Broń laserowa zawsze budzi kontrowersje. Niektórzy uważają to za broń przyszłości, podczas gdy inni kategorycznie zaprzeczają prawdopodobieństwu pojawienia się skutecznych próbek 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 dokładnie lasera, ale broń bliską mu w działaniu i konsekwencjach). korzystania z niego).
Stworzenie prawdziwego lasera w latach 50. - 60. XX wieku ponownie podniosło temat broni laserowej. Przez dziesięciolecia stał się nieodzowną cechą filmów science fiction. Prawdziwe sukcesy były znacznie skromniejsze. Owszem, lasery zajmowały ważną niszę w systemach rozpoznania i oznaczania celów, są szeroko stosowane w przemyśle, ale do wykorzystania jako środek rażenia ich moc była wciąż niewystarczająca, a ich charakterystyka masy i wielkości była nie do przyjęcia. Jak ewoluowały technologie laserowe, w jakim stopniu są one obecnie gotowe do zastosowań wojskowych?
Pierwszy laser operacyjny powstał w 1960 roku. Był to pulsacyjny laser na ciele stałym oparty na sztucznym rubinu. W momencie powstania były to najnowocześniejsze technologie. W dzisiejszych czasach taki laser można zamontować w domu, a jego energia impulsu może sięgać 100 J.
Laser azotowy jest jeszcze prostszy do wdrożenia, do jego wdrożenia nie są wymagane złożone produkty komercyjne, może nawet działać na azocie zawartym w atmosferze. Dzięki prostym ramionom można go łatwo zmontować w domu.
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. Ponadto lasery różnią się sposobem wzbudzania. Na przykład w laserach gazowych o różnych konstrukcjach ośrodek czynny może być wzbudzany promieniowaniem optycznym, wyładowaniem elektrycznym, reakcją chemiczną, pompowaniem jądrowym, pompowaniem termicznym (lasery gazodynamiczne, GDL). Pojawienie się laserów półprzewodnikowych dało początek laserom typu DPSS (laser półprzewodnikowy pompowany diodą).
Różne konstrukcje laserów zapewniają wyjście promieniowania o różnych długościach fal, od miękkich promieni rentgenowskich po promieniowanie podczerwone. Trwają prace nad laserami rentgenowskimi i 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 rośnie, poprawia się charakterystyka masy i rozmiaru oraz sprawność (sprawność) 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 w sprzedaży wskaźniki laserowe o mocy optycznej 7. WtW Rosji dostępne są moduły podczerwonych diod laserowych 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 przetwarzania energii elektrycznej na optyczną może wynosić ponad 50%, teoretycznie można uzyskać sprawność ponad 80%. Wysoka wydajność nie tylko obniża wymagania dotyczące zasilania, ale także upraszcza chłodzenie sprzętu laserowego.
Ważnym elementem lasera jest system ogniskowania wiązki - im mniejszy obszar plamki na celu, tym większa gęstość mocy, która pozwala na uszkodzenie. Postęp w rozwoju złożonych układów optycznych i pojawienie się nowych materiałów optycznych w wysokich temperaturach 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 dającym możliwość tworzenia broni laserowej jest opracowanie systemów naprowadzania i utrzymywania wiązki na celu. Aby trafić w cele „natychmiastowym” strzałem, w ułamku sekundy potrzebne są gigawatowe moce, ale stworzenie dla nich takich laserów i zasilaczy 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 bardzo 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, zapewniając dokładne naprowadzanie głównego lasera „bojowego” na cel.
Jakie lasery otrzymały priorytetowy rozwój w dziedzinie broni? Ze względu na brak źródeł pompowania optycznego o dużej mocy, takimi stały się lasery gazowo-dynamiczne i chemiczne.
Pod koniec XX wieku opinię publiczną poruszył program American Strategic Defense Initiative (SDI). W ramach tego programu zaplanowano rozmieszczenie broni laserowej na ziemi i w kosmosie w celu pokonania radzieckich międzykontynentalnych pocisków balistycznych (ICBM). Do umieszczenia na orbicie miał wykorzystywać lasery z pompą jądrową emitujące w zakresie promieniowania rentgenowskiego lub lasery chemiczne o mocy do 20 megawatów.
Program SDI napotkał liczne trudności techniczne i został zamknięty. Jednocześnie część badań przeprowadzonych w ramach programu pozwoliła na uzyskanie laserów o odpowiednio dużej mocy. W 1985 r. laser z fluorkiem deuterowym o mocy wyjściowej 2,2 megawata zniszczył pocisk balistyczny na paliwo ciekłe umocowany w odległości 1 kilometra od lasera. W wyniku 12-sekundowego napromieniowania ściany korpusu rakiety straciły wytrzymałość i zostały zniszczone przez ciśnienie wewnętrzne.
W ZSRR prowadzono również rozwój laserów bojowych. W latach osiemdziesiątych XX wieku trwały prace nad stworzeniem platformy orbitalnej Skif z laserem gazodynamicznym o mocy 100 kW. Wielkogabarytowa makieta Skif-DM (sonda Polyus) została wystrzelona na orbitę Ziemi w 1987 roku, ale z powodu wielu błędów nie weszła na obliczoną orbitę i została zalana w Pacyfiku wzdłuż trajektorii balistycznej. 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 przeciwkosmicznej z elementem uderzającym wiązką opartym na broni laserowej dużej mocy „Terra” został wdrożony w latach 1965-1992. Według otwartych danych w ramach tego programu lasery gazowo-dynamiczne, lasery na ciele stałym, wybuchowa fotodysocjacja jodowa i inne rodzaje laserów.
Również w ZSRR od połowy lat 70. XX wieku opracowano lotniczy kompleks laserowy A-60 na bazie samolotu Ił-76MD. Początkowo kompleks był przeznaczony do zwalczania automatycznych balonów dryfujących. Jako broń miał być 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 podają, że kompleks z samolotem A-60 powstał jako lotniczy element laserowy obrony przeciwrakietowej w ramach programu Terra-3.
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 wystrzeliwania (według niektórych źródeł do jednej minuty), znaczne wydzielanie ciepła, duże wymiary i wydajność zużytych elementów aktywnego medium. Takie lasery można umieszczać tylko na dużych nośnikach.
W chwili obecnej największe perspektywy mają lasery półprzewodnikowe i światłowodowe, do działania których wystarczy zapewnić im wystarczającą moc. Marynarka wojenna USA aktywnie rozwija technologię lasera na swobodnych elektronach. Ważną zaletą laserów światłowodowych jest ich skalowalność, tj. 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 laser o mniejszych rozmiarach 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 V. P. Gapontsev na bazie rosyjskiej firmy NTO IRE-Polyus. Spółka macierzysta, IPG Photonics, jest obecnie zarejestrowana w Stanach Zjednoczonych. Pomimo tego, że jeden z największych zakładów produkcyjnych IPG Photonics znajduje się w Rosji (Fryazino, obwód moskiewski), firma działa zgodnie z prawem amerykańskim, a jej lasery nie mogą być używane w rosyjskich siłach zbrojnych, w tym firma musi przestrzegać sankcji nałożone na Rosję.
Jednak możliwości laserów światłowodowych IPG Photonics są niezwykle wysokie. Lasery włóknowe o dużej mocy IPG o fali ciągłej charakteryzują się zakresem mocy od 1 kW do 500 kW, a także szerokim zakresem długości fal, a sprawność przetwarzania energii elektrycznej na energię optyczną sięga 50%. Charakterystyki dywergencji laserów światłowodowych IPG znacznie przewyższają inne lasery o 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 firma „Laser Systems” w 2001 roku zaprezentowała laser tlenowo-jodowy o mocy 10 kW o sprawności chemicznej przekraczającej 32%, który jest najbardziej obiecującym kompaktowym autonomicznym źródłem silnego tego typu promieniowania laserowego. Teoretycznie lasery tlenowo-jodowe mogą osiągać moc do jednego megawata.
Jednocześnie nie można całkowicie wykluczyć, że rosyjskim naukowcom udało się dokonać przełomu w jakimś innym kierunku tworzenia laserów dużej mocy, opartego na głębokim zrozumieniu fizyki procesów laserowych.
W 2018 roku prezydent Rosji Władimir Putin ogłosił kompleks laserowy Peresvet, przeznaczony do rozwiązywania misji obrony przeciwrakietowej i niszczenia wrogich orbiterów. Informacje o kompleksie Peresvet są tajne, w tym rodzaj użytego lasera (lasery?) 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 lasera kompleksu „Peresvet” może wynosić 200-400 kilowatów, w optymistycznym scenariuszu do 1 megawata. Za kolejnego kandydata można uznać wspomniany wcześniej laser tlenowo-jodowy.
Jeśli wyjdziemy z tego, to z boku kabiny głównego pojazdu kompleksu Peresvet znajduje się generator prądu elektrycznego na olej napędowy lub benzynę, sprężarka, schowek na składniki chemiczne, laser z systemem chłodzenia i systemy prowadzenia wiązki laserowej są prawdopodobnie umieszczone szeregowo. Nigdzie nie widać OLS wykrywania radaru lub celu, co implikuje zewnętrzne oznaczenie celu.
W każdym razie założenia te mogą okazać się fałszywe, zarówno w związku z możliwością stworzenia przez krajowych deweloperów całkowicie nowych laserów, jak i w związku z brakiem wiarygodnych informacji o mocy optycznej kompleksu Peresvet. W szczególności w prasie pojawiły się informacje o obecności małego reaktora jądrowego jako źródła energii w kompleksie „Peresvet”. 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 zamierzonego zasięgu użycia i charakteru trafionych celów, a także sposobu ich niszczenia.
Kompleks samoobrony powietrznodesantowej Witebsk obejmuje aktywną stację zagłuszania L-370-3S. Przeciwdziała nadlatującym pociskom wroga za pomocą termicznej głowicy naprowadzającej, oślepiając podczerwone promieniowanie laserowe. Biorąc pod uwagę gabaryty aktywnej stacji zakłócającej L-370-3S, moc emitera lasera to maksymalnie kilkadziesiąt watów. Nie wystarczy to do zniszczenia termicznej głowicy naprowadzającej pocisku, ale wystarczy do tymczasowego oślepienia.
Podczas testów kompleksu A-60 z laserem o mocy 100 kW trafiono w cele L-17, będące odpowiednikiem samolotu odrzutowego. Zasięg zniszczeń nie jest znany, można przypuszczać, że wynosił około 5-10 km.
Przykłady testów zagranicznych systemów laserowych:
[
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 kilometrów potrzebny jest laser o mocy 20-100 kW;
- do trafienia w cele takie jak samolot lub pocisk na odległość 100-500 km wymagany jest laser o mocy 1-10 MW.
Lasery o wskazanych mocach 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 marynarkę wojenną, rozważymy w dalszej części tego artykułu.
