Лазерный мир

Задача создания легких и компактных многомегаваттных лазеров по программе стратегической оборонной инициативы (СОИ) в США не решена c 1983 года. Недавно американское издание The Drive со ссылкой на материалы Исследовательской лаборатории ВВС США опубликовало сенсационную статью, в которой говорится, что все их военные базы будут защищены от атак противника «силовыми полями». Судя по всему, «силовые поля» – это районы над объектами военной техники (ОВТ), которые будут прикрывать боевые высокоэнергетические лазеры и микроволновые пушки, способные уничтожать все угрозы с неба.

Если все это правда, то впору говорить об уникальной революции в военном деле и построении ПВО и ПРО США на новых физических принципах. Их боевое лазерное оружие (ЛО) будет разделывать ракеты и самолеты противника так же легко, как обыватели режут острым ножом докторскую колбасу.

Звездные войны под силовыми полями

Может быть, американцы блефуют? За ними ведь и такое водится. Тем не менее ученые той же Исследовательской лаборатории ВВС США вполне серьезно утверждают, что достигли переломного момента в технологиях направленной энергии, которые позволят приблизить к реальности многие концепции научной фантастики. Более того, The Drive утверждает, что еще в апреле 2020 года ВВС США впервые отправили за границу на испытания оружие направленной энергии High Energy Laser (HELWS), PHASER и Tactical High Power Operational Responder (THOR). Там же говорится, что лазер HELWS и микроволновые пушки PHASER и THOR предназначены для уничтожения малых дронов. То есть использование такого высокотехнологичного оборудования уже поставлено на поток.

Название программы «Звездные войны» изобретено не в научной среде. Красивое определение «Силовые поля» из той же романтической военно-политической американской лирики. На самом деле речь идет о суммарном воздействии на ОВТ лазерного и микроволнового излучений на разных стадиях сценария его защиты. При этом термин «силовое» не значит, что механизм воздействия будет только силовым. Скорее всего здесь говорится и о функциональном воздействии (smart interaction).

Данная технология «силовых полей» должна позволить защищать военные базы, ракетные шахты, пункты управления войсками путем отражения атаки, формируя так называемый зонт противоракетной обороны. Однако имеющиеся возможности позволяют разработать систему, состоящую пока только из ЛО мощностью до 100 киловатт, способную создавать необходимые эффекты поражения ОВТ на тактических расстояниях – всего лишь в несколько километров в условиях плотной атмосферы для силового механизма (поджечь, отрезать, продырявить) или до десятка километров для функционального (засветка оптических приемников, нарушение режима работы электроники). Именно поэтому на существующем этапе технологического развития можно реализовать идею защитных «силовых полей» значительного масштаба на основе ЛО только при условии вовлечения в нее значительного числа лазерных источников, управляемых искусственным интеллектом.

Слишком малы дистанции для принятия решений, велики скорости движения большого количества потенциальных угроз. Очевидно, что решение проблемы создания зонта ПРО находится на путях дальнейшего увеличения мощности ЛО и соответственно дальности поражающего фактора, что являлось и является основным тормозом для развития идеи СОИ. В данном случае космический эшелон 25 рентгеновских лазеров мощностью до 25 мегаватт с радиусом действия 1000 миль в силу нереализуемости идеи опускается до приземного слоя атмосферы. А это поле боя можно обслуживать множеством маломощных лазерных источников с уровнем мощности до 100 киловатт и весьма ограниченным радиусом действия. И это почти 40 лет спустя после грома бравурных фанфар о торжестве нашумевшей в 80-х годах СОИ. Достижение конечного результата планируется уже к 2060 году.

Земная репетиция космической СОИ

Планируемую многоуровневую систему обороны следует рассматривать как начало решения реальной задачи с реальными средствами, уже разработанными, проверенными на практике и успешно тиражируемыми. Все это нужно рассматривать как репетицию СОИ на меньшем масштабе с источниками много меньшего уровня мощности и соответственно меньшего радиуса действия. При этом данная задача имеет и большое практическое значение уже сегодня – как новый класс объектовой защиты, включающий мощный лучевой компонент. Можно представить себя шахту межконтинентальных баллистических ракет (МБР), военные базы стратегического оружия, комплексы ПВО, иные особо ценные ОВТ, которые нужно всемерно защищать. В эту многоуровневую систему вполне вписываются и средства РЭБ. Входят сюда и тактические ракетные комплексы. Вспомним бегство в 2014 году американского корабля «Дональд Кук» в румынский порт после пролета над ним российского самолета с соответствующей системой радиоэлектронного воздействия. Или испытания созданных в США лазерных систем в Персидском заливе и иных акваториях.

Например, в приземных слоях атмосферы потери мощности излучения на рассеяние и поглощение велики – в Персидском заливе луч непрерывного лазера терял до 60 процентов энергии на милю трассы. В случае высокочастотного импульсно-периодического (И-П) лазерного излучения потери мощности луча существенно уменьшаются в силу эффекта нелинейного просветления среды. Именно поэтому применение И-П высокочастотных лазеров с короткими импульсами значительно увеличивает дальность силового и функционального воздействия в сравнении с классическим РЭБ при много меньшей общей энергетике и габаритах системы.

Действительно, доставка энергии в лазерном канале с микронным излучением резко (2–3 порядка величины) сокращает размеры отражателя (антенны) и позволяет достигать вторичных эффектов на ОВТ при значительно большей плотности мощности в зоне взаимодействия и при гораздо большей селективности воздействия по пространству.

Следует признать, что современное ЛО, генерирующее непрерывное лазерное излучение мегаваттного уровня, продолжает оставаться слишком громоздким и тяжелым. Вспомним «лазерных монстров» на химической, электроразрядной или газодинамической основах с весовым фактором в пределах 200–400 кг/кВт.

С другой стороны, современные модели ЛО на волоконной и дисковой основах при весовом факторе 5 кг/кВт по-прежнему не позволяют и, похоже, не позволят наращивать выходную мощность комплекса ЛО до мегаваттного уровня в силу физических и технологических ограничений. 2060 год в программе ВВС США вполне оправдан, так как решение проблемы стратегического ЛО пока в США не найдено. И это, надо сказать, радует.

Ставка на твердотельные лазеры

Резкое уменьшение длины волны в случае комплексов ЛО функционального воздействия, о которых сейчас заговорили с новой силой, помимо оптической засветки и ударных волн приводит к возможности концентрации вторичных эффектов воздействия (электромагнитные поля, токи, скачки потенциала) на поверхности и в объеме ОВТ. Поэтому выбор зоны воздействия на внешнюю поверхность ОВТ различных типов требует хорошего знания оптимальных критериев поражения и их количественных параметров. Все это есть предмет мгновенного анализа и выбора наиболее эффективного механизма воздействия, ИИ в этой ситуации просто незаменим. С другой стороны, малая мощность источников ЛО ведет и к малым убойным расстояниям до цели, следовательно, приводит к значительному увеличению количества источников излучения, необходимых для выполнения задачи.

В этой ситуации простой оператор с самыми светлыми мозгами не справится с задачей оптимизации процесса поражения цели или роя целей. Необходим сверхбыстрый и без устали работающий машинный разум. Здесь надо процитировать выдержку из статьи в американском журнале US News and World Report (октябрь 1971 года), который писал: «С момента открытия лазерного луча пошли разговоры о «лучах смерти», которые сделают ракеты и ракетную технику устаревшими».

Сейчас в США на смену химическим лазерам идут компактные и легкие твердотельные лазерные системы на основе оптических волокон и дисковых активных керамических элементов с полупроводниковой накачкой. Как известно, основными недостатками уходящих из активного использования систем являются экологическая опасность, большой вес и громоздкость конструкции. Исходя из этого ставка делается на твердотельные системы, поскольку они гораздо надежнее, компактнее, проще в обслуживании и безопаснее в эксплуатации.

Теория, практика и закон больших чисел

Сегодня уровень разработок таких лазеров в США приближается к значению выходной мощности 500 киловатт. Однако достижение много больших значений выходной мощности в стандартной и уже отработанной многомодульной геометрии представляется сложной задачей, особенно это трудно сделать при создании мобильного комплекса. В наши дни в мире активно используются два режима лазерного воздействия на цель – силовое воздействие и

функциональное. При силовом механизме, как уже говорилось, в ОВТ прожигается отверстие или отрезается какая-либо часть конструкции. Это приводит, например, к взрыву топливного бака или к невозможности дальнейшего функционирования ОВТ как единой системы. Для реализации силового поражения на больших дальностях нужны огромные мощности. В случае СОИ обсуждалось достижение мощности 10–25 мегаватт. Но есть и другой механизм – функциональное или, как его называют в США, «умное» воздействие. В этом случае речь идет о тонких эффектах, мешающих противнику выполнить поставленную задачу: ослепление оптико-электронных систем военного оборудования, организация сбоев в работе электроники бортовых компьютеров и навигационных систем, наведении оптических помех в работе операторов и пилотов.

Излучение нескольких единичных волоконных модулей с помощью так называемого спектрального сложения соединяется в единый луч мощностью до 100 киловатт и с помощью системы наведения направляется на цель. Созданный таким образом поток лучевой энергии концентрируется, например, на беспилотнике и поджигает его, если он, конечно, не из титана. Дальность такого силового поражения оказывается в пределах двух километров. В случае функционального механизма поражения возможные дальности возрастают на порядок, но также уменьшается и вероятность поражения. Ты вроде бы стрельнул и попал, а он продолжает лететь в твою сторону. И что делать? Военные и раньше не любили это умное взаимодействие, им всегда больше нравился иной подход – «увидел-убил».

Американцы любят шоу и в бизнесе, хотя многое в их работе соответствует правде, но иногда для усиления эффекта на публику, от которой зависит финансирование проектов, бывают и талантливые инсценировки с привлечением динамита, высокого давления и других штучек. На эти спектакли с удовольствием ходят журналисты, которые потом делают свою долю работы в части вовлечения других стран в траты на получение не всегда убедительного результата.

В той же Исследовательской лаборатории ВВС США заявляют, что имеющиеся возможности позволяют разработать систему ЛО мощностью 100 киловатт, которая может создавать разрушительные эффекты на тактически важных расстояниях в несколько километров. Генератора в 100 киловатт хватит, чтобы вырубать ракеты или самолеты противника на такой дистанции. И хочется спросить: так ли это? Очень хорошо, если они (США и их компаньоны в НАТО) так думают, но на самом деле это не так. Каждый конкретный механизм воздействия на ОВТ требует знания результатов предварительного исследования этих самых критериев и измерения их параметров. Времени играть в угадайку нет. Это значит, что лаборатория ВВС США, как и другие лаборатории их партнеров, провела тысячи экспериментов с ОВТ различного происхождения и знает их слабые места. Это огромная работа, требующая наличия большого числа лазерных стендов и соответствующего контрольного оборудования. В том числе нужны и образцы ОВТ противника, вывезенные из зон боевых действий в странах, купивших эти ОВТ и утративших их добровольно или по принуждению.

Парижские тайны

Недавно поступило сообщение, что ВМС Франции провели наземные испытания новой лазерной системы HELMA-P, предназначенной для борьбы с БЛА. Систему намерены установить на кораблях французского флота. Уже создан прототип боевого лазера. Как заявили в Париже, проведенные на наземном полигоне испытания при низкой облачности и при дожде оказались успешными. А ведь раньше считалось, что непогода снижает эффективность применения ЛО. Что сказать на это заявление французов? Данное сообщение ведомства – информация из разряда французских шансонье на тему «белых ландышей целый букет». Количественных и физических результатов испытаний они не привели. Для объективной оценки результатов исследований необходимы показатели влажности воздуха, температуры воздушной среды, интенсивности тумана, величины снижения эффективности прохождения луча через среду и так далее.

В сообщении французского военного ведомства все оценки на уровне эмоций. Но можно поговорить и об этом. Большие и известные институты работали и работают по данной теме исследований. С французскими учеными мы давно знакомы и даже работали вместе над различными проблемами взаимодействия излучения с веществом.

Цитирую сообщение министра обороны Франции Флоранс Парли об итогах наземного эксперимента: «Я горжусь тем, что сегодня увидела превосходное качество в работе. Это исключительный эксперимент. Дрон только что был уничтожен мощным лазером, сделан важный шаг в борьбе с дронами. Благодаря вам Франция сегодня доказала, что она справится с поставленной задачей и сможет защитить себя от врагов».

По предварительной информации, новую систему будут тестировать на фрегатах. Окончательно на вооружение HELMA-P планируют принять к 2024 году. Разработка этого боевого лазера ведется с 2017-го французскими компаниями CILAS и Ariane Group. В настоящее время проект завершает CILAS совместно с Генеральной дирекцией по вооружению (DGA) и ВМС Франции. Лазер мощностью два киловатта может поражать цели на дальности одного километра.

Много эмоций, но нет конкретики. Какие цели, из каких материалов (текстолит, пластик, картон или титан с алюминиевыми сплавами), о какой мощности лазера идет речь (средняя или пиковая)? Например, непрерывным электроразрядным СО2-лазером мощностью два киловатта с дистанции в километр прожечь дыру нельзя, удастся только слегка нагреть поверхность. Если речь идет о функциональном воздействии, то какие-то оптоэлектронные приборы можно потревожить. А вот если это средняя мощность высокочастотного И-П источника с очень короткими импульсами высокой пиковой мощности, то разговор может сильно затянуться.

А как в России обстоят дела с боевым ЛО и микроволновыми излучателями? Понятно, что такая информация имеет гриф повышенной секретности. Что мы можем сказать о разработке лазерного оружия в РФ. СССР был первой страной, достигшей в этой области заметных результатов, и начал разработки в области тактического ЛО одновременно с США. Ныне Россия имеет в арсенале опытные образцы высокоточных боевых лазеров. Первая подобная установка была испытана в СССР еще в 1972 году. Уже тогда отечественная мобильная лазерная пушка была способна успешно поражать воздушные цели. С тех пор возможности в данной области значительно возросли. Сегодня на эти работы выделяется значительно больше средств, что, несомненно, приведет к дальнейшим успехам. Однако период научно-технического ненастья после подписания Михаилом Горбачевым на Байконуре приказа о закрытии всех работ по ЛО нанес лазерным исследованиям в стране значительный ущерб. Сразу после этого события байки на тему «ЛО – это блеф» стали активно распространяться в СМИ.

В итоге вокруг боевого ЛО в нашей стране сформировался эпический набор мифов, препятствующий дальнейшему развитию исследований в этой области. Большинство из них было построено по принципу либо сознательная ложь, либо старательное превращение мухи в слона. На самом деле эффективная помощь лазеров на поле боя вполне реальна, а армия, которая сможет получить их, обретет внушительное преимущество.

Одной из важнейших задач, решаемых при создании новых образцов вооружения, является противодействие средствам воздушно-космического нападения. С приближением к нашим границам ракетных комплексов потенциального противника подлетное время резко уменьшается. Выход можно искать в реализации локальной защиты особо важных для обороноспособности страны ОВТ на основе комплексов ЛО, способных к мгновенному ответу. Важно учитывать, что в США и других странах ведутся интенсивные и масштабные работы над созданием стратегических комплексов ЛО для поражения (подавления) воздушно-космических целей. Виктор Аполлонов, академик, заведующий отделом Мощные лазеры Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН Опубликовано в выпуске № 31 (894) за 17 августа 2021 года

Источник: https://vpk-news.ru/articles/63422