Сьогодні говоритимемо про лазерну зброю — революційну технологію, яка вже встигла змінити безліч галузей, починаючи від медицини й завершуючи промисловістю.
Принцип роботи лазера
У лазері відбувається процес, який називається «вимушене випромінювання». Спочатку енергетичне джерело (генератор, акумулятор, хімічна реакція тощо) збуджує атоми або молекули в активному середовищі (наприклад, у кристалі, газі або волокні). У збудженому стані ці частинки готові випромінювати фотони. За допомогою лінз та дзеркал промінь «стискають» до мінімального діаметра. Це різко підвищує щільність енергії, тож у місці контакту з ціллю виникає сильне локальне нагрівання. Оскільки лазер є потоком світла, випромінювання відбувається зі швидкістю близькою 300 тис. км на секунду.
Як підсумок, дуже швидко у військовій сфері лазери стали новим словом в озброєнні, адже забезпечують надзвичайну точність, швидкість, ще й економічно вигідні. З появою все більшої кількості безпілотних літальних апаратів (БпЛА), які відіграють чималу роль у сучасній війні, лазерна зброя швидко набуває популярності як дієвий засіб захисту від таких повітряних загроз.
Отже, що ж нам відомо про застосування лазерів проти повітряних цілей? Суть у тому, що лазерна зброя знешкоджує ціль, скерувавши на неї потужний промінь, який «спалює» критичні деталі або електроніку. Такий спосіб ураження має кілька суттєвих плюсів. По-перше, це відбувається фактично миттєво, тож об’єкт не встигне зреагувати. По-друге, вартість кожного «пострілу» значно нижча за традиційні методи, а головне — прицілювання відбувається з дивовижною точністю. Високоенергетичні лазери (High-energy lasers — HEL) нейтралізують цілі практично без побічних пошкоджень, що робить їх ідеальними для сучасного поля бою.
Саме це — поточний стан лазерних систем, приклади їхнього практичного застосування та перспективи, які вони відкривають, — ми розглянемо.
Переваги лазерної зброї
- Економічна ефективність: вартість одного пострілу з лазерної системи набагато нижча за традиційні ракетні перехоплювачі, що важливо для протидії численним дешевим БпЛА, та становить від 1 до 10 доларів США.
- Швидкість ураження: лазери діють зі швидкістю світла, миттєво реагуючи на стрімкі цілі.
- Необмежений боєзапас: доки є джерело живлення, лазер може робити постріли без необхідності перезаряджання.
Труднощі
- Чутливість до погодних умов: туман, дощ або пил можуть знижувати ефективність лазерного випромінювання.
- Великі енергетичні потреби: високоенергетичні лазери вимагають значних джерел живлення, що обмежує їхнє розгортання на пересувних платформах без необхідного енергоресурсу.
- Обмеження щодо дальності: на сьогодні ефективна дальність лазерів зазвичай менша, ніж у деяких традиційних ракетних систем, що може звужувати сфери їхнього застосування.
Ключові питання про лазер як зброю
Яка потужність таких систем?
Для цього нам потрібно зрозуміти, що таке 1 кВт та як його перетворити у промінь. Перш ніж говорити про температуру від лазерного променя (спрощено саме нагрів буде спричиняти пошкодження цілі), важливо розуміти, що лазерна потужність (у Вт або кВт) — це потік енергії, а не безпосередньо кількість тепла або температура. Температура в зоні опромінення залежить від багатьох факторів:
- довжина хвилі лазера
- коефіцієнт поглинання матеріалу (один і той же промінь може сильно нагрівати чорне покриття і майже не нагрівати металеву поверхню, що відбиває його).
- час впливу та площа плями (точкова дія або розфокусована).
- теплопровідність та теплоємність матеріалу, а також умови відведення тепла (довкілля, охолодження та ін.).
Отже, для обігріву приміщення площею 10 м² зазвичай потрібно близько 1 кВт теплової потужності, але це розсіяне тепло. Для ураження цілі нам необхідно його сфокусувати до мінімально можливого діаметра за допомогою спеціальних лінз.
Знаючи необхідні параметри, спробуємо приблизно визначити, як буде нагріватися пластина з алюмінію (обираємо його як стандартний матеріал для легкої авіації зі сталими параметрами теплоємності) на відстані 100 м при різній потужності. Зробивши стандартні розрахунки густини потужності з урахуванням коефіцієнта поглинання матеріалу отримуємо можливість розрахунку підвищення температури у часі. Для 1 кВт ≈ 1,27×10^5 Вт/м^2. При врахуванні ~10% поглинання алюмінієм реальна величина буде вдесятеро менше, а отже:
При 1–10 кВт, якщо точка фокусування велика (кілька см), а алюміній відображає більшу частину світла, нагрівання може бути помірним (поверхневим). Без суттєвих ушкоджень.
При 100 кВт і вище можна досягти значного розплавлення. Але все залежить від якості фокусування та часу дії.
На 1 МВт (1000 кВт) за хорошого контролю точки фокусування і належного наведення можливе дуже швидке та інтенсивне нагрівання (плавлення, випаровування або навіть вибуховий характер дії).
Робимо висновок, що головна ідея така: чим вища потужність і краще фокусування, то більша температура і швидше плавлення цілі.
Чи може лазер уразити цілі, створені з композитів, дерева, ABS-пластику?
Високоенергетичні лазери спрямовують потужний пучок світла на ціль, пошкоджуючи чи повністю руйнуючи її. Матеріали на кшталт композитів, дерева та ABS-пластику цілком можуть бути пошкоджені, залежно від потужності лазера і тривалості впливу. Дослідження підтверджують, що вуглепластики (CFRP) також зазнають ушкоджень від лазерного випромінювання.
Аналіз зразка після лазерного опромінення (спереду і ззаду на зображеннях угорі ліворуч і вгорі праворуч) за допомогою комп’ютерної томографії (зображення поперечного перерізу нижче) дозволяє кількісно визначити пошкоджений об’єм і вивести моделі пошкодження.
Який середній розмір цих систем?
Лазерні системи класифікуються за розмірами, вагою та мобільністю, що визначає їхнє призначення та способи розгортання. Багато систем спроєктовані саме для інтеграції у військові машини та інші мобільні платформи, що дає змогу розгортати їх у різних місцях. Нижче наведена градація від легких мобільних систем до великих стаціонарних установок.
Портативні та мобільні лазерні системи. Вага до 100 кг (до 25 кВт)
Phantom від Northrop Grumman: компактна лазерна система потужністю 10 кВт, вагою менш як 90 кг, розміром з мініхолодильник, призначена для швидкого розгортання на транспортних засобах або в польових умовах.
Середні мобільні лазерні системи. Вага від 100 кг до кількох тонн (понад 25 кВт)
HELWS: британська лазерна установка, яку монтують на броньованому автомобілі та яка здатна вражати БпЛА на відстані понад 1 км. Оснащена лазером потужністю 10 кВт.
Великі стаціонарні лазерні системи. Вага десятки тонн і більше
Розміщення стаціонарно на військових базах, кораблях або в спеціально обладнаних будівлях.
AN/SEQ-3 Laser Weapon System (LaWS): американська лазерна система, встановлена на військових кораблях ВМС США для захисту від БпЛА та малих суден.
Який розмір акумулятора потрібен для лазера?
Енергетичні потреби залежать від потужності лазера. Деякі системи (наприклад, тайванські лазери на бронемашинах) мають достатньо бортового живлення. Інші потребують додаткового джерела.
Скільки коштують такі комплекси?
Вартість значно варіюється. Розробка британської DragonFire оцінюється приблизно у 100 млн фунтів, водночас вартість одного пострілу може бути лише близько 10 пенсів.
Яка конкретно технологія використовується?
Найчастіше застосовуються твердотільні лазери, переважно волоконні, завдяки їхній ефективності й масштабованості. Важливу роль відіграють також високоточні оптико-електронні системи прицілювання.
Які матеріали потрібні для виробництва?
- Активне середовище лазера: наприклад, волокна з домішкою ітербію (Yb) у волоконних лазерах
- Оптичні компоненти: високоякісні лінзи та дзеркала
- Системи тепловідведення: матеріали з високою теплопровідністю для охолодження
Чи можна застосовувати лазер як космічну зброю?
Теоретично лазери в космосі можуть бути навіть ефективнішими через відсутність атмосфери (мінімальне розсіювання променя). Проте виклики пов’язані з енергозабезпеченням, тепловідведенням і точним наведенням у космічних умовах.
Чим зумовлене збільшення габариту при збільшенні потужності?
- Потреби в енергії: щоб формувати промінь, який здатен вивести з ладу ціль, потрібні великі генератори або джерела живлення.
- Системи охолодження: лазер під час роботи виділяє багато тепла, тому потребує потужних охолоджувальних пристроїв. Це додає ваги та об’єму, ускладнюючи мініатюризацію.
- Управління променем та оптика: точне наведення потребує складних оптичних компонентів. Зменшити їхні розміри без втрати продуктивності — складне інженерне завдання.
Розвиток більш компактних джерел живлення, удосконалених систем охолодження та мініатюрних оптичних компонентів є ключовим. Використання напівпровідникових лазерів і новітніх методів тепловідведення може дозволити створити менш габаритні лазерні зразки.
Порівняння вартості лазерів і традиційних видів озброєння
Лазерна зброя є надзвичайно економічною у використанні. Якщо ракети для знищення БпЛА можуть коштувати десятки тисяч доларів за пуск, постріл із лазера може обійтися в лічені долари чи навіть центи.
- Лазерна зброя: 1–10 доларів за постріл.
- Ракети проти БПЛА: 50 000–150 000 доларів за перехоплення.
Така різниця робить лазери дуже привабливою опцією проти роїв дешевих БпЛА, які використовуються для виснаження ППО.
Як вони можуть вплинути на ППО України?
Лазерна зброя суттєво посилила б українську систему ППО, даючи змогу економно й точно знешкоджувати БпЛА та ракети, зменшуючи при цьому залежність від дорогих традиційних способів перехоплення.
Приклади робочих лазерних систем
DragonFire (Велика Британія)
DragonFire — це британська лазерна система спрямованої енергетичної зброї, розроблена консорціумом UK DragonFire. Система призначена для ураження повітряних та морських цілей за допомогою високоточних лазерних променів.
Використовує технологію об’єднання променів, що забезпечує сумарну потужність променя близько 50 кВт. Як зазначає виробник — це дозволяє швидко вражати цілі, зокрема БпЛА та навіть мінометні снаряди. Система здатна влучати в об’єкти розміром з монету на відстані до кілометра. Орієнтовна вартість одного пострілу становить близько 10 пенсів.
Розробка розпочалася у 2017 році з інвестиціями близько 100 млн фунтів стерлінгів. У січні 2024 року на полігоні на Гебридських островах у Шотландії відбулися успішні випробування системи, під час яких вона вразила повітряні цілі.
Планується, що DragonFire буде інтегрована на військові кораблі Королівського флоту Великої Британії до 2027 року. Крім того, розглядається можливість передачі прототипів цієї зброї Україні для захисту від БпЛА та ракет.
Directed Energy Stryker (США)
Directed Energy Stryker — це новітня розробка армії США, призначена для боротьби з безпілотними літальними апаратами за допомогою енергетичної зброї. Ця система базується на бронетранспортері Stryker і оснащена лазерною гарматою потужністю 26 кВт, здатною знищувати БпЛА категорій 1–3 (маса до 600 кг) на висоті до 5486 м і швидкості до 463 км/год. Розробка є результатом співпраці компаній Leonardo DRS та BlueHalo.
У вересні 2024 року на полігоні в Соккоро (штат Нью-Мексико) відбулися успішні випробування цієї системи, під час яких вона знищила кілька БпЛА впродовж двох днів.
Армія США вже розмістила лазерні комплекси за кордоном для знищення ворожих БпЛА, що стало значним кроком у розвитку систем для ППО.
Iron Beam — це ізраїльська лазерна система протиповітряної оборони, розроблена компанією Rafael Advanced Defense Systems у співпраці з Elbit Systems. Система призначена для знищення різноманітних повітряних загроз, таких як ракети, артилерійські та мінометні снаряди, а також безпілотні літальні апарати (БпЛА).
Система використовує високоенергетичний лазер потужністю 100 кВт, здатний знищувати цілі на відстані до 10 км. Iron Beam може фокусувати лазерний промінь до розміру 2 см на відстані кількох кілометрів, що забезпечує високу точність ураження.
Розробка Iron Beam розпочалася 2014 року, а 2022-го система успішно пройшла серію випробувань, під час яких перехоплювала БПЛА, мінометні снаряди та ракети. У жовтні 2024 року Міністерство оборони Ізраїлю уклало угоду на суму 2 млрд шекелів (приблизно 536 млн доларів) для розширення виробництва Iron Beam. Очікується, що система буде введена в експлуатацію 2025 року.
Silent Hunter (Китай)
Silent Hunter — це китайська лазерна система протиповітряної оборони, розроблена компанією Poly Technologies.
Система використовує оптоволоконний лазер з електричним живленням, з регульованою потужністю від 30 до 100 кВт. Максимальна дальність ураження цілей становить до 4 км. Зазначається, що лазер здатний пропалити п’ять сталевих пластин товщиною 2 мм на відстані 800 м або одну пластину товщиною 5 мм на відстані 1000 м.
Саудівська Аравія придбала щонайменше вісім систем Silent Hunter для захисту від БпЛА та ракетних атак. У 2022 році повідомлялося про успішне перехоплення іранських Shahed-136 за допомогою цієї системи з ефективністю 100%.
Анонс української лазерної зброї «Тризуб»
У грудні 2024 року Україна представила новітню лазерну систему «Тризуб», здатну нейтралізувати повітряні цілі на висотах понад 2 км. Ця подія виводить Україну до переліку небагатьох описаних держав, що вже мають на озброєнні власні діючі лазерні системи.
За озвученими характеристиками, «Тризуб» зможе вражати цілі на відстані понад 2 км. Хоча такі системи, як ізраїльський Iron Beam чи британська DragonFire, вирізняються більшою зоною дії та вищою потужністю, головна перевага «Тризуба» — компактність і проєктування з урахуванням специфічних оборонних потреб України. Таких як ураження наддешевих БпЛА, що використовуються для виснаження ППО та виготовлені з фанери або пінопласту.
Яке майбутнє лазерної зброї?
Сьогодні лазерна зброя розглядається як перспективний напрям, що в найближчому майбутньому може отримати широке поширення. Технології розвиваються стрімко, зростає конкуренція серед виробників, а військові бюджети розширюються з акцентом на здешевлення знищення дронів і забезпечення більш ефективних оборонних рішень.
Однак, чи здатні лазерні установки вразити ракети настільки ж легко, як дешеві БПЛА? За словами розробників, деякі типи ракет піддаються впливу високоенергетичних променів: у лабораторних умовах лазеру вдавалося пропалювати тонкий композит та, за деякими джерелами, навіть 5-міліметрові металеві пластини. Проте детальної інформації щодо реальних бойових випробувань майже немає — більшість даних обмежена маркетинговими заявами або таємними проєктами. З технічного погляду, така можливість існує, але без чітких підтверджень про ефективність у реальних умовах бойового застосування виникає чимало питань. Утім, із розширенням військових бюджетів та розвитком інженерних рішень лазерні системи можуть відігравати все вагомішу роль у протиракетному та протидронному захисті вже у найближчому майбутньому.
