Лазер на полпути к "Звездным воинам"
Лазер на полпути к "Звездным воинам"
Продолжение. Начало в ТиВ № 9/2003 г
Армия США в 1970-х гг. была заинтересована в создании лазерного оружия для поражения самолетов, вертолетов и тактических управляемых снарядов противника, причем требовалось, чтобы установка с лазерным оружием по своим размерам была близка к танку. В 1973 г. начались работы по созданию мобильной лазерной системы оружия, получившей название Mobile Test Unit (MTU). В 1975 г. систему смонтировали на плавающем гусеничном бронетранспортере морской пехоты LVTP-7.
Электроразрядный непрерывный СО?-лазер мощностью 10–15 кВт (по другим данным — несколько десятков киловатт), разработанный фирмой Avco, с системой прицеливания и слежения фирмы Perkin-Elmer снабжался энергией от установленного дополнительного газотурбинного генератора. В бортах по обеим сторонам турбины установили радиаторы для отвода тепла от лазера в атмосферу. До начала демонстрационных испытаний MTU по воздушным целям были проведены ее испытания на пересеченной местности для выяснения, насколько хорошо элементы высокоэнергетического лазера и системы наведения смогут выдерживать вибрации, толчки и удары при транспортировке по плохим дорогам. Ракетное командование армии США заявило, что демонстрационные испытания MTU будут иметь целью широкое исследование потенциальных военных применений лазера и преследуют следующие основные цели:
— определить возможность и целесообразность применения мобильных систем оружия и сухопутных войсках, в первую очередь, для их ПВО;
— проверить и оценить работоспособность как в целом лазерной системы оружия, так и ее основных компонентов в условиях пересеченной местности и низкой прозрачности атмосферы.
Вслед за дорожными испытаниями MTU на одном из ракетных полигонов Редстоунского арсенала 1* начались испытания системы наведения и сопровождения с использованием маломощного лазера. В середине 1970-х гг. мощность непрерывного СО?-лазера на гусеничном шасси увеличили до 30–40 кВт (по другим данным — до 50 кВт), и армия США в 1975 г. провела эксперимент, в ходе которого лазерным лучом были сбиты беспилотный самолет и вертолет. В 1976 г. на полигоне арсенала вновь успешно провели испытания лазерной установки MTU, в ходе которых производились стрельбы по воздушным целям. В результате сбили две радиоуправляемые воздушные мишени MQM-61 "Cardinal", летевшие со скоростью 480 км/ч, и несколько вертолетов-мишеней, высота полета одного из них была около 300 м.
Параллельно Ракетное командование армии США заключило контракты па исследование новых двух возможных применений лазерного оружия:
— с фирмами "Белл Аэроспейс", "Боинг" и TRW заключили контракт LEM- LAW (лазерное оружие на вертолете);
— с фирмами "Гаррет", "Дженерал Электрик" и "ХьюзЭйркрафг" заключили контракт INLAW (лазерное оружие- пехоты). В данном случае речь шла об ослеплении живой силы противника на поле боя и о выводе из строя оптико-электронных средств оружия. В дальнейшем эти эксперименты проводились в рамках программы "Roadninner" (установленная на модернизированной плавающей машине для высадки морской пехоты бортовая система лазерного оружия с импульсным излучением меньшей средней мощности дня уничтожения датчиков, приборов ночного видения и кабин летчиков вертолетов и для поддержки обычных видов войск во время боевых действий). В ней использовались два лазера — на Nd: YAG и на СО?. В открытой печати об этой разработке известно очень мало.
По новой программе, начатой в 1981 г., армией США разрабатывалась подвижная лазерная установка, и был создан демонстрационный образец (MAD), в котором первоначально использовался DF-лазер мощностью 100 кВт, в дальнейшем — мощностью 1,4 МВт. По этой программе на первом этапе исследовался лазер, изучались условия хранения топлива для него и сигнатуры целей. DF-лазер использовался в качестве опытного образца для систем ПВО. С концентрацией усилий на СОИ в 1983–1984 гг. программу закрыли, однако фирма Bell Aerospace Textron продолжала разработку многоцелевого химического лазера MPCL
Главной проблемой в середине 1970-х гг. оставалась энергетическая. Уровень технологии газодинамического или электроразрядного СО-лазера уже допускал его использование на самолете. Но при этом требовались бортовые источники электроэнергии мощностью, как минимум, несколько мегаватт, что приблизительно в 10 раз больше общего объема мощности тяжелого бомбардировщика или транспортного самолета. В связи с этим ВВС США субсидировали исследования в области потенциальных бортовых источников энергии мощностью в несколько мегаватт, обеспечивающих действие лучевого оружия в течение 30 с.
Именно по этой причине в 1970-е гг. надежды на создание лучевого оружия, пригодного для использования на борту самолета, связывали, в основном, с химическими и электрохимическими лазерами смешанного типа. Также перспективным в то время считался электроразрядный лазер на СО, требовавший в два раза меньше электроэнергии по сравнению с электроразрядным лазером на СО? при одинаковых уровнях выходной мощности.
Однако в существовавших химических лазерах, находившихся на ранних стадиях развития, использовался фтор, чрезвычайно коррозионно-активный и токсичный газ. и дейтерий. С ними на борту самолета в обычных условиях было очень нелегко иметь дело. Кроме того, большинство химических лазеров требовало сложных систем накачки. так как лазерная генерация происходила только при чрезвычайно низких давлениях.
В отличие от самолетов, для ПВО кораблей получить большое количество электроэнергии для лучевого оружия с использованием элсктроразрядного лазера оказалось гораздо проще. Но излучение электроразрядных СО?-лазеров с длиной волны 10,6 мкм сильно поглощается водяными парами и молекулами двуокиси углерода в атмосфере. Такое поглощение водяными парами явилось основным Препятствием для применения лазеров на кораблях. Лазер на окиси углерода СО? работает на более короткой длине волны, при которой уменьшается поглощение водяными парами и молекулами двуокиси углерода, однако технически в те годы этот новый тип лазера еще не был полностью разработан.
В результате ВМС США для своей программы демонстрационной системы лазерного оружия выбрали химический лазер на DF, несмотря на опасения, возникавшие в связи с использованием токсичного и коррозионно-активного топлива на борту корабля.
В то же время существенной проблемой для ВМС являлся риск нанести значительные повреждения органам зрения экипажей находящихся поблизости судов и самолетов, хотя остроту этой проблемы могут существенно снизить защитные очки, уменьшающие интенсивность мощного лазерного излучения (МЛИ) до безопасного уровня. 2* Однако установка оптической системы наведения луча высокоэнергетического лазера на цель на палубе корабля или немного ниже ее уровня (для безопасности экипажа) существенно ограничивает дальность действия лазерного оружия по низколетящим противокорабельным ракетам из-за прямолинейного распространения лазерного луча.
Создавая свою "базовую демонстрационную лазерную систему", ВМС в середине 1970-х гг. "в лоб" столкнулись с проблемой выбора места для строительства своего испытательного полигона. Первоначальные планы его размещения в Южной Калифорнии на территории полигона Сан-Хуан Капистрано 3*, принадлежащего фирме TRW
— ведущему разработчику высокомощных химических лазеров в США, подверглись серьезной критике со стороны Комитета палаты представителей по делам вооруженных сил. Комитет очень обеспокоился возможностью снижения накала конкурентной борьбы из-за могущих возникнуть в таком случае долгосрочных обязательств ВМС перед TRW. В качестве альтернативы предложили полигон НАСА в шт. Вирджиния, но он оказался неудобным как для TRW, так и для фирмы "Хьюз Эйркрафт" — разработчика системы наведения лазерного луча. Кроме того, в Комитете отчетливо понимали, что сухой южный калифорнийский климат совсем не соответствует влажной, насыщенной водяными парами среде, в которой реально будет происходить распространение мощного лазерного излучения (МЛИ). В итоге, вместе с типовыми параметрами распространения лазерного луча над морской поверхностью, экспериментально полученными на борту метеорологических кораблей в Тихом океане и в Атлантике, и затем обработанными фирмой "Оушн Дейта Системс", ВМС также получили рекомендацию в 1976 г. рассмотреть другие варианты выбора полигона и закончить создание, но не монтировать окончательно демонстрационную лазерную систему.
1* Редстоунский арсенал армии США примыкает к юго-западной окраине г Хантсвилл. штат Алабама Площадь территории около 150 км На ней располагаются Ракетное командование армии, полигон, производственные и складские здания, а также жилой городок с населением свыше 14 тыс военнослужащих и гражданских лиц В г. Хантсвилл находится Командование стратегической обороны армии, с 1980-х гг осуществляющее руководство НИОКР выполняемыми армией в рамках программы СОИ.
2* Аналогичная проблема появляется и при применении лучевого оружия на самолетах, когда они летят в широко развернутом строю, а также для наземной ПВО
3* Полигон фирмы TRW для отработки и испытаний непрерывных мощных химических лазеров (НХЛ) на HF/DF наземного и космического базирования расположен вблизи г. Сан-Хуан Капистрано, шт. Калифорния В 1970-е гг. здесь были созданы и испытаны лазеры в 1973 г — НХЛ на HF (BDL — Baseline Demonstration Laser, т. е. базовый демонстрационный лазер) мощностью 100 кВт и с длиной волны 2,8 мкм; в 1975 г. — НХЛ на DF (NACL — Navy-APPA Chemical Laser, т е химический лазер ВМС — AFIPA) мощностью 440 кВт и с длиной волны 28 мкм Стендовое оборудование полигона постоянно модернизировалось и расширялось в соответствии с разрабатываемыми образцами лазеров В 1980-е гг. в состав оборудования вошли вакуумные камеры. позволяющие имитировать в процессе испытаний штатные космические условия Здесь же впервые был испытан наиболее мощный в мире НХЛ на DF MIRACL (Mid-lntrared Advanced Chemical Laser, т е химический лазер среднего ИК-диапазона) для программы СОИ. позднее перебазированный на полигон Уайт Сзндз
Основные сооружения лазерного полигона Сан-Хуан Капистрано: 1 — технические здания для размещения экспериментальной лазерной системы оружия. 2 — газгольдеры для компонентов лазерного вещества; 3 — трубопроводы. 4 — ограждение испытательной площадки полигона
В результате демонстрационный эксперимент ВМС, хотя и с некоторой задержкой, но все же провели в 1978 г. в испытательном центре Сан Хуан Капистрано. Он оказался весьма успешным: НХЛ NACL, установленный на испытательном стенде HATS (High- Altitude test Stand — стенд для испытаний в высотных слоях атмосферы), разрушил в полете четыре противотанковые управляемые ракеты (ПТУР) TOW (длина — 1,5 м. диаметр -0,15 м, скорость — 720 км/ч). Результаты этих испытаний американские специалисты оценили как "важную веху" на пути к созданию лазерного оружия, так как они якобы "дали им возможность уяснить принципы действия систем лазерного оружия и показали, что ученые могут прогнозировать характеристики и поражающие факторы лазеров с большой уверенностью…" Военные посчитали успех тем более обнадеживающим. что испытания проходили при наличии у ракет больших ускорений и отсутствии системы радиолокационного наведения на цель. В эксперименте использовалась система наведения с разомкнутым контуром на основе пассивного ИК-датчика. В 1980 г этим же лазером был уничтожен вертолет UН-1 на привязи, выведенный из строя вследствие повреждения топливного бака.
Наиболее продолжительными и важными по значимости не только дня ВВС. но и в целом для МО США явились испытания летающей лазерной лаборатории (ЛЛЛ), оборудованной на модифицированном самолете-заправщике Боинг КС-135.
Проведенные эксперименты по распространению высокоэнергетического лазерного луча в атмосфере показали, что использование лучевого оружия наиболее эффективно при низком атмосферном давлении и выше слоя приземной турбулентности. Это создавало дополнительные преимущества при использовании его дня защиты бомбардировщиков, а также привлекло внимание в связи с трудностью создания для аналогичной цели ракет класса "воздух — воздух", которые могли бы запускаться по всем азимутальным углам с высокоскоростного самолета.
Если бомбардировщик, оснащенный лучевым оружием, мог бы иметь высокую вероятность поражения средств ПВО противника на достаточных дальностях, то он снова мог бы стать эффективным средством ведения боевых действий на больших высотах, в отличие от существующего положения, когда он должен пытаться преодолеть ПВО на малой высоте. Зенитные ракеты обычно имеют относительно тонкую внешнюю обшивку и, следовательно, должны быть весьма уязвимыми от разрушительного действия излучения мощных лазеров при условии, что ракета может быть обнаружена на достаточно большой дальности и лазерный луч направлен точно в цель в течение интервала времени, достаточного для термического или ударного разрушения.
Из-за ограничения количества рабочих газов для лазеров незамкнутого цикла, которое может быть запасено на борту самолета, или из-за ограничения запасов электроэнергии, необходимой для газоразрядных лазеров, луч лазерного оружия должен быть очень точно направлен на наиболее уязвимую выбранную на цели точку, чтобы не расходовать напрасно дорогостоящую энергию. Это накладывало очень жесткие требования на характеристики наведения луча и слежения за движущейся целью. Необходимо также использовать очень узкий луч лазерного локатора, который начинал бы слежение за целью непосредственно после ее обнаружения с помощью РЛС. В качестве альтернативы предполагалось использовать систему точного слежения на основе пассивного ИК-датчика. Однако необходимость применения в системе точного слежения для наведения высокоэнергетического лазерного луча оптических средств давала возможность при пуске зенитных ракет использовать средства противодействия, такие как создание химической аэрозольной завесы для нарушения работы оптического локатора или ИК-датчика. Помимо этого, если бомбардировщик будет вынужден прибегнуть к полету на малой высоте при прорыве интенсивной зоны ПВО, его лазерная локационная установка может стать неэффективной из-за тумана, дождя или снега, также сильно снижающих эффективность лучевого оружия, даже если лазерный локатор продолжает функционировать.
В полете ЛЛЛ NKC- 135А
К началу 1970-х гг. мощность ГДЛ достигла порядка 100 кВт. Лазеры других типов в это время еще находились на начальных стадиях разработки. Поэтому. когда ВВС США с 197.3 г. развернули широкомасштабную программу работ по созданию и испытаниям лазерной летающей лаборатории (ЛЛЛ). на ней решили установить наиболее подходящий для работы на борту самолета газодинамический СО-лазер мощностью несколько десятков киловатт, впоследствии замененный лазером того же типа мощностью 400–500 кВт.
Бортовой ГДЛ не требовал электроэнергии при работе и являлся лазером незамкнутого цикла, выбрасывавшим отработанное рабочее тело в атмосферу. Лазер создала фирма "Юнайтед Текнолоджиз". его установку на борту осуществила фирма "Дженерал Дайнемикс". Поскольку в ГДЛ отработанные тазы возможно выбрасывать при низком давлении окружающей среды (на большой высоте полета), установку удалось создать относительно малых размеров и веса. Тем не менее, масса и объем запасенного рабочего тела и углеводородного топлива (типа JP-4) ограничивали время работы высокоэнергетического лазера 20–30 с.
На перспективу фирма "Дженерал Электрик" по контракту ВВС США начала разработку нового типа ГДЛ (лазер с использованием напора набегающего воздушного потока), в котором для получения рабочего газа (СО) и одновременно его нагрева происходило сгорание углеводородного топлива JP-4 в набегающем потоке воздуха со скоростью 3–6 М.
Для более перспективных электроразрядных СО-лазеров под руководством Лаборатории авиационных двигателей ВВС США начались разработки топливных элементов, способных обеспечивать мощность -1 МВт в течение 30 с. По оценкам фирмы "Юнайтед Текнолоджиз", такой элемент должен был весить приблизительно 1100 кг и занимать объем 1,1 м. Система, использующая перезаряжаемые на земле серебряно-цинковые батареи аналогичной мощности, могла весить приблизительно 1590 кг и иметь объем 0.7 м В 1975 г представитель фирмы "Игл Пикчерз Индастриз" на Национальной конференции по авиационной электронике заявил, что при доработке можно будет уменьшить вес примерно до 1360 кг, объем — до 0.54 м Кроме того, по крайней мере еще 450 кг весят трансформаторы и преобразователи постоянного тока в переменный. которые необходимы для повышения напряжения до требуемой для работы электроразрядного лазера величины.
Алексей Ардашев Семен Федосеев