Det är allmänt trott att den bästa miljön för användning av laservapen (LW) är yttre rymden. Å ena sidan är detta logiskt: i rymden kan laserstrålning föröka sig praktiskt taget utan störningar orsakade av atmosfären, väderförhållanden, naturliga och artificiella hinder. Å andra sidan finns det faktorer som avsevärt komplicerar användningen av laservapen i rymden.
Funktioner för drift av lasrar i rymden
Det första hindret för användning av kraftfulla lasrar i yttre rymden är deras effektivitet, vilket är upp till 50% för de bästa produkterna, de återstående 50% går till uppvärmning av lasern och dess omgivande utrustning.
Även under förhållandena i planetens atmosfär - på land, på vatten, under vatten och i luften, finns det problem med kylning av kraftfulla lasrar. Ändå är möjligheterna för kylutrustning på planeten mycket högre än i rymden, eftersom överföring av överskottsvärme utan förlust av massa i vakuum endast är möjlig med hjälp av elektromagnetisk strålning.
Vattenkylning och undervattenskylning av LO är lättast att organisera - det kan utföras med havsvatten. På marken kan du använda massiva radiatorer med värmeavledning i atmosfären. Luftfarten kan använda det mötande luftflödet för att kyla flygplanet.
I rymden, för värmeborttagning, används radiator-kylare i form av ribbade rör anslutna till cylindriska eller koniska paneler med ett kylvätska som cirkulerar i dem. Med en ökning av laservapnens kraft kan storleken och massan på radiatorkylarna, som är nödvändiga för dess kylning, öka, massan och särskilt dimensionerna på radiator-kylarna kan avsevärt överstiga massan och dimensionerna på själva laservapnet.
I den sovjetiska orbitalstridslasern "Skif", som planerades att skjutas i omloppsbana av den supertunga bärraketen "Energia", skulle en gasdynamisk laser användas, vars kylning troligen skulle utföras av utmatning av en arbetsvätska. Dessutom kunde den begränsade tillförseln av arbetsvätskan ombord knappast ge möjlighet till långsiktig drift av lasern.
Energikällor
Det andra hindret är behovet av att förse laservapen med en kraftfull energikälla. En gasturbin eller en dieselmotor i rymden kan inte användas; de behöver mycket bränsle och ännu mer oxidationsmedel, kemiska lasrar med sina begränsade reserver av arbetsvätska är inte det bästa valet för placering i rymden. Två alternativ återstår-att ge ström till en solid-state / fiber / flytande laser, för vilken solbatterier med buffertackumulatorer eller kärnkraftverk (NPP) kan användas, eller lasrar med direktpumpning med kärnklyvningsfragment (kärnpumpade lasrar)) kan användas.
Reaktor-laserkrets
Som en del av arbetet i USA under Boing YAL-1-programmet skulle en 14 megawatt laser användas för att förstöra interkontinentala ballistiska missiler (ICBM) på ett avstånd av 600 kilometer. I själva verket uppnåddes en effekt på cirka 1 megawatt, medan träningsmålen träffades på ett avstånd av cirka 250 kilometer. Således kan en effekt i storleksordningen 1 megawatt användas som bas för rymdlaservapen, som till exempel kan fungera från en låg referensbana mot mål på jordens yta eller mot relativt avlägsna mål i yttre rymden (vi är inte överväger ett flygplan avsett för belysning »Sensorer).
Med en lasereffektivitet på 50%, för att få 1 MW laserstrålning, är det nödvändigt att leverera 2 MW elektrisk energi till lasern (i själva verket mer, eftersom det fortfarande är nödvändigt att säkerställa driften av hjälputrustning och kylning systemet). Är det möjligt att få sådan energi med hjälp av solpaneler? Till exempel genererar solpaneler installerade på International Space Station (ISS) mellan 84 och 120 kW el. Dimensionerna på solpanelerna som krävs för att få den angivna effekten kan enkelt uppskattas utifrån fotografiska bilder av ISS. En design som kan driva en 1 MW laser skulle vara enorm och kräver minimal bärbarhet.
Du kan betrakta ett batteri som en strömkälla för en kraftfull laser på mobilbärare (i alla fall kommer det att krävas som en buffert för solbatterier). Energitätheten för litiumbatterier kan nå 300 W * h / kg, det vill säga för att ge en 1 MW laser med en verkningsgrad på 50%behövs batterier som väger cirka 7 ton för 1 timmes kontinuerlig drift med el. Det verkar inte så mycket? Men med hänsyn till behovet av att lägga ned stödstrukturer, medföljande elektronik, enheter för att upprätthålla batteriets temperaturregim, kommer buffertbatteriets massa att vara cirka 14-15 ton. Dessutom kommer det att uppstå problem med driften av batterier vid extrema temperaturer och rymdvakuum - en betydande del av energin kommer att "förbrukas" för att säkerställa batteriernas livslängd. Det värsta av allt är att en battericells fel kan leda till fel eller till och med en explosion av hela batteriet, tillsammans med lasern och rymdfarkosten.
Användningen av mer tillförlitliga energilagringsanordningar, bekvämt ur synpunkten för deras funktion i rymden, kommer sannolikt att leda till en ännu större ökning av strukturens massa och dimensioner på grund av deras lägre energitäthet i termer av W * h / kg.
Men om vi inte ställer krav på laservapen för många timmars arbete, utan använder LR för att lösa speciella problem som uppstår en gång varannan dag och kräver en laseroperationstid på högst fem minuter, kommer detta att medföra en motsvarande förenkling av batteriet …. Batterierna kan laddas från solpaneler, vars storlek kommer att vara en av faktorerna som begränsar användningsfrekvensen för laservapen
En mer radikal lösning är att använda ett kärnkraftverk. För närvarande använder rymdfarkoster radioisotop termoelektriska generatorer (RTG). Deras fördel är designens relativa enkelhet, nackdelen är låg elektrisk effekt, som i bästa fall är flera hundra watt.
I USA testas en prototyp av den lovande Kilopower RTG, där Uran-235 används som bränsle, natriumvärmerör används för att avlägsna värme och värme omvandlas till elektricitet med en Stirling-motor. I prototypen av Kilopower -reaktorn med en kapacitet på 1 kilowatt har man uppnått en ganska hög verkningsgrad på cirka 30 %. Slutprovet på kärnreaktorn i Kilopower ska kontinuerligt producera 10 kilowatt el i 10 år.
Strömförsörjningskretsen för LR med en eller två Kilopower -reaktorer och en buffertenergilagringsenhet kan redan vara i drift, vilket ger periodisk drift av en 1 MW laser i stridsläge i cirka fem minuter, varannan dag, via ett buffertbatteri
I Ryssland skapas ett kärnkraftverk med en elektrisk effekt på cirka 1 MW för en transport- och kraftmodul (TEM), samt termiska kärnkraftverk baserade på Hercules-projektet med en elektrisk effekt på 5-10 MW. Kärnkraftverk av denna typ kan leverera ström till laservapen redan utan mellanhänder i form av buffertbatterier, men deras skapande står inför stora problem, vilket inte är förvånande i princip, med tanke på nyheten i tekniska lösningar, särdragen i driftsmiljö och omöjligheten att genomföra intensiva tester. Rymdkärnkraftverk är ett ämne för ett separat material, som vi definitivt kommer att återkomma till.
Liksom vid kylning av ett kraftfullt laservapen ställer användningen av ett kärnkraftverk av en eller annan typ också fram ökade kylbehov. Kylskåp-radiatorer är en av de viktigaste när det gäller massa och dimensioner, element i ett kraftverk, andelen av deras massa, beroende på kärnkraftverkets typ och effekt, kan variera från 30% till 70%.
Kylkraven kan minskas genom att minska laservapnets frekvens och varaktighet, och genom att använda relativt lågeffektsanläggningar av RTG-typ, ladda buffertenergilagret
Av särskild uppmärksamhet är placeringen av kärnpumpade lasrar i omloppsbana, som inte kräver externa elkällor, eftersom lasern pumpas direkt av produkterna från en kärnreaktion. Å ena sidan kommer kärnpumpade lasrar också att kräva massiva kylsystem, å andra sidan kan systemet för direkt konvertering av kärnkraft till laserstrålning vara enklare än med en mellanomvandling av värme som frigörs av en kärnreaktor till elektrisk energi, vilket kommer att medföra en motsvarande minskning av storlek och vikt.
Avsaknaden av en atmosfär som förhindrar utbredning av laserstrålning på jorden komplicerar således avsevärt utformningen av rymdlaservapen, främst när det gäller kylsystem. Att förse rymdlaservapen med el är inte mycket mindre problem.
Det kan antas att i det första stadiet, ungefär på trettiotalet av XXI -talet, kommer ett laservapen att dyka upp i rymden, som kan fungera under en begränsad tid - i storleksordningen flera minuter, med behov av efterföljande laddning av energi lagringsenheter under en tillräckligt lång period på flera dagar
På kort sikt behöver man alltså inte prata om någon massiv användning av laservapen "mot hundratals ballistiska missiler". Laservapen med avancerad kapacitet kommer inte att dyka upp tidigare än kärnkraftverk i megawattklassen kommer att skapas och testas. Och kostnaden för rymdfarkoster av denna klass är svår att förutse. Dessutom, om vi pratar om militära operationer i rymden, så finns det tekniska och taktiska lösningar som i stor utsträckning kan minska laservapenens effektivitet i rymden.
Ändå kan laservapen, även de begränsade när det gäller kontinuerlig driftstid och användningsfrekvens, bli ett viktigt verktyg för krigföring i och från rymden.
