Desde sus inicios, los láseres se han convertido en un arma con el potencial de revolucionar el combate. Desde mediados del siglo XX, los láseres se han convertido en una parte integral de las películas de ciencia ficción, armas de super soldados y naves interestelares.
Sin embargo, como suele ser el caso en la práctica, el desarrollo de láseres de alta potencia enfrentó grandes dificultades técnicas, lo que llevó al hecho de que hasta ahora el nicho principal de láseres militares se ha convertido en su uso en sistemas de reconocimiento, puntería y designación de objetivos. Sin embargo, el trabajo en la creación de láseres de combate en los países líderes del mundo prácticamente no se detuvo, los programas para la creación de nuevas generaciones de armas láser se reemplazaron entre sí.
Previamente, examinamos algunas de las etapas en el desarrollo de los láseres y la creación de armas láser, así como las etapas de desarrollo y la situación actual en la creación de armas láser para la fuerza aérea, armas láser para las fuerzas terrestres y de defensa aérea, armas láser para la marina. Por el momento, la intensidad de los programas para la creación de armas láser en diferentes países es tan alta que ya no hay duda de que pronto aparecerán en el campo de batalla. Y no será tan fácil protegerse de las armas láser como algunas personas piensan, al menos definitivamente no será posible hacerlo con plata.
Si observa de cerca el desarrollo de armas láser en países extranjeros, notará que la mayoría de los sistemas láser modernos propuestos se implementan sobre la base de láseres de fibra y de estado sólido. Además, en su mayor parte, estos sistemas láser están diseñados para resolver problemas tácticos. Su potencia de salida oscila actualmente entre 10 kW y 100 kW, pero en el futuro se puede aumentar a 300-500 kW. En Rusia, prácticamente no hay información sobre el trabajo en la creación de láseres de combate de clase táctica, hablaremos de las razones por las que esto sucede a continuación.
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El 1 de marzo de 2018, el presidente ruso Vladimir Putin, en el curso de su mensaje a la Asamblea Federal, junto con una serie de otros sistemas de armas revolucionarios, anunció el complejo de combate láser Peresvet (BLK), cuyo tamaño y propósito previsto implican su uso para resolver tareas estratégicas.
Complejo de láser de combate "Peresvet". ¡Pasa junto a él con un dosímetro!
El complejo Peresvet está rodeado por un velo de secreto. Las características de otros tipos de armas más recientes (complejos "Dagger", "Avangard", "Zircon", "Poseidon") se expresaron en una medida u otra, lo que en parte nos permite juzgar su propósito y efectividad. Al mismo tiempo, no se proporcionó información específica sobre el complejo láser Peresvet: ni el tipo de láser instalado ni la fuente de energía para el mismo. En consecuencia, no se cuenta con información sobre la capacidad del complejo, lo que, a su vez, no nos permite comprender sus capacidades reales y las metas y objetivos que se le plantean.
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La radiación láser se puede obtener de docenas, quizás incluso cientos de formas. Entonces, ¿qué método de obtención de radiación láser se implementa en el nuevo BLK ruso "Peresvet"? Para responder a la pregunta, consideraremos varias versiones del Peresvet BLK y estimaremos el grado de probabilidad de su implementación.
La siguiente información son las suposiciones del autor basadas en información de fuentes abiertas publicadas en Internet.
BLK "Peresvet". Ejecución número 1. Láseres de fibra, de estado sólido y líquido
Como se mencionó anteriormente, la principal tendencia en la creación de armas láser es el desarrollo de complejos basados en fibra óptica. ¿Por qué está pasando esto? Porque es fácil escalar la potencia de las instalaciones láser basadas en láseres de fibra. Usando un paquete de módulos de 5-10 kW, obtenga 50-100 kW de radiación en la salida.
¿Se puede implementar Peresvet BLK sobre la base de estas tecnologías? Es muy probable que no lo sea. La razón principal de esto es que durante los años de la perestroika, el principal desarrollador de láseres de fibra, la Asociación Científica y Técnica IRE-Polyus, "huyó" de Rusia, sobre cuya base se formó la corporación transnacional IPG Photonics Corporation, registrada en los Estados Unidos y ahora es el líder mundial en la industria. láseres de fibra de alta potencia. El comercio internacional y el principal lugar de registro de IPG Photonics Corporation implica su estricta obediencia a la legislación estadounidense, que, dada la situación política actual, no implica la transferencia de tecnologías críticas a Rusia, que, por supuesto, incluyen tecnologías para la creación de potentes láseres.
IPG Photonics fabrica láseres de fibra YLS de hasta 100 kW, que pueden integrarse en conjuntos con una potencia total de hasta 500 kW. La eficiencia de los láseres IPG Photonics alcanza el 50%.
¿Pueden otras organizaciones desarrollar láseres de fibra en Rusia? Quizás, pero poco probable, o mientras estos sean productos de baja potencia. Los láseres de fibra son un producto comercial rentable; por lo tanto, la ausencia de láseres de fibra domésticos de alta potencia en el mercado indica muy probablemente su ausencia real.
La situación es similar con los láseres de estado sólido. Presumiblemente, es más difícil implementar una solución por lotes entre ellos, sin embargo, es posible, y en países extranjeros esta es la segunda solución más extendida después de los láseres de fibra. No se encontró información sobre láseres industriales de estado sólido de alta potencia de producción rusa. El trabajo con láseres de estado sólido se está llevando a cabo en el Instituto de Investigación en Física Láser RFNC-VNIIEF (ILFI), por lo que teóricamente se puede instalar un láser de estado sólido en el Peresvet BLK, pero en la práctica esto es poco probable, ya que al principio muestras más compactas de armas láser o instalaciones experimentales.
Hay incluso menos información sobre los láseres líquidos, aunque hay información de que se está desarrollando un láser de guerra líquida (¿se desarrolló, pero fue rechazado?) En los EE. UU. Bajo el programa HELLADS (High Energy Liquid Laser Area Defense System, "Sistema de defensa basado en un láser líquido de alta energía".). Es de suponer que los láseres líquidos tienen la ventaja de poder enfriarse, pero con una menor eficiencia (eficiencia) en comparación con los láseres de estado sólido.
En 2017, apareció información sobre la colocación del Instituto de Investigación Polyus de una licitación para una parte integral del trabajo de investigación (I + D), cuyo propósito es crear un complejo láser móvil para combatir pequeños vehículos aéreos no tripulados (UAV) en condiciones diurnas y crepusculares. El complejo debe consistir en un sistema de seguimiento y la construcción de trayectorias de vuelo objetivo, proporcionando la designación del objetivo para el sistema de guía de radiación láser, cuya fuente será un láser líquido. Es de interés el requisito especificado en la declaración de trabajo sobre la creación de un láser líquido y, al mismo tiempo, el requisito de un láser de potencia de fibra en el complejo. O es un error de imprenta, o se ha desarrollado (desarrollado) un nuevo tipo de láser de fibra con un medio activo líquido en la fibra,combinando las ventajas de un láser líquido para la conveniencia del enfriamiento y un láser de fibra para la combinación de paquetes emisores.
Las principales ventajas de los láseres de fibra, de estado sólido y líquido son su compacidad, la posibilidad de un aumento de potencia por lotes y la facilidad de integración en varias clases de armas. Todo esto es diferente al láser BLK "Peresvet", que claramente se desarrolló no como un módulo universal, sino como una solución hecha "con un solo propósito, de acuerdo con un solo concepto". Por lo tanto, la probabilidad de implementación de BLK "Peresvet" en la Versión No. 1 basado en láseres de fibra, de estado sólido y líquido se puede estimar como baja.
BLK "Peresvet". Ejecución número 2. Láseres químicos y dinámicos de gas
Los láseres químicos y dinámicos de gas pueden considerarse una solución obsoleta. Su principal desventaja es la necesidad de una gran cantidad de componentes consumibles necesarios para mantener la reacción, lo que asegura la recepción de radiación láser. Sin embargo, fueron los láseres químicos los que se desarrollaron más en el desarrollo de los años 70 y 80 del siglo XX.
Al parecer, por primera vez, se obtuvieron potencias de radiación continua de más de 1 megavatio en la URSS y EE. UU. Utilizando láseres dinámicos de gas, cuyo funcionamiento se basa en el enfriamiento adiabático de masas de gas calentadas que se mueven a velocidad supersónica.
En la URSS, desde mediados de los años 70 del siglo XX, se desarrolló un complejo láser aerotransportado A-60 sobre la base del avión Il-76MD, presumiblemente armado con un láser RD0600 o su análogo. Inicialmente, el complejo estaba destinado a combatir los globos automáticos a la deriva. Un láser de CO dinámico de gas continuo de una clase de megavatios desarrollado por la Oficina de Diseño de Khimavtomatika (KBKhA) debía instalarse como arma. Como parte de las pruebas, se creó una familia de modelos de banco GDT con una potencia de radiación de 10 a 600 kW. Las desventajas del GDT son la gran longitud de onda de radiación de 10,6 μm, que asegura una gran divergencia de difracción del rayo láser.
Complex A-60 y GDL RD0600 desarrollados por KBKhA.
Se obtuvieron poderes de radiación aún mayores con láseres químicos basados en fluoruro de deuterio y con láseres de oxígeno-yodo (yodo) (COIL). En particular, en el marco del programa Strategic Defense Initiative (SDI) en Estados Unidos, se creó un láser químico a base de fluoruro de deuterio con una potencia de varios megavatios; en el marco del Programa Nacional de Defensa de Misiles (NMD) de Estados Unidos, el complejo de aviación Boeing ABL (AirBorne Laser) con un láser de oxígeno-yodo con una potencia del orden de 1 megavatio.
VNIIEF ha creado y probado el láser químico pulsado más potente del mundo sobre la reacción del flúor con el hidrógeno (deuterio), ha desarrollado un láser pulsado repetidamente con una energía de radiación de varios kJ por pulso, una frecuencia de repetición de pulso de 1 a 4 Hz y una divergencia de radiación cercana al límite de difracción. y una eficiencia de aproximadamente el 70% (la más alta alcanzada para los láseres).
En el período de 1985 a 2005. Los láseres se desarrollaron sobre la reacción no en cadena del flúor con hidrógeno (deuterio), donde se utilizó hexafluoruro de azufre SF6, que se disocia en una descarga eléctrica (¿láser de fotodisociación?) como sustancia que contiene flúor. Para garantizar un funcionamiento seguro y a largo plazo del láser en un modo pulsado repetidamente, se han creado instalaciones con un ciclo cerrado de cambio de mezcla de trabajo. La posibilidad de obtener una divergencia de radiación cercana al límite de difracción, una tasa de repetición de pulsos de hasta 1200 Hz y una potencia de radiación promedio de varios cientos de vatios se muestra en un láser de descarga eléctrica basado en una reacción química no en cadena.
Boeing ABL.
Esquema funcional de una BOBINA química y una BOBINA química continua con una potencia de 15 kW fabricada por Laser Systems.
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Los láseres químicos y dinámicos de gas tienen un inconveniente importante, en la mayoría de las soluciones es necesario garantizar la reposición de las existencias de "municiones", que a menudo constan de componentes costosos y tóxicos. También es necesario limpiar los gases de escape resultantes del funcionamiento del láser. En general, es difícil considerar que los láseres químicos y de gas dinámico son una solución eficaz, razón por la cual la mayoría de los países han optado por el desarrollo de láseres de fibra, de estado sólido y líquidos.
Si hablamos de un láser basado en una reacción no en cadena de flúor con deuterio, disociando en una descarga eléctrica, con un ciclo cerrado de cambio de mezcla de trabajo, entonces en 2005 se obtuvieron potencias de unos 100 kW, es poco probable que durante este tiempo se puedan llevar a un nivel de megavatios.
Con respecto al Peresvet BLK, el tema de la instalación de un láser químico y de gas dinámico es bastante controvertido. Por un lado, Rusia todavía tiene desarrollos importantes en estos láseres. En Internet apareció información sobre el desarrollo de una versión mejorada del complejo de aviación A 60 - A 60M con un láser de 1 MW. También se dice sobre la colocación del complejo "Peresvet" en un portaaviones ", que puede ser la segunda cara de la misma medalla. Es decir, al principio podrían haber hecho un complejo terrestre más potente basado en un láser químico o dinámico de gas, y ahora, siguiendo los caminos trillados, instalarlo en un portaaviones.
La creación de "Peresvet" fue llevada a cabo por especialistas del centro nuclear en Sarov, en el Centro Nuclear Federal Ruso - Instituto de Investigación de Física Experimental de toda Rusia (RFNC-VNIIEF), en el ya mencionado Instituto de Investigación de Física Láser, que, entre otras cosas, desarrolla láseres de gas dinámico y de oxígeno-yodo …
Por otro lado, digan lo que digan, los láseres químicos y dinámicos de gas son soluciones técnicas obsoletas. Además, circula activamente información sobre la presencia de una fuente de energía nuclear en el Peresvet BLK para alimentar el láser, y en Sarov están más comprometidos con la creación de las últimas tecnologías innovadoras, a menudo asociadas con la energía nuclear.
En base a lo anterior, se puede suponer que la probabilidad de implementación del Peresvet BLK en la Ejecución No. 2 sobre la base de láseres químicos y dinámicos de gas puede estimarse como moderada.
Láseres de bombeo nuclear
A finales de la década de 1960, se inició en la URSS el trabajo de creación de láseres de alta potencia con bomba nuclear. Al principio, especialistas de VNIIEF, I. A. E. Kurchatov y el Instituto de Investigación de Física Nuclear de la Universidad Estatal de Moscú. Luego se les unieron científicos de MEPhI, VNIITF, IPPE y otros centros. En 1972, VNIIEF excitó una mezcla de helio y xenón con fragmentos de fisión de uranio utilizando un reactor pulsado VIR 2.
En 1974-1976. se están llevando a cabo experimentos en el reactor TIBR-1M, en el que la potencia de radiación láser era de aproximadamente 1-2 kW. En 1975, sobre la base del reactor pulsado VIR-2, se desarrolló una instalación láser de dos canales LUNA-2, que aún estaba en funcionamiento en 2005, y es posible que aún esté funcionando. En 1985, se bombeó un láser de neón por primera vez en el mundo en las instalaciones de LUNA-2M.
Instalación LUNA-2M.
A principios de la década de 1980, los científicos de VNIIEF desarrollaron y fabricaron un módulo láser de 4 canales LM-4 para crear un elemento láser nuclear que opera en modo continuo. El sistema es excitado por un flujo de neutrones del reactor BIGR. La duración de la generación está determinada por la duración del pulso de irradiación del reactor. Por primera vez en el mundo, se demostró en la práctica el láser de cw en láseres de bombeo nuclear y se demostró la eficacia del método de circulación transversal de gas. La potencia de radiación láser era de unos 100 W.
Instalación LM-4.
En 2001, la unidad LM-4 se actualizó y recibió la designación LM-4M / BIGR. Se demostró el funcionamiento de un dispositivo láser nuclear multielemento en modo continuo tras 7 años de conservación de la instalación sin sustitución de elementos ópticos y combustibles. La instalación LM-4 puede considerarse como un prototipo de reactor-láser (RL), que posee todas sus cualidades, salvo la posibilidad de una reacción nuclear en cadena autosostenida.
En 2007, en lugar del módulo LM-4, se puso en funcionamiento un módulo láser de ocho canales LM-8, en el que se proporcionó la adición secuencial de cuatro y dos canales láser.
Instalación LM-8.
Un reactor láser es un dispositivo autónomo que combina las funciones de un sistema láser y un reactor nuclear. La zona activa de un reactor láser es un conjunto de un cierto número de células láser colocadas de cierta manera en una matriz moderadora de neutrones. El número de células láser puede oscilar entre cientos y varios miles. La cantidad total de uranio varía de 5-7 kg a 40-70 kg, dimensiones lineales de 2-5 m.
En VNIIEF, se realizaron estimaciones preliminares de los principales parámetros energéticos, nucleares-físicos, técnicos y operativos de varias versiones de reactores láser con potencia láser desde 100 kW y más, operando desde fracciones de segundo hasta modo continuo. Consideramos los reactores láser con acumulación de calor en el núcleo del reactor en los lanzamientos, cuya duración está limitada por el calentamiento permisible del núcleo (radar capacitivo de calor) y el radar continuo con la eliminación de energía térmica fuera del núcleo.
Capacidad calorífica RL y RL de acción continua.
Es de suponer que un reactor láser con una potencia láser del orden de 1 MW debería contener unas 3000 células láser.
En Rusia, se llevó a cabo un trabajo intensivo en láseres de bombeo nuclear no solo en VNIIEF, sino también en la Empresa Unitaria del Estado Federal “Centro Científico Estatal de la Federación de Rusia - Instituto de Física e Ingeniería de Energía que lleva el nombre de A. I. Leipunsky ", como lo demuestra la patente RU 2502140 para la creación de" Instalación Reactor-láser con bombeo directo por fragmentos de fisión ".
Especialistas del Centro Estatal de Investigaciones de la Federación de Rusia IPPE han desarrollado un modelo energético de un sistema de reactor láser pulsado: un amplificador cuántico óptico de bombeo nuclear (OKUYAN).
Módulo láser basado en el reactor BARS-5 y un casete de 37 canales en el módulo láser.
OKUYAN basado en el reactor BARS-6.
Recordando la declaración del viceministro de Defensa de Rusia, Yuri Borisov, en la entrevista del año pasado con el diario Krasnaya Zvezda (“Han entrado en servicio sistemas láser, que permiten desarmar a un enemigo potencial y golpear todos aquellos objetos que sirven de blanco para el rayo láser de este sistema. Nuestros científicos nucleares han aprendido a concentrar energía, necesario para derrotar las correspondientes armas del enemigo prácticamente en momentos, en cuestión de fracciones de segundo ), podemos decir que el Peresvet BLK no está equipado con un reactor nuclear de pequeño tamaño que alimenta el láser con electricidad, sino con un reactor láser, en el que la energía de fisión se convierte directamente en radiación láser.
La duda solo surge de la propuesta antes mencionada de colocar el Peresvet BLK en el avión. Independientemente de cómo garantice la fiabilidad del avión de transporte, siempre existe el riesgo de un accidente y un accidente aéreo con la consiguiente dispersión de materiales radiactivos. Sin embargo, es posible que existan formas de prevenir la propagación de materiales radiactivos cuando el portador cae. Sí, y ya tenemos un reactor volador en un misil de crucero, el petrel.
En base a lo anterior, se puede suponer que la probabilidad de implementación del Peresvet BLK en la versión No. 3 basada en un láser de bombeo nuclear puede estimarse como alta.
No se sabe si el láser instalado es pulsado o continuo. En el segundo caso, el tiempo de funcionamiento continuo del láser y las pausas que deben realizarse entre modos de funcionamiento son cuestionables. Con suerte, el Peresvet BLK tiene un reactor láser continuo, cuyo tiempo de funcionamiento está limitado solo por el suministro de refrigerante, o no limitado si el enfriamiento se proporciona de alguna otra manera.
En este caso, la potencia óptica de salida del Peresvet BLK se puede estimar en el rango de 1-3 MW con la perspectiva de aumentar a 5-10 MW. Es casi imposible alcanzar una ojiva nuclear incluso con un láser de este tipo, pero un avión, incluido un vehículo aéreo no tripulado, o un misil de crucero, es bastante. También es posible asegurar la destrucción de casi cualquier nave espacial desprotegida en órbitas bajas y posiblemente dañar los elementos sensibles de las naves espaciales en órbitas más altas.
Por lo tanto, el primer objetivo del Peresvet BLK pueden ser los elementos ópticos sensibles de los satélites de advertencia de ataque con misiles de EE. UU., Que pueden actuar como un elemento de defensa antimisiles en el caso de un ataque sorpresa de desarme de EE. UU.
conclusiones
Como dijimos al principio del artículo, hay una cantidad bastante grande de formas de obtener radiación láser. Además de los discutidos anteriormente, hay otros tipos de láseres que se pueden usar de manera efectiva en asuntos militares, por ejemplo, un láser de electrones libres, en el que es posible variar la longitud de onda en un amplio rango hasta la radiación de rayos X suave y que solo necesita mucha energía eléctrica producida por un pequeño tamaño. reactor nuclear. Dicho láser se está desarrollando activamente en interés de la Marina de los EE. UU. Sin embargo, el uso de un láser de electrones libres en el Peresvet BLK es poco probable, ya que en la actualidad prácticamente no hay información sobre el desarrollo de láseres de este tipo en Rusia, sin contar la participación en Rusia en el programa europeo de láser de electrones libres de rayos X.
Es necesario comprender que la evaluación de la probabilidad de usar esta o aquella solución en el Peresvet BLK se da de manera bastante condicional: la presencia de solo información indirecta obtenida de fuentes abiertas no permite formular conclusiones con un alto grado de confiabilidad.
Es posible que la conclusión sobre la alta probabilidad de que se use un láser de bombeo nuclear en el Peresvet BLK se haga en parte no solo sobre la base de factores objetivos, sino también del deseo latente del autor. Porque si un láser de bombeo nuclear con una potencia de megavatios o más se crea realmente en Rusia, esto abre perspectivas extremadamente interesantes para la creación de sistemas de armas capaces de cambiar radicalmente la apariencia del campo de batalla. Pero hablaremos de esto en otro artículo.
PD Para excluir preguntas y disputas sobre la influencia de la atmósfera y el clima en el funcionamiento de los láseres, se recomienda encarecidamente estudiar el libro de AS Boreisho "Láseres químicos móviles potentes", al menos el Capítulo 6 titulado "Propagación de la radiación láser a distancias operativas".
Autor: Andrey Mitrofanov
