Le armi laser sono sempre controverse. Alcuni lo considerano un'arma del futuro, mentre altri negano categoricamente la probabilità dell'emergere di campioni efficaci di tali armi nel prossimo futuro. La gente pensava alle armi laser anche prima della loro apparizione reale, ricordiamo l'opera classica "L'iperboloide dell'ingegnere Garin" di Alexei Tolstoy (ovviamente, l'opera non indica esattamente un laser, ma un'arma vicina ad esso in azione e conseguenze di usarlo).
La creazione di un vero laser negli anni '50 - '60 del XX secolo ha nuovamente sollevato il tema delle armi laser. Nel corso dei decenni è diventata una caratteristica indispensabile dei film di fantascienza. I veri successi furono molto più modesti. Sì, i laser occupavano un'importante nicchia nei sistemi di ricognizione e designazione del bersaglio, sono ampiamente utilizzati nell'industria, ma per l'uso come mezzo di distruzione, la loro potenza era ancora insufficiente e le loro caratteristiche di peso e dimensioni erano inaccettabili. Come si sono evolute le tecnologie laser, fino a che punto sono attualmente pronte per le applicazioni militari?
Il primo laser operativo è stato creato nel 1960. Era un laser a stato solido pulsato basato su un rubino artificiale. Al momento della creazione, queste erano le più alte tecnologie. Al giorno d'oggi, un tale laser può essere assemblato a casa, mentre la sua energia di impulso può raggiungere i 100 J.
Un laser ad azoto è ancora più semplice da implementare; per la sua realizzazione non sono necessari prodotti commerciali complessi; può operare anche sull'azoto contenuto nell'atmosfera. Con le braccia dritte, può essere facilmente assemblato a casa.
Dalla creazione del primo laser, è stato trovato un numero enorme di modi per ottenere la radiazione laser. Esistono laser a stato solido, laser a gas, laser a colorante, laser a elettroni liberi, laser a fibra, laser a semiconduttore e altri laser. Inoltre, i laser differiscono nel modo in cui sono eccitati. Ad esempio, nei laser a gas di vari modelli, il mezzo attivo può essere eccitato da radiazione ottica, scarica di corrente elettrica, reazione chimica, pompaggio nucleare, pompaggio termico (laser gas-dinamici, GDL). L'avvento dei laser a semiconduttore ha dato origine ai laser di tipo DPSS (Laser a stato solido pompato a diodi).
Vari modelli di laser forniscono l'emissione di radiazioni di diverse lunghezze d'onda, dai raggi X molli alle radiazioni infrarosse. Sono in fase di sviluppo laser a raggi X duri e gamma. Ciò consente di selezionare un laser in base al problema da risolvere. Per quanto riguarda le applicazioni militari, questo significa, ad esempio, la possibilità di scegliere un laser, con radiazione di lunghezza d'onda tale da essere minimamente assorbita dall'atmosfera del pianeta.
Dallo sviluppo del primo prototipo, la potenza è andata aumentando continuamente, le caratteristiche di peso e dimensioni e l'efficienza (efficienza) dei laser sono migliorate. Questo si vede molto chiaramente nell'esempio dei diodi laser. Negli anni '90 del secolo scorso, sull'ampia vendita sono comparsi puntatori laser con una potenza di 2-5 mW, nel 2005-2010 era già possibile acquistare un puntatore laser da 200-300 mW, ora, nel 2019, ci sono puntatori laser con una potenza ottica di 7 in venditaIn Russia esistono moduli di diodi laser infrarossi con uscita in fibra ottica, potenza ottica di 350 W.
Il tasso di aumento della potenza dei diodi laser è paragonabile al tasso di aumento della potenza di calcolo dei processori, in conformità con la legge di Moore. Naturalmente, i diodi laser non sono adatti per creare laser da combattimento, ma, a loro volta, vengono utilizzati per pompare efficienti laser a stato solido ea fibra. Per i diodi laser, l'efficienza di conversione dell'energia elettrica in energia ottica può essere superiore al 50%, teoricamente è possibile ottenere un'efficienza superiore all'80%. L'elevata efficienza non solo riduce i requisiti di alimentazione, ma semplifica anche il raffreddamento dell'apparecchiatura laser.
Un elemento importante del laser è il sistema di messa a fuoco del raggio: più piccola è l'area del punto sul bersaglio, maggiore è la densità di potenza che consente il danno. I progressi nello sviluppo di sistemi ottici complessi e l'emergere di nuovi materiali ottici ad alta temperatura consentono di creare sistemi di messa a fuoco altamente efficienti. Il sistema di messa a fuoco e puntamento del laser da combattimento sperimentale americano HEL comprende 127 specchi, lenti e filtri luminosi.
Un altro importante componente che fornisce la possibilità di creare armi laser è lo sviluppo di sistemi per guidare e mantenere il raggio sul bersaglio. Per colpire bersagli con un colpo "istantaneo", in una frazione di secondo sono necessarie potenze di gigawatt, ma la creazione di tali laser e alimentatori per loro su un telaio mobile è una questione di un lontano futuro. Di conseguenza, per distruggere bersagli con laser con una potenza di centinaia di kilowatt - decine di megawatt, è necessario mantenere il punto di radiazione laser sul bersaglio per qualche tempo (da alcuni secondi a diverse decine di secondi). Ciò richiede azionamenti ad alta precisione e ad alta velocità in grado di inseguire il bersaglio con il raggio laser, secondo il sistema di guida.
Quando si spara a lunghe distanze, il sistema di guida deve compensare le distorsioni introdotte dall'atmosfera, per cui è possibile utilizzare diversi laser per vari scopi nel sistema di guida, fornendo una guida accurata del laser principale "da combattimento" al bersaglio.
Quali laser hanno ricevuto uno sviluppo prioritario nel campo delle armi? A causa dell'assenza di sorgenti ad alta potenza di pompaggio ottico, i laser gas-dinamici e chimici sono diventati tali.
Alla fine del XX secolo, l'opinione pubblica è stata sollevata dal programma dell'Iniziativa di difesa strategica americana (SDI). Come parte di questo programma, è stato pianificato di schierare armi laser a terra e nello spazio per sconfiggere i missili balistici intercontinentali sovietici (ICBM). Per il posizionamento in orbita, avrebbe dovuto utilizzare laser a pompa nucleare che emettono nella gamma di raggi X o laser chimici con una potenza fino a 20 megawatt.
Il programma SDI ha incontrato numerose difficoltà tecniche ed è stato chiuso. Allo stesso tempo, alcune delle ricerche svolte nell'ambito del programma hanno permesso di ottenere laser sufficientemente potenti. Nel 1985, un laser al fluoruro di deuterio con una potenza di uscita di 2,2 megawatt distrusse un missile balistico a propellente liquido fissato a 1 chilometro dal laser. Come risultato dell'irradiazione di 12 secondi, le pareti del corpo del razzo hanno perso forza e sono state distrutte dalla pressione interna.
In URSS è stato anche effettuato lo sviluppo di laser da combattimento. Negli anni Ottanta del XX secolo erano in corso i lavori per realizzare la piattaforma orbitale Skif con un laser gas-dinamico con una potenza di 100 kW. Il modello di grandi dimensioni Skif-DM (nave spaziale Polyus) è stato lanciato nell'orbita terrestre nel 1987, ma a causa di una serie di errori non è entrato nell'orbita calcolata ed è stato allagato nell'Oceano Pacifico lungo una traiettoria balistica. Il crollo dell'URSS pose fine a questo e ad altri progetti simili.
Gli studi su larga scala sulle armi laser sono stati condotti in URSS come parte del programma Terra. Il programma del missile zonale e del sistema di difesa antispaziale con un elemento di percussione a raggio basato su armi laser ad alta potenza "Terra" è stato implementato dal 1965 al 1992. Secondo i dati aperti, nell'ambito di questo programma, i laser gas-dinamici, sono stati sviluppati laser a stato solido, fotodissociazione esplosiva dello iodio e altri tipi.
Anche in URSS, dalla metà degli anni '70 del 20 ° secolo, è stato sviluppato un complesso laser aereo A-60 sulla base dell'aereo Il-76MD. Inizialmente, il complesso era destinato a combattere i palloni alla deriva automatici. Come arma, doveva essere installato un laser CO dinamico a gas continuo di una classe di megawatt sviluppato dal Khimavtomatika Design Bureau (KBKhA).
Nell'ambito delle prove è stata realizzata una famiglia di campioni da banco GDT con una potenza di radiazione da 10 a 600 kW. Si può presumere che al momento del test del complesso A-60 fosse installato su di esso un laser da 100 kW.
Diverse decine di voli sono stati effettuati con il collaudo dell'installazione laser su un pallone stratosferico situato a un'altitudine di 30-40 km e sul bersaglio La-17. Alcune fonti indicano che il complesso con l'aereo A-60 è stato creato come componente laser dell'aviazione per la difesa missilistica nell'ambito del programma Terra-3.
Quali tipi di laser sono attualmente i più promettenti per le applicazioni militari? Con tutti i vantaggi dei laser gas-dinamici e chimici, presentano svantaggi significativi: la necessità di componenti di consumo, inerzia di lancio (secondo alcune fonti, fino a un minuto), rilascio di calore significativo, grandi dimensioni e resa dei componenti esauriti del mezzo attivo. Tali laser possono essere posizionati solo su supporti di grandi dimensioni.
Al momento, i laser a stato solido e in fibra hanno le maggiori prospettive, per il cui funzionamento è solo necessario fornire loro una potenza sufficiente. La US Navy sta sviluppando attivamente la tecnologia laser a elettroni liberi. Un importante vantaggio dei laser in fibra è la loro scalabilità, ad es. la possibilità di combinare più moduli per ottenere più potenza. Anche la scalabilità inversa è importante, se viene creato un laser a stato solido con una potenza di 300 kW, è sicuramente possibile creare sulla base un laser di dimensioni inferiori con una potenza, ad esempio, di 30 kW.
Qual è la situazione dei laser a fibra e allo stato solido in Russia? La scienza dell'URSS in termini di sviluppo e creazione di laser era la più avanzata al mondo. Sfortunatamente, il crollo dell'URSS ha cambiato tutto. Una delle più grandi aziende al mondo per lo sviluppo e la produzione di laser in fibra IPG Photonics è stata fondata da un nativo della Russia V. P. Gapontsev sulla base della società russa NTO IRE-Polyus. La società madre, IPG Photonics, è attualmente registrata negli Stati Uniti. Nonostante il fatto che uno dei più grandi siti di produzione di IPG Photonics si trovi in Russia (Fryazino, Regione di Mosca), l'azienda opera secondo la legge statunitense e i suoi laser non possono essere utilizzati nelle forze armate russe, compresa l'azienda deve rispettare le sanzioni imposto alla Russia.
Tuttavia, le capacità dei laser in fibra di IPG Photonics sono estremamente elevate. I laser in fibra a onda continua ad alta potenza IPG hanno una gamma di potenza da 1 kW a 500 kW, nonché un'ampia gamma di lunghezze d'onda e l'efficienza della conversione dell'energia elettrica in energia ottica raggiunge il 50%. Le caratteristiche di divergenza dei laser in fibra IPG sono di gran lunga superiori ad altri laser ad alta potenza.
Ci sono altri sviluppatori e produttori di moderni laser in fibra ad alta potenza e allo stato solido in Russia? A giudicare dai campioni commerciali, no.
Un produttore nazionale nel segmento industriale offre laser a gas con una potenza massima di decine di kW. Ad esempio, la società "Laser Systems" nel 2001 ha presentato un laser ossigeno-iodio con una potenza di 10 kW con un'efficienza chimica superiore al 32%, che è la sorgente autonoma compatta più promettente di potenti radiazioni laser di questo tipo. In teoria, i laser ossigeno-iodio possono raggiungere livelli di potenza fino a un megawatt.
Allo stesso tempo, non si può escludere completamente che gli scienziati russi siano riusciti a fare un passo avanti in qualche altra direzione nella creazione di laser ad alta potenza, sulla base di una profonda comprensione della fisica dei processi laser.
Nel 2018, il presidente russo Vladimir Putin ha annunciato il complesso laser Peresvet, progettato per risolvere missioni di difesa antimissilistica e distruggere gli orbiter nemici. Le informazioni sul complesso di Peresvet sono classificate, compreso il tipo di laser utilizzato (laser?) e la potenza ottica.
Si può presumere che il candidato più probabile per l'installazione in questo complesso sia un laser gas-dinamico, un discendente del laser sviluppato per il programma A-60. In questo caso, la potenza ottica del laser del complesso "Peresvet" può essere di 200-400 kilowatt, nello scenario ottimistico fino a 1 megawatt. Il già citato laser ossigeno-iodio può essere considerato come un altro candidato.
Se procediamo da questo, sul lato della cabina del veicolo principale del complesso Peresvet, un generatore di corrente elettrica diesel o benzina, un compressore, un vano di stoccaggio per componenti chimici, un laser con un sistema di raffreddamento e un sistema di guida del raggio laser sono presumibilmente posizionati in serie. Radar o rilevamento del bersaglio L'OLS non è visibile da nessuna parte, il che implica la designazione del bersaglio esterno.
In ogni caso, queste ipotesi potrebbero rivelarsi false, sia in relazione alla possibilità di creare laser fondamentalmente nuovi da parte di sviluppatori nazionali, sia in relazione alla mancanza di informazioni affidabili sulla potenza ottica del complesso Peresvet. In particolare, la stampa ha dato notizia della presenza di un reattore nucleare di piccole dimensioni come fonte di energia nel complesso "Peresvet". Se questo è vero, allora la configurazione del complesso e le possibili caratteristiche potrebbero essere completamente diverse.
Quale potenza è necessaria per utilizzare efficacemente un laser per scopi militari come mezzo di distruzione? Ciò dipende in gran parte dall'ambito di utilizzo previsto e dalla natura dei bersagli colpiti, nonché dal metodo di distruzione.
Il complesso di autodifesa aerea di Vitebsk include una stazione di disturbo attiva L-370-3S. Contrasta i missili nemici in arrivo con una testa di ricerca termica accecando la radiazione laser a infrarossi. Tenendo conto delle dimensioni della stazione jammer attiva L-370-3S, la potenza dell'emettitore laser è di un massimo di diverse decine di watt. Questo è appena sufficiente per distruggere la testa di ricerca termica del missile, ma è abbastanza per l'accecamento temporaneo.
Durante i test del complesso A-60 con un laser da 100 kW, sono stati colpiti i bersagli L-17, che rappresentano un analogo di un aereo a reazione. Il raggio di distruzione è sconosciuto, si può presumere che fosse di circa 5-10 km.
Esempi di prove di sistemi laser stranieri:
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Sulla base di quanto sopra, possiamo supporre:
- per distruggere piccoli UAV a una distanza di 1-5 chilometri, è necessario un laser con una potenza di 2-5 kW;
- per distruggere mine non guidate, proiettili e munizioni ad alta precisione a una distanza di 5-10 chilometri, è necessario un laser con una potenza di 20-100 kW;
- per colpire bersagli come un aereo o un missile a una distanza di 100-500 km è necessario un laser con una potenza di 1-10 MW.
I laser delle potenze indicate esistono già o verranno creati nel prossimo futuro. Quali tipi di armi laser nel prossimo futuro possono essere utilizzate dalle forze aeree, dalle forze di terra e dalla marina, considereremo nella continuazione di questo articolo.
