Sekrety kompleksu Peresvet: jak działa rosyjski miecz laserowy?
Od samego początku lasery były uważane za broń, potencjalnie zdolny do zrewolucjonizowania operacji bojowych. Od połowy XX wieku lasery stały się integralną częścią filmów science fiction, broni superżołnierzy i statków międzygwiezdnych.
Jednak, jak to często bywa w praktyce, rozwój laserów dużej mocy napotkał duże trudności techniczne, które doprowadziły do tego, że do tej pory główną niszą laserów wojskowych było ich zastosowanie w systemach rozpoznania, celowania i oznaczania celów. . Niemniej jednak prace nad stworzeniem laserów bojowych w wiodących krajach świata praktycznie nie ustały, programy tworzenia nowych generacji broni laserowej zastępowały się nawzajem.
Wcześniej sprawdziliśmy niektóre etapy rozwoju laserów i tworzenia broni laserowej, a także etapy rozwoju i obecną sytuację tworzenia broń laserowa dla sił powietrznych, broń laserowa dla sił lądowych i obrony przeciwlotniczej, broń laserowa dla marynarki wojennej. W tej chwili intensywność programów tworzenia broni laserowej w różnych krajach jest tak duża, że nie ma już wątpliwości, że wkrótce pojawią się one na polu bitwy. I nie będzie łatwo bronić się przed bronią laserową, jak niektórym się wydaje, przynajmniej na pewno nie da się obejść ze srebrną monetą.
Jeśli przyjrzysz się uważnie rozwojowi broni laserowej w innych krajach, zauważysz, że większość proponowanych nowoczesnych systemów laserowych opiera się na laserach światłowodowych i półprzewodnikowych. Co więcej, w większości te systemy laserowe są przeznaczone do rozwiązywania problemów taktycznych. Ich moc wyjściowa mieści się obecnie w zakresie od 10 kW do 100 kW, ale w przyszłości może zostać zwiększona do 300-500 kW. W Rosji praktycznie nie ma informacji o pracach nad stworzeniem laserów bojowych klasy taktycznej, o powodach, dla których tak się dzieje, omówimy poniżej.
1 marca 2018 r. prezydent Rosji Władimir Putin w swoim przemówieniu do Zgromadzenia Federalnego, wśród szeregu innych przełomowych systemów uzbrojenia, ogłosił kompleks laserów bojowych Peresvet (BLK), którego wielkość i przeznaczenie sugerują jego zastosowanie do rozwiązywania problemów problemy strategiczne.
Kompleks Peresvet otoczony jest zasłoną tajemnicy. W pewnym stopniu wyrażono charakterystykę innych najnowszych broni (Kinzhal, Avangard, Zircon, Poseidon), co częściowo pozwala nam ocenić ich przeznaczenie i skuteczność. Jednocześnie nie podano żadnych konkretnych informacji na temat kompleksu laserowego Peresvet: ani rodzaju zainstalowanego lasera, ani źródła energii dla niego. W związku z tym nie ma informacji o pojemności kompleksu, co z kolei nie pozwala nam zrozumieć jego rzeczywistych możliwości oraz celów i zadań.
Kompleks laserów bojowych „Peresvet”
Promieniowanie laserowe można uzyskać na dziesiątki, a nawet setki sposobów. Jaką więc metodę pozyskiwania promieniowania laserowego wdrożono w najnowszym rosyjskim BLK „Peresvet”? Aby odpowiedzieć na pytanie, rozważymy różne wersje Peresvet BLK i ocenimy stopień prawdopodobieństwa ich wdrożenia.
Poniższe informacje są założeniami autora opartymi na informacjach z otwartych źródeł zamieszczonych w Internecie.
BLK "Peresvet". Wykonanie nr 1. Lasery światłowodowe, półprzewodnikowe i cieczowe
Jak wspomniano powyżej, głównym trendem w tworzeniu broni laserowej jest rozwój systemów opartych na światłowodach. Dlaczego to się dzieje? Ponieważ łatwo jest skalować moc systemów laserowych opartych na laserach światłowodowych. Stosując pakiet modułów o mocy 5-10 kW uzyskujemy promieniowanie o mocy 50-100 kW na wyjściu.
Czy w oparciu o te technologie można wdrożyć BLK „Peresvet”? Jest wysoce prawdopodobne, że tak nie jest. Głównym tego powodem jest to, że w latach pierestrojki wiodący twórca laserów światłowodowych, Stowarzyszenie Naukowo-Techniczne IRE-Polyus, „uciekł” z Rosji, na podstawie którego powstała międzynarodowa korporacja IPG Photonics Corporation, zarejestrowana w Stanach Zjednoczonych i obecnie światowy lider w branży laserów światłowodowych dużej mocy. Działalność międzynarodowa i główne miejsce rejestracji IPG Photonics Corporation implikuje ścisłe przestrzeganie prawa amerykańskiego, co biorąc pod uwagę obecną sytuację polityczną, nie implikuje transferu krytycznych technologii do Rosji, co oczywiście obejmuje wysokie technologie laserowe mocy.
IPG Photonics produkuje lasery światłowodowe YLS o mocy do 100 kW, które można integrować w zespoły o łącznej mocy do 500 kW. Wydajność laserów IPG Photonics sięga 50%
Czy lasery światłowodowe mogą być rozwijane w Rosji przez inne organizacje? Jest to możliwe, ale mało prawdopodobne, lub gdy są to produkty o małej mocy. Lasery światłowodowe są opłacalnym produktem komercyjnym, więc brak na rynku domowych laserów światłowodowych dużej mocy najprawdopodobniej wskazuje na ich rzeczywisty brak.
Podobnie jest z laserami na ciele stałym. Przypuszczalnie trudniej jest wśród nich zaimplementować rozwiązanie wsadowe, niemniej jednak jest to możliwe i za granicą jest to drugie po laserach światłowodowych najczęściej spotykane rozwiązanie. Nie udało się znaleźć informacji o przemysłowych laserach na ciele stałym dużej mocy produkcji rosyjskiej. Prace nad laserami na ciele stałym prowadzone są w Instytut Badań Fizyki Laserowej RFNC-VNIIEF (ILFI), więc teoretycznie w Peresvet BLK można zainstalować laser na ciele stałym, ale w praktyce jest to mało prawdopodobne, ponieważ na początku najprawdopodobniej pojawią się bardziej zwarte próbki broni laserowej lub instalacje eksperymentalne.
Jest jeszcze mniej informacji o laserach cieczowych, chociaż są informacje, że bojowy laser cieczowy jest opracowywany (został opracowany, ale został odrzucony?) W Stanach Zjednoczonych w ramach programu HELLADS (High Energy Liquid Laser Area Defense System, ” System obronny oparty na wysokoenergetycznym laserze cieczowym" ). Przypuszczalnie lasery cieczowe mają tę zaletę, że mogą chłodzić, ale mają niższą wydajność (COP) w porównaniu z laserami na ciele stałym.
W 2017 roku pojawiła się informacja o złożeniu przez Instytut Badawczy Polyus przetargu na integralną część prac badawczych (B+R), których celem jest stworzenie mobilnego kompleksu laserowego do zwalczania małych bezzałogowych statków powietrznych (UAV) w dzień i warunki zmierzchu. Kompleks powinien składać się z systemu śledzenia i budowy torów lotu celu, zapewniających wyznaczenie celu dla laserowego systemu naprowadzania, którego źródłem będzie laser ciekły. Interesujący jest wymóg określony w SIWZ dotyczący stworzenia lasera ciekłego, a jednocześnie wymóg obecności w kompleksie lasera światłowodowego. Albo jest to literówka, albo opracowano (jest opracowywany) nowy rodzaj lasera światłowodowego z ciekłym ośrodkiem aktywnym we włóknie, który łączy zalety lasera cieczowego w zakresie łatwości chłodzenia i lasera światłowodowego w zakresie łączenia pakietów emiterów.
Głównymi zaletami laserów światłowodowych, półprzewodnikowych i ciekłych są ich zwartość, możliwość zwiększenia mocy partii oraz łatwość integracji z różnymi klasami broni. Wszystko to nie przypomina lasera Peresvet BLK, który wyraźnie został opracowany nie jako uniwersalny moduł, ale jako rozwiązanie wykonane „w jednym celu, według jednego planu”. W związku z tym prawdopodobieństwo wdrożenia BLK „Peresvet” w wersji nr 1 w oparciu o lasery światłowodowe, na ciele stałym i cieczowe można ocenić jako niskie.
BLK "Peresvet". Wykonanie nr 2. Lasery gazowo-dynamiczne i chemiczne
Lasery gazowo-dynamiczne i chemiczne można uznać za przestarzałe rozwiązanie. Ich główną wadą jest konieczność stosowania dużej liczby elementów eksploatacyjnych niezbędnych do utrzymania reakcji, która zapewnia wytwarzanie promieniowania laserowego. Niemniej jednak to lasery chemiczne osiągnęły największy rozwój w rozwoju lat 70. - 80. XX wieku.
Najwyraźniej lasery gazodynamiczne, których działanie opiera się na adiabatycznym chłodzeniu rozgrzanych mas gazowych poruszających się z prędkością ponaddźwiękową, jako pierwsze w ZSRR i USA uzyskały ciągłą moc promieniowania powyżej 1 megawata.
W ZSRR od połowy lat 70. XX wieku opracowano lotniczy kompleks laserowy A-60 oparty na samolocie Ił-76MD, prawdopodobnie uzbrojony w laser RD0600 lub jego odpowiednik. 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. Wadą GDT jest długa długość fali 10,6 μm, która zapewnia dużą rozbieżność dyfrakcji wiązki laserowej.
Kompleks A-60 i GDL RD0600 opracowany przez KBHA
Jeszcze wyższe moce promieniowania uzyskano za pomocą laserów chemicznych na fluorku deuterowym i laserów tlenowo-jodowych (jodowych) (COIL). W szczególności w ramach programu inicjatywa obrony strategicznej (SDI) w Stanach Zjednoczonych w ramach programu powstał laser chemiczny na fluorku deuteru o mocy kilku megawatów Narodowa obrona przeciwrakietowa USA (NMD) rozwinięty lotnictwo Kompleks Boeing ABL (AirBorne Laser) z laserem tlenowo-jodowym o mocy około 1 megawata.
VNIIEF stworzył i przetestował najpotężniejszy na świecie impulsowy laser chemiczny oparty na reakcji fluoru z wodorem (deuter), opracował laser z powtarzalnym impulsem o energii impulsu kilku kJ, częstotliwości powtarzania impulsów 1-4 Hz i dywergencji promieniowania blisko granicy dyfrakcji i sprawności około 70% (najwyższa osiągnięta dla laserów).
W latach 1985-2005 lasery zostały opracowane w oparciu o niełańcuchową reakcję fluoru z wodorem (deuter), gdzie jako substancję zawierającą fluor zastosowano sześciofluorek siarki SF6 dysocjujący w wyładowaniu elektrycznym (laser fotodysocjacyjny?). Aby zapewnić długotrwałą i bezpieczną pracę lasera w reżimie powtarzalnych impulsów stworzono instalacje z zamkniętym cyklem zmiany mieszaniny roboczej. Pokazano możliwość uzyskania dywergencji promieniowania bliskiej granicy dyfrakcji, częstości powtarzania impulsów do 1200 Hz oraz średniej mocy promieniowania rzędu kilkuset W w laserze wyładowczym opartym na niełańcuchowej reakcji chemicznej.
Boeinga ABL
Schemat działania WĘŻOWNICY chemicznej i WĘGIELI chemicznej ciągłej o mocy 15 kW produkcji firmy „Laser Systems”
Lasery gazowo-dynamiczne i chemiczne mają znaczną wadę, w większości rozwiązań konieczne jest zapewnienie uzupełniania zapasów „amunicji”, często składającej się z drogich i toksycznych składników. Niezbędne jest również oczyszczenie spalin powstałych w wyniku działania lasera. Ogólnie rzecz biorąc, lasery gazowo-dynamiczne i chemiczne trudno nazwać skutecznym rozwiązaniem, co jest powodem przejścia większości krajów na rozwój laserów światłowodowych, na ciele stałym i ciekłych.
Jeśli mówimy o laserze opartym na niełańcuchowej reakcji fluoru z deuterem dysocjującym w wyładowaniu elektrycznym, z zamkniętym cyklem zmiany mieszaniny roboczej, to w 2005 roku uzyskano moc rzędu 100 kW, jest mało prawdopodobne, że w tym czasie mogły zostać doprowadzone do poziomu megawatów.
W odniesieniu do Peresvet BLK kwestia zainstalowania na nim lasera gazowo-dynamicznego i chemicznego jest dość kontrowersyjna. Z jednej strony w Rosji nastąpił znaczący rozwój tych laserów. W Internecie pojawiły się informacje o rozwoju ulepszonej wersji kompleksu lotniczego A 60 - A 60M z laserem o mocy 1 MW. Mówi również o rozmieszczeniu kompleksu Peresvet na lotniskowcu, który może być drugą stroną tego samego medalu. Oznacza to, że początkowo mogli stworzyć potężniejszy kompleks naziemny oparty na laserze gazowo-dynamicznym lub chemicznym, a teraz, podążając utartą ścieżką, zainstalować go na lotniskowcu.
Stworzenie „Peresvet” zostało przeprowadzone przez specjalistów z centrum jądrowego w Sarowie, w Rosyjskim Federalnym Centrum Jądrowym - Wszechrosyjskim Instytucie Fizyki Doświadczalnej (RFNC-VNIIEF), we wspomnianym już Instytucie Badań Fizyki Laserowej, która m.in. opracowuje lasery gazowo-dynamiczne i tlenowo-jodowe.
Z drugiej strony, cokolwiek by powiedzieć, lasery gazowo-dynamiczne i chemiczne są przestarzałymi rozwiązaniami technicznymi. Ponadto aktywnie krążą informacje o obecności źródła energii jądrowej w Peresvet BLK do zasilania lasera, a w Sarowie są bardziej zaangażowani w tworzenie najnowszych przełomowych technologii, często kojarzonych z energią jądrową.
Na podstawie powyższego można przyjąć, że prawdopodobieństwo wdrożenia Peresvet BLK w wersji nr 2 w oparciu o lasery gazowo-dynamiczne i chemiczne można ocenić jako umiarkowane.
Lasery z pompą jądrową
Od końca lat 1960. w ZSRR rozpoczęto prace nad stworzeniem laserów o dużej mocy z pompą jądrową. Początkowo specjaliści z VNIIEF, IAE im. Kurchatov i Instytut Fizyki Jądrowej Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego. Następnie dołączyli do nich naukowcy z MEPhI, VNIITF, IPPE i innych ośrodków. W 1972 r. VNIIEF przeprowadził wzbudzenie mieszaniny helu i ksenonu przez fragmenty rozszczepienia uranu przy użyciu reaktora impulsowego VIR 2.
W latach 1974-1976. eksperymenty prowadzone są w reaktorze TIBR-1M, w którym moc promieniowania laserowego wynosiła około 1-2 kW. W 1975 roku na bazie reaktora impulsowego VIR-2 opracowano dwukanałową instalację laserową LUNA-2, która działała jeszcze w 2005 roku i jest możliwe, że nadal działa. W 1985 roku w zakładzie LUNA-2M po raz pierwszy na świecie pompowano laser neonowy.
Instalacja LUNA-2M
We wczesnych latach 1980. naukowcy VNIIEF opracowali i wyprodukowali 4-kanałowy moduł laserowy LM-4, aby stworzyć jądrowy element laserowy działający w trybie ciągłym. Układ jest wzbudzany strumieniem neutronów z reaktora BIGR. Czas generowania jest określony przez czas trwania impulsu napromieniowania reaktora. Po raz pierwszy na świecie zademonstrowano w praktyce ciągłą generację w laserach z pompą jądrową oraz pokazano skuteczność metody poprzecznego pompowania gazu. Moc promieniowania lasera wynosiła około 100 W.
Instalacja LM-4
W 2001 roku zmodernizowano instalację LM-4, otrzymując oznaczenie LM-4M/BIGR. Zademonstrowano działanie wieloelementowego laserowego urządzenia jądrowego w trybie ciągłym po 7 latach odstraszania obiektu bez wymiany elementów optycznych i paliwowych. Instalację LM-4 można uznać za prototypowy reaktor laserowy (RL), który posiada wszystkie swoje cechy, z wyjątkiem możliwości samopodtrzymującej się reakcji łańcuchowej jądrowej.
W 2007 roku zamiast modułu LM-4 oddano do użytku ośmiokanałowy moduł laserowy LM-8, który przewidywał sekwencyjne dodawanie czterech i dwóch kanałów laserowych.
Instalacja LM-8
Reaktor laserowy to autonomiczne urządzenie, które łączy w sobie funkcje systemu laserowego i reaktora jądrowego. Strefa aktywna reaktora-lasera to zestaw określonej liczby komórek laserowych umieszczonych w określony sposób w matrycy moderatora neutronowego. Liczba ogniw laserowych może wahać się od setek do kilku tysięcy sztuk. Całkowita ilość uranu wynosi od 5-7 kg do 40-70 kg, wymiary liniowe to 2-5 m.
VNIIEF przeprowadził wstępne oceny głównych parametrów energetycznych, fizyki jądrowej, technicznych i eksploatacyjnych różnych wersji reaktorów laserowych o mocy promieniowania laserowego 100 kW i więcej, pracujących od ułamków sekundy do pracy ciągłej. Rozważaliśmy reaktory laserowe z magazynowaniem ciepła w rdzeniu reaktora podczas rozruchów, których czas trwania jest ograniczony dopuszczalnym nagrzewaniem rdzenia (pojemnościowym RL) i ciągłym RL z odprowadzaniem energii cieplnej na zewnątrz rdzenia
Ciepło-pojemnościowe RL i RL ciągłego działania
Przypuszczalnie reaktor laserowy o mocy promieniowania laserowego rzędu 1 MW powinien zawierać około 3000 komórek laserowych.
W Rosji intensywne prace nad laserami z pompą jądrową prowadzono nie tylko w VNIIEF, ale także w Federalnym Państwowym Przedsiębiorstwie Jednostkowym „Państwowe Centrum Naukowe Federacji Rosyjskiej – A.I. Leipunsky”, o czym świadczy patent RU 2502140 dotyczący stworzenia „instalacji reaktor-laser z bezpośrednim pompowaniem przez fragmenty rozszczepienia”.
Specjaliści z Państwowego Centrum Naukowego Federacji Rosyjskiej IPPE opracowali model energetyczny układu impulsowego reaktora-lasera - optycznego wzmacniacza kwantowego z pompą jądrową (OKUYAN).
Moduł laserowy oparty na reaktorze BARS-5 i kasecie 37 kanałów w module laserowym
OKUYAN na bazie reaktora BARS-6
Wspominając wypowiedź rosyjskiego wiceministra obrony Jurija Borysowa w wywiadzie dla gazety „Krasnaja Zwiezda” w zeszłym roku („Systemy laserowe weszły do służby, co umożliwia rozbrojenie potencjalnego wroga i uderzenie we wszystkie obiekty, które służą jako cel dla wiązki laserowej tego systemu. Nasi naukowcy nuklearni nauczyli się koncentrować energię niezbędną do zniszczenia odpowiedniego wroga broń niemal w mgnieniu oka, w ciągu ułamków sekundy” ), można powiedzieć, że Peresvet BLK jest wyposażony nie w niewielki reaktor jądrowy, który zasila laser w energię elektryczną, ale w reaktor laserowy, w którym energia rozszczepienia jest bezpośrednio przekształcana w promieniowanie laserowe.
Dopiero wspomniana propozycja umieszczenia Peresveta BLK w samolocie budzi wątpliwości. Bez względu na to, w jaki sposób zapewnisz niezawodność samolotu przewoźnika, zawsze istnieje ryzyko wypadku i katastrofy lotniczej, a następnie rozprzestrzenienia się materiałów radioaktywnych. Możliwe jest jednak, że istnieją sposoby na zapobieganie rozprzestrzenianiu się materiałów radioaktywnych podczas upadku nośnika. Tak, i wydaje się, że już mamy latający reaktor w petrelu pocisku samosterującego.
Na podstawie powyższego można przyjąć, że prawdopodobieństwo wdrożenia Peresvet BLK w wersji nr 3 w oparciu o laser z pompą jądrową można ocenić jako wysokie.
Nie wiadomo, czy zainstalowany laser jest impulsowy czy ciągły. W drugim przypadku wątpliwy jest czas ciągłej pracy lasera oraz przerwy jakie muszą być wykonane pomiędzy trybami pracy. Chciałbym mieć nadzieję, że Peresvet BLK ma reaktor laserowy o ciągłej pracy, którego czas pracy jest ograniczony tylko dopływem chłodziwa lub nie jest ograniczony, jeśli chłodzenie jest zapewnione w inny sposób.
W tym przypadku wyjściową moc optyczną BLK "Peresvet" można oszacować w przedziale 1-3 MW z perspektywą zwiększenia do 5-10 MW. Trudno jest trafić w głowicę nuklearną nawet takim laserem, ale samolot, w tym bezzałogowy statek powietrzny, lub pocisk manewrujący jest całkowicie. Możliwe jest również zapewnienie zniszczenia prawie każdego niezabezpieczonego statku kosmicznego na niskich orbitach i możliwe jest, że wrażliwe elementy statku kosmicznego na wyższych orbitach mogą zostać uszkodzone.
Tym samym pierwszym celem dla Peresvet BLK mogą być czułe elementy optyczne amerykańskich satelitów ostrzegających przed atakiem rakietowym, które mogą pełnić rolę elementu obrona przeciwrakietowa w przypadku losowania USA nagły strajk rozbrajający.
odkrycia
Jak powiedzieliśmy na początku artykułu, istnieje dość duża liczba sposobów na uzyskanie promieniowania laserowego. Oprócz omówionych powyżej istnieją inne rodzaje laserów, które mogą być skutecznie wykorzystywane w sprawach wojskowych, na przykład laser na swobodnych elektronach, w którym długość fali można zmieniać w szerokim zakresie, aż do miękkich promieni rentgenowskich potrzebuje dużej ilości energii elektrycznej dostarczanej przez niewielki reaktor jądrowy. Taki laser jest aktywnie rozwijany w interesie marynarki wojennej USA. Jednak zastosowanie lasera na swobodnych elektronach w Peresvet BLK jest mało prawdopodobne, ponieważ obecnie praktycznie nie ma informacji o rozwoju laserów tego typu w Rosji, poza uczestnictwem w Rosji w europejskim programie rentgenowskich laserów na swobodnych elektronach. .
Należy rozumieć, że ocena prawdopodobieństwa zastosowania tego lub innego rozwiązania w Peresvet BC jest podana raczej warunkowo: obecność tylko pośrednich informacji uzyskanych z otwartych źródeł nie pozwala na wyciąganie wniosków o wysokim stopniu wiarygodności.
Możliwe, że wniosek o wysokim prawdopodobieństwie zastosowania lasera z pompą jądrową w Peresvet BLK jest częściowo oparty nie tylko na obiektywnych czynnikach, ale także na ukrytym pragnieniu autora. Jeśli bowiem w Rosji powstanie laser z pompą nuklearną o mocy megawatów lub większej, otwiera to niezwykle interesujące perspektywy tworzenia systemów uzbrojenia, które mogą radykalnie zmienić oblicze pola bitwy. Ale o tym porozmawiamy w innym artykule.
PS Aby wykluczyć pytania i spory dotyczące wpływu atmosfery i pogody na działanie laserów, zdecydowanie zaleca się przestudiowanie książki A. S. Boreisho „Potężne mobilne lasery chemiczne”, przynajmniej rozdział 6 zatytułowany „Propagacja promieniowania laserowego podczas pracy odległości".
informacja