Я познаю мир. Военная техника

Существуют несколько прототипов лазерного оружия. Во–первых, успешно испытана и, возможно, скоро будет принята в серийное производство наземная система уничтожения ракет "земля – воздух". С ее помощью даже относительно маломощным лазером можно вывести из строя чувствительную электронику и тем самым превратить ракету в бесполезную болванку.

Испытывается также химический лазер, который предполагалось разместить на "Боинге". Планируется, что такой самолет на большом расстоянии сможет уничтожать ядерные ракеты сразу после их старта. Проводились эксперименты и с межконтинентальными ракетами: мощный лазер наземного базировании с химической накачкой навели на стоящую на полигоне межконтинентальную баллистическую ракету "Титан", и она разлетелась на куски.

Псе это происходит в Соединенных Штатах Америки. Ну а что у нас? Мы не откроем военной тайны, если, скажем, что с появлением мощных газодинамических лазеров наши ученые создали мобильный лазерный технологический комплекс MЛTK–50, являющийся всего лишь модификацией подобной военной разработки.

Выглядит эта штука достаточно впечатляюще. Она устанавливается на двух модулях–платформах, изготовленных на базе серийных автоприцепов Челябинского завода. На первой платформе размещается генератор лазерного излучения, включающий в себя блок оптического резонатора и газоразрядную камеру. Здесь же расположены система формирования и наведения луча и кабина управления, откуда ведется программное или ручное наведение и фокусировка. На второй платформе находятся элементы газодинамического тракта: авиационный турбореактивный двигатель Р29–300, используемый в качестве источника энергии, устройство выхлопа и шумоглушения, емкость для сжиженной углекислоты, топливные баки и другие устройства.

Как полагают некоторые эксперты, именно эта система (точнее, ее военный аналог) и имелась в виду, когда шел разговор об "асимметричном ответе". Во всяком случае, когда это очередное "русской чудо" – CO₂–лазер мощностью 1 МВт был продемонстрирован американским конгрессменам, он произвел на них должное впечатление. Ведь даже гражданский аналог способен резать корабельную сталь до 120 мм толщиной на расстоянии в 30 м!

Лазеры бывают разные

Разрушающее воздействие лазерного излучения основано прежде всего на тепловом нагреве; при этом прожигаются топливные баки ракеты, выходит из строя электроника систем управления. Наносит вред и ударная ("шоковая") волна, которая возникает при попадании на поверхность ракеты импульсного лазерного излучения. Она опять–таки выводит ил строя электронику и системы наведения ракеты, а также может повлечь детонацию взрывчатого вещества в боеголовке.

Применение пассивных мер защиты (зеркальных и поглощающих покрытий, экранов и т. п.) значительно снижает поражающее воздействие излучения низких энергий. Но все "то становится бесполезным при повышении мощности лазерного излучения. Поэтому–то ученые и конструкторы старались увеличить мощность лазерного импульса.

В 1967 году был разработан первый газодинамический лазер, который продемонстрировал возможность использования лазеров как оружия. Основные его элементы: камера сгорания, в которой образуется горячий газ; система сверхзвуковых сопел, после прохождения которых газ, быстро расширяясь, охлаждается, накапливая энергию; оптическая полость, где непосредственно происходит генерация лазерного излучения. В этой полости перпендикулярно потоку газа расположены два плоских зеркала, образующих оптический резонатор.

Запущенный световой луч сначала мечется между двумя зеркалами, постепенно наращивая свою мощь за счет подкачки энергией от горючего газа. Превысив некоторый порог, он высыпается наружу, сметая все на своем пути...

Примерно так же устроены химический и электроразрядный лазеры: в них также через резонатор с большой скоростью прокачивается "возбужденная" рабочая смесь, только источником возбуждения является соответственно химическая реакция или электрический разряд. Наиболее подходящим для поражения боеголовок в космическом пространстве считается химический лазер, использующий реакцию водорода с фтором. Если же в этом лазере вместо водорода использовать его тяжелый изотоп дейтерий, то излучение будет иметь длину волны не 2,7, а 3,8 мкм. Говоря проще, оно попадет в "окно прозрачности" атмосферы (3,6–4,0 мкм) и сможет с наименьшими потерями достигать земной поверхности.

С точки зрения фокусировки луча более предпочтительными являются оптические и ультрафиолетовые лазеры. Наиболее перспективными среди них считаются эксимерные лазеры на молекулах фтористого аргона и фтористого криптона. Такие молекулы–эксимеры могут существовать только в возбужденном состоянии: после излучения световых частиц – фотонов они разрушаются. Излучение этих лазеров находится в диапазоне от 2000 до 3000 ангстрем, и земная атмосфера для него непрозрачна. Поэтому подобные лазеры предполагалось использовать лишь для поражения объектов в космическом пространстве.

Внешним источником энергии для эксимерных лазеров должен был служить электрический разряд, пучок ускоренных электронов, поток нейтронов от ядерного реактора или даже, возможно, от ядерного взрыва.

Самый серьезный недостаток всех газовых приборов – большое выделение тепла в их рабочем объеме. Проще говоря, лазер разогревается настолько, что может сжечь сам себя, а это ограничивает повышение его мощности.

Более перспективным считается лазер на свободных электронах. В нем нет камеры сгорания, и усиление излучения происходит за счет его взаимодействия с пучком электронов, движущимся в периодическом магнитном поле. К тому же частота генерации у лазера на свободных электронах может перестраиваться и широком диапазоне – от миллиметровой до ультрафиолетовой области спектра; защититься от такого излучения гораздо сложнее.

Стремление использовать в лазерном оружии коротковолновое излучение связано с тем, что оно хорошо поглощается любыми материалами. Например, титановое покрытие почти полностью отражает тепловое инфракрасное излучение, но поглощает ультрафиолет.

Под лучом рентгена

Особую роль в планах "звездных войн" – именно так по аналогии с известным фильмом американского режиссера Лукасса окрестили журналисты планы военных развернуть боевые действия в космосе – играет проект рентгеновского лазера с накачкой энергией от ядерного взрыва.

Идея использовать рентгеновское и гамма–излучение в лазерах давно привлекает внимание ученых. В науке применение таких лазеров поможет исследователям расшифровать объемную структуру молекул и атомов.

Воздействуя на атомы и их ядра строго дозированными порциями энергии – квантами, – ученые смогут изучать и направленным образом изменять структуру атомных ядер. Тщательно подобрав частоту излучения, можно раскачивать и разрывать определенные связи в ядре и осуществлять таким образом самые невероятные ядерные превращения.

Схема рентгеновского лазера: 1 – следящий телескоп; 2 – кожух; 3 – система наведения и двигательная установка; 4 – лазерные стержни; 5 – ядерная бомба

По всей вероятности, оптические лазеры найдут применение и в хирургии, и в спутниковой связи, и во многих других областях народного хозяйства. Поэтому уже более 20 лет ученые пытаются создать рентгеновский лазер мирного назначения.

Скажем, в 1984 году в США был произведен эксперимент с использованием в качестве источника накачки мощного двухлучевого оптического лазера "Наветт", созданного в Ливерморской национальной лаборатории. Каждый луч лазера имел плотность мощности 5–1013 Вт/см2 при импульсе длительностью 4,5–1010 с.

Проще говоря, в фокусе лазера помещалась мишень – тончайшая пленка размером 0,1x1,1 см из селена или иттрия. Так вот, луч такой мощности полностью испарял мишень, создавая плазму из ионов этих металлов.

Дальнейшее существенное уменьшение длины волны (а оно необходимо, чтобы пучок излучения меньше расходился в стороны – иначе боевой лазер будет малоэффективен) требует таких огромных плотностей энергии накачки, которые достигаются только при порывах ядерных зарядов.

Работы в этом направлении ведутся в Линерморской лаборатории под руководством уже упоминавшегося Э. Теллера. Испытания проводятся во время подземных ядерных взрывов на полигоне в штате Невада. Расчеты показывают, что для поражения межконтинентальной баллистической ракеты, то есть для получения плотности энергии, скажем, 10 кДж/см2 на расстоянии 1000 км, в импульсе такого лазера должна быть сосредоточена энергия около 1010 Дж. Для этого в качестве источника энергии потребуется взрыв мощностью около 1015 Дж. То есть энергия, равная взрыву 200 тысяч тонн тротиловой взрывчатки!

Принципиальных ограничений на создание рентгеновского лазера с ядерной накачкой нет. Он обещает стать очень компактным прибором (с вероятной массой около 1 т), доступным для вывода в космос одной ракетой, что сделает его малоуязвимым оружием...

Микроволновое, пучковое и кинетическое оружие

Если о боевых лазерах–гиперболоидах разговоры идут уже довольно давно, то вот о микроволновом, пучковом и кинетическом оружии известно гораздо меньше. Что же это за системы?

Микроволновка тоже стреляет?

Как известно, ядерные взрывы сопровождаются мощным электромагнитным излучением. Его источником является движение рожденных взрывом заряженных частиц в магнитном поле Земли. Особенно эффективен в этом смысле взрыв в верхних слоях атмосферы. При мегатонном взрыве в электромагнитное излучение (ЭМИ) переходит энергия 1011 Дж. Такой импульс вызывает короткие замыкания в электронных устройствах на расстоянии 1000 км! Поэтому специалисты зачастую говорят об ЭМИ–оружии.

Конечно, оно очень эффективно. Однако обладает и одним серьезным недостатком: действует сразу во всех направлениях, поражая не только электронные средства противника, но и свои собственные.

Поэтому применять его можно лишь на большом удалении от собственных баз, то есть лучше всего в космосе.

Электромагнитное излучение действует не только на механизмы, но и на организмы. Например, в малых дозах микроволновое излучение издавна используется медиками для прогрева отдельных участков человеческого тела – это всем известная УВЧ–терапия. Ну а что произойдет, если повысить интенсивность облучения? Да то же, что происходит с продуктами в обычной печке–микроволновке – в больших дозах микроволновое излучение несет человеку гибель из–за теплового перегрева.

Тем не менее уже созданы генераторы микроволнового излучения, позволяющие концентрировать мощность в сотни мегаватт. Теперь инженеры бьются над проблемой, как собрать радиоволны в узкий пучок. Дифракция (или расхождение волн) приводит к тому, что даже у высококачественной параболической антенны диаметром 15 м пучок миллиметровых волн имеет такую расходимость, что на расстоянии 1000 км его диаметр будет составлять уже 100 м. Поэтому, чтобы использовать микроволновое излучение как оружие против ракет, необходимо сильно увеличить частоту излучения (это позволяет точнее фокусировать пучок) и повысить в десятки раз мощность генераторов.

Кстати, микроволновое излучение может использоваться не только в космосе, но и для поражения наземных целей. Атмосфера Земли имеет несколько "окон прозрачности" в радиодиапазоне: основное (длина волны от 20 м до 1 см) и два дополнительных, с длиной волны 8 и 4 мм. Сконцентрировав на земной поверхности пучок миллиметровых волн мощностью около 1000 МВт, можно уже выжигать посевы, поджигать лес, постройки и т.д.

Большую опасность, как уже говорилось, микроволновое излучение представляет для людей. В обычном состоянии наше тело выделяет около 100 Вт тепла. Эксперты посчитали, что тепловое поражение организма происходит при интенсивности падающего излучения порядка 1 кВт/м2. В принципе такой уровень достижим уже сегодня.

Стрельба пучками

Мощный пучок заряженных частиц – электронов, протонов, ионов или пучок нейтральных атомов – также может быть использован в качестве оружия.

Фактически работы по созданию пучкового оружия начались с создания морской боевой станции для борьбы с противокорабельными ракетами (ПКР). Известно, что при прохождении сквозь атмосферу заряженные частицы активно взаимодействуют с молекулами воздуха, ионизуют и нагревают их. Расширяясь, нагретый воздух существенно уменьшает свою плотность, что дает возможность заряженным частицам распространяться дальше. Серия коротких импульсов может сформировать своеобразный канал в атмосфере, сквозь который заряженные частицы будут распространяться почти беспрепятственно.

Кстати, такое явление наблюдается в природе во время грозы. Впереди молниевого разряда следует так называемый лидер, который готовит канал для прохождения гигантской искры.

При создании рукотворной "молнии" для "пробивания канала" предполагалось использовать луч ультрафиолетового лазера.

В итоге пучок электронов с большой энергией частиц и силой тока в несколько тысяч ампер, распространяясь через атмосферный канал, может поразить ракету на расстоянии до 5 км. Причем в зависимости от энергии "выстрела" может быть поражена электроника, произведен принудительный подрыв боезаряда либо уничтожена ракета полностью.

Разобравшись с физическими основами действия пучкового оружия в атмосфере, специалисты попытались вывести пучковое оружие в космос. Однако выяснилось, что в безвоздушном пространстве пучок распадается из–за кулоновских сил электростатического отталкивания. Кроме того, существующие в космосе сильные магнитные поля скорее всего помешают вести прицельную стрельбу пучками.

Поэтому пришлось отказаться от легких заряженных частиц и использовать пучки ионов, например водорода или дейтерия, что усложнило установку: разгонять ионы приходится в ускорителях, а это довольно громоздкое сооружение.

В общем, на сегодняшний день системы пучкового оружия пока не вышли за пределы лабораторий и полигонов.

"Рельсотроны" и прочая экзотика

Разгонять электромагнитными полями можно не только частицы, но и что–нибудь покрупнее, например снаряды. При этом, как показывают расчеты, в отличие от обычных пушек, использующих порох, можно создавать орудия, которые смогут с Земли посылать свои снаряды даже на орбиту.

Причем во внедрении таких орудий заинтересованы не только военные. Электродинамические ускорители массы – так называют электромагнитные пушки, или катапульты, – вполне могут быть использованы для переправки на орбитальную станцию грузов, которые не боятся больших стартовых перегрузок. Такая транспортировка будет стоить намного дешевле, чем транспортировка с помощью ракет.

Принцип действия рельсотрона

Однако вернемся к возможностям использования таких установок в рамках программы СОИ. Идея использовать электромагнитные поля для увеличения дальности стрельбы восходит к началу XX века. В 1916 году изобретатели разных стран пытались повысить дальнобойность пушек, обматывая их стволы проводами, по которым пропускался электрический ток. Однако в таких пушках–соленоидах снаряды массой 50 г удавалось разогнать только до скорости 200 м/с (для сравнения: обычные пушки выбрасывают снаряды со скоростью до 3000 м/с).

Потому об "электрических пушках" надолго забыли. Лишь в 1978 году американцы решили вдохнуть в старую идею новую жизнь. За это время появились новые сверхпроводящие материалы, сверхъемкие накопительные конденсаторы, поэтому скорость выбрасываемых снарядов можно было существенно повысить.

Ныне в качестве электромагнитной пушки чаще всего рассматривают так называемый "рельсотрон". Основная часть установки действительно представляет собой два металлических рельса, между которыми создается разность потенциалов. Токопроводящий снаряд располагается между ними с таким расчетом, чтобы замкнуть электрическую цепь. Ток создает магнитное поле, взаимодействуя с которым снаряд выбрасывается силой Лоренца. При токе в несколько миллионов ампер можно создать электромагнитное поле, которое способно разогнать снаряды с ускорением до 105 g, где g – ускорение свободного падения, равное округленно 10 м/с. Однако, чтобы килограммовый снаряд приобрел необходимую скорость 10–40 км/с, все равно потребуется электромагнитная пушка длиной 100–300 м.

Ныне опытные образцы электромагнитных пушек стреляют "снарядами" массой всего 2–10 г со скоростью 5–10 км/с. На большее пока не хватает мощности импульсных источников тока.

Космонавты идут на абордаж

Некоторые военные полагали, что космонавты при необходимости смогут приближаться к спутникам–шпионам противника, заарканивать их и уводить с орбиты...

Но потом от этой затеи отказались. Почему? Давайте разберемся.

Взрывы на орбите