Laserwapens zijn altijd controversieel. Sommigen beschouwen het als een wapen van de toekomst, terwijl anderen de waarschijnlijkheid van de opkomst van effectieve monsters van dergelijke wapens in de nabije toekomst categorisch ontkennen. Mensen dachten al aan laserwapens voordat ze daadwerkelijk verschenen, laten we ons het klassieke werk "The Hyperboloid of Engineer Garin" van Alexei Tolstoy herinneren (natuurlijk geeft het werk niet precies een laser aan, maar een wapen dat er dichtbij staat in actie en gevolgen van het gebruik ervan).
De creatie van een echte laser in de jaren 50 - 60 van de twintigste eeuw bracht opnieuw het onderwerp laserwapens ter sprake. In de afgelopen decennia is het een onmisbaar onderdeel geworden van sciencefictionfilms. Echte successen waren veel bescheidener. Ja, lasers namen een belangrijke plaats in in verkennings- en doelaanduidingssystemen, ze worden veel gebruikt in de industrie, maar voor gebruik als vernietigingsmiddel was hun kracht nog steeds onvoldoende en hun gewichts- en groottekenmerken waren onaanvaardbaar. Hoe zijn lasertechnologieën geëvolueerd, in hoeverre zijn ze nu klaar voor militaire toepassingen?
De eerste operationele laser werd gemaakt in 1960. Het was een gepulseerde vastestoflaser op basis van een kunstmatige robijn. Ten tijde van de schepping waren dit de hoogste technologieën. Tegenwoordig kan zo'n laser thuis worden geassembleerd, terwijl de pulsenergie 100 J kan bereiken.
Een stikstoflaser is nog eenvoudiger te implementeren; er zijn geen complexe commerciële producten nodig voor de implementatie ervan; hij kan zelfs werken op stikstof in de atmosfeer. Met gestrekte armen kan het eenvoudig thuis worden gemonteerd.
Sinds de creatie van de eerste laser is er een enorm aantal manieren gevonden om laserstraling te verkrijgen. Er zijn vastestoflasers, gaslasers, kleurstoflasers, vrije-elektronenlasers, fiberlasers, halfgeleiderlasers en andere lasers. Lasers verschillen ook in de manier waarop ze worden opgewonden. In gaslasers van verschillende ontwerpen kan het actieve medium bijvoorbeeld worden geëxciteerd door optische straling, elektrische stroomontlading, chemische reactie, nucleair pompen, thermisch pompen (gasdynamische lasers, GDL's). De komst van halfgeleiderlasers leidde tot lasers van het DPSS-type (Diode-pumped solid-state laser).
Verschillende ontwerpen van lasers leveren straling van verschillende golflengten, van zachte röntgenstraling tot infraroodstraling. Harde röntgen- en gammalasers zijn in ontwikkeling. Hiermee kunt u een laser selecteren op basis van het probleem dat wordt opgelost. Voor militaire toepassingen betekent dit bijvoorbeeld de mogelijkheid om een laser te kiezen, met straling van een dergelijke golflengte die minimaal wordt geabsorbeerd door de atmosfeer van de planeet.
Sinds de ontwikkeling van het eerste prototype is het vermogen voortdurend toegenomen, zijn de gewichts- en groottekenmerken en de efficiëntie (efficiëntie) van de lasers verbeterd. Dit is heel duidelijk te zien in het voorbeeld van laserdiodes. In de jaren 90 van de vorige eeuw verschenen laserpointers met een vermogen van 2-5 mW op de brede verkoop, in 2005-2010 was het al mogelijk om een laserpointer van 200-300 mW aan te schaffen, nu, in 2019, zijn er laserpointers met een optische kracht van 7 in de aanbiedingIn Rusland zijn er modules van infrarood laserdiodes met glasvezeluitgang, optisch vermogen van 350 W.
De snelheid waarmee het vermogen van laserdiodes toeneemt, is vergelijkbaar met de snelheid waarmee de rekenkracht van processors toeneemt, in overeenstemming met de wet van Moore. Natuurlijk zijn laserdiodes niet geschikt voor het maken van gevechtslasers, maar ze worden op hun beurt gebruikt om efficiënte vastestof- en fiberlasers te pompen. Voor laserdiodes kan de efficiëntie van het omzetten van elektrische energie in optische energie meer dan 50% zijn, theoretisch kunt u een efficiëntie van meer dan 80% behalen. Het hoge rendement verlaagt niet alleen de stroomvoorziening, maar vereenvoudigt ook de koeling van de laserapparatuur.
Een belangrijk element van de laser is het bundelfocussysteem - hoe kleiner het spotgebied op het doel, hoe hoger de vermogensdichtheid die schade toestaat. Vooruitgang in de ontwikkeling van complexe optische systemen en de opkomst van nieuwe optische materialen voor hoge temperaturen maken het mogelijk om zeer efficiënte focussystemen te creëren. Het scherpstel- en richtsysteem van de Amerikaanse experimentele gevechtslaser HEL omvat 127 spiegels, lenzen en lichtfilters.
Een ander belangrijk onderdeel dat de mogelijkheid biedt om laserwapens te maken, is de ontwikkeling van systemen voor het geleiden en op het doel houden van de straal. Om doelen met een "instant" schot te raken, in een fractie van een seconde, zijn gigawatt-vermogens nodig, maar het creëren van dergelijke lasers en voedingen voor hen op een mobiel chassis is een kwestie van de verre toekomst. Dienovereenkomstig, om doelen te vernietigen met lasers met een vermogen van honderden kilowatts - tientallen megawatts, is het noodzakelijk om de laserstralingsvlek enige tijd op het doelwit te houden (van enkele seconden tot enkele tientallen seconden). Dit vereist zeer nauwkeurige en snelle aandrijvingen die het doel kunnen volgen met de laserstraal, volgens het geleidingssysteem.
Bij het schieten op grote afstanden moet het geleidingssysteem de vervormingen compenseren die door de atmosfeer worden veroorzaakt, waarvoor verschillende lasers voor verschillende doeleinden in het geleidingssysteem kunnen worden gebruikt, waardoor een nauwkeurige geleiding van de hoofd "gevechts" laser naar het doel wordt geboden.
Welke lasers hebben prioriteit gekregen bij de ontwikkeling op het gebied van wapens? Door de afwezigheid van krachtige bronnen voor optisch pompen, zijn gasdynamische en chemische lasers zo geworden.
Aan het einde van de 20e eeuw werd de publieke opinie wakker geschud door het American Strategic Defense Initiative (SDI) programma. Als onderdeel van dit programma was het de bedoeling om laserwapens op de grond en in de ruimte in te zetten om Sovjet intercontinentale ballistische raketten (ICBM's) te verslaan. Voor plaatsing in een baan om de aarde moest het nucleaire gepompte lasers gebruiken die uitzenden in het röntgenbereik of chemische lasers met een vermogen tot 20 megawatt.
Het SDI-programma kampte met tal van technische problemen en werd afgesloten. Tegelijkertijd heeft een deel van het onderzoek dat in het kader van het programma is uitgevoerd, het mogelijk gemaakt om voldoende krachtige lasers te verkrijgen. In 1985 vernietigde een deuteriumfluoridelaser met een uitgangsvermogen van 2,2 megawatt een ballistische raket met vloeibare stuwstof die op 1 kilometer van de laser was bevestigd. Als gevolg van de bestraling van 12 seconden verloren de wanden van het raketlichaam aan kracht en werden vernietigd door interne druk.
In de USSR werd ook de ontwikkeling van gevechtslasers uitgevoerd. In de jaren tachtig van de twintigste eeuw werd gewerkt aan het creëren van het Skif-orbitaalplatform met een gasdynamische laser met een vermogen van 100 kW. Het grote model Skif-DM (Polyus-ruimtevaartuig) werd in 1987 in de baan van de aarde gelanceerd, maar door een aantal fouten kwam het niet in de berekende baan en werd het langs een ballistische baan in de Stille Oceaan overstroomd. De ineenstorting van de USSR maakte een einde aan deze en soortgelijke projecten.
In het kader van het Terra-programma werden in de USSR grootschalige onderzoeken naar laserwapens uitgevoerd. Het programma van het zonale raket- en anti-ruimteverdedigingssysteem met een straal opvallend element op basis van krachtige laserwapens "Terra" werd geïmplementeerd van 1965 tot 1992. Volgens open gegevens, in het kader van dit programma, gasdynamische lasers, solid-state lasers, explosieve jodium fotodissociatie en andere typen werden ontwikkeld.
Ook in de USSR, vanaf het midden van de jaren 70 van de 20e eeuw, werd een lasercomplex A-60 in de lucht ontwikkeld op basis van het Il-76MD-vliegtuig. Aanvankelijk was het complex bedoeld om automatisch ronddrijvende ballonnen te bestrijden. Als wapen moest een continue gasdynamische CO-laser van een megawattklasse worden geïnstalleerd, ontwikkeld door het Khimavtomatika Design Bureau (KBKhA).
Als onderdeel van de tests werd een familie van GDT-bankmonsters gemaakt met een stralingsvermogen van 10 tot 600 kW. Er kan worden aangenomen dat er ten tijde van het testen van het A-60-complex een 100 kW-laser op was geïnstalleerd.
Enkele tientallen vluchten werden uitgevoerd met het testen van de laserinstallatie op een stratosferische ballon op een hoogte van 30-40 km en op het La-17-doel. Sommige bronnen geven aan dat het complex met het A-60-vliegtuig is gemaakt als een luchtvaartlasercomponent van raketverdediging onder het Terra-3-programma.
Welke soorten lasers zijn op dit moment het meest veelbelovend voor militaire toepassingen? Met alle voordelen van gasdynamische en chemische lasers, hebben ze aanzienlijke nadelen: de behoefte aan verbruiksonderdelen, lanceertraagheid (volgens sommige bronnen, tot een minuut), aanzienlijke warmteafgifte, grote afmetingen en de opbrengst van gebruikte componenten van het actieve medium. Dergelijke lasers kunnen alleen op grote media worden geplaatst.
Op dit moment hebben vastestof- en fiberlasers de grootste kansen, voor de werking waarvan het alleen nodig is om ze van voldoende vermogen te voorzien. De Amerikaanse marine is actief bezig met de ontwikkeling van vrije-elektronenlasertechnologie. Een belangrijk voordeel van fiberlasers is hun schaalbaarheid, d.w.z. de mogelijkheid om meerdere modules te combineren om meer vermogen te verkrijgen. Omgekeerde schaalbaarheid is ook belangrijk, als er een vastestoflaser met een vermogen van 300 kW wordt gemaakt, kan op basis daarvan zeker een kleinere laser met een vermogen van bijvoorbeeld 30 kW worden gemaakt.
Wat is de situatie met fiber- en solid-state lasers in Rusland? De wetenschap van de USSR op het gebied van de ontwikkeling en creatie van lasers was de meest geavanceerde ter wereld. Helaas veranderde de ineenstorting van de USSR alles. Een van 's werelds grootste bedrijven voor de ontwikkeling en productie van fiberlasers IPG Photonics werd opgericht door een inwoner van Rusland V. P. Gapontsev op basis van het Russische bedrijf NTO IRE-Polyus. Het moederbedrijf, IPG Photonics, is momenteel geregistreerd in de Verenigde Staten. Ondanks het feit dat een van de grootste productielocaties van IPG Photonics zich in Rusland (Fryazino, regio Moskou) bevindt, opereert het bedrijf volgens de Amerikaanse wet en mogen haar lasers niet worden gebruikt in de Russische strijdkrachten, en moet het bedrijf zich houden aan de sancties Rusland opgelegd.
De mogelijkheden van de fiberlasers van IPG Photonics zijn echter extreem hoog. IPG high power continue golf fiber lasers hebben een vermogensbereik van 1 kW tot 500 kW, evenals een breed scala aan golflengten, en de efficiëntie van het omzetten van elektrische energie in optische energie bereikt 50%. De divergentie-eigenschappen van IPG-vezellasers zijn veel beter dan die van andere krachtige lasers.
Zijn er andere ontwikkelaars en fabrikanten van moderne high-power fiber- en solid-state lasers in Rusland? Afgaande op de commerciële monsters, nee.
Een binnenlandse fabrikant in het industriële segment biedt gaslasers met een maximaal vermogen van tientallen kW. Het bedrijf "Laser Systems" presenteerde bijvoorbeeld in 2001 een zuurstof-jodiumlaser met een vermogen van 10 kW met een chemisch rendement van meer dan 32%, wat de meest veelbelovende compacte autonome bron van krachtige laserstraling van dit type is. In theorie kunnen zuurstof-jodiumlasers een vermogen van maximaal één megawatt bereiken.
Tegelijkertijd kan niet volledig worden uitgesloten dat Russische wetenschappers erin geslaagd zijn een doorbraak te maken in een andere richting van het creëren van krachtige lasers, gebaseerd op een diep begrip van de fysica van laserprocessen.
In 2018 kondigde de Russische president Vladimir Poetin het Peresvet-lasercomplex aan, ontworpen om antiraketmissies op te lossen en vijandelijke orbiters te vernietigen. Informatie over het Peresvet-complex is geclassificeerd, inclusief het type laser dat wordt gebruikt (lasers?) en optisch vermogen.
Aangenomen mag worden dat de meest waarschijnlijke kandidaat voor installatie in dit complex een gasdynamische laser is, een afstammeling van de laser die wordt ontwikkeld voor het A-60-programma. In dit geval kan het optische vermogen van de laser van het "Peresvet" -complex 200-400 kilowatt zijn, in het optimistische scenario tot 1 megawatt. De eerder genoemde zuurstof-jodiumlaser kan als een andere kandidaat worden beschouwd.
Als we hiervan uitgaan, dan aan de zijkant van de cabine van het hoofdvoertuig van het Peresvet-complex, een diesel- of benzinegenerator van elektrische stroom, een compressor, een opbergvak voor chemische componenten, een laser met een koelsysteem en een laserstraalgeleidingssysteem zijn vermoedelijk in serie geplaatst. Radar- of doeldetectie OLS is nergens te bekennen, wat een externe doelaanduiding impliceert.
In elk geval kunnen deze veronderstellingen onjuist blijken te zijn, zowel in verband met de mogelijkheid om fundamenteel nieuwe lasers te maken door binnenlandse ontwikkelaars, als in verband met het gebrek aan betrouwbare informatie over de optische kracht van het Peresvet-complex. In het bijzonder was er informatie in de pers over de aanwezigheid van een kleine kernreactor als energiebron in het "Peresvet" -complex. Als dit waar is, kunnen de configuratie van het complex en de mogelijke kenmerken compleet anders zijn.
Welke kracht is nodig om een laser effectief te laten gebruiken voor militaire doeleinden als vernietigingsmiddel? Dit hangt grotendeels af van het beoogde gebruiksbereik en de aard van de geraakte doelen, evenals de methode van vernietiging.
Het Vitebsk-zelfverdedigingscomplex in de lucht omvat een L-370-3S actief storingsstation. Het gaat inkomende vijandelijke raketten tegen met een thermische geleidekop door infrarode laserstraling te verblinden. Rekening houdend met de afmetingen van het L-370-3S actieve stoorzenderstation, is het vermogen van de laserzender maximaal enkele tientallen watts. Dit is nauwelijks genoeg om de thermische geleidekop van de raket te vernietigen, maar het is voldoende voor tijdelijke verblinding.
Tijdens de tests van het A-60-complex met een laser van 100 kW werden de L-17-doelen, die een analoog van een straalvliegtuig vertegenwoordigen, geraakt. Het bereik van vernietiging is onbekend, er kan worden aangenomen dat het ongeveer 5-10 km was.
Voorbeelden van testen van buitenlandse lasersystemen:
[
Op basis van het bovenstaande kunnen we aannemen:
- om kleine UAV's op een afstand van 1-5 kilometer te vernietigen, is een laser met een vermogen van 2-5 kW vereist;
- om ongeleide mijnen, granaten en zeer nauwkeurige munitie op een afstand van 5-10 kilometer te vernietigen, is een laser met een vermogen van 20-100 kW vereist;
- om doelen zoals een vliegtuig of een raket op een afstand van 100-500 km te raken, is een laser met een vermogen van 1-10 MW vereist.
Lasers met de aangegeven vermogens bestaan al of zullen in de nabije toekomst worden gemaakt. Welke soorten laserwapens in de nabije toekomst kunnen worden gebruikt door de luchtmacht, grondtroepen en de marine, zullen we in het vervolg van dit artikel bespreken.
