È opinione diffusa che il miglior ambiente per l'uso delle armi laser (LW) sia lo spazio esterno. Da un lato, questo è logico: nello spazio, la radiazione laser può propagarsi praticamente senza interferenze causate dall'atmosfera, dalle condizioni meteorologiche, dagli ostacoli naturali e artificiali. D'altra parte, ci sono fattori che complicano notevolmente l'uso delle armi laser nello spazio.
Caratteristiche del funzionamento dei laser nello spazio
Il primo ostacolo all'uso di laser ad alta potenza nello spazio è la loro efficienza, che arriva fino al 50% per i prodotti migliori, il restante 50% va al riscaldamento del laser e delle sue apparecchiature circostanti.
Anche nelle condizioni dell'atmosfera del pianeta - a terra, sull'acqua, sott'acqua e nell'aria, ci sono problemi con il raffreddamento di potenti laser. Tuttavia, le possibilità di raffreddamento delle apparecchiature sul pianeta sono molto più elevate che nello spazio, poiché nel vuoto il trasferimento del calore in eccesso senza perdita di massa è possibile solo con l'aiuto della radiazione elettromagnetica.
Il raffreddamento in acqua e sott'acqua del LO è più facile da organizzare: può essere effettuato con acqua di mare. A terra, puoi utilizzare enormi radiatori con dissipazione del calore nell'atmosfera. L'aviazione può utilizzare il flusso d'aria in arrivo per raffreddare l'aereo.
Nello spazio, per la rimozione del calore, vengono utilizzati radiatori-radiatori sotto forma di tubi nervati collegati a pannelli cilindrici o conici in cui circola un refrigerante. Con un aumento della potenza delle armi laser, le dimensioni e la massa dei radiatori, necessari per il suo raffreddamento, aumentano, inoltre, la massa e soprattutto le dimensioni dei radiatori possono superare significativamente la massa e le dimensioni di l'arma laser stessa.
Nel laser da combattimento orbitale sovietico "Skif", che doveva essere lanciato in orbita dal razzo vettore super pesante "Energia", doveva essere utilizzato un laser gas-dinamico, il cui raffreddamento sarebbe stato molto probabilmente effettuato da l'espulsione di un fluido di lavoro. Inoltre, la limitata alimentazione del fluido di lavoro a bordo difficilmente potrebbe fornire la possibilità di un funzionamento a lungo termine del laser.
Fonti di energia
Il secondo ostacolo è la necessità di dotare le armi laser di una potente fonte di energia. Una turbina a gas o un motore diesel nello spazio non possono essere schierati; hanno bisogno di molto carburante e ancora più ossidante, i laser chimici con le loro limitate riserve di fluido di lavoro non sono la scelta migliore per il posizionamento nello spazio. Rimangono due opzioni: fornire energia a un laser a stato solido / fibra / liquido, per il quale è possibile utilizzare batterie solari con accumulatori tampone o centrali nucleari (NPP), o laser con pompaggio diretto da frammenti di fissione nucleare (laser a pompa nucleare) può essere utilizzato.
Circuito reattore-laser
Come parte del lavoro svolto negli Stati Uniti nell'ambito del programma Boing YAL-1, un laser da 14 megawatt avrebbe dovuto essere utilizzato per distruggere i missili balistici intercontinentali (ICBM) a una distanza di 600 chilometri. È stata infatti raggiunta una potenza di circa 1 megawatt, mentre gli obiettivi di allenamento sono stati centrati a una distanza di circa 250 chilometri. Quindi, una potenza dell'ordine di 1 megawatt può essere utilizzata come base per armi laser spaziali, capaci, ad esempio, di operare da un'orbita di riferimento bassa contro bersagli sulla superficie terrestre o contro bersagli relativamente distanti nello spazio (siamo non considerando un aeromobile progettato per l'illuminazione »Sensori).
Con un'efficienza laser del 50%, per ottenere 1 MW di radiazione laser, è necessario fornire 2 MW di energia elettrica al laser (in realtà, di più, poiché è ancora necessario garantire il funzionamento delle apparecchiature ausiliarie e del raffreddamento sistema). È possibile ottenere tale energia utilizzando i pannelli solari? Ad esempio, i pannelli solari installati sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) generano tra 84 e 120 kW di elettricità. Le dimensioni dei pannelli solari necessari per ottenere la potenza indicata possono essere facilmente stimate dalle immagini fotografiche della ISS. Un progetto in grado di alimentare un laser da 1 MW sarebbe enorme e richiederebbe una portabilità minima.
Si può considerare un assieme batteria come fonte di alimentazione per un potente laser su portamobili (in ogni caso sarà necessario come buffer per batterie solari). La densità di energia delle batterie al litio può raggiungere i 300 W * h / kg, ovvero per fornire un laser da 1 MW con un'efficienza del 50% sono necessarie batterie del peso di circa 7 tonnellate per 1 ora di funzionamento continuo con l'elettricità. Sembrerebbe non tanto? Ma tenendo conto della necessità di stabilire strutture di supporto, elettronica di accompagnamento, dispositivi per mantenere il regime di temperatura delle batterie, la massa della batteria tampone sarà di circa 14-15 tonnellate. Inoltre, ci saranno problemi con il funzionamento delle batterie in condizioni di temperature estreme e vuoto spaziale: una parte significativa dell'energia verrà "consumata" per garantire la vita delle batterie stesse. Peggio ancora, il guasto di una cella della batteria può portare al guasto, o addirittura all'esplosione, dell'intera batteria di batterie, insieme al laser e alla navicella spaziale.
L'uso di dispositivi di accumulo di energia più affidabili, convenienti dal punto di vista del loro funzionamento nello spazio, porterà molto probabilmente ad un aumento ancora maggiore della massa e delle dimensioni della struttura a causa della loro minore densità di energia in termini di W * h / kg.
Tuttavia, se non imponiamo requisiti alle armi laser per molte ore di lavoro, ma utilizziamo l'LR per risolvere problemi speciali che sorgono una volta ogni diversi giorni e richiedono un tempo di funzionamento del laser non superiore a cinque minuti, ciò comporterà un corrispondente semplificazione della batteria. … Le batterie possono essere ricaricate da pannelli solari, la cui dimensione sarà uno dei fattori limitanti la frequenza di utilizzo delle armi laser
Una soluzione più radicale è quella di utilizzare una centrale nucleare. Attualmente, i veicoli spaziali utilizzano generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG). Il loro vantaggio è la relativa semplicità del design, lo svantaggio è la bassa potenza elettrica, che è, nella migliore delle ipotesi, diverse centinaia di watt.
Negli Stati Uniti è in fase di test un prototipo del promettente Kilopower RTG, in cui l'uranio-235 viene utilizzato come combustibile, i tubi di calore al sodio vengono utilizzati per rimuovere il calore e il calore viene convertito in elettricità utilizzando un motore Stirling. Nel prototipo del reattore Kilopower con una capacità di 1 kilowatt, è stata raggiunta un'efficienza abbastanza elevata di circa il 30%. Il campione finale del reattore nucleare Kilopower dovrebbe produrre continuamente 10 kilowatt di elettricità per 10 anni.
Il circuito di alimentazione del LR con uno o due reattori Kilopower e un dispositivo di accumulo di energia tampone può essere già operativo, fornendo il funzionamento periodico di un laser da 1 MW in modalità combattimento per circa cinque minuti, una volta ogni più giorni, tramite una batteria tampone
In Russia è in fase di realizzazione una centrale nucleare con una potenza elettrica di circa 1 MW per un modulo di trasporto e potenza (TEM), nonché centrali nucleari a emissione termica basate sul progetto Hercules con una potenza elettrica di 5-10 MW. Le centrali nucleari di questo tipo possono fornire energia alle armi laser già senza intermediari sotto forma di batterie tampone, tuttavia, la loro creazione deve affrontare grossi problemi, il che non sorprende in linea di principio, data la novità delle soluzioni tecniche, le specificità del ambiente operativo e l'impossibilità di condurre test intensivi. Le centrali nucleari spaziali sono un argomento per un materiale separato, su cui torneremo sicuramente.
Come nel caso del raffreddamento di una potente arma laser, anche l'uso di una centrale nucleare di un tipo o dell'altro comporta maggiori requisiti di raffreddamento. I frigoriferi-radiatori sono uno dei più significativi in termini di massa e dimensioni, elementi di una centrale elettrica, la proporzione della loro massa, a seconda del tipo e della potenza della centrale nucleare, può variare dal 30% al 70%.
I requisiti di raffreddamento possono essere ridotti riducendo la frequenza e la durata dell'arma laser e utilizzando NPP di tipo RTG a potenza relativamente bassa, ricaricando l'accumulo di energia tampone
Di particolare rilievo è il posizionamento in orbita di laser a pompa nucleare, che non richiedono fonti esterne di elettricità, poiché il laser viene pompato direttamente dai prodotti di una reazione nucleare. Da un lato, i laser a pompa nucleare richiederanno anche massicci sistemi di raffreddamento, dall'altro, lo schema per la conversione diretta dell'energia nucleare in radiazione laser potrebbe essere più semplice rispetto a una conversione intermedia del calore rilasciato da un reattore nucleare in energia elettrica, che comporterà una corrispondente riduzione delle dimensioni e del peso dei prodotti.
Pertanto, l'assenza di un'atmosfera che impedisce la propagazione della radiazione laser sulla Terra complica notevolmente la progettazione di armi laser spaziali, principalmente in termini di sistemi di raffreddamento. Fornire elettricità alle armi laser spaziali non è molto meno problematico.
Si può presumere che nella prima fase, circa negli anni Trenta del XXI secolo, apparirà nello spazio un'arma laser, in grado di funzionare per un tempo limitato - dell'ordine di alcuni minuti, con la necessità di una successiva ricarica di energia unità di stoccaggio per un periodo sufficientemente lungo di diversi giorni
Quindi, a breve termine, non c'è bisogno di parlare di un uso massiccio di armi laser "contro centinaia di missili balistici". Le armi laser con capacità avanzate appariranno non prima che le centrali nucleari della classe dei megawatt saranno create e testate. E il costo dei veicoli spaziali di questa classe è difficile da prevedere. Inoltre, se parliamo di operazioni militari nello spazio, esistono soluzioni tecniche e tattiche che possono ridurre ampiamente l'efficienza delle armi laser nello spazio.
Tuttavia, le armi laser, anche quelle limitate in termini di tempo di funzionamento continuo e frequenza di utilizzo, possono diventare uno strumento essenziale per la guerra nello spazio e dallo spazio.
