Desde a sua criação, os lasers passaram a ser vistos como uma arma com potencial para revolucionar o combate. Desde meados do século 20, os lasers se tornaram parte integrante de filmes de ficção científica, armas de super soldados e naves interestelares.
No entanto, como costuma acontecer na prática, o desenvolvimento de lasers de alta potência encontrou grandes dificuldades técnicas, o que levou ao fato de que até agora o principal nicho dos lasers militares passou a ser o seu uso em sistemas de reconhecimento, mira e designação de alvos. No entanto, os trabalhos de criação de lasers de combate nos principais países do mundo praticamente não pararam, os programas de criação de novas gerações de armas a laser se substituíram.
Anteriormente examinamos algumas das etapas do desenvolvimento de lasers e da criação de armas a laser, bem como as etapas de desenvolvimento e a situação atual da criação de armas a laser para a força aérea, armas a laser para as forças terrestres e de defesa aérea, armas a laser para a marinha. No momento, a intensidade dos programas de criação de armas a laser em diversos países é tão alta que não há mais dúvidas de que logo aparecerão no campo de batalha. E não será tão fácil se proteger de armas laser como algumas pessoas pensam, pelo menos definitivamente não será possível fazer com prata.
Se você observar de perto o desenvolvimento de armas a laser em países estrangeiros, notará que a maioria dos sistemas de laser modernos propostos são implementados com base em lasers de fibra e de estado sólido. Além disso, em sua maior parte, esses sistemas a laser são projetados para resolver problemas táticos. Sua potência de saída atualmente varia de 10 kW a 100 kW, mas no futuro pode ser aumentada para 300-500 kW. Na Rússia, praticamente não há informações sobre o trabalho de criação de lasers de combate de classe tática, falaremos a seguir sobre os motivos disso.
Em 1º de março de 2018, o presidente russo Vladimir Putin, no decorrer de sua mensagem à Assembleia Federal, junto com uma série de outros sistemas de armas inovadores, anunciou o complexo de combate a laser Peresvet (BLK), cujo tamanho e finalidade implícita seu uso para resolver problemas estratégicos.
Complexo de laser de combate "Peresvet". Passe por ele com um dosímetro!
O complexo Peresvet é cercado por um véu de sigilo. As características de outros tipos de armas mais recentes (complexos "Dagger", "Avangard", "Zircon", "Poseidon") foram expressas em um grau ou outro, o que nos permite, em parte, julgar seu propósito e eficácia. Ao mesmo tempo, nenhuma informação específica sobre o complexo de laser Peresvet foi fornecida: nem o tipo de laser instalado, nem a fonte de energia para ele. Dessa forma, não há informações sobre a capacidade do complexo, o que, por sua vez, não nos permite compreender suas reais capacidades e as metas e objetivos para ele traçados.
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A radiação laser pode ser obtida de dezenas, talvez até centenas de maneiras. Então, que método de obtenção de radiação laser é implementado no mais novo BLK russo "Peresvet"? Para responder à pergunta, vamos considerar várias versões do Peresvet BLK e estimar o grau de probabilidade de sua implementação.
As informações abaixo são as suposições do autor com base em informações de fontes abertas publicadas na Internet.
BLK "Peresvet". Execução número 1. Lasers de fibra, de estado sólido e líquido
Conforme mencionado acima, a principal tendência na criação de armas a laser é o desenvolvimento de complexos baseados em fibra óptica. Por que isso está acontecendo? Porque é fácil dimensionar a potência das instalações de laser com base em lasers de fibra. Usando um pacote de módulos de 5-10 kW, obtenha radiação de 50-100 kW na saída.
O Peresvet BLK pode ser implementado com base nessas tecnologias? É altamente provável que não. A principal razão para isso é que durante os anos da perestroika, o principal desenvolvedor de lasers de fibra, a Associação Científica e Técnica IRE-Polyus, "fugiu" da Rússia, com base na qual foi formada a corporação transnacional IPG Photonics Corporation, registrada nos Estados Unidos e agora é a líder mundial na indústria. lasers de fibra de alta potência. Os negócios internacionais e o principal local de registro da IPG Photonics Corporation implicam em sua estrita obediência à legislação dos Estados Unidos, o que, dada a situação política atual, não implica a transferência de tecnologias críticas para a Rússia, o que, naturalmente, inclui tecnologias para a criação de poderosos lasers.
A IPG Photonics fabrica lasers de fibra YLS de até 100 kW, que podem ser integrados em conjuntos com uma potência total de até 500 kW. A eficiência dos lasers IPG Photonics chega a 50%.
Os lasers de fibra podem ser desenvolvidos na Rússia por outras organizações? Talvez, mas improvável, ou enquanto estes são produtos de baixa potência. Os lasers de fibra são um produto comercial lucrativo; portanto, a ausência de lasers de fibra domésticos de alta potência no mercado provavelmente indica sua real ausência.
A situação é semelhante com lasers de estado sólido. Presumivelmente, é mais difícil implementar uma solução em lote entre eles, no entanto, é possível, e em países estrangeiros esta é a segunda solução mais difundida depois dos lasers de fibra. Não foram encontradas informações sobre lasers de estado sólido industriais de alta potência de produção russa. O trabalho em lasers de estado sólido é realizado no Instituto de Pesquisa Física do Laser RFNC-VNIIEF (ILFI), então, teoricamente, um laser de estado sólido pode ser instalado no Peresvet BLK, mas na prática isso é improvável, uma vez que amostras mais compactas de armas de laser provavelmente apareceriam primeiro instalações experimentais.
Há ainda menos informações sobre lasers líquidos, embora haja informações de que um laser de guerra líquido está sendo desenvolvido (foi desenvolvido, mas foi rejeitado?) Nos Estados Unidos, sob o programa HELLADS (High Energy Liquid Laser Area Defense System, "Sistema de defesa baseado em um laser líquido de alta energia") Presumivelmente, os lasers líquidos têm a vantagem de serem capazes de resfriar, mas apresentam menor eficiência (eficiência) em comparação com os lasers de estado sólido.
Em 2017, surgiu a informação sobre a colocação do Polyus Research Institute de um concurso para uma parte integrante de trabalhos de investigação (I&D), cujo objetivo é a criação de um complexo móvel de laser para combate a pequenos veículos aéreos não tripulados (VANTs) durante o dia e crepúsculo. O complexo deverá consistir em um sistema de rastreamento e construção de trajetórias de vôo de alvos, fornecendo a designação de alvos para o sistema de orientação da radiação laser, cuja fonte será um laser líquido. De interesse é o requisito especificado na declaração de trabalho sobre a criação de um laser líquido e, ao mesmo tempo, o requisito para a presença de um laser de fibra de potência no complexo. Ou é um erro de impressão ou um novo tipo de laser de fibra com um meio ativo líquido na fibra foi desenvolvido (desenvolvido),combinando as vantagens de um laser líquido para a conveniência de resfriamento e um laser de fibra para a combinação de pacotes emissores.
As principais vantagens dos lasers de fibra, de estado sólido e líquido são a sua compactação, a possibilidade de aumento da potência do lote e a facilidade de integração em várias classes de armas. Tudo isso ao contrário do laser BLK "Peresvet", que foi claramente desenvolvido não como um módulo universal, mas como uma solução feita "com um único propósito, segundo um único conceito". Portanto, a probabilidade de implementação do BLK "Peresvet" na versão nº 1 com base em fibra, lasers de estado sólido e líquido pode ser estimada como baixa.
BLK "Peresvet". Execução número 2. Lasers gás-dinâmicos e químicos
Lasers químicos e dinâmicos de gás podem ser considerados uma solução desatualizada. Sua principal desvantagem é a necessidade de um grande número de componentes consumíveis necessários para manter a reação, o que garante o recebimento da radiação laser. No entanto, foram os lasers químicos os mais desenvolvidos no desenvolvimento das décadas de 70 - 80 do século XX.
Aparentemente, pela primeira vez, potências de radiação contínua de mais de 1 megawatt foram obtidas na URSS e nos EUA usando lasers dinâmicos a gás, cuja operação é baseada no resfriamento adiabático de massas gasosas aquecidas movendo-se em velocidade supersônica.
Na URSS, desde meados dos anos 70 do século 20, um complexo aerotransportado de laser A-60 foi desenvolvido com base na aeronave Il-76MD, presumivelmente armada com um laser RD0600 ou seu análogo. Inicialmente, o complexo destinava-se a combater a deriva de balões automáticos. Um laser CO gás-dinâmico contínuo de uma classe de megawatts desenvolvido pelo Khimavtomatika Design Bureau (KBKhA) deveria ser instalado como uma arma. Como parte dos testes, uma família de amostras de bancada GDT foi criada com uma potência de radiação de 10 a 600 kW. As desvantagens do GDT são o longo comprimento de onda da radiação de 10,6 μm, o que garante uma alta divergência de difração do feixe de laser.
Complexo A-60 e GDL RD0600 desenvolvido pela KBKhA.
Potências de radiação ainda maiores foram obtidas com lasers químicos baseados em fluoreto de deutério e com lasers de iodo-oxigênio (iodo) (COILs). Em particular, no âmbito do programa Strategic Defense Initiative (SDI) nos Estados Unidos, um laser químico à base de fluoreto de deutério com uma potência de vários megawatts foi criado; no âmbito do Programa Nacional de Defesa de Mísseis dos EUA (NMD), o complexo de aviação Boeing ABL (AirBorne Laser) com um laser de iodo de oxigênio com uma potência da ordem de 1 megawatt.
VNIIEF criou e testou o laser químico pulsado mais poderoso do mundo na reação de flúor com hidrogênio (deutério), desenvolveu um laser pulsado repetidamente com uma energia de radiação de vários kJ por pulso, uma taxa de repetição de pulso de 1-4 Hz e uma divergência de radiação próxima ao limite de difração e uma eficiência de cerca de 70% (a mais alta obtida para lasers).
No período de 1985 a 2005. lasers foram desenvolvidos a partir da reação não em cadeia do flúor com hidrogênio (deutério), onde hexafluoreto de enxofre SF6, dissociado em uma descarga elétrica (laser de fotodissociação?), foi utilizado como substância contendo flúor. Para garantir a operação segura e de longo prazo do laser em um modo pulsado repetidamente, foram criadas instalações com um ciclo fechado de mudança da mistura de trabalho. A possibilidade de obter uma divergência de radiação próxima ao limite de difração, uma taxa de repetição de pulso de até 1200 Hz e uma potência de radiação média de várias centenas de watts é mostrada em um laser de descarga elétrica baseado em uma reação química não em cadeia.
Boeing ABL.
Diagrama funcional de um COIL químico e um COIL químico contínuo com potência de 15 kW fabricados pela Laser Systems.
Os lasers gás-dinâmicos e químicos apresentam uma desvantagem significativa, na maioria das soluções é necessário garantir a reposição do estoque de “munições”, muitas vezes constituído por componentes caros e tóxicos. Também é necessário limpar os gases de escape resultantes do funcionamento do laser. Em geral, é difícil chamar os lasers gas-dinâmicos e químicos de uma solução eficaz, razão pela qual a maioria dos países mudou para o desenvolvimento de lasers de fibra, de estado sólido e líquido.
Se falamos de um laser baseado em uma reação não em cadeia de flúor com deutério, se dissociando em uma descarga elétrica, com um ciclo fechado de mudança da mistura de trabalho, então em 2005 potências de cerca de 100 kW foram obtidas, é improvável que durante esse tempo elas pudessem ser trazidas a um nível de megawatt.
No que diz respeito ao Peresvet BLK, a questão da instalação de um laser gás-dinâmico e químico é bastante controversa. Por um lado, a Rússia ainda tem desenvolvimentos significativos nesses lasers. Surgiram informações na Internet sobre o desenvolvimento de uma versão aprimorada do complexo de aviação A 60 - A 60M com laser de 1 MW. Fala-se também da colocação do complexo "Peresvet" em um porta-aviões ", que pode ser o segundo lado da mesma medalha. Ou seja, a princípio poderiam ter feito um complexo terrestre mais potente baseado em um laser gás-dinâmico ou químico, e agora, seguindo a trilha batida, instalá-lo em um porta-aviões.
A criação de "Peresvet" foi realizada por especialistas do centro nuclear de Sarov, do Centro Nuclear Federal Russo - Instituto de Pesquisa de Física Experimental de Toda a Rússia (RFNC-VNIIEF), do já citado Instituto de Pesquisa em Física Laser, que, entre outras coisas, desenvolve lasers gasodinâmicos e de iodo de oxigênio …
Por outro lado, digam o que se diga, lasers gasodinâmicos e químicos são soluções técnicas ultrapassadas. Além disso, há informações circulando ativamente sobre a presença de uma fonte de energia nuclear no Peresvet BLK para alimentar o laser, e em Sarov eles estão mais engajados na criação das mais recentes tecnologias inovadoras, frequentemente associadas à energia nuclear.
Com base no exposto, pode ser assumido que a probabilidade de implementação do Peresvet BLK na Execução No. 2 com base em lasers gasodinâmicos e químicos pode ser estimada como moderada.
Lasers com bomba nuclear
No final da década de 1960, começaram os trabalhos na URSS na criação de lasers nucleares de alta potência. A princípio, especialistas de VNIIEF, I. A. E. Kurchatov e o Instituto de Pesquisa de Física Nuclear da Universidade Estadual de Moscou. Em seguida, eles foram acompanhados por cientistas do MEPhI, VNIITF, IPPE e outros centros. Em 1972, VNIIEF excitou uma mistura de hélio e xenônio com fragmentos de fissão de urânio usando um reator pulsado VIR 2.
Em 1974-1976. experimentos estão sendo realizados no reator TIBR-1M, no qual a potência da radiação laser era de cerca de 1-2 kW. Em 1975, com base no reator pulsado VIR-2, foi desenvolvida uma instalação de laser de dois canais LUNA-2, que ainda estava em operação em 2005, e é possível que ainda esteja funcionando. Em 1985, um laser de neon foi bombeado pela primeira vez no mundo nas instalações do LUNA-2M.
Instalação LUNA-2M.
No início dos anos 1980, os cientistas do VNIIEF desenvolveram e fabricaram um módulo de laser de 4 canais LM-4 para criar um elemento de laser nuclear operando em modo contínuo. O sistema é excitado por um fluxo de nêutrons do reator BIGR. A duração da geração é determinada pela duração do pulso de irradiação do reator. Pela primeira vez no mundo, o laser cw em lasers com bomba nuclear foi demonstrado na prática e a eficiência do método de circulação transversal de gás foi demonstrada. A potência da radiação laser era de cerca de 100 W.
Instalação LM-4.
Em 2001, a unidade LM-4 foi atualizada e recebeu a designação LM-4M / BIGR. A operação de um dispositivo de laser nuclear multi-elemento em modo contínuo foi demonstrada após 7 anos de conservação da instalação sem substituição de elementos ópticos e de combustível. A instalação do LM-4 pode ser considerada um protótipo de reator-laser (RL), possuindo todas as suas qualidades, exceto pela possibilidade de uma reação nuclear em cadeia autossustentável.
Em 2007, em vez do módulo LM-4, foi colocado em operação o módulo laser de oito canais LM-8, no qual foi fornecida a adição sequencial de quatro e dois canais de laser.
Instalação do LM-8.
Um reator a laser é um dispositivo autônomo que combina as funções de um sistema de laser e um reator nuclear. A zona ativa de um reator laser é um conjunto de um certo número de células laser colocadas de uma certa forma em uma matriz moderadora de nêutrons. O número de células a laser pode variar de centenas a vários milhares. A quantidade total de urânio varia de 5-7 kg a 40-70 kg, dimensões lineares de 2-5 m.
No VNIIEF, foram feitas estimativas preliminares dos principais parâmetros energéticos, físico-nucleares, técnicos e operacionais de várias versões de reatores a laser com potência de laser de 100 kW e superior, operando de frações de segundo ao modo contínuo. Foram considerados reatores a laser com acúmulo de calor no núcleo do reator em lançamentos, cuja duração é limitada pelo aquecimento permissível do núcleo (radar capacitivo-calor) e radar contínuo com remoção de energia térmica para fora do núcleo.
Capacidade térmica RL e RL de ação contínua.
Presumivelmente, um reator de laser com uma potência de laser da ordem de 1 MW deve conter cerca de 3.000 células de laser.
Na Rússia, um trabalho intensivo em lasers com bombas nucleares foi realizado não apenas no VNIIEF, mas também no Federal State Unitary Enterprise “State Scientific Center da Federação Russa - Instituto de Física e Engenharia de Energia com o nome de A. I. Leipunsky ", como evidenciado pela patente RU 2502140 para a criação da" Instalação Reator-laser com bombeamento direto por fragmentos de fissão ".
Especialistas do Centro de Pesquisa do Estado da Federação Russa IPPE desenvolveram um modelo de energia de um sistema de laser a reator pulsado - um amplificador quântico óptico com bomba nuclear (OKUYAN).
Módulo laser baseado no reator BARS-5 e um cassete de 37 canais no módulo laser.
OKUYAN baseado no reator BARS-6.
Relembrando a declaração do vice-ministro da Defesa da Rússia, Yuri Borisov, na entrevista do ano passado ao jornal Krasnaya Zvezda (“Entraram em serviço os sistemas laser que permitem desarmar um inimigo potencial e atingir todos os objetos que servem de alvo para o feixe de laser deste sistema. Os nossos cientistas nucleares aprenderam a concentrar energia, necessário para derrotar as armas correspondentes do inimigo praticamente em instantes, em questão de frações de segundo ), podemos dizer que o Peresvet BLK está equipado não com um reator nuclear de pequeno porte alimentando o laser com eletricidade, mas com um reator laser, no qual a energia de fissão é convertida diretamente em radiação laser.
A dúvida só surge com a proposta acima mencionada de colocar o Peresvet BLK no avião. Não importa como você garanta a confiabilidade do porta-aviões, sempre há o risco de um acidente e uma queda de avião com o subsequente espalhamento de materiais radioativos. No entanto, é possível que existam maneiras de evitar a propagação de materiais radioativos quando o portador cair. Sim, e já temos um reator voador em um míssil de cruzeiro, o petrel.
Com base no exposto, pode-se supor que a probabilidade de implementação do Peresvet BLK na versão nº 3 com base em um laser de bomba nuclear pode ser estimada como alta.
Não se sabe se o laser instalado é pulsado ou contínuo. No segundo caso, o tempo de operação contínua do laser e os intervalos que devem ser realizados entre os modos de operação são questionáveis. Felizmente, o Peresvet BLK tem um reator a laser contínuo, o tempo de operação do qual é limitado apenas pelo fornecimento de refrigerante, ou não limitado se o resfriamento for fornecido de alguma outra forma.
Neste caso, a potência óptica de saída do Peresvet BLK pode ser estimada na faixa de 1-3 MW com a perspectiva de aumentar para 5-10 MW. É dificilmente possível atingir uma ogiva nuclear mesmo com esse tipo de laser, mas uma aeronave, incluindo um veículo aéreo não tripulado ou um míssil de cruzeiro, é o bastante. Também é possível garantir a destruição de quase todas as espaçonaves desprotegidas em órbitas baixas e, possivelmente, danificar os elementos sensíveis da espaçonave em órbitas mais altas.
Assim, o primeiro alvo do Peresvet BLK pode ser os elementos ópticos sensíveis dos satélites de alerta de ataque de mísseis dos EUA, que podem atuar como um elemento de uma defesa antimísseis no caso de um ataque surpresa de desarmamento dos EUA.
conclusões
Como dissemos no início do artigo, há um grande número de maneiras de se obter radiação laser. Além dos discutidos acima, existem outros tipos de lasers que podem ser efetivamente usados em assuntos militares, por exemplo, um laser de elétrons livres, no qual é possível variar o comprimento de onda em uma ampla faixa até a radiação de raios-X suave e que só precisa de uma grande quantidade de energia elétrica produzida por um pequeno Reator nuclear. Esse tipo de laser está sendo desenvolvido ativamente no interesse da Marinha dos Estados Unidos. Porém, o uso de um laser de elétron livre no Peresvet BLK é improvável, já que atualmente não há praticamente nenhuma informação sobre o desenvolvimento de lasers desse tipo na Rússia, sem contar a participação da Rússia no programa europeu de laser de elétron livre de raios-X.
É necessário compreender que a avaliação da probabilidade de utilização desta ou daquela solução em Peresvet BLK é dada de forma bastante condicional: a presença apenas de informação indireta obtida de fontes abertas não permite formular conclusões com alto grau de confiabilidade.
É possível que a conclusão sobre a alta probabilidade de que um laser com bomba nuclear seja usado no Peresvet BLK seja feita em parte não apenas com base em fatores objetivos, mas também no desejo latente do autor. Pois se um laser nuclear com uma potência de megawatts ou mais for realmente criado na Rússia, isso abre perspectivas extremamente interessantes para a criação de sistemas de armas capazes de mudar radicalmente a aparência do campo de batalha. Mas falaremos sobre isso em outro artigo.
PS Para excluir dúvidas e disputas sobre a influência da atmosfera e do clima na operação dos lasers, é altamente recomendável estudar o livro de AS Boreisho "Powerful mobile chemical lasers", pelo menos o capítulo 6 intitulado "Propagação da radiação laser a distâncias operacionais".
Autor: Andrey Mitrofanov
