Почему современные конструкторы до сих пор не создали компактное лазерное оружие

Два великих физика современности академики Н.Г. Басов и А.М. Прохоров, ушедшие от нас в самом начале текущего века, в своих последних интервью говорили о том, что им удалось значительно продвинуть лазерную физику, ими же открытую и развитую. Но, тем не менее, создать стратегическое лазерное оружие (ЛО) в силу разных причин не оказалось возможным.

Эту эстафету они передали своим ученикам, много проработавшим под их непосредственным руководством. Об этих этапах становления культуры ЛО в СССР и России много написано бывшим Начальником главка Министерства оборонной промышленности, Заместителем председателя межведомственного Совета по квантовой электронике проф. П.В. Зарубиным. Сегодня, окидывая взглядом сделанное в те годы в условиях острой конкуренции с США, хочется подтвердить справедливость утверждения, сделанного бывшим секретарем Совета безопасности РФ акад. А.А. Кокошиным: " Лазерная технология, как космическая и атомная технологии, явилась мощнейшим катализатором научно-технического прогресса страны".

НАЧАЛО

Мировая лазерная наука начала свое восхождение к стратегическому ЛО с твердотельных лазеров на стекле и, уже очевидно, закончит именно твердым телом при поиске конструкций с минимальным весовым фактором (кг/кВт), важным для мобильных применений высокоэнергетических лазерных комплексов для гражданских и военных применений. Активным телом в первом лазерном устройстве (Т.Н. Мейман США, 1960г.) служил рубиновый стержень, а возбуждение осуществлялось с помощью оптической накачки от лампы фотовспышки. Все, казалось бы, буднично и просто, как и многое великое другое в этом мире. Прошло время и вот, в недавнем докладе DARPA уже говорится, и это совершенно справедливо, “о глобальном изменении «правил игры» после широкого распространения «оружия направленной энергии», которое превратит традиционные символы военной мощи в устаревший хлам на уровне пушечных ядер и кавалерии”.

Для оценки сроков становления грозного ЛО от идеи и первого опытного изделия до конечного продукта следует вспомнить, например, тот факт, что стратегическая авиация вышла на весьма приличный уровень за 110 лет. Так что у стратегического ЛО есть еще в запасе 50 лет. Но, в действительности, его создание уже происходит в наши дни гораздо быстрее, это уже понятно из динамики событий последнего времени. Твердотельные технологии в мире вышли на уровень зрелости, позволяющий создание требуемого по мощности тактического ЛО с приемлемыми весами и габаритами. При оценке лазерных технологий сегодня ключевым критерием стал весовой фактор, позволяющий трезво судить о применимости комплекса, как оружия мобильного.

ФАКТОР ВЕСА

Сравнение весового фактора для газодинамического лазера (GDL), электроразрядного лазера, химического лазера: кислород-йодного (COIL) и фторводородного, и фтор-дейтериевого (HF/DF), лазера на парах щелочных металлов (DPAL) с аналогичным отношением для нового поколения твердотельных лазеров на волокнах и на керамике в дисковой геометрии говорит о безусловном приоритете последних. Достижение ими значения весового фактора в 5 кг / кВт позволяет уверенно говорить об оснащении практически всей авиации, всего подвижного состава поля боя и средств морского базирования тактическим, а в перспективе и стратегическим ЛО. У всех перечисленных выше лазерных систем, уходящих с дистанции, ведущей к эффективному тактическому и стратегическому ЛО весовой фактор оказываетсязашкаливал. Подобная судьба на этой дистанции, к сожалению, уготована и твердотельным лазерным системам на стержнях и на слэбах. Перечисленные выше опытные модели комплексов ЛО на основе хорошо известных лазерных систем, от которых США уже твердо отказались или отказываются, ушли в прошлое, т.к. стало понятно, что легкое и компактное ЛО на их основе получено быть не может. Весовой фактор этих систем находится в пределах 200-400 кг / кВт, что означает, что комплекс ЛО с выходной мощностью в 100 кВт будет весить, как минимум, 20 т и с трудом может быть размещен даже в тяжелом военно-транспортном самолете. Для достижения господства в воздухе, тем не менее, необходимо создание и оснащение серийной боевой авиации легкими и компактными тактическими комплексами ЛО с весом в пределах нескольких сотен килограмм. Что уж говорить о более энергоемких лазерных комплексах стратегического назначения с дальностью поражения более 1000 км. При всем старании и огромных суммах вложенных средств вплоть до настоящего времени стратегическое ЛО в мире не создано. Поиск решения данной проблемы сочетает в себе несколько важных требований. Так, к максимальной компактности и минимальному весу комплекса добавляется варьируемость временной структуры излучения и масштабируемость средней мощности до нескольких десятков МВт. Весь мир находится в поиске этой физико-технической идеи на основе твердотельной технологии и ее конструкционной основы.

Фото: Академик Н.Г. Басов 

СУТЬ КРОЕТСЯ В ДЕТАЛЯХ

Необходимо более детально остановиться на уже созданной в мире технологии твердотельного дискового лазера. Этой идее акад. Н.Г. Басова правда уже 55 лет, но именно этот принцип построения мощных лазерных комплексов оказывается сегодня и надолго в будущем доминирующим. При том же, весьма выгодном весовом факторе < 5кг/кВт что и для волоконной технологии, этот конструкционный принцип позволяет реализацию высокоэнергетического высокочастотного импульсно-периодического (И-П) режима, т.к. апертура существующего сегодня дискового лазера имеет диаметр порядка 1,5 см, что значительно больше диаметра активного тела волоконного лазера. Для увеличения средней мощности системы несколько дисков складываются в оптическую последовательность “ZIG-ZAG”, значение средней мощности такого модуля сегодня уже составляет 50 кВт. Модули, как и в случае волоконных систем, могут выстраиваться параллельно и мощность складывается на цели. Исходя из приведенных цифр видно, что 100 кВт лазер будет весить менее 500 кг!!! Параллельное сложение модулей ведет к увеличению общей апертуры системы и, следовательно, к возможности увеличения энергии импульсов в высокочастотной периодической последовательности, что качественно меняет механизм взаимодействия, позволяя многие новые эффекты на мишени.

Фото: Академик А.М. Прохоров

ОЧЕВИДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Следует отметить, что комплексы ЛО значительно большей средней мощности нужны для выполнения задач ВС РФ. Волоконная технология лазерных комплексов ЛО ограничена тактическим уровнем средней мощности, Созданный в США с помощью спектрального сложения лазерный комплекс мощностью в 300 кВт убедительно это доказал. В то же время, существующая в наши дни дисковая технология даже с модулем мощностью в 75 кВт (это увеличение компания «Lockheed Martin» USA планирует за счет качества отражающих покрытий) достичь уровня мощности всей системы порядка 10 МВт вряд ли сможет - дистанция гигантского размера! Сложить мощность более 100 модулей в единый луч в случае мобильного комплекса не представляется возможным. Уместно вспомнить широко известные в истории твердотельного лазерного творчества опытные модели комплексов, созданных в СССР «Омега» (96 модулей) и «Тандем» (60 модулей) с точки зрения реализуемости их тактико-технических параметров и надежности. Очевидно, что необходимо иное конструктивное построение твердотельного комплекса ЛО, которое позволило бы дальнейшее эффективное масштабирование его средней мощности при сохранении характерного для современного твердотельного ЛО минимального весового фактора. В № 11 (874) 30 марта – 5 апреля 2021 года в статье «Лазерные копья для обороны России» начато обсуждение предложенного нового подхода к созданию твердотельного мономодульного дискового лазера с большим диаметром рабочего тела. Статья вызвала большой интерес у специалистов - лазерщиков нашей страны, уже проведена серия совещаний с подробным обсуждением новых возможностей, предоставляемых разработанной технологией перспективных лазерных систем. Все, как всегда и было раньше. Новые технологии развития ОВТ ставят новые вопросы перед разработчиками систем их поражения, а это, в свою очередь, вызывает к жизни совершенствование уже созданных технологий. А это вновь ставит сложные задачи перед создателями средств поражения. Именно таким новым шагом в решении задач поражения представляется создание масштабируемого лазерного источника с мономодульной геометрией диска, в котором решены две, оставшиеся в наследство от акад. Н.Г. Басова проблемы: эффективное охлаждение тела диска и подавление усиления спонтанного излучения вдоль его диаметра.