Луч вместо снаряда

Лазеры приходят в системы оружия в качестве средств поражения 26 Октябрь 2015, 10:43
Единственная практически эксплуатируемая система ПРО на планете — израильская Iron Dome («Железный купол»). С 2011 года она защищает населенные пункты Еврейского государства от ракет палестинских инсургентов. Эффективность работы достаточно высока: в ходе операции «Облачный столп» в ноябре 2012 года была перехвачена 421 ракета, выпущенная по территории Израиля из сектора Газа — поражено приблизительно 85% целей.
Но удовольствие это недешевое: стоимость каждой батареи, по разным источникам, оценивается от $50 млн до $170 млн; дорога и ракета-перехватчик Tamir — от $30 тыс. до $40 тыс. за штуку. При этом значительная часть стоимости приходится на автономную радиолокационную головку самонаведения (АРГСН) изделия, которая осуществляет наведение снаряда на цель на конечном участке траектории. Для решения конкретной поставленной задачи с такой стоимостью можно мириться — дело в том, что ранее ЦАХАЛ выплачивала муниципалитетам, в здания которых попадали палестинские ракеты, по миллиону шекелей ($250 тысяч) за каждую. Но в целом это накладно даже для такого богатого ведомства, как военное.
Израильтяне, несмотря на $300 миллионов, выделенных Конгрессом США на противоракетную защиту их городов, ищут пути снижения стоимости ракет-перехватчиков. В СМИ сообщается об отказе от АРГСН и переходе на более дешевое радиокомандное наведение, когда команды на рули ракеты выдаются тем же наземным локатором, который использовали для обнаружения и сопровождения цели (примерно по такой схеме работал отечественный «Кортик», созданный в СССР для перехвата ПКР).
Так могут выглядеть средства поражения противоракетного комплекса Iron Beam разработки компании Rafael Advanced Defense Systems (фото: www.rafael.co.il)
Но все равно вряд ли рентабельно тратить довольно дорогую ракету-перехватчик на «кассам» — самоделку из четырехдюймовой водопроводной трубы, снаряженную смесью сахара и селитры. И израильские инженеры из Rafael Advanced Defense Systems, ранее создавшей Iron Dome, разрабатывая следующее поколение систем ПРО, вообще отказались от использования ракет. Теперь за поражение цели в противоракетной системе Iron Beam — «Железный луч», — представленной в феврале 2014 года на аэрокосмической выставке в Сингапуре, отвечает твердотельный лазер.
Израильская компания Rafael Advanced Defense Systems на выставке ADEX 2015 в Сеуле представила  боевой лазерной системы «Железный луч» (Iron Beam)
Вместо ракеты тут используется луч света, когерентного излучения квантового генератора «мощностью в несколько десятков киловатт». По словам разработчиков, его энергии достаточно для поражения цели — боеголовки или снаряда — на дистанции до семи километров. Предполагается, что с 2015 года системы Iron Beam начнут заступать на боевое дежурство, защищая территорию и войска Израиля от ракет, снарядов и мин, а также малоразмерных БПЛА.
Возможно, Iron Beam сможет работать в режиме совместного поражения одной цели несколькими боевыми лазерами, что позволит обойти существующие технические ограничения по мощности излучателей
Какими принципиальными достоинствами обладает использование в системе ПВО/ПРО лазерного излучения? Начнем с такого важного для оружейного дела понятия, как бал­листика. Не в смысле науки о движении снарядов, название для которой предложил французский эрудит Века Просвещения аббат Мерсенн, а в значении профессионального термина. Говоря о высокой баллистике, мы подразумеваем пулю или снаряд, движущиеся с высокой скоростью. Ну а какая скорость предельна? Как показано в специальной теории относительности — скорость света. То есть предельным случаем высокой баллистики будет «баллистика» электромагнитного излучения.
Чем хороша высокая баллистика? Это пологая траектория, максимально близкая к прямой линии; это простота баллистических вычислений и работы прицельных приспособлений. Здесь в минимальной степени нужно учитывать снижение траектории под воздействием земного тяготения и вводить упреждение на движение цели. В случае задач ПВО/ПРО ближнего рубежа и применения лазерного излучения и тем и другим можно пренебречь. Достаточно просто совместить квантовый луч с координатами цели, выданными РЛС обнаружения, и удерживать его на вражеском бое­припасе в течение времени, достаточного для его разрушения.
Но за все в мире приходится платить. За высокую баллистику огнестрельного оружия — интенсивным износом ствола, который, скажем, с патроном .220 Swift «живет» 250 выстрелов (хотя у современных зенитных ракетно-артиллерийских комплексов стволы скорострельных орудий живут уже несколько тысяч выстрелов и могут быть заменены). А принципиальные недостатки луча лазера — необходимость высокой энергетики для придания квантам света мощности, достаточной для поражения цели. Полуфунтовый камень легионеры кидали рукой, свинцовой пуле был нужен порох — сначала черный, а потом бездымный, который только и способен придать поражающие свойства кусочку металла в четыре грамма. Ну а квант без массы покоя нуждается в еще более мощном источнике энергии.
И поэтому-то в обозримой перспективе речи о лазерных пистолетах и лучевых винтовках не идет. Мощность твердотельного лазера, используемого в Iron Beam, оценивается в несколько десятков (с перспективой увеличения до нескольких сотен) киловатт. То есть речь идет о мощностях, сравнимых с мощностями автомобильных двигателей. Так что все представленные прототипы и экспериментальные образцы лазерного оружия ориентированы на использование с наземных боевых машин, кораблей или самолетов, чья бортовая электросеть запитывается от мощных генераторов, которых требует существующее электрорадиооборудование.
Современные скорострельные орудия, предназначенные для борьбы с крылатыми ракетами, имеют невысокую вероятность поражения малоразмерной активно маневрирующей цели
Есть у лазерного луча и некоторые свойства, которые можно сопоставить со свойствами артиллерийского снаряда. Снаряд испытывает аэродинамическое торможение, а луч поглощается и рассеивается как атмосферой, так и взвешенными в ней частицами пыли и влаги, образующими мглу и туман, каплями и кристаллами воды, известными как дождь и снег, не говоря уже о специальных маскирующих аэрозолях и дымах. Тут надо иметь в виду, что резкое падение пропускания происходит, если размеры частиц превышают половину длины волны излучения.
Но и без дыма, снега и тумана атмосфера сама по себе поглощает значительную часть излучения. Минимально поглощение в так называемых «окнах прозрачности». К ним относится область видимого света с длиной волны 0,4–0,7 мкм, примыкающая к ней ближняя инфракрасная область 0,7–3 мкм, средняя инфракрасная 3–6 мкм и дальняя инфракрасная 8–14 мкм. Именно в этих пределах и выбирается рабочий диапазон боевого лазера.
Ручной лазерный резак от компании TWI предназначен для утилизации сложных металлоконструкций. Представленная на картинке модель имеет мощность  5  киловатт, но компания заявляет о готовности поставлять 30-киловаттные модели.
Впрочем, «боевой» в данном случае означает лишь область конкретного применения. В отличие от экспериментальных лазеров вроде американского Tactical High-Energy Laser (THEL), продемонстрировавшего в начале столетия способность уничтожать «Katyusha» (так называла американская пресса неуправляемые ракеты) и артиллерийские снаряды и использовавшего энергию химических реакций для «накачки» излучения фтористого дейтерия (оно лежит в средней инфракрасной области прозрачности), современные системы в родстве с обычными промышленными лазерами — теми самыми устройствами, что нарезают соленую рыбу для супермаркетов и раскраивают металлический лист на современном заводе. Это или твердотельные, или волоконные лазеры. Вообще-то твердой активная среда является в обоих случаях. У твердотельных лазеров это или кристалл, или легированное стекло. У волоконных лазеров активная среда и часто резонатор представляет собой легированное оптическое волокно. Легирующим веществом чаще всего бывает редкоземельный эрбий, излучение которого с длиной волны 1,53–1,56 мкм лежит в ближнем инфракрасном окне прозрачности.
Это не телескоп, а лазерная система LaWS, установленная на транспортном корабле-доке USS Ponce и предназначенная для борьбы с БПЛА. Ожидается, что система пройдет полевые испытания в условиях, близких к боевым, уже в этом году.
Именно это куда важнее для боевого лазера, чем для того квантового генератора, который используется для сварки или хирургии, фокусируясь на объектах в десятках или сотнях миллиметров от него, а не уничтожая цель за тысячу метров. К этому, очень важно удобство фокусировки, сведения лучей от нескольких серийных квантовых генераторов в общий луч большой мощности. Его-то и обеспечивают современные волоконные лазеры. Кроме того, у них из-за оптимального отношения площади резонатора к его объему будут лучшие условия для охлаждения, а это — проблема, крайне важная для систем оружия: разницу между энергией, которая «накачана» в лазеры, и той, которая ушла из них с когерентным лучом, необходимо рассеять в окружающую среду (для чего служили кожухи с водой у пулеметов «максим» столетней давности и сменные стволы более поздних пулеметов).
Лазерная система LaWS
Лазерная система LaWS
Ну и использование в системе лучевого оружия серийно выпускаемых коммерческих элементов значительно сокращает затраты на ее разработку и производство, что важно в условиях нынешних ограничений военных бюджетов. Такой подход был положен в основу тех экспериментальных систем лазерного ПВО/ПРО, которые демонстрируют нам зарубежные оборонные фирмы. Первым, наверное, можно считать продемонстрированный осенью 2007 г. американский „Laser Avenger”, при создании которого проявились все характерные черты нынешнего поколения боевых лазеров. Эту экспериментальную машину построили на базе легкой системы ПВО AN/TWQ-1 „Avenger”, которая сама собрана из стандартных элементов. Машина — бронированный армейский «хаммер». На ней установлены всепогодный FLIR-прицел и сопряженные с ним через баллистический вычислитель наводимые приводами два стартовых поддона, в каждом из которых по четыре ракеты Stinger (изначально разработанные для запуска с плеча пехотинца). В „Laser Avenger” один из поддонов заменили твердотельным однокиловаттным лазером промышленного происхождения. Данная система продемонстрировала уничтожение двух малых БПЛА, для борьбы с которыми и была создана в течение восьми месяцев: накладно стрелять дорогим «стингером» с ИК-головкой самонаведения по предельно дешевому дрону, который к тому же имеет очень малую тепловую сигнатуру.
Мощные промышленные лазеры уже давно используются для резки деталей сложной формы из различных материалов, включая листовой металл значительной толщины
Конечно, мощность лазера в один киловатт — это даже не прототип, а скорее демонстратор технологий. Но промышленные лазеры, особенно волоконные, развиваются весьма быстро, что выражается прежде всего в росте их мощности. Взять хотя бы представленный в начале прошлого года германской фирмой Rheinmetall Defense боевой лазер (см. статью «Противоснарядный „зонтик”» в Technowars #12/2013). Его луч мощностью в 50 киловатт успешно уничтожает БПЛА на дистанции более полутора километров, а два лазера, работая сообща, режут стальную балку на расстоянии более километра. Для обнаружения цели используется радар, ее сопровождение в процессе уничтожения ведется дающей большую точность оптической системой. В настоящее время ведутся работы по размещению лазера на транспортных средствах и интеграции с системой ПВО/ПРО.
Еще в декабре 2008 г. экспериментальная мобильная лазерная установка „Laser Avenger”, созданная компанией Boeing, во время тестирования сбила небольшой БПЛА
Для военных же целей предназначен и новый волоконный лазер от американской Lockheed Martin, выполненный по технологии спектрального совмещения лучей — Spectral Beam Combining (SBC). В конце января 2014 года он продемонстрировал мощность в 30 киловатт; сведенные в единый луч волоконные лазеры затрачивали на накачку на 50% меньше энергии, чем требуют лучшие образцы твердотельных лазеров. Считается, что такая экономичность вместе с хорошими условиями охлаждения открывает путь к широкому применению лучевого оружия в военных целях. Ну а продемонстрированный подход, когда лазеры с низкой стоимостью единичного выстрела (по сути, сводимой к стоимости энергии) встраиваются в уже существующие системы оружия, заменяя дорогие ракеты, позволит эффективно использовать их как для решения задач ПВО ближайшего рубежа, так и для борьбы с малоразмерными дронами, защиты от артиллерийских снарядов, мин и ракет.
Excalibur, одна из новейших разработок от DARPA, американского Агентства передовых оборонных технологий, направлена на получение мощного луча из многочисленных серийно выпускаемых лазеров. Разработчики поставили перед собой амбициозную задачу получить совокупную мощность такого излучателя в 100 кВт.
Безусловно, говорить о каком-либо кардинальном переломе в военном деле, связанном с переходом на лучевое оружие, пока рано. Мы имеем дело не с революцией, а с эволюцией технологий, позволяющей экономически эффективно внедрить то, что отработано в промышленности, в военное дело. Пока — для решения частных задач, но задач весьма актуальных. За примерами далеко ходить не надо: 12 марта 2014 года палестинские боевики опять подвергли территорию Израиля мощному ракетному обстрелу. Часть ракет снова была перехвачена «Железным куполом». Так что в ближайшее время мы, видимо, будем наблюдать процесс постепенного внедрения в системы оружия все более и более мощных лазеров.

Как защититься от лазерного луча?

Для начала назовем объекты, которые лазеры — не только существующие реально, но и могущие появиться в обозримой перспективе — поразить не смогут. Это, например, идущий по направлению к системе лазерного оружия подкалиберный снаряд. Его бронебойный сердечник малого диаметра и большого удлинения будет представлять весьма малую и малоуязвимую цель, которую сложно разрушить или сбить с траектории. Аналогично, «ударное ядро», уже сформированное взрывом короткофокусного кумулятивного заряда, также неуязвимо, хотя сам суббоеприпас представляет собой удобную мишень.
А можно ли защитить от лазера дрон? Ну, например, покрыв его зеркальным слоем? Металлические зеркала, хром или кадмированное серебро обеспечивают в достаточно широком спектре отражение несколько выше 90% падающего излучения. Но дрон, сверкающий металлом, будет уж очень заметен и визуально, и в радиодиапазоне. Да и двенадцатой части падающего излучения достаточно для разрушения тонкого зеркального слоя… Для защиты космических аппаратов от лучевого оружия отечественный патент RU 2212364 (Алтунин В. А., «Способ защиты аэрокосмических систем от лазерного оружия») предлагает специфические абляционные покрытия, которые из за сложности и дороговизны вряд ли применимы на БПЛА, особенно малоразмерных.
Поэтому, вероятно, защита дронов от лазерного излучения будет относиться скорее к области специальной тактики. Ведь появление огнестрельного оружия не вызвало упрочения рыцарских лат (возродившихся, правда, на новых витках технологий в виде танков и композитных бронежилетов), а наоборот, меняло формы ведения военных действий, вплоть до рассыпного строя и маскировки… Так что, скорее всего, дрон от лазерной ПВО будет защищаться тактикой — идти на предельно малой высоте, прятаться за деталями рельефа, использовать элементы технологии „stealth”, применять «звездную» атаку разведанной позиции ПВО, когда несколько аппаратов заходят с разных направлений, а система не успевает ни отработать все цели приводами, ни накопить энергию в конденсаторах. Но это уже тактика, а не техника.