Laservapen: teknik, historia, tillstånd, framtidsutsikter. Del 1

Innehållsförteckning:

Laservapen: teknik, historia, tillstånd, framtidsutsikter. Del 1
Laservapen: teknik, historia, tillstånd, framtidsutsikter. Del 1

Video: Laservapen: teknik, historia, tillstånd, framtidsutsikter. Del 1

Video: Laservapen: teknik, historia, tillstånd, framtidsutsikter. Del 1
Video: Taktisk guide till den amerikanska arméns dödligaste drönare 2024, Mars
Anonim

Laservapen är alltid kontroversiella. Vissa anser att det är ett framtidens vapen, medan andra förnekar kategoriskt sannolikheten för effektiva prover av sådana vapen inom en snar framtid. Människor tänkte på laservapen redan innan deras verkliga utseende, låt oss påminna om det klassiska verket "The Hyperboloid of Engineer Garin" av Alexei Tolstoy (naturligtvis indikerar verket inte exakt en laser, utan ett vapen nära det i handling och konsekvenser att använda den).

Skapandet av en riktig laser på 50-60 -talet av XX -talet tog åter upp ämnet laservapen. Under årtionden har det blivit ett oumbärligt inslag i science fiction -filmer. Verkliga framgångar var mycket mer blygsamma. Ja, lasrar innehöll en viktig nisch inom spanings- och målbeteckningssystem, de används i stor utsträckning inom industrin, men för användning som ett förstöringsmedel var deras kraft fortfarande otillräcklig och deras vikt och storlekskarakteristika var oacceptabla. Hur utvecklades lasertekniken, i vilken utsträckning är de redo för militära tillämpningar för närvarande?

Den första operativa lasern skapades 1960. Det var en pulserad halvledarlaser baserad på en artificiell rubin. Vid skapandet var dessa de högsta teknikerna. Numera kan en sådan laser monteras hemma, medan dess pulsenergi kan nå 100 J.

Bild
Bild
Bild
Bild

En kvävelaser är ännu enklare att implementera; komplexa kommersiella produkter behövs inte för dess genomförande; den kan till och med fungera på kväve som finns i atmosfären. Med raka armar kan den enkelt monteras hemma.

Laservapen: teknik, historia, tillstånd, framtidsutsikter. Del 1
Laservapen: teknik, historia, tillstånd, framtidsutsikter. Del 1

Sedan skapandet av den första lasern har ett stort antal sätt att få laserstrålning hittats. Det finns solid state -lasrar, gaslasrar, färglasrar, frielektronlasrar, fiberlasrar, halvledarlasrar och andra lasrar. Lasrar skiljer sig också åt i hur de är upphetsade. Till exempel i gaslasrar av olika utföranden kan det aktiva mediet exciteras av optisk strålning, elektrisk strömurladdning, kemisk reaktion, kärnkraftspumpning, värmepumpning (gasdynamiska lasrar, GDL). Tillkomsten av halvledarlasrar gav upphov till lasrar av typen DPSS (Diodpumpad halvledarlaser).

Olika laserdesigner ger utmatning av strålning med olika våglängder, från mjuka röntgenstrålar till infraröd strålning. Hårda röntgen- och gammalasrar är under utveckling. Detta låter dig välja en laser baserat på problemet som ska lösas. När det gäller militära tillämpningar innebär detta till exempel möjligheten att välja en laser med strålning av en sådan våglängd som absorberas minimalt av planetens atmosfär.

Sedan utvecklingen av den första prototypen har effekten kontinuerligt ökat, vikt- och storleksegenskaperna och effektiviteten hos lasrarna har förbättrats. Detta syns mycket tydligt i exemplet med laserdioder. På 90-talet av förra seklet uppträdde laserpekare med en effekt på 2-5 mW på den breda försäljningen, 2005-2010 var det redan möjligt att köpa en laserpekare på 200-300 mW, nu, 2019, finns det laserpekare med en optisk effekt på 7 till saluI Ryssland finns moduler av infraröda laserdioder med fiberoptisk utgång, optisk effekt på 350 W.

Bild
Bild

Ökningstakten för laserdiodernas effekt är jämförbar med ökningen av processorkraften hos processorer, i enlighet med Moores lag. Naturligtvis är laserdioder inte lämpliga för att skapa stridslasrar, men de används i sin tur för att pumpa effektiva solid-state- och fiberlasrar. För laserdioder kan effektiviteten för att omvandla elektrisk energi till optisk energi vara över 50%, teoretiskt sett kan du få en effektivitet över 80%. Den höga effektiviteten sänker inte bara kraven på strömförsörjning, utan förenklar också kylningen av laserutrustningen.

Ett viktigt inslag i lasern är strålfokuseringssystemet - ju mindre spotytan på målet desto högre effekttäthet som medger skada. Framsteg i utvecklingen av komplexa optiska system och framväxten av nya högtemperaturoptiska material gör det möjligt att skapa mycket effektiva fokuseringssystem. Fokuserings- och riktningssystemet för den amerikanska experimentella stridslasern HEL innehåller 127 speglar, linser och ljusfilter.

En annan viktig komponent som ger möjlighet att skapa laservapen är utvecklingen av system för att styra och hålla strålen på målet. För att träffa mål med ett "omedelbart" skott, på en splitsekund, krävs gigawattkraft, men skapandet av sådana lasrar och strömförsörjningar för dem på ett mobilt chassi är en fråga om en avlägsen framtid. Följaktligen, för att förstöra mål med lasrar med en effekt på hundratals kilowatt - tiotals megawatt, är det nödvändigt att hålla laserstrålningsfläcken på målet under en tid (från flera sekunder till flera tiotals sekunder). Detta kräver högprecisions- och höghastighetsdrev som kan spåra målet med laserstrålen, enligt styrsystemet.

Vid avfyrning på långa avstånd måste styrsystemet kompensera för de snedvridningar som atmosfären introducerar, för vilka flera lasrar för olika ändamål kan användas i styrsystemet, vilket ger exakt vägledning av huvudstridslasern till målet.

Vilka lasrar har fått prioriterad utveckling inom rustningsområdet? På grund av frånvaron av högeffektkällor för optisk pumpning har gasdynamiska och kemiska lasrar blivit sådana.

I slutet av 1900 -talet väcktes opinionen av programmet American Strategic Defense Initiative (SDI). Som en del av detta program var det planerat att använda laservapen på marken och i rymden för att besegra sovjetiska interkontinentala ballistiska missiler (ICBM). För placering i omloppsbana skulle den använda kärnpumpade lasrar som avger i röntgenområdet eller kemiska lasrar med en effekt på upp till 20 megawatt.

SDI -programmet stod inför många tekniska svårigheter och stängdes. Samtidigt gjorde en del av den forskning som gjordes inom ramen för programmet det möjligt att skaffa tillräckligt kraftfulla lasrar. År 1985 förstörde en deuteriumfluoridlaser med en uteffekt på 2,2 megawatt en ballistisk missil som drivs med flytande drivmedel fixerad 1 kilometer från lasern. Som ett resultat av bestrålningen på 12 sekunder förlorade raketkroppens väggar styrka och förstördes av inre tryck.

I Sovjetunionen genomfördes också utvecklingen av stridslasrar. På åttiotalet av XX-talet pågick arbetet med att skapa Skif-banplattformen med en gasdynamisk laser med en effekt på 100 kW. Skif-DM-mock-up (Polyus rymdfarkoster) lanserades i jordens bana 1987, men på grund av ett antal fel gick den inte in i den beräknade banan och översvämmades i Stilla havet längs en ballistisk bana. Sovjetunionens kollaps satte stopp för detta och liknande projekt.

Bild
Bild

Storskaliga studier av laservapen utfördes i Sovjetunionen som en del av Terra-programmet. Programmet för zonmissil- och rymdförsvarssystemet med en stråleffekt baserad på högeffektlaservapen "Terra" genomfördes från 1965 till 1992. Enligt öppna data inom ramen för detta program, gasdynamiska lasrar, halvledarlasrar, explosiv jodfotodissociation och andra typer utvecklades.

Bild
Bild

Även i Sovjetunionen, från mitten av 70-talet av 1900-talet, utvecklades ett luftburet laserkomplex A-60 på grundval av Il-76MD-flygplanet. Ursprungligen var komplexet avsett att bekämpa automatiska drivande ballonger. Som ett vapen skulle en kontinuerlig gasdynamisk CO-laser av en megawattklass utvecklas av Khimavtomatika Design Bureau (KBKhA) installeras.

Som en del av testerna skapades en familj av GDT -bänkprover med en strålningseffekt från 10 till 600 kW. Det kan antas att vid tidpunkten för testning av A-60-komplexet installerades en 100 kW laser på den.

Flera dussin flygningar genomfördes med testning av laserinstallationen på en stratosfärisk ballong på 30-40 km höjd och på La-17-målet. Vissa källor indikerar att komplexet med A-60-flygplanet skapades som en flyglaserkomponent i missilförsvar under Terra-3-programmet.

Bild
Bild

Vilka typer av lasrar är de mest lovande för militära applikationer för närvarande? Med alla fördelar med gasdynamiska och kemiska lasrar har de betydande nackdelar: behovet av förbrukningsbara komponenter, lanseringströghet (enligt vissa källor, upp till en minut), betydande värmeavgivning, stora dimensioner och utbytet av förbrukade komponenter av det aktiva mediet. Sådana lasrar kan bara placeras på stora medier.

För närvarande har solid-state och fiberlasrar de största utsikterna, för vilka det bara är nödvändigt att ge dem tillräcklig kraft. Den amerikanska marinen utvecklar aktivt teknik för fri elektronlaser. En viktig fördel med fiberlasrar är deras skalbarhet, dvs. möjligheten att kombinera flera moduler för att få mer kraft. Omvänd skalbarhet är också viktigt, om en solid-state laser med en effekt på 300 kW skapas, så kan säkert en mindre laser med en effekt på till exempel 30 kW skapas på grundval av den.

Hur är situationen med fiber- och solid-state-lasrar i Ryssland? Sovjetunionens vetenskap när det gäller utveckling och skapande av lasrar var den mest avancerade i världen. Tyvärr förändrade Sovjetunionens kollaps allt. Ett av världens största företag för utveckling och produktion av fiberlasrar IPG Photonics grundades av en infödd i Ryssland V. P. Gapontsev på grundval av det ryska företaget NTO IRE-Polyus. Moderbolaget, IPG Photonics, är för närvarande registrerat i USA. Trots att en av de största produktionsanläggningarna för IPG Photonics ligger i Ryssland (Fryazino, Moskva -regionen), verkar företaget enligt amerikansk lag och dess lasrar kan inte användas i de ryska väpnade styrkorna, inklusive företaget måste följa sanktionerna tvingas på Ryssland.

Men kapaciteten hos IPG Photonics fiberlasrar är extremt hög. IPG högeffekts kontinuerliga vågfiberlasrar har ett effektområde från 1 kW till 500 kW, liksom ett brett spektrum av våglängder, och effektiviteten vid omvandling av elektrisk energi till optisk energi når 50%. Divergenskarakteristiken hos IPG -fiberlasrar är mycket bättre än andra högeffektlasrar.

Bild
Bild

Finns det andra utvecklare och tillverkare av moderna högeffektfiber- och solid-state-lasrar i Ryssland? Av de kommersiella proverna att döma, nr.

En inhemsk tillverkare inom industrisegmentet erbjuder gaslasrar med en maximal effekt på tiotals kW. Till exempel presenterade företaget "Lasersystem" 2001 en syre-jodlaser med en effekt på 10 kW med en kemisk verkningsgrad som överstiger 32%, vilket är den mest lovande kompakta autonoma källan till kraftfull laserstrålning av denna typ. I teorin kan syre-jodlasrar nå effektnivåer på upp till en megawatt.

Samtidigt kan det inte helt uteslutas att ryska forskare har lyckats göra ett genombrott i någon annan riktning för att skapa lasrar med hög effekt, baserat på en djup förståelse för laserprocessernas fysik.

År 2018 tillkännagav Rysslands president Vladimir Putin laserkomplexet Peresvet, som är utformat för att lösa missilförsvarsuppdrag och förstöra fiendens banor. Information om Peresvet -komplexet är klassificerad, inklusive vilken typ av laser som används (lasrar?) Och optisk effekt.

Det kan antas att den mest troliga kandidaten för installation i detta komplex är en gasdynamisk laser, en ättling till lasern som utvecklas för A-60-programmet. I detta fall kan laserns optiska effekt i "Peresvet" -komplexet vara 200-400 kilowatt, i det optimistiska scenariot upp till 1 megawatt. Den tidigare nämnda syre-jodlasern kan betraktas som en annan kandidat.

Om vi går vidare från detta, på sidan av hytten i huvudfordonet i Peresvet -komplexet, en diesel- eller bensingenerator för elektrisk ström, en kompressor, ett förvaringsfack för kemiska komponenter, en laser med ett kylsystem och en laserstråleduderingssystem är förmodligen i serie. Radar- eller måldetektering OLS är ingenstans att se, vilket innebär extern målbeteckning.

Bild
Bild

I vilket fall som helst kan dessa antaganden visa sig vara falska, både i samband med möjligheten att skapa grundläggande nya lasrar av inhemska utvecklare, och i samband med bristen på tillförlitlig information om den optiska effekten i Peresvet -komplexet. I synnerhet fanns det information i pressen om förekomsten av en liten kärnreaktor som energikälla i "Peresvet" -komplexet. Om detta är sant kan konfigurationen av komplexet och de möjliga egenskaperna vara helt olika.

Vilken kraft behövs för att en laser effektivt ska kunna användas för militära ändamål som ett förstöringsmedel? Detta beror till stor del på det avsedda användningsområdet och arten av de träffade målen, liksom metoden för deras förstörelse.

Vitebsk luftburna självförsvarskomplex innehåller en L-370-3S aktiv jammstation. Det motverkar inkommande fiendens missiler med ett termiskt hominghuvud genom att förblinda infraröd laserstrålning. Med tanke på måtten på L-370-3S aktiva jammerstation är lasersändarens effekt högst flera tiotals watt. Detta är knappast tillräckligt för att förstöra missilens termiska huvudhuvud, men det är tillräckligt för tillfällig blindning.

Bild
Bild

Under testerna av A-60-komplexet med en 100 kW laser träffades L-17-målen, som representerar en analog av ett jetflygplan. Destruktionsområdet är okänt, man kan anta att det var cirka 5-10 km.

Exempel på tester av utländska lasersystem:

Bild
Bild

[

Baserat på ovanstående kan vi anta:

-för att förstöra små UAV på ett avstånd av 1-5 kilometer krävs en laser med en effekt på 2-5 kW;

-för att förstöra ostyrda gruvor, skal och högprecisionsammunition på 5-10 kilometers avstånd krävs en laser med en effekt på 20-100 kW;

-för att träffa mål som ett flygplan eller en missil på ett avstånd av 100-500 km krävs en laser med en effekt på 1-10 MW.

Lasrar med de angivna krafterna finns antingen redan eller kommer att skapas inom överskådlig framtid. Vilka typer av laservapen inom en snar framtid kan användas av flygvapen, markstyrkor och marinen, kommer vi att överväga i fortsättningen av denna artikel.

Rekommenderad: