Вопросы научной фантастики: лазерные турели
Вопросу наведения на цель боевых лазеров фантасты, как правило, не уделяют много внимания.
Чаще всего, лазерное орудие просто ставится целиком в некую "башню" или "турель" и наводится на цель поворотом всей установки. И зря, потому что лазер - особенно мощный военный лазер - штука не самая легкая и компактная. Упомянутый ниже мегаваттный COIL весил более двадцати тонн (не считая системы охлаждения и расходных компонентов) и был весьма объемистой конструкцией. Поворачивать такое громоздкое и довольно хрупкое сооружение туда-сюда каждый раз, когда нам нужно изменить направление луча - не лучшая идея, особенно если целью являются быстро двигающиеся и маневрирующие самолеты и ракеты.
На всякий случай напомню, в форме маленького ликбеза, что реальный боевой лазер - это не медленно, лениво порхающие светящиеся сгустки из "Звездных Войн". :) Это распространяющийся со скоростью света луч (в вакууме, напомним, невидимый), фокусируемый в маленькое пятно на поверхности цели. Импульсные лазеры передают энергию к цели в виде коротких вспышек на пиковой мощности, непрерывные лазеры - в виде потока излучения постоянной мощности. Основной поражающий эффект лазеров заключается не в "разрезании" или "испарении" всей цели, как часто представляется в фантастике, а в способности точно и методично разрушать отдельные системы цели - прожигать дырки в аэродинамических плоскостях, стенках топливных баков, сжигать и плавить выступающие антенны, сенсоры, системы вооружения.
Действие реального военного лазера по учебной цели. Никаких красочных взрывов, никакого разлета обломков - в капоте машины быстро и аккуратно прорезается дырка. А затем и в двигателе.
Из этого следует, что боевой лазер недостаточно "просто направить на цель"; его нужно навести точно, сконцентрировать луч на конкретной части цели да еще и удерживать его некоторое время.
Пятно боевого лазера на беспилотнике-мишени.
Думаю, многие, интересующиеся военной техникой без труда вспомнят "летающий лазер" ABL (англ. AirBorne Laser). Смонтированный на борту самолета Boeing YAL-1, этот мегаваттный лазер с химической накачкой впервые в истории энергетического оружия поразил летящую твердотопливную ракету-мишень, впервые продемонстрировал возможность мобильного развертывания мощных лазеров, впервые преодолел целый ряд проблем, связанных с использованием лазеров в боевой обстановке...
Итоговое закрытие программы ABL в 2012 году часто принято трактовать как "провал" проекта. С этим трудно согласиться; лазер сделал все, что от него требовали, и даже больше. Проблематичной была сама концепция противоракетного лазера, работающего в атмосфере с борта большого, медлительного самолета. Да и сам мегаваттный йодно-кислородный химический лазер COIL (англ. Chemical Oxygen Iodine Laser), бывший инженерным чудом в 1990-ых, к 2010-ым превратился в отживший свой век анахронизм. Стремительный прогресс в лазерной технологии сделал монстров с химической накачкой, тратящих за один выстрел компонентов на тысячи долларов, "прошлым оружием будущего". Сейчас, внимание военных США сосредоточено на твердотельных лазерах с диодной накачкой и оптоволоконных лазерах, работающих на электричестве.
Однако, проект ABL оставил важное наследство - в виде успешно прошедшей испытания вращающейся лазерной турели.
Лазерная турель "Боинг", смонтированная в носовой части YAL-1, состоит из двух основных компонентов:
* Вращающегося по крену (т.е. вокруг продольной оси самолета) цилиндрического барбета.
* Вращающейся по тангажу и рысканью (т.е. вокруг горизонтальной и вертикальной поперечных осей самолета) сферической башенки, установленной в шарнире на вершине барбета. В башенке располагается главное фокусирующее зеркало лазера (1,5 метра в диаметре, весом 7 тонн), закрытое прозрачным куполом-обтекателем из оптического стекла.
Внешне, лазерная турель похожа на обычную зенитную установку, где шар башенки играет роль "пушки". Однако, это сравнение неверно. "Пушка" (то есть, собственно, лазер) находится вне турели, в корпусе самолета. И "снаряд" ее - то есть лазерный луч - необходимо провести через турель к "срезу ствола" - фокусирующему зеркалу. Вне зависимости от того, как именно зеркало и сам лазер расположены относительно друг друга. Задача с виду простая - но чтобы решить ее на практике, инженерам Boeing потребовалось немало смекалки и немногим меньше зеркал.
1) Луч входит в турель через полую ось вращения барбета. Как бы ни вращался вокруг этой оси барбет, луч все равно будет проходить по прямой. Диаметр луча при этом около 20 сантиметров; плотность энергии достаточно низка, чтобы не повредить саму установку.
2) Расположенное в конце оси наклонное зеркало перенаправляет луч в боковой П-образный лучепровод, вращающийся вместе с остальным барбетом.
3) Переотразившись от двух зеркал П-образного лучепровода, луч лазера входит в сферу башенки через ось шарнира, на котором сфера крепится к барбету. Таким образом, как бы ни вращался относительно барбета шарик башенки, луч все равно входит в него через ось вращения.
4) Внутри сферы, система из двух наклонных зеркал переотражает луч на выпуклое зеркало-расширитель. Его задача - равномерно распределить энергию лазера по основному фокусирующему зеркалу большого диаметра.
5) Зеркало-расширитель распределяет энергию луча по главному фокусирующему зеркалу - позолоченному отражателю в полтора метра диаметром. Главное фокусирующее зеркало вновь концентрирует энергию луча, но теперь уже непосредственно на противнике, за десятки/сотни/тысячи километров от лазера (по совместительству, зеркало также подрабатывает главным прицельным телескопом - ибо с успехом решает задачу и концентрации приходящего внешнего излучения).
Подобная конструкция турели позволяет лазерной установке обстреливать полную полусферу (и даже несколько более) и маневрировать лучом, без необходимости разворачивать всю массивную конструкцию лазера. Это дает возможность не только удерживать под лучом движущуюся цель, но и фокусировать луч на отдельных частях цели, прицельно проделывая в них дырки. Для лазеров, прицельное поражение компонентов
/arc-anglerfish-arc2-prod-mco.s3.amazonaws.com/public/J3ILAODP2ZHRRCZ5BXLHOPNTOQ.jpg)
Хвостовое оперение беспилотника после лазерной атаки.
В настоящее время, лазерные турели аналогичной конструкции часто присутствуют на концептах и прототипах американской лазерно-оснащенной техники. Видимо, дизайн турели "Боинг" оказался вполне удачен и работоспособен. Возможно, причиной послужила его концептуальная простота и изящество решения?
Возвращаясь к научно-фантастическому контексту - несколько пунктов:
* Лазерных турелей на боевой технике может быть много, а вот лазерная пушка - скорее всего, одна. Надежно укрытая в бронированном каземате в глубине корпуса. Впрочем, по соображениям резервирования, лазеров может быть и несколько.
* Уничтожение отдельных лазерных турелей не приводит к снижению огневой мощи лазера. Вооруженный гигаваттным лазером космический корабль может потерять девять турелей из десяти, но пока хоть одна работает - его огневая мощь не снижается ни на йоту.
* Высокие угловые скорости не помогают спастись от лазерной атаки. Лазерная турель - сооружение сравнительно легкое, и вращать ее можно очень быстро (адаптивная же оптика полностью решает проблему времени реакции). Увы, но космические истребители действительно бесполезны; маневрировать, быстрее чем у линкора лазеры поворачиваются, они не смогут.
* Лазер - возможно, одна из самых трудноубиваемых систем вооружения. Боевая лазерная установка вполне может быть упрятана в бункер на глубине в километр под горным хребтом, и соединена системой тонких лучепроводов с рассредоточенными по всей округе турелями (выдвигающимися из шахт). На эффективности это не скажется.
Чаще всего, лазерное орудие просто ставится целиком в некую "башню" или "турель" и наводится на цель поворотом всей установки. И зря, потому что лазер - особенно мощный военный лазер - штука не самая легкая и компактная. Упомянутый ниже мегаваттный COIL весил более двадцати тонн (не считая системы охлаждения и расходных компонентов) и был весьма объемистой конструкцией. Поворачивать такое громоздкое и довольно хрупкое сооружение туда-сюда каждый раз, когда нам нужно изменить направление луча - не лучшая идея, особенно если целью являются быстро двигающиеся и маневрирующие самолеты и ракеты.
На всякий случай напомню, в форме маленького ликбеза, что реальный боевой лазер - это не медленно, лениво порхающие светящиеся сгустки из "Звездных Войн". :) Это распространяющийся со скоростью света луч (в вакууме, напомним, невидимый), фокусируемый в маленькое пятно на поверхности цели. Импульсные лазеры передают энергию к цели в виде коротких вспышек на пиковой мощности, непрерывные лазеры - в виде потока излучения постоянной мощности. Основной поражающий эффект лазеров заключается не в "разрезании" или "испарении" всей цели, как часто представляется в фантастике, а в способности точно и методично разрушать отдельные системы цели - прожигать дырки в аэродинамических плоскостях, стенках топливных баков, сжигать и плавить выступающие антенны, сенсоры, системы вооружения.
Действие реального военного лазера по учебной цели. Никаких красочных взрывов, никакого разлета обломков - в капоте машины быстро и аккуратно прорезается дырка. А затем и в двигателе.
Из этого следует, что боевой лазер недостаточно "просто направить на цель"; его нужно навести точно, сконцентрировать луч на конкретной части цели да еще и удерживать его некоторое время.
Пятно боевого лазера на беспилотнике-мишени.
Думаю, многие, интересующиеся военной техникой без труда вспомнят "летающий лазер" ABL (англ. AirBorne Laser). Смонтированный на борту самолета Boeing YAL-1, этот мегаваттный лазер с химической накачкой впервые в истории энергетического оружия поразил летящую твердотопливную ракету-мишень, впервые продемонстрировал возможность мобильного развертывания мощных лазеров, впервые преодолел целый ряд проблем, связанных с использованием лазеров в боевой обстановке...
Итоговое закрытие программы ABL в 2012 году часто принято трактовать как "провал" проекта. С этим трудно согласиться; лазер сделал все, что от него требовали, и даже больше. Проблематичной была сама концепция противоракетного лазера, работающего в атмосфере с борта большого, медлительного самолета. Да и сам мегаваттный йодно-кислородный химический лазер COIL (англ. Chemical Oxygen Iodine Laser), бывший инженерным чудом в 1990-ых, к 2010-ым превратился в отживший свой век анахронизм. Стремительный прогресс в лазерной технологии сделал монстров с химической накачкой, тратящих за один выстрел компонентов на тысячи долларов, "прошлым оружием будущего". Сейчас, внимание военных США сосредоточено на твердотельных лазерах с диодной накачкой и оптоволоконных лазерах, работающих на электричестве.
Однако, проект ABL оставил важное наследство - в виде успешно прошедшей испытания вращающейся лазерной турели.
Лазерная турель "Боинг", смонтированная в носовой части YAL-1, состоит из двух основных компонентов:
* Вращающегося по крену (т.е. вокруг продольной оси самолета) цилиндрического барбета.
* Вращающейся по тангажу и рысканью (т.е. вокруг горизонтальной и вертикальной поперечных осей самолета) сферической башенки, установленной в шарнире на вершине барбета. В башенке располагается главное фокусирующее зеркало лазера (1,5 метра в диаметре, весом 7 тонн), закрытое прозрачным куполом-обтекателем из оптического стекла.
Внешне, лазерная турель похожа на обычную зенитную установку, где шар башенки играет роль "пушки". Однако, это сравнение неверно. "Пушка" (то есть, собственно, лазер) находится вне турели, в корпусе самолета. И "снаряд" ее - то есть лазерный луч - необходимо провести через турель к "срезу ствола" - фокусирующему зеркалу. Вне зависимости от того, как именно зеркало и сам лазер расположены относительно друг друга. Задача с виду простая - но чтобы решить ее на практике, инженерам Boeing потребовалось немало смекалки и немногим меньше зеркал.
1) Луч входит в турель через полую ось вращения барбета. Как бы ни вращался вокруг этой оси барбет, луч все равно будет проходить по прямой. Диаметр луча при этом около 20 сантиметров; плотность энергии достаточно низка, чтобы не повредить саму установку.
2) Расположенное в конце оси наклонное зеркало перенаправляет луч в боковой П-образный лучепровод, вращающийся вместе с остальным барбетом.
3) Переотразившись от двух зеркал П-образного лучепровода, луч лазера входит в сферу башенки через ось шарнира, на котором сфера крепится к барбету. Таким образом, как бы ни вращался относительно барбета шарик башенки, луч все равно входит в него через ось вращения.
4) Внутри сферы, система из двух наклонных зеркал переотражает луч на выпуклое зеркало-расширитель. Его задача - равномерно распределить энергию лазера по основному фокусирующему зеркалу большого диаметра.
5) Зеркало-расширитель распределяет энергию луча по главному фокусирующему зеркалу - позолоченному отражателю в полтора метра диаметром. Главное фокусирующее зеркало вновь концентрирует энергию луча, но теперь уже непосредственно на противнике, за десятки/сотни/тысячи километров от лазера (по совместительству, зеркало также подрабатывает главным прицельным телескопом - ибо с успехом решает задачу и концентрации приходящего внешнего излучения).
Подобная конструкция турели позволяет лазерной установке обстреливать полную полусферу (и даже несколько более) и маневрировать лучом, без необходимости разворачивать всю массивную конструкцию лазера. Это дает возможность не только удерживать под лучом движущуюся цель, но и фокусировать луч на отдельных частях цели, прицельно проделывая в них дырки. Для лазеров, прицельное поражение компонентов
Хвостовое оперение беспилотника после лазерной атаки.
В настоящее время, лазерные турели аналогичной конструкции часто присутствуют на концептах и прототипах американской лазерно-оснащенной техники. Видимо, дизайн турели "Боинг" оказался вполне удачен и работоспособен. Возможно, причиной послужила его концептуальная простота и изящество решения?
Возвращаясь к научно-фантастическому контексту - несколько пунктов:
* Лазерных турелей на боевой технике может быть много, а вот лазерная пушка - скорее всего, одна. Надежно укрытая в бронированном каземате в глубине корпуса. Впрочем, по соображениям резервирования, лазеров может быть и несколько.
* Уничтожение отдельных лазерных турелей не приводит к снижению огневой мощи лазера. Вооруженный гигаваттным лазером космический корабль может потерять девять турелей из десяти, но пока хоть одна работает - его огневая мощь не снижается ни на йоту.
* Высокие угловые скорости не помогают спастись от лазерной атаки. Лазерная турель - сооружение сравнительно легкое, и вращать ее можно очень быстро (адаптивная же оптика полностью решает проблему времени реакции). Увы, но космические истребители действительно бесполезны; маневрировать, быстрее чем у линкора лазеры поворачиваются, они не смогут.
* Лазер - возможно, одна из самых трудноубиваемых систем вооружения. Боевая лазерная установка вполне может быть упрятана в бункер на глубине в километр под горным хребтом, и соединена системой тонких лучепроводов с рассредоточенными по всей округе турелями (выдвигающимися из шахт). На эффективности это не скажется.