Россия под лазерным прицелом

The Wall Street Journal на днях опубликовал статью, в которой было высказано предположение о том, что разработка авиационного противоракетного лазера (ABL) может пасть жертвой сокращения бюджета. Российские СМИ тут же с радостью сообщили, что Пентагон отказывается от разработки боевых лазеров. Однако это — большое заблуждение.

Сейчас на смену химическим лазерам идут твердотельные системы. Именно на них делает ставку Пентагон, поскольку они гораздо компактнее и проще в эксплуатации, чем химические лазеры, а стоимость их «выстрела» в разы меньше.

Компания «Нортроп» уже представила работоспособный твердотельный лазер мощностью 105 квт и намерена увеличить его мощность до 150 квт. Впоследствии «гиперболоиды» предполагается устанавливать на наземные (HEL TD), морские (MLD) и воздушные платформы (программа HELLADS; лазер для F-35, B-1, X-47). Другое направление продвигает компания Raytheon, сделавшая ставку на волоконные «агрегаты». 50-киловаттный лазер LaWS планируется интегрировать с зенитным артиллерийским комплексом Phalanx CIWS и его сухопутной версией Centurion C-RAM. Кроме того, недавно появилось сообщение об успешном продвижении в США работ по боевому лазеру на свободных электронах.

Доведение «твердотельников» до мегаваттной мощности потребует времени – соответственно, распространение дальнобойных противоракетных лазеров откладывается. Однако тактические лазеры весьма близки к реальному применению.

Так что эксперты Пентагона явно не думают о закрытии перспективных лазерных программ. Более того, в прошлогоднем докладе «Горизонты технологий» говорится о глобальном изменении «правил игры» после распространения «оружия направленной энергии», которое превратит традиционные символы военной мощи в устаревший хлам на уровне пушечных ядер и кавалерии…

А пока в США развиваются лазерные программы, в России наблюдается антилазерная истерия. Байки на тему «лазеры — это блеф и попил» распространяют и блогеры, и «серьезные» издания, и деятели вроде г-на Рухадзе, имевшие некоторое отношение к лазерной программе ТРИДЦАТЬ лет назад – и с тех пор преуспевающие в качестве адвокатов торсионщины.

В итоге вокруг боевых лазеров сформировался эпический набор мифов. Рассмотрим наиболее нелепые из них.

Миф 1. Боевые лазеры разрабатываются четыре десятка лет, прогресса не видно.

Цитата: «В 70-х взяли 150-тонный Боинг-707, прилепили туда лазер и успешно пожгли мелкие ракеты. В 2000-х взяли 350-тонный Боинг-747, прилепили туда лазер потяжелее/помощнее и успешно пожгли ракеты побольше. Лет через 20 выкупят у хохлов списанную «Мрию» (640 тонн) и вот она, Звезда Смерти. Наверное сможет не то что «Скад», а даже какой-нибудь «Тэпходон» (ракету средней дальности) сжечь. Правда, только на полигоне. Один раз».

Под «150-тонным «Боингом-707», на который «прилепили лазер», очевидно, имеется в виду 137-тонный КС-135 (танкер на базе «707»-го), переквалифицированный в 1973 г. в NKC-135ALL. В 1983-м установленный на самолете лазер сбил несколько ракет «воздух-воздух» «Сайдуиндер» на дальности до 5 км – и еще кое-что по мелочи. Что изменилось с тех пор? Согласно вышеприведенному оратору – только размеры самолета.

А как обстоят дела в реальности? Даже так называемые «мегаваттные» (не импульсные!) лазеры 80-х – 90-х мегаватты не излучали, а потребляли. Скажем, лазер Miracl, пышно именуемый в свое время 2,2-мегаваттным, впоследствии фигурировал в форме THEL – «тактического высокоэнергетического лазера» (MIRACL с системой наведения-сопровождения SEALITE), в сверхъестественной мощи отнюдь не замеченного.Что уж говорить о более раннем и в пять раз более слабом ALL.

Есть ли с тех пор прогресс? Лазер ABL имеет мощность 1,1 МВт – и это не потребляемая мощность, а мощность в луче. Таким образом, на 350-тонный Боинг действительно «прилепили» лазер «помощнее» — примерно в 50 раз более мощный, чем на 150-ти тонный. Однако следует понимать, что фактические возможности лазера определяет не мощность как таковая, а уровень концентрации излучения – т.е. способность «пушки» создавать не просто мощный, но и узконаправленный луч. ALL обладал уровнем концентрации излучения 10 в 13-й степени Дж/(ср•с) (ср – стерадиан). На ABL он составляет порядка 10 в 18 степени Дж/(ср•с) – т.е. в 10 тыс. раз больше. Эти достижения складываются не только из прямолинейного роста мощности — последние 30 лет стали периодом чрезвычайно быстрого развития адаптивной оптики, позволяющей компенсировать воздействие турбулентности атмосферы на проходящий луч.

Кроме того, лазеры одного и того же класса радикально уменьшились в размерах. Первая версия THEL весила 180 тонн и с трудом утрамбовывалась в шесть трейлеров. При этом лазер был фторводородным, то есть использовал крайне агрессивные химикаты. Второе поколение «тактиков» (ATL) было уже йод-кислородным и на порядок более компактным. Наконец, новый твердотельный лазер Nortrop весит 1,5 т вместе с системой охлаждения. В дальнейшем его массу предполагается снизить до 750 кг. В итоге наземная версия системы состоит из единственного грузовика HEMTT A3, командного пункта на «Хамви» и буксируемой «двуколки» с радаром AN/MPQ-64.

Разговоры о том, что «боевые лазеры разрабатываются уже сорок лет – значит, они безнадежны», свидетельствуют лишь о безграмотности в технических вопросах. Прорывные технологии ВСЕГДА отрабатываются несколько десятков лет до вступления в фазу зрелости. Так, самолеты к моменту первого полета имели почти 60 лет предыстории – первые летающие модели были построены в 1840-х, полноразмерные аэропланы пытались строить с 1868-го (Можайский). Это, по сути, классическая схема развития любой технологии, использующей новые физические принципы. Сначала – долгий «инкубационный период» без очевидных практических результатов, потом – «большой скачок».

Миф 2. »Лазеры невозможно использовать очень долго, обычно они импульсные, буквально в течение нескольких секунд». В действительности химические и твердотельные боевые лазеры обеспечивают именно непрерывное излучение – в течение минут.

Миф 3. «Энергетика» лазерного оружия ничтожна по сравнению с огнестрельным. «Для сравнения: мощность 76-мм дивизионной пушки Ф-22 образца 1936 года– порядка 150 мегаватт. В 150 раз больше (чем у ABL)!... Это еще мы не учитываем энергию ВВ в самом снаряде. Там еще столько же. Вдумайтесь в этот простейший факт: маленькая древняя пушка времен ВОВ по цене металлолома в сотни раз мощнее ультрасовременного «боевого» лазера весом десятки тонн и стоимостью свыше $5 млрд. Один только выстрел из ABL стоит миллионы долларов. И этот выстрел по энергетике сравним с очередью крупнокалиберного пулемета».

Сравнение мощности, развиваемой в течение 0,01 сек, с мощностью постоянного излучения, и с помощью этого сравнения – «доказывание» неполноценности более «долгоиграющего» оружия противоречит даже курсу школьной физики. Попробуем провести сравнение корректным способом – подсчитав энергию, отправляющуюся к цели.

Дульная энергия 12,7 мм крупнокалиберного пулемета НСВ 15-17,5 кдж, при боевой скорострельности 80-100 выстрелов в минуту. Иными словами, даже 100 квт лазер – это «три с половиной» крупнокалиберных пулемета (6000 кдж/мин против 1750). Вернемся, однако, к пушке. Дульная энергия Ф-22 – 1,35 МДж, в то время как мощность ABL – 1,1 МВт, т.е. 1,1 МДж ЕЖЕСЕКУНДНО. Таким образом, в минуту лазер выбрасывает 48 «снарядов». Переведя мегаватт в тротил, мы получим 240 г взрывчатки в секунду и 14,4 кг в минуту, что эквивалентно содержимому 18 осколочно-фугасных снарядов от все той же пушки.

Однако фактическая «ценность» лазера выше. Дело в том, что даже при прицельной стрельбе из огнестрельного оружия основная часть «энергии» достается не врагу, а окрестному ландшафту. Виной тому – добрый десяток факторов (ветер, колебания влажности, давления и температуры воздуха, сила Кориолиса и т.д.), обеспечивающих пуле/снаряду неизбежное рассеивание. А поток фотонов летит ровно туда, куда его направили – исключая массу непроизводительных потерь.

Миф 4. КПД лазеров — единицы процентов.

Фактически он у боевых лазеров до 20,6%, и это не предел. В рамках программы RELI КПД намечено поднять до 25%. Волоконные лазеры, которые приспособила к военному делу Raytheon, уже сейчас имеют КПД около 30%. У огнестрельного оружия — 20-40%.

Миф 5. Лазерный луч имеет огромную дифракционную расходимость.

«Здесь вступает в силу непреодолимый физически закон дифракции, который гласит – излучение лазера всегда расходится с углом = длина волны/диаметр пучка. Если мы возьмем конкретно боевой инфракрасный лазер с длиной волны 2 мкм (на такой длине работают боевые лазеры THEL и т.п.) и диаметр пучка 1 см, то мы получим угол расхождения 0.2 миллирадиана (это очень маленькое расхождение – например, обычные лазерные указки/дальномеры расходятся на 5 миллирадиан и больше). Расхождение 0.2 мрад. на дистанции 100 метров увеличит диаметр пятна с 1 см до примерно 3 см (если кто еще помнит школьную геометрию). То есть плотность воздействия упадет пропорционально площади в 7 раз всего лишь на 100 метрах. А на километре плотность луча упадет уже в 300 раз».

На самом деле боевой лазер, излучающий пучок исходным диаметром 1 см – это примерно то же, что и маленькие зелёные человечки… т.е. плод нездоровой фантазии, не отягощённой хотя бы минимальными знаниями.

В действительности, при использовании фокусирующей оптики дифракционная расходимость равна примерно λ/D, где лямбда – длина волны, а D – диаметр зеркала (он же – исходный диаметр пучка, постепенно сужающегося к цели из-за фокусировки; большая стартовая «толщина» обеспечивает низкую дифракционную расходимость).

В случае с ABL длина волны равна 1,315 мкм, а диаметр зеркала — 1,5 м, поделив одно на другое, получаем расходимость около 10 в минус 6-й степени радиан. Иными словами, луч лазерного «Боинга» «расплывется» на километровом расстоянии всего на… 1 миллиметр. На расстоянии 200 км, дифракционная расходимость составит 20 см. Фактическая расходимость луча ABL превышает дифракционный предел всего в 1,2 раза.

Миф 6. От лазерного оружия можно легко защититься – например, алюминиевым зеркалом.

Действительно, металлы могут иметь феерические коэффициенты отражения. Однако, во-первых, эти коэффициенты – в значительной мере «бумажные». Реальная ракета после старта будет иметь повреждения и загрязнения. Во-вторых, коэффициенты отражения металлов в ближнем инфракрасном диапазоне, как правило, весьма средние – а именно там и работают современные боевые лазеры. Скажем, алюминий, у которого одни из лучших показателей, имеет громадный коэффициент отражения в ИК-диапазоне. Однако на волне в 1 мкм, коэффициент отражения падает до 75%. Между тем, современные «гиперболоиды» излучают именно в «окрестностях» 1 мкм (ABL – 1,315 мкм). При этом 25% от сотен киловатт с лихвой хватит, чтобы разогреть и подплавить тонкий верхний слой обшивки, на чем отражение и закончится — поглощение лазерного излучения быстро растет вместе с ростом температуры, и резко подскакивает после начала плавления.

А как же «детский» вопрос – «если лазерный луч можно фокусировать и наводить зеркалом, то почему зеркалом нельзя защититься»? В самих лазерах используются, как правило, многослойные диэлектрические зеркала, способные отражать очень много – но в крайне узком диапазоне и только под строго определенными углами. Кроме того, они охлаждаемые – а со всей поверхностью цели это проделать, как правило, невозможно.

Иными словами, простой, эффективной и дешевой защиты от мощных лазеров не существует.

Миф 7. Проблема перегрева для лазеров нерешаема. «На каждый мегаватт энергии генерируется 4 мегаватта тепла, которые способны раскалить самолет докрасна и спалить дотла. Система охлаждения со скоростью газового потока 1800 м/сек (сопло Лаваля) оказалась не способна выдуть все вырабатываемое тепло из фюзеляжа».

В реальности «утилизация» количеств тепла в единицы мегаватт сама по себе достаточно тривиальна. Кто-нибудь видел «раскалившийся докрасна» тепловоз? Между тем, приличный дизель мощностью в пару мегаватт сбрасывает маслу и системе охлаждения более мегаватта тепла. Куда менее проста задача вывода тепла из ограниченного объема собственно «орудия». В случае с химическим лазером ABL разогретые продукты реакции просто выдуваются из резонатора (пресловутым соплом Лаваля), а далее для охлаждения используется жидкий аммиак. Достаточно громоздкая система с проблемными криогенными компонентами — однако она действительно способна «утилизировать» очень внушительные количества тепла.

Тактические твердотельные лазеры, которым предстоит избавляться от 400 квт тепла, вполне обходятся без криогенных «холодильников». Так, HELLADS — это продукт «скрещивания» нормального твердотельника и лазера с жидким рабочим телом; циркуляция последнего и выводит избыточное тепло за пределы «пушки». Примечателен и свежий продукт General Atomic — аккумулятор тепловой энергии, специально созданный для охлаждения лазеров. Модуль весом 35 кг способен поглотить 230 кВт — тепло расплавляет энергоемкий материал, похожий на воск. В итоге режим HELLADS – до двух минут непрерывного излучения с последующим тридцатисекундным перерывом.

Миф 8. Мощных и компактных источников энергии для боевых лазеров не существует.

Отчасти это действительно так – 100 квт твердотельный лазер пока не представляется возможным взгромоздить на что-либо меньшее, чем грузовик из-за необходимости иметь под рукой генератор на 500 квт и конденсаторы соответствующей мощности. Таковы реальные масштабы проблемы – не имеющие ничего общего с фантазиями по поводу «атомных реакторов». На практике гибридный вариант грузовика HEMTT — HEMTT А3 даже в базовой комплектации имеет электрогенератор на 350 киловатт, способный обеспечить до 200 квт «экспортируемой» энергии. При повышении мощности двигателя до 505 л.с. A3 может обеспечить «внешнему» потребителю 400 кВт. Приятным дополнением является батарея конденсаторов на 1,5 мегаджоуля. Иными словами, там, где обитателям блогосферы мерещатся электростанции – на самом деле маячит один грузовик, хотя и довольно высокотехнологичный

Миф 9. Каждый выстрел лазера стоит миллионы.

В действительности один выстрел ABL стоит $10 тыс.; отечественные «16 миллионов» — пропагандистское… преувеличение. Это примерная стоимость незатейливой носимой ПТУР вроде «Фагота». Более серьезные противотанковые ракеты стоят десятки тысяч долларов, Maverick (ракета воздух-поверхность с дальностью в 28 км) – $154 тыс., одна ракета к «Patriot» — $3,8 млн. Стоимость выстрела тактических лазеров еще меньше, чем у ABL — даже у фторводородного THEL она составляла $2-3 тыс., при том, что фактически этот лазер использовал не водород, а достаточно дорогой дейтерий.

Миф 10. Все задачи, которые могут быть решены лазерным оружием, легче и дешевле решаются традиционными средствами.

Эта теория уже доказала свою несостоятельность. Пример — попытки Израиля защититься от ракетных атак ХАМАС с помощью противоракет (система Iron Dome). Один пуск противоракеты обходится в $30- 40 тыс. Стоимость ракеты для «Града» составляет порядка $1 тыс., стоимость «Кассамов» не превышает $200. Таким образом, перехват будет обходиться в 40-200 раз дороже, чем само средство нападения. Как заметил по этому поводу представитель ХАМАС Тарик Абу Назар, «если каждый удар наших ракетчиков будет стоить израильтянам десятки тысяч долларов, мы будем считать, что цель достигнута». В итоге отдельные злобные газетчики обвиняют в «распиле» не разработчиков лазеров, а тех, кто закрыл соответствующую израильско-американскую программу. Ограниченно применимой – из-за малого радиуса действия и огромного расхода боеприпасов — оказалась и система Centurion.

Разумеется, это далеко не полный список легенд о лазерах. Большинство из них построено по тому же принципу — либо сознательная ложь, либо старательное превращение мухи в слона. На самом деле лазеры на поле боя – реальны, а армия, которая сможет обзавестись ими, получит внушительное преимущество. Так, авиация, способная активно обороняться от зенитных ракет и ракет воздух-воздух, станет гораздо менее уязвимой для ПВО.

При этом развитие лазерных технологий является критически важным вовсе не для американцев. Боевые лазеры – очевидный ассиметричный ответ на превосходство Запада по высокоточному оружию. «Идеология» последнего в предельно грубой форме сводиться к тому, что вместо высыпания десятков болванок «по площади» на голову противнику точно «укладывается» единичный, хотя и гораздо более дорогой боеприпас. Однако такая схема особенно уязвима по отношению к лазерным оборонительным системам, которым все равно, что «жечь» — архаический снаряд за две сотни долларов или дорогущий ультрасовременный девайс. При этом количество высокоточных целей не столь велико, а их стоимость – в десятки раз больше, чем у самого дорогостоящего лазерного «выстрела».

Однако вместо попыток догнать Штаты в России ограничиваются разработками лазеров для «функционального» поражения (пресловутый «авиационный лазер» – это именно «ослеплялка», предназначенная для «противодействия средствам разведки противника»).

Зато процветает пропаганда. Причины — очевидны. Во-первых, весьма успешная советская лазерная программа была буквально зарезана в начале 90-х как неперспективная – и персонажи, сделавшие это, не слишком жаждут отвечать за свои решения. Во-вторых, если за производством традиционных видов вооружения маячат бизнес-интересы, то лазерного лобби не существует. А в-третьих, часть российской элиты всегда готова закрыть глаза на усиление ассиметрии в области стратегических вооружений – просто чтобы не раздражать «партнеров».