Laserové zbrane sú vždy kontroverzné. Niektorí to považujú za zbraň budúcnosti, zatiaľ čo iní kategoricky popierajú pravdepodobnosť vzniku účinných vzoriek takýchto zbraní v blízkej budúcnosti. Ľudia premýšľali o laserových zbraniach ešte pred ich skutočným vzhľadom, pripomeňme si klasickú prácu „Hyperboloid inžiniera Garina“od Alexeja Tolstého (práca samozrejme neuvádza presne laser, ale zbraň, ktorá je mu blízka v činnosti a dôsledkoch o jeho použití).
Vytvorenie skutočného lasera v 50. - 60. rokoch XX. Storočia opäť nastolilo tému laserových zbraní. V priebehu desaťročí sa stal nepostrádateľným prvkom sci -fi filmov. Skutočné úspechy boli oveľa skromnejšie. Áno, lasery zaberali dôležité miesto v prieskumných a cieľových označovacích systémoch, sú široko používané v priemysle, ale na použitie ako prostriedok ničenia bola ich sila stále nedostatočná a ich hmotnostné a veľkostné charakteristiky boli neprijateľné. Ako sa vyvíjali laserové technológie, do akej miery sú v súčasnej dobe pripravené na vojenské aplikácie?
Prvý operačný laser bol vytvorený v roku 1960. Išlo o pulzný polovodičový laser založený na umelom rubíne. V čase vzniku to boli najvyššie technológie. V dnešnej dobe je možné takýto laser zostaviť doma, pričom jeho energia impulzu môže dosiahnuť 100 J.
Dusíkový laser je ešte jednoduchšie na implementáciu; Na jeho implementáciu nie sú potrebné komplexné komerčné produkty; môže dokonca fungovať na dusík obsiahnutý v atmosfére. S rovnými ramenami sa dá ľahko zostaviť doma.
Od vytvorenia prvého laseru sa našlo obrovské množstvo spôsobov, ako získať laserové žiarenie. Existujú tuhé lasery, plynové lasery, farbiace lasery, lasery s voľnými elektrónmi, vláknové lasery, polovodičové lasery a ďalšie lasery. Lasery sa tiež líšia v spôsobe vzrušenia. Napríklad v plynových laseroch rôznych prevedení môže byť aktívne médium budené optickým žiarením, výbojom elektrického prúdu, chemickou reakciou, jadrovým čerpaním, tepelným čerpaním (plynové dynamické lasery, GDL). S príchodom polovodičových laserov vznikli lasery typu DPSS (diódom čerpaný polovodičový laser).
Rôzne konštrukcie laserov poskytujú výstup žiarenia rôznych vlnových dĺžok, od mäkkých röntgenových lúčov po infračervené žiarenie. Tvrdé röntgenové a gama lasery sú vo vývoji. To vám umožní vybrať laser na základe riešeného problému. Pokiaľ ide o vojenské aplikácie, znamená to napríklad možnosť výberu lasera so žiarením takej vlnovej dĺžky, ktorá je minimálne absorbovaná atmosférou planéty.
Od vývoja prvého prototypu sa výkon neustále zvyšuje, zlepšujú sa hmotnostné a veľkostné charakteristiky a účinnosť (účinnosť) laserov. To je veľmi dobre zrejmé na príklade laserových diód. V 90. rokoch minulého storočia sa v širokom predaji objavili laserové ukazovátka s výkonom 2-5 mW, v rokoch 2005-2010 už bolo možné kúpiť laserové ukazovátko s výkonom 200-300 mW, teraz, v roku 2019, existujú v predaji laserové ukazovátka s optickým výkonom 7. UtV Rusku existujú moduly infračervených laserových diód s výkonom z optických vlákien, optickým výkonom 350 W.
Rýchlosť nárastu výkonu laserových diód je v súlade s Moorovým zákonom porovnateľná s rýchlosťou nárastu výpočtového výkonu procesorov. Laserové diódy samozrejme nie sú vhodné na vytváranie bojových laserov, ale naopak sa používajú na čerpanie účinných polovodičových a vláknových laserov. U laserových diód môže byť účinnosť premeny elektrickej energie na optickú viac ako 50%, teoreticky môžete dosiahnuť účinnosť cez 80%. Vysoká účinnosť nielenže znižuje požiadavky na napájanie, ale tiež zjednodušuje chladenie laserového zariadenia.
Dôležitým prvkom laseru je systém zaostrovania lúča - čím menšia je bodová plocha na cieli, tým vyššia je hustota výkonu, ktorá umožňuje poškodenie. Pokrok vo vývoji komplexných optických systémov a vznik nových vysokoteplotných optických materiálov umožňujú vytvárať vysoko účinné zaostrovacie systémy. Systém zaostrovania a zameriavania amerického experimentálneho bojového lasera HEL obsahuje 127 zrkadiel, šošoviek a svetelných filtrov.
Ďalším dôležitým komponentom poskytujúcim možnosť vytvárania laserových zbraní je vývoj systémov na vedenie a udržanie lúča na cieli. Na zasiahnutie cieľov „okamžitou“strelou sú v zlomku sekundy potrebné gigawattové sily, ale vytvorenie takýchto laserov a napájacích zdrojov pre ne na mobilnom podvozku je otázkou ďalekej budúcnosti. Na zničenie cieľov pomocou laserov s výkonom stoviek kilowattov - desiatok megawattov je preto potrebné, aby sa miesto laserového žiarenia na cieľovom mieste udržalo nejaký čas (od niekoľkých sekúnd do niekoľkých desiatok sekúnd). To si podľa navádzacieho systému vyžaduje vysoko presné a vysokorýchlostné pohony schopné sledovať cieľ laserovým lúčom.
Pri streľbe na veľké vzdialenosti musí navádzací systém kompenzovať skreslenia spôsobené atmosférou, na čo je v navádzacom systéme možné použiť niekoľko laserov na rôzne účely, ktoré poskytujú presné navádzanie hlavného „bojového“lasera na cieľ.
Ktoré lasery získali prioritný vývoj v oblasti zbraní? Vzhľadom na absenciu vysoko výkonných zdrojov optického čerpania sa nimi stali plynové dynamické a chemické lasery.
Koncom 20. storočia rozvíril verejnú mienku program Americká strategická obranná iniciatíva (SDI). V rámci tohto programu bolo plánované nasadenie laserových zbraní na zem a do vesmíru s cieľom poraziť sovietske medzikontinentálne balistické rakety (ICBM). Na umiestnenie na obežnú dráhu mal údajne využívať nukleárne čerpané lasery vyžarujúce v röntgenovom spektre alebo chemické lasery s výkonom až 20 megawattov.
Program SDI čelil mnohým technickým problémom a bol ukončený. Niektoré výskumy realizované v rámci programu zároveň umožnili získať dostatočne výkonné lasery. V roku 1985 zničil fluoridový deutérium laser s výstupným výkonom 2,2 megawattu balistickú raketu na kvapalné palivo upevnenú 1 kilometer od lasera. V dôsledku 12-sekundového ožarovania stratili steny telesa rakety pevnosť a boli zničené vnútorným tlakom.
V ZSSR sa tiež vyvíjal bojový laser. V osemdesiatych rokoch 20. storočia prebiehali práce na vytvorení orbitálnej platformy Skif s plynovo-dynamickým laserom s výkonom 100 kW. Maketa veľkej veľkosti Skif-DM (kozmická loď Polyus) bola vypustená na obežnú dráhu Zeme v roku 1987, ale kvôli množstvu chýb sa na vypočítanú obežnú dráhu nedostala a bola zaplavená v Tichom oceáne pozdĺž balistickej trajektórie. Kolaps ZSSR ukončil tento a podobné projekty.
V ZSSR sa v rámci programu Terra uskutočnili rozsiahle štúdie laserových zbraní. Program zónového raketového a protipriestorového obranného systému s prvkom zasahujúcim lúč na základe vysoko výkonných laserových zbraní „Terra“bol implementovaný v rokoch 1965 až 1992. Podľa otvorených údajov v rámci tohto programu plynové dynamické lasery boli vyvinuté tuhé lasery, výbušná jódová fotodisociácia a ďalšie typy.
Tiež v ZSSR bol od polovice 70. rokov 20. storočia vyvinutý lietajúci laserový komplex A-60 na základe lietadla Il-76MD. Pôvodne bol komplex určený na boj s automatickými driftovacími balónmi. Ako zbraň mal byť nainštalovaný kontinuálny plynový dynamický CO-laser triedy megawattov vyvinutý Khimavtomatika Design Bureau (KBKhA).
V rámci testov bola vytvorená rodina lavičiek GDT so žiarením od 10 do 600 kW. Dá sa predpokladať, že v čase testovania komplexu A-60 na ňom bol nainštalovaný 100 kW laser.
Vykonalo sa niekoľko desiatok letov s testovaním laserovej inštalácie na stratosférickom balóne umiestnenom vo výške 30-40 km a na cieli La-17. Niektoré zdroje uvádzajú, že komplex s lietadlom A-60 bol vytvorený ako letecký laserový komponent protiraketovej obrany v rámci programu Terra-3.
Aké typy laserov sú v súčasnosti najsľubnejšie pre vojenské aplikácie? So všetkými výhodami plynových dynamických a chemických laserov majú významné nevýhody: potreba spotrebných súčiastok, zotrvačnosť pri spustení (podľa niektorých zdrojov až do jednej minúty), výrazné uvoľnenie tepla, veľké rozmery a výťažok použitých komponentov aktívneho média. Takéto lasery je možné umiestniť iba na veľké médiá.
V súčasnosti majú najväčšie vyhliadky polovodičové a vláknové lasery, na ktorých prevádzku je potrebné len zaistiť dostatočný výkon. Americké námorníctvo aktívne vyvíja technológiu voľných elektrónových laserov. Dôležitou výhodou vláknových laserov je ich škálovateľnosť, t.j. schopnosť kombinovať niekoľko modulov, aby získali viac energie. Dôležitá je aj reverzná škálovateľnosť, ak sa vytvorí polovodičový laser s výkonom 300 kW, potom na jeho základe určite možno vytvoriť laser menšej veľkosti s výkonom napríklad 30 kW.
Aká je situácia s vláknovými a tuhými lasermi v Rusku? Veda ZSSR o vývoji a tvorbe laserov bola najrozvinutejšou na svete. Rozpad ZSSR bohužiaľ všetko zmenil. Jednu z najväčších svetových spoločností na vývoj a výrobu vláknových laserov IPG Photonics založil rodák z Ruska V. P. Gapontsev na základe ruskej spoločnosti NTO IRE-Polyus. Materská spoločnosť IPG Photonics je v súčasnosti registrovaná v USA. Napriek tomu, že jedno z najväčších výrobných závodov IPG Photonics sa nachádza v Rusku (Fryazino, Moskovská oblasť), spoločnosť funguje podľa amerických zákonov a jej lasery nemožno používať v ruských ozbrojených silách, vrátane toho, že spoločnosť musí dodržiavať sankcie uvalené na Rusko.
Možnosti vláknových laserov IPG Photonics sú však extrémne vysoké. Vysokovýkonné kontinuálne vlnové lasery IPG majú rozsah výkonov od 1 kW do 500 kW, ako aj široký rozsah vlnových dĺžok a účinnosť premeny elektrickej energie na optickú energiu dosahuje 50%. Divergenčné charakteristiky vláknových laserov IPG sú oveľa lepšie ako ostatné vysokovýkonné lasery.
Existujú v Rusku ďalší vývojári a výrobcovia moderných vysokovýkonných vláknových a polovodičových laserov? Súdiac podľa komerčných vzoriek, č.
Domáci výrobca v priemyselnom segmente ponúka plynové lasery s maximálnym výkonom desiatky kW. Napríklad spoločnosť „Laser Systems“v roku 2001 predstavila kyslíkovo-jódový laser s výkonom 10 kW s chemickou účinnosťou presahujúcou 32%, čo je najsľubnejší kompaktný autonómny zdroj výkonného laserového žiarenia tohto typu. Kyslíkovo-jódové lasery môžu teoreticky dosiahnuť výkon až jeden megawatt.
Zároveň nemožno úplne vylúčiť, že sa ruským vedcom na základe hlbokého porozumenia fyziky laserových procesov podarilo preraziť v inom smere vytvárania vysokovýkonných laserov.
V roku 2018 ruský prezident Vladimir Putin oznámil laserový komplex Peresvet, určený na riešenie protiraketových obranných misií a ničenie nepriateľských orbít. Informácie o komplexe Peresvet sú klasifikované vrátane typu použitého laseru (lasery?) A optickej sily.
Dá sa predpokladať, že najpravdepodobnejším kandidátom na inštaláciu v tomto komplexe je plynový dynamický laser, potomok lasera vyvíjaného pre program A-60. V tomto prípade môže byť optická sila lasera komplexu "Peresvet" 200-400 kilowattov, v optimistickom scenári až 1 megawatt. Za ďalšieho kandidáta možno považovať vyššie spomenutý kyslíkovo-jódový laser.
Ak z toho budeme vychádzať, potom na boku kabíny hlavného vozidla komplexu Peresvet bude naftový alebo benzínový generátor elektrického prúdu, kompresor, úložný priestor pre chemické súčiastky, laser s chladiacim systémom a systém navádzania laserového lúča je pravdepodobne umiestnený v sérii. Radar alebo detekcia cieľa OLS nie je nikde k dispozícii, čo znamená označenie externého cieľa.
V každom prípade sa tieto predpoklady môžu ukázať ako nepravdivé, a to tak v súvislosti s možnosťou vytvárania zásadne nových laserov domácimi vývojármi, ako aj v súvislosti s nedostatkom spoľahlivých informácií o optickej sile komplexu Peresvet. V tlači boli predovšetkým informácie o prítomnosti malého jadrového reaktora ako zdroja energie v komplexe „Peresvet“. Ak je to pravda, potom konfigurácia komplexu a možné charakteristiky môžu byť úplne odlišné.
Aký výkon je potrebný na to, aby sa laser účinne používal na vojenské účely ako prostriedok ničenia? To do značnej miery závisí od zamýšľaného rozsahu použitia a povahy zasiahnutých cieľov, ako aj od spôsobu ich zničenia.
Súčasťou vzdušného sebaobranného komplexu Vitebsk je aktívna rušiaca stanica L-370-3S. Proti tepelným odrazovým hlaviciam proti prichádzajúcim nepriateľským raketám oslepuje infračervené laserové žiarenie. Ak vezmeme do úvahy rozmery aktívnej rušičky L-370-3S, výkon laserového žiariča je maximálne niekoľko desiatok wattov. To sotva stačí na zničenie tepelnej navádzacej hlavy rakety, ale na dočasné oslepenie to úplne stačí.
Počas testov komplexu A-60 so 100 kW laserom boli zasiahnuté ciele L-17, ktoré sú analógom prúdového lietadla. Dosah ničenia nie je známy, dá sa predpokladať, že to bolo asi 5-10 km.
Príklady testov na zahraničných laserových systémoch:
[
Na základe vyššie uvedeného môžeme predpokladať:
-na zničenie malých UAV na vzdialenosť 1 až 5 kilometrov je potrebný laser s výkonom 2 až 5 kW;
-na zničenie neriadených mín, nábojov a vysoko presnej munície na vzdialenosť 5 až 10 kilometrov je potrebný laser s výkonom 20-100 kW;
-na zasiahnutie cieľov, akými sú lietadlo alebo raketa vo vzdialenosti 100-500 km, je potrebný laser s výkonom 1-10 MW.
Lasery uvedených výkonov buď už existujú, alebo sa vytvoria v dohľadnej budúcnosti. Aké typy laserových zbraní v blízkej budúcnosti môžu použiť vzdušné sily, pozemné sily a námorníctvo, zvážime v pokračovaní tohto článku.
