Se crede că cel mai bun mediu pentru utilizarea armelor cu laser (LW) este spațiul cosmic. Pe de o parte, acest lucru este logic: în spațiu, radiația laser se poate propaga practic fără interferențe cauzate de atmosferă, condițiile meteorologice, obstacolele naturale și artificiale. Pe de altă parte, există factori care complică în mod semnificativ utilizarea armelor cu laser în spațiu.
Caracteristici ale funcționării laserelor în spațiu
Primul obstacol în calea utilizării laserelor de mare putere în spațiul cosmic este eficiența acestora, care este de până la 50% pentru cele mai bune produse, restul de 50% se îndreaptă către încălzirea laserului și a echipamentelor sale înconjurătoare.
Chiar și în condițiile atmosferei planetei - pe uscat, pe apă, sub apă și în aer, există probleme cu răcirea laserelor puternice. Cu toate acestea, posibilitățile de răcire a echipamentelor de pe planetă sunt mult mai mari decât în spațiu, deoarece în vid transferul excesului de căldură fără pierderi de masă este posibil doar cu ajutorul radiației electromagnetice.
Răcirea pe apă și sub apă a LO este cel mai ușor de organizat - poate fi efectuată cu apă de mare. La sol, puteți utiliza radiatoare masive cu disipare de căldură în atmosferă. Aviația poate utiliza fluxul de aer care se apropie pentru a răci aeronava.
În spațiu, pentru îndepărtarea căldurii, radiatoarele sunt utilizate sub formă de tuburi nervurate conectate la panouri cilindrice sau conice cu un lichid de răcire care circulă în ele. Cu o creștere a puterii armelor cu laser, dimensiunea și masa radiatoarelor, care sunt necesare pentru răcirea acestuia, cresc, în plus, masa și mai ales dimensiunile radiatorelor pot depăși semnificativ masa și dimensiunile arma laser în sine.
În laserul de luptă orbital sovietic „Skif”, care era planificat să fie lansat pe orbită de racheta super-grea „Energia”, urma să fie folosit un laser cu gaz dinamic, a cărui răcire ar fi cel mai probabil realizată de ejectarea unui fluid de lucru. În plus, alimentarea limitată a fluidului de lucru la bord cu greu ar putea oferi posibilitatea funcționării pe termen lung a laserului.
Surse de energie
Al doilea obstacol este necesitatea de a furniza arme laser cu o sursă puternică de energie. O turbină cu gaz sau un motor diesel în spațiu nu pot fi instalate; au nevoie de mult combustibil și chiar mai mult de oxidant, laserele chimice cu rezervele lor limitate de fluid de lucru nu sunt cea mai bună alegere pentru plasarea în spațiu. Rămân două opțiuni - pentru a furniza energie unui laser solid / fibră / lichid, pentru care pot fi utilizate baterii solare cu acumulatori tampon sau centrale nucleare (NPP) sau lasere cu pompare directă de fragmente de fisiune nucleară (lasere cu pompă nucleară)) poate fi utilizat.
Circuit laser reactor
Ca parte a activității desfășurate în Statele Unite în cadrul programului Boing YAL-1, un laser de 14 megawați trebuia folosit pentru a distruge rachetele balistice intercontinentale (ICBM) la o distanță de 600 de kilometri. De fapt, a fost atinsă o putere de aproximativ 1 megawatt, în timp ce țintele de antrenament au fost atinse la o distanță de aproximativ 250 de kilometri. Astfel, o putere de ordinul 1 megawatt poate fi utilizată ca bază pentru armele laser spațiale, capabile, de exemplu, să funcționeze de pe o orbită de referință scăzută împotriva țintelor de pe suprafața Pământului sau împotriva țintelor relativ îndepărtate din spațiul cosmic (suntem fără a lua în considerare o aeronavă proiectată pentru iluminare »Senzori).
Cu o eficiență laser de 50%, pentru a obține 1 MW de radiație laser, este necesar să se furnizeze 2 MW de energie electrică laserului (de fapt, mai mult, deoarece este încă necesar să se asigure funcționarea echipamentelor auxiliare și răcirea sistem). Este posibil să obțineți o astfel de energie folosind panouri solare? De exemplu, panourile solare instalate pe Stația Spațială Internațională (ISS) generează între 84 și 120 kW de energie electrică. Dimensiunile panourilor solare necesare pentru obținerea puterii indicate pot fi ușor estimate din imaginile fotografice ale ISS. Un design capabil să alimenteze un laser de 1 MW ar fi enorm și ar necesita o portabilitate minimă.
Puteți considera un ansamblu de baterii ca o sursă de alimentare pentru un laser puternic pe operatorii de telefonie mobilă (în orice caz, va fi necesar ca tampon pentru bateriile solare). Densitatea energetică a bateriilor cu litiu poate ajunge la 300 W * h / kg, adică pentru a furniza un laser de 1 MW cu o eficiență de 50%, sunt necesare baterii cu o greutate de aproximativ 7 tone pentru 1 oră de funcționare continuă cu electricitate. S-ar părea că nu atât? Dar ținând cont de necesitatea de a stabili structuri de susținere, electronice însoțitoare, dispozitive pentru menținerea regimului de temperatură al bateriilor, masa bateriei tampon va fi de aproximativ 14-15 tone. În plus, vor apărea probleme cu funcționarea bateriilor în condiții de temperatură extremă și vid spațial - o parte semnificativă a energiei va fi „consumată” pentru a asigura durata de viață a bateriilor. Cel mai rău dintre toate, eșecul unei celule a bateriei poate duce la eșec, sau chiar la o explozie, a întregii baterii de baterii, împreună cu laserul și vehiculul spațial purtător.
Utilizarea unor dispozitive de stocare a energiei mai fiabile, convenabile din punctul de vedere al funcționării lor în spațiu, va duce cel mai probabil la o creștere și mai mare a masei și dimensiunilor structurii datorită densității lor mai mici de energie în termeni de W * h / kg.
Cu toate acestea, dacă nu impunem cerințe asupra armelor cu laser pentru multe ore de lucru, ci folosim LR pentru a rezolva problemele speciale care apar o dată la câteva zile și necesită un timp de funcționare cu laser de cel mult cinci minute, atunci aceasta va presupune o simplificarea bateriei …. Bateriile pot fi reîncărcate din panouri solare, a căror dimensiune va fi unul dintre factorii care limitează frecvența de utilizare a armelor cu laser
O soluție mai radicală este utilizarea unei centrale nucleare. În prezent, navele spațiale utilizează generatoare termoelectrice radioizotopice (RTG). Avantajul lor este simplitatea relativă a designului, dezavantajul este puterea electrică redusă, care este, în cel mai bun caz, câteva sute de wați.
În SUA, se testează un prototip al promițătorului Kilopower RTG, în care uraniul-235 este utilizat ca combustibil, conductele de căldură cu sodiu sunt utilizate pentru îndepărtarea căldurii, iar căldura este transformată în electricitate cu ajutorul unui motor Stirling. În prototipul reactorului Kilopower cu o capacitate de 1 kilowat, s-a atins o eficiență destul de mare de aproximativ 30%. Eșantionul final al reactorului nuclear Kilopower ar trebui să producă în mod continuu 10 kilowati de energie electrică timp de 10 ani.
Circuitul de alimentare al LR cu unul sau două reactoare Kilopower și un dispozitiv tampon de stocare a energiei poate fi deja operațional, asigurând funcționarea periodică a unui laser de 1 MW în modul luptă timp de aproximativ cinci minute, o dată la câteva zile, printr-o baterie tampon
În Rusia, se creează o centrală nucleară cu o putere electrică de aproximativ 1 MW pentru un modul de transport și energie (TEM), precum și centrale nucleare cu emisii termice bazate pe proiectul Hercules cu o putere electrică de 5-10 MW. Centralele nucleare de acest tip pot furniza energie armelor laser deja fără intermediari sub formă de baterii tampon, cu toate acestea, crearea lor se confruntă cu mari probleme, ceea ce nu este surprinzător în principiu, având în vedere noutatea soluțiilor tehnice, specificul mediul de operare și imposibilitatea de a efectua teste intensive. Centralele nucleare spațiale sunt un subiect pentru un material separat, la care ne vom întoarce cu siguranță.
Ca și în cazul răcirii unei arme laser puternice, utilizarea unei centrale nucleare de un tip sau altul prezintă, de asemenea, cerințe crescute de răcire. Frigiderele-radiatoarele sunt unul dintre cele mai semnificative din punct de vedere al masei și dimensiunilor, elementele unei centrale, proporția masei acestora, în funcție de tipul și puterea centralei nucleare, poate varia de la 30% la 70%.
Cerințele de răcire pot fi reduse prin reducerea frecvenței și a duratei armei laser și prin utilizarea centralelor NPP de tip RTG de putere relativ redusă, reîncărcarea stocării energiei tampon
O remarcă specială este plasarea pe orbită a laserelor cu pompă nucleară, care nu necesită surse externe de electricitate, deoarece laserul este pompat direct de produsele unei reacții nucleare. Pe de o parte, laserele cu pompă nucleară vor necesita, de asemenea, sisteme de răcire masive, pe de altă parte, schema pentru conversia directă a energiei nucleare în radiații laser poate fi mai simplă decât cu o conversie intermediară a căldurii eliberate de un reactor nuclear în energie electrică., ceea ce va atrage după sine o reducere corespunzătoare a mărimii și greutății.
Astfel, absența unei atmosfere care împiedică propagarea radiației laser pe Pământ complică semnificativ proiectarea armelor laser spațiale, în primul rând în ceea ce privește sistemele de răcire. Furnizarea de arme laser spațiale cu electricitate nu este mult mai puțin o problemă.
Se poate presupune că în prima etapă, aproximativ în anii treizeci ai secolului XXI, va apărea în spațiu o armă laser, capabilă să funcționeze pentru o perioadă limitată de timp - la ordinea a câteva minute, cu necesitatea reîncărcării ulterioare a energiei unități de depozitare pentru o perioadă suficient de lungă de câteva zile
Astfel, pe termen scurt, nu este nevoie să vorbim despre orice utilizare masivă a armelor cu laser „împotriva sutelor de rachete balistice”. Arme laser cu capacități avansate vor apărea nu mai devreme de când vor fi create și testate centrale nucleare din clasa megawatt. Și costul navelor spațiale din această clasă este dificil de prezis. În plus, dacă vorbim despre operațiuni militare în spațiu, atunci există soluții tehnice și tactice care pot reduce în mare măsură eficiența armelor cu laser în spațiu.
Cu toate acestea, armele cu laser, chiar și cele limitate în ceea ce privește timpul de funcționare continuă și frecvența de utilizare, pot deveni un instrument esențial pentru războiul din și din spațiu.
