Všeobecne sa verí, že najlepším prostredím na používanie laserových zbraní (LW) je vesmír. Na jednej strane je to logické: v priestore sa laserové žiarenie môže šíriť prakticky bez rušenia spôsobeného atmosférou, poveternostnými podmienkami, prírodnými a umelými prekážkami. Na druhej strane existujú faktory, ktoré používanie laserových zbraní vo vesmíre výrazne komplikujú.
Vlastnosti prevádzky laserov vo vesmíre
Prvou prekážkou používania vysokovýkonných laserov vo vesmíre je ich účinnosť, ktorá je pri najlepších výrobkoch až 50%, zvyšných 50% ide na zahrievanie lasera a jeho okolitého zariadenia.
Aj v podmienkach atmosféry planéty - na súši, na vode, pod vodou a vo vzduchu sú problémy s chladením výkonných laserov. Napriek tomu sú možnosti chladiaceho zariadenia na planéte oveľa vyššie ako vo vesmíre, pretože vo vákuu je prenos prebytočného tepla bez straty hmotnosti možný iba pomocou elektromagnetického žiarenia.
Chladenie LO na vode a pod vodou sa organizuje najľahšie - je možné ho vykonávať s morskou vodou. Na zemi môžete použiť masívne radiátory s odvodom tepla do atmosféry. Letectvo môže na chladenie lietadla využiť prichádzajúci prúd vzduchu.
V priestore sa na odvod tepla chladiče chladičov používajú vo forme rebrovaných rúrok spojených s valcovými alebo kužeľovitými panelmi, v ktorých cirkuluje chladivo. S nárastom výkonu laserových zbraní veľkosť a hmotnosť chladičov chladiča, ktoré sú potrebné na jej chladenie, zvyšujú, navyše hmotnosť a najmä rozmery chladičov chladičov môžu výrazne presahovať hmotnosť a rozmery samotná laserová zbraň.
V sovietskom orbitálnom bojovom laseri „Skif“, ktorý mal na obežnú dráhu vypustiť superťažká nosná raketa „Energia“, mal byť použitý plynový dynamický laser, ktorého chladenie bude s najväčšou pravdepodobnosťou vykonávať vypúšťanie pracovnej tekutiny. Navyše obmedzený prísun pracovnej tekutiny na palubu len ťažko mohol poskytovať možnosť dlhodobej prevádzky lasera.
Zdroje energie
Druhou prekážkou je potreba poskytnúť laserovým zbraniam výkonný zdroj energie. Plynovú turbínu alebo naftový motor vo vesmíre nemožno nasadiť; potrebujú veľa paliva a ešte viac okysličovadla, chemické lasery s obmedzenými zásobami pracovnej tekutiny nie sú tou najlepšou voľbou na umiestnenie do vesmíru. Zostávajú dve možnosti-poskytnúť energiu polovodičovému / vláknovému / kvapalinovému laseru, na ktorý je možné použiť solárne batérie s nárazníkovými akumulátormi alebo jadrovými elektrárňami (JE), alebo laserom s priamym čerpaním pomocou fragmentov jadrového štiepenia (lasery poháňané jadrovou energiou)) môže byť použité.
Obvod reaktor-laser
V rámci práce vykonanej v USA v rámci programu Boing YAL-1 mal byť na zničenie medzikontinentálnych balistických rakiet (ICBM) na vzdialenosť 600 kilometrov použitý 14 megawattový laser. V skutočnosti bol dosiahnutý výkon asi 1 megawatt, pričom cvičné ciele boli zasiahnuté na vzdialenosť asi 250 kilometrov. Výkon rádovo 1 megawatt je teda možné použiť ako základňu pre vesmírne laserové zbrane, schopné napríklad operovať z nízkej referenčnej obežnej dráhy proti cieľom na povrchu Zeme alebo proti relatívne vzdialeným cieľom vo vesmíre (sme neberúc do úvahy lietadlo určené na osvetlenie »Senzory).
Pri účinnosti laseru 50%je na získanie 1 MW laserového žiarenia potrebné dodať laseru 2 MW elektrickej energie (v skutočnosti viac, pretože stále je potrebné zabezpečiť činnosť pomocných zariadení a chladenie) systém). Je možné získať takú energiu pomocou solárnych panelov? Napríklad solárne panely nainštalované na Medzinárodnej vesmírnej stanici (ISS) generujú medzi 84 a 120 kW elektrickej energie. Rozmery solárnych panelov potrebné na získanie uvedeného výkonu je možné ľahko odhadnúť z fotografických záberov ISS. Konštrukcia schopná poháňať 1 MW laser by bola obrovská a vyžadovala by minimálnu prenosnosť.
Zostavu batérie môžete považovať za zdroj energie pre výkonný laser na mobilných nosičoch (v každom prípade bude potrebný ako nárazník pre solárne batérie). Hustota energie lítiových batérií môže dosiahnuť 300 W * h / kg, to znamená, že na poskytnutie 1 MW lasera s účinnosťou 50%sú na 1 hodinu nepretržitej prevádzky s elektrickou energiou potrebné batérie s hmotnosťou asi 7 ton. Zdá sa, že nie tak veľa? Ak však vezmeme do úvahy potrebu stanoviť nosné konštrukcie, sprievodnú elektroniku, zariadenia na udržiavanie teplotného režimu batérií, hmotnosť vyrovnávacej batérie bude približne 14-15 ton. Okrem toho budú problémy s prevádzkou batérií v podmienkach extrémnych teplôt a vesmírneho vákua - značná časť energie bude „spotrebovaná“na zaistenie životnosti samotných batérií. Čo je najhoršie, porucha jedného článku batérie môže viesť k zlyhaniu alebo dokonca k výbuchu celej batérie batérií spolu s laserom a kozmickou loďou.
Použitie spoľahlivejších zariadení na uchovávanie energie, ktoré sú praktické z hľadiska ich prevádzky vo vesmíre, s najväčšou pravdepodobnosťou povedie k ešte väčšiemu nárastu hmotnosti a rozmerov konštrukcie v dôsledku ich nižšej hustoty energie z hľadiska W * h. / kg.
Ak však na laserové zbrane nekladieme požiadavky na mnoho hodín práce, ale použijeme LR na riešenie špeciálnych problémov, ktoré sa vyskytujú raz za niekoľko dní a vyžadujú si dobu prevádzky lasera maximálne päť minút, bude to znamenať zodpovedajúci zjednodušenie batérie …. Batérie je možné dobíjať zo solárnych panelov, ktorých veľkosť bude jedným z faktorov obmedzujúcich frekvenciu používania laserových zbraní
Radikálnejším riešením je využitie jadrovej elektrárne. V súčasnosti kozmické lode používajú rádioizotopové termoelektrické generátory (RTG). Ich výhodou je relatívna jednoduchosť konštrukcie, nevýhodou nízky elektrický výkon, ktorý je v najlepšom prípade niekoľko stoviek wattov.
V USA sa testuje prototyp sľubného Kilopower RTG, pri ktorom sa ako palivo používa urán-235, na odvod tepla sa používajú sodíkové tepelné rúrky a teplo sa pomocou Stirlingovho motora premieňa na elektrickú energiu. V prototype reaktora Kilopower s výkonom 1 kilowatt bola dosiahnutá pomerne vysoká účinnosť asi 30%. Konečná vzorka jadrového reaktora Kilopower by mala nepretržite vyrábať 10 kilowattov elektrickej energie počas 10 rokov.
Napájací obvod LR s jedným alebo dvoma reaktormi Kilopower a vyrovnávacím zariadením na ukladanie energie už môže byť funkčný a poskytuje pravidelnú prevádzku laseru s výkonom 1 MW v bojovom režime približne päť minút, raz za niekoľko dní, prostredníctvom vyrovnávacej batérie
V Rusku vzniká jadrová elektráreň s elektrickým výkonom asi 1 MW pre dopravný a energetický modul (TEM), ako aj tepelné emisné jadrové elektrárne na základe projektu Hercules s elektrickým výkonom 5-10 MW. Jadrové elektrárne tohto typu môžu poskytovať energiu laserovým zbraniam už bez sprostredkovateľov vo forme vyrovnávacích batérií, ich tvorba však čelí veľkým problémom, čo v zásade nie je prekvapujúce, vzhľadom na novosť technických riešení, špecifiká prevádzkové prostredie a nemožnosť vykonávať intenzívne testy. Vesmírne jadrové elektrárne sú témou pre samostatný materiál, ku ktorému sa určite ešte vrátime.
Rovnako ako v prípade chladenia výkonnej laserovej zbrane, aj používanie jadrovej elektrárne jedného alebo druhého druhu kladie zvýšené nároky na chladenie. Chladničky-radiátory sú jedným z najvýznamnejších, pokiaľ ide o hmotnosť a rozmery, prvky elektrárne, podiel ich hmotnosti v závislosti od typu a výkonu jadrovej elektrárne sa môže pohybovať od 30% do 70%.
Požiadavky na chladenie je možné znížiť znížením frekvencie a trvania laserovej zbrane a používaním relatívne nízkoenergetických jadrových elektrární typu RTG dobíjaním zásobníka energie
Zvlášť dôležité je umiestnenie jadrovo čerpaných laserov na obežnú dráhu, ktoré nevyžadujú externé zdroje elektrickej energie, pretože laser je čerpaný priamo produktmi jadrovej reakcie. Na jednej strane budú lasery poháňané jadrovou energiou vyžadovať aj masívne chladiace systémy, na druhej strane môže byť schéma priamej premeny jadrovej energie na laserové žiarenie jednoduchšia ako pri prechodnej premene tepla uvoľneného z jadrového reaktora na elektrickú energiu., čo bude znamenať zodpovedajúce zníženie veľkosti a hmotnosti.
Absencia atmosféry, ktorá bráni šíreniu laserového žiarenia na Zemi, teda výrazne komplikuje konštrukciu vesmírnych laserových zbraní, predovšetkým z hľadiska chladiacich systémov. Poskytovanie elektrickej energie vesmírnym laserovým zbraniam nie je o nič menší problém.
Dá sa predpokladať, že v prvej fáze, zhruba v tridsiatych rokoch XXI. Storočia, sa vo vesmíre objaví laserová zbraň, schopná fungovať obmedzený čas - rádovo niekoľko minút, s potrebou následného dobíjania energie skladovacie jednotky na dostatočne dlhé obdobie niekoľkých dní
V krátkodobom horizonte teda nie je potrebné hovoriť o masívnom použití laserových zbraní „proti stovkám balistických rakiet“. Laserové zbrane s pokročilými schopnosťami sa objavia najskôr, ako budú vytvorené a testované jadrové elektrárne triedy megawattov. A náklady na kozmické lode tejto triedy je ťažké predvídať. Navyše, ak hovoríme o vojenských operáciách vo vesmíre, potom existujú technické a taktické riešenia, ktoré môžu do značnej miery znížiť účinnosť laserových zbraní vo vesmíre.
Napriek tomu sa laserové zbrane, aj keď sú obmedzené časom nepretržitej prevádzky a frekvenciou používania, môžu stať základným nástrojom boja vo vesmíre a z vesmíru.
