Секреты комплекса «Пересвет»: как устроен российский лазерный меч?
С момента своего появления лазеры стали рассматриваться в качестве оружия, потенциально способного совершить революцию в боевых действиях. С середины XX века лазеры стали неотъемлемым элементов фантастических фильмов, оружием суперсолдат и межзвёздных кораблей.
Однако, как это часто бывает на практике, разработки мощных лазеров столкнулись с большими техническими сложностями, которые привели к тому, что до настоящего времени основной нишей военных лазеров стало их использование в системах разведки, прицеливания и целеуказания. Тем не менее, работы по созданию боевых лазеров в ведущих странах мира практически не прекращались, программы по созданию новых поколений лазерного оружия сменяли одна другую.
Ранее мы рассмотрели некоторые этапы развития лазеров и создания лазерного оружия, а также этапы развития и текущую ситуацию по созданию лазерного оружия для военно-воздушных сил, лазерного оружия для сухопутных войск и ПВО, лазерного оружия для военно-морского флота. В настоящий момент интенсивность программ по созданию лазерного оружия в разных странах настолько высока, что сомневаться в их скором появлении на поле боя уже не приходится. И защититься от лазерного оружия будет далеко не так просто, как некоторым кажется, по крайней мере, серебрянкой обойтись точно не удастся.
Если внимательно посмотреть на развитие лазерного оружия в зарубежных странах, то можно заметить, что большая часть предлагаемых современных лазерных комплексов реализуется на базе волоконных и твердотельных лазеров. Причём по большей части эти лазерные комплексы предназначены для решения тактических задач. Их выходная мощность в настоящее время лежит в диапазоне от 10 кВт до 100 кВт, но в перспективе может быть увеличена до 300-500 кВт. В России информация о работах по созданию боевых лазеров тактического класса практически отсутствует, о причинах, почему это происходит, мы поговорим ниже.
1 марта 2018 года президентом России Владимиром Путиным в ходе послания Федеральному собранию в числе ряда других прорывных комплексов вооружения был анонсирован боевой лазерный комплекс (БЛК) «Пересвет», размеры и предполагаемое назначение которого предполагают его применения для решения задач стратегического характера.
Комплекс «Пересвет» окружает завеса секретности. Характеристики других новейших образцов вооружений (комплексов «Кинжал», «Авангард», «Циркон», «Посейдон») в той или иной мере были озвучены, что отчасти позволяет судить об их назначении и эффективности. В то же время никакой конкретной информации по лазерному комплексу «Пересвет» предоставлено не было: ни тип установленного лазера, ни источник энергии для него. Соответственно, нет никакой информации о мощности комплекса, что, в свою очередь, не позволяет понять его реальные возможности и ставящиеся перед ним цели и задачи.
Боевой лазерный комплекс «Пересвет»
Лазерное излучение может получено десятками, скорее даже сотнями способов. Так какой способ получения лазерного излучения реализован в новейшем российском БЛК «Пересвет»? Для ответа на вопрос рассмотрим различные варианты исполнения БЛК «Пересвет» и оценим степень вероятности их реализации.
Приведённая ниже информация является предположениями автора, основанными на информации из открытых источников, размещённых в Интернете.
БЛК «Пересвет». Исполнение №1. Волоконные, твердотельные и жидкостные лазеры
Как уже было сказано выше, основным трендом в создании лазерного оружия является разработка комплексов на базе оптоволоконных. Почему это происходит? Потому, что на базе волоконных лазеров легко масштабировать мощность лазерных установок. Используя пакет модулей по 5-10 кВт, получить на выходе излучение мощностью 50-100 кВт.
Может ли быть реализован БЛК «Пересвет» на базе этих технологий? С высокой вероятностью можно утверждать, что нет. Основной причиной здесь является то, что в годы перестройки из России «сбежал» ведущий разработчик волоконных лазеров — Научно-техническое объединение «ИРЭ-Полюс», на базе которого сформировалась транснациональная корпорация IPG Photonics Corporation, зарегистрированная в США и являющаяся ныне мировым лидером в индустрии волоконных лазеров большой мощности. Международный бизнес и основное место регистрации IPG Photonics Corporation подразумевает её строгое подчинение законодательству США, что с учётом текущей политической ситуации не предполагает передачу России критических технологий, к коим, безусловно, относятся технологии создания мощных лазеров.
IPG Photonics производит волоконные лазеры YLS мощностью до 100 кВт, которые могут интегрироваться в сборки суммарной мощностью до 500 кВт. КПД лазеров IPG Photonics достигает 50%
Могут ли волоконные лазеры разрабатываться в России другими организациями? Возможно, но маловероятно, или пока это изделия небольшой мощности. Волоконные лазеры – это выгодный коммерческий продукт, поэтому отсутствие на рынке мощных отечественных волоконных лазеров скорее всего говорит о их фактическом отсутствии.
Схожая ситуация и с твердотельными лазерами. Предположительно из них сложнее реализовать пакетные решение, тем не менее это возможно, и в зарубежных странах это второе по распространению решение после волоконных лазеров. Информации о мощных промышленных твердотельных лазерах российского производства найти не удалось. Работы по твердотельным лазерам ведутся в Институте лазерно-физических исследований РФЯЦ-ВНИИЭФ (ИЛФИ), так что теоретически твердотельный лазер в БЛК «Пересвет» может быть установлен, но на практике это маловероятно, поскольку вначале скорее всего появились бы более компактные образцы лазерного оружия или экспериментальные установки.
Ещё меньше информации о жидкостных лазерах, хотя есть информация о том, что боевой жидкостный лазер разрабатывается (разрабатывался, но был отвергнут?) в США в рамках программы HELLADS (High Energy Liquid Laser Area Defense System, «Система обороны на основе высокоэнергетического жидкостного лазера»). Предположительно жидкостные лазеры имеют преимущество по возможности охлаждения, но меньшую эффективность (КПД) по сравнению с твердотельными лазерами.
В 2017 году появилась информация о размещении НИИ «Полюс» тендера на составную часть научно-исследовательской работы (НИР), цель которой – создание мобильного лазерного комплекса для борьбы с малоразмерными беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) в дневных и сумеречных условиях. Комплекс должен состоять из системы сопровождения и построения траекторий полета цели, обеспечивающих целеуказание для системы наведения лазерного излучения, источником которого будет жидкостный лазер. Вызывает интерес указанное в ТЗ требование о создании жидкостного лазера, и одновременно требование наличия в составе комплекса волоконного силового лазера. Или это опечатка, или разработан (разрабатывается) новый тип волоконного лазера с жидкой активной средой в волокне, совмещающий преимущества жидкостного лазера по удобству охлаждения и волоконного лазера по комплексированию пакетов излучателей.
Основные преимущества волоконных, твердотельных и жидкостных лазеров – это их компактность, возможность пакетного наращивания мощности и простота интеграции в различные классы вооружений. Всё это не похоже на лазер БЛК «Пересвет», который явно разрабатывался не как универсальный модуль, а как решение, выполненное «с единой целью, по единому замыслу». Поэтому вероятность реализации БЛК «Пересвет» в Исполнении №1 на базе волоконных, твердотельных и жидкостных лазеров можно оценивать, как невысокую.
БЛК «Пересвет». Исполнение №2. Газодинамические и химические лазеры
Газодинамические и химические лазеры можно считать устаревшим решением. Их основным недостатком является необходимость в большом количестве расходных компонент, необходимых для поддержания реакции, обеспечивающей получение лазерного излучения. Тем не менее, именно химические лазеры получили наибольшее развитие в разработках 70-х – 80-х годов XX века.
Судя по всему, на газодинамических лазерах, работа которых основана на адиабатическом охлаждении нагретых газовых масс, движущихся со сверхзвуковой скоростью, в СССР и в США впервые были получены непрерывные мощности излучения свыше 1 мегаватта.
В СССР с середины 70-х годов XX века разрабатывался лазерный комплекс воздушного базирования А-60 на базе самолёта Ил-76МД, предположительно вооружённый лазером РД0600 или его аналогом. Изначально комплекс предназначался для борьбы с автоматическими дрейфующими аэростатами. В качестве вооружения должен был быть установлен непрерывный газодинамический СО-лазер мегаваттного класса разработки КБ «Химавтоматики» (КБХА). В рамках испытаний было создано семейство стендовых образцов ГДЛ с мощностью излучения от 10 до 600 кВт. Недостатками ГДЛ является большая длина волны излучения, составляющая 10,6 мкм, что обеспечивает высокую дифракционную расходимость лазерного луча.
Комплекс А-60 и ГДЛ РД0600 разработки КБХА
Ещё более высокие мощности излучения были получены на химических лазерах на фториде дейтерия и на кислородно-иодных (йодных) лазерах (КИЛ). В частности, в рамках программы стратегической оборонной инициативы (СОИ) в США создавался химический лазер на фториде дейтерия мощностью несколько мегаватт, в рамках программы национальной противоракетной обороны (НПРО) США разрабатывался авиационный комплекс Boeing ABL (AirBorne Laser) с кислородно-йодным лазером мощностью порядка 1 мегаватта.
Во ВНИИЭФ был создан и испытан самый мощный в мире импульсный химический лазер на реакции фтора с водородом (дейтерием), разработан импульсно-периодический лазер с энергией излучения в импульсе несколько кДж, частотой следования импульсов 1–4 Гц, расходимостью излучения, близкой к дифракционному пределу и КПД порядка 70% (самым высоким достигнутым для лазеров).
В период с 1985 по 2005 гг. были разработаны лазеры на нецепной реакции фтора с водородом (дейтерием), где в качестве фторсодержащего вещества применялся гексафторид серы SF6, диссоциирующий в электрическом разряде (фотодиссоционный лазер?). Для обеспечения длительной и безопасной работы лазера в импульсно-периодическом режиме созданы установки с замкнутым циклом смены рабочей смеси. Показана возможность получения в электроразрядном лазере на нецепной химической реакции расходимости излучения, близкой к дифракционному пределу, частоты следования импульсов до 1200 Гц и средней мощностью излучения несколько сотен Вт.
Boeing ABL
Функциональная схема химического КИЛ и непрерывный химический КИЛ мощностью 15 кВт производства компании «Лазерные системы»
У газодинамических и химических лазеров имеется существенный недостаток, в большинстве решений необходимо обеспечивать пополнение запаса «боекомплекта», зачастую состоящего из дорогих и токсичных компонент. Также необходима очистка выходных газов, возникающих в результате работы лазера. В общем назвать газодинамические и химические лазеры эффективным решением сложно, в связи с чем и обусловлен переход большинства стран на разработку волоконных, твердотельных и жидкостных лазеров.
Если же говорить о лазере на нецепной реакции фтора с дейтерием, диссоциирующим в электрическом разряде, с замкнутым циклом смены рабочей смеси, то в 2005 году были получены мощности порядка 100 кВт, маловероятно, что за это время их смогли довести до мегаваттного уровня.
Применительно к БЛК «Пересвет» вопрос установке на нём газодинамического и химического лазера достаточно спорный. С одной стороны, В России по этим лазерам остались значительные наработки. В сети интернет появлялась информация о разработке усовершенствованного варианта авиационного комплекса А 60 – А 60М с лазером мощностью 1 МВт. Также говорится о размещении комплекса «Пересвет» на авиационном носителе», что может быть второй стороной той-же медали. То есть вначале могли сделать более мощный наземный комплекс на базе газодинамического или химического лазера, а теперь, идя проторенным путём, установить его на авиационный носитель.
Созданием «Пересвета» занимались специалисты ядерного центра в Сарове, в Российском федеральном ядерном центре — Всероссийском научно-исследовательском институте экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ), в уже упомянутом Институте лазерно-физических исследований, который в числе прочего разрабатывает газодинамические и кислород-йодные лазеры.
С другой стороны, как ни крути, газодинамические и химические лазеры являются устаревшими техническими решениями. Кроме того, активно циркулирует информация о наличии в составе БЛК «Пересвет» ядерного источника энергии для питания лазера, да в Сарове больше занимаются созданием новейших прорывных технологий, зачастую связанных с ядерной энергией.
Исходя из вышеизложенного, можно предположить, что вероятность реализации БЛК «Пересвет» в Исполнении №2 на базе газодинамических и химических лазеров можно оценить, как умеренную.
Лазеры с ядерной накачкой
С конца 1960-х в СССР начались работы по созданию лазеров высокой мощности с ядерной накачкой. Вначале этим занялись специалисты ВНИИЭФ, ИАЭ им. Курчатова и НИИ ядерной физики МГУ. Затем к ним присоединились ученые МИФИ, ¬ВНИИТФ, ФЭИ и других центров. В 1972 году ВНИИЭФ осуществил возбуждение смеси гелия и ксенона осколками деления урана, с использованием импульсного реактора ВИР 2.
В 1974-1976 гг. проводятся эксперименты на реакторе ТИБР-1М, в котором мощность лазерного излучения составила порядка 1-2 кВт. В 1975 г. на базе импульсного реактора ВИР-2 была разработана двухканальная лазерная установка ЛУНА-2, которая на 2005 год ещё работала, а возможно, что работает и по настоящее время. В 1985 году на установке ЛУНА-2М впервые в мире была осуществлена накачка неонового лазера.
Установка ЛУНА-2М
В начале 1980-х годов учеными ВНИИЭФ, для создания ядерно-лазерного элемента, работающего в непрерывном режиме, был разработан и изготовлен лазерный 4-х канальный модуль ЛМ-4. Система возбуждается потоком нейтронов от реактора БИГР. Длительность генерации определяется длительностью импульса облучения реактора. Впервые в мире на практике была продемонстрирована непрерывная генерация в лазерах с ядерной накачкой и показана эффективность способа поперечной прокачки газа. Мощность лазерного излучения составила около 100 Вт.
Установка ЛМ-4
В 2001 году установка ЛМ-4 была модернизирована, получив обозначение ЛМ-4М/БИГР. Была продемонстрирована работа многоэлементного ядерно-лазерного устройства в непрерывном режиме после 7 лет консервации установки без замены оптических и топливных элементов. Установка ЛМ-4 может рассматриваться как прототип реактора-лазера (РЛ), обладающий всеми его качествами, кроме возможности самоподдерживающейся цепной ядерной реакции.
В 2007 году взамен модуля ЛМ-4 был введен в эксплуатацию восьмиканальный лазерный модуль ЛМ-8, в котором было предусмотрено последовательное сложение четырех и двух лазерных каналов.
Установка ЛМ-8
Реактор-лазер представляет собой автономное устройство, совмещающие функции лазерной системы и ядерного реактора. Активная зона реактора-лазера является набором определенного количества лазерных ячеек, размещенных определенным образом в матрице замедлителя нейтронов. Количество лазерных ячеек может составлять от сотен до нескольких тысяч штук. Общее количество урана составляет от 5-7 кг до 40-70 кг, линейные размеры 2-5 м.
Во ВНИИЭФ были выполнены предварительные оценки основных энергетических, ядерно-физических, технических и эксплуатационных параметров различных вариантов реакторов-лазеров с мощностью лазерного излучения от 100 кВт и выше, работающих от долей секунд до непрерывного режима. Рассматривались реакторы-лазеры с аккумулированием тепла в активной зоне реактора в пусках, продолжительность которых ограничена допустимым нагревом АЗ (теплоемкостный РЛ) и РЛ непрерывного действия с выносом тепловой энергии за пределы АЗ
Теплоемкостный РЛ и РЛ непрерывного действия
Предположительно реактор-лазер с мощностью лазерного излучения, составляющей порядка 1 МВт, должен содержать около 3000 лазерных ячеек.
В России интенсивные работы по лазерам с ядерной накачкой проводились не только во ВНИИЭФ, но и в Федеральном государственном унитарном предприятии «Государственный научный центр Российской Федерации — Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», о чём говорит патент RU 2502140 на создание «Реакторно-лазерной установки с прямой накачкой осколками деления».
Специалистами ГНЦ РФ ФЭИ разработан энергетический макет импульсной реакторно-лазерной системы — оптического квантового усилителя с ядерной накачкой (ОКУЯН).
Лазерный модуль на базе реактора БАРС-5 и кассета из 37 каналов в лазерном модуле
ОКУЯН на базе реактора БАРС-6
Вспоминая заявление заместителя министра обороны России Юрия Борисова в прошлогоднем интервью газете «Красная звезда» («На вооружение поступили лазерные комплексы, которые дают возможность обезоруживать потенциального противника и поражать все те объекты, которые служат целью для лазерного луча этой системы. Наши ядерщики научились концентрировать энергию, необходимую для поражения соответствующего вооружения противника практически за мгновения, за считаные доли секунды»), можно говорить о том, что БЛК «Пересвет» оснащён не малогабаритным ядерным реактором, питающим лазер электроэнергией, а реактором-лазером, в котором энергия деления напрямую преобразуется в лазерное излучение.
Сомнение вносит только вышеупомянутое предложение разместить БЛК «Пересвет» на самолёте. Как ни обеспечивай надёжность самолёта-носителя, всегда есть риск аварии и авиационной катастрофы с последующим разлётом радиоактивных материалов. Впрочем, возможно, что имеются способы предотвращения разлёта радиоактивных материалов при падении носителя. Да и летающий реактор в крылатой ракете буревестник у нас уже вроде как есть.
Исходя из вышеизложенного можно предположить, что вероятность реализации БЛК «Пересвет» в исполнении №3 на базе лазера с ядерной накачкой можно оценить как высокую.
Неизвестно, является установленный лазер импульсным или непрерывного действия. Во втором случае под вопросом находится время непрерывной работы лазера и перерывы, которые необходимо осуществлять между рабочими режимами. Хотелось бы надеяться, что в БЛК «Пересвет» установлен реактор-лазер непрерывного действия, время работы которого ограничено лишь запасом хладагента, или не ограничено, если охлаждение обеспечивается каким-либо иным способом.
В этом случае выходную оптическую мощность БЛК «Пересвет» можно оценить в диапазоне 1-3 МВт с перспективой увеличения до 5-10 МВт. Поразить ядерную боеголовку даже таким лазером вряд ли возможно, а самолёт, в том числе беспилотный летательный аппарат, или крылатую ракету вполне. Также можно обеспечить поражение практически любых незащищённых космических аппаратов на низких орбитах, а возможно, что и повредить чувствительные элементы космических аппаратов на более высоких орбитах.
Таким образом, первой целью для БЛК «Пересвет» могут быть чувствительные оптические элементы спутников предупреждения о ракетном нападении США, которые могут выступать в качестве элемента противоракетной обороны в случае нанесения США внезапного обезоруживающего удара.
Выводы
Как мы говорили в начале статьи, существует достаточно большое количество способов получения лазерного излучения. Помимо рассмотренных выше, существуют и другие типы лазеров, которые могут эффективно применяться в военном деле, например, лазер на свободных электронах, в котором можно в широких пределах изменять длину волны вплоть до мягкого рентгеновского излучения и которому как раз необходимо много электрической энергии, выдаваемой малогабаритным ядерным реактором. Такой лазер активно разрабатывается в интересах ВМФ США. Однако применение лазера на свободных электронах в БЛК «Пересвет» маловероятно, поскольку в настоящее время практически нет информации о разработках в России лазеров такого типа, не считая участия в России в программе Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах.
Необходимо понимать, что оценка вероятности применения в БЛК «Пересвет» того или иного решения дана достаточно условно: наличие лишь косвенной информации, полученной из открытых источников, не позволяет сформулировать выводы с высокой степенью достоверности.
Возможно, что вывод о высокой вероятности того, что в БЛК «Пересвет» используется лазер с ядерной накачкой, отчасти сделан не только на основании объективных факторов, но и на подспудном желании этого автором. Ибо в случае, если в России действительно создан лазер с ядерной накачкой мощностью мегаватт и более, это открывает крайне интересные перспективы по созданию комплексов вооружений, способных радикально изменить облик поля боя. Но об этом мы поговорим в другом материале.
P. S. Для исключения вопросов и споров о влиянии атмосферы и погоды на работу лазеров крайне рекомендуется изучить книгу А. С. Борейшо «Мощные мобильные химические лазеры», по крайней мере, главу 6 под названием «Распространение лазерного излучения на оперативных дистанциях».
- Андрей Митрофанов
- strana-rosatom.ru, ruspekh.ru, «Мощные мобильные химические лазеры. А.С. Борейшо», element114.narod.ru, book.sarov.ru, cosmos.mirtesen.ru, vniief.ru, atominfo.ru
- Лазерное оружие: технологии, история, состояние, перспективы. Часть 1
Лазерное оружие: перспективы в военно-воздушных силах. Часть 2
Лазерное оружие: сухопутные войска и ПВО. Часть 3
Лазерное оружие: военно-морской флот. Часть 4
Противостоять свету: защита от лазерного оружия. Часть 5
Лазерное оружие на боевых самолётах. Можно ли ему противостоять?
Информация