BLK "Peresvet": hur fungerar det ryska lasersvärdet?

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Sedan starten har lasrar kommit att ses som vapen med potential att revolutionera strid. Sedan mitten av 1900-talet har lasrar blivit en integrerad del av science fiction-filmer, vapen från supersoldater och interstellära fartyg.

Men som ofta är fallet i praktiken stötte utvecklingen av högeffektslasrar på stora tekniska svårigheter, vilket har lett till att den huvudsakliga nischen av militärlasrar hittills har blivit deras användning i spaning, sikte och målbeteckningssystem. Ändå slutade inte arbetet med att skapa stridslasrar i de ledande länderna i världen praktiskt taget inte, program för att skapa nya generationer av laservapen ersatte varandra.

Tidigare har vi undersökt några av stadierna i utvecklingen av lasrar och skapandet av laservapen, samt utvecklingsstadierna och den nuvarande situationen i skapandet av laservapen för flygvapnet, laservapen för markstyrkor och luftvärn, laservapen för flottan. För närvarande är intensiteten i program för att skapa laservapen i olika länder så hög att det inte längre råder någon tvekan om att de snart kommer att dyka upp på slagfältet. Och det kommer inte att vara så lätt att skydda sig mot laservapen som vissa tror, åtminstone kommer det definitivt inte att gå att göra med silver.

Om du tittar noga på utvecklingen av laservapen i främmande länder kommer du att märka att de flesta av de föreslagna moderna lasersystemen är implementerade på basis av fiber- och solid-state-lasrar. Dessutom är dessa lasersystem för det mesta utformade för att lösa taktiska problem. Deras uteffekt sträcker sig för närvarande från 10 kW till 100 kW, men i framtiden kan den ökas till 300-500 kW. I Ryssland finns det praktiskt taget ingen information om arbetet med att skapa stridslasrar i taktisk klass; vi kommer att prata om skälen till varför detta händer nedan.

Den 1 mars 2018 tillkännagav Rysslands president Vladimir Putin, i samband med sitt meddelande till federala församlingen, tillsammans med ett antal andra banbrytande vapensystem, Peresvet laser combat complex (BLK), vars storlek och avsedda syfte innebär dess användning för att lösa strategiska problem.

Peresvetkomplexet är omgivet av en slöja av hemlighetsmakeri. Egenskaperna hos andra nyaste typer av vapen (komplex "Dagger", "Avangard", "Zircon", "Poseidon") uttrycktes i en eller annan grad, vilket delvis tillåter oss att bedöma deras syfte och effektivitet. Samtidigt lämnades ingen specifik information om Peresvet-laserkomplexet: varken typen av den installerade lasern eller energikällan för den. Följaktligen finns det ingen information om komplexets kapacitet, vilket i sin tur inte tillåter oss att förstå dess verkliga kapacitet och de mål och mål som satts upp för det.

Laserstrålning kan erhållas på dussintals, kanske till och med hundratals sätt. Så vilken metod för att erhålla laserstrålning implementeras i den nyaste ryska BLK "Peresvet"? För att svara på frågan kommer vi att överväga olika versioner av Peresvet BLK och bedöma graden av sannolikhet för deras genomförande.

Informationen nedan är författarens antaganden baserade på information från öppna källor som publicerats på Internet.

BLK "Peresvet". Utförande nummer 1. Fiber, solid state och flytande lasrar

Som nämnts ovan är huvudtrenden i skapandet av laservapen utvecklingen av komplex baserade på fiberoptik. Varför händer det här? Eftersom det är lätt att skala kraften i laserinstallationer baserade på fiberlasrar. Med hjälp av ett paket med moduler på 5-10 kW, erhåll strålning vid utgången med en effekt på 50-100 kW.

Kan Peresvet BLK implementeras på basis av dessa teknologier? Det är högst troligt att det inte är det. Den främsta anledningen till detta är att under åren av perestrojkan "flytt" den ledande utvecklaren av fiberlasrar, IRE-Polyus Scientific and Technical Association, från Ryssland, på grundval av vilken det transnationella företaget IPG Photonics Corporation bildades, registrerade i USA och är nu världsledande inom branschen högeffektfiberlasrar. Internationell verksamhet och den huvudsakliga registreringsplatsen för IPG Photonics Corporation innebär dess strikta lydnad mot amerikansk lagstiftning, vilket, med tanke på den nuvarande politiska situationen, inte innebär överföring av kritisk teknologi till Ryssland, vilket naturligtvis inkluderar teknik för att skapa hög- kraftlasrar.

Kan fiberlasrar utvecklas i Ryssland av andra organisationer? Kanske, men osannolikt, eller medan dessa är produkter med låg effekt. Fiberlasrar är en lönsam kommersiell produkt, därför indikerar frånvaron av högeffekts inhemska fiberlasrar på marknaden sannolikt deras faktiska frånvaro.

Situationen är liknande med halvledarlasrar. Förmodligen är det svårare att implementera en batchlösning bland dem, men det är ändå möjligt, och i främmande länder är detta den näst mest utbredda lösningen efter fiberlasrar. Information om högeffekts industriella solid-state lasrar tillverkade i Ryssland hittades inte. Arbete med solid-state-lasrar utförs vid Institutet för laserfysikforskning RFNC-VNIIEF (ILFI), så teoretiskt kan en solid-state-laser installeras i Peresvet BLK, men i praktiken är detta osannolikt, eftersom i början mer kompakta prover av laservapen skulle med största sannolikhet dyka upp eller experimentella installationer.

Det finns ännu mindre information om flytande lasrar, även om det finns information om att en laser för flytande krigföring håller på att utvecklas (har den utvecklats, men avvisades den?) I USA under programmet HELLADS (High Energy Liquid Laser Area Defense System, "Defense) system baserat på en högenergivätskelaser"). Förmodligen har flytande lasrar fördelen av att kunna kyla, men lägre effektivitet (effektivitet) jämfört med solid state-lasrar.

Under 2017 kom information om placeringen av Polyus Research Institute av ett anbud för en integrerad del av forskningsarbetet (FoU), vars syfte är att skapa ett mobilt laserkomplex för att bekämpa små obemannade flygfarkoster (UAV) på dagtid och skymningsförhållanden. Komplexet bör bestå av ett spårningssystem och konstruktion av målflygvägar, vilket ger målbeteckning för styrsystemet för laserstrålning, vars källa kommer att vara en flytande laser. Av intresse är kravet som anges i arbetsbeskrivningen för att skapa en flytande laser, och samtidigt kravet på närvaron av en fiberkraftlaser i komplexet. Antingen är det ett feltryck eller så har en ny typ av fiberlaser med ett flytande aktivt medium i en fiber utvecklats (utvecklats), som kombinerar fördelarna med en vätskelaser när det gäller bekvämligheten med kylning och en fiberlaser för att kombinera emitter paket.

De främsta fördelarna med fiber-, solid-state och flytande lasrar är deras kompakthet, möjligheten till en batch ökning av kraften och enkel integration i olika klasser av vapen. Allt detta är till skillnad från BLK "Peresvet" laser, som uppenbarligen inte utvecklades som en universell modul, utan som en lösning gjord "med ett enda syfte, enligt ett enda koncept." Därför kan sannolikheten för implementering av BLK "Peresvet" i version nr 1 baserat på fiber-, solid-state och flytande lasrar bedömas som låg.

BLK "Peresvet". Utförande nummer 2. Gasdynamiska och kemiska lasrar

Gasdynamiska och kemiska lasrar kan betraktas som en föråldrad lösning. Deras största nackdel är behovet av ett stort antal förbrukningsbara komponenter som är nödvändiga för att upprätthålla reaktionen, vilket säkerställer mottagandet av laserstrålning. Ändå var det kemiska lasrar som utvecklades mest under utvecklingen av 70-80-talet av XX-talet.

Tydligen erhölls för första gången kontinuerliga strålningseffekter över 1 megawatt i Sovjetunionen och USA på gasdynamiska lasrar, vars drift är baserad på adiabatisk kylning av uppvärmda gasmassor som rör sig med överljudshastighet.

I Sovjetunionen, sedan mitten av 70-talet av 1900-talet, utvecklades ett luftburet laserkomplex A-60 på basis av flygplanet Il-76MD, förmodligen beväpnat med en RD0600-laser eller dess analog. Ursprungligen var komplexet avsett att bekämpa automatiska drivande ballonger. Som ett vapen skulle en kontinuerlig gasdynamisk CO-laser av megawattklass utvecklad av Khimavtomatika Design Bureau (KBKhA) installeras. Som en del av testerna skapades en familj av GDT-bänkprover med en strålningseffekt från 10 till 600 kW. Nackdelarna med GDT är den långa strålningsvåglängden på 10,6 μm, vilket ger en hög diffraktionsdivergens hos laserstrålen.

Ännu högre strålningseffekter erhölls med kemiska lasrar baserade på deuteriumfluorid och med syre-jod (jod) lasrar (COILs). Särskilt inom ramen för programmet Strategic Defense Initiative (SDI) i USA skapades en kemisk laser baserad på deuteriumfluorid med en effekt på flera megawatt; inom ramen för US National Anti-Ballistic Missile Defense (NMD))-programmet, Boeing ABL (AirBorne Laser) flygkomplex med en syre-jodlaser med en effekt av storleksordningen 1 megawatt.

VNIIEF har skapat och testat världens mest kraftfulla pulsade kemiska laser för reaktion av fluor med väte (deuterium), utvecklat en repetitivt pulsad laser med en strålningsenergi på flera kJ per puls, en pulsrepetitionshastighet på 1–4 Hz, och en strålningsdivergens nära diffraktionsgränsen och en verkningsgrad på cirka 70 % (den högsta uppnådda för lasrar).

Under perioden 1985 till 2005. lasrar utvecklades på icke-kedjereaktion av fluor med väte (deuterium), där svavelhexafluorid SF6, dissocierande i en elektrisk urladdning (fotodissociationslaser?), användes som ett fluorinnehållande ämne. För att säkerställa långvarig och säker drift av lasern i ett repetitivt pulsat läge har installationer med en sluten cykel för att byta arbetsblandning skapats. Möjligheten att erhålla en strålningsdivergens nära diffraktionsgränsen, en pulsrepetitionshastighet på upp till 1200 Hz och en genomsnittlig strålningseffekt på flera hundra watt visas.

Gasdynamiska och kemiska lasrar har en betydande nackdel, i de flesta lösningar är det nödvändigt att säkerställa påfyllning av "ammunition" -beståndet, som ofta består av dyra och giftiga komponenter. Det är också nödvändigt att rengöra avgaserna från laserns drift. Generellt sett är det svårt att kalla gasdynamiska och kemiska lasrar för en effektiv lösning, varför de flesta länder har gått över till utveckling av fiber-, solid-state och flytande lasrar.

Om vi talar om en laser baserad på icke-kedjereaktionen av fluor med deuterium, dissocierande i en elektrisk urladdning, med en sluten cykel för att ändra arbetsblandningen, då erhölls 2005 krafter på cirka 100 kW, är det osannolikt att under den här gången kunde de föras till en megawattnivå.

När det gäller BLK "Peresvet" är frågan om att installera en gasdynamisk och kemisk laser på den ganska kontroversiell. Å ena sidan finns det en betydande utveckling i Ryssland när det gäller dessa lasrar. Information dök upp på Internet om utvecklingen av en förbättrad version av A 60 - A 60M flygkomplex med en 1 MW laser. Det sägs också om placeringen av "Peresvet"-komplexet på ett hangarfartyg ", som kan vara den andra sidan av samma medalj. Det vill säga, till en början kunde de ha gjort ett kraftfullare markkomplex baserat på en gasdynamisk eller kemisk laser, och nu, efter allfartsvägen, installera det på ett hangarfartyg.

Skapandet av "Peresvet" utfördes av specialister från kärnkraftscentret i Sarov, vid Russian Federal Nuclear Center - All-Russian Research Institute of Experimental Physics (RFNC-VNIIEF), vid det redan nämnda Institutet för laserfysikforskning, som utvecklar bland annat gasdynamiska och syrejodlasrar …

Å andra sidan, vad man än kan säga, är gasdynamiska och kemiska lasrar föråldrade tekniska lösningar. Dessutom cirkulerar information aktivt om närvaron av en kärnenergikälla i Peresvet BLK för att driva lasern, och i Sarov är de mer engagerade i skapandet av den senaste banbrytande tekniken, ofta förknippad med kärnenergi.

Utifrån det föregående kan antas att sannolikheten för implementering av Peresvet BLK i utförande nr 2 på basis av gasdynamiska och kemiska lasrar kan uppskattas som måttlig

Kärnpumpade lasrar

I slutet av 1960-talet började arbetet i Sovjetunionen med att skapa kraftfulla kärnkraftspumpade lasrar. Till en början, specialister från VNIIEF, I. A. E. Kurchatov och forskningsinstitutet för kärnfysik, Moscow State University. Sedan fick de sällskap av forskare från MEPhI, VNIITF, IPPE och andra centra. 1972 exciterade VNIIEF en blandning av helium och xenon med uranklyvningsfragment med hjälp av en VIR 2 pulsad reaktor.

Åren 1974-1976. experiment genomförs i TIBR-1M-reaktorn, där laserstrålningseffekten var cirka 1–2 kW. 1975, på basis av VIR-2-pulsreaktorn, utvecklades en tvåkanalig laserinstallation LUNA-2, som fortfarande var i drift 2005, och det är möjligt att den fortfarande fungerar. 1985 pumpades en neonlaser för första gången i världen vid LUNA-2M-anläggningen.

I början av 1980-talet utvecklade och tillverkade forskare från VNIIEF, för att skapa ett kärnlaserelement som arbetar i ett kontinuerligt läge, en 4-kanals lasermodul LM-4. Systemet exciteras av ett neutronflöde från BIGR-reaktorn. Genereringens varaktighet bestäms av varaktigheten av reaktorns bestrålningspuls. För första gången i världen demonstrerades cw-lasing i kärnpumpade lasrar i praktiken, och effektiviteten hos metoden för transversell gascirkulation demonstrerades. Laserstrålningseffekten var cirka 100 W.

2001 uppgraderades LM-4-enheten och fick beteckningen LM-4M / BIGR. Driften av en kärnlaseranordning med flera element i ett kontinuerligt läge demonstrerades efter 7 års bevarande av anläggningen utan att ersätta optiska element och bränsleelement. LM-4-installationen kan betraktas som en prototyp av en laserreaktor (RL), som har alla dess kvaliteter, förutom möjligheten till en självuppehållande kärnkedjereaktion.

2007, istället för LM-4-modulen, togs LM-8 åtta-kanals lasermodul i drift, där det sekventiella tillägget av fyra och två laserkanaler tillhandahölls.

En laserreaktor är en autonom enhet som kombinerar funktionerna hos ett lasersystem och en kärnreaktor. Den aktiva zonen i en laserreaktor är en uppsättning av ett visst antal laserceller placerade på ett visst sätt i en neutronmoderatormatris. Antalet laserceller kan variera från hundratals till flera tusen. Den totala mängden uran varierar från 5-7 kg till 40-70 kg, linjära dimensioner 2-5 m.

Vid VNIIEF gjordes preliminära uppskattningar av de huvudsakliga energi-, kärnfysikaliska, tekniska och operativa parametrarna för olika versioner av laserreaktorer med lasereffekt från 100 kW och över, som arbetar från bråkdelar av en sekund till kontinuerligt läge. Vi övervägde laserreaktorer med värmeackumulering i reaktorhärden vid lanseringar, vars varaktighet är begränsad av den tillåtna uppvärmningen av härden (värmekapacitetsradar) och kontinuerlig radar med avlägsnande av termisk energi utanför härden.

Förmodligen bör en laserreaktor med en lasereffekt av storleksordningen 1 MW innehålla cirka 3000 laserceller.

I Ryssland utfördes intensivt arbete med kärnpumpade lasrar inte bara vid VNIIEF, utan också vid Federal State Unitary Enterprise State Scientific Center of the Russian Federation - Institute of Physics and Power Engineering uppkallad efter A. I. Leipunsky”, vilket framgår av patentet RU 2502140 för skapandet av” Reaktor-laserinstallation med direkt pumpning av fissionsfragment”.

Specialister från Ryska federationens statliga forskningscenter IPPE har utvecklat en energimodell av ett pulserat reaktor-lasersystem - en kärnpumpad optisk kvantförstärkare (OKUYAN).

Påminner om uttalandet av Rysslands biträdande försvarsminister Yuri Borisov i förra årets intervju med tidningen Krasnaya Zvezda ("Lasersystem har tagits i bruk, vilket gör det möjligt att avväpna en potentiell fiende och träffa alla de föremål som tjänar som mål för laserstrålen i detta system. Våra kärnkraftsforskare har lärt sig att koncentrera den energi som krävs för att besegra fiendens motsvarande vapen praktiskt taget på ett ögonblick, på bråkdelar av en sekund "), vi kan säga att Peresvet BLK är utrustad med inte en liten kärnreaktor i storlek som matar lasern med elektricitet, men med en laserreaktor, där fissionsenergi direkt omvandlas till laserstrålning.

Tvivel väcks endast av det ovan nämnda förslaget att placera Peresvet BLK på planet. Oavsett hur du säkerställer transportflygplanets tillförlitlighet finns det alltid risk för en olycka och en flygkrasch med efterföljande spridning av radioaktivt material. Det är dock möjligt att det finns sätt att förhindra spridning av radioaktivt material när bäraren faller. Ja, och vi har redan en flygande reaktor i en kryssningsmissil, petrellen.

Baserat på det ovanstående kan det antas att sannolikheten för implementering av Peresvet BLK i version 3 baserad på en kärnpumpad laser kan uppskattas som hög

Det är inte känt om den installerade lasern är pulsad eller kontinuerlig. I det andra fallet är tiden för kontinuerlig drift av lasern och de avbrott som måste utföras mellan driftlägen tveksamma. Förhoppningsvis har Peresvet BLK en kontinuerlig laserreaktor, vars drifttid endast begränsas av tillförseln av köldmedium, eller inte begränsas om kylning tillhandahålls på annat sätt.

I detta fall kan den optiska uteffekten för Peresvet BLK uppskattas till intervallet 1-3 MW med utsikten att öka till 5-10 MW. Det är knappast möjligt att träffa en kärnstridsspets ens med en sådan laser, men ett flygplan, inklusive ett obemannat flygfordon, eller en kryssningsmissil är ganska. Det är också möjligt att säkerställa att nästan alla oskyddade rymdfarkoster besegras i låga banor, och eventuellt skada de känsliga elementen i rymdfarkoster i högre banor.

Det första målet för Peresvet BLK kan således vara de känsliga optiska elementen i de amerikanska missilattackvarningssatelliterna, som kan fungera som ett missilförsvarselement i händelse av en amerikansk överraskande avväpnande attack.

Slutsatser

Som vi sa i början av artikeln finns det ett ganska stort antal sätt att få laserstrålning. Utöver de som diskuterats ovan finns det andra typer av lasrar som effektivt kan användas i militära angelägenheter, till exempel en frielektronlaser, där det är möjligt att variera våglängden över ett brett område upp till mjuk röntgenstrålning och som bara behöver mycket elektrisk energi.utfärdat av en liten kärnreaktor. En sådan laser utvecklas aktivt i den amerikanska flottans intresse. Användningen av en fri elektronlaser i Peresvet BLK är dock osannolik, eftersom det för närvarande finns praktiskt taget ingen information om utvecklingen av lasrar av denna typ i Ryssland, förutom deltagande i Ryssland i programmet för den europeiska röntgenfria elektronlaser.

Det är nödvändigt att förstå att bedömningen av sannolikheten för att använda den här eller den lösningen i Peresvet BLK ges ganska villkorligt: närvaron av endast indirekt information som erhållits från öppna källor tillåter inte att formulera slutsatser med en hög grad av tillförlitlighet.