1. СЛУШАТЬ
2. Сила власти
3. Волокна в центре внимания
4. Сила в цифрах

Lucasfilm / 20th Century Fox / Коллекция Кобала

Молчащий самолет-дрон скользит над засушливым ландшафтом Нью-Мексико - пока он внезапно не выйдет из-под контроля и не упадет на землю.

Затем минометный снаряд поднимается из своей пусковой установки, высоко дуги и начинает спускаться к своей цели - только вспыхнуть и взорваться в середине полета.

На полу пустыни, на вершине большого грузовика песочного цвета, кубический механизм поворачивает и запускает невидимый инфракрасный луч, чтобы поражать одну цель за другой. Этот мобильный лазерный демонстратор высокой энергии (HEL MD) является прототипом лазерного оружия, разработанного для армии США аэрокосмическим гигантом Boeing из Чикаго, штат Иллинойс. Внутри грузовика инженер электрофизики Boeing Стефани Блаунт смотрит на цели на экране своего ноутбука и направляет лазер с помощью портативного игрового контроллера. «Это очень похоже на игру», - говорит она.

СЛУШАТЬ

Энди Экстанс обсуждает военную реальность лазерного оружия

Вам может потребоваться более свежий браузер или установить последнюю версию плагина Adobe Flash.

Это кажется вполне естественным: лазерное оружие является одним из основных продуктов современных видеоигр, а различные виды лучевой пушки широко использовались в научной фантастике на протяжении десятилетий, пока в 1960 году не был продемонстрирован первый реальный лазер. Но это уже не фантастика. Прототип Boeing является лишь одним из нескольких таких видов оружия, разработанных в последние годы как в Соединенных Штатах, так и в Европе, во многом благодаря появлению относительно дешевых, портативных и надежных лазеров, которые генерируют свои лучи с использованием оптических волокон.

Производительность этого волоконного оружия измеряется в киловаттах (кВт), что на несколько порядков меньше, чем у устройств класса мегаватт, когда-то предусмотренных для Инициативы по стратегической обороне США - в конечном итоге неудачного плана холодной войны, в котором пытались использовать лазеры для отключения баллистических ракет, несущих ядерные боеголовки.

Но современное, менее амбициозное оружие находится на грани реального развертывания. Испытания, подобные тестам системы Boeing, показывают, что лазеры обладают достаточной мощностью, чтобы преодолевать угрозы со стороны террористических групп - за долю от стоимости обычных средств защиты. «Это очень рентабельное решение для вывоза дешевого оружия, такого как небольшие минометы или ракеты, изготовленные из канализационной трубы», - говорит Блаунт.

Например, в конце 2014 года ВМС США показали, что установленная на корабле система лазерного оружия под названием LaWS может быть нацелена на небольшие лодки, например, те, которые используются террористами и пиратами. Это экспериментальное оружие в настоящее время установлено на USS Ponce , десантном корабле поддержки в Персидском заливе.

Предупреждают разработчики о том, что от необходимости наращивать мощность оружия до сложности работы лазера в тумане и облаках сохраняется множество проблем с полномасштабным развертыванием. Но специалисты по обороне и безопасности начинают серьезно относиться к лазерам. «После почти полувековых поисков американские военные сегодня находятся на пороге окончательного развертывания оперативно значимого оружия направленной энергии», - писал Пол Шарр, специалист по передовым технологиям из Центра новой американской безопасности в Вашингтоне, округ Колумбия. CNAS), в отчете о лазерном оружии, выпущенном в апреле 1 ,

Сила власти

Лазерное оружие издавна очаровывало разработчиков оружия, особенно в период расцвета Инициативы по стратегической обороне, прозванной «Звездные войны», в 1980-х и 1990-х годах. Расходы США на исследования лазерного оружия достигли максимума в 1989 году, когда, согласно отчету CNAS 1 Правительство потратило сумму, эквивалентную 2,4 млрд. долларов США в 2014 году. С тех пор финансирование продолжалось на более низких уровнях. И все же первоначальная цель - сбивать входящие баллистические ракеты - оказалась недостижимой.

Трюк с любым лазерным оружием состоит в том, чтобы сфокусировать его энергию в достаточно маленьком месте, чтобы нагреть и повредить цель - и сделать это с помощью машины, которая достаточно компактна и портативна для поля битвы. Это легче сказать, чем сделать. Например, в 1996 году ВВС США инициировали проект создания воздушного лазера в качестве одного из вкладов в защиту от баллистических ракет. Поскольку в то время было невозможно электрически генерировать необходимые мегаватты оптической мощности, разработчики выбрали химический кислородно-йодный лазер (COIL), который мог бы работать на основе химической реакции. Но COIL был настолько громоздким, что его можно было перевозить только на Boeing 747, и оставил мало места для лазерного топлива. «Для этого потребовались удаленные смесительные установки и химические вещества весом в десятки тысяч фунтов», - говорит Пол Шаттак, руководитель систем направленной энергии для Lockheed Martin Space Systems, которые обеспечили технологию управления лучом проекта.

По словам Филиппа Спрангла, старшего научного сотрудника по физике направленной энергии в Военно-морской исследовательской лаборатории в Вашингтоне, округ Колумбия, еще одной серьезной проблемой была атмосфера. Он говорит, что не только луч был рассеян пылью и естественной турбулентностью, но и его прохождение вызвало «тепловое цветение». Спрэнгл объясняет, что когда луч распространяется с очень высокой мощностью, «атмосфера поглощает лазерный свет, нагревая воздух и вызывая распространение лазерного луча». Это распространение, в свою очередь, рассеивало энергию лазера.

Хорошая новость для проекта Airborne Laser заключалась в том, что, по крайней мере, у этой проблемы было решение: технология адаптивной оптики, аналогичная той, которая используется астрономами для уточнения их взгляда на звезды (см. Nature 517, 430 - 432; 2015 ). Эта технология использует зеркала для автоматического искажения лазерного луча таким образом, чтобы нейтрализовать эффекты турбулентности, что дает тот же результат, что и пара очков, исправляющих аберрации в глазу. «Когда лазерный луч проходит сквозь атмосферу, - говорит Шаттак, - он очищается, и приятно, когда он попадает в цель».

К 2010 году адаптивная оптика была достаточно хороша для воздушного десанта, чтобы уничтожить баллистическую ракету в полете. Однако к тому времени такие проблемы с материально-техническим обеспечением, как проблема размеров, привели к тому, что министерство обороны в целом утратило энтузиазм в отношении энергетического оружия. К началу 2012 года программа Airborne Laser была полностью отменена. В то же время расходы департамента на высокоэнергетические лазеры в целом снижались; он сократился с 961 млн долларов в 2007 году до 344 млн долларов в 2014 году.

Волокна в центре внимания

Деньги не исчезли полностью: внимание уже сместилось на волоконные лазеры, чтобы обеспечить более экономичный результат. Волоконные лазеры были изобретены в 1963 году, а с 1990-х годов они были почти полностью разработаны IPG Photonics в Оксфорде, штат Массачусетс. В то время как другие твердотельные лазеры используют жесткие стержни, пластины или диски из кристалла для генерации пучка и поэтому должны быть достаточно большими, волоконные лазеры используют тонкие оптические волокна, которые можно обернуть в компактные катушки (см. «Мощность волокна» ). Волокна могут собирать свою оптическую энергию от более ярких версий дешевых лазерных диодов, используемых в DVD-плеерах, а затем усиливать свет до более высокой мощности с общей эффективностью преобразования электричества в оптические элементы, превышающей 30%. Это по меньшей мере вдвое превышает эффективность, типичную для других твердотельных лазеров, и близка к эффективности химических лазеров, таких как COIL. И, будучи по своей природе длинными и тонкими, волокна имеют высокое отношение площади поверхности к объему и могут очень быстро излучать отработанное тепло - способность, которая помогает лазерам работать долго и требовать минимального обслуживания.

Эти преимущества впервые привлекли внимание в 1990-х годах, когда волоконные лазеры начали использоваться для усиления оптических сигналов, несущих интернет-данные через подводные кабели. Но с начала 2000-х годов IPG сосредоточилась на разработке промышленных лазеров киловаттного класса для сварки, сверления и резки - устройств, которые также привлекли внимание военных исследователей.

Около 2010 года, вспоминает Шаттук, он и его коллеги из «Локхид Мартин» слышали от израильских гражданских лиц, на которых были нацелены ракеты, выпущенные из сектора Газа. «Мэр деревни встал и сказал:« Пожалуйста, дайте мне какую-то защиту », - говорит Шаттак. Это вдохновило компанию Lockheed Martin на разработку системы защиты от боеприпасов (ADAM), которая использует готовый 10-киловаттный лазер от IPG для снижения затрат. С 2012 года компания показала, что ADAM может отключать такие цели, как лодки, дроны и имитируемые малокалиберные ракеты, на расстоянии около 1,5 километров. Несмотря на то, что не желая раскрывать цену ADAM - или кто-нибудь ее купил - Lockheed Martin говорит, что теперь она готова предоставить эту систему клиентам.

Блаунт менее настороженно относится к прототипу Boeing HEL MD, в котором также используется коммерческий волоконный лазер мощностью 10 кВт. По ее словам, поскольку система получает энергию от двигателя автомобиля или отдельного генератора, «для того, чтобы запустить лазер достаточно долго, чтобы отключить много целей», требуется менее двух чашек топлива ». Это делает его гораздо дешевле использовать для обороны, чем обычные ракеты. «Недорогая ракета стоит 100 000 долларов, и это один выстрел», - говорит Дэвид ДеЮнг, директор Boeing по системам направленной энергии. «Один выстрел в систему лазерного оружия стоит меньше 10 долларов».

Блаунт подчеркивает, что возрождение лазерного оружия обязано, по крайней мере, в такой же степени передовым системам распознавания и нацеливания изображений, как и самому лазеру. «Чем лучше система наведения и отслеживания, - говорит она, - тем лучше вы сможете направить луч в наиболее уязвимую точку цели».

Благодаря компьютеризированному прицеливанию HEL MD может работать в полностью автономном режиме, который Boeing успешно протестировал в мае 2014 года, хотя испытания обнаружили неожиданную проблему. Лазерный луч оружия тихий и невидимый, и не все цели взрываются, когда они уничтожены, поэтому автоматическая битва может быть закончена, прежде чем операторы заметят что-либо. «Обязательства происходят быстро, и если вы не смотрите на экран 24–7, вы их никогда не увидите», - говорит Блаунт. «Таким образом, мы встроили звук в каждый раз, когда запускаем лазер. Мы планируем воспользоваться множеством звуковых фрагментов Star Trek и Star Wars ».

Сила в цифрах

Наведение и прицеливание могут быть готовы к битве, но сила все еще остается проблемой. Мощность 10 кВт коммерческого лазера - это нижний предел того, что полезно для лазерного оружия. А использование волокон накладывает ограничения на мощность и качество луча - не в последнюю очередь потому, что при высоких мощностях каскад фотонов, проходящих через волокно, может нагревать его быстрее, чем он может излучать энергию, и, таким образом, может вызывать повреждение. Чтобы избежать этого, исследователи работают над объединением мощности нескольких лазеров.

Идеальным способом сделать это было бы «когерентное объединение», при котором волны от каждого лазера объединяются в тесно синхронизированную формацию. По словам Цо Йи Фана, ученого-лазера из Массачусетского технологического института, работающего в оборонной лаборатории Линкольна в Лексингтоне, эта техника широко используется. Но согласованности гораздо сложнее достичь с помощью видимого и инфракрасного света. Волны каждого лазера должны иметь практически одинаковые длины волн, плоскости их колебаний должны точно совпадать, а пики и впадины каждой волны должны совпадать. «В радиочастотах или микроволнах длина волны составляет несколько сантиметров», - говорит Фан. «В оптике длина волны составляет около микрометра, поэтому возможность выполнять такие виды контроля была действительно трудной».

Но это может не иметь большого значения, говорит Спрэнгл. В 2006 году он и его команда сообщили о компьютерном моделировании, предполагая, что «некогерентная комбинация» нескольких волоконно-лазерных лучей, попадающих в одну точку, будет почти столь же эффективной, как и когерентная комбинация. 2 , При любом подходе, говорит он, «когда вы распространяетесь на большие расстояния через атмосферную турбулентность, вы получаете примерно одинаковую мощность на цель». В 2009 году его группа подтвердила эту теорию, используя зеркала для объединения 4 волоконно-лазерных лучей в 5-сантиметровое пятно на цели на расстоянии более 3 километров. 3 ,

Опираясь на работу Спрэнгла, Управление военно-морских исследований США разработало LaWS мощностью 30 кВт, который бессвязно объединяет шесть коммерческих волоконных лазеров. LaWS был установлен на USS Ponce с сентября 2014 года, и был протестирован на таких объектах, как небольшие лодки и беспилотники.

Специалист по ракетам MBDA Германия в Шробенхаузене разработал аналогичный подход 4 , В октябре 2012 года фирма успешно использовала комбинированную волоконно-лучевую систему мощностью 40 кВт для уничтожения модельных артиллерийских снарядов, буксируемых в воздухе на расстоянии около 2 километров. Испытания MBDA также помогли развенчать научно-фантастическую идею о том, что отражающая броня защищает от лазерного оружия. Они обнаружили, что любая пыль на зеркальной поверхности может сгореть и привести к разрушению цели даже быстрее, чем с неотражающей поверхностью.

Маркус Мартинштеттер из MBDA Future Systems Directorate утверждает, что высокоточное нацеливание сводит к минимуму вероятность случайного нанесения вреда посторонним при попытке сбить цели, особенно по сравнению с обычными взрывчатыми веществами. «Риск осколков боеприпасов отсутствует, и мы начинаем облучение только тогда, когда цель точно находится на цели», - говорит он.

Lockheed Martin также работает над лазерным оружием, которое может поразить цели, которые являются более сложными или более отдаленными, чем это может быть достигнуто с помощью его недорогой системы ADAM. Например, в марте компания сообщила, что система Advanced Test High Energy Asset (ATHENA) может отключить работающий двигатель небольшого грузовика, установленного на испытательной платформе. ATHENA использует систему адаптивной оптики, аналогичную воздушному лазеру, в сочетании с волоконно-лазерной системой Lockheed Accelerated Laser Demonstration Initiative (ALADIN).

Boeing

Высокомощный лазерный мобильный демонстратор может сбивать дронов.

ALADIN объединяет мощность нескольких волоконных лазеров, каждый с немного различной длиной волны, в один луч мощностью 30 кВт. Этот подход «объединения длин волн» возник в лаборатории Линкольна. 5 и аналогичен методам, которые направляют интернет-трафик в оптоволоконные кабели. Фан отмечает, что этот метод проще, чем когерентное объединение, но дает лучи более высокого качества, чем некогерентное объединение, поэтому он может легче поражать меньшие цели с больших расстояний.

Джейсон Эллис, приглашенный сотрудник CNAS и ведущий автор доклада о лазерном оружии аналитического центра 1 говорит, что такие разработки убеждают его в том, что волоконно-лазерное оружие достигает совершеннолетия и что новые достижения могут довести его до сотен киловатт и расширить диапазон до сотен километров.

Несмотря на такие достижения, опрос в феврале 2014 года 6 из специалистов по национальной безопасности США обнаружили, что только одна пятая считает, что технологии оружия направленной энергии будут зрелыми в течение десятилетия.

Майкл Картер, руководитель программы по фотонным наукам в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в Калифорнии, предупреждает, что современные лазеры очень далеки от своих научно-фантастических аналогов. «Они еще не фазер Star Trek », - говорит он. «Люди говорят о скорости света, но для сноса целей все еще требуется время. На самом базовом уровне, если вы не можете его увидеть - если слишком много дождя или тумана - ваш лазер не сможет поразить его ». Он предполагает, что наибольшая ценность нынешнего поколения демонстрационных систем может заключаться в том, как справиться с такими более широкими проблемами, прежде чем появятся лучшие лазеры. «Не путайте то, что они делают на USS Ponce, за новое стратегическое превосходство», - предупреждает Картер. «Это может быть первым шагом в этом направлении, но сам по себе он не изменит игру».

Даже оружейные компании осторожны, чтобы не преувеличивать свое дело. Например, MBDA ожидает, что потребуется 3–5 лет, чтобы действительно работающие системы появились даже в диапазоне десятков киловатт. И в некоторых обстоятельствах, таких как туманный день, обычное оружие всегда будет более эффективным. «Вы даете защитнику будущего и то, и другое передаете выбор в их руки», - рекомендует ДеЮнг.

Несмотря на свои скромные возможности, Шарре утверждает, что волокно-лазерное оружие может занять свою нишу в военной обороне США через 5–10 лет. «Они могут быть не такими великими и стратегическими, как концепция« Звездных войн », - говорит он, - но они могут спасти жизни, защитить американские базы, корабли и военнослужащих».

Похожие