Secretele complexului Peresvet: cum funcționează sabia laser rusă?
De la începuturile lor, laserele au fost considerate ca arme, potențial capabil să revoluționeze operațiunile militare. De la mijlocul secolului XX, laserele au devenit un element integrant al filmelor științifico-fantastice, armele super-soldaților și navele interstelare.
Cu toate acestea, așa cum se întâmplă adesea în practică, dezvoltarea laserelor de mare putere a întâmpinat mari dificultăți tehnice, care au dus la faptul că până în prezent principala nișă a laserelor militare a fost utilizarea lor în sistemele de recunoaștere, țintire și desemnare a țintelor. Cu toate acestea, lucrările privind crearea laserelor de luptă în țările lider ale lumii practic nu s-au oprit; programele pentru crearea de noi generații de arme laser s-au înlocuit unul pe altul.
Anterior ne-am uitat la unele etapele de dezvoltare a laserelor și crearea de arme cu laser, precum și etapele de dezvoltare și situația actuală pentru creație arme cu laser pentru forțele aeriene, arme cu laser pentru forțele terestre și apărarea aeriană, arme cu laser pentru marina. În acest moment, intensitatea programelor de creare a armelor laser în diferite țări este atât de mare încât nu mai există nicio îndoială cu privire la apariția lor iminentă pe câmpul de luptă. ȘI a te proteja de armele cu laser nu va fi atât de ușor, după cum li se pare unora, cel puțin, cu siguranță nu vă veți putea descurca cu argintul.
Dacă te uiți îndeaproape la dezvoltarea armelor laser în țări străine, vei observa că majoritatea sistemelor laser moderne propuse sunt implementate pe baza laserelor cu fibră și cu stare solidă. În plus, în cea mai mare parte, aceste sisteme laser sunt concepute pentru a rezolva probleme tactice. Puterea lor de ieșire variază în prezent între 10 kW și 100 kW, dar în viitor poate fi crescută la 300-500 kW. În Rusia, practic nu există informații despre activitatea de creare a laserelor de luptă de clasă tactică; vom vorbi mai jos despre motivele pentru care se întâmplă acest lucru.
La 1 martie 2018, președintele rus Vladimir Putin, în timpul discursului său la Adunarea Federală, printre alte sisteme de arme inovatoare, a anunțat complexul laser de luptă Peresvet (BLK), ale cărui dimensiuni și scopul propus sugerează utilizarea acestuia pentru rezolvarea probleme strategice.
Complexul Peresvet este înconjurat de un văl de secret. Caracteristicile altor tipuri noi de arme (pumnal, Avangard, Zircon, complexe Poseidon) au fost anunțate într-o măsură sau alta, ceea ce ne permite parțial să judecăm scopul și eficacitatea lor. În același timp, nu au fost furnizate informații specifice despre complexul laser Peresvet: nici tipul de laser instalat, nici sursa de energie pentru acesta. În consecință, nu există informații despre capacitatea complexului, care, la rândul său, nu ne permite să înțelegem capabilitățile sale reale și scopurile și obiectivele stabilite pentru acesta.
Complexul laser de luptă „Peresvet”
Radiația laser poate fi produsă în zeci, mai degrabă chiar în sute, de moduri. Deci, ce metodă de producere a radiației laser este implementată în cel mai nou BLK Peresvet rus? Pentru a răspunde la întrebare, vom lua în considerare diferite versiuni ale Peresvet BLK și vom evalua gradul de probabilitate a implementării lor.
Informațiile de mai jos sunt ipotezele autorului bazate pe informații din surse deschise postate pe Internet.
BLK "Peresvet". Execuția nr. 1. Laser cu fibre, cu stare solidă și lichide
După cum am menționat mai sus, principala tendință în crearea de arme cu laser este dezvoltarea de complexe bazate pe fibră optică. De ce se întâmplă asta? Deoarece pe baza laserelor cu fibră este ușor să scalați puterea sistemelor laser. Folosind un pachet de module de 5-10 kW, obțineți radiație de ieșire cu o putere de 50-100 kW.
Poate fi implementat Peresvet BLK pe baza acestor tehnologii? Cu mare probabilitate se poate spune că nu. Motivul principal aici este că, în anii perestroikei, principalul dezvoltator de lasere cu fibră, Asociația științifică și tehnică IRE-Polyus, a „scăpat” din Rusia, pe baza căreia corporația transnațională IPG Photonics Corporation, înregistrată în SUA iar acum lider mondial în industrie, sa format lasere cu fibră de mare putere. Afacerile internaționale și locul principal de înregistrare al IPG Photonics Corporation implică subordonarea strictă a legii SUA, care, ținând cont de situația politică actuală, nu implică transferul de tehnologii critice către Rusia, care, desigur, includ tehnologii pentru crearea lasere de mare putere.
IPG Photonics produce lasere cu fibră YLS cu puteri de până la 100 kW, care pot fi integrate în ansambluri cu o putere totală de până la 500 kW. Eficiența laserelor IPG Photonics atinge 50%
Pot fi dezvoltate laserele cu fibră în Rusia de către alte organizații? Este posibil, dar puțin probabil, sau deocamdată acestea sunt produse cu putere redusă. Laserele cu fibră sunt un produs comercial profitabil, așa că absența laserelor cu fibră autohtone de mare putere pe piață indică cel mai probabil absența lor virtuală.
Situația este similară cu laserele cu stare solidă. Probabil că este mai dificil să implementezi soluții ambalate printre ele, cu toate acestea, este posibil, iar în țările străine aceasta este a doua cea mai răspândită soluție după laserele cu fibră. Nu a fost posibil să găsiți informații despre laserele industriale cu stare solidă de mare putere fabricate în Rusia. Lucrările la lasere cu stare solidă se desfășoară în Institutul de Cercetare în Fizica Laserului RFNC-VNIIEF (ILFI), deci teoretic ar putea fi instalat un laser cu stare solidă în Peresvet BLK, dar în practică acest lucru este puțin probabil, deoarece eșantioane mai compacte de arme laser sau instalații experimentale ar apărea cel mai probabil primele.
Există și mai puține informații despre laserele lichide, deși există informații că un laser lichid de luptă este dezvoltat (dezvoltat, dar respins?) în Statele Unite ca parte a programului HELLADS (High Energy Liquid Laser Area Defense System). Probabil că laserele lichide au avantajul capacităților de răcire, dar eficiența (eficiența) mai mică în comparație cu laserele cu stare solidă.
În 2017, au apărut informații despre Institutul de Cercetare Polyus care a lansat o licitație pentru o parte integrantă a activității de cercetare (R&D), al cărei scop este crearea unui complex mobil cu laser pentru a combate vehiculele aeriene fără pilot (UAV) mici în condiții de zi și de amurg. . Complexul ar trebui să fie format dintr-un sistem pentru urmărirea și construirea traiectoriilor de zbor țintă, oferind desemnarea țintei pentru un sistem de ghidare cu radiații laser, a cărui sursă va fi un laser lichid. Interesantă este cerința specificată în specificațiile tehnice pentru crearea unui laser lichid și, în același timp, cerința pentru prezența unui laser de putere cu fibră în complex. Fie aceasta este o greșeală de tipar, fie a fost dezvoltat (este în curs de dezvoltare) un nou tip de laser cu fibră cu un mediu activ lichid în fibră, combinând avantajele unui laser lichid în ceea ce privește ușurința de răcire și un laser cu fibră în integrarea emițătorului pachete.
Principalele avantaje ale laserelor cu fibre, cu stare solidă și lichide sunt compactitatea lor, capacitatea de a crește puterea în loturi și ușurința de integrare în diferite clase de arme. Toate acestea nu sunt similare cu laserul BLK Peresvet, care a fost dezvoltat în mod clar nu ca un modul universal, ci ca o soluție realizată „cu un singur scop, conform unui singur plan”. Prin urmare, probabilitatea implementării Peresvet BLK în versiunea nr. 1 bazată pe lasere cu fibre, cu stare solidă și lichide poate fi evaluată ca fiind scăzută.
BLK "Peresvet". Execuția nr. 2. Laserele gazodinamice și chimice
Laserele gazodinamice și chimice pot fi considerate o soluție depășită. Principalul lor dezavantaj este necesitatea unui număr mare de componente consumabile necesare pentru a menține reacția care produce radiația laser. Cu toate acestea, laserele chimice au primit cea mai mare dezvoltare în evoluțiile anilor 70 și 80 ai secolului XX.
Aparent, laserele gaz-dinamice, a căror funcționare se bazează pe răcirea adiabatică a maselor de gaz încălzite care se mișcă la viteze supersonice, au fost primele care au obținut puteri de radiație continuă de peste 1 megawatt în URSS și SUA.
În URSS, încă de la mijlocul anilor '70 ai secolului XX, a fost dezvoltat un complex de laser lansat aerian A-60 pe baza aeronavei Il-76MD, probabil înarmat cu un laser RD0600 sau echivalentul acestuia. Inițial, complexul a fost destinat combaterii baloanelor automate în derivă. Arma urma să fie echipată cu un laser CO continuu cu gaz dinamic de clasă megawați dezvoltat de Biroul de proiectare Khimavtomatiki (KBHA). Ca parte a testelor, a fost creată o familie de probe de banc GDL cu putere de radiație de la 10 la 600 kW. Dezavantajele GDL sunt lungimea de undă lungă a radiației, 10,6 μm, care asigură o divergență mare de difracție a fasciculului laser.
Complexul A-60 și GDL RD0600 dezvoltat de KBHA
Puteri de radiație și mai mari au fost obținute cu lasere chimice pe bază de fluorură de deuteriu și lasere cu oxigen-iod (iod) (OIL). În special, în cadrul programului Inițiativa de apărare strategică (SDI) în SUA, a fost creat un laser chimic folosind fluorură de deuteriu cu o putere de câțiva megawați, ca parte a programului Apărarea națională antirachetă a SUA (NMD) dezvoltat aviație Complex Boeing ABL (AirBorne Laser) cu un laser oxigen-iod cu o putere de aproximativ 1 megawatt.
La VNIIEF, cel mai puternic laser chimic pulsat din lume a fost creat și testat pentru reacția fluorului cu hidrogenul (deuteriu), a fost dezvoltat un laser cu impulsuri periodice cu o energie de radiație per impuls de câțiva kJ, o rată de repetare a pulsului de 1-4 Hz, și o divergență de radiație apropiată de limita de difracție și o eficiență de aproximativ 70% (cel mai mare obținut pentru lasere).
Între 1985 și 2005. laserele au fost dezvoltate pe baza reacției non-lanț a fluorului cu hidrogenul (deuteriu), unde hexafluorura de sulf SF6, disociând într-o descărcare electrică (laser de fotodisociere?) a fost folosită ca substanță care conținea fluor. Pentru a asigura o funcționare pe termen lung și sigură a laserului într-un mod puls-periodic, au fost create instalații cu un ciclu închis de schimbare a amestecului de lucru. S-a demonstrat posibilitatea de a obține o divergență de radiație apropiată de limita de difracție, o rată de repetare a pulsului de până la 1200 Hz și o putere medie de radiație de câteva sute de W într-un laser cu descărcare electrică folosind o reacție chimică non-lanț.
Boeing ABL
Schema funcțională a unei BOBINĂ chimică și a unei BOBINĂ chimică continuă cu o putere de 15 kW produse de compania Laser Systems
Laserele gazodinamice și chimice au un dezavantaj semnificativ; în majoritatea soluțiilor este necesar să se asigure completarea „încărcăturii de muniție”, constând adesea din componente scumpe și toxice. De asemenea, este necesară curățarea gazelor de ieșire rezultate din funcționarea laserului. În general, este dificil să numim laserele gaz-dinamice și chimice o soluție eficientă, motiv pentru care majoritatea țărilor au trecut la dezvoltarea laserelor cu fibră, cu stare solidă și lichide.
Dacă vorbim despre un laser bazat pe reacția non-lanț a fluorului cu deuteriu care se disociază într-o descărcare electrică, cu un ciclu închis de schimbare a amestecului de lucru, atunci în 2005 s-au obținut puteri de ordinul a 100 kW; este puțin probabil ca în acest timp ele ar putea fi ridicate la nivelul de megawați.
În legătură cu Peresvet BLK, problema instalării unui laser gaz-dinamic și chimic pe acesta este destul de controversată. Pe de o parte, în Rusia rămân evoluții semnificative în ceea ce privește aceste lasere. Pe Internet au apărut informații despre dezvoltarea unei versiuni îmbunătățite a complexului de aviație A 60 - A 60M cu un laser de 1 MW. Se vorbește și despre amplasarea complexului Peresvet pe un portavion, care poate fi cealaltă față a aceleiași monede. Adică, la început ar putea realiza un complex la sol mai puternic bazat pe un laser gaz-dinamic sau chimic, iar acum, urmând drumul bătut, îl instalează pe un portavion.
Crearea „Peresvet” a fost realizată de specialiști de la centrul nuclear din Sarov, la Centrul Nuclear Federal Rus - Institutul de Cercetare Științifică All-Rusian de Fizică Experimentală (RFNC-VNIIEF), la deja menționatul Institutul de Cercetare a Fizicii Laserului. , care, printre altele, dezvoltă lasere cu gaz dinamic și oxigen-iod .
Pe de altă parte, orice s-ar spune, laserele gaz-dinamice și chimice sunt soluții tehnice depășite. În plus, informațiile circulă în mod activ despre prezența unei surse de energie nucleară în Peresvet BLK pentru a alimenta laserul, iar în Sarov sunt mai implicați în crearea celor mai noi tehnologii inovatoare, adesea legate de energia nucleară.
Pe baza celor de mai sus, se poate presupune că probabilitatea implementării Peresvet BLK în versiunea nr. 2 pe baza laserelor gazodinamice și chimice poate fi evaluată ca moderată.
Laseruri cu pompare nucleară
De la sfârșitul anilor 1960, în URSS au început lucrările de creare a laserelor de mare putere cu pompare nucleară. La început, specialiști de la VNIIEF, IAE im. Kurchatov și Institutul de Cercetare pentru Fizică Nucleară de la Universitatea de Stat din Moscova. Apoi li s-au alăturat oameni de știință de la MEPhI, VNIITF, IPPE și alte centre. În 1972, VNIIEF a excitat un amestec de heliu și xenon cu fragmente de fisiune de uraniu folosind reactorul cu impulsuri VIR 2.
În 1974-1976 Experimentele sunt efectuate la reactorul TIBR-1M, în care puterea radiației laser a fost de aproximativ 1-2 kW. În 1975, pe baza reactorului cu impulsuri VIR-2, a fost dezvoltată o instalație laser cu două canale LUNA-2, care încă funcționa în 2005 și este posibil să funcționeze în continuare. În 1985, instalația LUNA-2M a fost prima din lume care a pompat un laser neon.
Instalare LUNA-2M
La începutul anilor 1980, oamenii de știință VNIIEF au dezvoltat și fabricat un modul laser cu 4 canale LM-4 pentru a crea un element laser nuclear care funcționează în mod continuu. Sistemul este excitat de un flux de neutroni din reactorul BIGR. Durata generării este determinată de durata impulsului de iradiere a reactorului. Pentru prima dată în lume, generarea continuă în lasere cu pompare nucleară a fost demonstrată în practică și a fost demonstrată eficacitatea metodei de pompare transversală a gazelor. Puterea radiației laser a fost de aproximativ 100 W.
Instalare LM-4
În anul 2001, instalația LM-4 a fost modernizată, primind denumirea LM-4M/BIGR. Funcționarea unui dispozitiv laser nuclear cu mai multe elemente în modul continuu a fost demonstrată după 7 ani de conservare a instalației fără înlocuirea elementelor optice și de combustibil. Instalația LM-4 poate fi considerată ca un prototip al unui reactor laser (RL), având toate calitățile sale, cu excepția posibilității unei reacții nucleare în lanț auto-susținută.
În 2007, în locul modulului LM-4, a fost pus în funcțiune modulul laser cu opt canale LM-8, care prevedea adăugarea secvențială a patru și două canale laser.
Instalare LM-8
Un reactor laser este un dispozitiv autonom care combină funcțiile unui sistem laser și ale unui reactor nuclear. Zona activă a unui reactor laser este un set de un anumit număr de celule laser plasate într-un anumit mod într-o matrice de moderator de neutroni. Numărul de celule laser poate varia de la sute la câteva mii de bucăți. Cantitatea totală de uraniu variază de la 5-7 kg la 40-70 kg, dimensiuni liniare 2-5 m.
VNIIEF a efectuat evaluări preliminare ale principalelor parametrii energetici, fizicii nucleari, tehnici și operaționali ai diferitelor variante de reactoare laser cu o putere de radiație laser de 100 kW și mai mare, funcționând de la fracțiuni de secundă la modul continuu. Am luat în considerare reactoarele laser cu acumulare de căldură în miezul reactorului în timpul lansărilor, a căror durată este limitată de încălzirea permisă a miezului (laser de capacitate termică) și radar continuu cu transfer de energie termică în afara miezului.
RL capacitiv termic și RL continuu
Probabil, un reactor laser cu o putere de radiație laser de ordinul a 1 MW ar trebui să conțină aproximativ 3000 de celule laser.
În Rusia, s-au desfășurat lucrări intense asupra laserelor cu pompare nucleară nu numai la VNIIEF, ci și la Întreprinderea Unitară Federală de Stat „Centrul Științific de Stat al Federației Ruse - Institutul de Fizică și Inginerie Energetică numită după A.I. Leypunsky”, după cum este demonstrat de brevetul RU 2502140 pentru crearea unei „instalații reactor-laser cu pompare directă prin fragmente de fisiune”.
Specialiștii de la Centrul Științific de Stat al Federației Ruse IPPE au dezvoltat un model de putere al unui sistem reactor-laser cu impulsuri - un amplificator cuantic optic cu pompare nucleară (OKUYAN).
Modul laser bazat pe reactorul BARS-5 și o casetă cu 37 de canale în modulul laser
OKUYAN bazat pe reactorul BARS-6
Amintind declarația ministrului adjunct al apărării al Rusiei, Iuri Borisov, în interviul de anul trecut cu ziarul Krasnaya Zvezda („Sistemele laser au intrat în funcțiune, care fac posibilă dezarmarea unui potențial inamic și lovirea tuturor acelor obiecte care servesc drept țintă pentru raza laser a acestui sistem. Oamenii noștri de știință nucleari au învățat să concentreze energia necesară distrugerii inamicului corespunzătoare. arme în aproape câteva clipe, în câteva secunde.” ), putem spune că Peresvet BLK este echipat nu cu un reactor nuclear de dimensiuni mici care alimentează laserul cu energie electrică, ci cu un reactor laser în care energia de fisiune este transformată direct în radiație laser.
Singurul lucru care ridică îndoieli este propunerea menționată mai sus de a plasa Peresvet BLK pe un avion. Indiferent cât de mult ai asigura fiabilitatea aeronavei de transport, există întotdeauna riscul unui accident și al unui accident de avion cu răspândirea ulterioară a materialelor radioactive. Cu toate acestea, este posibil să existe modalități de a preveni împrăștierea materialelor radioactive atunci când purtătorul cade. Și se pare că avem deja un reactor zburător în racheta de croazieră Burevestnik.
Pe baza celor de mai sus, se poate presupune că probabilitatea implementării Peresvet BLK în versiunea nr. 3 pe baza unui laser pompat nuclear poate fi evaluată ca mare.
Nu se știe dacă laserul instalat este pulsat sau continuu. În cel de-al doilea caz, se pune în discuție timpul de funcționare continuă a laserului și pauzele care trebuie luate între moduri de funcționare. Aș dori să sper că Peresvet BLK are instalat un reactor laser continuu, al cărui timp de funcționare este limitat doar de alimentarea cu agent frigorific sau nu este limitat dacă răcirea este asigurată printr-o altă metodă.
În acest caz, puterea optică de ieșire a Peresvet BLK poate fi estimată în intervalul 1-3 MW cu perspectiva creșterii la 5-10 MW. Este greu să loviți un focos nuclear chiar și cu un astfel de laser, dar este foarte posibil să loviți o aeronavă, inclusiv un vehicul aerian fără pilot sau o rachetă de croazieră. De asemenea, este posibil să se asigure înfrângerea aproape oricărei nave spațiale neprotejate pe orbite joase și, eventual, să se deterioreze elementele sensibile ale navelor spațiale pe orbite superioare.
Astfel, prima țintă pentru Peresvet BLK ar putea fi elementele optice sensibile ale sateliților americani de avertizare a atacurilor cu rachete, care pot acționa ca element. apărare antirachetă în cazul cererii de către SUA grevă bruscă de dezarmare.
Constatări
După cum am spus la începutul articolului, există un număr destul de mare de moduri de a obține radiații laser. Pe lângă cele discutate mai sus, există și alte tipuri de lasere care pot fi utilizate eficient în afaceri militare, de exemplu, un laser cu electroni liberi, în care lungimea de undă poate fi variată într-o gamă largă până la raze X moi și care exact necesită multă energie electrică produsă de un reactor nuclear de dimensiuni mici. Un astfel de laser este dezvoltat activ în interesul Marinei SUA. Cu toate acestea, utilizarea unui laser cu electroni liberi în Peresvet BLK este puțin probabilă, deoarece în prezent nu există practic informații despre dezvoltarea laserelor de acest tip în Rusia, fără a lua în considerare participarea Rusiei la programul european de laser cu electroni liberi cu raze X.
Este necesar să înțelegem că evaluarea probabilității de a utiliza una sau alta soluție în Peresvet BLK este dată mai degrabă condiționat: prezența doar a informațiilor indirecte obținute din surse deschise nu ne permite să formulăm concluzii cu un grad ridicat de fiabilitate.
Este posibil ca concluzia despre marea probabilitate ca Peresvet BLK să folosească un laser cu pompare nucleară să fi fost parțial făcută nu numai pe baza unor factori obiectivi, ci și pe baza dorinței latente a autorului. Căci dacă Rusia realizează un laser pompat nuclear cu o putere de megawați sau mai mult, acest lucru deschide perspective extrem de interesante pentru crearea unor sisteme de arme capabile să schimbe radical aspectul câmpului de luptă. Dar despre asta vom vorbi într-un alt articol.
PS Pentru a exclude întrebările și disputele cu privire la influența atmosferei și a vremii asupra funcționării laserelor, este foarte recomandat să se studieze cartea lui A. S. Boreisho „Laserele chimice mobile puternice”, cel puțin capitolul 6 intitulat „Propagarea radiației laser în condiții operaționale”. distante”.
informații