أسلحة الليزر: التقنيات ، التاريخ ، الحالة ، الآفاق. الجزء الأول
الليزر سلاح دائما يسبب الكثير من الجدل. يعتبره البعض سلاحًا للمستقبل ، بينما ينكر البعض الآخر بشكل قاطع احتمال ظهور نماذج فعالة لمثل هذه الأسلحة في المستقبل القريب. فكر الناس في أسلحة الليزر حتى قبل ظهورها الفعلي ، فلنتذكر العمل الكلاسيكي "The Hyperboloid of Engineer Garin" للمخرج Alexei Tolstoy (بالطبع ، لا يشير العمل إلى وجود ليزر ، بل إلى سلاح قريب منه أثناء العمل وعواقب استخدامه سلاح).
أثار إنشاء ليزر حقيقي في الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين موضوع أسلحة الليزر مرة أخرى. لعقود من الزمان ، أصبحت سمة لا غنى عنها لأفلام الخيال العلمي. كانت النجاحات الحقيقية أكثر تواضعا. نعم ، احتلت الليزر مكانة مهمة في أنظمة الاستطلاع وتحديد الهدف وتستخدم على نطاق واسع في الصناعة ، لكن قوتها لا تزال غير كافية للاستخدام كوسيلة للتدمير ، وخصائص وزنها وحجمها كانت غير مقبولة. كيف تطورت تقنيات الليزر ، وما مدى جاهزيتها للاستخدام العسكري في الوقت الحاضر؟
تم إنشاء أول ليزر تشغيلي في عام 1960. كان ليزر الحالة الصلبة النبضي يعتمد على الياقوت الاصطناعي. في وقت الإنشاء كانت أعلى تقنية. في الوقت الحاضر ، يمكن تجميع مثل هذا الليزر في المنزل ، بينما يمكن أن تصل طاقة النبض إلى 100 ج.
حتى أن استخدام ليزر النيتروجين أبسط من ذلك ، فإن تنفيذه لا يتطلب شراء منتجات معقدة ، بل يمكنه العمل على النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي. بأذرع مستقيمة ، يمكن تجميعها بسهولة في المنزل.
عملية التجميع الذاتي وشرح تشغيل ليزر النيتروجين
منذ إنشاء الليزر الأول ، تم العثور على عدد كبير من الطرق للحصول على إشعاع الليزر. هناك ليزر الحالة الصلبة ، والليزر الغازي ، والليزر الصبغي ، والليزر الإلكتروني الحر ، والليزر الليفي ، وأشباه الموصلات وأنواع الليزر الأخرى. يختلف الليزر أيضًا في طريقة حماسته. على سبيل المثال ، في ليزرات الغاز ذات التصميمات المختلفة ، يمكن إجراء إثارة الوسط النشط عن طريق الإشعاع الضوئي ، تفريغ التيار الكهربائي ، التفاعل الكيميائي ، الضخ النووي ، الضخ الحراري (الليزر الديناميكي للغاز ، GDL). أدى ظهور ليزر أشباه الموصلات إلى ظهور ليزر DPSS (ليزر الحالة الصلبة الذي يضخه الصمام الثنائي).
تتيح التصميمات المختلفة لليزر الحصول على إشعاع بأطوال موجية مختلفة عند الخرج ، من إشعاع الأشعة السينية الناعم إلى الأشعة تحت الحمراء. يجري تطوير الليزر الذي ينبعث منه أشعة سينية صلبة وليزر جاما. يتيح لك هذا تحديد ليزر بناءً على المشكلة التي يتم حلها. فيما يتعلق بالتطبيقات العسكرية ، فهذا يعني ، على سبيل المثال ، إمكانية اختيار ليزر بإشعاع مثل هذا الطول الموجي الذي يمتصه الغلاف الجوي للكوكب إلى الحد الأدنى.
منذ تطوير النموذج الأولي الأول ، زادت الطاقة بشكل مستمر ، وتم تحسين خصائص الوزن والحجم وكفاءة الليزر. يظهر هذا بوضوح في مثال ثنائيات الليزر. في التسعينيات من القرن الماضي ، ظهرت مؤشرات ليزر بقوة 90-2 ميغاواط للبيع على نطاق واسع ، في 5-2005 كان من الممكن بالفعل شراء مؤشر ليزر بقوة 2010-200 ميجاوات ، الآن ، في عام 300 ، هناك ليزر مؤشرات بقوة بصرية تبلغ 2019 ثلاثاء في روسيا ، توجد وحدات من ثنائيات ليزر الأشعة تحت الحمراء بإخراج ألياف بصرية ، بطاقة ضوئية 7 واط ، للبيع المفتوح.
معدل النمو في قوة ثنائيات الليزر يمكن مقارنته بمعدل النمو في القوة الحاسوبية للمعالجات ، وفقًا لقانون مور. وبالطبع ، فإن ثنائيات الليزر ليست مناسبة لإنتاج الليزر القتالي ، ولكنها بدورها تُستخدم في ضخ ليزرات الحالة الصلبة والليزر الليفي. بالنسبة لثنائيات الليزر ، يمكن أن تزيد كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية عن 50٪ ؛ نظريًا ، من الممكن الحصول على كفاءة تزيد عن 80٪. لا تقلل الكفاءة العالية من متطلبات إمداد الطاقة فحسب ، بل تبسط أيضًا تبريد معدات الليزر.
عنصر مهم في الليزر هو نظام تركيز الشعاع - فكلما صغرت منطقة البقعة على الهدف ، زادت القوة المحددة التي تسمح بالضرر. إن التقدم في إنشاء أنظمة بصرية معقدة وظهور مواد بصرية جديدة ذات درجة حرارة عالية يجعل من الممكن إنشاء أنظمة تركيز عالية الكفاءة. يشتمل نظام التركيز والتوجيه الخاص بجهاز الليزر الأمريكي التجريبي القتالي HEL على 127 مرآة وعدسة ومرشحات ضوئية.
عنصر مهم آخر يجعل من الممكن صنع أسلحة الليزر هو تطوير أنظمة لتوجيه الشعاع والحفاظ عليه على الهدف. لضرب الأهداف بلقطة "فورية" ، في جزء من الثانية ، هناك حاجة إلى طاقة جيجاوات ، ولكن إنشاء مثل هذه الليزرات ومصادر الطاقة لهم على هيكل متحرك هو مسألة مستقبل بعيد. وفقًا لذلك ، من أجل تدمير الأهداف باستخدام الليزر بقوة مئات الكيلوات - عشرات الميجاوات ، من الضروري الحفاظ على بقعة إشعاع الليزر على الهدف لبعض الوقت (من عدة ثوانٍ إلى عدة عشرات من الثواني). يتطلب ذلك محركات عالية الدقة وعالية السرعة قادرة على تتبع الهدف بشعاع الليزر ، وفقًا لنظام التوجيه.
عند إطلاق النار على مسافات طويلة ، يجب أن يعوض نظام التوجيه التشوهات التي يسببها الغلاف الجوي ، والتي يمكن من أجلها استخدام عدة أشعة ليزر لأغراض مختلفة في نظام التوجيه ، مما يضمن التوجيه الدقيق لليزر "القتال" الرئيسي على الهدف.
ما هي أجهزة الليزر التي حظيت بالأولوية في التطوير في مجال الأسلحة؟ بسبب عدم وجود مصادر قوية للضخ البصري ، في المقام الأول ، أصبح الليزر الديناميكي الغازي والكيميائي كذلك.
في نهاية القرن العشرين ، أثار البرنامج الأمريكي لمبادرة الدفاع الاستراتيجي (SDI) الرأي العام. كجزء من هذا البرنامج ، كان من المفترض نشر أسلحة الليزر على الأرض وفي الفضاء لتدمير الصواريخ الباليستية السوفيتية العابرة للقارات (ICBMs). لوضعها في المدار ، كان من المفترض أن تستخدم أشعة الليزر التي يتم ضخها نوويًا والتي تنبعث في نطاق الأشعة السينية أو أشعة الليزر الكيميائية بقوة تصل إلى 20 ميجاوات.
واجه برنامج SDI العديد من الصعوبات الفنية وتم إغلاقه. في الوقت نفسه ، جعلت بعض الأبحاث التي أجريت في إطار البرنامج من الممكن الحصول على ليزر قوي بما فيه الكفاية. في عام 1985 ، دمر ليزر فلوريد الديوتيريوم بطاقة خرج 2,2 ميغاواط صاروخًا باليستيًا يعمل بالوقود السائل مثبتًا على بعد كيلومتر واحد من الليزر. نتيجة للإشعاع لمدة 1 ثانية ، فقدت جدران جسم الصاروخ قوتها ودمرت بفعل الضغط الداخلي.
في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تم أيضًا تطوير الليزر القتالي. في الثمانينيات من القرن العشرين ، كان العمل جاريًا لإنشاء منصة Skif المدارية باستخدام ليزر ديناميكي للغاز بقوة 100 كيلو واط. تم إطلاق نموذج الكتلة بالحجم الطبيعي "Skif-DM" (المركبة الفضائية "Pole") إلى مدار الأرض في عام 1987 ، ولكن نظرًا لعدد من الأخطاء لم تدخل المدار المحسوب وانغمست في المحيط الهادئ على طول مسار باليستي. وضع انهيار الاتحاد السوفياتي حدا لهذا ومشاريع مماثلة.
أجريت دراسات واسعة النطاق لأسلحة الليزر في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية كجزء من برنامج تيرا. تم تنفيذ برنامج نظام الدفاع النطاقي المضاد للصواريخ والدفاع الفضائي مع عنصر ضرب شعاع على أساس سلاح الليزر عالي الطاقة Terra من عام 1965 إلى عام 1992. وفقًا للبيانات المفتوحة ، الليزر الديناميكي للغاز ، ليزر الحالة الصلبة ، التفكك الضوئي لليود المتفجر وأنواع الليزر الأخرى.
أيضًا في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، منذ منتصف السبعينيات من القرن العشرين ، تم تطوير مجمع الليزر الجوي A-70 على أساس طائرة Il-60MD. في البداية ، كان الهدف من المجمع هو مكافحة بالونات الانجراف الآلي. كسلاح ، كان من المقرر تركيب ليزر ثاني أكسيد الكربون المستمر الديناميكي للغاز من فئة ميغاواط التي طورها مكتب تصميم Khimavtomatika (KBKhA).
كجزء من الاختبارات ، تم إنشاء عائلة من عينات مقاعد البدلاء GDT بقوة إشعاعية من 10 إلى 600 كيلو واط. يمكن الافتراض أنه في وقت اختبار مجمع A-60 ، تم تركيب ليزر 100 كيلو واط عليه.
تم إجراء عدة عشرات من الرحلات مع اختبار تركيب الليزر على منطاد الستراتوسفير يقع على ارتفاع 30-40 كم وعلى هدف La-17. تشير بعض المصادر إلى أن المجمع مع طائرة A-60 تم إنشاؤه كمكون دفاع صاروخي بالليزر للطيران في إطار برنامج Terra-3.
في فبراير 2010 ، أفادت وسائل الإعلام عن استئناف العمل على أسلحة الليزر المحمولة جواً على منصة Il-76MD-90A بمحركات PS-90A-76. بخصوص VKO "Almaz-Antey" ، سميت TANTK باسم G.M. تم تكليف Beriev وشركة Khimpromavtomatika في فورونيج بمهمة إنشاء مجمع طيران باستخدام "ليزر قادر على حرق هياكل الطائرات والأقمار الصناعية والصواريخ الباليستية". قامت الطائرة Il-76MD-90A ، التي تم تحويلها لهذا الغرض ، بأول رحلة لها في أكتوبر 2014 ووصلت إلى تاجانروج في 24 نوفمبر 2014 لتثبيت مجمع ليزر. استمر الانتهاء من الماكينة واختبارها الأرضي لمدة عامين ، وفي 4 أكتوبر 2016 ، أفادت وسائل الإعلام عن بدء اختبارات الطيران الخلف للطائرة A-60. وكما جاء على لسان نائب وزير الدفاع في الاتحاد الروسي يوري بوريسوف ، فإن "تجارب الطيران مستمرة ، ونتائجها تؤكد صحة القرارات المتخذة".
ما هي أنواع الليزر الواعدة للاستخدام العسكري في الوقت الحاضر؟ مع كل مزايا الليزر الديناميكي الغازي والكيميائي ، فإن لها عيوبًا كبيرة: الحاجة إلى المكونات الاستهلاكية ، والقصور الذاتي لبدء التشغيل (وفقًا لبعض المصادر ، حتى دقيقة واحدة) ، وإطلاق حرارة كبير ، وأبعاد كبيرة ، وإخراج المكونات المستهلكة للوسيط النشط. لا يمكن وضع مثل هذه الليزرات إلا على ناقلات كبيرة.
في الوقت الحالي ، تتمتع ليزر الحالة الصلبة والليزر الليفي بأكبر الاحتمالات ، والتي من الضروري تشغيلها فقط لتزويدها بالكهرباء ذات الطاقة الكافية. تعمل البحرية الأمريكية بنشاط على تطوير تقنية ليزر إلكتروني مجاني. من المزايا المهمة لليزر الليفي قابلية التوسع ؛ القدرة على الجمع بين عدة وحدات للحصول على مزيد من الطاقة. تعد قابلية التوسع العكسي مهمة أيضًا ، إذا تم إنشاء ليزر الحالة الصلبة بقوة 300 كيلو واط ، فمن المؤكد أنه يمكن إنشاء ليزر أصغر بقوة ، على سبيل المثال ، 30 كيلو واط على أساسه.
ما هو وضع ليزر الألياف والليزر ذو الحالة الصلبة في روسيا؟ كان علم اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية من حيث تطوير وإنشاء الليزر هو الأكثر تقدمًا في العالم. لسوء الحظ ، أدى انهيار الاتحاد السوفيتي إلى تغيير كل شيء. إحدى أكبر الشركات في العالم في مجال تطوير وإنتاج الليزرات الليفية ، IPG Photonics ، أسسها V. P. Gapontsev ، وهو مواطن روسي ، على أساس الشركة الروسية NTO IRE-Polyus. الشركة الأم IPG Photonics مسجلة حاليًا في الولايات المتحدة الأمريكية. على الرغم من حقيقة أن أحد أكبر مواقع إنتاج IPG Photonics يقع في روسيا (Fryazino ، منطقة موسكو) ، تعمل الشركة في إطار قانون الولايات المتحدة ولا يمكن استخدام أشعة الليزر الخاصة بها في القوات المسلحة للاتحاد الروسي ، بما في ذلك يجب على الشركة الامتثال للعقوبات المفروضة على روسيا.
ومع ذلك ، فإن قدرات الليزرات الليفية التي تنتجها IPG Photonics عالية للغاية. تتمتع ليزر الألياف CW عالي الطاقة IPG بمدى طاقة من 1 كيلو واط إلى 500 كيلو واط ، بالإضافة إلى نطاق واسع من الأطوال الموجية ، وتصل كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية إلى 50٪. تعد معلمات الاختلاف الخاصة بألياف الليزر IPG أعلى بكثير من أنواع الليزر الأخرى عالية الطاقة.
هل يوجد مطورون ومصنعون آخرون للألياف الحديثة عالية الطاقة وليزر الحالة الصلبة في روسيا؟ اذا حكمنا من خلال العينات التجارية ، لا.
تقدم الشركة المصنعة المحلية في القطاع الصناعي ليزر الغاز بقدرة قصوى تصل إلى عشرات كيلوواط. على سبيل المثال ، في عام 2001 ، قدمت شركة Laser Systems ليزر أكسجين اليود بقدرة 10 كيلو وات بكفاءة كيميائية تتجاوز 32٪ ، وهو أكثر المصادر المدمجة الواعدة لإشعاع الليزر عالي الطاقة من هذا النوع. من الناحية النظرية ، يمكن أن تصل طاقة ليزر الأكسجين واليود إلى طاقة تصل إلى ميغاواط واحد.
في الوقت نفسه ، لا يمكن استبعاد أن العلماء الروس قد تمكنوا من تحقيق اختراق في اتجاه آخر في إنشاء ليزر عالي الطاقة ، بناءً على فهم عميق لفيزياء عمليات الليزر.
في عام 2018 ، أعلن الرئيس الروسي فلاديمير بوتين عن مجمع Peresvet لليزر ، المصمم لحل مهام الدفاع الصاروخي وتدمير مدارات العدو. تم تصنيف البيانات الموجودة على مجمع Peresvet ، بما في ذلك نوع الليزر (الليزر) المستخدم والطاقة الضوئية.
يمكن الافتراض أن المرشح الأكثر ترجيحًا للتركيب في هذا المجمع هو ليزر ديناميكي بالغاز ، وهو سليل الليزر الذي يتم تطويره لبرنامج A-60. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون الطاقة الضوئية لمركب الليزر "Peresvet" 200-400 كيلوواط ، في سيناريو متفائل تصل إلى 1 ميغاواط. يمكن اعتبار ليزر الأكسجين واليود المذكور سابقًا كمرشح آخر.
بناءً على ذلك ، ثم من جانب مقصورة الجهاز الرئيسي لمجمع Peresvet ، من المفترض أن يكون هناك موقع تسلسلي - مولد تيار كهربائي يعمل بالديزل أو البنزين ، ضاغط ، حجرة تخزين للمكونات الكيميائية ، ليزر مزود بتبريد ونظام توجيه شعاع الليزر. لا يوجد رادار للكشف عن الهدف أو OLS في أي مكان ، مما يوحي بتعيين الهدف الخارجي.
على أي حال ، قد يتبين أن هذه الافتراضات خاطئة ، بسبب إمكانية إنشاء ليزرات جديدة بشكل أساسي من قبل المطورين المحليين ، وبسبب نقص المعلومات الموثوقة حول القوة الضوئية لمجمع Peresvet. على وجه الخصوص ، تسربت المعلومات من خلال الصحافة حول وجود مفاعل نووي صغير الحجم كجزء من مجمع Peresvet كمصدر للطاقة. إذا كان هذا صحيحًا ، فقد يكون تكوين المجمع والخصائص المحتملة مختلفة تمامًا.
ما هي الطاقة اللازمة لاستخدام الليزر بشكل فعال في الأغراض العسكرية كوسيلة للتدمير؟ هذا يعتمد إلى حد كبير على المدى المتوقع للاستخدام وطبيعة الأهداف التي يتم ضربها ، وكذلك طريقة ضربها.
كجزء من مجمع الدفاع عن النفس على متن المركب "فيتيبسك" توجد محطة تشويش نشطة L-370-3S. إنه يتصدى لصواريخ العدو القادمة برأس صاروخ موجه حراري عن طريق إصابتها بأشعة الليزر تحت الحمراء. مع الأخذ في الاعتبار أبعاد محطة التداخل النشط L-370-3S ، تبلغ قوة باعث الليزر عدة عشرات من الواط كحد أقصى. هذا بالكاد يكفي لتدمير الرأس الحراري للصاروخ ، لكنه كافٍ تمامًا للعمى المؤقت.
أثناء اختبارات مجمع A-60 باستخدام ليزر 100 كيلو وات ، تم إصابة أهداف L-17 ، وهو ما يمثل نظيرًا لطائرة نفاثة. نطاق الدمار غير معروف ، ويمكن افتراض أنه كان حوالي 5-10 كم.
أمثلة على اختبارات أنظمة الليزر الأجنبية:
تم تدمير الصواريخ الباليستية المستهدفة خلال اختبارات مجمع الليزر الأمريكي بوينج YAL-1 المحمول جوا. أحد الصواريخ المستهدفة بمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل ، والثاني يعمل بالوقود الصلب ، وكان مدى إطلاق النار في الاختبارات حوالي 100 كيلومتر.
في موقع الاختبار في شروبنهاوزن ، اختبرت Rheinmetall نظام ليزر بقدرة 20 كيلو وات الذي يدمر مركبة جوية بدون طيار (UAV) على مسافة 500 متر في 3,39 ثانية.
اصطدمت مركبة القتال المدرعة التابعة للجيش الأمريكي ، المجهزة بليزر عالي الطاقة (Mobile High-Energy Laser ، MEHEL) بقوة 5 كيلو واط ، بطائرة بدون طيار صغيرة في ملعب تدريب Grafenwehr في ألمانيا (بافاريا)
في سياق أكثر من 100 اختبار ، نظام ليزر الدفاع الصاروخي الإسرائيلي كيرين برزل في أبريل 2014 ، ضرب النظام 90٪ من الأهداف (ألغام ، قذائف ، طائرات بدون طيار) أظهر قابلية التشغيل (إثبات المفهوم) ، وتم إجراء أكثر من 100 اختبار. . تبلغ قوة الليزر المستخدم عدة عشرات من الكيلوات.
قامت شركة Boeing مع الجيش الأمريكي باختبار الليزر القتالي المتقدم HEL MD. على الرغم من سوء الأحوال الجوية - الرياح القوية والأمطار والضباب - نجحت المركبة البالغة 10 كيلووات في إصابة عدة أهداف جوية في قاعدة إيجلين الجوية في فلوريدا.
تم إجراء الاختبار السابق للمجمع في عام 2013 في موقع اختبار White Sands ، نيو مكسيكو. ثم أصاب الليزر أكثر من 90 قذيفة هاون وعدة طائرات مسيرة. في المجموع ، خلال اختبارين ، أصابت HEL MD 150 هدفًا جويًا ، بما في ذلك قذائف هاون 60 ملم وطائرات بدون طيار. تخطط الشركة لزيادة طاقة المجمع إلى 50-60 كيلوواط وتحسين نظام إمداد الطاقة لتركيب الليزر.
[
بناءً على ما سبق ، يمكننا أن نفترض:
- لتدمير الطائرات بدون طيار الصغيرة على مسافة 1-5 كيلومترات ، يلزم وجود ليزر بقوة 2-5 كيلو واط ؛
- لتدمير الألغام غير الموجهة ، والقذائف ، والذخائر الموجهة بدقة على مسافة 5-10 كيلومترات ، يلزم وجود ليزر بقوة 20-100 كيلو واط ؛
- لضرب أهداف مثل طائرة أو صاروخ على مسافة 100-500 كم ، يلزم وجود ليزر بقوة 1-10 ميغاواط.
الليزر للقدرات المشار إليها إما موجود بالفعل أو سيتم إنشاؤه في المستقبل المنظور. ما هي أنواع أسلحة الليزر في المستقبل القريب التي يمكن استخدامها من قبل القوات الجوية والقوات البرية و سريع، سننظر في استمرار هذه المقالة.
أثار إنشاء ليزر حقيقي في الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين موضوع أسلحة الليزر مرة أخرى. لعقود من الزمان ، أصبحت سمة لا غنى عنها لأفلام الخيال العلمي. كانت النجاحات الحقيقية أكثر تواضعا. نعم ، احتلت الليزر مكانة مهمة في أنظمة الاستطلاع وتحديد الهدف وتستخدم على نطاق واسع في الصناعة ، لكن قوتها لا تزال غير كافية للاستخدام كوسيلة للتدمير ، وخصائص وزنها وحجمها كانت غير مقبولة. كيف تطورت تقنيات الليزر ، وما مدى جاهزيتها للاستخدام العسكري في الوقت الحاضر؟
تم إنشاء أول ليزر تشغيلي في عام 1960. كان ليزر الحالة الصلبة النبضي يعتمد على الياقوت الاصطناعي. في وقت الإنشاء كانت أعلى تقنية. في الوقت الحاضر ، يمكن تجميع مثل هذا الليزر في المنزل ، بينما يمكن أن تصل طاقة النبض إلى 100 ج.
مخطط أول ليزر على ياقوت صناعي
ليزر مصنوع منزليًا على ياقوت صناعي بطاقة نبضية 5 J وقطعة نقود معدنية من خلال سبع نبضات من هذا الليزر ، تم تصميم الليزر بواسطةLaserbuilder ، وهم يخططون لإنشاء ليزر مشابه بطاقة نبضية تصل إلى 100 ي
حتى أن استخدام ليزر النيتروجين أبسط من ذلك ، فإن تنفيذه لا يتطلب شراء منتجات معقدة ، بل يمكنه العمل على النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي. بأذرع مستقيمة ، يمكن تجميعها بسهولة في المنزل.
ليزر نيتروجين محلي الصنع من صنع جارود كينزي
عملية التجميع الذاتي وشرح تشغيل ليزر النيتروجين
منذ إنشاء الليزر الأول ، تم العثور على عدد كبير من الطرق للحصول على إشعاع الليزر. هناك ليزر الحالة الصلبة ، والليزر الغازي ، والليزر الصبغي ، والليزر الإلكتروني الحر ، والليزر الليفي ، وأشباه الموصلات وأنواع الليزر الأخرى. يختلف الليزر أيضًا في طريقة حماسته. على سبيل المثال ، في ليزرات الغاز ذات التصميمات المختلفة ، يمكن إجراء إثارة الوسط النشط عن طريق الإشعاع الضوئي ، تفريغ التيار الكهربائي ، التفاعل الكيميائي ، الضخ النووي ، الضخ الحراري (الليزر الديناميكي للغاز ، GDL). أدى ظهور ليزر أشباه الموصلات إلى ظهور ليزر DPSS (ليزر الحالة الصلبة الذي يضخه الصمام الثنائي).
تتيح التصميمات المختلفة لليزر الحصول على إشعاع بأطوال موجية مختلفة عند الخرج ، من إشعاع الأشعة السينية الناعم إلى الأشعة تحت الحمراء. يجري تطوير الليزر الذي ينبعث منه أشعة سينية صلبة وليزر جاما. يتيح لك هذا تحديد ليزر بناءً على المشكلة التي يتم حلها. فيما يتعلق بالتطبيقات العسكرية ، فهذا يعني ، على سبيل المثال ، إمكانية اختيار ليزر بإشعاع مثل هذا الطول الموجي الذي يمتصه الغلاف الجوي للكوكب إلى الحد الأدنى.
منذ تطوير النموذج الأولي الأول ، زادت الطاقة بشكل مستمر ، وتم تحسين خصائص الوزن والحجم وكفاءة الليزر. يظهر هذا بوضوح في مثال ثنائيات الليزر. في التسعينيات من القرن الماضي ، ظهرت مؤشرات ليزر بقوة 90-2 ميغاواط للبيع على نطاق واسع ، في 5-2005 كان من الممكن بالفعل شراء مؤشر ليزر بقوة 2010-200 ميجاوات ، الآن ، في عام 300 ، هناك ليزر مؤشرات بقوة بصرية تبلغ 2019 ثلاثاء في روسيا ، توجد وحدات من ثنائيات ليزر الأشعة تحت الحمراء بإخراج ألياف بصرية ، بطاقة ضوئية 7 واط ، للبيع المفتوح.
مؤشر ليزر بقوة ضوئية 7 وات ، طول موجي 445 نانومتر
معدل النمو في قوة ثنائيات الليزر يمكن مقارنته بمعدل النمو في القوة الحاسوبية للمعالجات ، وفقًا لقانون مور. وبالطبع ، فإن ثنائيات الليزر ليست مناسبة لإنتاج الليزر القتالي ، ولكنها بدورها تُستخدم في ضخ ليزرات الحالة الصلبة والليزر الليفي. بالنسبة لثنائيات الليزر ، يمكن أن تزيد كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية عن 50٪ ؛ نظريًا ، من الممكن الحصول على كفاءة تزيد عن 80٪. لا تقلل الكفاءة العالية من متطلبات إمداد الطاقة فحسب ، بل تبسط أيضًا تبريد معدات الليزر.
عنصر مهم في الليزر هو نظام تركيز الشعاع - فكلما صغرت منطقة البقعة على الهدف ، زادت القوة المحددة التي تسمح بالضرر. إن التقدم في إنشاء أنظمة بصرية معقدة وظهور مواد بصرية جديدة ذات درجة حرارة عالية يجعل من الممكن إنشاء أنظمة تركيز عالية الكفاءة. يشتمل نظام التركيز والتوجيه الخاص بجهاز الليزر الأمريكي التجريبي القتالي HEL على 127 مرآة وعدسة ومرشحات ضوئية.
عنصر مهم آخر يجعل من الممكن صنع أسلحة الليزر هو تطوير أنظمة لتوجيه الشعاع والحفاظ عليه على الهدف. لضرب الأهداف بلقطة "فورية" ، في جزء من الثانية ، هناك حاجة إلى طاقة جيجاوات ، ولكن إنشاء مثل هذه الليزرات ومصادر الطاقة لهم على هيكل متحرك هو مسألة مستقبل بعيد. وفقًا لذلك ، من أجل تدمير الأهداف باستخدام الليزر بقوة مئات الكيلوات - عشرات الميجاوات ، من الضروري الحفاظ على بقعة إشعاع الليزر على الهدف لبعض الوقت (من عدة ثوانٍ إلى عدة عشرات من الثواني). يتطلب ذلك محركات عالية الدقة وعالية السرعة قادرة على تتبع الهدف بشعاع الليزر ، وفقًا لنظام التوجيه.
عند إطلاق النار على مسافات طويلة ، يجب أن يعوض نظام التوجيه التشوهات التي يسببها الغلاف الجوي ، والتي يمكن من أجلها استخدام عدة أشعة ليزر لأغراض مختلفة في نظام التوجيه ، مما يضمن التوجيه الدقيق لليزر "القتال" الرئيسي على الهدف.
ما هي أجهزة الليزر التي حظيت بالأولوية في التطوير في مجال الأسلحة؟ بسبب عدم وجود مصادر قوية للضخ البصري ، في المقام الأول ، أصبح الليزر الديناميكي الغازي والكيميائي كذلك.
في نهاية القرن العشرين ، أثار البرنامج الأمريكي لمبادرة الدفاع الاستراتيجي (SDI) الرأي العام. كجزء من هذا البرنامج ، كان من المفترض نشر أسلحة الليزر على الأرض وفي الفضاء لتدمير الصواريخ الباليستية السوفيتية العابرة للقارات (ICBMs). لوضعها في المدار ، كان من المفترض أن تستخدم أشعة الليزر التي يتم ضخها نوويًا والتي تنبعث في نطاق الأشعة السينية أو أشعة الليزر الكيميائية بقوة تصل إلى 20 ميجاوات.
واجه برنامج SDI العديد من الصعوبات الفنية وتم إغلاقه. في الوقت نفسه ، جعلت بعض الأبحاث التي أجريت في إطار البرنامج من الممكن الحصول على ليزر قوي بما فيه الكفاية. في عام 1985 ، دمر ليزر فلوريد الديوتيريوم بطاقة خرج 2,2 ميغاواط صاروخًا باليستيًا يعمل بالوقود السائل مثبتًا على بعد كيلومتر واحد من الليزر. نتيجة للإشعاع لمدة 1 ثانية ، فقدت جدران جسم الصاروخ قوتها ودمرت بفعل الضغط الداخلي.
في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تم أيضًا تطوير الليزر القتالي. في الثمانينيات من القرن العشرين ، كان العمل جاريًا لإنشاء منصة Skif المدارية باستخدام ليزر ديناميكي للغاز بقوة 100 كيلو واط. تم إطلاق نموذج الكتلة بالحجم الطبيعي "Skif-DM" (المركبة الفضائية "Pole") إلى مدار الأرض في عام 1987 ، ولكن نظرًا لعدد من الأخطاء لم تدخل المدار المحسوب وانغمست في المحيط الهادئ على طول مسار باليستي. وضع انهيار الاتحاد السوفياتي حدا لهذا ومشاريع مماثلة.
المركبة الفضائية "Pole" ("Skif-DM") على مركبة الإطلاق فائقة الثقل "Energia"
أجريت دراسات واسعة النطاق لأسلحة الليزر في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية كجزء من برنامج تيرا. تم تنفيذ برنامج نظام الدفاع النطاقي المضاد للصواريخ والدفاع الفضائي مع عنصر ضرب شعاع على أساس سلاح الليزر عالي الطاقة Terra من عام 1965 إلى عام 1992. وفقًا للبيانات المفتوحة ، الليزر الديناميكي للغاز ، ليزر الحالة الصلبة ، التفكك الضوئي لليود المتفجر وأنواع الليزر الأخرى.
الليزر AZH-4T و AZH-5T من مجمع "Terra-3"
أيضًا في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، منذ منتصف السبعينيات من القرن العشرين ، تم تطوير مجمع الليزر الجوي A-70 على أساس طائرة Il-60MD. في البداية ، كان الهدف من المجمع هو مكافحة بالونات الانجراف الآلي. كسلاح ، كان من المقرر تركيب ليزر ثاني أكسيد الكربون المستمر الديناميكي للغاز من فئة ميغاواط التي طورها مكتب تصميم Khimavtomatika (KBKhA).
كجزء من الاختبارات ، تم إنشاء عائلة من عينات مقاعد البدلاء GDT بقوة إشعاعية من 10 إلى 600 كيلو واط. يمكن الافتراض أنه في وقت اختبار مجمع A-60 ، تم تركيب ليزر 100 كيلو واط عليه.
تم إجراء عدة عشرات من الرحلات مع اختبار تركيب الليزر على منطاد الستراتوسفير يقع على ارتفاع 30-40 كم وعلى هدف La-17. تشير بعض المصادر إلى أن المجمع مع طائرة A-60 تم إنشاؤه كمكون دفاع صاروخي بالليزر للطيران في إطار برنامج Terra-3.
مجمع الليزر A-60 المحمول جوا
في فبراير 2010 ، أفادت وسائل الإعلام عن استئناف العمل على أسلحة الليزر المحمولة جواً على منصة Il-76MD-90A بمحركات PS-90A-76. بخصوص VKO "Almaz-Antey" ، سميت TANTK باسم G.M. تم تكليف Beriev وشركة Khimpromavtomatika في فورونيج بمهمة إنشاء مجمع طيران باستخدام "ليزر قادر على حرق هياكل الطائرات والأقمار الصناعية والصواريخ الباليستية". قامت الطائرة Il-76MD-90A ، التي تم تحويلها لهذا الغرض ، بأول رحلة لها في أكتوبر 2014 ووصلت إلى تاجانروج في 24 نوفمبر 2014 لتثبيت مجمع ليزر. استمر الانتهاء من الماكينة واختبارها الأرضي لمدة عامين ، وفي 4 أكتوبر 2016 ، أفادت وسائل الإعلام عن بدء اختبارات الطيران الخلف للطائرة A-60. وكما جاء على لسان نائب وزير الدفاع في الاتحاد الروسي يوري بوريسوف ، فإن "تجارب الطيران مستمرة ، ونتائجها تؤكد صحة القرارات المتخذة".
ما هي أنواع الليزر الواعدة للاستخدام العسكري في الوقت الحاضر؟ مع كل مزايا الليزر الديناميكي الغازي والكيميائي ، فإن لها عيوبًا كبيرة: الحاجة إلى المكونات الاستهلاكية ، والقصور الذاتي لبدء التشغيل (وفقًا لبعض المصادر ، حتى دقيقة واحدة) ، وإطلاق حرارة كبير ، وأبعاد كبيرة ، وإخراج المكونات المستهلكة للوسيط النشط. لا يمكن وضع مثل هذه الليزرات إلا على ناقلات كبيرة.
في الوقت الحالي ، تتمتع ليزر الحالة الصلبة والليزر الليفي بأكبر الاحتمالات ، والتي من الضروري تشغيلها فقط لتزويدها بالكهرباء ذات الطاقة الكافية. تعمل البحرية الأمريكية بنشاط على تطوير تقنية ليزر إلكتروني مجاني. من المزايا المهمة لليزر الليفي قابلية التوسع ؛ القدرة على الجمع بين عدة وحدات للحصول على مزيد من الطاقة. تعد قابلية التوسع العكسي مهمة أيضًا ، إذا تم إنشاء ليزر الحالة الصلبة بقوة 300 كيلو واط ، فمن المؤكد أنه يمكن إنشاء ليزر أصغر بقوة ، على سبيل المثال ، 30 كيلو واط على أساسه.
ما هو وضع ليزر الألياف والليزر ذو الحالة الصلبة في روسيا؟ كان علم اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية من حيث تطوير وإنشاء الليزر هو الأكثر تقدمًا في العالم. لسوء الحظ ، أدى انهيار الاتحاد السوفيتي إلى تغيير كل شيء. إحدى أكبر الشركات في العالم في مجال تطوير وإنتاج الليزرات الليفية ، IPG Photonics ، أسسها V. P. Gapontsev ، وهو مواطن روسي ، على أساس الشركة الروسية NTO IRE-Polyus. الشركة الأم IPG Photonics مسجلة حاليًا في الولايات المتحدة الأمريكية. على الرغم من حقيقة أن أحد أكبر مواقع إنتاج IPG Photonics يقع في روسيا (Fryazino ، منطقة موسكو) ، تعمل الشركة في إطار قانون الولايات المتحدة ولا يمكن استخدام أشعة الليزر الخاصة بها في القوات المسلحة للاتحاد الروسي ، بما في ذلك يجب على الشركة الامتثال للعقوبات المفروضة على روسيا.
ومع ذلك ، فإن قدرات الليزرات الليفية التي تنتجها IPG Photonics عالية للغاية. تتمتع ليزر الألياف CW عالي الطاقة IPG بمدى طاقة من 1 كيلو واط إلى 500 كيلو واط ، بالإضافة إلى نطاق واسع من الأطوال الموجية ، وتصل كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية إلى 50٪. تعد معلمات الاختلاف الخاصة بألياف الليزر IPG أعلى بكثير من أنواع الليزر الأخرى عالية الطاقة.
ليزر ليفي YLS 100 كيلو وات من إنتاج شركة IPG Photonics ، تتوفر مستويات طاقة تصل إلى 500 كيلو وات عند الطلب
هل يوجد مطورون ومصنعون آخرون للألياف الحديثة عالية الطاقة وليزر الحالة الصلبة في روسيا؟ اذا حكمنا من خلال العينات التجارية ، لا.
تقدم الشركة المصنعة المحلية في القطاع الصناعي ليزر الغاز بقدرة قصوى تصل إلى عشرات كيلوواط. على سبيل المثال ، في عام 2001 ، قدمت شركة Laser Systems ليزر أكسجين اليود بقدرة 10 كيلو وات بكفاءة كيميائية تتجاوز 32٪ ، وهو أكثر المصادر المدمجة الواعدة لإشعاع الليزر عالي الطاقة من هذا النوع. من الناحية النظرية ، يمكن أن تصل طاقة ليزر الأكسجين واليود إلى طاقة تصل إلى ميغاواط واحد.
في الوقت نفسه ، لا يمكن استبعاد أن العلماء الروس قد تمكنوا من تحقيق اختراق في اتجاه آخر في إنشاء ليزر عالي الطاقة ، بناءً على فهم عميق لفيزياء عمليات الليزر.
في عام 2018 ، أعلن الرئيس الروسي فلاديمير بوتين عن مجمع Peresvet لليزر ، المصمم لحل مهام الدفاع الصاروخي وتدمير مدارات العدو. تم تصنيف البيانات الموجودة على مجمع Peresvet ، بما في ذلك نوع الليزر (الليزر) المستخدم والطاقة الضوئية.
يمكن الافتراض أن المرشح الأكثر ترجيحًا للتركيب في هذا المجمع هو ليزر ديناميكي بالغاز ، وهو سليل الليزر الذي يتم تطويره لبرنامج A-60. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون الطاقة الضوئية لمركب الليزر "Peresvet" 200-400 كيلوواط ، في سيناريو متفائل تصل إلى 1 ميغاواط. يمكن اعتبار ليزر الأكسجين واليود المذكور سابقًا كمرشح آخر.
بناءً على ذلك ، ثم من جانب مقصورة الجهاز الرئيسي لمجمع Peresvet ، من المفترض أن يكون هناك موقع تسلسلي - مولد تيار كهربائي يعمل بالديزل أو البنزين ، ضاغط ، حجرة تخزين للمكونات الكيميائية ، ليزر مزود بتبريد ونظام توجيه شعاع الليزر. لا يوجد رادار للكشف عن الهدف أو OLS في أي مكان ، مما يوحي بتعيين الهدف الخارجي.
مجمع الليزر "بيريسفيت"
على أي حال ، قد يتبين أن هذه الافتراضات خاطئة ، بسبب إمكانية إنشاء ليزرات جديدة بشكل أساسي من قبل المطورين المحليين ، وبسبب نقص المعلومات الموثوقة حول القوة الضوئية لمجمع Peresvet. على وجه الخصوص ، تسربت المعلومات من خلال الصحافة حول وجود مفاعل نووي صغير الحجم كجزء من مجمع Peresvet كمصدر للطاقة. إذا كان هذا صحيحًا ، فقد يكون تكوين المجمع والخصائص المحتملة مختلفة تمامًا.
ما هي الطاقة اللازمة لاستخدام الليزر بشكل فعال في الأغراض العسكرية كوسيلة للتدمير؟ هذا يعتمد إلى حد كبير على المدى المتوقع للاستخدام وطبيعة الأهداف التي يتم ضربها ، وكذلك طريقة ضربها.
كجزء من مجمع الدفاع عن النفس على متن المركب "فيتيبسك" توجد محطة تشويش نشطة L-370-3S. إنه يتصدى لصواريخ العدو القادمة برأس صاروخ موجه حراري عن طريق إصابتها بأشعة الليزر تحت الحمراء. مع الأخذ في الاعتبار أبعاد محطة التداخل النشط L-370-3S ، تبلغ قوة باعث الليزر عدة عشرات من الواط كحد أقصى. هذا بالكاد يكفي لتدمير الرأس الحراري للصاروخ ، لكنه كافٍ تمامًا للعمى المؤقت.
محطة تشويش نشطة L-370-3S
أثناء اختبارات مجمع A-60 باستخدام ليزر 100 كيلو وات ، تم إصابة أهداف L-17 ، وهو ما يمثل نظيرًا لطائرة نفاثة. نطاق الدمار غير معروف ، ويمكن افتراض أنه كان حوالي 5-10 كم.
أمثلة على اختبارات أنظمة الليزر الأجنبية:
تم تدمير الصواريخ الباليستية المستهدفة خلال اختبارات مجمع الليزر الأمريكي بوينج YAL-1 المحمول جوا. أحد الصواريخ المستهدفة بمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل ، والثاني يعمل بالوقود الصلب ، وكان مدى إطلاق النار في الاختبارات حوالي 100 كيلومتر.
في موقع الاختبار في شروبنهاوزن ، اختبرت Rheinmetall نظام ليزر بقدرة 20 كيلو وات الذي يدمر مركبة جوية بدون طيار (UAV) على مسافة 500 متر في 3,39 ثانية.
اصطدمت مركبة القتال المدرعة التابعة للجيش الأمريكي ، المجهزة بليزر عالي الطاقة (Mobile High-Energy Laser ، MEHEL) بقوة 5 كيلو واط ، بطائرة بدون طيار صغيرة في ملعب تدريب Grafenwehr في ألمانيا (بافاريا)
في سياق أكثر من 100 اختبار ، نظام ليزر الدفاع الصاروخي الإسرائيلي كيرين برزل في أبريل 2014 ، ضرب النظام 90٪ من الأهداف (ألغام ، قذائف ، طائرات بدون طيار) أظهر قابلية التشغيل (إثبات المفهوم) ، وتم إجراء أكثر من 100 اختبار. . تبلغ قوة الليزر المستخدم عدة عشرات من الكيلوات.
قامت شركة Boeing مع الجيش الأمريكي باختبار الليزر القتالي المتقدم HEL MD. على الرغم من سوء الأحوال الجوية - الرياح القوية والأمطار والضباب - نجحت المركبة البالغة 10 كيلووات في إصابة عدة أهداف جوية في قاعدة إيجلين الجوية في فلوريدا.
تم إجراء الاختبار السابق للمجمع في عام 2013 في موقع اختبار White Sands ، نيو مكسيكو. ثم أصاب الليزر أكثر من 90 قذيفة هاون وعدة طائرات مسيرة. في المجموع ، خلال اختبارين ، أصابت HEL MD 150 هدفًا جويًا ، بما في ذلك قذائف هاون 60 ملم وطائرات بدون طيار. تخطط الشركة لزيادة طاقة المجمع إلى 50-60 كيلوواط وتحسين نظام إمداد الطاقة لتركيب الليزر.
الليزر القتالي HEL MD
[
اختبارات الليزر القتالي HEL MD
بناءً على ما سبق ، يمكننا أن نفترض:
- لتدمير الطائرات بدون طيار الصغيرة على مسافة 1-5 كيلومترات ، يلزم وجود ليزر بقوة 2-5 كيلو واط ؛
- لتدمير الألغام غير الموجهة ، والقذائف ، والذخائر الموجهة بدقة على مسافة 5-10 كيلومترات ، يلزم وجود ليزر بقوة 20-100 كيلو واط ؛
- لضرب أهداف مثل طائرة أو صاروخ على مسافة 100-500 كم ، يلزم وجود ليزر بقوة 1-10 ميغاواط.
الليزر للقدرات المشار إليها إما موجود بالفعل أو سيتم إنشاؤه في المستقبل المنظور. ما هي أنواع أسلحة الليزر في المستقبل القريب التي يمكن استخدامها من قبل القوات الجوية والقوات البرية و سريع، سننظر في استمرار هذه المقالة.
معلومات