Broń laserowa: technologie, historia, stan, perspektywy. Część 1
laser broń zawsze wywołuje wiele kontrowersji. Niektórzy uważają to za broń przyszłości, podczas gdy inni kategorycznie zaprzeczają prawdopodobieństwu pojawienia się skutecznych modeli takiej broni w najbliższej przyszłości. Ludzie myśleli o broni laserowej jeszcze przed jej faktycznym pojawieniem się, przypomnijmy sobie klasyczną pracę „The Hyperboloid of Engineer Garin” Aleksieja Tołstoja (oczywiście praca nie wskazuje na laser, ale na broń bliską mu w działaniu i konsekwencjach użycia). broń).
Stworzenie prawdziwego lasera w latach 50. - 60. XX wieku ponownie podniosło temat broni laserowej. Od dziesięcioleci jest nieodzownym atrybutem filmów science fiction. Prawdziwe sukcesy były znacznie skromniejsze. Owszem, lasery zajmowały ważną niszę w systemach rozpoznania i oznaczania celów i są szeroko stosowane w przemyśle, ale ich moc wciąż była niewystarczająca do wykorzystania jako środek rażenia, a ich charakterystyka masy i wielkości była nie do zaakceptowania. Jak ewoluowały technologie laserowe, na ile są one obecnie gotowe do użytku wojskowego?
Pierwszy laser operacyjny powstał w 1960 roku. Był to pulsacyjny laser na ciele stałym oparty na sztucznym rubinu. W momencie powstania była to najwyższa technologia. W dzisiejszych czasach taki laser można zamontować w domu, a jego energia impulsu może sięgać 100 J.
Jeszcze prostszy w realizacji jest laser azotowy, jego wykonanie nie wymaga skomplikowanych zakupionych produktów, może nawet pracować na azocie zawartym w atmosferze. Dzięki prostym ramionom można go łatwo zmontować w domu.
Proces samodzielnego montażu i demonstracja działania lasera azotowego
Od czasu powstania pierwszego lasera znaleziono ogromną liczbę sposobów na uzyskanie promieniowania laserowego. Istnieją lasery na ciele stałym, lasery gazowe, lasery barwnikowe, lasery na swobodnych elektronach, lasery światłowodowe, lasery półprzewodnikowe i inne. Lasery różnią się także sposobem wzbudzania. Na przykład w laserach gazowych o różnych konstrukcjach wzbudzenie ośrodka aktywnego może odbywać się za pomocą promieniowania optycznego, wyładowania prądem elektrycznym, reakcji chemicznej, pompowania jądrowego, pompowania termicznego (lasery gazodynamiczne, GDL). Pojawienie się laserów półprzewodnikowych dało początek laserom DPSS (pompowane diodą lasery na ciele stałym).
Różne konstrukcje laserów pozwalają na uzyskanie promieniowania o różnych długościach fal na wyjściu, od miękkiego promieniowania rentgenowskiego po promieniowanie podczerwone. Trwają prace nad laserami emitującymi twarde promieniowanie rentgenowskie oraz laserami gamma. Pozwala to wybrać laser na podstawie rozwiązywanego problemu. W przypadku zastosowań militarnych oznacza to np. możliwość wyboru lasera o promieniowaniu o takiej długości fali, która jest minimalnie pochłaniana przez atmosferę planety.
Od czasu opracowania pierwszego prototypu moc stale rosła, poprawiono charakterystykę wagową i rozmiarową oraz wydajność laserów. Widać to bardzo wyraźnie na przykładzie diod laserowych. W latach 90. ubiegłego wieku w szerokiej sprzedaży pojawiły się wskaźniki laserowe o mocy 2-5 mW, w latach 2005-2010 można było już kupić wskaźnik laserowy o mocy 200-300 mW, teraz w 2019 r. wskaźniki o mocy optycznej 7 Wt W Rosji w otwartej sprzedaży dostępne są moduły diod laserowych na podczerwień z wyjściem światłowodowym o mocy optycznej 350 W.
Tempo wzrostu mocy diod laserowych jest porównywalne z tempem wzrostu mocy obliczeniowej procesorów, zgodnie z prawem Moore'a. Oczywiście diody laserowe nie nadają się do tworzenia laserów bojowych, ale z kolei służą do pompowania wydajnych laserów półprzewodnikowych i światłowodowych. W przypadku diod laserowych sprawność zamiany energii elektrycznej na optyczną może wynosić ponad 50%, teoretycznie można uzyskać sprawność ponad 80%. Wysoka wydajność nie tylko zmniejsza wymagania dotyczące zasilania, ale także upraszcza chłodzenie sprzętu laserowego.
Ważnym elementem lasera jest system ogniskowania wiązki - im mniejszy obszar plamki na celu, tym większa moc właściwa pozwalająca na uszkodzenie. Postęp w tworzeniu złożonych układów optycznych oraz pojawienie się nowych wysokotemperaturowych materiałów optycznych umożliwia tworzenie wysoce wydajnych układów ogniskowania. System ogniskowania i celowania amerykańskiego eksperymentalnego lasera bojowego HEL obejmuje 127 luster, soczewek i filtrów światła.
Kolejnym ważnym elementem, który umożliwia tworzenie broni laserowej, jest opracowanie systemów naprowadzania i utrzymywania wiązki na celu. Aby trafić w cele „natychmiastowym” strzałem, w ułamku sekundy potrzebna jest gigawatowa moc, ale stworzenie dla nich takich laserów i źródeł zasilania na ruchomym podwoziu to kwestia odległej przyszłości. W związku z tym, aby niszczyć cele laserami o mocy setek kilowatów - dziesiątek megawatów, konieczne jest utrzymywanie plamki promieniowania laserowego na celu przez pewien czas (od kilku sekund do kilkudziesięciu sekund). Wymaga to precyzyjnych i szybkich napędów zdolnych do śledzenia celu za pomocą wiązki laserowej, zgodnie z systemem naprowadzania.
Przy strzelaniu na duże odległości system naprowadzania musi kompensować zniekształcenia wprowadzane przez atmosferę, przez co w systemie naprowadzania można zastosować kilka laserów o różnym przeznaczeniu, które zapewniają dokładne naprowadzanie głównego lasera „bojowego” na cel.
Jakie lasery otrzymały priorytetowy rozwój w dziedzinie broni? Ze względu na brak silnych źródeł pompowania optycznego, takimi źródłami stały się przede wszystkim lasery gazowo-dynamiczne i chemiczne.
Pod koniec XX wieku opinię publiczną poruszył amerykański program Strategic Defense Initiative (SDI). W ramach tego programu miała rozmieścić broń laserową na ziemi iw kosmosie w celu niszczenia sowieckich międzykontynentalnych rakiet balistycznych (ICBM). Do umieszczenia na orbicie miał używać laserów z pompą jądrową emitujących w zakresie rentgenowskim lub laserów chemicznych o mocy do 20 megawatów.
Program SDI napotkał liczne trudności techniczne i został zamknięty. Jednocześnie niektóre badania przeprowadzone w ramach programu pozwoliły na uzyskanie laserów o wystarczająco dużej mocy. W 1985 r. laser z fluorkiem deuteru o mocy wyjściowej 2,2 megawata zniszczył pocisk balistyczny na paliwo ciekłe unieruchomiony w odległości 1 kilometra od lasera. W wyniku 12-sekundowego napromieniowania ściany korpusu rakiety straciły wytrzymałość i zostały zniszczone przez ciśnienie wewnętrzne.
W ZSRR opracowywano również lasery bojowe. W latach osiemdziesiątych XX wieku trwały prace nad stworzeniem platformy orbitalnej Skif z laserem gazowo-dynamicznym o mocy 100 kW. Masowa makieta „Skif-DM” (statek kosmiczny „Polak”) została wystrzelona na orbitę Ziemi w 1987 roku, ale z powodu wielu błędów nie weszła na obliczoną orbitę i została zalana do Oceanu Spokojnego wzdłuż trajektoria balistyczna. Upadek ZSRR położył kres temu i podobnym projektom.
Zakrojone na szeroką skalę badania broni laserowej przeprowadzono w ZSRR w ramach programu Terra. Program strefowego systemu obrony przeciwrakietowej i kosmicznej z elementem miotającym wiązkę opartym na broni laserowej dużej mocy Terra realizowano w latach 1965-1992. Według otwartych danych lasery gazodynamiczne, lasery na ciele stałym, wybuchowa fotodysocjacja jodu i inne rodzaje laserów.
Również w ZSRR od połowy lat 70. XX wieku opracowano lotniczy kompleks laserowy A-60 oparty na samolocie Ił-76MD. Początkowo kompleks był przeznaczony do zwalczania automatycznych balonów dryfujących. Jako broń miał zostać zainstalowany ciągły laser CO z dynamicznym gazem o mocy megawatowej, opracowany przez Biuro Projektowe Chimawtomatika (KBKhA).
W ramach badań powstała rodzina próbek stołowych GDT o mocy promieniowania od 10 do 600 kW. Można przypuszczać, że w czasie testów kompleksu A-60 zainstalowano na nim laser o mocy 100 kW.
Wykonano kilkadziesiąt lotów z testowaniem instalacji laserowej na balonie stratosferycznym znajdującym się na wysokości 30-40 km oraz na celu Ła-17. Niektóre źródła wskazują, że kompleks z samolotem A-60 powstał jako element lotniczej laserowej obrony przeciwrakietowej w ramach programu Terra-3.
W lutym 2010 roku media poinformowały o wznowieniu prac nad lotniczą bronią laserową na platformie Ił-76MD-90A z silnikami PS-90A-76. Koncern VKO "Almaz-Antey", TANTK im. G.M. Beriev i przedsiębiorstwo Chimpromavtomatika w Woroneżu otrzymali zadanie stworzenia kompleksu lotniczego z „laserem zdolnym do przepalania kadłubów samolotów, satelitów i pocisków balistycznych”. Przebudowany w tym celu samolot Ił-76MD-90A wykonał swój pierwszy lot w październiku 2014 r. i przyleciał do Taganrogu 24 listopada 2014 r. w celu zainstalowania kompleksu laserowego. Finalizacja maszyny i jej testy naziemne trwały dwa lata, a 4 października 2016 roku media poinformowały o rozpoczęciu prób w locie następcy A-60. Jak wynika ze słów wiceministra obrony Federacji Rosyjskiej Jurija Borysowa, „kontynuowane są eksperymenty lotnicze, których wyniki potwierdzają słuszność podjętych decyzji”.
Jakie typy laserów są obecnie najbardziej obiecujące dla zastosowań wojskowych? Przy wszystkich zaletach laserów gazowo-dynamicznych i chemicznych mają one istotne wady: konieczność stosowania elementów eksploatacyjnych, bezwładność przy rozruchu (według niektórych źródeł nawet do jednej minuty), znaczne wydzielanie ciepła, duże wymiary i wydajność zużyte składniki ośrodka aktywnego. Takie lasery można umieszczać tylko na dużych nośnikach.
W chwili obecnej największe perspektywy mają lasery półprzewodnikowe i światłowodowe, do których działania wystarczy zapewnić im energię elektryczną o odpowiedniej mocy. Marynarka wojenna USA aktywnie rozwija technologię lasera na swobodnych elektronach. Ważną zaletą laserów światłowodowych jest ich skalowalność; możliwość łączenia kilku modułów w celu uzyskania większej mocy. Ważna jest też skalowalność odwrotna, jeśli powstanie laser na ciele stałym o mocy 300 kW, to z pewnością na jego podstawie można stworzyć mniejszy laser o mocy np. 30 kW.
Jak wygląda sytuacja z laserami światłowodowymi i na ciele stałym w Rosji? Nauka ZSRR w zakresie rozwoju i tworzenia laserów była najbardziej zaawansowana na świecie. Niestety upadek ZSRR wszystko zmienił. Jedna z największych na świecie firm zajmujących się rozwojem i produkcją laserów światłowodowych, IPG Photonics, została założona przez rodowitego Rosjanina, WP Gaponcewa, na bazie rosyjskiej firmy NTO IRE-Polyus. Spółka macierzysta IPG Photonics jest obecnie zarejestrowana w USA. Pomimo tego, że jeden z największych zakładów produkcyjnych IPG Photonics znajduje się w Rosji (Fryazino, obwód moskiewski), firma działa w ramach prawa amerykańskiego, a jej lasery nie mogą być wykorzystywane w siłach zbrojnych Federacji Rosyjskiej, w tym w firma musi przestrzegać sankcji nałożonych na Rosję.
Jednak możliwości laserów światłowodowych produkowanych przez IPG Photonics są niezwykle wysokie. Lasery światłowodowe dużej mocy o fali ciągłej firmy IPG mają zakres mocy od 1 kW do 500 kW, a także szeroki zakres długości fal, sprawność przetwarzania energii elektrycznej w energię optyczną sięga 50%. Parametry dywergencji laserów światłowodowych IPG są znacznie lepsze od innych laserów dużej mocy.
Czy w Rosji są inni projektanci i producenci nowoczesnych laserów światłowodowych i półprzewodnikowych dużej mocy? Sądząc po próbkach handlowych, nie.
Krajowy producent w segmencie przemysłowym oferuje lasery gazowe o maksymalnej mocy kilkudziesięciu kW. Przykładowo w 2001 roku firma Laser Systems zaprezentowała laser tlenowo-jodowy o mocy 10 kW i sprawności chemicznej przekraczającej 32%, który jest najbardziej obiecującym kompaktowym autonomicznym źródłem tego typu promieniowania laserowego dużej mocy. Teoretycznie lasery tlenowo-jodowe mogą osiągnąć moc do jednego megawata.
Jednocześnie nie można całkowicie wykluczyć, że rosyjskim naukowcom udało się dokonać przełomu w jakimś innym kierunku w tworzeniu laserów dużej mocy, opierając się na głębokim zrozumieniu fizyki procesów laserowych.
W 2018 roku prezydent Rosji Władimir Putin ogłosił kompleks laserowy Peresvet, przeznaczony do rozwiązywania zadań obrony przeciwrakietowej i niszczenia wrogich pojazdów orbitalnych. Dane dotyczące kompleksu Peresvet są klasyfikowane, w tym rodzaj użytego lasera (laserów) i moc optyczna.
Można przypuszczać, że najbardziej prawdopodobnym kandydatem do instalacji w tym kompleksie jest laser gazodynamiczny, potomek lasera opracowywanego dla programu A-60. W tym przypadku moc optyczna kompleksu laserowego „Peresvet” może wynosić 200-400 kilowatów, w optymistycznym scenariuszu do 1 megawata. Za kolejnego kandydata można uznać wspomniany wcześniej laser tlenowo-jodowy.
Na tej podstawie od strony kabiny głównej maszyny kompleksu Peresvet prawdopodobnie znajdują się kolejno - generator prądu na olej napędowy lub benzynę, sprężarka, schowek na składniki chemiczne, laser z układem chłodzenia , oraz system naprowadzania wiązki laserowej. Nigdzie nie ma radaru do wykrywania celów ani OLS, co sugeruje zewnętrzne oznaczenie celu.
W każdym razie założenia te mogą okazać się fałszywe, zarówno ze względu na możliwość stworzenia całkowicie nowych laserów przez krajowych deweloperów, jak i z powodu braku wiarygodnych informacji na temat mocy optycznej kompleksu Peresvet. W szczególności przez prasę przemykały informacje o obecności małego reaktora jądrowego jako części kompleksu Peresvet jako źródła energii. Jeśli to prawda, to konfiguracja kompleksu i możliwe cechy mogą być zupełnie inne.
Jaka moc jest potrzebna, aby laser mógł być skutecznie wykorzystywany do celów wojskowych jako środek rażenia? Zależy to w dużej mierze od oczekiwanego zasięgu użycia i charakteru trafionych celów, a także sposobu ich trafienia.
W ramach pokładowego kompleksu samoobrony „Witebsk” działa czynna stacja zakłócania L-370-3S. Przeciwdziała nadlatującym pociskom wroga za pomocą termicznej głowicy naprowadzającej, oślepiając je podczerwonym promieniowaniem laserowym. Biorąc pod uwagę gabaryty aktywnej stacji interferencyjnej L-370-3S, moc emitera laserowego to maksymalnie kilkadziesiąt watów. Nie wystarczy to do zniszczenia termicznej głowicy naprowadzającej pocisku, ale wystarczy na chwilową ślepotę.
Podczas testów kompleksu A-60 z laserem o mocy 100 kW trafiono cele L-17, stanowiące odpowiednik samolotu odrzutowego. Zasięg zniszczeń nie jest znany, można przypuszczać, że wynosił około 5-10 km.
Przykładowe testy zagranicznych systemów laserowych:
Pociski do celów balistycznych zostały zniszczone podczas testów amerykańskiego kompleksu laserów lotniczych Boeing YAL-1. Jeden pocisk docelowy z silnikiem rakietowym na paliwo ciekłe, drugi na paliwo stałe, zasięg strzelania w testach wynosił około 100 km.
Na poligonie w Schrobenhausen Rheinmetall przetestował system laserowy o mocy 20 kW, który niszczy bezzałogowy statek powietrzny (UAV) z odległości 500 metrów w 3,39 sekundy.
Opancerzony wóz bojowy Stryker US Army, wyposażony w mobilny laser wysokoenergetyczny (Mobile High-Energy Laser, MEHEL) o mocy 5 kW, uderzył w mały UAV na poligonie Grafenwehr w Niemczech (Bawaria)
W trakcie ponad 100 testów izraelski system laserowy przeciwrakietowy Keren Barzel w kwietniu 2014 roku, system trafił 90% celów (min, pocisków, UAV) wykazał sprawność (Proof Of Concept), przeprowadzono ponad 100 testów . Moc użytego lasera to kilkadziesiąt kilowatów.
Firma Boeing wraz z armią amerykańską przetestowała zaawansowany laser bojowy HEL MD. Pomimo złej pogody – silnego wiatru, deszczu i mgły – 10-kilowatowa instalacja z powodzeniem trafiła w kilka celów powietrznych w bazie sił powietrznych Eglin na Florydzie.
Poprzedni test kompleksu przeprowadzono w 2013 roku na poligonie White Sands w Nowym Meksyku. Następnie laser trafił ponad 90 pocisków moździerzowych i kilka UAV. W sumie w ciągu dwóch testów HEL MD trafił 150 celów powietrznych, w tym pociski moździerzowe kal. 60 mm i UAV. Firma planuje zwiększyć moc kompleksu do 50-60 kW oraz usprawnić system zasilania instalacji laserowej.
[
Na podstawie powyższego możemy założyć:
- do zniszczenia małych UAV w odległości 1-5 kilometrów potrzebny jest laser o mocy 2-5 kW;
- do niszczenia min niekierowanych, pocisków i amunicji precyzyjnej na odległość 5-10 km potrzebny jest laser o mocy 20-100 kW;
- do trafienia w cele takie jak samolot czy rakieta na odległość 100-500 km wymagany jest laser o mocy 1-10 MW.
Lasery o wskazanych zdolnościach albo już istnieją, albo powstaną w dającej się przewidzieć przyszłości. Jakie rodzaje broni laserowej w najbliższej przyszłości mogą być używane przez siły powietrzne, siły lądowe i? flota, rozważymy w dalszej części tego artykułu.
Stworzenie prawdziwego lasera w latach 50. - 60. XX wieku ponownie podniosło temat broni laserowej. Od dziesięcioleci jest nieodzownym atrybutem filmów science fiction. Prawdziwe sukcesy były znacznie skromniejsze. Owszem, lasery zajmowały ważną niszę w systemach rozpoznania i oznaczania celów i są szeroko stosowane w przemyśle, ale ich moc wciąż była niewystarczająca do wykorzystania jako środek rażenia, a ich charakterystyka masy i wielkości była nie do zaakceptowania. Jak ewoluowały technologie laserowe, na ile są one obecnie gotowe do użytku wojskowego?
Pierwszy laser operacyjny powstał w 1960 roku. Był to pulsacyjny laser na ciele stałym oparty na sztucznym rubinu. W momencie powstania była to najwyższa technologia. W dzisiejszych czasach taki laser można zamontować w domu, a jego energia impulsu może sięgać 100 J.
Schemat pierwszego lasera na sztucznym rubinu
Domowy laser na sztucznym rubinu o energii impulsu 5 J i moneta przestrzelona siedmioma impulsami tego lasera, laser został zbudowany przez @Laserbuilder, planują stworzyć podobny laser o energii impulsu do 100 J
Jeszcze prostszy w realizacji jest laser azotowy, jego wykonanie nie wymaga skomplikowanych zakupionych produktów, może nawet pracować na azocie zawartym w atmosferze. Dzięki prostym ramionom można go łatwo zmontować w domu.
Domowy laser azotowy firmy Jarrod Kinsey
Proces samodzielnego montażu i demonstracja działania lasera azotowego
Od czasu powstania pierwszego lasera znaleziono ogromną liczbę sposobów na uzyskanie promieniowania laserowego. Istnieją lasery na ciele stałym, lasery gazowe, lasery barwnikowe, lasery na swobodnych elektronach, lasery światłowodowe, lasery półprzewodnikowe i inne. Lasery różnią się także sposobem wzbudzania. Na przykład w laserach gazowych o różnych konstrukcjach wzbudzenie ośrodka aktywnego może odbywać się za pomocą promieniowania optycznego, wyładowania prądem elektrycznym, reakcji chemicznej, pompowania jądrowego, pompowania termicznego (lasery gazodynamiczne, GDL). Pojawienie się laserów półprzewodnikowych dało początek laserom DPSS (pompowane diodą lasery na ciele stałym).
Różne konstrukcje laserów pozwalają na uzyskanie promieniowania o różnych długościach fal na wyjściu, od miękkiego promieniowania rentgenowskiego po promieniowanie podczerwone. Trwają prace nad laserami emitującymi twarde promieniowanie rentgenowskie oraz laserami gamma. Pozwala to wybrać laser na podstawie rozwiązywanego problemu. W przypadku zastosowań militarnych oznacza to np. możliwość wyboru lasera o promieniowaniu o takiej długości fali, która jest minimalnie pochłaniana przez atmosferę planety.
Od czasu opracowania pierwszego prototypu moc stale rosła, poprawiono charakterystykę wagową i rozmiarową oraz wydajność laserów. Widać to bardzo wyraźnie na przykładzie diod laserowych. W latach 90. ubiegłego wieku w szerokiej sprzedaży pojawiły się wskaźniki laserowe o mocy 2-5 mW, w latach 2005-2010 można było już kupić wskaźnik laserowy o mocy 200-300 mW, teraz w 2019 r. wskaźniki o mocy optycznej 7 Wt W Rosji w otwartej sprzedaży dostępne są moduły diod laserowych na podczerwień z wyjściem światłowodowym o mocy optycznej 350 W.
Wskaźnik laserowy o mocy optycznej 7 W, długość fali 445 nm
Tempo wzrostu mocy diod laserowych jest porównywalne z tempem wzrostu mocy obliczeniowej procesorów, zgodnie z prawem Moore'a. Oczywiście diody laserowe nie nadają się do tworzenia laserów bojowych, ale z kolei służą do pompowania wydajnych laserów półprzewodnikowych i światłowodowych. W przypadku diod laserowych sprawność zamiany energii elektrycznej na optyczną może wynosić ponad 50%, teoretycznie można uzyskać sprawność ponad 80%. Wysoka wydajność nie tylko zmniejsza wymagania dotyczące zasilania, ale także upraszcza chłodzenie sprzętu laserowego.
Ważnym elementem lasera jest system ogniskowania wiązki - im mniejszy obszar plamki na celu, tym większa moc właściwa pozwalająca na uszkodzenie. Postęp w tworzeniu złożonych układów optycznych oraz pojawienie się nowych wysokotemperaturowych materiałów optycznych umożliwia tworzenie wysoce wydajnych układów ogniskowania. System ogniskowania i celowania amerykańskiego eksperymentalnego lasera bojowego HEL obejmuje 127 luster, soczewek i filtrów światła.
Kolejnym ważnym elementem, który umożliwia tworzenie broni laserowej, jest opracowanie systemów naprowadzania i utrzymywania wiązki na celu. Aby trafić w cele „natychmiastowym” strzałem, w ułamku sekundy potrzebna jest gigawatowa moc, ale stworzenie dla nich takich laserów i źródeł zasilania na ruchomym podwoziu to kwestia odległej przyszłości. W związku z tym, aby niszczyć cele laserami o mocy setek kilowatów - dziesiątek megawatów, konieczne jest utrzymywanie plamki promieniowania laserowego na celu przez pewien czas (od kilku sekund do kilkudziesięciu sekund). Wymaga to precyzyjnych i szybkich napędów zdolnych do śledzenia celu za pomocą wiązki laserowej, zgodnie z systemem naprowadzania.
Przy strzelaniu na duże odległości system naprowadzania musi kompensować zniekształcenia wprowadzane przez atmosferę, przez co w systemie naprowadzania można zastosować kilka laserów o różnym przeznaczeniu, które zapewniają dokładne naprowadzanie głównego lasera „bojowego” na cel.
Jakie lasery otrzymały priorytetowy rozwój w dziedzinie broni? Ze względu na brak silnych źródeł pompowania optycznego, takimi źródłami stały się przede wszystkim lasery gazowo-dynamiczne i chemiczne.
Pod koniec XX wieku opinię publiczną poruszył amerykański program Strategic Defense Initiative (SDI). W ramach tego programu miała rozmieścić broń laserową na ziemi iw kosmosie w celu niszczenia sowieckich międzykontynentalnych rakiet balistycznych (ICBM). Do umieszczenia na orbicie miał używać laserów z pompą jądrową emitujących w zakresie rentgenowskim lub laserów chemicznych o mocy do 20 megawatów.
Program SDI napotkał liczne trudności techniczne i został zamknięty. Jednocześnie niektóre badania przeprowadzone w ramach programu pozwoliły na uzyskanie laserów o wystarczająco dużej mocy. W 1985 r. laser z fluorkiem deuteru o mocy wyjściowej 2,2 megawata zniszczył pocisk balistyczny na paliwo ciekłe unieruchomiony w odległości 1 kilometra od lasera. W wyniku 12-sekundowego napromieniowania ściany korpusu rakiety straciły wytrzymałość i zostały zniszczone przez ciśnienie wewnętrzne.
W ZSRR opracowywano również lasery bojowe. W latach osiemdziesiątych XX wieku trwały prace nad stworzeniem platformy orbitalnej Skif z laserem gazowo-dynamicznym o mocy 100 kW. Masowa makieta „Skif-DM” (statek kosmiczny „Polak”) została wystrzelona na orbitę Ziemi w 1987 roku, ale z powodu wielu błędów nie weszła na obliczoną orbitę i została zalana do Oceanu Spokojnego wzdłuż trajektoria balistyczna. Upadek ZSRR położył kres temu i podobnym projektom.
Statek kosmiczny „Pole” („Skif-DM”) na superciężkim pojeździe nośnym „Energia”
Zakrojone na szeroką skalę badania broni laserowej przeprowadzono w ZSRR w ramach programu Terra. Program strefowego systemu obrony przeciwrakietowej i kosmicznej z elementem miotającym wiązkę opartym na broni laserowej dużej mocy Terra realizowano w latach 1965-1992. Według otwartych danych lasery gazodynamiczne, lasery na ciele stałym, wybuchowa fotodysocjacja jodu i inne rodzaje laserów.
Lasery AZH-4T i AZH-5T z kompleksu „Terra-3”
Również w ZSRR od połowy lat 70. XX wieku opracowano lotniczy kompleks laserowy A-60 oparty na samolocie Ił-76MD. Początkowo kompleks był przeznaczony do zwalczania automatycznych balonów dryfujących. Jako broń miał zostać zainstalowany ciągły laser CO z dynamicznym gazem o mocy megawatowej, opracowany przez Biuro Projektowe Chimawtomatika (KBKhA).
W ramach badań powstała rodzina próbek stołowych GDT o mocy promieniowania od 10 do 600 kW. Można przypuszczać, że w czasie testów kompleksu A-60 zainstalowano na nim laser o mocy 100 kW.
Wykonano kilkadziesiąt lotów z testowaniem instalacji laserowej na balonie stratosferycznym znajdującym się na wysokości 30-40 km oraz na celu Ła-17. Niektóre źródła wskazują, że kompleks z samolotem A-60 powstał jako element lotniczej laserowej obrony przeciwrakietowej w ramach programu Terra-3.
Powietrzny kompleks laserowy A-60
W lutym 2010 roku media poinformowały o wznowieniu prac nad lotniczą bronią laserową na platformie Ił-76MD-90A z silnikami PS-90A-76. Koncern VKO "Almaz-Antey", TANTK im. G.M. Beriev i przedsiębiorstwo Chimpromavtomatika w Woroneżu otrzymali zadanie stworzenia kompleksu lotniczego z „laserem zdolnym do przepalania kadłubów samolotów, satelitów i pocisków balistycznych”. Przebudowany w tym celu samolot Ił-76MD-90A wykonał swój pierwszy lot w październiku 2014 r. i przyleciał do Taganrogu 24 listopada 2014 r. w celu zainstalowania kompleksu laserowego. Finalizacja maszyny i jej testy naziemne trwały dwa lata, a 4 października 2016 roku media poinformowały o rozpoczęciu prób w locie następcy A-60. Jak wynika ze słów wiceministra obrony Federacji Rosyjskiej Jurija Borysowa, „kontynuowane są eksperymenty lotnicze, których wyniki potwierdzają słuszność podjętych decyzji”.
Jakie typy laserów są obecnie najbardziej obiecujące dla zastosowań wojskowych? Przy wszystkich zaletach laserów gazowo-dynamicznych i chemicznych mają one istotne wady: konieczność stosowania elementów eksploatacyjnych, bezwładność przy rozruchu (według niektórych źródeł nawet do jednej minuty), znaczne wydzielanie ciepła, duże wymiary i wydajność zużyte składniki ośrodka aktywnego. Takie lasery można umieszczać tylko na dużych nośnikach.
W chwili obecnej największe perspektywy mają lasery półprzewodnikowe i światłowodowe, do których działania wystarczy zapewnić im energię elektryczną o odpowiedniej mocy. Marynarka wojenna USA aktywnie rozwija technologię lasera na swobodnych elektronach. Ważną zaletą laserów światłowodowych jest ich skalowalność; możliwość łączenia kilku modułów w celu uzyskania większej mocy. Ważna jest też skalowalność odwrotna, jeśli powstanie laser na ciele stałym o mocy 300 kW, to z pewnością na jego podstawie można stworzyć mniejszy laser o mocy np. 30 kW.
Jak wygląda sytuacja z laserami światłowodowymi i na ciele stałym w Rosji? Nauka ZSRR w zakresie rozwoju i tworzenia laserów była najbardziej zaawansowana na świecie. Niestety upadek ZSRR wszystko zmienił. Jedna z największych na świecie firm zajmujących się rozwojem i produkcją laserów światłowodowych, IPG Photonics, została założona przez rodowitego Rosjanina, WP Gaponcewa, na bazie rosyjskiej firmy NTO IRE-Polyus. Spółka macierzysta IPG Photonics jest obecnie zarejestrowana w USA. Pomimo tego, że jeden z największych zakładów produkcyjnych IPG Photonics znajduje się w Rosji (Fryazino, obwód moskiewski), firma działa w ramach prawa amerykańskiego, a jej lasery nie mogą być wykorzystywane w siłach zbrojnych Federacji Rosyjskiej, w tym w firma musi przestrzegać sankcji nałożonych na Rosję.
Jednak możliwości laserów światłowodowych produkowanych przez IPG Photonics są niezwykle wysokie. Lasery światłowodowe dużej mocy o fali ciągłej firmy IPG mają zakres mocy od 1 kW do 500 kW, a także szeroki zakres długości fal, sprawność przetwarzania energii elektrycznej w energię optyczną sięga 50%. Parametry dywergencji laserów światłowodowych IPG są znacznie lepsze od innych laserów dużej mocy.
Laser światłowodowy 100 kW YLS wyprodukowany przez IPG Photonics, poziomy mocy do 500 kW dostępne na życzenie
Czy w Rosji są inni projektanci i producenci nowoczesnych laserów światłowodowych i półprzewodnikowych dużej mocy? Sądząc po próbkach handlowych, nie.
Krajowy producent w segmencie przemysłowym oferuje lasery gazowe o maksymalnej mocy kilkudziesięciu kW. Przykładowo w 2001 roku firma Laser Systems zaprezentowała laser tlenowo-jodowy o mocy 10 kW i sprawności chemicznej przekraczającej 32%, który jest najbardziej obiecującym kompaktowym autonomicznym źródłem tego typu promieniowania laserowego dużej mocy. Teoretycznie lasery tlenowo-jodowe mogą osiągnąć moc do jednego megawata.
Jednocześnie nie można całkowicie wykluczyć, że rosyjskim naukowcom udało się dokonać przełomu w jakimś innym kierunku w tworzeniu laserów dużej mocy, opierając się na głębokim zrozumieniu fizyki procesów laserowych.
W 2018 roku prezydent Rosji Władimir Putin ogłosił kompleks laserowy Peresvet, przeznaczony do rozwiązywania zadań obrony przeciwrakietowej i niszczenia wrogich pojazdów orbitalnych. Dane dotyczące kompleksu Peresvet są klasyfikowane, w tym rodzaj użytego lasera (laserów) i moc optyczna.
Można przypuszczać, że najbardziej prawdopodobnym kandydatem do instalacji w tym kompleksie jest laser gazodynamiczny, potomek lasera opracowywanego dla programu A-60. W tym przypadku moc optyczna kompleksu laserowego „Peresvet” może wynosić 200-400 kilowatów, w optymistycznym scenariuszu do 1 megawata. Za kolejnego kandydata można uznać wspomniany wcześniej laser tlenowo-jodowy.
Na tej podstawie od strony kabiny głównej maszyny kompleksu Peresvet prawdopodobnie znajdują się kolejno - generator prądu na olej napędowy lub benzynę, sprężarka, schowek na składniki chemiczne, laser z układem chłodzenia , oraz system naprowadzania wiązki laserowej. Nigdzie nie ma radaru do wykrywania celów ani OLS, co sugeruje zewnętrzne oznaczenie celu.
Kompleks laserowy „Peresvet”
W każdym razie założenia te mogą okazać się fałszywe, zarówno ze względu na możliwość stworzenia całkowicie nowych laserów przez krajowych deweloperów, jak i z powodu braku wiarygodnych informacji na temat mocy optycznej kompleksu Peresvet. W szczególności przez prasę przemykały informacje o obecności małego reaktora jądrowego jako części kompleksu Peresvet jako źródła energii. Jeśli to prawda, to konfiguracja kompleksu i możliwe cechy mogą być zupełnie inne.
Jaka moc jest potrzebna, aby laser mógł być skutecznie wykorzystywany do celów wojskowych jako środek rażenia? Zależy to w dużej mierze od oczekiwanego zasięgu użycia i charakteru trafionych celów, a także sposobu ich trafienia.
W ramach pokładowego kompleksu samoobrony „Witebsk” działa czynna stacja zakłócania L-370-3S. Przeciwdziała nadlatującym pociskom wroga za pomocą termicznej głowicy naprowadzającej, oślepiając je podczerwonym promieniowaniem laserowym. Biorąc pod uwagę gabaryty aktywnej stacji interferencyjnej L-370-3S, moc emitera laserowego to maksymalnie kilkadziesiąt watów. Nie wystarczy to do zniszczenia termicznej głowicy naprowadzającej pocisku, ale wystarczy na chwilową ślepotę.
Aktywna stacja zagłuszająca L-370-3S
Podczas testów kompleksu A-60 z laserem o mocy 100 kW trafiono cele L-17, stanowiące odpowiednik samolotu odrzutowego. Zasięg zniszczeń nie jest znany, można przypuszczać, że wynosił około 5-10 km.
Przykładowe testy zagranicznych systemów laserowych:
Pociski do celów balistycznych zostały zniszczone podczas testów amerykańskiego kompleksu laserów lotniczych Boeing YAL-1. Jeden pocisk docelowy z silnikiem rakietowym na paliwo ciekłe, drugi na paliwo stałe, zasięg strzelania w testach wynosił około 100 km.
Na poligonie w Schrobenhausen Rheinmetall przetestował system laserowy o mocy 20 kW, który niszczy bezzałogowy statek powietrzny (UAV) z odległości 500 metrów w 3,39 sekundy.
Opancerzony wóz bojowy Stryker US Army, wyposażony w mobilny laser wysokoenergetyczny (Mobile High-Energy Laser, MEHEL) o mocy 5 kW, uderzył w mały UAV na poligonie Grafenwehr w Niemczech (Bawaria)
W trakcie ponad 100 testów izraelski system laserowy przeciwrakietowy Keren Barzel w kwietniu 2014 roku, system trafił 90% celów (min, pocisków, UAV) wykazał sprawność (Proof Of Concept), przeprowadzono ponad 100 testów . Moc użytego lasera to kilkadziesiąt kilowatów.
Firma Boeing wraz z armią amerykańską przetestowała zaawansowany laser bojowy HEL MD. Pomimo złej pogody – silnego wiatru, deszczu i mgły – 10-kilowatowa instalacja z powodzeniem trafiła w kilka celów powietrznych w bazie sił powietrznych Eglin na Florydzie.
Poprzedni test kompleksu przeprowadzono w 2013 roku na poligonie White Sands w Nowym Meksyku. Następnie laser trafił ponad 90 pocisków moździerzowych i kilka UAV. W sumie w ciągu dwóch testów HEL MD trafił 150 celów powietrznych, w tym pociski moździerzowe kal. 60 mm i UAV. Firma planuje zwiększyć moc kompleksu do 50-60 kW oraz usprawnić system zasilania instalacji laserowej.
Laser bojowy HEL MD
[
Testy lasera bojowego HEL MD
Na podstawie powyższego możemy założyć:
- do zniszczenia małych UAV w odległości 1-5 kilometrów potrzebny jest laser o mocy 2-5 kW;
- do niszczenia min niekierowanych, pocisków i amunicji precyzyjnej na odległość 5-10 km potrzebny jest laser o mocy 20-100 kW;
- do trafienia w cele takie jak samolot czy rakieta na odległość 100-500 km wymagany jest laser o mocy 1-10 MW.
Lasery o wskazanych zdolnościach albo już istnieją, albo powstaną w dającej się przewidzieć przyszłości. Jakie rodzaje broni laserowej w najbliższej przyszłości mogą być używane przez siły powietrzne, siły lądowe i? flota, rozważymy w dalszej części tego artykułu.
informacja