Сегодня будем говорить о лазерном оружии — революционной технологии, которая уже успела изменить множество отраслей, начиная от медицины и заканчивая промышленностью.
Принцип работы лазера
В лазере происходит процесс, который называется «вынужденное излучение». Сначала энергетический источник (генератор, аккумулятор, химическая реакция и т. д.) возбуждает атомы или молекулы в активной среде (например, в кристалле, газе или волокне). В возбужденном состоянии эти частицы готовы излучать фотоны. С помощью линз и зеркал луч «сжимают» до минимального диаметра. Это резко повышает плотность энергии, поэтому в месте контакта с целью возникает сильный локальный нагрев. Поскольку лазер является потоком света, излучение происходит со скоростью близкой 300 тыс. км в секунду.
Как итог, очень быстро в военной сфере лазеры стали новым словом в вооружении, ведь обеспечивают чрезвычайную точность, скорость, еще и экономически выгодны. С появлением все большего количества беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые играют немалую роль в современной войне, лазерное оружие быстро приобретает популярность как действенное средство защиты от таких воздушных угроз.
Итак, что же нам известно о применении лазеров против воздушных целей? Суть в том, что лазерное оружие обезвреживает цель, направив на нее мощный луч, который «сжигает» критические детали или электронику. Такой способ поражения имеет несколько существенных плюсов. Во-первых, это происходит фактически мгновенно, поэтому объект не успеет среагировать. Во-вторых, стоимость каждого «выстрела» значительно ниже традиционных методов, а главное — прицеливание происходит с удивительной точностью. Высокоэнергетические лазеры (High-energy lasers — HEL) нейтрализуют цели практически без побочных повреждений, что делает их идеальными для современного поля боя.
Именно это — текущее состояние лазерных систем, примеры их практического применения и перспективы, которые они открывают, — мы рассмотрим.
Преимущества лазерного оружия
- Экономическая эффективность: стоимость одного выстрела из лазерной системы намного ниже традиционных ракетных перехватчиков, что важно для противодействия многочисленным дешевым БпЛА, и составляет от 1 до 10 долларов США.
- Скорость поражения: лазеры действуют со скоростью света, мгновенно реагируя на стремительные цели.
- Неограниченный боезапас: пока есть источник питания, лазер может делать выстрелы без необходимости перезарядки.
Трудности
- Чувствительность к погодным условиям: туман, дождь или пыль могут снижать эффективность лазерного излучения.
- Большие энергетические потребности: высокоэнергетические лазеры требуют значительных источников питания, что ограничивает их развертывание на передвижных платформах без необходимого энергоресурса.
- Ограничения по дальности: на сегодня эффективная дальность лазеров обычно меньше, чем у некоторых традиционных ракетных систем, что может сужать сферы их применения.
Ключевые вопросы о лазере как оружии
Какова мощность таких систем?
Для этого нам нужно понять, что такое 1 кВт и как его превратить в луч. Прежде чем говорить о температуре от лазерного луча (упрощенно именно нагрев будет вызывать повреждение цели), важно понимать, что лазерная мощность (в Вт или кВт) — это поток энергии, а не непосредственно количество тепла или температура. Температура в зоне облучения зависит от многих факторов:
- длина волны лазера
- коэффициент поглощения материала (один и тот же луч может сильно нагревать черное покрытие и почти не нагревать металлическую поверхность, отражающую его).
- время воздействия и площадь пятна (точечное воздействие или расфокусированное).
- теплопроводность и теплоемкость материала, а также условия отвода тепла (окружающая среда, охлаждение и пр.).
Итак, для обогрева помещения площадью 10 м² обычно требуется около 1 кВт тепловой мощности, но это рассеянное тепло. Для поражения цели нам необходимо его сфокусировать до минимально возможного диаметра с помощью специальных линз.
Зная необходимые параметры, попробуем приблизительно определить, как будет нагреваться пластина из алюминия (выбираем его как стандартный материал для легкой авиации с постоянными параметрами теплоемкости) на расстоянии 100 м при различной мощности. Сделав стандартные расчеты плотности мощности с учетом коэффициента поглощения материала получаем возможность расчета повышения температуры во времени. Для 1 кВт ≈ 1,27×10^5 Вт/м^2. При учете ~10% поглощения алюминием реальная величина будет в десять раз меньше, а значит:
При 1–10 кВт, если точка фокусировки большая (несколько см), а алюминий отражает большую часть света, нагрев может быть умеренным (поверхностным). Без существенных повреждений.
При 100 кВт и выше можно достичь значительного расплавления. Но все зависит от качества фокусировки и времени действия.
На 1 МВт (1000 кВт) при хорошем контроле точки фокусировки и надлежащем наведении возможен очень быстрый и интенсивный нагрев (плавление, испарение или даже взрывной характер действия).
Делаем вывод, что главная идея такова: чем выше мощность и лучше фокусировка, тем больше температура и быстрее плавление цели.
Может ли лазер поразить цели, созданные из композитов, дерева, ABS-пластика?
Высокоэнергетические лазеры направляют мощный пучок света на цель, повреждая или полностью разрушая ее. Материалы вроде композитов, дерева и ABS-пластика вполне могут быть повреждены, в зависимости от мощности лазера и продолжительности воздействия. Исследования подтверждают, что углепластики (CFRP) также подвергаются повреждениям от лазерного излучения.
Анализ образца после лазерного облучения (спереди и сзади на изображениях вверху слева и вверху справа) с помощью компьютерной томографии (изображение поперечного сечения ниже) позволяет количественно определить поврежденный объем и вывести модели повреждения.
Какой средний размер этих систем?
Лазерные системы классифицируются по размерам, весу и мобильности, что определяет их назначение и способы развертывания. Многие системы спроектированы именно для интеграции в военные машины и другие мобильные платформы, что позволяет разворачивать их в разных местах. Ниже приведена градация от легких мобильных систем до крупных стационарных установок.
Портативные и мобильные лазерные системы. Вес до 100 кг (до 25 кВт)
Phantom от Northrop Grumman: компактная лазерная система мощностью 10 кВт, весом менее 90 кг, размером с мини-холодильник, предназначенная для быстрого развертывания на транспортных средствах или в полевых условиях.
Средние мобильные лазерные системы. Вес от 100 кг до нескольких тонн (более 25 кВт)
HELWS: британская лазерная установка, которая монтируется на бронированном автомобиле и способна поражать БпЛА на расстоянии более 1 км. Оснащена лазером мощностью 10 кВт.
Большие стационарные лазерные системы. Вес десятки тонн и более
Размещение стационарно на военных базах, кораблях или в специально оборудованных зданиях.
AN/SEQ-3 Laser Weapon System (LaWS): американская лазерная система, установленная на военных кораблях ВМС США для защиты от БпЛА и малых судов.
Какой размер аккумулятора нужен для лазера?
Энергетические потребности зависят от мощности лазера. Некоторые системы (например, тайваньские лазеры на бронемашинах) имеют достаточно бортового питания. Другие нуждаются в дополнительном источнике.
Сколько стоят такие комплексы?
Стоимость значительно варьируется. Разработка британской DragonFire оценивается примерно в 100 млн фунтов, в то же время стоимость одного выстрела может быть всего около 10 пенсов.
Какая конкретно технология используется?
Чаще всего применяются твердотельные лазеры, преимущественно волоконные, благодаря их эффективности и масштабируемости. Важную роль играют также высокоточные оптико-электронные системы прицеливания.
Какие материалы нужны для производства?
- Активная среда лазера: например, волокна с примесью иттербия (Yb) в волоконных лазерах
- Оптические компоненты: высококачественные линзы и зеркала
- Системы теплоотвода: материалы с высокой теплопроводностью для охлаждения
Можно ли применять лазер как космическое оружие?
Теоретически лазеры в космосе могут быть даже более эффективными из-за отсутствия атмосферы (минимальное рассеивание луча). Однако вызовы связаны с энергообеспечением, теплоотводом и точным наведением в космических условиях.
Чем обусловлено увеличение габарита при увеличении мощности?
- Потребности в энергии: чтобы формировать луч, способный вывести из строя цель, нужны большие генераторы или источники питания.
- Системы охлаждения: лазер во время работы выделяет много тепла, поэтому требует мощных охлаждающих устройств. Это добавляет вес и объем, затрудняя миниатюризацию.
- Управление лучом и оптика: точное наведение требует сложных оптических компонентов. Уменьшить их размеры без потери производительности — сложная инженерная задача.
Развитие более компактных источников питания, усовершенствованных систем охлаждения и миниатюрных оптических компонентов является ключевым. Использование полупроводниковых лазеров и новейших методов теплоотвода может позволить создать менее габаритные лазерные образцы.
Сравнение стоимости лазеров и традиционных видов вооружения
Лазерное оружие является чрезвычайно экономичным в использовании. Если ракеты для уничтожения БпЛА могут стоить десятки тысяч долларов за пуск, выстрел из лазера может обойтись в считанные доллары или даже центы.
- Лазерное оружие: 1–10 долларов за выстрел.
- Ракеты против БПЛА: 50 000–150 000 долларов за перехват.
Такая разница делает лазеры очень привлекательной опцией против роев дешевых БПЛА, которые используются для истощения ПВО.
Как они могут повлиять на ПВО Украины?
Лазерное оружие существенно усилило бы украинскую систему ПВО, позволяя экономно и точно обезвреживать БПЛА и ракеты, уменьшая при этом зависимость от дорогих традиционных способов перехвата.
Примеры рабочих лазерных систем
DragonFire (Великобритания)
DragonFire — это британская лазерная система направленного энергетического оружия, разработанная консорциумом UK DragonFire. Система предназначена для поражения воздушных и морских целей с помощью высокоточных лазерных лучей.
Использует технологию объединения лучей, что обеспечивает суммарную мощность луча около 50 кВт. Как отмечает производитель — это позволяет быстро поражать цели, в частности БпЛА и даже минометные снаряды. Система способна попадать в объекты размером с монету на расстоянии до километра. Ориентировочная стоимость одного выстрела составляет около 10 пенсов.
Разработка началась в 2017 году с инвестициями около 100 млн фунтов стерлингов. В январе 2024 года на полигоне на Гебридских островах в Шотландии состоялись успешные испытания системы, во время которых она поразила воздушные цели.
Планируется, что DragonFire будет интегрирована на военные корабли Королевского флота Великобритании к 2027 году. Кроме того, рассматривается возможность передачи прототипов этого оружия Украине для защиты от БпЛА и ракет.
Directed Energy Stryker (США)
Directed Energy Stryker — это новейшая разработка армии США, предназначенная для борьбы с беспилотными летательными аппаратами с помощью энергетического оружия. Эта система базируется на бронетранспортере Stryker и оснащена лазерной пушкой мощностью 26 кВт, способной уничтожать БпЛА категорий 1–3 (масса до 600 кг) на высоте до 5486 м и скорости до 463 км/ч. Разработка является результатом сотрудничества компаний Leonardo DRS и BlueHalo.
В сентябре 2024 года на полигоне в Соккоро (штат Нью-Мексико) состоялись успешные испытания этой системы, во время которых она уничтожила несколько БпЛА в течение двух дней.
Армия США уже разместила лазерные комплексы за рубежом для уничтожения вражеских БпЛА, что стало значительным шагом в развитии систем для ПВО.
Iron Beam — это израильская лазерная система противовоздушной обороны, разработанная компанией Rafael Advanced Defense Systems в сотрудничестве с Elbit Systems. Система предназначена для уничтожения различных воздушных угроз, таких как ракеты, артиллерийские и минометные снаряды, а также беспилотные летательные аппараты (БПЛА).
Система использует высокоэнергетический лазер мощностью 100 кВт, способный уничтожать цели на расстоянии до 10 км. Iron Beam может фокусировать лазерный луч до размера 2 см на расстоянии нескольких километров, что обеспечивает высокую точность поражения.
Разработка Iron Beam началась в 2014 году, а в 2022-м система успешно прошла серию испытаний, во время которых перехватывала БПЛА, минометные снаряды и ракеты. В октябре 2024 года Министерство обороны Израиля заключило соглашение на сумму 2 млрд шекелей (примерно 536 млн долларов) для расширения производства Iron Beam. Ожидается, что система будет введена в эксплуатацию в 2025 году.
Silent Hunter (Китай)
Silent Hunter — это китайская лазерная система противовоздушной обороны, разработанная компанией Poly Technologies.
Система использует оптоволоконный лазер с электрическим питанием, с регулируемой мощностью от 30 до 100 кВт. Максимальная дальность поражения целей составляет до 4 км. Отмечается, что лазер способен прожечь пять стальных пластин толщиной 2 мм на расстоянии 800 м или одну пластину толщиной 5 мм на расстоянии 1000 м.
Саудовская Аравия приобрела по меньшей мере восемь систем Silent Hunter для защиты от БпЛА и ракетных атак. В 2022 году сообщалось об успешном перехвате иранских Shahed-136 с помощью этой системы с эффективностью 100%.
Анонс украинского лазерного оружия «Тризуб»
В декабре 2024 года Украина представила новейшую лазерную систему «Тризуб», способную нейтрализовать воздушные цели на высотах более 2 км. Это событие выводит Украину в перечень немногих описанных государств, уже имеющих на вооружении собственные действующие лазерные системы.
По озвученным характеристикам, «Тризуб» сможет поражать цели на расстоянии более 2 км. Хотя такие системы, как израильский Iron Beam или британская DragonFire, отличаются большей зоной действия и высокой мощностью, главное преимущество «Тризуба» — компактность и проектирование с учетом специфических оборонных потребностей Украины. Таких как поражение сверхдешевых БпЛА, используемых для истощения ПВО и изготовленных из фанеры или пенопласта.
Какое будущее лазерного оружия?
Сегодня лазерное оружие рассматривается как перспективное направление, которое в ближайшем будущем может получить широкое распространение. Технологии развиваются стремительно, растет конкуренция среди производителей, а военные бюджеты расширяются с акцентом на удешевление уничтожения дронов и обеспечение более эффективных оборонных решений.
Однако, способны ли лазерные установки поразить ракеты столь же легко, как дешевые БПЛА? По словам разработчиков, некоторые типы ракет подвергаются воздействию высокоэнергетических лучей: в лабораторных условиях лазеру удавалось прожигать тонкий композит и, по некоторым источникам, даже 5-миллиметровые металлические пластины. Однако детальной информации о реальных боевых испытаниях почти нет — большинство данных ограничено маркетинговыми заявлениями или тайными проектами. С технической точки зрения, такая возможность существует, но без четких подтверждений об эффективности в реальных условиях боевого применения возникает немало вопросов. Впрочем, с расширением военных бюджетов и развитием инженерных решений лазерные системы могут играть все более весомую роль в противоракетной и противодронной защите уже в ближайшем будущем.
