Військові вже відчувають справжню лазерну зброю, проте в неї досі є багато недоліків та обмежень, з якими доводиться миритися.
США та інші країни світу активно розробляють лазерну зброю, таку як DE M-SHORAD, бачачи в ній дешевшу і не менш ефективну альтернативу ракет протиповітряної оборони. Директор американського Центру ініціатив національної безпеки та професор аерокосмічних наук Університету Колорадо у Боулдері Ієн Бойд у своїй статті для видання The Conversation пояснив, як працюють такі системи та навіщо потрібні військовим.
Енергетична зброя стала популярним об'єктом наукової фантастики ще до винайдення лазерів, і згодом навколо неї утворилося багато міфів. Нещодавно розробники почали тестувати перші прототипи справжньої лазерної зброї, призначеної в першу чергу для знищення ворожих дронів і ракет.
Як працюють лазери
Лазер використовує електрику для створення частинок світла (фотонів). Ці частинки проходять через спеціальний матеріал, що збільшує їх кількість, після чого всі фотони фокусуються у вузький промінь за допомогою напрямних елементів.
Перший лазер створили в 1960 році, з того часу вчені розробили безліч систем, що генерують фотони на різних довжинах хвиль електромагнітного спектру, від інфрачервоного до ультрафіолету. Високоенергетичні лазерні системи, які використовують військові, засновані на твердотільних лазерах із спеціальними кристалами для перетворення вхідної електричної енергії на фотони.Важлива їх особливість полягає в тому, що частинки світла створюються в інфрачервоній частині електромагнітного спектра і не видно людському оку. Тому неможливо побачити, звідки саме стріляє така зброя.
Коли лазерний промінь досягає якогось об'єкта, то відбуваються різні ефекти залежно від довжини хвилі фотона, потужності променя та матеріалу поверхні. Велику роль також відіграє відстань між випромінювачем та метою.
Малопотужні лазери, що створюють видиме оку світло, застосовуються у світлових уявленнях і як указка. Вони настільки слабкі, що просто відбиваються від поверхні і не ушкоджують її.
Більш потужні лазери можуть розрізати біологічні тканини, тому використовуються в медицині. Є й такі, що здатні нагрівати, плавити та марнувати багато різних матеріалів, їх застосовують у промисловості для зварювання та різання.
Лазерна зброя
Руйнівна здатність лазерів привернула увагу військових. Однією з ключових переваг високопотужної зброї є "нескінченний магазин". На відміну від традиційної зброї, такої як пістолети та гармати, які вимагають перезарядки боєприпасів, лазер може стріляти, доки в нього надходить електрична енергія.
Армія США використовує високоенергетичний лазер потужністю 50 кіловат, встановлений на бойовій машині піхоти Striker, і в лютому 2024 розгорнула чотири системи для бойових випробувань на Близькому Сході. Військово-морські сили країни тим часом розгорнули високоенергетичний лазер корабельного базування для захисту від невеликих океанських надводних кораблів, що швидко рухаються, а також ракет і дронів. У серпні 2022 року ВМС встановили 60-кіловатну лазерну зброю на есмінець USS Preble.
ВПС США розробляють високоенергетичні лазери для літаків для оборонних та наступальних завдань. У 2010 році вони випробували мегаватний лазер, встановлений на модифікованому Boeing 747, вразивши балістичну ракету під час її запуску. Наразі ВПС працюють над меншою системою озброєння для винищувачів. Росія, ймовірно, розробляє високоенергетичний лазер наземного базування, щоб "сліплювати" супутники своїх супротивників.
Обмеження лазерної зброї
Однією з головних проблем для військових лазерів є високий рівень потужності, необхідний ураження цілей великому відстані. На відміну від промислового лазера, який може бути дуже близько до об'єкта, бойові операції проводяться на значно більшій дистанції. Щоб захиститися від загрози, що наближається, такий як мінометний снаряд або невеликий човен, лазерній зброї необхідно вразити мету до того, як вона зможе нашкодити.
Щоб пропалити твердий матеріал на значній відстані, потрібні десятки, якщо не сотні кіловат потужності. Найменший прототип лазерної зброї споживає потужність 10 кіловат приблизно як у електромобіля. Lockheed Martin вже створює лазерну зброю потужністю 300 кіловат, чого достатньо для живлення 30 будинків. Оскільки ефективність високоенергетичних лазерів у кращому випадку становить лише 50%, вони виробляють величезну кількість тепла, що відходить, яке потрібно кудись подіти.
В результаті лазерній зброї потрібна інфраструктура для вироблення електроенергії та охолодження, через що встановити її можна далеко не скрізь. Армійські вантажівки та винищувачі мають мало місця, тому їх можна озброїти лише малопотужними системами, здатними, проте, збивати БПЛА та ракети.Кораблі і більші літаки можуть бути оснащені потужнішими лазерами, здатними пропалити дірки в човнах і наземних транспортних засобах. Комплекси наземного базування найменш обмежені, тому можуть займати багато місця, отримувати багато енергії та потенційно здатні атакувати навіть супутники у космосі.
Ще одне важливе обмеження пов'язане з "боєзапасом". Нескінченність енергії в цьому випадку дуже умовна, адже броньовик, корабель або літак для використання лазерної зброї повинні мати відповідне джерело живлення, що також обмежує як потужність, так і час використання.
Існують також обмеження, пов'язані з умовами навколишнього середовища: дощ, туман та дим розсіюють лазерні промені, знижуючи ефективність ураження. Саме в таких ситуаціях США випробовує установки DE M-SHORAD на Близькому Сході. Крім того, лазерам необхідно бити по меті протягом декількох секунд, щоб завдати істотної шкоди.
Подальша доля лазерної зброї
Іен Бойд вважає, що в майбутньому високоенергетична лазерна зброя, ймовірно, продовжить розвиватися зі збільшенням рівнів потужності, що розширить діапазон цілей, проти яких вона може бути використана. Погрози, що виникають від недорогих дронів з озброєнням, подібних до тих, які використовуються в конфліктах на Близькому Сході та в Україні, підвищують ймовірність того, що високоенергетичні лазери також знайдуть невійськове застосування, наприклад, для захисту населення від терористичних атак.
Нещодавно писали, що ВМС США хочуть створити лазерну зброю зі змінними магазинами, як у гвинтівок. Замість патронів там мають бути батареї для швидкого перезаряджання.За задумом інженерів, за такою технологією можна зробити нехай і малопотужну, але досить компактну зброю 20 кВт вагою 9 кг, яка не потребує водяного охолодження.
- Читайте нас у:
- Читайте у Telegram
- Читайте у Facebook
- Читайте у Twitter
- Читайте у Google news
- Читайте у Viber
- Теги:
- зброя
- лазер
- лазерна зброя
- військові технології
- Поділитися:
- відправити до Telegram
- поділитися у Facebook
- твітнути
- відправити до Viber
- відправити до Whatsapp
- відправити до Messenger
Ще кілька десятиліть тому лазер на полі бою міг з'явитися лише у кадрі «Зоряних війн» та «Зоряного шляху». Але минули роки, і лазери стали одним із засобів боротьби з безпілотниками, ракетами та супутниками. Лідерами у цій галузі залишаються США та Росія — дві країни, які колись першими звернули увагу на революційну технологію. Про те, що таке лазери, як вони з'явилися і як працюють, а також про радянську та сучасну російську лазерну зброю «Лента.ру» розповідає в рамках проекту «Зброя Росії».
Я знаю, що всі ви хочете світу. Хочу його й я. Я звертаюся до наукової спільноти нашої країни, до тих, хто дав нам ядерну зброю, із закликом направити свої великі таланти на благо людства і миру в усьому світі і дати в наше розпорядження кошти, які б зробили ядерну зброю марною та застарілою.
Ці слова Рональд Рейган виголосив у своєму зверненні 23 березня 1983 року — того весняного дня президент США анонсував створення Стратегічної оборонної ініціативи (СОІ), що прославилася під назвою «Зоряні війни». До речі, тоді вже вийшли дві частини класичної саги про пригоди Люка Скайуокера і ось-ось мала вийти в прокат третя.Програма Рейгана додавала їй актуальності.
У рамках цієї програми планувалося створити зброю, засновану на нових фізичних принципах, яка була б здатна знищувати ракети Радянського Союзу та інших супротивників.
Ідея Рейгана була не нова: мрія про створення зброї спрямованої енергії, яка завдяки величезній потужності могла б руйнувати практично будь-які перепони, не залишала вчених, інженерів та фантастів упродовж усього ХХ століття. Класичним твором на цю тему став роман радянського письменника Олексія Толстого «Гіперболоїд інженера Гаріна», в якому винахід злого генія спричинив світову революцію.
Хоча бойовим лазерам, що діють, поки далеко до можливостей фантастичного пристрою, описаного Толстим, вже зараз вони багато що можуть.
Від мазера до лазера
Першими інтерес до нової технології виявили цивільні фахівці та інженери: задовго до служби в армії лазери знайшли застосування у повсякденному житті. 1962 року їх почали використовувати для зварювання металевих швів. Через рік було проведено експеримент із передачі телевізійного сигналу через атмосферу променя. І лише після цього на перспективну технологію звернули увагу військові.
1964 року в Радянському Союзі стартувала програма «Терра», в рамках якої передбачалося створити лазерну систему, здатну збивати балістичні ракети. За іншим проектом, що отримав назву Омега, оптичний квантовий генератор планувалося застосовувати проти літаків противника. Втім, випробування показали, що у щільній атмосфері Землі лазерний промінь досить швидко розсіюється, втрачаючи потужність.Тим не менш, на основі «Терри» вдалося створити лазерний локатор, а в рамках «Омеги» радянські військові успішно перехопили літакову мішень.
Можливість створення лазера випливає з відкриття, зробленого в 1917 знаменитим німецьким фізиком Альбертом Ейнштейном. Вчений показав, що під дією електромагнітного поля атом може змінювати свій енергетичний стан, поглинаючи або випромінюючи фотон квант електромагнітного поля. Наприклад, якщо атом переходить з високоенергетичного стану більш низькоенергетичний, це може супроводжуватися випромінюванням фотона.
Усі квантові стани з енергетичним рівнем, що перевищує енергію основного стану квантової системи (атома, молекули тощо), називаються збудженими (високоенергетичними). Перехід із збудженого стану до більш низькоенергетичного супроводжується виділенням енергії, і навпаки.
У випадку, якщо в робочому тілі лазера накопичується надмірна кількість атомів, що знаходяться у високоенергетичному стані, в якийсь момент часу вони будуть змушені перейти в нижчий стан, випустивши фотони. При цьому випромінювання, що вийшло, буде когерентним (тобто фотони, що випускаються оптичним квантовим генератором, матимуть практично однакову частоту) і вузькоспрямованим завдяки особливій конструкції лазера.
На початку 1980-х у СРСР лазери почали ставити на танки. У 1982 році з'явився самохідний лазерний комплекс (СЛК) "Стилет", призначений для боротьби з комплексами спостереження та розвідки супротивника. Було випущено дві експериментальні машини, які, за свідченнями очевидців, мали видатні на той час бойові характеристики.
Слідом за "Стилетом" з'явився СЛК "Сангвін" для боротьби з повітряними цілями. Комплекс дозволяв з відривом до десяти кілометрів виводити з ладу чи тимчасово придушувати роботу систем спостереження літальних апаратів противника. Логічним продовженням робіт з «Стилету» та «Сангвіну» став СЛК «Стиск», досвідчений зразок якого було зібрано у 1990 році. В основу конструкції цього комплексу лягла самохідна гаубиця «Мста-С», вежа якої була адаптована під рубіновий багатоканальний лазер. Але після розпаду СРСР роботи по «Сангвіну» та «Стиску» було припинено.
Успішний старт
Ще один цікавий напрямок розвитку лазерної зброї в Радянському Союзі — експериментальна лабораторія А-60, що літає. Вона створювалася на базі літака Іл-76МД із оптичним квантовим генератором у носовій частині. Конструктивно ця система була авіаційним варіантом мегаватного лазера «Скіф-Д», динамічний макет якого був запущений у космос під час першого старту радянської надважкої ракети «Енергія» з космодрому Байконур у 1987 році.
Таким чином, СРСР відповів на американську програму Стратегічної оборонної ініціативи (СОІ), відомої як «Зоряні війни».
У США хотіли розвернути на Землі та в космосі системи лазерної зброї для поразки радянських МБР. Причому на орбіті передбачалося використання лазерів з ядерним накачуванням потужністю до 20 мегават, тобто збудження активного середовища в них відбувалося б за рахунок іонізуючого випромінювання від ядерних реакцій. Незважаючи на те, що програма проіснувала менше десяти років, а від самої ідеї створення лазерної зброї тихо відмовилися, ученим вдалося за ці роки створити кілька справді потужних установок.Так, у 1985 році лазер з вихідною потужністю 2,2 мегавата зруйнував закріплену в одному кілометрі від нього рідинну балістичну ракету. СРСР до такого виклику був готовий.
Створенням космічної лазерної зброї радянські вчені зацікавилися ще у 1960-ті роки
До безпосереднього втілення своїх задумів фахівці розпочали у середині 1970-х. У плани розробників входив запуск двох бойових систем – "Скіф" та "Каскад". Перша мала перехоплювати цілі за допомогою потужного лазера, а друга передбачала задіяти для цього звичайні ракети.
«Це були так звані "Зоряні війни", коли Радянський Союз вигадував усілякі речі, які якось кореспондували з ініціативою [президента США Рональда] Рейгана. А насправді "Зоряні війни" були провокацією, бо американці практично не витратили гроші. Три мільярди доларів, які вони витратили на "Зоряні війни", – це вартість марсоходу, яких на Марсі багато. Тобто розмов було дуже багато, ідей було дуже багато, і наше Політбюро сприйняло це найсерйозніше, почали шукати всілякі альтернативні відповіді, і це був один із варіантів», — розповідає керівник Інституту космічної політики Іван Моїсеєв.
Космічні платформи, на базі яких розроблялися «Скіф» та «Каскад», мали розташовуватися на навколоземній орбіті і допускали дозаправку за допомогою багаторазових космічних кораблів «Буран». Крім того, передбачалася можливість їхнього відвідування екіпажем із двох космонавтів.Вважалося, що «Скіф» застосовуватиметься по об'єктах, що розташовані на середньовисотних і геостаціонарних орбітах, тоді як «Каскад» — за низькоорбітальними цілями, балістичними ракетами, що стартують, і головними блоками на пасивній ділянці польоту — коли об'єкт рухається за інерцією.
Радянські космічні платформи мали знищувати міжконтинентальні балістичні ракети і космічні апарати противника, зокрема супутники і навіть орбітальні кораблі
У створенні «Скіфа» брали участь 72 радянські підприємства, які зуміли вирішити основні технічні проблеми. Однак коли апарат був готовий до запуску, політична та економічна ситуація в країні та світі змінилася.
Михайло Горбачов, виступаючи у травні 1987 року перед військовими та цивільними працівниками Байконура, заявив, що «курс на мирний космос — не ознака слабкості».
Ми категорично проти перенесення перегонів озброєнь до космосу. Ми бачимо свій обов'язок у тому, щоб показати серйозну небезпеку СОІ усьому світу
Незважаючи на успішний старт "Енергії" у травні 1987 року, прототипу "Скіфа" не вдалося вийти на розрахункову орбіту. Космічний апарат, що відокремився на висоті 110 кілометрів від ракети, не встиг розвернутися в потрібному напрямку і балістичною траєкторією впав у Тихий океан.
За заявами фахівців, приблизно 80 відсотків експериментів, які планувалося провести зі Скіф-ДМ, були успішно виконані. Зокрема, були вивчені навантаження, які зазнає корисного вантажу, що виводиться «Енергією». У листопаді 1988 року це дозволило успішно запустити «Буран», проте за рік до цього, у вересні 1987-го, роботи зі «Скіфу» почали згортати.Остаточно програма припинила своє існування у травні 1993 року, коли було припинено розробку надважкого носія «Енергія» та корабля «Буран».
Пояснюється це ще й низькою ефективністю лазерної зброї у космосі: «Лазери не годяться для космосу, бо стріляють недалеко, — каже Іван Моїсєв. — Для того, щоб зблизитися з метою, потрібне маневрування дуже важкого апарату в космосі, а отже, потрібні великі маси палива. З військової точки зору ця зброя є вкрай малоефективною. На землі воно використовується не дуже широко, але використовується, а в космосі стає антизброєю. Коштує дуже дорого. Скажімо, вам потрібно запустити апарат вартістю мільярд доларів, який зіб'є супутник супротивника за сто мільйонів доларів. Відповідно, противник виведе інший такий самий супутник».
Новий інтерес
Паралельно зі спробами створити космічну лазерну зброю США весь цей час працювали над іншими способами розміщення цих установок. Так, ще з 70-х років велися розробки протиракетної оборони кораблів на основі високоенергетичного лазера. Після безлічі експериментів та обговорень у 2000 році було випробувано прототип бойового лазера Tactical High-Energy Laser (THEL). За допомогою лазерної установки вдалося збити кількадесят ракет, запущених з відстані десять кілометрів.
Конструктивно THEL складався з хімічного дейтерій-фторного лазера, оптичної системи керування лазерним променем та пункту бойового керування та зв'язку. Незважаючи на успішне випробування, за своїми габаритами установка була порівнянна з шістьма величезними туристичними автобусами, а отже, у разі конфлікту стала б легкою мішенню для будь-якого супротивника.
Вже через десять років, у лютому 2010 року, американська лазерна система, встановлена на літаку 747-400F, змогла збити ракету, що летить. Відповідна бойова платформа спрацювала у три етапи. На першому інфрачервоні датчики засікли тепловий слід ракети, що набирає швидкість. На другому за допомогою лазерного променя було проведено оцінку впливу атмосфери на розсіювання світла. І, нарешті, на третьому етапі було задіяно мегаватний лазер. Усі етапи операції зайняли близько двох хвилин. Через годину після знищення першої мети бойовий лазер збив другу. Як і у випадку з THEL, випробування виявили ряд проблем: робота лазера викликала сильне нагрівання фюзеляжу літака, а лазерна установка виявилася занадто повільною порівняно з традиційними ракетами.
На американські випробування, звісно, звернули увагу у Росії. У серпні 2009 року дійсний академічний радник Академії інженерних наук Росії Юрій Зайцев повідомив, що розпочалася розробка бойового лазера для літаків. У 2016 році тодішній заступник міністра оборони Юрій Борисов заявив, що наразі зброя на нових фізичних засадах стала реальністю.
Це не екзотика, не експериментальні дослідні зразки. Ми вже прийняли лазерну зброю на озброєння
Тоді заступник міністра не уточнив, про які зразки зброї йдеться, але сьогодні про них відомо вже більше.
Згодом Юрій Борисов — уже на посаді віце-прем'єра уряду Росії — розповідав, що комплекс «Пересвіт» здатний «сліплювати всі супутникові системи розвідки ймовірного супротивника на орбітах до 1500 кілометрів, виводячи їх з ладу під час прольоту за рахунок використання лазерного випромінювання».Як каже Борисов, нині «Пересвіт» потребує чимало машин забезпечення, однак у перспективі варто очікувати на появу модифікованого комплексу, який обов'язково покажуть публіці на параді Перемоги в Москві.
Окрім такої потужної лазерної зброї, як «Пересвіт», налагоджено промисловий випуск лазерних систем, здатних здійснювати теплове ураження безпілотників. Деякі з таких систем вже успішно застосовуються у бойових діях. Зокрема, під час спеціальної військової операції в Україні Росія застосувала лазерний комплекс «Задира», призначений для поразки цілей на відстані до п'яти кілометрів.
Успіхи російської оборонної промисловості у галузі лазерів справили сильне враження у країнах. За оцінками аналітика Барта Хендрікса, «Пересвіт» призначений для засвічування (dazzling), а не засліплення ворожих супутників, які відстежують позиції російських міжконтинентальних балістичних ракет. У публікації авторитетного американського космічного видання The Space Review експерт стверджує: «Засвічування призводить до тимчасової втрати оптичних та електронно-оптичних пристроїв своїх можливостей виявлення. Вони наповнюються світлом яскравішим від того, що намагаються відобразити». Як додає Хендрікс, «засліплення завдає непоправної шкоди таким системам». Він звертає увагу на те, що зараз у Росії будується УФЛ-2М, що вважається найпотужнішою у світі лазерною дослідницькою установкою.
Таким чином поступово стають реальністю «промені смерті», поява яких прогнозували вчені та фантасти.
«Досі ще не пояснено, яким чином марсіани можуть убивати людей так швидко і так безшумно.Багато хто припускає, що вони якось концентрують інтенсивну теплоту в камері, що абсолютно не проводить тепло. [. ] Безперечно одне: тут діють теплові промені», — писав наприкінці XIX століття англійський письменник Герберт Уеллс у своєму романі «Війна світів».
І хоча сьогодні застосування лазерної зброї розглядається в більш гуманному варіанті, в одному британський фантаст мав рацію: концентрація великих енергій у малому обсязі призводить до руйнування. Залишається лише питання, як доставити потрібну потужність великі відстані без втрат енергії. До вирішення цієї проблеми як ніколи близько підійшли саме у Росії. А щодо сучасної фантастики про космічні лазерні битви — то, здається, без російських персонажів їй уже ніяк не обійтися: вийде, хоч би як парадоксально це звучало, нереалістично.