Od samego początku lasery zaczęto postrzegać jako broń, która może zrewolucjonizować walkę. 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 napotykał duże trudności techniczne, które doprowadziły do tego, że do tej pory główną niszą laserów wojskowych stało się ich zastosowanie w systemach rozpoznania, celowania i wyznaczania celów. Niemniej jednak prace nad stworzeniem laserów bojowych w czołowych krajach świata praktycznie nie ustały, programy tworzenia nowych generacji broni laserowej zastępowały się wzajemnie.
Wcześniej zbadaliśmy niektóre etapy rozwoju laserów i tworzenia broni laserowej, a także etapy rozwoju i aktualną sytuację w tworzeniu broni laserowej dla lotnictwa, broni laserowej dla sił lądowych i obrony powietrznej, broni laserowej 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 tak łatwo chronić się przed bronią laserową, jak niektórzy myślą, przynajmniej na pewno nie da się tego zrobić ze srebrem.
Jeśli przyjrzeć się bliżej rozwojowi broni laserowej w innych krajach, można zauważyć, że większość proponowanych nowoczesnych systemów laserowych jest realizowana w oparciu o lasery światłowodowe i na ciele stałym. Co więcej, w większości te systemy laserowe są przeznaczone do rozwiązywania problemów taktycznych. Ich moc wyjściowa wynosi obecnie od 10 kW do 100 kW, ale w przyszłości można ją zwiększyć 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 roku prezydent Rosji Władimir Putin w swoim wystąpieniu do Zgromadzenia Federalnego, wraz z szeregiem innych przełomowych systemów uzbrojenia, ogłosił laserowy kompleks bojowy Peresvet (BLK), którego rozmiar i przeznaczenie implikuje wykorzystanie go do rozwiązywania problemów strategicznych.
Kompleks laserowy bojowy „Peresvet”. Przejdź obok niego z dozymetrem!
Kompleks Peresvet otoczony jest zasłoną tajemnicy. Cechy innych najnowszych typów broni (kompleksy „Sztylet”, „Awangard”, „Cyrkon”, „Posejdon”) zostały w pewnym stopniu wyrażone, co częściowo pozwala nam ocenić ich przeznaczenie i skuteczność. Jednocześnie nie podano konkretnych informacji na temat kompleksu laserowego Peresvet: ani typu zainstalowanego lasera, ani źródła jego energii. W związku z tym brak jest informacji o pojemności kompleksu, co z kolei nie pozwala zrozumieć jego rzeczywistych możliwości oraz postawionych przed nim celów i założeń.
Film promocyjny:
Promieniowanie laserowe można uzyskać na dziesiątki, a może nawet setki sposobów. Jaka więc metoda pozyskiwania promieniowania laserowego została zaimplementowana w najnowszym rosyjskim BLK „Peresvet”? Aby odpowiedzieć na to pytanie, rozważymy różne wersje Peresvet BLK i oszacujemy stopień prawdopodobieństwa ich realizacji.
Poniższe informacje są założeniami autora na podstawie informacji z otwartych źródeł zamieszczonych w Internecie.
BLK „Peresvet”. Numer wykonania 1. Lasery światłowodowe, na ciele stałym i ciekłe
Jak wspomniano powyżej, głównym trendem w tworzeniu broni laserowej jest rozwój kompleksów opartych na światłowodach. Dlaczego to się dzieje? Ponieważ łatwo jest skalować moc instalacji laserowych opartych na laserach światłowodowych. Używając pakietu modułów 5-10 kW, uzyskaj promieniowanie 50-100 kW na wyjściu.
Czy Peresvet BLK można wdrożyć w oparciu o te technologie? Jest wysoce prawdopodobne, że tak nie jest. Głównym tego powodem jest fakt, że w latach pierestrojki czołowy twórca laserów światłowodowych, Stowarzyszenie Naukowo-Techniczne IRE-Polyus, „uciekło” z Rosji, na bazie którego powstała międzynarodowa korporacja IPG Photonics Corporation zarejestrowana w Stanach Zjednoczonych i obecnie światowym liderem w branży. lasery światłowodowe dużej mocy. Międzynarodowy biznes i główne miejsce rejestracji IPG Photonics Corporation oznacza ścisłe przestrzeganie amerykańskiego ustawodawstwa, które przy obecnej sytuacji politycznej nie oznacza transferu krytycznych technologii do Rosji, w tym oczywiście technologii do tworzenia potężnych laserów.
IPG Photonics produkuje lasery światłowodowe YLS 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 opracowywane w Rosji przez inne organizacje? Być może, ale mało prawdopodobne, lub podczas gdy są to produkty o małej mocy. Lasery światłowodowe są dochodowym produktem komercyjnym, dlatego brak krajowych laserów światłowodowych dużej mocy na rynku najprawdopodobniej wskazuje na ich faktyczny brak.
Podobnie sytuacja wygląda z laserami na ciele stałym. Prawdopodobnie trudniej jest wdrożyć wśród nich rozwiązanie wsadowe, niemniej jednak jest to możliwe, aw innych krajach jest to drugie najbardziej rozpowszechnione rozwiązanie po laserach światłowodowych. Nie znaleziono informacji o przemysłowych laserach na ciele stałym dużej mocy produkcji rosyjskiej. Prace nad laserami na ciele stałym trwają w Instytucie 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 bardziej kompaktowe próbki broni laserowej lub instalacje eksperymentalne.
Jest jeszcze mniej informacji na temat ciekłych laserów, chociaż są informacje, że opracowywany jest płynny laser bojowy (czy został opracowany, ale został odrzucony?) W USA w ramach programu HELLADS (High Energy Liquid Laser Area Defense System, „System obronny oparty na wysokoenergetycznym ciekłym laserze”)). Przypuszczalnie lasery ciekłe mają tę zaletę, że mogą chłodzić, ale są mniej wydajne (sprawność) w porównaniu z laserami na ciele stałym.
W 2017 roku pojawiły się informacje o ogłoszeniu przez Polyus Research Institute przetargu na integralną część prac badawczych (B + R), którego celem jest stworzenie mobilnego kompleksu laserowego do zwalczania małych bezzałogowych statków powietrznych (UAV) w warunkach dziennych i zmierzchowych. Kompleks powinien składać się z systemu śledzenia i konstrukcji docelowych torów lotu, zapewniających wyznaczenie celu dla systemu naprowadzania promieniowania laserowego, którego źródłem będzie ciekły laser. Interesujący jest wymóg określony w oświadczeniu o pracy nad stworzeniem lasera płynnego, a jednocześnie wymóg obecności w kompleksie lasera światłowodowego mocy. Albo jest to błąd w druku, albo opracowano (opracowano) nowy typ lasera światłowodowego z ciekłym środkiem aktywnym we włóknie,połączenie zalet ciekłego lasera dla wygody chłodzenia i lasera światłowodowego dla kombinacji pakietów emiterów.
Głównymi zaletami laserów światłowodowych, na ciele stałym i ciekłym jest ich zwartość, możliwość seryjnego zwiększania mocy oraz łatwość integracji z różnymi klasami broni. Wszystko to różni się od lasera BLK „Peresvet”, który został najwyraźniej opracowany nie jako moduł uniwersalny, ale jako rozwiązanie wykonane „w jednym celu, według jednej koncepcji”. W związku z tym prawdopodobieństwo wprowadzenia BLK „Peresvet” w wersji nr 1 opartej na laserach światłowodowych, na ciele stałym i cieczach można oszacować jako niskie.
BLK „Peresvet”. Numer wykonania 2. Lasery gazodynamiczne i chemiczne
Lasery dynamiczne i chemiczne można uznać za przestarzałe rozwiązanie. Ich główną wadą jest konieczność zastosowania dużej ilości elementów eksploatacyjnych niezbędnych do podtrzymania reakcji, co zapewnia odbiór promieniowania laserowego. Niemniej jednak to lasery chemiczne najbardziej rozwinęły się w rozwoju lat 70. - 80. XX wieku.
Podobno po raz pierwszy ciągłe moce promieniowania powyżej 1 megawata uzyskano w ZSRR i USA za pomocą laserów gazodynamicznych, których działanie opiera się na adiabatycznym chłodzeniu podgrzanych mas gazu poruszających się z prędkością naddźwiękową.
W ZSRR od połowy lat 70. XX wieku opracowywano powietrzny kompleks laserowy A-60 na bazie samolotu Ił-76MD, prawdopodobnie uzbrojonego w laser RD0600 lub jego odpowiednik. Początkowo kompleks miał zwalczać automatyczne balony dryfujące. Jako broń miał zostać zainstalowany ciągły gazowo-dynamiczny laser CO klasy megawatów, opracowany przez Biuro Projektowe Khimavtomatika (KBKhA). W ramach testów stworzono rodzinę modeli stanowisk GDT o mocy promieniowania od 10 do 600 kW. Wadą GDT jest długa długość fali promieniowania 10,6 μm, która zapewnia dużą dywergencję dyfrakcyjną wiązki laserowej.
Kompleks A-60 i GDL RD0600 opracowany przez KBKhA.
Jeszcze większe moce promieniowania uzyskano za pomocą laserów chemicznych na bazie fluorku deuteru oraz laserów tlenowo-jodowych (jodowych) (cewki). W szczególności w ramach programu Strategic Defense Initiative (SDI) w Stanach Zjednoczonych powstał laser chemiczny na bazie fluorku deuteru o mocy kilku megawatów; w ramach US National Missile Defense Program (NMD) kompleks lotniczy Boeing ABL (AirBorne Laser) z laserem tlenowo-jodowym o mocy rzędu 1 megawat.
VNIIEF stworzył i przetestował najpotężniejszy na świecie pulsacyjny laser chemiczny pod kątem reakcji fluoru z wodorem (deuterem), opracował laser z powtarzalnymi impulsami o energii promieniowania kilku kJ na impuls, częstotliwości powtarzania impulsu 1–4 Hz i rozbieżności promieniowania bliską granicy dyfrakcji i wydajność około 70% (najwyższa osiągnięta dla laserów).
W okresie od 1985 do 2005. Lasery opracowano na niełańcuchowej reakcji fluoru z wodorem (deuterem), gdzie jako substancję zawierającą fluor zastosowano sześciofluorek siarki SF6 dysocjujący w wyładowaniu elektrycznym (laser fotodysocjacyjny?). W celu zapewnienia długotrwałej i bezpiecznej pracy lasera w trybie impulsowym powtarzalnie stworzono instalacje z zamkniętym cyklem zmiany mieszaniny roboczej. Wykazano, że możliwość uzyskania rozbieżności promieniowania zbliżonej do granicy dyfrakcji, częstotliwości powtarzania impulsów do 1200 Hz i średniej mocy promieniowania kilkuset watów uzyskuje się w laserze wyładowczym opartym na niełańcuchowej reakcji chemicznej.
Boeing ABL.
Schemat funkcjonalny CEWKI chemicznej i CEWKI chemicznej ciągłej o mocy 15 kW firmy Laser Systems.
Lasery gazodynamiczne i chemiczne mają znaczną wadę, w większości rozwiązań konieczne jest zapewnienie uzupełniania zapasów „amunicji”, często składającej się z drogich i toksycznych składników. Konieczne jest również oczyszczenie spalin powstałych w wyniku działania lasera. Ogólnie rzecz biorąc, trudno nazwać lasery gazodynamiczne i chemiczne skutecznym rozwiązaniem, dlatego większość krajów przestawiła się na rozwój laserów światłowodowych, na ciele stałym i ciekłych.
Jeśli mówimy o laserze opartym na niełańcuchowej reakcji fluoru z deuterem, dysocjującej w wyładowaniu elektrycznym, z zamkniętym cyklem zmiany mieszaniny roboczej, to w 2005 roku uzyskano moc około 100 kW, jest mało prawdopodobne, aby w tym czasie można je było doprowadzić do poziomu megawatów.
W przypadku Peresvet BLK kwestia zainstalowania na nim lasera gazowo-dynamicznego i chemicznego jest dość kontrowersyjna. Z jednej strony Rosja nadal ma znaczący postęp w dziedzinie tych laserów. W Internecie pojawiły się informacje o opracowaniu ulepszonej wersji kompleksu lotniczego A 60 - A 60M z laserem 1 MW. Mówi się też o umieszczeniu kompleksu „Peresvet” na lotniskowcu”, który może być drugą stroną tego samego medalu. Oznacza to, że na początku mogli stworzyć potężniejszy kompleks naziemny oparty na gazowo-dynamicznym lub chemicznym laserze, a teraz, podążając utartym szlakiem, zainstalować go na lotniskowcu.
Stworzeniem „Peresvet” zajmowali się specjaliści z ośrodka jądrowego w Sarowie w Rosyjskim Federalnym Centrum Jądrowym - Ogólnorosyjskim Instytucie Badawczym Fizyki Doświadczalnej (RFNC-VNIIEF) we wspomnianym już Instytucie Badań Fizyki Laserowej, który m.in. opracowuje lasery gazodynamiczne i tlenowo-jodowe …
Z drugiej strony, cokolwiek można powiedzieć, lasery gazodynamiczne i chemiczne to przestarzałe rozwiązania techniczne. Ponadto aktywnie krążą informacje o obecności źródła energii jądrowej w Peresvet BLK do zasilania lasera, aw Sarowie są bardziej zaangażowani w tworzenie najnowszych przełomowych technologii, często kojarzonych z energią jądrową.
Na podstawie powyższego można przyjąć, że prawdopodobieństwo realizacji Peresvet BLK w wykonaniu nr 2 w oparciu o lasery gazodynamiczne i chemiczne można ocenić jako umiarkowane.
Lasery pompowane jądrowo
Pod koniec lat sześćdziesiątych XX wieku w ZSRR rozpoczęto prace nad stworzeniem laserów o dużej mocy pompowanych atomowo. Początkowo specjaliści z VNIIEF, I. A. E. Kurczatow i Instytut Badawczy Fizyki Jądrowej Uniwersytetu Moskiewskiego. Następnie dołączyli do nich naukowcy z MEPhI, VNIITF, IPPE i innych ośrodków. W 1972 roku VNIIEF wzbudził mieszaninę helu i ksenonu z fragmentami rozszczepienia uranu za pomocą pulsacyjnego reaktora VIR 2.
W latach 1974-1976. eksperymenty prowadzone są w reaktorze TIBR-1M, w którym moc promieniowania lasera wynosiła około 1-2 kW. W 1975 roku na bazie reaktora pulsacyjnego VIR-2 opracowano dwukanałową instalację laserową LUNA-2, która działała jeszcze w 2005 roku i jest możliwe, że nadal działa. W 1985 roku w obiekcie LUNA-2M po raz pierwszy na świecie przepompowano laser neonowy.
Instalacja LUNA-2M.
We wczesnych latach 80-tych naukowcy z projektu VNIIEF opracowali i wyprodukowali 4-kanałowy moduł laserowy LM-4, aby stworzyć jądrowy element laserowy działający w trybie ciągłym. System jest wzbudzany przez strumień neutronów z reaktora BIGR. Czas trwania generacji jest określony przez czas trwania impulsu napromieniowania reaktora. Po raz pierwszy na świecie zademonstrowano w praktyce laserowanie cw w laserach z pompą jądrową oraz zademonstrowano skuteczność metody poprzecznej cyrkulacji gazu. Moc promieniowania lasera wynosiła około 100 W.
Instalacja LM-4.
W 2001 roku jednostka LM-4 została zmodernizowana i otrzymała oznaczenie LM-4M / BIGR. Działanie wieloelementowego jądrowego urządzenia laserowego w trybie ciągłym wykazano po 7 latach konserwacji obiektu bez wymiany elementów optycznych i paliwowych. Instalację LM-4 można uznać za prototyp reaktora-lasera (RL), posiadający wszystkie swoje cechy, z wyjątkiem możliwości samopodtrzymującej się jądrowej reakcji łańcuchowej.
W 2007 roku zamiast modułu LM-4 uruchomiono ośmiokanałowy moduł laserowy LM-8, w którym zastosowano 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 laserowego to zbiór określonej liczby komórek laserowych umieszczonych w określony sposób w macierzy moderatora neutronów. Liczba komórek laserowych może wahać się od setek do kilku tysięcy. Łączna ilość uranu waha się od 5-7 kg do 40-70 kg, wymiary liniowe 2-5 m.
W VNIIEF dokonano wstępnych szacunków dotyczących głównych parametrów energetycznych, jądrowo-fizycznych, technicznych i eksploatacyjnych różnych wersji reaktorów laserowych o mocy lasera od 100 kW i powyżej, pracujących od ułamków sekundy do trybu ciągłego. Rozważaliśmy reaktory laserowe z akumulacją ciepła w rdzeniu reaktora podczas startów, których czas trwania jest ograniczony dopuszczalnym nagrzewaniem rdzenia (radar cieplno-pojemnościowy) i radarem ciągłym z usuwaniem energii cieplnej poza rdzeniem.
Pojemność cieplna RL i RL działania ciągłego.
Przypuszczalnie reaktor laserowy o mocy lasera 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 Przedsiębiorstwie Unitarnym „Państwowe Centrum Naukowe Federacji Rosyjskiej - Instytut Fizyki i Energetyki im. A. I. Leipunsky'ego”, o czym świadczy patent RU 2502140 na stworzenie„ instalacji reaktorowo-laserowej z bezpośrednim pompowaniem przez fragmenty rozszczepienia”.
Specjaliści z Państwowego Centrum Badawczego IPPE Federacji Rosyjskiej opracowali model energetyczny pulsacyjnego układu reaktor-laser - optyczny wzmacniacz kwantowy z pompą jądrową (OKUYAN).
Moduł laserowy oparty na reaktorze BARS-5 i kasecie 37 kanałów w module laserowym.
OKUYAN oparty na reaktorze BARS-6.
Przywołując wypowiedź wiceministra obrony Rosji Jurija Borysowa w zeszłorocznym wywiadzie dla gazety Krasnaja Zwiezda („Do służby weszły systemy laserowe, które umożliwiają rozbrojenie potencjalnego wroga i trafienie we wszystkie obiekty, które służą jako cel dla wiązki laserowej tego systemu. konieczne do pokonania odpowiedniej broni wroga praktycznie w kilka chwil, w ułamku sekundy”), możemy powiedzieć, że Peresvet BLK jest wyposażony nie w mały reaktor jądrowy zasilający laser w energię elektryczną, ale w reaktor laserowy, w którym energia rozszczepienia jest bezpośrednio przekształcana w promieniowanie laserowe.
Wątpliwości budzi jedynie wspomniana już propozycja umieszczenia Peresvet BLK w samolocie. Bez względu na to, w jaki sposób zapewnisz niezawodność samolotu przewoźnika, zawsze istnieje ryzyko wypadku i katastrofy lotniczej z późniejszym rozproszeniem materiałów radioaktywnych. Jednak możliwe jest, że istnieją sposoby zapobiegania rozprzestrzenianiu się materiałów radioaktywnych, gdy nośnik spada. Tak, a już mamy latający reaktor w pocisku manewrującym, petrel.
Na podstawie powyższego można przyjąć, że prawdopodobieństwo wdrożenia Peresvet BLK w wersji 3 opartej na laserze z pompą jądrową można oszacować jako wysokie.
Nie wiadomo, czy zainstalowany laser jest pulsacyjny czy ciągły. W drugim przypadku czas ciągłej pracy lasera i przerwy, jakie należy wykonać pomiędzy trybami pracy są wątpliwe. Miejmy nadzieję, że Peresvet BLK ma ciągły reaktor laserowy, którego czas pracy jest ograniczony tylko przez doprowadzanie chłodziwa lub nie jest ograniczony, jeśli chłodzenie jest zapewnione w inny sposób.
W tym przypadku wyjściową moc optyczną Peresvet BLK można oszacować w zakresie 1-3 MW z perspektywą zwiększenia do 5-10 MW. Niemożliwe jest trafienie w głowicę atomową nawet takim laserem, ale samolot, w tym bezzałogowy statek powietrzny lub pocisk manewrujący, jest całkiem niezły. Możliwe jest również zapewnienie zniszczenia prawie każdego niezabezpieczonego statku kosmicznego na niskich orbitach i ewentualnie uszkodzenie wrażliwych elementów statku kosmicznego na wyższych orbitach.
Tak więc pierwszym celem dla Peresvet BLK mogą być wrażliwe elementy optyczne satelitów ostrzegających przed atakiem rakietowym USA, które mogą działać jako element obrony przeciwrakietowej w przypadku niespodziewanego uderzenia rozbrajającego USA.
wnioski
Jak powiedzieliśmy na początku artykułu, istnieje dość duża liczba sposobów uzyskania promieniowania laserowego. Oprócz tych omówionych powyżej istnieją inne typy laserów, które mogą być skutecznie wykorzystywane w sprawach wojskowych, na przykład laser na swobodnych elektronach, w którym można zmieniać długość fali w szerokim zakresie, aż do miękkiego promieniowania rentgenowskiego i który potrzebuje tylko dużej ilości energii elektrycznej, wydzielanej 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, nie licząc udziału w Rosji w programie europejskiego rentgenowskiego lasera na swobodnych elektronach.
Konieczne jest zrozumienie, że ocena prawdopodobieństwa zastosowania tego lub innego rozwiązania w Peresvet BLK jest podana raczej warunkowo: obecność tylko pośrednich informacji uzyskanych z otwartych źródeł nie pozwala na formułowanie wniosków o wysokim stopniu wiarygodności.
Niewykluczone, że wniosek o dużym prawdopodobieństwie zastosowania w Peresvet BLK lasera z pompą jądrową jest częściowo oparty nie tylko na obiektywnych czynnikach, ale także na ukrytym pragnieniu autora. Bo jeśli w Rosji rzeczywiście powstaje laser napędzany energią jądrową o mocy megawatów lub większej, otwiera to niezwykle interesujące perspektywy dla stworzenia systemów uzbrojenia, które mogą radykalnie zmienić wygląd pola bitwy. Ale porozmawiamy o tym w innym artykule.
PS Aby wykluczyć pytania i spory dotyczące wpływu atmosfery i pogody na działanie laserów, zdecydowanie zaleca się przestudiowanie książki AS Boreisho „Potężne mobilne lasery chemiczne”, przynajmniej rozdział 6 zatytułowany „Rozprzestrzenianie się promieniowania laserowego na odległości operacyjne”.
Autor: Andrey Mitrofanov