Laserwaffen sind immer umstritten. Einige halten es für eine Waffe der Zukunft, während andere die Wahrscheinlichkeit, dass in naher Zukunft wirksame Muster solcher Waffen auftauchen, kategorisch bestreiten. Die Leute dachten schon vor ihrem tatsächlichen Erscheinen über Laserwaffen nach, erinnern wir uns an das klassische Werk "The Hyperboloid of Engineer Garin" von Alexei Tolstoi (natürlich zeigt das Werk nicht genau einen Laser an, sondern eine Waffe in Aktion und Konsequenzen verwenden).
Die Schaffung eines echten Lasers in den 50er - 60er Jahren des XX Jahrhunderts brachte das Thema Laserwaffen erneut auf. Im Laufe der Jahrzehnte ist es zu einem unverzichtbaren Bestandteil von Science-Fiction-Filmen geworden. Echte Erfolge waren viel bescheidener. Ja, Laser besetzten eine wichtige Nische in Aufklärungs- und Zielbestimmungssystemen, sie sind in der Industrie weit verbreitet, aber für den Einsatz als Zerstörungsmittel war ihre Leistung immer noch unzureichend und ihre Gewichts- und Größeneigenschaften waren inakzeptabel. Wie haben sich Lasertechnologien entwickelt, inwieweit sind sie heute für militärische Anwendungen reif?
Der erste funktionsfähige Laser wurde 1960 entwickelt. Es war ein gepulster Festkörperlaser auf Basis eines künstlichen Rubins. Zum Zeitpunkt der Erstellung waren dies die höchsten Technologien. Heutzutage kann ein solcher Laser zu Hause zusammengebaut werden, während seine Pulsenergie 100 J erreichen kann.
Ein Stickstofflaser ist noch einfacher zu implementieren, für seine Implementierung sind keine komplexen kommerziellen Produkte erforderlich, er kann sogar mit in der Atmosphäre enthaltenem Stickstoff betrieben werden. Mit geraden Armen kann es zu Hause einfach zusammengebaut werden.
Seit der Entwicklung des ersten Lasers wurden zahlreiche Wege gefunden, um Laserstrahlung zu gewinnen. Es gibt Festkörperlaser, Gaslaser, Farbstofflaser, Freie-Elektronen-Laser, Faserlaser, Halbleiterlaser und andere Laser. Laser unterscheiden sich auch in der Art und Weise, wie sie angeregt werden. Beispielsweise kann bei Gaslasern verschiedener Bauart das aktive Medium durch optische Strahlung, elektrische Stromentladung, chemische Reaktion, Kernpumpen, thermisches Pumpen (gasdynamische Laser, GDLs) angeregt werden. Das Aufkommen von Halbleiterlasern führte zu Lasern des DPSS-Typs (Diodengepumpter Festkörperlaser).
Verschiedene Ausführungen von Lasern liefern Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen, von weichen Röntgenstrahlen bis hin zu Infrarotstrahlung. Harte Röntgen- und Gammalaser sind in der Entwicklung. Auf diese Weise können Sie einen Laser basierend auf dem zu lösenden Problem auswählen. Im Hinblick auf militärische Anwendungen bedeutet dies beispielsweise die Möglichkeit, einen Laser mit Strahlung einer solchen Wellenlänge zu wählen, die von der Atmosphäre des Planeten nur minimal absorbiert wird.
Seit der Entwicklung des ersten Prototyps wurde die Leistung kontinuierlich gesteigert, die Gewichts- und Größeneigenschaften sowie der Wirkungsgrad (Wirkungsgrad) der Laser verbessert. Dies ist am Beispiel von Laserdioden sehr deutlich zu sehen. In den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts erschienen Laserpointer mit einer Leistung von 2-5 mW auf dem breiten Verkauf, in den Jahren 2005-2010 war es bereits möglich, einen Laserpointer mit 200-300 mW zu kaufen, jetzt, im Jahr 2019, gibt es Laserpointer mit einer optischen Leistung von 7 im AngebotIn Russland gibt es Module von Infrarot-Laserdioden mit faseroptischem Ausgang, optische Leistung von 350 W.
Die Steigerungsrate der Leistung von Laserdioden ist gemäß dem Mooreschen Gesetz mit der Steigerungsrate der Rechenleistung von Prozessoren vergleichbar. Laserdioden sind natürlich nicht geeignet, um Kampflaser herzustellen, aber sie werden wiederum verwendet, um effiziente Festkörper- und Faserlaser zu pumpen. Bei Laserdioden kann der Wirkungsgrad der Umwandlung von elektrischer Energie in optische Energie über 50% betragen, theoretisch können Sie einen Wirkungsgrad von über 80% erreichen. Der hohe Wirkungsgrad senkt nicht nur den Strombedarf, sondern vereinfacht auch die Kühlung der Lasergeräte.
Ein wichtiges Element des Lasers ist das Strahlfokussierungssystem – je kleiner der Punktbereich auf dem Ziel, desto höher die Leistungsdichte, die Schaden zulässt. Fortschritte in der Entwicklung komplexer optischer Systeme und das Aufkommen neuer optischer Hochtemperaturmaterialien ermöglichen hocheffiziente Fokussiersysteme. Das Fokussier- und Zielsystem des amerikanischen experimentellen Kampflasers HEL umfasst 127 Spiegel, Linsen und Lichtfilter.
Ein weiterer wichtiger Baustein, der die Entwicklung von Laserwaffen ermöglicht, ist die Entwicklung von Systemen zur Führung und Führung des Strahls auf das Ziel. Um Ziele mit einem "Sofort"-Schuss zu treffen, werden in Sekundenbruchteilen Gigawatt-Leistungen benötigt, aber die Schaffung solcher Laser und Stromversorgungen dafür auf einem mobilen Chassis ist eine Frage der fernen Zukunft. Um Ziele mit Lasern mit einer Leistung von Hunderten von Kilowatt - Dutzenden von Megawatt zu zerstören, ist es daher erforderlich, den Laserstrahlungsfleck für einige Zeit (von einigen Sekunden bis zu mehreren zehn Sekunden) auf dem Ziel zu halten. Dies erfordert hochpräzise und schnelle Antriebe, die laut Leitsystem das Ziel mit dem Laserstrahl verfolgen können.
Beim Schießen auf große Entfernungen muss das Leitsystem die durch die Atmosphäre verursachten Verzerrungen kompensieren, wofür mehrere Laser für verschiedene Zwecke im Leitsystem verwendet werden können, um eine genaue Führung des Haupt-"Kampf"-Lasers zum Ziel zu gewährleisten.
Welche Laser wurden im Waffenbereich vorrangig entwickelt? Aufgrund des Fehlens von Hochleistungsquellen für optisches Pumpen sind gasdynamische und chemische Laser zu solchen geworden.
Ende des 20. Jahrhunderts wurde die öffentliche Meinung durch das Programm der American Strategic Defense Initiative (SDI) aufgewühlt. Als Teil dieses Programms war geplant, Laserwaffen am Boden und im Weltraum einzusetzen, um sowjetische Interkontinentalraketen (Interkontinentalraketen, Interkontinentalraketen) zu besiegen. Für die Platzierung im Orbit sollten nukleargepumpte Laser im Röntgenbereich oder chemische Laser mit einer Leistung von bis zu 20 Megawatt verwendet werden.
Das SDI-Programm war mit zahlreichen technischen Schwierigkeiten konfrontiert und wurde eingestellt. Gleichzeitig ermöglichten einige der im Rahmen des Programms durchgeführten Forschungen ausreichend leistungsstarke Laser. 1985 zerstörte ein Deuteriumfluorid-Laser mit einer Ausgangsleistung von 2,2 Megawatt eine ballistische Rakete mit Flüssigtreibstoff, die 1 Kilometer vom Laser entfernt befestigt war. Durch die 12-sekündige Bestrahlung verloren die Wände des Raketenkörpers an Festigkeit und wurden durch den Innendruck zerstört.
In der UdSSR wurde auch die Entwicklung von Kampflasern durchgeführt. In den achtziger Jahren des 20. Jahrhunderts wurde an der Skif-Orbitalplattform mit einem gasdynamischen Laser mit einer Leistung von 100 kW gearbeitet. Das großformatige Modell Skif-DM (Polyus-Raumsonde) wurde 1987 in die Erdumlaufbahn geschossen, gelangte jedoch aufgrund einer Reihe von Fehlern nicht in die berechnete Umlaufbahn und wurde entlang einer ballistischen Flugbahn in den Pazifischen Ozean geflutet. Der Zusammenbruch der UdSSR machte diesem und ähnlichen Vorhaben ein Ende.
Im Rahmen des Terra-Programms wurden in der UdSSR groß angelegte Studien zu Laserwaffen durchgeführt. Das Programm des zonalen Raketen- und Weltraumabwehrsystems mit einem Strahlauftreffelement basierend auf Hochleistungs-Laserwaffen "Terra" wurde von 1965 bis 1992 umgesetzt. Nach offenen Daten im Rahmen dieses Programms gasdynamische Laser, Festkörperlaser, explosive Jod-Photodissoziation und andere Typen wurden entwickelt.
Auch in der UdSSR wurde ab Mitte der 70er Jahre des 20. Jahrhunderts auf Basis des Il-76MD-Flugzeugs ein luftgestützter Laserkomplex A-60 entwickelt. Ursprünglich sollte der Komplex automatisch treibende Ballons bekämpfen. Als Waffe sollte ein vom Khimavtomatika Design Bureau (KBKhA) entwickelter kontinuierlicher gasdynamischer CO-Laser der Megawattklasse installiert werden.
Im Rahmen der Tests wurde eine Familie von GDT-Bankmustern mit einer Strahlungsleistung von 10 bis 600 kW erstellt. Es ist davon auszugehen, dass zum Zeitpunkt der Erprobung des A-60-Komplexes auf diesem ein 100 kW-Laser installiert war.
Mehrere Dutzend Flüge wurden mit dem Test der Laserinstallation auf einem Stratosphärenballon in einer Höhe von 30-40 km und auf dem Ziel La-17 durchgeführt. Einige Quellen weisen darauf hin, dass der Komplex mit dem A-60-Flugzeug als Luftfahrtlaserkomponente der Raketenabwehr im Rahmen des Terra-3-Programms erstellt wurde.
Welche Lasertypen sind derzeit am vielversprechendsten für militärische Anwendungen? Mit allen Vorteilen gasdynamischer und chemischer Laser haben sie erhebliche Nachteile: die Notwendigkeit von Verschleißteilen, Startträgheit (nach einigen Quellen bis zu einer Minute), erhebliche Wärmefreisetzung, große Abmessungen und die Ausbeute an verbrauchten Komponenten des aktiven Mediums. Solche Laser können nur auf großen Medien platziert werden.
Die größten Perspektiven haben derzeit Festkörper- und Faserlaser, für deren Betrieb sie lediglich mit ausreichender Leistung versorgt werden müssen. Die US Navy entwickelt aktiv die Freie-Elektronen-Lasertechnologie. Ein wichtiger Vorteil von Faserlasern ist ihre Skalierbarkeit, d.h. die Möglichkeit, mehrere Module zu kombinieren, um mehr Leistung zu erhalten. Wichtig ist auch die umgekehrte Skalierbarkeit, wenn ein Festkörperlaser mit einer Leistung von 300 kW erstellt wird, dann kann auf seiner Basis sicherlich ein kleinerer Laser mit einer Leistung von beispielsweise 30 kW erstellt werden.
Wie sieht es mit Faser- und Festkörperlasern in Russland aus? Die Wissenschaft der UdSSR in Bezug auf die Entwicklung und Herstellung von Lasern war die fortschrittlichste der Welt. Leider hat der Zusammenbruch der UdSSR alles verändert. Eines der weltweit größten Unternehmen für die Entwicklung und Produktion von Faserlasern IPG Photonics wurde von dem gebürtigen Russen V. P. Gapontsev auf Basis des russischen Unternehmens NTO IRE-Polyus gegründet. Die Muttergesellschaft IPG Photonics ist derzeit in den USA registriert. Obwohl sich einer der größten Produktionsstandorte von IPG Photonics in Russland (Frjasino, Region Moskau) befindet, operiert das Unternehmen nach US-Recht und seine Laser dürfen nicht in den russischen Streitkräften eingesetzt werden, ua muss das Unternehmen die Sanktionen einhalten Russland auferlegt.
Die Leistungsfähigkeit der Faserlaser von IPG Photonics ist jedoch extrem hoch. IPG Hochleistungs-Dauerstrich-Faserlaser haben einen Leistungsbereich von 1 kW bis 500 kW sowie einen breiten Wellenlängenbereich, und der Wirkungsgrad der Umwandlung von elektrischer Energie in optische Energie erreicht 50 %. Die Divergenzeigenschaften von IPG-Faserlasern sind anderen Hochleistungslasern weit überlegen.
Gibt es in Russland noch andere Entwickler und Hersteller moderner Hochleistungs-Faser- und Festkörperlaser? Nach den Handelsmustern zu urteilen, Nr.
Ein heimischer Hersteller im Industriesegment bietet Gaslaser mit einer maximalen Leistung von mehreren zehn kW an. So präsentierte die Firma "Laser Systems" im Jahr 2001 einen Sauerstoff-Jod-Laser mit einer Leistung von 10 kW und einem chemischen Wirkungsgrad von über 32 %, der die vielversprechendste kompakte autonome Quelle für leistungsstarke Laserstrahlung dieser Art ist. Theoretisch können Sauerstoff-Jod-Laser Leistungen von bis zu einem Megawatt erreichen.
Gleichzeitig ist nicht ganz auszuschließen, dass russischen Wissenschaftlern auf der Grundlage eines tiefen Verständnisses der Physik von Laserprozessen ein Durchbruch in einer anderen Richtung bei der Entwicklung von Hochleistungslasern gelungen ist.
Im Jahr 2018 kündigte der russische Präsident Wladimir Putin den Peresvet-Laserkomplex an, der Raketenabwehrmissionen lösen und feindliche Orbiter zerstören soll. Informationen über den Peresvet-Komplex werden klassifiziert, einschließlich der Art des verwendeten Lasers (Laser?) und der optischen Leistung.
Es ist davon auszugehen, dass der wahrscheinlichste Kandidat für die Installation in diesem Komplex ein gasdynamischer Laser ist, ein Nachkomme des Lasers, der für das A-60-Programm entwickelt wird. In diesem Fall kann die optische Leistung des Lasers des "Peresvet"-Komplexes 200-400 Kilowatt betragen, im optimistischen Szenario bis zu 1 Megawatt. Als weiterer Kandidat kommt der bereits erwähnte Sauerstoff-Jod-Laser in Frage.
Wenn wir davon ausgehen, dann auf der Seite der Kabine des Hauptfahrzeugs des Peresvet-Komplexes ein Diesel- oder Benzingenerator für elektrischen Strom, ein Kompressor, ein Lagerfach für chemische Komponenten, ein Laser mit Kühlsystem und a Laserstrahlführungssystem sind vermutlich in Reihe geschaltet. Radar- oder Zielerkennungs-OLS ist nirgendwo zu sehen, was eine externe Zielbestimmung impliziert.
In jedem Fall können sich diese Annahmen als falsch erweisen, sowohl im Zusammenhang mit der Möglichkeit, grundlegend neue Laser durch inländische Entwickler zu schaffen, als auch im Zusammenhang mit dem Fehlen zuverlässiger Informationen über die optische Leistung des Peresvet-Komplexes. Insbesondere gab es in der Presse Informationen über das Vorhandensein eines kleinen Atomreaktors als Energiequelle im Komplex "Peresvet". Wenn dies zutrifft, können die Konfiguration des Komplexes und die möglichen Merkmale völlig unterschiedlich sein.
Welche Leistung wird benötigt, damit ein Laser effektiv für militärische Zwecke als Zerstörungsmittel eingesetzt werden kann? Dies hängt maßgeblich vom beabsichtigten Einsatzbereich und der Art der getroffenen Ziele sowie der Art ihrer Zerstörung ab.
Der luftgestützte Selbstverteidigungskomplex Vitebsk umfasst eine aktive Störsenderstation L-370-3S. Es wirkt ankommenden feindlichen Raketen mit einem thermischen Zielsuchkopf entgegen, indem es infrarote Laserstrahlung blendet. Unter Berücksichtigung der Abmessungen der aktiven Störsenderstation L-370-3S beträgt die Leistung des Lasersenders maximal mehrere zehn Watt. Dies reicht kaum aus, um den thermischen Zielsuchkopf der Rakete zu zerstören, aber es reicht völlig aus, um vorübergehend zu blenden.
Bei den Tests des A-60-Komplexes mit einem 100-kW-Laser wurden die L-17-Ziele getroffen, die ein Analogon eines Düsenflugzeugs darstellen. Die Reichweite der Zerstörung ist unbekannt, es kann davon ausgegangen werden, dass sie etwa 5-10 km betrug.
Beispiele für Tests von Fremdlasersystemen:
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Basierend auf dem oben Gesagten können wir annehmen:
- Um kleine UAVs in einer Entfernung von 1-5 Kilometern zu zerstören, ist ein Laser mit einer Leistung von 2-5 kW erforderlich;
- Um ungelenkte Minen, Granaten und hochpräzise Munition in einer Entfernung von 5-10 Kilometern zu zerstören, ist ein Laser mit einer Leistung von 20-100 kW erforderlich;
- Um Ziele wie ein Flugzeug oder eine Rakete in einer Entfernung von 100-500 km zu treffen, wird ein Laser mit einer Leistung von 1-10 MW benötigt.
Laser der angegebenen Leistungen existieren entweder bereits oder werden in absehbarer Zeit entwickelt. Welche Arten von Laserwaffen in naher Zukunft von Luftwaffen, Bodentruppen und der Marine eingesetzt werden können, werden wir in der Fortsetzung dieses Artikels betrachten.
