Вы прочитаете этот материал за 10 минут
Разработка и применение боевых лазеров.
Поражение целей основано на преобразовании энергии лазерного луча в тепло, которое приводит к абляции или расплавлению (прожигу) материала. Оно зависит от геометрии поражения (диаметра пучка лазера, геометрии поверхности объекта), мощности лазера (при этом следует различать мощность в непрерывном режиме работы от импульсной мощности), времени выдержки излучения (экспозиции) на цели, длины волны излучения и свойств материала.
Предпочтительным для поражения участком траектории полета МБР является ее разгонный участок. При этом поражаются топливные баки и оболочка МБР, обладающие меньшей теплозащитой в сравнении с боеголовками. Также на стадии разгона внутреннее давление в топливных баках высоко и есть дополнительные нагрузки на оболочку за счет разгона и трения. Это облегчает поражение ракеты лазерным лучом: требуется меньшая мощность или время экспозиции, поскольку не обязательно полностью прожечь оболочку, а достаточно лишь ее повредить до определенного уровня.
Для примера: толщина оболочки из стали или алюминия ракет СС-18, Минитмен, Таэпо-Донг 2 и т.п. составляет 1-3 мм. Разогреть такую оболочку до необратимого повреждения можно при воздействии на нее лазерным излучением с потоком 600 Дж/см2 (для сравнения, при взрыве 1 кг тротила выделяется 4 МДж; конечно, следует различать воздействие взрыва и лазерного излучения). Конечно, для подробных расчетов необходимо учитывать плотность мощности излучения на цели (с учетом расходимости излучения), а не на выходе лазера, тепловые и механические нагрузки на оболочку, рефракцию вблизи оболочки, характеристики материала и другие факторы.
Размер светового пятна лазера на цели при прочих равных условиях пропорционален дальности до нее и длине волны лазера, и обратно пропорционален диаметру фокусирующей оптики. Т.е. лазеры, излучающие на более коротких длинах волн, при прочих равных условиях будут обладать меньшими габаритами. Также более длинные волны излучения лазера в большей степени отражаются материалами объектов поражения в сравнении с коротковолновыми. Но излучение УФ диапазона в значительной степени поглощается атмосферой. В рамках Стратегической оборонной инициативы (СОИ) США предлагалось для поражения МБР использовать эксимерные лазеры (излучающие на границе прозрачности атмосферы), базирующиеся на Земле, с зеркалами, размещенными на спутниках. По подобной схеме предлагалось использовать и лазеры на свободных электронах. Такая же схема может быть использована и для ослепления оптоэлектронных приборов на земле. В качестве противодействия таким системам используется прямое поражение зеркала на спутнике или распыление поглощающих веществ вблизи зеркала.
Для поражения МБР на больших дальностях (более 1000 км) в рамках СОИ рассматривался вариант вывода в космос рекомбинационных рентгеновских лазеров с накачкой ядерным взрывом. В целях снижения времени развертывания вывод на орбиту предполагался с подводных лодок вблизи границ противника. Для накачки таких лазеров необходим ядерный заряд мощностью около 50 кт. Рентгеновский лазер предположительно был создан и испытан в рамках подземных ядерных испытаний в Неваде (США) в 1981 году (длина волны излучения такого лазера составила 1,4 нм, длительность импульса порядка наносекунды, мощность ‒ несколько сотен тераватт в импульсе, энергия импульса порядка 100 кДж). Также сообщалось, что эксперимент по исследованию возможности создания рентгеновских лазеров с использованием энергии ядерного взрыва был проведен и в СССР в 1987 году (длина волны 2,8 нм, энергия импульса 100 кДж). Однако, учитывая, что происходили эти испытания в период Холодной войны и технические параметры раскрыты слабо, то достоверность и полнота таких испытаний может быть подвергнута сомнению (как, к слову, и ряда других испытаний лазерного оружия). В целом лазерное оружие, размещаемое на спутниках, так и осталось в проектах, какой-либо открытой информации о практической реализации таких систем в настоящее время нет (разве что можно отметить неудачную попытку в 1987 г. вывода на орбиту в рамках советского проекта «Полюс-Скиф» лазерной системы, предназначенной для уничтожения спутников ПРО США).
Задача уничтожения МБР с помощью лазеров нашла свое развитие в размещении лазерного оружия на самолетах. Размещение лазерного оружия на самолетах делает такие системы мобильными и снижает влияние атмосферы на параметры излучения (при полетах над облаками, 10-12 км). Стоит отметить, что в таких системах дополнительно используются еще два лазера. Первый предназначен для локации и определения дальности до цели и ее скорости. Второй лазер предназначен для замера параметров атмосферы на пути лазерного луча до цели с целью коррекции оптики боевого лазера, позволяющей снизить влияние атмосферы на параметры излучения боевого лазера (адаптивная оптика).
Последней системой лазерного оружия для поражения МБР, которая была испытана, является ABL (AirBorne Laser, кислород-йодный лазер с мощностью на уровне мегаватта), размещенный на Боинге 747-400F. С помощью указанного лазера была сбита баллистическая ракета на разгонном участке траектории. Как сообщал Конгрессу США Министр обороны (на тот момент) Р. Гейтс, максимальная дальность поражения цели ABL составила 135 км (при минимально требуемой для поражения ракет на разгонном участке ‒ 200 км). Ввиду ограниченной дальности (в пределах досягаемости ПВО) такие системы могут быть использованы как составной элемент единой ПРО для контроля морских территорий (в местах пребывания подводных лодок с МБР) и против «стран-изгоев» со слабой ПВО. Такая система в принципе может быть использована и для систем ПВО против обычных самолетов.
Как некое логическое развитие проекта ABL можно рассматривать проект ATL (Advanced Tactical Laser), который размещался на самолете C-130. В ATL также использовался кислород-йодный лазер (мощностью порядка 100 кВт). Однако, указанный проект направлен на поражение с воздуха целей на земле. Дальность поражения порядка 10 км. В 2009 указанный лазер поразил движущийся автомобиль и несколько стационарных целей на полигоне.
Что касается лазерного оружия наземного базирования для целей ПВО, прошедшего успешные испытания, то можно выделить разработанный в 1996-2000 гг. компанией Northrop Grumman совместно с израильскими организациями проект THEL (Tactical High-Energy Laser), основанный на DF-лазере с мощностью более 100 кВт. Предназначен для поражения воздушных (и наземных) целей на расстояниях 12-15 км (в том числе и в условиях облачности). В ходе проведенных испытаний данный лазер уничтожил в полете 48 ракет, артиллерийских и минометных снарядов (в т.ч. и при залповом огне по 3 снаряда). В связи с особенностями работы с химическими лазерами (в течение работы активные материалы израсходуются, как следствие их необходимо утилизировать и заполнять лазер новыми) командование Сухопутных войск приняло решение отказаться от использования химических лазеров в пользу твердотельных.
Для защиты объектов от ракет и артиллерийских снарядов, а также поражения БПЛА, компанией Boeing разработан опытный образец HELMD (High Energy Laser Mobile Demonstrator) на основе твердотельного лазера с мощностью 10 кВт. Лазер размещается на грузовике. В ходе испытаний в 2014 г. лазер поразил более 150 воздушных целей, включая 60 мм минометные снаряды и БПЛА. Причем, продемонстрирована возможность поражения целей в условиях ветра и тумана. В перспективе планируется разместить на подвижной платформе лазер с мощностью 60 кВт. Параллельно разрабатываются и системы электропитания таких лазеров.
Наземные системы ПВО на основе лазеров разработаны и испытаны и в других странах. Так, например, интересна концепция немецкой фирмы Rheinmetall Waffe Munition, которая наряду с созданием отдельных твердотельных лазеров (до 50 кВт) на подвижных стационарных и подвижных средствах, разработала и системы, которые одновременно фокусируют излучение нескольких отдельно стоящих лазеров на одной цели. Подобная интегрированная система позволяет не только избегать проблем, возникающих при разработке единого мощного лазера, но и использовать ее для противодействия как самым малым так и значительным целям (например, крылатым ракетам). В Израиле фирмой Rafael разработана система «Iron Beam», предназначенная для поражения воздушных объектов на расстоянии до 2 км.
В США компанией Northrop Grumman разработана система на основе твердотельного лазера для корабельной ПВО, а также защиты кораблей от малых судов ‒ MLD (Maritime Laser Demonstration). Также в ВМФ США создана система LaWS (Laser Weapon System) на основе оптоволоконных лазеров с общей мощностью боле 30 кВт. В 2014 г. LaWS была размещена и испытана на корабле USS Ponce в зоне Персидского залива.
На основе волоконного лазера с мощностью порядка 10 кВт разработана и система ZEUS, предназначенная для уничтожения открыто расположенных на расстоянии до 300 м взрывных устройств. Даная система активно использовалась во время военных компаний в Ираке и Афганистане в 2003 г.
Что касается носимого человеком лазерного оружия (наподобие автомата), то до него, пожалуй, еще очень далеко из-за целого ряда проблем, в первую очередь из-за отсутствия компактных источников энергопитания. В настоящее время чем-то отдаленно похожим по дизайну является PHASR (Personnel Halting and Sstimulation Response), который, однако, предназначен не для уничтожения, а временного ослепления противника. Первые же лазеры для необратимого ослепления людей (пилотов) были созданы в 1985 г. на британском военном флоте и работали на дальностях до 3 миль, но такие системы сейчас запрещены.
Правовое регулирование.
На применение лазерного оружия к настоящему времени распространяется лишь один ограничительный международный правовой акт – Протокол об ослепляющем лазерном оружии (ООН, 1995 г.), который вступил в силу для Республики Беларусь 13.03.2001. Указанный протокол запрещает использование лазерного оружия, специально предназначенного для использования в боевых действиях исключительно или в том числе для того, чтобы причинить постоянную слепоту органам зрения человека, не использующего оптические приборы. Такое оружие, специально причиняющее постоянную слепоту человеку, относится к запрещенным в Беларуси постановлением Министерства обороны Республики Беларусь от 06.05.2009 г. № 24. Т.е. на применение лазерного оружия, которое оказывает либо временное ослепляющее воздействие, либо косвенно и нецеленаправленно причиняет постоянную слепоту, либо предназначенного для отличных от ослепления человека целей (включая убийство), ограничений нет.
Выводы.
Лазерное оружие до настоящего времени является в большей степени перспективным, чем действующим. Это связано с рядом технологических проблем. Но в целом продолжается совершенствование как энергоисточников, так и самих лазеров (в частности, разработка адаптивной оптики, эффективной архитектуры охлаждения, повышение КПД, улучшение накачки и т.д.), что в перспективе может привести к их достаточно массовому применению как средств поражения.
Несмотря на сворачивание проектов лазерного оружия большой мощности (как планировалось в рамках СОИ) в последнее время продолжаются научно-технические программы по разработке лазерных систем для тактической обороны. Такие программы проводятся не только в США (где лидерами являются компании Boeing и Northrop Grumman, в которых созданы отделы по разработке оружия направленной энергии; такие же отделы есть в ВВС, ВМФ и Сухопутных войсках), но и, например, в Индии. В ВВС США есть планы оснастить лазерным оружием и истребители.
Наряду с разработкой мощных лазеров для военных целей, в настоящее время проводится разработка мощных лазеров для термоядерного синтеза и исследования процессов при высоких мощностях излучения (США, Япония, Германия, Великобритания, Россия и др.). Таким образом, продолжающееся активное развитие лазерных технологий позволит в обозримом будущем существенно улучшить характеристики лазерного оружия.
В перспективе лазерное оружие может найти применение и в контртеррористической деятельности. Например, с расширением доступности квадрокоптеров вполне можно ожидать попыток совершения терактов с их помощью (доставка взрывного устройства в толпу или рабочий кабинет государственного лица, распыление отравляющих веществ и т.п.). Применение лазерных систем позволяет уничтожить такие летательные объекты бесшумно, что не создаст паники.
Но, в целом, как и будущее любого вооружения, применение лазерного оружия в дальнейшем также зависит от развития теории и практики боевых действий.
Егор Лебедок, специально для Belarus Security Blog.
Другие материалы по теме:
Лазеры в современных системах вооружения (начало).