Космическое оружие будущего, лазеры, мазеры

Такой литературный жанр, как фантастика, - явление в нашей жизни достаточно прочное, а вот научная фантастика, обьясняющая, как действует то или иное чудо техники, - относительно молода. А если можно себе представить, как работает рожденное фантазией писателя техническое чудо, то очевидно, что и до практической реализации недалеко. Поэтому многое из того, что в свое время было описано Жюлем Верном и Гербертом Уэллсом, уже создано. Да и чудо далекого будущего - персональный коммуникатор, позволяющий в числе прочего связываться с всепланетным разумом, - уже лежит у многих в кармане. Так почему же тогда до сих пор не появилось то, что производит на людей самое сильное впечатление, а именно - техника "звездных войн"?

Если говорить о научной фантастике, воплощенной в игровом кино, то она уже давно борется со злом на космических просторах. Причем если писатели - фантасты, творившие на заре самолето- и ракетостроения, живо интересовались принципиальной реализуемостью своих замыслов, то фантазию создателей кинолент в наш век всеобщей компьютеризации сдерживает, пожалуй, единственный фактор - мощность доступной вычислительной техники. Современные творцы фантастики все реже оглядываются на новейшие технические достижения, а инженеры уже не в состоянии почерпнуть что-нибудь полезное для дела из популярных научно-фантастических произведений.

Тактический высокоэнергетический лазер (THEL) работает на длинне волны 2 микрона и тратит химических реагентов на 3000 долларов за один выстрел. В стационарном варианте этот химический лазер уже вполне успешно сбивает небольшие прямолетящие ракеты с расстояния в 5 км.

Создание лазерного оружия

Основное преимущество лазеров перед другими источниками лучистой энергии состоит в том, что в них уже на этапе генерирования излучения оно направлено в основном в одну сторону и сосредоточено в достаточно малом телесном угле. Благодаря этому свойству излучаемый ими свет легко фокусировать и направлять туда, куда надо.

    Наглядный тому пример - нашумевшие голливудские фильмы. Стремясь превратить киноленту в так называемый блокбастер, то есть зрелищный аттракцион, режиссеры и сценаристы менее всего заботятся о правдоподобии деталей. Лишь в начале научно-фантастической киноэры, когда американское общество было очаровано научными достижениями, деятели кино хотя бы пытались объяснить, как действует оружие - в первую очередь инопланетное. Например, в фильме Р. Уайза «День, когда остановилась 3емля» (1951 год) пришелец Клатоу «парализует» электрическую энергию.
    Впрочем, непосредственно в космосе киновойны разворачиваются редко - не позволяет уровень развития спецэффектов. Но у зрителя не остается сомнений: при случае противники начнут уничтожать друг друга скорее всего некими таинственными лучами, похожими на лазерные. Впервые такое оружие применили «марсиане» в картине «Война миров» Б. Хаскина, вышедшей в 1953 году. Так же произошло и в трилогии Д. Лукаса «Звездные войны», открывшей новую страницу в кинофантастике. Технические же характеристики голубых смертоносных лучей, которыми поливают злодеев Люк Скайуокер и капитан Соло, никого не интересуют. Иными словами, с реальностью это оружие совершенно не связано.
    Примечательно в этом смысле обратное влияние - фантастики на жизнь. Когда президенту Рейгану предлагали разместить в космосе лазерное оружие, ему для пущей убедительности демонстрировали компьютерные мультики, неотличимые от батальных сцен в «Звездных войнах». Дальше фантазия сценаристов - агитаторов так и не пошла. В боевике «День независимости» Р. Эммериха безжалостные пришельцы уничтожают белый дом все тем же лучом смерти, но разросшимся до размеров Останкинской телебашни.
    «Лучи смерти» почему-то всегда волновали изобретателей и любителей фантастики сильнее чего бы то ни было. Вопрос только в том, что строгая наука физика накладывает на возможность стрельбы светом определенные ограничения.
    Что, собственно, вылетает из бластеров и лучевых пушек? Когда говорят о «лучах», то обычно имеют в виду электромагнитные волны разной частоты, а также потоки элементарных частиц или ядер атомов. Сами эти физические явления были известны еще до Первой мировой войны, и позднее ничего существенного открыто не было, но первый лазер как идеальный концентратор энергии появился только в 1960 году.
    Волны радиодиапазона малопригодны в качестве оружия - ни ДВ-, ни СВ-, ни КВ-волны практически не влияют ни на человека, ни на технику, хотя вполне в состоянии портить электронику. Так, например, июль 2003 года, столь богатый в Москве на грозы, оказался фатальным для множества линий и устройств связи. Причем аппаратура выходила из строя не только из-за прямых попаданий молний, но и благодаря мощному электромагнитному излучению вблизи грозового разряда.
    Но - чем короче длина волны, тем это влияние становится заметнее, и, наконец, в диапазоне СВЧ радиоволны уже начинают обнадеживать разработчиков вооружений. При небольшой интенсивности СВЧ-излучение работает во вполне мирных целях - в кабинетах физиотерапии, а при более высокой - помогая готовить пищу на кухне в СВЧ-печи.
    Так что же мешает «вывернуть» СВЧ-печь наизнанку, направив излучатель в сторону противника? На Земле подобное оружие вряд ли будет эффективным - атмосфера, особенно запыленная или с большим содержанием влаги, быстро гасит излучение. Но в космосе - почему нет? Кто видел, как взрывается яйцо, неосмотрительно положенное в микроволновку, тот легко представит, что произойдет с головами вражеских астронавтов... Бесспорно, СВЧ-лучи способны передавать энергию через пространство - и в этом качестве они уже используются, но, поскольку они слишком длинноволновые, для их фокусировки нужны слишком большие отражатели.
    Фантасты, конечно, не прошли мимо них, но оценили как нечто вполне мирное: на СВЧ-излучение возлагают надежду как на способ передачи энергии на Землю с солнечных космических электростанций. Однако достигнутые уже сегодня мощности СВЧ-излучателей достаточны для обеспечения не летального - просто обжигающего и вызывающего болевой шок - воздействия на людей на вполне приемлемых для полиции расстояниях. И называют такие направленные излучатели мазерами. Так что, несмотря на то что на близких расстояниях СВЧ-лучи - это вполне реальная сила, издалека с их помощью каши не сваришь.
Непотопляемый гиперболоид

    Начиная с «Гиперболоида инженера Гарина» А. Толстого и «Войны миров» Г. Уэллса «тепловые лучи» стали, пожалуй, наиболее популярной разновидностью фантастического оружия. Энергию переносят все электромагнитные волны, но инфракрасные, световые, ультрафиолетовые лучи еще и достаточно легко фокусируются. Инфракрасный свет, например, преломляется в линзах и призмах и отражается зеркалами почти так же хорошо, как и обычный. Ультрафиолетовое излучение достаточно сильно влияет на живые организмы и полимеры, но оно заметно поглощается воздухом и стеклом.
    Чем короче волны, тем ближе мы к самому смертоносному - рентгеновскому диапазону. Вот это уже серьезно - невидимое и неслышимое оружие. При большой интенсивности рентгеновский луч - действительно «луч смерти», и защититься от него практически невозможно. Свинцовая обшивка в расчет не берется - она не для космической техники. Примерно то же относится и к еще более коротковолновому, гамма-излучению.
    Известно множество конструкций лазеров: твердотельные (самый первый лазер на кристалле рубина), полупроводниковые (лазерная указка и считывающая головка в CD и DVD - проигрывателях), газовые (школьный гелий - неоновый и технологический на углекислом газе, который режет металл). Есть также лазеры на свободных электронах, в которых излучение генерируют разогнанные в ускорителе электроны, пролетающие через переменное магнитное поле.
    Возникает вопрос: если электромагнитные лучи могут служить оружием, то почему до сих пор не

Этот зксперимент со второй ступенью ракеты «Титан-1» был произведен еще в 1985 году. Он ярчайшим образом продемонстрировал, что химический лазер всего за несколько секунд может уничтожить баллистическую ракету на активном участке ее траектории, когда топливные баки полны топливом или пороховой заряд еще не сгорел.

Испытания боевого лазера MIRACL

Такого типа мегаваттным лазером американцы успешно поджигают на близкой дистанции баллистические ракеты. Однажды они даже стрельнули им по своему собственному спутнику. Старенький космический аппарат прекрасно выдержал широкий лазерный луч, из строя не вышли даже оптические навигационные приборы.

служат? Почему же все еще не построен «гиперболоид инженера Гарина», распиливающий линкоры так же легко, как нож масло? Или, может быть, что-то уже есть, но мы об этом не знаем?
    Скорее всего, лазерных пушек космического базирования пока еще не существует. Хотя наземные установки, сбивающие ракеты и снаряды с расстояния в несколько километров, уже созданы и испытаны. Но перейти от 10 км к 1 000 км будет очень непросто, и вот почему.
    В принципе электромагнитные волны можно фокусировать, о чем писал еще Алексей Толстой, и, в общем - то, все существующие проекты недалеки от бессмертного «гиперболоида». Но как бы точно ни были сделаны фокусирующие зеркала, луч все равно, увы, расходится. И степень этого расхождения прямо пропорциональна длине волны излучения, поделенной на диаметр пучка. Получается, что, чем волна короче, а пучок шире, тем расхождение меньше. А для того чтобы луч был эффективным, он должен быть тонким, иначе вся мощность рассеивается по слишком большой площади.
    Основной военный эффект от лазерного луча - чисто тепловой, кванты света должны просто поглотиться поражаемым объектом и нагреть его до такого состояния, чтобы он пришел в негодность. Для того что-бы оказать воздействие на цель (металлический корпус корабля или спутника), к ней должно дойти некоторое количество джоулей. Сколько именно - сказать трудно, и даже если это известно, то громко об этом, скорее всего, говорить не будут. И все же, по-видимому, это не менее нескольких десятков или даже сотен мегаджоулей - для таких уязвимых объектов, как ракета с полным топливным баком, и не меньше тысяч мегаджоулей - для ядерных боеголовок, которые успешно преодолевают плотные слои атмосферы, не теряя работоспособности. Для лазера непрерывного действия, даже без учета расходимости луча, речь уже идет о мощностях в тысячи мегаватт. Но тогда получается, что мощность источника энергии должна составлять миллионы киловатт! И это действительно так.
    К тому же постоянно светить лазером по пустому безвоздушному пространству бессмысленно - сначала нужно навести его на цель и только после этого «врубать» на полную мощность. Реактор же плохо работает в таком «рваном» режиме. В бою, если вражеские боеголовки летят сотнями, а на выделение ложных целей нет времени, палить лазеру придется достаточно часто, и именно по этой причине большинство разрабатываемых боевых лазеров - химические. Горение газообразного топлива (помните пирамидки инженера Гарина?) приводит внутреннюю среду лазера в возбужденное состояние, и она начинает генерировать мощное электромагнитное излучение. Поэтому действовать придется следующим образом - произвели выстрел, продули систему, подали новую порцию реагентов и только после этого - новый залп...
    И все же, предположим, что энергия найдена: к примеру, 1 тонна топлива на 1 выстрел. Как известно, обычная схема работы лазера предусматривает «накачку» рабочей среды (кристалла или газа) энергией до определенного уровня и, когда происходит скачок, накопленная энергия разряжается лучом света определенной длины волны. Но куда деваться той энергии, которая не ушла к цели вместе с лучом? Так вот она большей частью выделится в стреляющем устройстве в виде тепла. Таким образом, к цели уйдет только 40%, но вот остальные 60% останутся у нас. И потому, даже повредив вражеский корабль, мы можем легко испарить и свой собственный. Не случайно даже в гораздо менее мощных земных установках используется проточное водяное охлаждение не только зеркал, но и рабочего объема лазера.
    В принципе, конечно, можно разрезать вражеский линкор лучом гиперболоида, но пылающие «пирамидки инженера Гарина» нагреют сам гиперболоид в несколько раз сильнее, чем разрезаемую броню. Так как же тогда лазеры режут металл? Но там и объем рабочего тела, где генерируется лазерный луч, и размеры фокусирующей системы - несравнимо больше зоны нагрева.
    Впрочем, стрельба из космоса по наземным или атмосферным целям в определенных условиях может быть и эффективной. Лазерный луч в газе может подвергаться «самофокусировке», когда нагреваемый лазером атмосферный канал становится своего рода световодом. Луч способен сфокусироваться и в точку, которая может стать источником рентгеновского излучения благодаря колоссальному нагреву в области самофокусировки. Тут главное - так использовать этот эффект, чтобы такая точка возникла в нужное время и в нужном месте...
    Есть и еще проблема - существующие системы фокусировки луча предусматривают использование отражающих зеркал. Так что же помешает противнику использовать такое же зеркальное покрытие в качестве защиты? Не говоря уж о простом вращении боеголовки, в десятки раз понижающем эффективность лучевого оружия.

Лазерные фокусы

    Свет типичного миниатюрного твердотельного лазера имеет расходимость около 30 угловых минут. Много это или мало? Именно под таким углом мы видим на небе Луну - то есть если мы осветим ее лазером, то «зайчик» накроет ее всю. Но какова бы ни была его мощность, ни земляне, ни их потенциальные противники, находящиеся на Луне, скорее всего, ничего не почувствуют. А вот большие по размерам газовые лазеры (например, лазер на углекислом газе) перспективнее - их типичный угол расхождения 30 угловых секунд, а это значит, что инфракрасное пятно на поверхности Луны будет в 60 раз меньше поперечника спутника Земли. Какова же должна быть мощность источника света, чтобы нанести на такой площади заметные повреждения технике?
    Скажем сразу: мощности всех электростанций Земли для этого будет недостатчно. Современные газодинамические лазеры, режущие металл, фокусируют всю свою многокиловаттную мощь на площади всего 1см², и времени на разрезание трубчатых конструкций у них уходит, как правило, существенно больше 7 секунды. Поэтому, чтобы метровым пучком и за доли секунды расплавлять металл, нужны сотни и тысячи мегаватт лучистой энергии. Расхождение луча становится проблемой не только тогда, когда мы собираемся стрелять по Луне. Одна угловая минута на дистанции 100 метров - это пятно диаметром 3 см (что хорошо знают стрелки), значит, полминуты - полтора сантиметра. На километр - это уже 15 см, на 10 км - полтора метра...
    Космос сегодня зачастую принято считать не чем иным, как "дорогостоящей игрушкой". Тем более что лазерные пушки и космические крейсера, как выяснилось, принадлежат фантастике, но на самом-то деле космическое оружие - это абсолютное оружие! И тот, кто владеет космосом, владеет единственной обитаемой планетой. Именно поэтому многие научные исследования и запуски космических аппаратов направлены на военные нужды. Например по недавно опубликованным данным орбитальная группировка США составляет более 400 аппаратов, России более 80, Китая - 30.

Ядерная лаборатория (2-я часть) Звездные войны (2-я часть)