Todellisen laserin luominen XX-luvun 50-60-luvuilla nosti jälleen esiin laseraseiden aiheen. Siitä on vuosikymmenten ajan tullut tieteiselokuvien välttämätön ominaisuus. Todellinen menestys oli paljon vaatimattomampaa. Kyllä, laserilla on ollut tärkeä markkinarako tiedustelu- ja kohdemerkintäjärjestelmissä ja niitä käytetään laajalti teollisuudessa, mutta niiden teho ei silti riittänyt tuhoamiseen, ja niiden paino- ja kokoominaisuudet eivät olleet hyväksyttäviä. Miten laserteknologiat ovat kehittyneet, kuinka valmiita ne ovat sotilaalliseen käyttöön tällä hetkellä?
Ensimmäinen toimiva laser luotiin vuonna 1960. Se oli pulssimainen solid-state laser, joka perustui keinotekoiseen rubiiniin. Luomishetkellä se oli huipputeknologiaa. Nykyään tällainen laser voidaan koota kotona, kun taas sen pulssienergia voi olla 100 J.
Ensimmäisen laserin kaavio keinotekoisella rubiinilla
Kotitekoinen laser keinotekoiselle rubiinille, jonka pulssienergia on 5 J ja kolikolla, joka ammuttiin läpi tämän laserin seitsemällä pulssilla, laserin rakensi @Laserbuilder, he suunnittelevat luovansa samanlaisen laserin, jonka pulssienergia on jopa 100 J
Vielä yksinkertaisempi toteuttaa on typpilaser, sen toteuttaminen ei vaadi monimutkaisia ostettuja tuotteita, se voi jopa työskennellä ilmakehän sisältämällä typellä. Suorilla käsivarsilla se voidaan helposti koota kotona.
Jarrod Kinseyn valmistama kotitekoinen typpilaser
Itsekokoamisprosessin ja typpilasertoiminnan esittely
Ensimmäisen laserin luomisen jälkeen on löydetty valtava määrä tapoja saada lasersäteilyä. On olemassa solid-state-lasereita, kaasulasereita, värilasereita, vapaiden elektronien lasereita, kuitulasereita, puolijohdelasereita ja muita lasereita. Laserit eroavat myös tavasta, jolla ne ovat innostuneet. Esimerkiksi erityyppisissä kaasulasereissa aktiivisen väliaineen viritys voidaan suorittaa optisella säteilyllä, sähkövirtapurkauksella, kemiallisella reaktiolla, ydinpumppauksella, lämpöpumppauksella (kaasudynaamiset laserit, GDL). Puolijohdelaserien tulo johti DPSS-laseereihin (diodipumpattu solid-state laser).
Erilaiset lasermallit mahdollistavat eri aallonpituisten säteilyn saamisen ulostulossa pehmeästä röntgensäteilystä infrapunasäteilyyn. Kovia röntgensäteitä lähettäviä lasereita ja gammalasereita kehitetään. Näin voit valita laserin ratkaistavan ongelman perusteella. Mitä tulee sotilaallisiin sovelluksiin, tämä tarkoittaa esimerkiksi mahdollisuutta valita laser, jonka aallonpituus on sellainen, että planeetan ilmakehä absorboi mahdollisimman vähän.
Ensimmäisen prototyypin kehittämisestä lähtien teho on jatkuvasti kasvanut, laserien paino- ja kokoominaisuudet sekä tehokkuus ovat parantuneet. Tämä näkyy hyvin selvästi laserdiodien esimerkissä. Viime vuosisadan 90-luvulla laserosoittimet, joiden teho on 2-5 mW, ilmestyivät laajaan myyntiin, vuosina 2005-2010 oli jo mahdollista ostaa laserosoitin, jonka optinen teho on 200-300 mW, nyt vuonna 2019 , on laserosoittimia, joiden optinen teho on 7 ti Venäjällä on avoimessa myynnissä infrapunalaserdiodien moduuleja kuituoptisella lähdöllä, optinen teho 350 W.
Laserosoitin optisella teholla 7 W, aallonpituus 445 nm
Laserdiodien tehon kasvunopeus on Mooren lain mukaisesti verrattavissa prosessorien laskentatehon kasvuvauhtiin. Laserdiodit eivät tietenkään sovellu taistelulaserien luomiseen, mutta niitä käytetään puolestaan tehokkaiden solid-state- ja kuitulaserien pumppaamiseen. Laserdiodeissa sähköenergian optiseksi energiaksi muuntamisen hyötysuhde voi olla yli 50 %, teoriassa on mahdollista saavuttaa yli 80 % hyötysuhde. Korkea hyötysuhde ei ainoastaan vähennä virransyöttövaatimuksia, vaan myös yksinkertaistaa laserlaitteiden jäähdytystä.
Tärkeä elementti laserissa on säteen tarkennusjärjestelmä - mitä pienempi kohdealue on, sitä suurempi ominaisteho mahdollistaa vaurion. Edistyminen monimutkaisten optisten järjestelmien luomisessa ja uusien korkean lämpötilan optisten materiaalien syntyminen mahdollistavat erittäin tehokkaiden tarkennusjärjestelmien luomisen. Amerikkalaisen kokeellisen taistelulaser HEL:n tarkennus- ja tähtäysjärjestelmä sisältää 127 peiliä, linssiä ja valosuodattimia.
Toinen tärkeä komponentti, joka mahdollistaa laseraseiden luomisen, on järjestelmien kehittäminen säteen osoittamiseksi ja pitämiseksi kohteessa. Kohteisiin osumiseen "välittömällä" laukauksella, sekunnin murto-osassa tarvitaan gigawattitehoa, mutta tällaisten lasereiden ja virtalähteiden luominen niitä varten mobiilialustalle on kaukaisen tulevaisuuden asia. Siksi kohteiden tuhoamiseksi lasereilla, joiden teho on satoja kilowatteja - kymmeniä megawattia, on tarpeen pitää lasersäteilyn piste kohteessa jonkin aikaa (useista sekunneista useisiin kymmeniin sekunteihin). Tämä vaatii erittäin tarkkoja ja nopeita asemia, jotka pystyvät seuraamaan kohdetta lasersäteellä ohjausjärjestelmän mukaan.
Pitkillä etäisyyksillä ammuttaessa ohjausjärjestelmän tulee kompensoida ilmakehän aiheuttamia vääristymiä, joihin ohjausjärjestelmässä voidaan käyttää useita eri tarkoituksiin tarkoitettuja lasereita, jotka varmistavat pää"taistelu"laserin tarkan ohjauksen kohteeseen.
Mitkä laserit ovat saaneet ensisijaisen kehittämisen aseiden alalla? Tehokkaiden optisen pumppauslähteiden puutteen vuoksi ensinnäkin kaasudynaamisista ja kemiallisista lasereista tuli sellaisia.
20-luvun lopulla yleistä mielipidettä herätti amerikkalainen Strategic Defense Initiative (SDI) -ohjelma. Osana tätä ohjelmaa sen piti sijoittaa laseraseita maan päälle ja avaruuteen Neuvostoliiton mannertenvälisten ballististen ohjusten (ICBM) tuhoamiseksi. Ratalle sijoittamiseen sen piti käyttää röntgenalueella säteileviä ydinpumppulasereita tai kemiallisia lasereita, joiden teho oli enintään XNUMX megawattia.
SDI-ohjelmassa ilmeni lukuisia teknisiä ongelmia ja se suljettiin. Samalla osa ohjelman puitteissa tehdyistä tutkimuksista mahdollisti riittävän tehokkaiden lasereiden saamisen. Vuonna 1985 deuteriumfluoridilaser, jonka lähtöteho oli 2,2 megawattia, tuhosi nestemäisen polttoaineen ballistisen ohjuksen, joka oli kiinteästi 1 kilometrin päässä laserista. 12 sekunnin säteilytyksen seurauksena rakettirungon seinämät menettivät voimansa ja tuhoutuivat sisäisen paineen vaikutuksesta.
Neuvostoliitossa kehitettiin myös taistelulasereita. 100-luvun 1987-luvulla työskenneltiin Skif-kiertorataalustan luomiseksi kaasudynaamisella laserilla, jonka teho oli XNUMX kW. Massakokoinen malli "Skif-DM" (Spacecraft "Pole") laukaistiin Maan kiertoradalle vuonna XNUMX, mutta useiden virheiden vuoksi se ei päässyt laskennalliselle kiertoradalle ja joutui tulvimaan Tyynellämerellä. ballistinen lentorata. Neuvostoliiton hajoaminen lopetti tämän ja vastaavan hankkeen.
Avaruusalus "Pole" ("Skif-DM") erittäin raskaassa kantoraketissa "Energia"
Neuvostoliitossa tehtiin laajamittaisia laseraseiden tutkimuksia osana Terra-ohjelmaa. Suuritehoiseen Terra-laseraseeseen perustuvan vyöhykkeen ohjus- ja avaruustorjuntajärjestelmän ohjelma toteutettiin vuosina 1965-1992. Avoimen tiedon mukaan kaasudynaamiset laserit, solid-state laserit, räjähtävä jodin fotodissosiaatio ja muun tyyppiset laserit.
Laserit AZH-4T ja AZH-5T kompleksista "Terra-3"
Myös Neuvostoliitossa on XX vuosisadan 70-luvun puolivälistä lähtien kehitetty Il-60MD-lentokoneeseen perustuva A-76-ilmapohjainen laserkompleksi. Aluksi kompleksi oli tarkoitettu taistelemaan automaattisesti ajautuvia ilmapalloja vastaan. Aseena oli tarkoitus asentaa Khimavtomatika Design Bureaun (KBKhA) kehittämä megawattiluokan jatkuva kaasudynaaminen CO-laser.
Osana testejä luotiin GDT-penkkinäytteiden perhe, jonka säteilyteho on 10 - 600 kW. Voidaan olettaa, että A-60-kompleksia testattaessa siihen oli asennettu 100 kW laser.
Laserasennusta testattiin useita kymmeniä lentoja 30-40 km korkeudessa sijaitsevalla stratosfääripallolla ja La-17-kohteessa. Jotkut lähteet viittaavat siihen, että A-60-lentokoneen kompleksi luotiin ilmailun laserohjuspuolustuskomponentiksi Terra-3-ohjelman puitteissa.
A-60 ilmassa oleva laserkompleksi
Helmikuussa 2010 tiedotusvälineet raportoivat työskentelyn jatkamisesta ilmassa olevien laseraseiden parissa Il-76MD-90A-alustalla PS-90A-76-moottoreilla. Konserni VKO "Almaz-Antey", TANTK nimetty G.M. Beriev ja Khimpromavtomatika-yritys Voronezhissa saivat tehtäväksi luoda ilmailukompleksi "laserilla, joka pystyy polttamaan lentokoneiden, satelliittien ja ballististen ohjusten runkojen läpi". Tätä tarkoitusta varten muunnettu Il-76MD-90A lentokone teki ensimmäisen lentonsa lokakuussa 2014 ja saapui Taganrogiin 24. marraskuuta 2014 asentamaan laserkompleksia. Koneen viimeistely ja sen maakokeet jatkuivat kaksi vuotta, ja 4 tiedotusvälineet uutisoivat A-2016:n seuraajan lentokokeiden alkamisesta. Kuten Venäjän federaation apulaispuolustusministerin Juri Borisovin sanoista seuraa, "lentokokeilut jatkuvat, joiden tulokset vahvistavat tehtyjen päätösten oikeellisuuden".
Millaiset laserit ovat tällä hetkellä lupaavimpia sotilaskäyttöön? Kaikilla kaasudynaamisten ja kemiallisten lasereiden eduilla on niillä merkittäviä haittoja: kuluvien komponenttien tarve, käynnistysinertia (joidenkin lähteiden mukaan jopa minuutti), merkittävä lämmön vapautuminen, suuret mitat ja teho aktiivisen väliaineen käytetyt komponentit. Tällaisia lasereita voidaan sijoittaa vain suurille alustalle.
Tällä hetkellä suurimmat näkymät ovat puolijohde- ja kuitulasereilla, joiden toimintaan tarvitaan vain riittävän tehokas sähkö. Yhdysvaltain laivasto kehittää aktiivisesti vapaiden elektronien lasertekniikkaa. Kuitulaserien tärkeä etu on niiden skaalautuvuus; kyky yhdistää useita moduuleja saadakseen lisää tehoa. Käänteinen skaalautuvuus on myös tärkeä, jos syntyy 300 kW:n tehoinen solid-state laser, niin sen pohjalta voidaan varmasti luoda pienempi laser, jonka teho on esimerkiksi 30 kW.
Mikä on kuitu- ja solid-state-laserien tilanne Venäjällä? Neuvostoliiton tiede lasereiden kehittämisen ja luomisen suhteen oli maailman edistyneintä. Valitettavasti Neuvostoliiton hajoaminen muutti kaiken. Venäjän syntyperäinen V. P. Gaponttsev perusti venäläisen NTO IRE-Polyuksen pohjalta yhden maailman suurimmista kuitulaserien kehitys- ja tuotantoyhtiöistä, IPG Photonicsin. Emoyhtiö IPG Photonics on tällä hetkellä rekisteröity Yhdysvalloissa. Huolimatta siitä, että yksi IPG Photonicsin suurimmista tuotantolaitoksista sijaitsee Venäjällä (Fryazino, Moskovan alue), yritys toimii Yhdysvaltain lain puitteissa eikä sen lasereita voida käyttää Venäjän federaation asevoimissa, mukaan lukien Yhtiön on noudatettava Venäjälle asetettuja pakotteita.
IPG Photonicsin valmistamien kuitulaserien ominaisuudet ovat kuitenkin erittäin korkeat. IPG:n suuritehoisten jatkuva-aaltokuitulaserien tehoalue on 1 kW - 500 kW, sekä laaja aallonpituusalue, sähköenergian muuntamisen hyötysuhde optiseksi energiaksi on 50 %. IPG-kuitulaserien eroparametrit ovat paljon parempia kuin muut suuritehoiset laserit.
IPG Photonicsin valmistama 100 kW YLS-kuitulaser, tehotasot 500 kW asti saatavilla pyynnöstä
Onko Venäjällä muita nykyaikaisten suuritehoisten kuitu- ja solid-state-laserien kehittäjiä ja valmistajia? Kaupallisten näytteiden perusteella ei.
Teollisuuden kotimainen valmistaja tarjoaa kaasulasereita, joiden enimmäisteho on kymmeniä kW. Esimerkiksi vuonna 2001 Laser Systems -yhtiö esitteli 10 kW:n happi-jodilaserin, jonka kemiallinen hyötysuhde on yli 32 %, ja joka on lupaavimmin kompakti ja autonominen tämän tyyppisen suuritehoisen lasersäteilyn lähde. Teoriassa happi-jodilaserit voivat saavuttaa jopa yhden megawatin tehon.
Samalla ei voida täysin sulkea pois sitä, että venäläiset tiedemiehet ovat onnistuneet tekemään läpimurron johonkin toiseen suuntaan suuritehoisten lasereiden luomisessa laserprosessien fysiikan syvällisen ymmärtämisen perusteella.
Vuonna 2018 Venäjän presidentti Vladimir Putin julkisti Peresvet-laserkompleksin, joka on suunniteltu ratkaisemaan ohjuspuolustustehtäviä ja tuhoamaan vihollisen kiertorata-ajoneuvoja. Tiedot Peresvet-kompleksista on luokiteltu, mukaan lukien käytetyn laserin tyyppi ja optinen teho.
Voidaan olettaa, että todennäköisin ehdokas asennettavaksi tähän kompleksiin on kaasudynaaminen laser, joka on A-60-ohjelmaa varten kehitettävän laserin jälkeläinen. Tässä tapauksessa laserkompleksin "Peresvet" optinen teho voi olla 200-400 kilowattia, optimistisessa skenaariossa jopa 1 megawatti. Toisena ehdokkaana voidaan pitää aiemmin mainittua happi-jodilaseria.
Tämän perusteella Peresvet-kompleksin pääkoneen ohjaamon sivulta on oletettavasti peräkkäin sijoitettu - diesel- tai bensiinisähkövirtageneraattori, kompressori, säilytyslokero kemiallisille komponenteille, laser jäähdytysjärjestelmällä ja lasersäteen ohjausjärjestelmä. Missään ei ole kohteen havaitsemistutkaa tai OLS-järjestelmää, mikä viittaa ulkoiseen kohteen nimeämiseen.
Laserkompleksi "Peresvet"
Joka tapauksessa nämä oletukset voivat osoittautua vääriksi, koska kotimaiset kehittäjät voivat luoda täysin uusia lasereita ja koska Peresvet-kompleksin optisesta tehosta ei ole luotettavaa tietoa. Erityisesti lehdistön läpi lipsahti tietoa pienestä ydinreaktorista osana Peresvet-kompleksia energialähteenä. Jos tämä on totta, kompleksin kokoonpano ja mahdolliset ominaisuudet voivat olla täysin erilaisia.
Mitä tehoa tarvitaan, jotta laseria voitaisiin käyttää tehokkaasti sotilaallisiin tarkoituksiin tuhoamiskeinona? Tämä riippuu pitkälti odotetusta käyttöalueesta ja osuvien kohteiden luonteesta sekä osumistavasta.
Osana itsepuolustuskompleksia "Vitebsk" on aktiivinen häirintäasema L-370-3S. Se torjuu saapuvia vihollisen ohjuksia lämpökohdistuspäällä sokoittamalla ne infrapunalasersäteilyllä. Ottaen huomioon aktiivisen häiriöaseman L-370-3S mitat, laseremitterin teho on enintään useita kymmeniä watteja. Tämä tuskin riittää tuhoamaan ohjuksen lämpökohdistuspäätä, mutta se riittää tilapäiseen sokeuteen.
Aktiivinen häirintäasema L-370-3S
A-60-kompleksin testeissä 100 kW:n laserilla osui L-17-kohteisiin, jotka edustavat suihkukoneen analogia. Tuhoaluetta ei tunneta, sen voidaan olettaa olleen noin 5-10 km.
Esimerkkejä ulkomaisten laserjärjestelmien testeistä:
Ballistiset kohdeohjukset tuhottiin amerikkalaisen Boeing YAL-1 -lentokoneen laserkompleksin testeissä. Yksi kohdeohjus nestemäisellä polttoaineella toimivalla rakettimoottorilla, toinen kiinteällä polttoaineella, laukaisuetäisyys testeissä oli noin 100 km.
Rheinmetall testasi Schrobenhausenin testipaikalla 20 kW:n laserjärjestelmää, joka tuhoaa miehittämättömän lentokoneen (UAV) 500 metrin etäisyydellä 3,39 sekunnissa.
Yhdysvaltain armeijan panssaroitu taisteluajoneuvo Stryker, joka oli varustettu liikkuvalla suurenergialaseilla (Mobile High-Energy Laser, MEHEL), jonka teho on 5 kW, osui pieneen UAV:hen Grafenwehrin harjoituskentällä Saksassa (Baijeri)
Yli 100 testin aikana Israelin Keren Barzel -ohjuspuolustuslaserjärjestelmä huhtikuussa 2014, järjestelmä osui 90 % kohteista (miinat, kuoret, UAV:t) osoitti toimivuutta (Proof Of Concept), suoritettiin yli 100 testiä. . Laserin teho on useita kymmeniä kilowatteja.
Boeing Company testasi yhdessä Yhdysvaltain armeijan kanssa HEL MD:n kehittynyttä taistelulaseria. Huonosta säästä huolimatta - kova tuuli, sade ja sumu - 10 kilowatin laitteisto osui onnistuneesti useisiin ilmakohteisiin Eglinin ilmavoimien tukikohdassa Floridassa.
Kompleksin edellinen testi suoritettiin vuonna 2013 White Sandsin testipaikalla New Mexicossa. Sitten laser osui yli 90 kranaatinheittimen kuoreen ja useisiin UAV:ihin. Yhteensä kahdessa testissä HEL MD osui 150 ilmakohteeseen, mukaan lukien 60 mm kranaatinheittimen kuoret ja UAV:t. Yhtiö aikoo nostaa kompleksin tehon 50-60 kW:iin ja parantaa laserasennuksen tehonsyöttöjärjestelmää.
Taistelulaser HEL MD
[
HEL MD Combat Laser Testit
Yllä olevan perusteella voimme olettaa:
- pienten UAV-laitteiden tuhoamiseen 1-5 kilometrin etäisyydellä tarvitaan laser, jonka teho on 2-5 kW;
- ohjaamattomien miinojen, ammusten ja tarkkuusohjattujen ammusten tuhoamiseen 5-10 kilometrin etäisyydellä tarvitaan laser, jonka teho on 20-100 kW;
- 100-500 km:n etäisyydellä oleviin kohteisiin, kuten lentokoneeseen tai rakettiin osumiseen tarvitaan laser, jonka teho on 1-10 MW.
Ilmoitetun kapasiteetin lasereita on jo olemassa tai niitä tullaan luomaan lähitulevaisuudessa. Millaisia laseraseita lähitulevaisuudessa voivat käyttää ilmavoimat, maajoukot ja laivasto, harkitsemme tämän artikkelin jatkossa.