De creatie van een echte laser in de jaren 50 - 60 van de twintigste eeuw bracht opnieuw het onderwerp laserwapens ter sprake. Decennialang is het een onmisbaar attribuut geworden van sciencefictionfilms. De echte successen waren veel bescheidener. Ja, lasers hebben een belangrijke plaats ingenomen in verkennings- en doelaanduidingssystemen en worden veel gebruikt in de industrie, maar hun kracht was nog steeds onvoldoende om als vernietigingsmiddel te worden gebruikt, en hun gewicht- en groottekenmerken waren onaanvaardbaar. Hoe zijn lasertechnologieën geëvolueerd, hoe klaar zijn ze op dit moment voor militair gebruik?
De eerste werkende laser werd in 1960 gemaakt. Het was een gepulseerde vastestoflaser op basis van een kunstmatige robijn. Ten tijde van de schepping was het de hoogste technologie. Tegenwoordig kan zo'n laser thuis worden geassembleerd, terwijl de pulsenergie 100 J kan bereiken.
Schema van de eerste laser op een kunstmatige robijn
Zelfgemaakte laser op een kunstmatige robijn met een pulsenergie van 5 J en een munt doorgeschoten met zeven pulsen van deze laser, de laser is gebouwd door @Laserbuilder, ze zijn van plan een vergelijkbare laser te maken met een pulsenergie van maximaal 100 J
Nog eenvoudiger te implementeren is een stikstoflaser, de implementatie ervan vereist geen ingewikkelde aangekochte producten, het kan zelfs werken op stikstof in de atmosfeer. Met gestrekte armen kan het eenvoudig thuis worden gemonteerd.
Zelfgemaakte stikstoflaser gemaakt door Jarrod Kinsey
Demonstratie van zelfmontageproces en stikstoflaserbediening
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 opgewonden zijn. In gaslasers van verschillende ontwerpen kan de excitatie van het actieve medium bijvoorbeeld worden uitgevoerd door optische straling, elektrische stroomontlading, chemische reactie, nucleair pompen, thermisch pompen (gasdynamische lasers, GDL). De komst van halfgeleiderlasers leidde tot DPSS-lasers (Diode-pumped solid-state laser).
Verschillende uitvoeringen van lasers maken het mogelijk om aan de uitgang straling van verschillende golflengten te verkrijgen, van zachte röntgenstraling tot infraroodstraling. Lasers die harde röntgenstralen uitzenden 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 gegroeid, zijn de gewichts- en groottekenmerken en de efficiëntie van 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 grote schaal, in 2005-2010 was het al mogelijk om een laserpointer van 200-300 mW te kopen, nu, in 2019, zijn er laser wijzers met een optische kracht van 7 di In Rusland zijn er modules van infrarood laserdiodes met een glasvezeluitgang, een optisch vermogen van 350 W, in open verkoop.
Laserpointer met optisch vermogen 7 W, golflengte 445 nm
De groeisnelheid van het vermogen van laserdiodes is vergelijkbaar met de groeisnelheid van de rekenkracht van processors, 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 is het mogelijk om een efficiëntie van meer dan 80% te behalen. Hoge efficiëntie vermindert niet alleen de stroomvoorziening, maar vereenvoudigt ook de koeling van laserapparatuur.
Een belangrijk element van de laser is het bundelfocussysteem - hoe kleiner het spotgebied op het doel, hoe hoger het specifieke vermogen dat schade toelaat. Vooruitgang bij het creëren 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 het mogelijk maakt om laserwapens te maken, is de ontwikkeling van systemen om de straal op het doel te richten en te houden. Om doelen met een "onmiddellijk" schot te raken, in een fractie van een seconde, is gigawatt-vermogen nodig, maar het creëren van dergelijke lasers en stroombronnen 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 plek van laserstraling 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 een laserstraal, volgens het geleidingssysteem.
Bij het schieten op grote afstanden moet het geleidingssysteem de door de atmosfeer veroorzaakte vervormingen compenseren, waarvoor meerdere lasers voor verschillende doeleinden in het geleidingssysteem kunnen worden gebruikt, die een nauwkeurige geleiding van de hoofd "gevechts" laser op het doel garanderen.
Welke lasers hebben prioriteit gekregen bij de ontwikkeling op het gebied van wapens? Door het ontbreken van krachtige bronnen voor optisch pompen zijn gasdynamische en chemische lasers in de eerste plaats zulke bronnen geworden.
Aan het einde van de 20e eeuw werd de publieke opinie aangewakkerd door het Amerikaanse programma van het Strategic Defense Initiative (SDI). Als onderdeel van dit programma moest het laserwapens op aarde en in de ruimte inzetten om Sovjet intercontinentale ballistische raketten (ICBM's) te vernietigen. 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 XNUMX megawatt.
Het SDI-programma ondervond tal van technische problemen en werd afgesloten. Tegelijkertijd heeft enig onderzoek in het kader van het programma 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 12 seconden bestraling verloren de wanden van het raketlichaam aan kracht en werden vernietigd door interne druk.
In de USSR werden ook gevechtslasers ontwikkeld. In de jaren tachtig van de 100e eeuw werd gewerkt aan de realisatie van het Skif-orbitaalplatform met een gasdynamische laser met een vermogen van 1987 kW. Het massamodel "Skif-DM" (Spacecraft "Pole") werd in XNUMX 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. De ineenstorting van de USSR maakte een einde aan deze en soortgelijke projecten.
Ruimtevaartuig "Pole" ("Skif-DM") op het superzware draagraket "Energia"
In het kader van het Terra-programma werden in de USSR grootschalige onderzoeken naar laserwapens uitgevoerd. Het programma van het zonale antiraket- en anti-ruimteverdedigingssysteem met een straal opvallend element gebaseerd op het Terra high-power laserwapen werd geïmplementeerd van 1965 tot 1992. Volgens open gegevens, gasdynamische lasers, solid-state lasers, explosieve jodiumfotodissociatie en andere soorten lasers.
Lasers AZH-4T en AZH-5T uit het complex "Terra-3"
Ook in de USSR, vanaf het midden van de jaren 70 van de twintigste eeuw, werd het A-60 op lucht gebaseerde lasercomplex 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 megawatt-klasse worden geïnstalleerd, ontwikkeld door het Khimavtomatika Design Bureau (KBKhA).
Als onderdeel van de tests werd een familie van GDT-bankmonsters met een stralingsvermogen van 10 tot 600 kW gecreëerd. 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 luchtvaartlaserraketverdedigingscomponent onder het Terra-3-programma.
A-60 lasercomplex in de lucht
In februari 2010 berichtten de media over de hervatting van het werk aan laserwapens in de lucht op het Il-76MD-90A-platform met PS-90A-76-motoren. Concern VKO "Almaz-Antey", TANTK vernoemd naar G.M. Beriev en de onderneming Khimpromavtomatika in Voronezh kregen de taak om een luchtvaartcomplex te creëren met een "laser die door de rompen van vliegtuigen, satellieten en ballistische raketten kan branden". Het voor dit doel omgebouwde Il-76MD-90A-vliegtuig maakte zijn eerste vlucht in oktober 2014 en arriveerde op 24 november 2014 in Taganrog om een lasercomplex te installeren. De afronding van de machine en het testen op de grond duurden twee jaar en op 4 oktober 2016 berichtten de media over de start van de vliegtests van de opvolger van de A-60. Zoals volgt uit de woorden van de vice-minister van Defensie van de Russische Federatie Yuri Borisov: "vluchtexperimenten gaan door, waarvan de resultaten de juistheid van de genomen beslissingen bevestigen."
Welke soorten lasers zijn momenteel het meest veelbelovend voor militair gebruik? Met alle voordelen van gasdynamische en chemische lasers, hebben ze aanzienlijke nadelen: de behoefte aan verbruiksonderdelen, opstarttraagheid (volgens sommige bronnen, tot een minuut), aanzienlijke warmteafgifte, grote afmetingen en de output van afgewerkte componenten van het actieve medium. Dergelijke lasers kunnen alleen op grote dragers worden geplaatst.
Op dit moment hebben vastestof- en fiberlasers de grootste perspectieven, voor de werking waarvan het alleen nodig is om ze te voorzien van elektriciteit met voldoende vermogen. De Amerikaanse marine is actief bezig met de ontwikkeling van vrije-elektronenlasertechnologie. Een belangrijk voordeel van fiberlasers is hun schaalbaarheid; 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, dan kan op basis daarvan zeker een kleinere laser worden gemaakt met een vermogen van bijvoorbeeld 30 kW.
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 in 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 VS. Ondanks het feit dat een van de grootste productielocaties van IPG Photonics zich in Rusland (Fryazino, regio Moskou) bevindt, opereert het bedrijf binnen het kader van de Amerikaanse wetgeving en mogen haar lasers niet worden gebruikt in de strijdkrachten van de Russische Federatie, inclusief de bedrijf moet voldoen aan de sancties die aan Rusland zijn opgelegd.
De mogelijkheden van fiberlasers geproduceerd door IPG Photonics zijn echter extreem hoog. IPG CW-vezellasers met hoog vermogen hebben een vermogensbereik van 1 kW tot 500 kW, evenals een breed scala aan golflengten, de efficiëntie van het omzetten van elektrische energie in optische energie bereikt 50%. De divergentieparameters van IPG-vezellasers zijn veel beter dan die van andere krachtige lasers.
100 kW YLS-vezellaser vervaardigd door IPG Photonics, vermogensniveaus tot 500 kW op aanvraag verkrijgbaar
Zijn er andere ontwikkelaars en fabrikanten van moderne high-power fiber- en solid-state lasers in Rusland? Afgaande op commerciële monsters, nee.
Een binnenlandse fabrikant in het industriële segment biedt gaslasers met een maximaal vermogen van tientallen kW. In 2001 presenteerde het bedrijf Laser Systems bijvoorbeeld een zuurstof-jodiumlaser van 10 kW met een chemische efficiëntie van meer dan 32%, de meest veelbelovende compacte autonome bron van krachtige laserstraling van dit type. Theoretisch kunnen zuurstof-jodiumlasers een vermogen van maximaal één megawatt bereiken.
Tegelijkertijd kan niet volledig worden uitgesloten dat Russische wetenschappers erin geslaagd zijn om een doorbraak in een andere richting te maken in 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 raketverdedigingstaken op te lossen en vijandelijke orbiters te vernietigen. Gegevens over het Peresvet-complex zijn geclassificeerd, inclusief het type laser(s) dat wordt gebruikt en het optische 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 het lasercomplex "Peresvet" 200-400 kilowatt zijn, in een optimistisch scenario tot 1 megawatt. De eerder genoemde zuurstof-jodiumlaser kan als een andere kandidaat worden beschouwd.
Op basis hiervan bevinden zich vanaf de zijkant van de cabine van de hoofdmachine van het Peresvet-complex vermoedelijk achtereenvolgens - een diesel- of benzine-elektrische stroomgenerator, een compressor, een opbergvak voor chemische componenten, een laser met een koelsysteem , en een laserstraalgeleidingssysteem. Er is nergens een radar voor doeldetectie of OLS, wat duidt op externe doelaanduiding.
Lasercomplex "Peresvet"
In elk geval kunnen deze veronderstellingen onjuist blijken te zijn, zowel vanwege de mogelijkheid om fundamenteel nieuwe lasers te maken door binnenlandse ontwikkelaars, als vanwege het gebrek aan betrouwbare informatie over de optische kracht van het Peresvet-complex. Met name de pers gleed informatie uit over de aanwezigheid van een kleine kernreactor als onderdeel van het Peresvet-complex als energiebron. 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 verwachte gebruiksbereik en de aard van de doelen die worden geraakt, evenals de methode om ze te raken.
Als onderdeel van het zelfverdedigingscomplex "Vitebsk" aan boord is er een actief storingsstation L-370-3S. Het gaat inkomende vijandelijke raketten tegen met een thermische geleidekop door ze te verblinden met infrarood laserstraling. Rekening houdend met de afmetingen van het actieve interferentiestation L-370-3S, 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 blindheid.
Actief stoorstation L-370-3S
Tijdens tests van het A-60-complex met een laser van 100 kW werden L-17-doelen geraakt, die een analoog van een straalvliegtuig voorstelden. Het bereik van vernietiging is onbekend, er kan worden aangenomen dat het ongeveer 5-10 km was.
Voorbeelden van testen van buitenlandse lasersystemen:
Ballistische doelraketten werden vernietigd tijdens tests van het Amerikaanse Boeing YAL-1-luchtlasercomplex. Een doelraket met een raketmotor voor vloeibare stuwstof, de tweede met vaste stuwstof, het schietbereik in tests was ongeveer 100 km.
Op de testlocatie in Schrobenhausen testte Rheinmetall een 20 kW lasersysteem dat een onbemand luchtvaartuig (UAV) op een afstand van 500 meter in 3,39 seconden vernietigt.
Het gepantserde gevechtsvoertuig Stryker van het Amerikaanse leger, uitgerust met een mobiele high-energy laser (Mobile High-Energy Laser, MEHEL) met een vermogen van 5 kW, raakte een kleine UAV op het oefenterrein van Grafenwehr in Duitsland (Beieren)
In de loop van meer dan 100 tests, het Israëlische Keren Barzel raketverdedigingslasersysteem in april 2014, het systeem raakte 90% van de doelen (mijnen, granaten, UAV's) toonde bruikbaarheid (Proof Of Concept), meer dan 100 tests werden uitgevoerd . Het vermogen van de gebruikte laser is enkele tientallen kilowatts.
De Boeing Company heeft samen met het Amerikaanse leger de geavanceerde gevechtslaser HEL MD getest. Ondanks het slechte weer - harde wind, regen en mist - trof de 10 kilowatt installatie met succes verschillende luchtdoelen op de Eglin Air Force Base in Florida.
De vorige test van het complex werd in 2013 uitgevoerd op de testlocatie White Sands, New Mexico. Toen raakte de laser meer dan 90 mortiergranaten en verschillende UAV's. In totaal heeft de HEL MD tijdens twee tests 150 luchtdoelen geraakt, waaronder 60 mm mortiergranaten en UAV's. Het bedrijf is van plan het vermogen van het complex te verhogen tot 50-60 kW en het stroomvoorzieningssysteem van de laserinstallatie te verbeteren.
Gevechtslaser HEL MD
[
HEL MD gevechtslasertests
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, projectielen en precisiegeleide 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 capaciteiten bestaan al of zullen in de nabije toekomst worden gemaakt. Welke soorten laserwapens kunnen in de nabije toekomst worden gebruikt door de luchtmacht, grondtroepen en? vloot, zullen we in het vervolg van dit artikel bespreken.