Vũ khí laser: công nghệ, lịch sử, trạng thái, triển vọng. Phần 1
tia laze vũ khí luôn gây ra nhiều tranh cãi. Một số người coi đây là vũ khí của tương lai, trong khi những người khác lại phủ nhận khả năng xuất hiện các mẫu vũ khí hiệu quả như vậy trong tương lai gần. Mọi người đã nghĩ về vũ khí laser ngay cả trước khi chúng xuất hiện thực sự, chúng ta hãy nhớ lại tác phẩm kinh điển “The Hyperboloid of Engineer Garin” của Alexei Tolstoy (tất nhiên, tác phẩm không chỉ ra tia laser, mà là một vũ khí gần với nó hoạt động và hậu quả của sử dụng vũ khí).
Việc tạo ra một tia laser thực sự vào những năm 50 - 60 của thế kỷ XX một lần nữa làm dấy lên chủ đề về vũ khí laser. Trong nhiều thập kỷ, nó đã trở thành một thuộc tính không thể thiếu của các bộ phim khoa học viễn tưởng. Những thành công thực sự khiêm tốn hơn nhiều. Đúng vậy, laser đã chiếm một vị trí quan trọng trong các hệ thống trinh sát và chỉ định mục tiêu và được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nhưng sức mạnh của chúng vẫn không đủ để sử dụng như một phương tiện hủy diệt, và các đặc điểm về trọng lượng và kích thước của chúng là không thể chấp nhận được. Các công nghệ laser đã phát triển như thế nào, chúng đã sẵn sàng cho việc sử dụng quân sự vào thời điểm hiện tại như thế nào?
Tia laser hoạt động đầu tiên được tạo ra vào năm 1960. Đó là một tia laser thể rắn xung dựa trên một viên hồng ngọc nhân tạo. Vào thời điểm tạo ra nó là công nghệ cao nhất. Ngày nay, một tia laser như vậy có thể được lắp ráp tại nhà, trong khi năng lượng xung của nó có thể đạt tới 100 J.
Đơn giản hơn để thực hiện là laser nitơ, việc thực hiện nó không yêu cầu các sản phẩm mua phức tạp, thậm chí nó có thể hoạt động trên nitơ chứa trong khí quyển. Với cánh tay thẳng, nó có thể được lắp ráp dễ dàng tại nhà.
Quy trình tự lắp ráp và trình diễn hoạt động bằng laser nitơ
Kể từ khi tia laser đầu tiên được tạo ra, người ta đã tìm ra rất nhiều cách để thu được bức xạ laser. Có các loại laser trạng thái rắn, laser khí, laser nhuộm, laser điện tử tự do, laser sợi quang, laser bán dẫn và các loại laser khác. Các tia laser cũng khác nhau về cách chúng kích thích. Ví dụ, trong các laser khí có nhiều thiết kế khác nhau, sự kích thích của môi trường hoạt động có thể được thực hiện bằng bức xạ quang học, phóng điện dòng điện, phản ứng hóa học, bơm hạt nhân, bơm nhiệt (laser động khí, GDL). Sự ra đời của laser bán dẫn đã tạo ra laser DPSS (laser trạng thái rắn được bơm đi-ốt).
Các thiết kế khác nhau của laser giúp cho nó có thể thu được bức xạ có bước sóng khác nhau ở đầu ra, từ bức xạ tia X mềm đến bức xạ hồng ngoại. Laser phát ra tia X cứng và laser gamma đang được phát triển. Điều này cho phép bạn chọn một tia laser dựa trên sự cố đang được giải quyết. Đối với các ứng dụng quân sự, điều này có nghĩa là, ví dụ, khả năng chọn một tia laser có bức xạ có bước sóng như vậy mà bầu khí quyển của hành tinh này hấp thụ tối thiểu.
Kể từ khi phát triển nguyên mẫu đầu tiên, sức mạnh không ngừng tăng lên, các đặc tính về trọng lượng và kích thước cũng như hiệu quả của tia laser đã được cải thiện. Điều này được thấy rất rõ trong ví dụ về điốt laze. Vào những năm 90 của thế kỷ trước, con trỏ laser có công suất từ 2-5 mW xuất hiện được bán rộng rãi, năm 2005-2010 người ta đã có thể mua một con trỏ laser với công suất quang 200-300 mW, bây giờ, vào năm 2019 , có con trỏ laze có công suất quang học 7 Tuệ. Ở Nga, có các mô-đun điốt laser hồng ngoại với đầu ra sợi quang, công suất quang 350 W đang được mở bán.
Tốc độ tăng công suất của điốt laser có thể so sánh với tốc độ tăng công suất tính toán của bộ vi xử lý, phù hợp với định luật Moore. Tất nhiên, điốt laze không thích hợp để tạo ra các tia laze chiến đấu, nhưng đến lượt nó, chúng được sử dụng để bơm các tia laze sợi quang và trạng thái rắn hiệu quả. Đối với điốt laze, hiệu suất chuyển hóa năng lượng điện thành quang năng có thể trên 50%, về mặt lý thuyết có thể đạt hiệu suất trên 80%. Hiệu quả cao không chỉ giảm yêu cầu cung cấp điện mà còn đơn giản hóa việc làm mát thiết bị laser.
Một yếu tố quan trọng của laser là hệ thống hội tụ chùm tia - diện tích điểm trên mục tiêu càng nhỏ, công suất cụ thể cho phép sát thương càng cao. Tiến bộ trong việc tạo ra các hệ thống quang học phức tạp và sự xuất hiện của các vật liệu quang học nhiệt độ cao mới giúp chúng ta có thể tạo ra các hệ thống lấy nét hiệu quả cao. Hệ thống lấy nét và ngắm bắn của laser chiến đấu thử nghiệm của Mỹ HEL bao gồm 127 gương, thấu kính và bộ lọc ánh sáng.
Một thành phần quan trọng khác giúp chúng ta có thể tạo ra vũ khí laser là sự phát triển của các hệ thống chỉ và giữ chùm tia trên mục tiêu. Để bắn trúng mục tiêu bằng một phát bắn “tức thì”, trong một tích tắc của giây, công suất gigawatt là cần thiết, nhưng việc tạo ra các tia laser và nguồn năng lượng như vậy cho chúng trên khung gầm di động là vấn đề của tương lai xa. Theo đó, để tiêu diệt mục tiêu bằng tia laser có công suất hàng trăm kilowatt - hàng chục megawatt, cần giữ điểm phát tia laser trên mục tiêu trong một thời gian (từ vài giây đến vài chục giây). Điều này đòi hỏi các bộ truyền động có độ chính xác cao và tốc độ cao có khả năng theo dõi mục tiêu bằng chùm tia laze, theo hệ thống dẫn đường.
Khi bắn ở tầm xa, hệ thống dẫn đường phải bù đắp những biến dạng do khí quyển tạo ra, vì vậy một số tia laser cho các mục đích khác nhau có thể được sử dụng trong hệ thống dẫn đường, đảm bảo dẫn đường chính xác của tia laser "chiến đấu" chính tới mục tiêu.
Những loại laser nào đã được ưu tiên phát triển trong lĩnh vực vũ khí? Do thiếu nguồn bơm quang học mạnh mẽ, trước hết, laser động khí và laser hóa học đã trở thành như vậy.
Cuối thế kỷ 20, dư luận xôn xao trước chương trình Sáng kiến Phòng thủ Chiến lược (SDI) của Mỹ. Là một phần của chương trình này, nó được cho là sẽ triển khai vũ khí laser trên trái đất và trong không gian để tiêu diệt các tên lửa đạn đạo xuyên lục địa (ICBM) của Liên Xô. Để đặt trên quỹ đạo, nó được cho là sử dụng các tia laser được bơm hạt nhân phát ra trong phạm vi tia X hoặc tia laser hóa học có công suất lên tới XNUMX megawatt.
Chương trình SDI gặp rất nhiều khó khăn về kỹ thuật và đã bị đóng cửa. Đồng thời, một số nghiên cứu được thực hiện trong khuôn khổ chương trình đã giúp có thể thu được các tia laser đủ mạnh. Năm 1985, một tia laser deuterium florua với công suất đầu ra 2,2 megawatt đã phá hủy một tên lửa đạn đạo phóng chất lỏng được đặt cách tia laser 1 km. Kết quả của quá trình chiếu xạ kéo dài 12 giây, các bức tường của thân tên lửa bị mất sức mạnh và bị phá hủy bởi áp suất bên trong.
Ở Liên Xô, laser chiến đấu cũng đang được phát triển. Vào những năm tám mươi của thế kỷ 100, công việc đang được tiến hành để tạo ra nền tảng quỹ đạo Skif bằng tia laser động khí có công suất 1987 kW. Mô hình kích thước khối lượng lớn "Skif-DM" (Tàu vũ trụ "Cực") được phóng lên quỹ đạo Trái đất vào năm XNUMX, nhưng do một số sai sót, nó đã không đi vào quỹ đạo được tính toán và bị ngập trên Thái Bình Dương dọc theo một quỹ đạo đạn đạo. Sự sụp đổ của Liên Xô đã chấm dứt điều này và các dự án tương tự.
Các nghiên cứu quy mô lớn về vũ khí laser đã được thực hiện ở Liên Xô trong khuôn khổ chương trình Terra. Chương trình của hệ thống phòng thủ chống tên lửa và phòng không khu vực với phần tử tấn công chùm dựa trên vũ khí laser công suất cao Terra được thực hiện từ năm 1965 đến năm 1992. Theo dữ liệu mở, laser động khí, laser trạng thái rắn, sự phân ly quang iốt nổ và các loại laser khác.
Cũng tại Liên Xô, từ giữa những năm 70 của thế kỷ XX, tổ hợp laser phòng không A-60 dựa trên máy bay Il-76MD đã được phát triển. Ban đầu, tổ hợp này nhằm mục đích chống lại khí cầu trôi tự động. Là một vũ khí, một tia laser CO động khí liên tục loại megawatt do Phòng thiết kế Khimavtomatika (KBKhA) phát triển sẽ được lắp đặt.
Là một phần của thử nghiệm, một nhóm các mẫu bàn GDT có công suất bức xạ từ 10 đến 600 kW đã được tạo ra. Có thể giả định rằng tại thời điểm thử nghiệm tổ hợp A-60, một tia laser 100 kW đã được lắp đặt trên nó.
Hàng chục chuyến bay đã được thực hiện với thử nghiệm lắp đặt laser trên khí cầu tầng bình lưu ở độ cao 30-40 km và trên mục tiêu La-17. Một số nguồn tin chỉ ra rằng tổ hợp với máy bay A-60 được tạo ra như một thành phần phòng thủ tên lửa laser hàng không theo chương trình Terra-3.
Vào tháng 2010 năm 76, các phương tiện truyền thông đã đưa tin về việc nối lại công việc chế tạo vũ khí laser đường không trên nền tảng Il-90MD-90A với động cơ PS-76A-76. Quan tâm đến VKO "Almaz-Antey", TANTK được đặt theo tên của G.M. Beriev và doanh nghiệp Khimpromavtomatika ở Voronezh được giao nhiệm vụ tạo ra một tổ hợp hàng không với "tia laser có khả năng đốt cháy qua vỏ máy bay, vệ tinh và tên lửa đạn đạo." Máy bay Il-90MD-2014A, được hoán cải cho mục đích này, đã thực hiện chuyến bay đầu tiên vào tháng 24 năm 2014 và đến Taganrog vào ngày 4 tháng 2016 năm 60 để lắp đặt tổ hợp laser. Quá trình hoàn thiện máy và thử nghiệm trên mặt đất tiếp tục trong hai năm, và vào ngày XNUMX tháng XNUMX năm XNUMX, các phương tiện truyền thông đã đưa tin về việc bắt đầu các chuyến bay thử nghiệm của chiếc máy bay kế nhiệm A-XNUMX. Theo lời của Thứ trưởng Bộ Quốc phòng Liên bang Nga Yuri Borisov, "các cuộc thử nghiệm bay vẫn tiếp tục, kết quả xác nhận tính đúng đắn của các quyết định được đưa ra."
Những loại tia laser nào hứa hẹn nhất được sử dụng trong quân sự vào thời điểm hiện tại? Với tất cả các ưu điểm của laser khí và laser hóa học, chúng có những hạn chế đáng kể: nhu cầu về các thành phần tiêu hao, quán tính khởi động (theo một số nguồn, lên đến một phút), giải phóng nhiệt đáng kể, kích thước lớn và đầu ra của các thành phần chi tiêu của phương tiện hoạt động. Những tia laser như vậy chỉ có thể được đặt trên các sóng mang lớn.
Hiện tại, laser thể rắn và laser sợi quang có triển vọng lớn nhất, đối với hoạt động mà chỉ cần cung cấp cho chúng nguồn điện đủ công suất. Hải quân Hoa Kỳ đang tích cực phát triển công nghệ laser điện tử tự do. Một lợi thế quan trọng của laser sợi quang là khả năng mở rộng của chúng; khả năng kết hợp một số mô-đun để có được nhiều năng lượng hơn. Khả năng mở rộng ngược cũng rất quan trọng, nếu một laser thể rắn có công suất 300 kW được tạo ra, thì chắc chắn, một laser nhỏ hơn với công suất, ví dụ, 30 kW có thể được tạo ra trên cơ sở của nó.
Tình hình với laser sợi quang và trạng thái rắn ở Nga như thế nào? Khoa học của Liên Xô về sự phát triển và tạo ra tia laser là tiên tiến nhất trên thế giới. Thật không may, sự sụp đổ của Liên Xô đã thay đổi tất cả. Một trong những công ty lớn nhất thế giới về phát triển và sản xuất laser sợi quang, IPG Photonics, được thành lập bởi một người gốc Nga, V.P. Gapontsev, trên cơ sở công ty Nga NTO IRE-Polyus. Công ty mẹ IPG Photonics hiện đã đăng ký tại Hoa Kỳ. Mặc dù thực tế là một trong những địa điểm sản xuất lớn nhất của IPG Photonics nằm ở Nga (Fryazino, khu vực Moscow), công ty hoạt động trong khuôn khổ luật pháp Hoa Kỳ và tia laser của nó không được sử dụng trong các lực lượng vũ trang của Liên bang Nga, bao gồm công ty phải tuân thủ các biện pháp trừng phạt đối với Nga.
Tuy nhiên, khả năng của laser sợi quang được sản xuất bởi IPG Photonics là rất cao. Laser sợi quang liên tục công suất cao của IPG có dải công suất từ 1 kW đến 500 kW, cũng như dải bước sóng rộng, hiệu suất chuyển hóa năng lượng điện thành quang năng đạt 50%. Các thông số phân kỳ của laser sợi quang IPG vượt trội hơn nhiều so với các loại laser công suất cao khác.
Có các nhà phát triển và nhà sản xuất laser thể rắn và sợi quang năng lượng cao hiện đại nào khác ở Nga không? Đánh giá bằng các mẫu thương mại, không.
Một nhà sản xuất trong nước trong lĩnh vực công nghiệp cung cấp laser khí với công suất tối đa hàng chục kW. Ví dụ, vào năm 2001, công ty Hệ thống Laser đã giới thiệu loại laser oxy-iốt 10 kW với hiệu suất hóa học vượt quá 32%, đây là nguồn bức xạ laser công suất cao tự trị nhỏ gọn hứa hẹn nhất thuộc loại này. Về mặt lý thuyết, tia laser oxy-iốt có thể đạt công suất lên đến một megawatt.
Đồng thời, không thể loại trừ hoàn toàn rằng các nhà khoa học Nga đã tìm cách tạo ra một bước đột phá theo một số hướng khác trong việc tạo ra laser công suất cao, dựa trên sự hiểu biết sâu sắc về vật lý của các quá trình laser.
Năm 2018, Tổng thống Nga Vladimir Putin đã công bố tổ hợp laser Peresvet, được thiết kế để giải quyết các nhiệm vụ phòng thủ tên lửa và tiêu diệt các phương tiện bay trên quỹ đạo của đối phương. Dữ liệu về phức hợp Peresvet được phân loại, bao gồm loại (các) laser được sử dụng và công suất quang học.
Có thể giả định rằng ứng cử viên khả dĩ nhất để lắp đặt trong khu phức hợp này là laser động khí, một hậu duệ của laser đang được phát triển cho chương trình A-60. Trong trường hợp này, công suất quang học của phức hợp laser "Peresvet" có thể là 200-400 kilowatt, trong một kịch bản lạc quan có thể lên tới 1 megawatt. Có thể coi laser oxy-iốt đã được đề cập trước đây là một ứng cử viên khác.
Dựa trên điều này, sau đó, từ phía bên của cabin của máy chính của tổ hợp Peresvet, có lẽ tuần tự có các vị trí - máy phát điện chạy dầu hoặc xăng, máy nén, ngăn chứa các thành phần hóa học, tia laser với hệ thống làm mát. , và một hệ thống dẫn đường bằng tia laze. Không có radar phát hiện mục tiêu hoặc OLS ở bất kỳ đâu, điều này cho thấy chỉ định mục tiêu bên ngoài.
Trong mọi trường hợp, những giả định này có thể là sai, cả do khả năng tạo ra các tia laser mới về cơ bản của các nhà phát triển trong nước và do thiếu thông tin đáng tin cậy về sức mạnh quang học của phức hợp Peresvet. Đặc biệt, thông tin tràn lan trên báo chí về sự hiện diện của một lò phản ứng hạt nhân cỡ nhỏ như một phần của khu phức hợp Peresvet như một nguồn năng lượng. Nếu điều này là đúng, thì cấu hình của phức chất và các đặc điểm có thể có có thể hoàn toàn khác nhau.
Năng lượng nào là cần thiết để tia laser được sử dụng hiệu quả cho mục đích quân sự như một phương tiện hủy diệt? Điều này phần lớn phụ thuộc vào phạm vi sử dụng dự kiến và bản chất của các mục tiêu bị tấn công, cũng như phương pháp đánh chúng.
Là một phần của tổ hợp tự vệ trên tàu "Vitebsk" có một trạm gây nhiễu hoạt động L-370-3S. Nó chống lại tên lửa đối phương đang lao tới bằng đầu điều khiển nhiệt bằng cách làm mù chúng bằng bức xạ laser hồng ngoại. Tính đến kích thước của trạm gây nhiễu hoạt động L-370-3S, công suất của bộ phát laser tối đa là vài chục watt. Điều này hầu như không đủ để phá hủy đầu dẫn nhiệt của tên lửa, nhưng nó khá đủ để làm mù tạm thời.
Trong các cuộc thử nghiệm của tổ hợp A-60 với tia laser 100 kW, các mục tiêu L-17 đã bị bắn trúng, tương tự như một máy bay phản lực. Phạm vi phá hủy không rõ, có thể giả định rằng nó là khoảng 5-10 km.
Ví dụ về các thử nghiệm của các hệ thống laze nước ngoài:
Tên lửa mục tiêu đạn đạo đã bị phá hủy trong các cuộc thử nghiệm của tổ hợp laser bay trên không Boeing YAL-1 của Mỹ. Một tên lửa mục tiêu với một động cơ tên lửa đẩy chất lỏng, một tên lửa đẩy thứ hai, tầm bắn trong các cuộc thử nghiệm là khoảng 100 km.
Tại bãi thử ở Schrobenhausen, Rheinmetall đã thử nghiệm hệ thống laser 20 kW tiêu diệt một máy bay không người lái (UAV) ở khoảng cách 500 mét trong 3,39 giây.
Xe chiến đấu bọc thép Stryker của quân đội Mỹ được trang bị laser năng lượng cao di động (Mobile High-Energy Laser, MEHEL) có công suất 5 kW, đã bắn trúng một UAV cỡ nhỏ tại bãi tập Grafenwehr ở Đức (Bavaria)
Trong quá trình hơn 100 lần thử nghiệm, hệ thống laser phòng thủ tên lửa Keren Barzel của Israel vào tháng 2014 năm 90, hệ thống đã bắn trúng 100% mục tiêu (mìn, đạn pháo, UAV) cho thấy khả năng hoạt động (Proof Of Concept), hơn XNUMX cuộc thử nghiệm đã được thực hiện. . Công suất của tia laser được sử dụng là vài chục kilowatt.
Công ty Boeing cùng với Quân đội Hoa Kỳ đã thử nghiệm loại laser chiến đấu tiên tiến HEL MD. Bất chấp thời tiết xấu - gió mạnh, mưa và sương mù - hệ thống lắp đặt 10 kilowatt đã đánh trúng một số mục tiêu trên không tại Căn cứ Không quân Eglin ở Florida.
Thử nghiệm trước đó của tổ hợp được thực hiện vào năm 2013 tại bãi thử White Sands, New Mexico. Sau đó, tia laser bắn trúng hơn 90 quả đạn cối và một số UAV. Tổng cộng, qua hai lần thử nghiệm, HEL MD đã bắn trúng 150 mục tiêu trên không, bao gồm đạn cối 60mm và UAV. Công ty có kế hoạch tăng công suất của khu phức hợp lên 50-60 kW và cải thiện hệ thống cung cấp điện của việc lắp đặt laser.
[
Dựa trên những điều trên, chúng ta có thể giả định:
- Để tiêu diệt các UAV cỡ nhỏ ở khoảng cách 1-5 km, cần có tia laser có công suất 2-5 kW;
- để phá hủy các loại mìn, đạn không dẫn đường và các loại đạn dược dẫn đường chính xác ở khoảng cách 5-10 km, cần phải sử dụng tia laze có công suất từ 20-100 kW;
- Để bắn trúng mục tiêu như máy bay hoặc tên lửa ở khoảng cách 100-500 km, cần phải sử dụng tia laser có công suất 1-10 MW.
Tia laser có công suất được chỉ định hoặc đã tồn tại hoặc sẽ được tạo ra trong tương lai gần. Những loại vũ khí laser nào trong tương lai gần có thể được sử dụng bởi không quân, lực lượng mặt đất và hạm đội, chúng tôi sẽ xem xét trong phần tiếp theo của bài viết này.
Việc tạo ra một tia laser thực sự vào những năm 50 - 60 của thế kỷ XX một lần nữa làm dấy lên chủ đề về vũ khí laser. Trong nhiều thập kỷ, nó đã trở thành một thuộc tính không thể thiếu của các bộ phim khoa học viễn tưởng. Những thành công thực sự khiêm tốn hơn nhiều. Đúng vậy, laser đã chiếm một vị trí quan trọng trong các hệ thống trinh sát và chỉ định mục tiêu và được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nhưng sức mạnh của chúng vẫn không đủ để sử dụng như một phương tiện hủy diệt, và các đặc điểm về trọng lượng và kích thước của chúng là không thể chấp nhận được. Các công nghệ laser đã phát triển như thế nào, chúng đã sẵn sàng cho việc sử dụng quân sự vào thời điểm hiện tại như thế nào?
Tia laser hoạt động đầu tiên được tạo ra vào năm 1960. Đó là một tia laser thể rắn xung dựa trên một viên hồng ngọc nhân tạo. Vào thời điểm tạo ra nó là công nghệ cao nhất. Ngày nay, một tia laser như vậy có thể được lắp ráp tại nhà, trong khi năng lượng xung của nó có thể đạt tới 100 J.
Sơ đồ của tia laser đầu tiên trên một viên hồng ngọc nhân tạo
Tia laser tự chế trên một viên hồng ngọc nhân tạo có năng lượng xung 5 J và một đồng xu bắn xuyên qua bảy xung của tia laser này, tia laser được chế tạo bởi @Laserbuilder, họ dự định tạo ra một tia laser tương tự với năng lượng xung lên tới 100 J
Đơn giản hơn để thực hiện là laser nitơ, việc thực hiện nó không yêu cầu các sản phẩm mua phức tạp, thậm chí nó có thể hoạt động trên nitơ chứa trong khí quyển. Với cánh tay thẳng, nó có thể được lắp ráp dễ dàng tại nhà.
Laser nitơ tự chế do Jarrod Kinsey thực hiện
Quy trình tự lắp ráp và trình diễn hoạt động bằng laser nitơ
Kể từ khi tia laser đầu tiên được tạo ra, người ta đã tìm ra rất nhiều cách để thu được bức xạ laser. Có các loại laser trạng thái rắn, laser khí, laser nhuộm, laser điện tử tự do, laser sợi quang, laser bán dẫn và các loại laser khác. Các tia laser cũng khác nhau về cách chúng kích thích. Ví dụ, trong các laser khí có nhiều thiết kế khác nhau, sự kích thích của môi trường hoạt động có thể được thực hiện bằng bức xạ quang học, phóng điện dòng điện, phản ứng hóa học, bơm hạt nhân, bơm nhiệt (laser động khí, GDL). Sự ra đời của laser bán dẫn đã tạo ra laser DPSS (laser trạng thái rắn được bơm đi-ốt).
Các thiết kế khác nhau của laser giúp cho nó có thể thu được bức xạ có bước sóng khác nhau ở đầu ra, từ bức xạ tia X mềm đến bức xạ hồng ngoại. Laser phát ra tia X cứng và laser gamma đang được phát triển. Điều này cho phép bạn chọn một tia laser dựa trên sự cố đang được giải quyết. Đối với các ứng dụng quân sự, điều này có nghĩa là, ví dụ, khả năng chọn một tia laser có bức xạ có bước sóng như vậy mà bầu khí quyển của hành tinh này hấp thụ tối thiểu.
Kể từ khi phát triển nguyên mẫu đầu tiên, sức mạnh không ngừng tăng lên, các đặc tính về trọng lượng và kích thước cũng như hiệu quả của tia laser đã được cải thiện. Điều này được thấy rất rõ trong ví dụ về điốt laze. Vào những năm 90 của thế kỷ trước, con trỏ laser có công suất từ 2-5 mW xuất hiện được bán rộng rãi, năm 2005-2010 người ta đã có thể mua một con trỏ laser với công suất quang 200-300 mW, bây giờ, vào năm 2019 , có con trỏ laze có công suất quang học 7 Tuệ. Ở Nga, có các mô-đun điốt laser hồng ngoại với đầu ra sợi quang, công suất quang 350 W đang được mở bán.
Con trỏ laser có công suất quang 7 W, bước sóng 445 nm
Tốc độ tăng công suất của điốt laser có thể so sánh với tốc độ tăng công suất tính toán của bộ vi xử lý, phù hợp với định luật Moore. Tất nhiên, điốt laze không thích hợp để tạo ra các tia laze chiến đấu, nhưng đến lượt nó, chúng được sử dụng để bơm các tia laze sợi quang và trạng thái rắn hiệu quả. Đối với điốt laze, hiệu suất chuyển hóa năng lượng điện thành quang năng có thể trên 50%, về mặt lý thuyết có thể đạt hiệu suất trên 80%. Hiệu quả cao không chỉ giảm yêu cầu cung cấp điện mà còn đơn giản hóa việc làm mát thiết bị laser.
Một yếu tố quan trọng của laser là hệ thống hội tụ chùm tia - diện tích điểm trên mục tiêu càng nhỏ, công suất cụ thể cho phép sát thương càng cao. Tiến bộ trong việc tạo ra các hệ thống quang học phức tạp và sự xuất hiện của các vật liệu quang học nhiệt độ cao mới giúp chúng ta có thể tạo ra các hệ thống lấy nét hiệu quả cao. Hệ thống lấy nét và ngắm bắn của laser chiến đấu thử nghiệm của Mỹ HEL bao gồm 127 gương, thấu kính và bộ lọc ánh sáng.
Một thành phần quan trọng khác giúp chúng ta có thể tạo ra vũ khí laser là sự phát triển của các hệ thống chỉ và giữ chùm tia trên mục tiêu. Để bắn trúng mục tiêu bằng một phát bắn “tức thì”, trong một tích tắc của giây, công suất gigawatt là cần thiết, nhưng việc tạo ra các tia laser và nguồn năng lượng như vậy cho chúng trên khung gầm di động là vấn đề của tương lai xa. Theo đó, để tiêu diệt mục tiêu bằng tia laser có công suất hàng trăm kilowatt - hàng chục megawatt, cần giữ điểm phát tia laser trên mục tiêu trong một thời gian (từ vài giây đến vài chục giây). Điều này đòi hỏi các bộ truyền động có độ chính xác cao và tốc độ cao có khả năng theo dõi mục tiêu bằng chùm tia laze, theo hệ thống dẫn đường.
Khi bắn ở tầm xa, hệ thống dẫn đường phải bù đắp những biến dạng do khí quyển tạo ra, vì vậy một số tia laser cho các mục đích khác nhau có thể được sử dụng trong hệ thống dẫn đường, đảm bảo dẫn đường chính xác của tia laser "chiến đấu" chính tới mục tiêu.
Những loại laser nào đã được ưu tiên phát triển trong lĩnh vực vũ khí? Do thiếu nguồn bơm quang học mạnh mẽ, trước hết, laser động khí và laser hóa học đã trở thành như vậy.
Cuối thế kỷ 20, dư luận xôn xao trước chương trình Sáng kiến Phòng thủ Chiến lược (SDI) của Mỹ. Là một phần của chương trình này, nó được cho là sẽ triển khai vũ khí laser trên trái đất và trong không gian để tiêu diệt các tên lửa đạn đạo xuyên lục địa (ICBM) của Liên Xô. Để đặt trên quỹ đạo, nó được cho là sử dụng các tia laser được bơm hạt nhân phát ra trong phạm vi tia X hoặc tia laser hóa học có công suất lên tới XNUMX megawatt.
Chương trình SDI gặp rất nhiều khó khăn về kỹ thuật và đã bị đóng cửa. Đồng thời, một số nghiên cứu được thực hiện trong khuôn khổ chương trình đã giúp có thể thu được các tia laser đủ mạnh. Năm 1985, một tia laser deuterium florua với công suất đầu ra 2,2 megawatt đã phá hủy một tên lửa đạn đạo phóng chất lỏng được đặt cách tia laser 1 km. Kết quả của quá trình chiếu xạ kéo dài 12 giây, các bức tường của thân tên lửa bị mất sức mạnh và bị phá hủy bởi áp suất bên trong.
Ở Liên Xô, laser chiến đấu cũng đang được phát triển. Vào những năm tám mươi của thế kỷ 100, công việc đang được tiến hành để tạo ra nền tảng quỹ đạo Skif bằng tia laser động khí có công suất 1987 kW. Mô hình kích thước khối lượng lớn "Skif-DM" (Tàu vũ trụ "Cực") được phóng lên quỹ đạo Trái đất vào năm XNUMX, nhưng do một số sai sót, nó đã không đi vào quỹ đạo được tính toán và bị ngập trên Thái Bình Dương dọc theo một quỹ đạo đạn đạo. Sự sụp đổ của Liên Xô đã chấm dứt điều này và các dự án tương tự.
Tàu vũ trụ "Pole" ("Skif-DM") trên phương tiện phóng siêu nặng "Energia"
Các nghiên cứu quy mô lớn về vũ khí laser đã được thực hiện ở Liên Xô trong khuôn khổ chương trình Terra. Chương trình của hệ thống phòng thủ chống tên lửa và phòng không khu vực với phần tử tấn công chùm dựa trên vũ khí laser công suất cao Terra được thực hiện từ năm 1965 đến năm 1992. Theo dữ liệu mở, laser động khí, laser trạng thái rắn, sự phân ly quang iốt nổ và các loại laser khác.
Tia laser AZH-4T và AZH-5T từ phức hợp "Terra-3"
Cũng tại Liên Xô, từ giữa những năm 70 của thế kỷ XX, tổ hợp laser phòng không A-60 dựa trên máy bay Il-76MD đã được phát triển. Ban đầu, tổ hợp này nhằm mục đích chống lại khí cầu trôi tự động. Là một vũ khí, một tia laser CO động khí liên tục loại megawatt do Phòng thiết kế Khimavtomatika (KBKhA) phát triển sẽ được lắp đặt.
Là một phần của thử nghiệm, một nhóm các mẫu bàn GDT có công suất bức xạ từ 10 đến 600 kW đã được tạo ra. Có thể giả định rằng tại thời điểm thử nghiệm tổ hợp A-60, một tia laser 100 kW đã được lắp đặt trên nó.
Hàng chục chuyến bay đã được thực hiện với thử nghiệm lắp đặt laser trên khí cầu tầng bình lưu ở độ cao 30-40 km và trên mục tiêu La-17. Một số nguồn tin chỉ ra rằng tổ hợp với máy bay A-60 được tạo ra như một thành phần phòng thủ tên lửa laser hàng không theo chương trình Terra-3.
Phức hợp laser trên không A-60
Vào tháng 2010 năm 76, các phương tiện truyền thông đã đưa tin về việc nối lại công việc chế tạo vũ khí laser đường không trên nền tảng Il-90MD-90A với động cơ PS-76A-76. Quan tâm đến VKO "Almaz-Antey", TANTK được đặt theo tên của G.M. Beriev và doanh nghiệp Khimpromavtomatika ở Voronezh được giao nhiệm vụ tạo ra một tổ hợp hàng không với "tia laser có khả năng đốt cháy qua vỏ máy bay, vệ tinh và tên lửa đạn đạo." Máy bay Il-90MD-2014A, được hoán cải cho mục đích này, đã thực hiện chuyến bay đầu tiên vào tháng 24 năm 2014 và đến Taganrog vào ngày 4 tháng 2016 năm 60 để lắp đặt tổ hợp laser. Quá trình hoàn thiện máy và thử nghiệm trên mặt đất tiếp tục trong hai năm, và vào ngày XNUMX tháng XNUMX năm XNUMX, các phương tiện truyền thông đã đưa tin về việc bắt đầu các chuyến bay thử nghiệm của chiếc máy bay kế nhiệm A-XNUMX. Theo lời của Thứ trưởng Bộ Quốc phòng Liên bang Nga Yuri Borisov, "các cuộc thử nghiệm bay vẫn tiếp tục, kết quả xác nhận tính đúng đắn của các quyết định được đưa ra."
Những loại tia laser nào hứa hẹn nhất được sử dụng trong quân sự vào thời điểm hiện tại? Với tất cả các ưu điểm của laser khí và laser hóa học, chúng có những hạn chế đáng kể: nhu cầu về các thành phần tiêu hao, quán tính khởi động (theo một số nguồn, lên đến một phút), giải phóng nhiệt đáng kể, kích thước lớn và đầu ra của các thành phần chi tiêu của phương tiện hoạt động. Những tia laser như vậy chỉ có thể được đặt trên các sóng mang lớn.
Hiện tại, laser thể rắn và laser sợi quang có triển vọng lớn nhất, đối với hoạt động mà chỉ cần cung cấp cho chúng nguồn điện đủ công suất. Hải quân Hoa Kỳ đang tích cực phát triển công nghệ laser điện tử tự do. Một lợi thế quan trọng của laser sợi quang là khả năng mở rộng của chúng; khả năng kết hợp một số mô-đun để có được nhiều năng lượng hơn. Khả năng mở rộng ngược cũng rất quan trọng, nếu một laser thể rắn có công suất 300 kW được tạo ra, thì chắc chắn, một laser nhỏ hơn với công suất, ví dụ, 30 kW có thể được tạo ra trên cơ sở của nó.
Tình hình với laser sợi quang và trạng thái rắn ở Nga như thế nào? Khoa học của Liên Xô về sự phát triển và tạo ra tia laser là tiên tiến nhất trên thế giới. Thật không may, sự sụp đổ của Liên Xô đã thay đổi tất cả. Một trong những công ty lớn nhất thế giới về phát triển và sản xuất laser sợi quang, IPG Photonics, được thành lập bởi một người gốc Nga, V.P. Gapontsev, trên cơ sở công ty Nga NTO IRE-Polyus. Công ty mẹ IPG Photonics hiện đã đăng ký tại Hoa Kỳ. Mặc dù thực tế là một trong những địa điểm sản xuất lớn nhất của IPG Photonics nằm ở Nga (Fryazino, khu vực Moscow), công ty hoạt động trong khuôn khổ luật pháp Hoa Kỳ và tia laser của nó không được sử dụng trong các lực lượng vũ trang của Liên bang Nga, bao gồm công ty phải tuân thủ các biện pháp trừng phạt đối với Nga.
Tuy nhiên, khả năng của laser sợi quang được sản xuất bởi IPG Photonics là rất cao. Laser sợi quang liên tục công suất cao của IPG có dải công suất từ 1 kW đến 500 kW, cũng như dải bước sóng rộng, hiệu suất chuyển hóa năng lượng điện thành quang năng đạt 50%. Các thông số phân kỳ của laser sợi quang IPG vượt trội hơn nhiều so với các loại laser công suất cao khác.
Laser sợi quang YLS 100 kW do IPG Photonics sản xuất, mức công suất lên đến 500 kW có sẵn theo yêu cầu
Có các nhà phát triển và nhà sản xuất laser thể rắn và sợi quang năng lượng cao hiện đại nào khác ở Nga không? Đánh giá bằng các mẫu thương mại, không.
Một nhà sản xuất trong nước trong lĩnh vực công nghiệp cung cấp laser khí với công suất tối đa hàng chục kW. Ví dụ, vào năm 2001, công ty Hệ thống Laser đã giới thiệu loại laser oxy-iốt 10 kW với hiệu suất hóa học vượt quá 32%, đây là nguồn bức xạ laser công suất cao tự trị nhỏ gọn hứa hẹn nhất thuộc loại này. Về mặt lý thuyết, tia laser oxy-iốt có thể đạt công suất lên đến một megawatt.
Đồng thời, không thể loại trừ hoàn toàn rằng các nhà khoa học Nga đã tìm cách tạo ra một bước đột phá theo một số hướng khác trong việc tạo ra laser công suất cao, dựa trên sự hiểu biết sâu sắc về vật lý của các quá trình laser.
Năm 2018, Tổng thống Nga Vladimir Putin đã công bố tổ hợp laser Peresvet, được thiết kế để giải quyết các nhiệm vụ phòng thủ tên lửa và tiêu diệt các phương tiện bay trên quỹ đạo của đối phương. Dữ liệu về phức hợp Peresvet được phân loại, bao gồm loại (các) laser được sử dụng và công suất quang học.
Có thể giả định rằng ứng cử viên khả dĩ nhất để lắp đặt trong khu phức hợp này là laser động khí, một hậu duệ của laser đang được phát triển cho chương trình A-60. Trong trường hợp này, công suất quang học của phức hợp laser "Peresvet" có thể là 200-400 kilowatt, trong một kịch bản lạc quan có thể lên tới 1 megawatt. Có thể coi laser oxy-iốt đã được đề cập trước đây là một ứng cử viên khác.
Dựa trên điều này, sau đó, từ phía bên của cabin của máy chính của tổ hợp Peresvet, có lẽ tuần tự có các vị trí - máy phát điện chạy dầu hoặc xăng, máy nén, ngăn chứa các thành phần hóa học, tia laser với hệ thống làm mát. , và một hệ thống dẫn đường bằng tia laze. Không có radar phát hiện mục tiêu hoặc OLS ở bất kỳ đâu, điều này cho thấy chỉ định mục tiêu bên ngoài.
Phức hợp laser "Peresvet"
Trong mọi trường hợp, những giả định này có thể là sai, cả do khả năng tạo ra các tia laser mới về cơ bản của các nhà phát triển trong nước và do thiếu thông tin đáng tin cậy về sức mạnh quang học của phức hợp Peresvet. Đặc biệt, thông tin tràn lan trên báo chí về sự hiện diện của một lò phản ứng hạt nhân cỡ nhỏ như một phần của khu phức hợp Peresvet như một nguồn năng lượng. Nếu điều này là đúng, thì cấu hình của phức chất và các đặc điểm có thể có có thể hoàn toàn khác nhau.
Năng lượng nào là cần thiết để tia laser được sử dụng hiệu quả cho mục đích quân sự như một phương tiện hủy diệt? Điều này phần lớn phụ thuộc vào phạm vi sử dụng dự kiến và bản chất của các mục tiêu bị tấn công, cũng như phương pháp đánh chúng.
Là một phần của tổ hợp tự vệ trên tàu "Vitebsk" có một trạm gây nhiễu hoạt động L-370-3S. Nó chống lại tên lửa đối phương đang lao tới bằng đầu điều khiển nhiệt bằng cách làm mù chúng bằng bức xạ laser hồng ngoại. Tính đến kích thước của trạm gây nhiễu hoạt động L-370-3S, công suất của bộ phát laser tối đa là vài chục watt. Điều này hầu như không đủ để phá hủy đầu dẫn nhiệt của tên lửa, nhưng nó khá đủ để làm mù tạm thời.
Trạm gây nhiễu hoạt động L-370-3S
Trong các cuộc thử nghiệm của tổ hợp A-60 với tia laser 100 kW, các mục tiêu L-17 đã bị bắn trúng, tương tự như một máy bay phản lực. Phạm vi phá hủy không rõ, có thể giả định rằng nó là khoảng 5-10 km.
Ví dụ về các thử nghiệm của các hệ thống laze nước ngoài:
Tên lửa mục tiêu đạn đạo đã bị phá hủy trong các cuộc thử nghiệm của tổ hợp laser bay trên không Boeing YAL-1 của Mỹ. Một tên lửa mục tiêu với một động cơ tên lửa đẩy chất lỏng, một tên lửa đẩy thứ hai, tầm bắn trong các cuộc thử nghiệm là khoảng 100 km.
Tại bãi thử ở Schrobenhausen, Rheinmetall đã thử nghiệm hệ thống laser 20 kW tiêu diệt một máy bay không người lái (UAV) ở khoảng cách 500 mét trong 3,39 giây.
Xe chiến đấu bọc thép Stryker của quân đội Mỹ được trang bị laser năng lượng cao di động (Mobile High-Energy Laser, MEHEL) có công suất 5 kW, đã bắn trúng một UAV cỡ nhỏ tại bãi tập Grafenwehr ở Đức (Bavaria)
Trong quá trình hơn 100 lần thử nghiệm, hệ thống laser phòng thủ tên lửa Keren Barzel của Israel vào tháng 2014 năm 90, hệ thống đã bắn trúng 100% mục tiêu (mìn, đạn pháo, UAV) cho thấy khả năng hoạt động (Proof Of Concept), hơn XNUMX cuộc thử nghiệm đã được thực hiện. . Công suất của tia laser được sử dụng là vài chục kilowatt.
Công ty Boeing cùng với Quân đội Hoa Kỳ đã thử nghiệm loại laser chiến đấu tiên tiến HEL MD. Bất chấp thời tiết xấu - gió mạnh, mưa và sương mù - hệ thống lắp đặt 10 kilowatt đã đánh trúng một số mục tiêu trên không tại Căn cứ Không quân Eglin ở Florida.
Thử nghiệm trước đó của tổ hợp được thực hiện vào năm 2013 tại bãi thử White Sands, New Mexico. Sau đó, tia laser bắn trúng hơn 90 quả đạn cối và một số UAV. Tổng cộng, qua hai lần thử nghiệm, HEL MD đã bắn trúng 150 mục tiêu trên không, bao gồm đạn cối 60mm và UAV. Công ty có kế hoạch tăng công suất của khu phức hợp lên 50-60 kW và cải thiện hệ thống cung cấp điện của việc lắp đặt laser.
Chiến đấu laser HEL MD
[
Thử nghiệm laser chiến đấu HEL MD
Dựa trên những điều trên, chúng ta có thể giả định:
- Để tiêu diệt các UAV cỡ nhỏ ở khoảng cách 1-5 km, cần có tia laser có công suất 2-5 kW;
- để phá hủy các loại mìn, đạn không dẫn đường và các loại đạn dược dẫn đường chính xác ở khoảng cách 5-10 km, cần phải sử dụng tia laze có công suất từ 20-100 kW;
- Để bắn trúng mục tiêu như máy bay hoặc tên lửa ở khoảng cách 100-500 km, cần phải sử dụng tia laser có công suất 1-10 MW.
Tia laser có công suất được chỉ định hoặc đã tồn tại hoặc sẽ được tạo ra trong tương lai gần. Những loại vũ khí laser nào trong tương lai gần có thể được sử dụng bởi không quân, lực lượng mặt đất và hạm đội, chúng tôi sẽ xem xét trong phần tiếp theo của bài viết này.
tin tức