Es wird allgemein angenommen, dass der Weltraum die beste Umgebung für den Einsatz von Laserwaffen (LW) ist. Das ist einerseits logisch: Im Weltraum kann sich Laserstrahlung praktisch ohne Störungen durch Atmosphäre, Wetterbedingungen, natürliche und künstliche Hindernisse ausbreiten. Andererseits gibt es Faktoren, die den Einsatz von Laserwaffen im Weltraum erheblich erschweren.
Merkmale des Betriebs von Lasern im Weltraum
Das erste Hindernis für den Einsatz von Hochleistungslasern im Weltraum ist ihr Wirkungsgrad, der bei den besten Produkten bis zu 50 % beträgt, die restlichen 50 % entfallen auf die Erwärmung des Lasers und seiner Umgebung.
Auch unter den Bedingungen der Planetenatmosphäre - an Land, auf Wasser, unter Wasser und in der Luft - gibt es Probleme mit der Kühlung leistungsstarker Laser. Dennoch sind die Möglichkeiten zur Kühlung von Geräten auf dem Planeten viel höher als im Weltraum, da im Vakuum die Übertragung überschüssiger Wärme ohne Massenverlust nur mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung möglich ist.
Die Wasser- und Unterwasserkühlung des LO ist am einfachsten zu organisieren - sie kann mit Meerwasser durchgeführt werden. Am Boden können Sie massive Radiatoren mit Wärmeableitung in die Atmosphäre verwenden. Die Luftfahrt kann den entgegenkommenden Luftstrom nutzen, um das Flugzeug zu kühlen.
Im Weltraum werden zur Wärmeabfuhr Kühler in Form von Rippenrohren verwendet, die mit zylindrischen oder konischen Platten verbunden sind, in denen ein Kühlmittel zirkuliert. Mit zunehmender Leistung von Laserwaffen nehmen Größe und Masse der zu ihrer Kühlung notwendigen Kühler zu, außerdem können die Masse und insbesondere die Abmessungen der Kühler die Masse und Abmessungen von die Laserwaffe selbst.
Im sowjetischen Orbital-Kampflaser "Skif", der von der superschweren Trägerrakete "Energia" in die Umlaufbahn gebracht werden sollte, sollte ein gasdynamischer Laser zum Einsatz kommen, dessen Kühlung höchstwahrscheinlich von das Ausstoßen einer Arbeitsflüssigkeit. Zudem könnte der begrenzte Vorrat an Arbeitsflüssigkeit an Bord kaum die Möglichkeit eines Langzeitbetriebs des Lasers bieten.
Energiequellen
Das zweite Hindernis ist die Notwendigkeit, Laserwaffen mit einer starken Energiequelle auszustatten. Eine Gasturbine oder ein Dieselmotor im Weltraum können nicht eingesetzt werden, sie brauchen viel Treibstoff und noch mehr Oxidationsmittel, chemische Laser mit ihren begrenzten Reserven an Arbeitsflüssigkeit sind für die Platzierung im Weltraum nicht die beste Wahl. Es bleiben zwei Möglichkeiten - einen Festkörper-/Faser-/Flüssigkeitslaser mit Strom zu versorgen, wofür Solarbatterien mit Pufferspeichern oder Kernkraftwerke (KKW) verwendet werden können, oder Laser mit direktem Pumpen durch Kernspaltungsfragmente (nukleargepumpte Laser) kann verwendet werden.
Reaktor-Laser-Schaltung
Im Rahmen der in den USA durchgeführten Arbeiten im Rahmen des Boing YAL-1-Programms sollte ein 14-Megawatt-Laser eingesetzt werden, um Interkontinentalraketen (Interkontinentalraketen, Interkontinentalraketen) in einer Entfernung von 600 Kilometern zu zerstören. Tatsächlich wurde eine Leistung von etwa 1 Megawatt erreicht, während Trainingsziele in einer Entfernung von etwa 250 Kilometern getroffen wurden. So kann eine Leistung in der Größenordnung von 1 Megawatt als Basis für Weltraumlaserwaffen verwendet werden, die beispielsweise aus einer niedrigen Referenzbahn gegen Ziele auf der Erdoberfläche oder gegen relativ weit entfernte Ziele im Weltraum (wir sind ohne ein Flugzeug zu berücksichtigen, das für Beleuchtungs-»Sensoren ausgelegt ist).
Bei einem Laserwirkungsgrad von 50 % ist es erforderlich, dem Laser 2 MW elektrische Energie zuzuführen, um 1 MW Laserstrahlung zu erhalten (eigentlich mehr, da noch der Betrieb von Hilfsgeräten und die Kühlung sichergestellt werden müssen) System). Ist es möglich, solche Energie mit Sonnenkollektoren zu gewinnen? So erzeugen beispielsweise auf der Internationalen Raumstation (ISS) installierte Sonnenkollektoren zwischen 84 und 120 kW Strom. Die Abmessungen der Solarzellen, die benötigt werden, um die angegebene Leistung zu erhalten, können aus den fotografischen Bildern der ISS leicht abgeschätzt werden. Ein Design, das einen 1-MW-Laser mit Energie versorgen kann, wäre enorm und würde minimale Tragbarkeit erfordern.
Sie können eine Batteriebaugruppe als Stromquelle für einen leistungsstarken Laser auf mobilen Trägern betrachten (in jedem Fall wird sie als Puffer für Solarbatterien benötigt). Die Energiedichte von Lithiumbatterien kann 300 W*h/kg erreichen, d.h. um einen 1-MW-Laser mit einem Wirkungsgrad von 50% bereitzustellen, werden für 1 Stunde Dauerbetrieb mit Strom Batterien mit einem Gewicht von etwa 7 Tonnen benötigt. Es scheint nicht so viel? Unter Berücksichtigung der Notwendigkeit, tragende Strukturen, begleitende Elektronik und Geräte zur Aufrechterhaltung des Temperaturregimes von Batterien festzulegen, beträgt die Masse der Pufferbatterie etwa 14-15 Tonnen. Darüber hinaus wird es Probleme beim Betrieb von Batterien bei extremen Temperaturen und Weltraumvakuum geben - ein erheblicher Teil der Energie wird "verbraucht", um die Lebensdauer der Batterien selbst zu gewährleisten. Das Schlimmste daran ist, dass der Ausfall einer Batteriezelle zum Ausfall oder sogar zur Explosion der gesamten Batteriebatterie sowie des Lasers und des Trägerraumfahrzeugs führen kann.
Die Verwendung zuverlässigerer Energiespeicher, die aus Sicht ihres Betriebs im Weltraum bequem sind, wird aufgrund ihrer geringeren Energiedichte in Bezug auf W * h. höchstwahrscheinlich zu einer noch größeren Zunahme der Masse und Abmessungen der Struktur führen / kg.
Wenn wir jedoch keine stundenlangen Anforderungen an Laserwaffen stellen, sondern mit dem LR spezielle Probleme lösen, die alle paar Tage einmal auftreten und eine Lasereinsatzzeit von nicht mehr als fünf Minuten erfordern, dann zieht dies eine entsprechende Vereinfachung der Batterie. … Die Batterien können über Sonnenkollektoren aufgeladen werden, deren Größe einer der Faktoren sein wird, die die Häufigkeit des Einsatzes von Laserwaffen einschränken
Eine radikalere Lösung ist der Einsatz eines Atomkraftwerks. Derzeit verwenden Raumfahrzeuge thermoelektrische Radioisotop-Generatoren (RTGs). Ihr Vorteil ist die relative Einfachheit des Designs, der Nachteil ist die geringe elektrische Leistung, die bestenfalls mehrere hundert Watt beträgt.
In den USA wird ein Prototyp des vielversprechenden Kilopower RTG getestet, bei dem Uran-235 als Brennstoff verwendet wird, Natrium-Heatpipes zur Wärmeabfuhr verwendet und Wärme mit einem Stirlingmotor in Strom umgewandelt wird. Im Prototyp des Kilopower-Reaktors mit einer Leistung von 1 Kilowatt wurde ein recht hoher Wirkungsgrad von ca. 30 % erreicht, das letzte Exemplar des Kilopower-Kernreaktors soll 10 Jahre lang kontinuierlich 10 Kilowatt Strom produzieren.
Der Stromversorgungskreis des LR mit ein oder zwei Kilopower-Reaktoren und einem Pufferspeicher kann bereits betriebsbereit sein und ermöglicht einen periodischen Betrieb eines 1-MW-Lasers im Kampfmodus für etwa fünf Minuten alle paar Tage über eine Pufferbatterie
In Russland entstehen ein Kernkraftwerk mit einer elektrischen Leistung von ca. 1 MW für ein Transport- und Leistungsmodul (TEM) sowie thermische Emissionskernkraftwerke nach dem Hercules-Projekt mit einer elektrischen Leistung von 5-10 MW. Kernkraftwerke dieser Art können Laserwaffen bereits ohne Zwischenhändler in Form von Pufferbatterien mit Strom versorgen, ihre Errichtung ist jedoch mit großen Problemen konfrontiert, was angesichts der Neuheit der technischen Lösungen, der Besonderheiten der Betriebsumgebung und die Unmöglichkeit, intensive Tests durchzuführen. Weltraum-Atomkraftwerke sind ein Thema für ein eigenes Material, auf das wir definitiv zurückkommen werden.
Wie bei der Kühlung einer leistungsstarken Laserwaffe bringt auch der Einsatz eines Kernkraftwerks der einen oder anderen Art einen erhöhten Kühlbedarf mit sich. Kühlschränke-Heizkörper sind in Bezug auf Masse und Abmessungen eines der wichtigsten Elemente eines Kraftwerks, deren Masseanteil je nach Art und Leistung des Kernkraftwerks zwischen 30% und 70% liegen kann.
Der Kühlbedarf kann reduziert werden, indem die Frequenz und Dauer der Laserwaffe reduziert wird und indem RTG-Kernkraftwerke mit relativ geringer Leistung verwendet werden, um den Pufferenergiespeicher wieder aufzuladen
Besonders hervorzuheben ist die Platzierung von kerngepumpten Lasern im Orbit, die keine externen Stromquellen benötigen, da der Laser direkt durch die Produkte einer Kernreaktion gepumpt wird. Einerseits werden kerngepumpte Laser auch massive Kühlsysteme benötigen, andererseits kann das Schema zur direkten Umwandlung von Kernenergie in Laserstrahlung einfacher sein als bei einer zwischenzeitlichen Umwandlung der von einem Kernreaktor freigesetzten Wärme in elektrische Energie, was eine entsprechende Reduzierung von Größe und Gewicht nach sich zieht.
Somit erschwert das Fehlen einer Atmosphäre, die die Ausbreitung von Laserstrahlung auf der Erde verhindert, die Konstruktion von Weltraumlaserwaffen erheblich, vor allem in Bezug auf Kühlsysteme. Die Stromversorgung von Weltraumlaserwaffen ist nicht viel weniger problematisch.
Es kann davon ausgegangen werden, dass in der ersten Phase, ungefähr in den dreißiger Jahren des XXI Lagereinheiten für einen ausreichend langen Zeitraum von mehreren Tagen
Von einem massiven Einsatz von Laserwaffen "gegen Hunderte ballistischer Raketen" ist daher kurzfristig nicht die Rede. Laserwaffen mit erweiterten Fähigkeiten werden nicht früher erscheinen, als Kernkraftwerke der Megawatt-Klasse erstellt und getestet werden. Und die Kosten von Raumfahrzeugen dieser Klasse sind schwer vorherzusagen. Wenn wir darüber hinaus über militärische Operationen im Weltraum sprechen, gibt es technische und taktische Lösungen, die die Effizienz von Laserwaffen im Weltraum weitgehend reduzieren können.
Nichtsdestotrotz können Laserwaffen, auch solche mit begrenzter Dauereinsatzzeit und Einsatzhäufigkeit, zu einem unverzichtbaren Werkzeug für die Kriegsführung im und aus dem Weltraum werden.
