW. The test confirmed the effectiveness of the system against air targets at different distances and under different atmospheric conditions.

One of the key elements of this strategy was the laser program for Arleigh Burke destroyers, where the largest U.S. arms companies were involved to develop new systems.

Lockheed Martin plays a key role in the development of laser weapons systems for the US Navy. Under a $150 million contract, the company developed the HELIOS (High Energy Laser with Integrated Optical-dazzler and Surveillance) – a system designed for Arleigh Burke destroyers that combines high-energy laser weapons and advanced optical sensors.

The next step is to conduct tests in real combat conditions, e.g. during U.S. Navy maneuvers. The Pentagon predicts that full integration of SI lasers into ship defense systems will take place in the next few years.

Laser shield of the future US Navy

Laser weapons controlled by artificial intelligence can become a key element of US Navy defence systems, offering advantages that conventional missile systems do not provide. The speed of light makes the risk elimination immediate, and the cost of a single shot is limited to electricity consumption, making the laser much cheaper compared to expensive missiles or rockets. In addition, this system does not require reloading, as it works as long as it has access to the power source and its beam cannot be intercepted by missile systems.

Mimo tych zalet, przed pełnym wdrożeniem technologii pozostają wyzwania do rozwiązania, takie jak ograniczona skuteczność w niekorzystnych warunkach atmosferycznych, które mogą osłabiać siłę rażenia lasera, czy wysokie wymagania energetyczne, wymagające zastosowania wydajnych systemów zasilania, takich jak reaktory jądrowe. Istotną kwestią pozostają również aspekty etyczne związane z autonomicznymi systemami bojowymi, których pełna niezależność w podejmowaniu decyzji budzi obawy dotyczące kontroli i bezpieczeństwa ich użycia w warunkach bojowych.

Technological race at light speed

Broń laserowa sterowana sztuczną inteligencją „SI” może stać się jednym z najważniejszych elementów przyszłej obrony Marynarki Wojennej USA. W dobie rosnącego zagrożenia ze strony rojów dronów, tradycyjne systemy obronne mogą okazać się niewystarczające. Integracja laserów i SI to krok w stronę nowej ery technologii wojskowej, gdzie decydujący będzie nie tylko zasięg rażenia, ale także prędkość reakcji i automatyzacja.

Pytanie brzmi: jak szybko inne dominujące siły morskie, takie jak Chiny czy Rosja, odpowiedzą na to przełomowe rozwiązanie? Wyścig technologiczny trwa, a przyszłość pola walki może należeć do tych, którzy jako pierwsi opanują sztukę obrony z prędkością światła.

Chiny już od kilku lat inwestują w rozwój broni laserowej i systemów antydronowych, testując własne warianty laserów bojowych na swoich okrętach wojennych, takich jak niszczyciele typu 055. Rosja natomiast rozwija systemy walki elektronicznej oraz eksperymentalne lasery, jak Pereswiet, które mogą stanowić przeciwwagę dla amerykańskiej technologii.

Poland and laser weapons

W Polsce posiadamy zasoby, które mogą umożliwić rozwój technologii laserowych w sektorze obronnym. Wojskowa Akademia Techniczna (WAT) na warszawskim Bemowie ma bogate doświadczenie w tej dziedzinie. To właśnie tam, 20 sierpnia 1963 roku, uruchomiono pierwszy polski laser helowo-neonowy, a 7 listopada tego samego roku – laser rubinowy. W kolejnych latach naukowcy WAT opracowali nowe typy tych urządzeń, w tym laser molekularny dużej mocy na dwutlenku węgla w 1966 roku oraz laser na szkle neodymowym w 1968 roku.

WAT kontynuuje prace nad zaawansowanymi systemami laserowymi. W ramach projektu TALOS-TWO, realizowanego we współpracy z europejskimi partnerami, eksperci z WAT badają efektywność niszczenia potencjalnych celów za pomocą wiązek laserowych. Projekt zakłada opracowanie dwóch efektorów laserowych o mocy ciągłej 35 kW każdy, bazujących na światłowodowych źródłach laserowych oraz technikach sprzęgania wielu wiązek laserowych.

Warto również wspomnieć o prof. Sylwestrze Kaliskim, wybitnym polskim inżynierze i generale, który był specjalistą w dziedzinie fizyki stosowanej. Jego prace nad wzmacnianiem ultradźwięków w kryształach półprzewodnikowych oraz osiągnięciem wysokich temperatur plazmy za pomocą impulsów laserowych stanowią istotny wkład w rozwój technologii laserowych w Polsce.

Biorąc pod uwagę te osiągnięcia oraz fakt, że WAT prowadzi zaawansowane badania nad technologiami kwantowymi, warto zastanowić się nad intensyfikacją prac nad bronią laserową. Polscy inżynierowie dysponują odpowiednią wiedzą i doświadczeniem, jednak kluczowe jest stworzenie dedykowanego zespołu ekspertów i zapewnienie odpowiedniego finansowania, które jest niezbędne w tego typu projektach. Inwestując w rozwój własnych systemów, Polska mogłaby w ciągu kilku lat opracować własną broń laserową, eliminując konieczność jej zakupu za granicą.

Miejmy nadzieję, że w przyszłości Polska również zdecyduje się na integrację nowoczesnych systemów laserowych na budowanych w PGZ Stoczni Wojennej fregatach Miecznik, co pozwoli na zwiększenie potencjału obronnego naszej marynarki wojennej.

Written by Mariusz Dasiewicz