История лазера. Научное издание
Шрифт:
Военные также держали в голове и другие применения, например радар. Радар на оптической частоте может в принципе улучшить точность и разглядеть детали мишени, что невозможно даже при использовании миллиметровых радиоволн. Также возможно измерять скорость мишени. С другой стороны, возмущающие эффекты атмосферы на пучки оптических радаров можно использовать для измерений свойств самой атмосферы (такой прибор называется лидаром), таких, как концентрация озона, загрязнения и турбулентности, информация о которых очень важна для авиасообщений.
Первым военным применением новой лазерной технологии стали дальномеры. Они появились в середине 1960-х гг. Короткий импульс лазерного излучения (около 1030 нс) посылается на цель, и измеряется интервал времени между посылкой и приходом отраженного сигнала. Так как импульс распространяется со скоростью света, это позволяет определить величину дистанции.
РЎ помощью лазеров можно управлять снарядами. Р’ 1965 Рі. специализированное издание сообщило РѕР± испытаниях ручного лазерного устройства для наведения снаряда РЅР° цель. Р’СЃРєРѕСЂРµ были описаны эксперименты, РІ которых лазер использовался для подсветки целей малого размера Рё точного наведения сверхзвуковых ракетных снарядов. Первые системы лазерного наведения РЅР° цель были использованы РІ 1972 Рі. РІ конце вьетнамской РІРѕР№РЅС‹. Умные Р±РѕРјР±С‹, наводимые лазерами, явились предвестниками появление оружия СЃ очень точным наведением. Рто стало поворотным пунктом технологий вооружения, так как новые системы наведения увеличивали вероятность поражения цели РїРѕ сравнению СЃ обычным бомбометанием. Р’Рѕ время РІРѕР№РЅС‹ РІ Персидском заливе Рё РІ Сербско-Боснийской РІРѕР№РЅРµ такое оружие СЃ лазерным наведением было обычным. Р’ 1968 Рі. РІ РЎРЁРђ Р’РњРЎ начали исследования возможности использования лазеров большой мощности Рё РІ 1978 Рі. добились успеха, сумев сбить ракету. Затем РђСЂРјРёСЏ изучала возможность использования лазеров для того, чтобы выводить РёР· строя вражеские системы наблюдения Рё даже ослеплять солдат. Администрация Рейгана ввела РІ действие программу антиракетной РѕР±РѕСЂРѕРЅС‹, основанной РЅР° использовании лазеров, известной РїРѕРґ названием Стратегическая Оборонная Рнициатива (РЎРћР). Рта программа была объявлена Рейганом 23 марта 1983 Рі. РІ его знаменитой речи Звездные РІРѕР№РЅС‹. РџРѕ этой программе должны были появиться лазерные системы, способные зафиксировать атаку вражескими баллистическими ракетами Рё уничтожить РёС…. Рта программа встретила значительную критику, Рё РІ конце концов было мало сделано для ее осуществления. Администрация Клинтона пересмотрела РѕР±РѕСЂРѕРЅРЅСѓСЋ стратегию, введя РІ действие организацию, занимающуюся проблемами РѕР±РѕСЂРѕРЅС‹ СЃ помощью ракет (Ballistic Missile Defence Organization), СЃ менее амбициозными целями, РЅРѕ СЃ большей надеждой РЅР° успех.
Большинство оборонных систем спроектировано с целью уничтожения боеголовок ракет, прежде чем они достигнут цели. Уже разработаны такие системы, которые перехватывают ракеты на конечной траектории, после вхождения в атмосферу. Другие системы будут стараться перехватить ракету вне атмосферы или даже на начальном участке траектории, сразу же после запуска.
Как только баллистическая ракета запускается, включаются следующие действия системы РѕР±РѕСЂРѕРЅС‹. Прежде всего, инфракрасные датчики, установленные РЅР° спутниках, находящихся РЅР° геостационарных орбитах, обнаруживают струю горячего газа ракеты, РєРѕРіРґР° РѕРЅР° минует облака. Спутник посылает сигнал тревоги военному командованию Рѕ том, что произошел запуск, СЃ указаниями области, РєСѓРґР° направлена ракета. Рта информация используется, чтобы направить датчики системы РѕР±РѕСЂРѕРЅС‹ РІ нужные координаты для сопровождения. Рти датчики прослеживают цель, определяют боеголовку Рё передают данные перехватчику. Обычно такими датчиками являются радары, установленные РЅР° Земле, РЅРѕ РІ будущем вместе СЃ РЅРёРјРё Р±СѓРґСѓС‚ задействованы спутники РЅР° РЅРёР·РєРёС… орбитах, оборудованные инфракрасными датчиками. РќР° РѕСЃРЅРѕРІРµ этих данных запускается перехватчик, который летит РІ место, координаты которого рассчитаны РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ полученных данных. Затем РѕС‚ перехватчика отделяется заряд для уничтожения, который использует СЃРІРѕСЋ систему наведения РІ центр мишени.
Ртот сложный танец, который РјС‹ изложили РІ простой форме. Его хореография должна включать крайне изощренные боевые системы СЃ исключительно быстрыми временами срабатывания. Полное время полета ракеты Скад СЃ радиусом действия 300 РєРј составляет РЅРµ более 4 РјРёРЅ. Ракеты СЃ большим радиусом действия остаются РІ полете РЅРµ более 15 РјРёРЅ.
РћРґРЅРёРј РёР· возможных сценариев работы системы является уничтожение баллистической ракеты РЅР° стадии ее запуска. Преимуществом является то, что двигатели РЅР° старте выпускают РѕРіСЂРѕРјРЅРѕРµ количество раскаленного газа, испускающего интенсивное РРљ-излучение. Рто позволяет легко обнаружить запускаемую ракету. Однако необходимо располагаться достаточно близко РѕС‚ ракеты, чтобы перехватить ее, поскольку двигатели работают лишь несколько РјРёРЅСѓС‚. Р’ этот короткий период времени система РѕР±РѕСЂРѕРЅС‹ должна установить Рё определить факт запуска, провести расчет траектории Рё затем перехватить цель.
Пентагон разработал систему, СЃРїРѕСЃРѕР±РЅСѓСЋ осуществить это, Р° именно, лазер самолетного базирования военно-воздушных СЃРёР» (Air Force's Airborne Laser). Рто химический лазер (COIL химический кислород-йодный лазер), который устанавливается РЅР° самолете Боинг-747. Рта система СЃРїРѕСЃРѕР±РЅР° перехватывать ракеты РЅР° взлете РЅР° расстоянии несколько сотен километров. Рнтерес Рє использованию лазерного излучения для непосредственного уничтожения связан СЃ огромным значением скорости света, С‚.Рµ. достаточно без РІСЃСЏРєРѕРіРѕ упреждения направить лазерный пучок РЅР° цель. Лазер поражает ракету РїСЂРё наведении Рё фокусировании РЅР° нее пучка. Р’ результате металл нагревается вплоть РґРѕ разрушения. Каждый металл имеет СЃРІРѕСЋ характерную точку разрушения: 460РЎ для стали Рё 182РЎ для алюминия. Существуют, РїРѕ крайней мере, РґРІР° возможных СЃРїРѕСЃРѕР±Р° уничтожения ракеты. Первый СЃРїРѕСЃРѕР± для ракет, имеющих баки СЃ жидким горючим. Прожигание сравнительно тонкой оболочки бака РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє катастрофическим последствиям. Второй СЃРїРѕСЃРѕР± связан СЃ сильным нагревом РІРѕР·РґСѓС…Р° РІ непосредственной близости РѕС‚ ракеты. РљРѕРіРґР° это достигается, РЅР° ракету начинают действовать аэродинамические Рё инерциальные силы, которые изгибают ее (СЂРёСЃ. 63).
Рис. 63. Левая часть рисунка показывает, как лазерный пучок повреждает бак жидкостной ракеты (верху), или деформирует корпус ракеты (внизу). В результате или повреждается бак и ракета разваливается (вверху), или повреждается ракета (внизу) и сбивается с курса
РќР° борту самолета Р±СѓРґСѓС‚ три главные лазерные системы. Первая, которая создает смертельный для ракеты пучок, является лазером непрерывного действия. Две РґСЂСѓРіРёРµ являются импульсными лазерами. РћРґРёРЅ РёР· РЅРёС… служит для наведения РЅР° цель, Р° РґСЂСѓРіРѕР№ для формирования главного пучка СЃ учетом состояния атмосферы (СЃРј. далее раздел, посвященный адаптивной оптике). Очевидно, что главной частью системы является лазер поражения цели. РРј является химический кислород-йодный лазер, который размещается РІ задней части самолета. РћРЅ РїСЂРѕРёР·РІРѕРґРёС‚ непрерывный лазерный пучок РРљ-излучения РЅР° длине волны 1,315 РјРєРј СЃ мощностью несколько мегаватт (существенно большей, чем достигалось лазерами этого типа РґРѕ недавнего времени). Р’ этом лазере возбужденные атомы Р№РѕРґР° получаются РїСЂРё многократных столкновениях СЃ возбужденными молекулами кислорода (С‚.РЅ. синглетный кислород), которые получаются РІ результате химической реакции (реакция хлора СЃРѕ щелочным раствором перекиси РІРѕРґРѕСЂРѕРґР°). Рта система разрабатывается СЃ 1997 Рі. Рё подвергалась некоторой критике.
Солнечные лазеры
Сразу же после открытия лазера стали мечтать Рѕ РїСЂСЏРјРѕРј преобразовании белого, некогерентного солнечного света РІ монохроматическое, когерентное излучение лазера. Рто позволило Р±С‹, например, существенно уменьшить вес лазерной системы, располагаемой РЅР° спутнике, поскольку РІСЃРµ функции системы накачки могли Р±С‹ выполняться Солнцем. Рти мечты РІСЃРєРѕСЂРµ были реализованы, Рё РІ 1966 Рі. были созданы лазеры СЃ солнечной накачкой. Однако РёС… эффективность была довольно РЅРёР·РєРѕР№, типично РїРѕСЂСЏРґРєР° 1%, С‚.Рµ. лишь сотая доля собранного солнечного излучения преобразовывалась РІ лазерный свет. Позднее, были разработаны весьма совершенные СЃРїРѕСЃРѕР±С‹ концентрации солнечного света, немыслимые прежде. Р’ результате получалась концентрация 72 Р’С‚/РјРј2, что превышает интенсивность света РЅР° самой поверхности Солнца (63 Р’С‚/РјРј2). РЎ такими значениями интенсивности света накачки можно создать лазеры СЃ улучшенными параметрами. Рффективность уже превзошла 6%.