Лазерные амбиции Пентагона остыли до киловаттного уровня

Лазерная установка для уничтожения БЛА на полигоне в Калифорнии.
Фото с сайта www.defenseimagery.mil

Лазерные атаки хулиганов на пассажирские самолеты снова пробудили интерес к боевому использованию лазеров. Работы в этом направлении достаточно активно ведутся в США и Китае. Но если об успехах китайских инженеров ничего не известно в связи с засекреченностью оборонной науки в КНР, то американцы не упускают случая попиариться. Так что разговор о боевых лазерах почти исключительно сводится к победам или их видимости на территории США. Но в последнее время лазерные амбиции Пентагона заметно остыли. На смену проекту «Воздушный лазер» стоимостью в миллиарды пришли кратковременные программы и проекты с бюджетом в несколько миллионов долларов.

ХИМИЯ И ЖИЗНЬ

В июне 2009 года Пентагон прекратил финансирование проекта «Воздушный лазер» (Airbome Laser), сокращенно ABL, в связи с его полной бесперспективностью. Это была самая амбициозная программа создания оружия на новых физических принципах. Ее целью являлось создание воздушного лазера противоракетной обороны (ПРО), способного сбивать баллистические ракеты на дальности 400–460 км.

Для разработки нового супероружия Пентагон заключил в 1996 году с дочерней фирмой «Боинга» – Boeing Defense and Space Group контракт на 1,1 млрд. долл. на создание боевого лазера, размещаемого на борту самолета. Это был химический лазер на основе переохлажденного жидкого кислорода и металлического йода, генерирующий волну 1,3 мкм. В американской научной и военной прессе он называется Chemical Oxygen Iodine Laser (COIL). Химический лазер этого типа способен вырабатывать очень узкий, хорошо сфокусированный луч мощностью 1 МВт (мегаватт), мало затухающий в атмосфере. Принцип действия следующий: смешиваются мелкодисперсный порошок йода и жидкий кислород. В результате бурной реакции окисления выделяется огромное количество энергии.

В качестве носителя боевого лазера ПРО выбрали самый большой на то время транспортный самолет – Боинг-747-400F со стартовой массой 340 тонн, из которых 72 тонны могли быть заняты лазерным оборудованием. В фюзеляж удалось втиснуть только шесть химических модулей общей мощностью 6 МВт вместо запланированных 14. Это сразу снизило проектную дальность лазера до 250 км. Запаса жидкого переохлажденного кислорода и мелкодисперсного порошкообразного йода на борту хватало для осуществления 20–40 лазерных «выстрелов».

В 2005 году лазерную пушку должны были испытать в полете, после чего Пентагон собирался заказать семь таких машин. Но вскоре обнаружились два непреодолимых технологических барьера. Во-первых, на каждый ватт электроэнергии вырабатывается 4 ватта тепловой энергии, которую всю невозможно отвести. Она идет на нагрев самого оборудования и самолета-носителя. При мощности в 6 МВт перегрев самолета приобретает катастрофические размеры. Тем более что на борту находятся еще и емкости с жидким кислородом. Второй барьер – плавление линз с расфокусировкой луча лазера. Температура излучения такова, что никакое кварцевое стекло не выдерживает.

На ближайшие 20–50 лет мощные боевые лазеры, способные сбивать ракеты, будут исключительно темой произведений фантастов и пиарщиков корпораций вроде «Боинга». А лазерные амбиции Пентагона с мегаваттного уровня остыли до киловаттного.

Помимо технологических препятствий у воздушного лазера обнаружилась еще одна ахиллесова пята – система наведения, тоже лазерная. Во время летных испытаний 20 октября 2010 года планировалось сбить в полете импульсом с борта Боинга-747-400F баллистическую ракету на разгонном участке. Однако аппаратура сопровождения цели не смогла дать ее координаты. При этом обнаружение ракеты по факелу двигателя прошло успешно. Предыдущее испытание также закончилось неудачей. 1 сентября 2010 года во время полета лазер должен был поразить баллистическую ракету на расстоянии 100 миль. Но программный сбой привел к расфокусировке луча и его смещению с центра мишени. В результате ракету не удалось уничтожить.

Эти испытания проводились вне рамок госконтракта. Boeing и Northrop Grumman пытаются сделать работоспособный лазер, а Lockheed Martin работает над системой наведения (прицеливания). Консорциум трех корпораций пытается убедить правительство США и Пентагон продолжить финансирование. Именно такими инициативными разработками являются почти все «лазерные пушки», об испытаниях которых периодически сообщают СМИ. Поэтому умалчивается о трудностях, а успехи активно пропагандируются. При этом подробности успешных испытаний тоже никогда не раскрываются. Вполне можно предполагать, что испытания проходят в особо щадящем режиме, далеком от реальной боевой обстановки.

100 КИЛОВАТТ В СУММЕ

Компания Northrop Grumman сумела создать самый мощный и надежный боевой твердотельный лазер. В 2009 году ее инженерам удалось первым в мире достичь на лазере подобной конструкции мощности луча в 100 кВт. Если быть точным – 105,5 кВт. Работы ведутся в рамках военной программы JHPSSL (Joint High Power Solid-State Laser – «Модульный высокомощный твердотельный лазер») В 2010 году удалось добиться, чтобы твердотельный лазер на этой мощности проработал непрерывно шесть часов. Это произошло во время тестовых испытаний в процессе интеграции системы наведения и слежения перед полевыми испытаниями.

С завода Northrop Grumman в Редондо-Бич (Калифорния) лазер перевезли на специализированный, оборудованный для испытания высокоэнергетических лазеров (HELSTF) полигон White Sands. Предварительно лазер должен быть интегрирован в аппаратуру опытного стенда армии США для тестирования лазеров, подключен к системе управления и контроля. Главная задача испытаний – наработка информации для создания системы управления огнем будущего боевого лазера на мобильной наземной платформе. Пока сам лазер слишком громоздок и зависим от внешних источников энергии. Это скорее лабораторный образец, чем прототип боевой машины. Установка-демонстратор JHPSSL габаритами напоминает автобус и состоит из цепи лазерных усилителей общим числом семь и мощностью каждого порядка 15 кВт, что в сумме дает 105,5 кВт. В одном из пресс-релизов Northrop Grumman за 2009 год сообщалось, что было проведено успешное испытание системы из восьми лазерных усилителей общей мощностью 120 кВт. Однако о дальнейшем развитии или тестировании этого образца ничего не говорится.

Американские ВМС отдают предпочтение лазерам на свободных электронах (Free Electron Laser, FEL). Считается, что они лишены недостатков химического лазера. В первую очередь, не выделяют так много тепла, поскольку энергетический луч получают за счет колебаний электронов в магнитном поле. Этот принцип позволяет варьировать частоту и мощность лазера в широком диапазоне. По мнению доктора Нгуен Дина (Nguyen Dinh) из Лос-Аламосской национальной лаборатории, этот тип лазера идеально подходит для корабельных систем противовоздушной и противоракетной обороны. Во-первых, на военных кораблях стоят мощные энергетические установки, зачастую избыточной мощности. Во-вторых, над морем воздух чище, чем над сушей, а в условиях повышенной влажности, осадков и облачности луч лазера на свободных электронах можно быстро корректировать для преодоления помех. Разработчики полагают, что смогут создать мегаваттный лазер к 2018 году.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГИБРИД

Новый вид оружия создали специалисты корпорации Boeing в кооперации с британским подразделением европейского консорциума BAE system. Это гибрид лазера и малокалиберной автоматической пушки Mk-38. Автоматом Mk-38 на турели вооружаются десантные и вспомогательные суда ВМС США. Эффективный огонь может вестись на дальность 2,5 км. Исполнители в марте 2011 года года заключили контракт с Пентагоном на 2,8 млн. долл., а уже 25 июля объявили о создании прототипа тактической лазерной системы Tactical Laser System (TLS) для поражения беспилотных летательных аппаратов и малых судов.

Волоконные лазеры широко применяются в линиях волоконно-оптической связи, при сварке и микрообработке металлов, для маркировки продукции. В данном случае сам квантовый генератор располагается внутри корпуса судна, а лазерное излучение подается по волоконному кабелю на турель автоматической пушки, используемой как платформа и прицельное устройство. Мощность излучения – 10 кВт. Это очень мало и делает луч крайне зависимым от чистоты воздуха.

Испытания квантово-огнестрельного гибрида прошли на наземном полигоне, результаты обещают обнародовать в неопределенном будущем. Но уже сейчас дальнейшая судьба системы TLS вызывает сомнения. 25-мм снаряд в любом случае эффективней луча в 10 кВт даже против резиновой лодки. О более прочных материалах даже речи нет. Повысить мощность «лазерного автомата» вряд ли удастся, поскольку энергетические установки вспомогательных судов не имеют столь больших излишков. Пока изобретенную англо-американскими специалистами установку можно рассматривать лишь как эксперимент по совмещению волоконного лазера с традиционным вооружением.

Впрочем, годом раньше такую же систему на авиакосмическом салоне «Фарнборо-2010» в Великобритании показала американская компания Raytheon. Шесть волоконных лазеров LaWS (Laser Weapon System) общей мощностью 50 кВт были объединены с корабельной 20-мм шестиствольной автоматической артиллерийской установкой Mark 15 Phalanx («Фаланга») CIWS (Close-In Weapon System – «орудийная система ближнего боя»).

В мае 2010 года систему испытали на острове Сан-Николас, возле Калифорнии. Как сообщалось, система обнаружила, захватила, взяла на сопровождение и поразила четыре БЛА, летевших на разных высотах и дальностях. Представители Raytheon никаких конкретных данных не привели, но дали понять, что условия были близки к реальным боевым. В британских СМИ появилось неподтвержденное сообщение, что один из БЛА был поражен на дальности 3,2 км при скорости 480 км/час.

Дальность эффективной стрельбы шестиствольного Mark 15 Phalanx – 1,5 км. Подразумевается, что комбинированная установка сможет поражать цель шестью лазерами, чьи лучи сведены в одну точку. В первую очередь она предназначена для борьбы с противокорабельными ракетами. Если же это не удастся, то на более близком расстоянии в дело вступит шестиствольная пушка, выпускающая 4500 снарядов в минуту.

Корпорация Northrop Grumman тоже разрабатывает лазеры в интересах ВМС США. 6 апреля 2011 года прошли испытания созданного в ее лабораториях «Морского лазера-демонстратора» (Maritime Laser Demonstrator/MLD). Твердотельный лазер большой мощности (конкретные данные не приводились) был установлен на борту выведенного из боевого состава старого эсминца USS Paul Foster типа «Спрюэнс» (Spruance class) близ берегов Калифорнии. ВМС передали корабль промышленникам для проведения испытаний различных новых систем.

В пресс-релизе по итогам тестирования сообщалось, что впервые боевая лазерная система для флота была интегрирована с радаром корабля и его навигационной системой, а также впервые лазерное оружие производило «выстрелы» в море с движущейся платформы. Ранее аналогичные системы проходили тестирование только на наземных полигонах.

В апреле в течение трех дней было проведено 35 «стрельб» в открытом море лучом высокой мощности. Лазер MLD показал, что способен отслеживать и повреждать малое судно, перемещающееся на «репрезентативных» скорости и дальности. В ходе испытаний с помощью лазерного луча удалось поджечь подвесной двигатель и взорвать небольшую надувную лодку.

По мнению конструкторов, прототип в ходе испытаний показал, что способен преодолевать сложные условия моря – волнение, влажность воздуха и т.д. Известно, что в испытаниях участвовал твердотельный лазер, разрабатываемый в рамках военной программы JHPSSL, – один или несколько модулей мощностью по 15 кВт, которые разрабатывает Northrop Grumman.

ЛАЗЕРНЫЙ ТЯГАЧ

Мощные источники энергии, громоздкие системы накачки и охлаждения вынуждают размещать боевые лазеры исключительно на больших транспортных самолетах и кораблях. Гораздо труднее приходится создателям наземной техники. В 2008 году руководство Сухопутных войск запустило программу Robust Electric Laser Initiative (RELI). Главная задача – разместить боевой лазер в кузове грузового автомобиля при сохранении мощности. В июне 2011 года специализированный 19-тонный грузовик – носитель армейской лазерной установки был показан представителям Пентагона. Только лазеры для него еще в фазе изготовления.

Грузовик разрабатывается по отдельной программе – High Energy Laser Technology Demonstrator (HEL TD). В качестве основной платформы конструкторы Boing выбрали восьмиколесный армейский тягач Heavy Expanded Mobility Tactical Truck (HEMTT) производства компании Oshkosh Defense. Мощность машины – 500 л.с. Лазер монтируется на тягач в подразделение компании Boeing's Huntsville, Ala. Испытания намереваются начать в 2011 году.

Однако не следует ожидать, что боевые лазеры скоро начнут резать танки противника на поле боя. Пока задачи стоят более скромные – поражать малогабаритные и скоростные цели вроде ракет, артиллерийских и минометных снарядов. На эту работу Boing получил 36 млн. долл. Проект должен быть завершен в 2017 году. В планах Министерства обороны США лазерная пушка корпорации Boeing должна будет заменить зенитный артиллерийский комплекс CRAM, предназначенный для перехвата снарядов, мин и других малогабаритных боеприпасов. Считается, что HEL TD в лабораторных условиях показал свою способность уничтожать такие цели. Но надо еще интегрировать все узлы системы в единый аппарат, надежно работающий в полевых условиях.

Первоначально конструкторские работы вели Boing и Northrop Grumman, в 2010 году к ним добавились Raytheon и Locheed Martin. Весь проект оценивается в более чем 60 млн. долл. На долю Raytheon пришлись скромные 9,1 млн. долл. Однако специалисты корпорации смогли усовершенствовать технологию плоского волновода (Planar Waveguide), что позволяет сделать лазерную установку очень компактной. Четыре модуля мощностью по 25 кВт смогут конвертировать в лазерный луч 30% получаемой ими электроэнергии. Остальная, очевидно, уйдет в тепловое излучение. Значит, снова встанет проблема эффективного охлаждения.

В мае 2011 года Пентагон подписал с Boeing 16-месячный контракт стоимостью 4,2 млн. долл. на разработку боевого лазера высокой яркости мощностью 25 кВт. Особенностью является применение перспективной технологии тонких дисков (Thin Disk Laser, или TDL). Лазер на тонких дисках способен генерировать излучение очень большой мощности и с импульсами разной длительности. При этом активная зона прибора, где формируется квантовый импульс, имеет очень малые размеры. КПД такого лазера может достигать 70%, а сам он может охлаждаться более эффективно. С увеличением активной зоны пропорционально увеличивается и мощность луча.

TDL-лазеры уже широко применяются в промышленности для резки и сварки металла. Так что технология их изготовления достаточно хорошо освоена, а стоимость гораздо ниже, чем у пионерных разработок. Предполагается, что TDL-лазер будет более компактным по сравнению с аналогичными военными приборами других типов. При этом потребляет меньше энергии и не требует громоздкого водяного охлаждения.

В течение 16 месяцев специалисты Boeing планируют трансформировать промышленный лазер в боевой прототип. Корпорация по собственной инициативе уже несколько лет работает над созданием TDL-лазера мощностью 100 кВт. Считается, что подобная мощность – минимально необходимая для использования в военных целях. Промышленный лазер режет стальной лист при мощности 25 кВт. Но расстояние от генератора до цели там измеряется миллиметрами, да и металл отнюдь не является танковой броней.

СБИТЬ НА ЛЕТУ

Под руководством Управления перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA) разрабатывается лазерная система перехвата и уничтожения в полете снарядов противника. Проект High-Energy Liquid Laser Area Defense System (HELLADS) разрабатывает компания General Atomics Aeronautical Systems, получившая в январе 2011 года контракт на 40 млн. долл. В основе лежит лазер с жидкой активной средой. Циркуляция жидкости позволяет отводить больше тепла. В результате можно увеличить мощность луча. На сегодняшний день лазер HELLADS достигает мощности 150 кВт. Установка создается для защиты самолетов от ракет ПЗРК и «воздух–воздух». Поэтому к ней жесткие требования по габаритам: вес – не более 750 кг, объем 2 куб. м. Изначально предполагалось, что HELLADS будет монтироваться в комплекс вооружения стратегического бомбардировщика В-1В.

Как большинство других боевых лазеров, система HELLADS состоит из отдельных модулей, энергия которых объединяется в один луч. Как утверждает руководитель проекта в DARPA Ричард Багнелл, эксперименты с единичным лазерным модулем прошли успешно. В 2012 году первый этап работ будет завершен, и в 2013 году начнутся испытания в наземных условиях на полигоне White Sands. Пока неизвестно, когда начнутся авиационные испытания, но уже сейчас есть основания полагать, что систему гораздо раньше попытаются применить для защиты от реактивных, артиллерийских и минометных снарядов. Заинтересованность в приобретении подобной оборонительной системы проявил Израиль. Тема защиты от кустарных «Касамов» там по-прежнему актуальна.

Израиль и США с 1996 по 2005 год разрабатывали схожую систему Mobile Tactical High Energy Laser (MTHEL/Мобильная тактическая система на базе высокоэнергетического лазера). Неоднократно сообщалось, что на испытаниях удавалось сбивать на лету снаряды и мины. Но окончилось все фактически ничем.

Тренажер лазерной боевой береговой установки Laser Shoot Littoral Combat Simulator в Портсмуте. Фото с сайта www.defenseimagery.mil

Идея уничтожения взрывоопасных предметов с помощью лазера выглядит привлекательно. Но не зря подчеркивается, что испытывались квантовые генераторы по самодельным взрывным устройствам. Нагреть стандартный артиллерийский снаряд или мину, чтобы они взорвались, лазеру пока не под силу. Что касается самодельных фугасов, то террористы их маскируют, а не выкладывают на дороге для всеобщего обозрения. Так что приобретать подобные дорогостоящие средства разминирования нет никакого смысла.

НЕБЛИЗКИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ

В Советском Союзе лазерами тоже занимались. Лазерные дальномеры и системы наведения использовались достаточно широко. Был разработан самоходный лазерный комплекс 1К17 «Сжатие» на базе танка Т-80. Система оптико-электронного сканирования засекала любые оптические приборы – бинокли, прицелы, триплексы. Двенадцать квантовых генераторов во всех направлениях били по вражеской оптике, сжигая электронные матрицы и не щадя глаза противника. «Сжатие» приняли на вооружение в 1992 году, но в войска она так и не попала. Поэтому во время обеих кампаний в Чечне снайперы безнаказанно отстреливали российских военнослужащих. В 1970-е годы разрабатывалась и авиационная система лазерного поражения. Но очень быстро стало ясно, что технологии ХХ века не позволяют создать боевой «гиперболоид». Работы в этом направлении перешли исключительно в лабораторно-исследовательскую сферу.

После сообщений об относительных успехах американских разработчиков отечественные конструкторы тоже пытались поднять вопрос о финансировании проектов боевых лазеров. Но, похоже, безуспешно. Может, лет через 10, если в США получится создать настоящий боевой лазер, способный поражать реальные цели, а не специально изготовленные полигонные демонстраторы, Минобороны России тоже заинтересуется этой тематикой.

Пока усилия американских корпораций выглядят бесполезными, как и трата денег на малоперспективные лазерные пушки. С другой стороны, надо понимать, что деньги в Вашингтоне – и Пентагоне в частности – считать умеют. И гражданский контроль в лице различных сенатских комиссий там вполне действенный. Особенность подобных футуристических разработок в их нацеленности на гораздо больший результат, чем создание единичного вида оружия на новых физических принципах. Таким способом финансируется фундаментальная и прикладная наука, разрабатываются инновационные технологии. Обратите внимание, что разные корпорации работают с лазерами разного типа – химическими, твердотельными, с жидкой активной средой, на тонких дисках, на свободных электронах. А помимо того – полупроводниковыми, газодинамическими, рентгеновскими и прочими.

Эти разработки активно используются в гражданской сфере, в промышленности. Лазеры, созданные за счет Пентагона для военных исследований, вовсю применяются для научных экспериментов университетами. При этом денег с них за использование техники и энергопотребление могут не брать вовсе. Именно в военных лабораториях США сейчас находятся самые мощные лазеры в мире.

Конечно, корпорации всячески преувеличивают свои успехи, чтобы добиться большего финансирования. Всячески пиарят достижения, снимают рекламные ролики, выдавая их за документальные. На фотографиях пририсовываются яркие лучи. Однако все военные лазеры работают в диапазоне невидимых волн. Согласитесь, было бы абсурдно, если бы красный или желтый луч точно указывал противнику, откуда он излучается.

Год за годом Boing и Northrop Grumman сообщают о пораженных беспилотниках, ракетах и подорванных взрывных устройствах. Но Пентагон не торопится раскошеливаться на новые системы. Потому что полигоны находятся под его контролем и военное ведомство США располагает объективной информацией о результатах тестирования. В 1960-е годы, когда бурно развивалась экспериментальная физика, американцы испытали действие лазера на трофейном советском «МиГе». Выяснилось, что его блестящая поверхность отражает 60% излучения. Так что сбить специально подготовленную демонстрационную модель и реальную ракеты или самолет – задачи разной сложности.

Когда же первый боевой лазер будет принят на вооружение? Вряд ли это произойдет раньше 2020 года. И вряд ли это будет серьезное оружие. Вероятнее всего, им окажется лазерная пушка для стрельбы по тактическим малоразмерным беспилотникам, которые падают от небольшого повреждения. Или их сенсоры и видеокамеры сожжет невидимый лазерный луч, делая БЛА абсолютно бесполезным.