Er wordt algemeen aangenomen dat de ruimte de beste omgeving is voor het gebruik van laserwapens (LW). Enerzijds is dit logisch: in de ruimte kan laserstraling zich praktisch zonder interferentie voortplanten door de atmosfeer, weersomstandigheden, natuurlijke en kunstmatige obstakels. Aan de andere kant zijn er factoren die het gebruik van laserwapens in de ruimte aanzienlijk bemoeilijken.
Kenmerken van de werking van lasers in de ruimte
Het eerste obstakel voor het gebruik van krachtige lasers in de ruimte is hun efficiëntie, die tot 50% is voor de beste producten, de resterende 50% gaat naar het verwarmen van de laser en de omliggende apparatuur.
Zelfs onder de omstandigheden van de atmosfeer van de planeet - op het land, op het water, onder water en in de lucht, zijn er problemen met de koeling van krachtige lasers. Niettemin zijn de mogelijkheden voor koelapparatuur op de planeet veel groter dan in de ruimte, omdat in een vacuüm de overdracht van overtollige warmte zonder massaverlies alleen mogelijk is met behulp van elektromagnetische straling.
Koeling op het water en onder water van de LO is het gemakkelijkst te organiseren - het kan worden uitgevoerd met zeewater. Op de grond kunt u massieve radiatoren gebruiken met warmteafvoer naar de atmosfeer. De luchtvaart kan de aankomende luchtstroom gebruiken om het vliegtuig te koelen.
In de ruimte, voor warmteafvoer, worden radiatorkoelers gebruikt in de vorm van geribbelde buizen die zijn verbonden met cilindrische of conische panelen waarin een koelmiddel circuleert. Met een toename van het vermogen van laserwapens, kunnen de grootte en massa van de radiatorkoelers, die nodig zijn voor de koeling ervan, bovendien de massa en vooral de afmetingen van de radiatorkoelers aanzienlijk overschrijden. het laserwapen zelf.
In de Sovjet-orbitale gevechtslaser "Skif", die gepland was om in een baan om de aarde te worden gelanceerd door de superzware draagraket "Energia", zou een gasdynamische laser worden gebruikt, waarvan de koeling hoogstwaarschijnlijk zou worden uitgevoerd door het uitstoten van een werkvloeistof. Bovendien kon de beperkte toevoer van de werkvloeistof aan boord nauwelijks de mogelijkheid bieden om de laser langdurig te laten werken.
Energiebronnen
Het tweede obstakel is de noodzaak om laserwapens te voorzien van een krachtige energiebron. Een gasturbine of een dieselmotor in de ruimte kan niet worden ingezet; ze hebben veel brandstof en zelfs meer oxidator nodig, chemische lasers met hun beperkte reserves aan werkvloeistof zijn niet de beste keuze voor plaatsing in de ruimte. Er blijven twee opties over: stroom leveren aan een solid-state / fiber / vloeibare laser, waarvoor zonnebatterijen met bufferaccumulatoren of kerncentrales (NPP's) kunnen worden gebruikt, of lasers met directe pompen door kernsplijtingsfragmenten (nucleair gepompte lasers) kan worden gebruikt.
Reactor-lasercircuit
Als onderdeel van het werk dat in de Verenigde Staten werd uitgevoerd in het kader van het Boing YAL-1-programma, zou een 14 megawatt-laser worden gebruikt om intercontinentale ballistische raketten (ICBM's) op een afstand van 600 kilometer te vernietigen. In feite werd een vermogen van ongeveer 1 megawatt bereikt, terwijl trainingsdoelen werden geraakt op een afstand van ongeveer 250 kilometer. Zo kan een vermogen in de orde van grootte van 1 megawatt worden gebruikt als basis voor ruimtelaserwapens, die bijvoorbeeld in staat zijn om vanuit een lage referentiebaan te opereren tegen doelen op het aardoppervlak of tegen relatief verre doelen in de ruimte (we zijn geen rekening houdend met een vliegtuig dat is ontworpen voor verlichting »Sensoren).
Met een laserrendement van 50%, om 1 MW laserstraling te verkrijgen, is het noodzakelijk om 2 MW elektrische energie aan de laser te leveren (in feite meer, omdat het nog steeds nodig is om de werking van hulpapparatuur en de koeling te garanderen systeem). Is het mogelijk om dergelijke energie op te wekken met zonnepanelen? Zonnepanelen die op het International Space Station (ISS) zijn geïnstalleerd, wekken bijvoorbeeld tussen de 84 en 120 kW aan elektriciteit op. De afmetingen van de zonnepanelen die nodig zijn om het aangegeven vermogen te verkrijgen, kunnen eenvoudig worden geschat op basis van de fotografische afbeeldingen van het ISS. Een ontwerp dat een laser van 1 MW kan voeden, zou enorm zijn en zou minimale draagbaarheid vereisen.
Je kunt een batterij-assemblage beschouwen als een krachtbron voor een krachtige laser op mobiele dragers (in ieder geval zal het nodig zijn als buffer voor zonnebatterijen). De energiedichtheid van lithiumbatterijen kan 300 W * h / kg bereiken, dat wil zeggen, om een 1 MW-laser te leveren met een efficiëntie van 50%, zijn batterijen met een gewicht van ongeveer 7 ton nodig voor 1 uur continu gebruik met elektriciteit. Het lijkt niet zo veel? Maar rekening houdend met de noodzaak om ondersteunende structuren, bijbehorende elektronica, apparaten voor het handhaven van het temperatuurregime van batterijen vast te leggen, zal de massa van de bufferbatterij ongeveer 14-15 ton zijn. Bovendien zullen er problemen zijn met de werking van batterijen in omstandigheden van extreme temperaturen en ruimtevacuüm - een aanzienlijk deel van de energie zal worden "verbruikt" om de levensduur van de batterijen zelf te garanderen. Het ergste van alles is dat het falen van één batterijcel kan leiden tot het falen of zelfs een explosie van de hele batterij batterijen, samen met de laser en het draagruimtevaartuig.
Het gebruik van betrouwbaardere apparaten voor energieopslag, handig vanuit het oogpunt van hun werking in de ruimte, zal hoogstwaarschijnlijk leiden tot een nog grotere toename van de massa en afmetingen van de constructie vanwege hun lagere energiedichtheid in termen van W * h / kg.
Als we desalniettemin geen eisen stellen aan laserwapens voor vele uren werk, maar de LR gebruiken om speciale problemen op te lossen die zich eens in de paar dagen voordoen en een laserbewerkingstijd vereisen van niet meer dan vijf minuten, dan zal dit een overeenkomstige vereenvoudiging van de batterij. … De batterijen kunnen worden opgeladen via zonnepanelen, waarvan de grootte een van de factoren zal zijn die de frequentie van het gebruik van laserwapens zullen beperken
Een radicalere oplossing is het gebruik van een kerncentrale. Momenteel gebruiken ruimtevaartuigen radio-isotoop thermo-elektrische generatoren (RTG's). Hun voordeel is de relatieve eenvoud van het ontwerp, het nadeel is een laag elektrisch vermogen, dat op zijn best enkele honderden watt is.
In de VS wordt een prototype getest van de veelbelovende Kilopower RTG, waarbij uranium-235 wordt gebruikt als brandstof, natrium heatpipes worden gebruikt om warmte af te voeren en warmte wordt omgezet in elektriciteit met behulp van een Stirling-motor. In het prototype van de Kilopower-reactor met een vermogen van 1 kilowatt is een vrij hoog rendement van ongeveer 30% gehaald. Het uiteindelijke monster van de Kilopower-kernreactor moet 10 jaar continu 10 kilowatt elektriciteit produceren.
Het voedingscircuit van de LR met een of twee Kilopower-reactoren en een buffer-energieopslagapparaat kan al operationeel zijn en zorgt voor een periodieke werking van een 1 MW-laser in gevechtsmodus gedurende ongeveer vijf minuten, eens in de paar dagen, via een bufferbatterij
In Rusland wordt een kerncentrale met een elektrisch vermogen van ongeveer 1 MW gebouwd voor een transport- en energiemodule (TEM), evenals thermische emissiekerncentrales op basis van het Hercules-project met een elektrisch vermogen van 5-10 MW. Kerncentrales van dit type kunnen al stroom leveren aan laserwapens zonder tussenpersonen in de vorm van bufferbatterijen, maar de oprichting ervan wordt geconfronteerd met grote problemen, wat in principe niet verwonderlijk is, gezien de nieuwheid van technische oplossingen, de specifieke kenmerken van de werkomgeving en de onmogelijkheid om intensieve tests uit te voeren. Ruimtekerncentrales zijn een onderwerp voor een apart materiaal, waar we zeker op terugkomen.
Net als bij het koelen van een krachtig laserwapen, stelt het gebruik van een of andere kerncentrale ook hogere koelingseisen. Koelkasten-radiatoren zijn een van de belangrijkste in termen van massa en afmetingen, elementen van een elektriciteitscentrale, het aandeel van hun massa, afhankelijk van het type en het vermogen van de kerncentrale, kan variëren van 30% tot 70%.
Koelvereisten kunnen worden verminderd door de frequentie en duur van het laserwapen te verminderen en door relatief energiezuinige RTG-type NPP's te gebruiken, waarbij de bufferenergieopslag wordt opgeladen
Van bijzonder belang is de plaatsing van nucleair gepompte lasers in een baan om de aarde, die geen externe elektriciteitsbronnen nodig hebben, aangezien de laser direct wordt gepompt door de producten van een kernreactie. Aan de ene kant zullen kerngepompte lasers ook enorme koelsystemen nodig hebben, aan de andere kant kan het schema voor directe omzetting van kernenergie in laserstraling eenvoudiger zijn dan bij een tussentijdse omzetting van warmte die vrijkomt door een kernreactor in elektrische energie, wat een overeenkomstige vermindering van omvang en gewicht met zich meebrengt.
Dus de afwezigheid van een atmosfeer die de verspreiding van laserstraling op aarde verhindert, bemoeilijkt het ontwerp van ruimtelaserwapens aanzienlijk, voornamelijk in termen van koelsystemen. Ruimtelaserwapens van elektriciteit voorzien is niet veel minder een probleem.
Er kan worden aangenomen dat in de eerste fase, ongeveer in de jaren dertig van de eenentwintigste eeuw, een laserwapen in de ruimte zal verschijnen dat gedurende een beperkte tijd kan functioneren - in de orde van enkele minuten, met de noodzaak om vervolgens energie op te laden opslageenheden voor een voldoende lange periode van meerdere dagen
Op korte termijn is het dus niet nodig om te praten over massaal gebruik van laserwapens "tegen honderden ballistische raketten". Laserwapens met geavanceerde capaciteiten zullen niet eerder verschijnen dan dat kerncentrales van de megawattklasse worden gebouwd en getest. En de kosten van ruimtevaartuigen van deze klasse zijn moeilijk te voorspellen. Als we het bovendien hebben over militaire operaties in de ruimte, dan zijn er technische en tactische oplossingen die de efficiëntie van laserwapens in de ruimte grotendeels kunnen verminderen.
Niettemin kunnen laserwapens, zelfs die welke beperkt zijn in termen van continue gebruiksduur en gebruiksfrequentie, een essentieel instrument worden voor oorlogvoering in en vanuit de ruimte.
