Лазерное оружие

Возможность резки металлоконструкций это хорошо, никто не спорит.

Но если "металлоконструкция" стоит (или лежит) неподвижно, то можно сфокусировать лазерный лучи на площадку 1 кв.см или меньше и резат ее.

А если ваша "металлоконструкция" летит са скоростью 2 маха, то точность прицеливания в лучшем случае составит 1м и диаметр луча должен быть сравним. При том, что охлаждение набегающим потоком воздуха затруднит нагрев поверхности, насколько сильно в зависимости от скороти и высоты полета (плотности воздуха), я к сожалению не знаю.

А если ваша "металлоконструкция" летит са скоростью 2 маха, то точность прицеливания в лучшем случае составит 1м и диаметр луча должен быть сравним. При том, что охлаждение набегающим потоком воздуха затруднит нагрев поверхности, насколько сильно в зависимости от скороти и высоты полета (плотности воздуха), я к сожалению не знаю.

 

Чего? Вы что, какое охлаждение? На сверхзвуке наружная (и нетолько) часть греется.
Для примера на 3М температура обшивки на высоте 20-25 км достигает 200-220 С.
А про наведение - это отдельный разговор.

Хотя в лазеры я неверю. Слишком затратно это, проще ЭМ пушку сделать.

2YYK:
Может, оно, конечно, и проще, но не лучше. Что бы и как бы там не швырялось, все равно медленнее, чем свет.

Насчет затратности... дык там большие чисто технологические резервы. Твердотельные лазеры еще не сказали своего последнего "ы". Вопрос только в техногии дешевого производства наноструктур в промышленных масштабах, а уж теоретических конструкций, которые обеспечивают фантастические параметры - навалом.

И вопрос с технологией вполне решаем... например, неплохие сверхрешетки можно получать просто подбирая режимы рекристаллизации... создание хороших МАССОВЫХ фотонных кристаллов для ТТ-лазеров - вопрос времени, даже не денег.

А что касается зеркальных поверхностей, абляции, вращения и т.п., то мощность повышать, повышать и еще раз повышать.. Ну и еще немножко КПД.

Слушайте, лазер где будет действовать в атмосфере или космосе? Свойства атмосферы вы знаете?
ЭМП - реальная масса врезается в объект, ну я думаю будет нестрашно если скорость снаряда с 5 км/с упадет до 2-3 км/с. Для любого ЛА, даже совсем перспективного должно хватить.
А не проще ли гиперзвуковую УР сделать?

>YYKK

Реальные преимущества лазерного оружия начинаются на дальностях стрельбы >100км. Какая бы не была супер-пупер звуковая УР, а мгновенное поражение на 100км она не обеспечит.

Примерный сценарий боевых действий. Ваши МБР и дальняя авиация будут уничтожены, только они поднимутся выше облаков с расстояния 100-500км и все что у вас останется это ВМФ, сухопутные войска и ПРО.

Какое "пятно" от лазера будет на расстоянии 100км? От физики никуда не дется луч расширяется как от фонарика (только в гораздо меньшей степени).
Сколько необходимо удерживать луч на цели для ее поражения (причем в одном месте)?
Вы знаете как набирает скорость ракета и с каким ускорением?
Какая точность наведения и сопровождения нужна?
Какая мощность лазера должна быть?
Сильна ли зависимость от погоды и какие потери в атмосфере?

Сторонники лазера ответте.

2YYKK:
>Какое "пятно" от лазера будет на расстоянии 100км? От физики никуда не
>дется луч расширяется как от фонарика (только в гораздо меньшей степени).
Какое надо, такое и сделаем. Лично мне для расстояний порядка 100км (откуда именно такая цифра, кстати?) кажется оптимальным пятно порядка метров, просто исходя из некоторого практического опыта по налаживанию связи лазерами через атмосферу.
Физика есть не догма, а руководство к действию. Ключевые слова тут - "адаптивная оптика". Подстраиваться - в обратном режиме, по изображению цели. Я отдаю себе отчет в том, что как будет выглядеть адаптивная силовая оптика на многомегаваттные потоки... ну так по вопросам воздущного базирования - это не ко мне, это к КВОВ.

>Сколько необходимо удерживать луч на цели для ее поражения (причем в одном месте)?
Какой лазер, какое расстояние, какая цель, что понимать под "поражением"?

>Вы знаете как набирает скорость ракета и с каким ускорением?
Какая именно ракета?

>Какая точность наведения и сопровождения нужна?
Для чего конкретно?

>Какая мощность лазера должна быть?
Для чего конкретно?

>Сильна ли зависимость от погоды и какие потери в атмосфере?
Длина волны? состояние атмосыеры?

А насчет погоды, тут вот какое дело: авиация, например, зависит от погоды, от погоды зависит флот и космическая разведка. Высадить десант в шторм - тоже, думаю, не совсем просто... ну и т.п. Что может заметно помешать лазеру, который работает в видимом диапазоне? Туман, сильный дождь или снег, очень задымление. Да ну и фиг с ними...

>Сколько необходимо удерживать луч на цели для ее поражения (причем в одном месте)?

Какой лазер, какое расстояние, какая цель, что понимать под "поражением"?

 

Вроде американский YAL-1 предназначается для уничтожения (или сбития с траэктории) БР на расстоянии до 400км (просто 100 км как более круглая цифра и наверное более реальная).

Какая именно ракета?

 

БР или КР.

>Какая точность наведения и сопровождения нужна?

Для чего конкретно?

 

Для того, чтобы цель не смогла выполнить свою задачу. Как не важно, из-за взрыва от излучения или от схождения с траэктории. Главное результат - чтоб не долетела.

>Какая мощность лазера должна быть?

Для чего конкретно?

 

См выше.

>Сильна ли зависимость от погоды и какие потери в атмосфере?

Длина волны? состояние атмосыеры?

 

Преломление в атмосфере еще никто не отменял. Пусть мощьность излучения не будет падать(это неправда - падать будет), но в атмосфере есть разные зоны с холодным и более теплым воздухом. Как это скажется на точности "выстрела".

Лазерные пучки воздействуют на поверхностный слой материала. Они эффективно разрушают в результате теплового или ударного воздействия (в случае импульсных лазеров) тонкостенные оболочки: стенки топливных баков ракет, обшивку самолетов и вертолетов, стенки нефте- и газохранилищ, могут поджечь лес, деревянные конструкции и другие возгораемые материалы.

Для того что-бы оценить порог поражения тонкостенных оболочек лазерным излучением необходимо знать такие термодинамические харрактеристики конструкционных материалов, как теплоемкость, теплота плавления, теплота испарения/возгонки, теплопроводность и характерное время прогрева оболочки - tau (которое лежит для металлов в районе 0.1-1 сек). Если длительности лазерного импульса больше tau, то происходит обычный нагрев, затем плавление и разрушение конструкционного материала, а если много меньше, происходит взывное испарение внешнего слоя оболочки, что создает по ее поверхности импульсный динамичекий удар .

В случае длинного импульса, для сплавов на основе магния-алюминия, разрушение которых скорее всего произойдет в результете плавления (или даже раньше в результате падения прочности) энергия разрушения составляет около 1 кДж/см² при эффективной толщине 1г/см², для титана энергия в полтора раза выше.

Более высокие пороги разрушения присущи в-вам возгоняющимся при нагревании, например углеродным материалам. В этом случае порог разрушения повышается до 60 кДж/см² (при эффективной толщине 1г/см²). Но поскольку такие материалы скорее всего будут использоваться как покрытия то их эффективная толщина составить некую часть от общей толщины стенки.

Во всяком случае максимальный порог поражения для незащищенных металлических оболочек принимается равным 2 кДж/см², для защищенных абляционным покрытием 20 кДж/см².

В случае короткого импульса пороги разрушения даже выше.

Далее существуют физические ограничения на параллельность лазерного луча. Минимально возможная расходимость определяется дифракцией.

Если пучек света с длиной волны lambda, фокусируется зеркалом диаметром D и фокусным расстоянием R, то в фокальной плоскости образуется пятно диаметром d=(lambda/D)R. (Формула применима так-же и для радиоизлучения).

Из формулы видно:
1) Чем меньше длина волны излучения тем лучше его можно сфокусировать.
2) Лазерное оружие в некотором смысле имеет предельную дальность поражения - расстояние на котором диаметр фокального пятна равен диаметру фокусирующего зеркала (d=D).

Приняв (как для YAL-1A) D=1,5м, R=300км и lambda=1,315мкм, получим d=0,26м (площадь = 500 см²). учитывая вышеприведенные цифры по порогам разрушения, вычисляем, что для разрушения незащищенной металлической оболоки необходимо 1 МДж = 1МВт*1сек, для защищенной абляционным покрытием в 10 раз больше/дольше ( + можно ввести поправку на коэффициент отражения, поглощение в атмосфере). Это все речь шла о топливных баках ракет. Сами боеголовки имеют более прочную оболочку и лучше теплоизолированны, поскольку расчитаны на торможение в плотных слоях атмосферы. Порог разрушения теплоизоляции боеголовок по видимому лежит в районе 10-100 МДж/см² и для лазерного оружия они пока неуязвимы.

Увеличение дальности поражения может достигаться либо за счет уменьшения длины волны лазерного излучения, либо увеличения диаметра зеркала.
В


предлагается использовать 15м составное (из 1-2м сегментов) зеркало для разгона космических летательных аппаратов энергией лазерного излучения.

Дальнейшее увеличение диаметра излучающей системы возможно если использовать решетку из нескольких лазеров синхронизированных по частоте, фазе и мощности излучения. Так, например, используя десять тысяч 100-Вт лазерных усилителей синхронизированных одним задающим лазерным генератором и образующих периодическую решетку с размерами 100x100 м. Можно получить источник лазерного излучения мощностью 1 МВт дающий на геостационарной орбите пятно размером около 1 м.

Для экспериментальной проверки качества фокусировки лазерного пучка на расстояниях порядка 300 км, в качестве приемника излучения используются оптические системы установленные на спутниках. Такие эксперименты, почему-то, неадекватно воспринимаются некоторыми журналистами, как неудачные попытки уничтожения комических аппаратов лазерным оружием.

Для сравнения можно рассмотреть параметры расходимости пучка для рентгеновских лазеров с накачкой ядерным взрывом. Такой лазер является беззеркальным, поскольку материалы отражающие 10 нм излучение еще не изобретены. Угловая расходимость излучения такого лазера определяется с одной стороны геомерией активной среды и с другой стороны дифракцией. Чем тоньше и длиннее активная среда тем менше расходимость обусловленная геометрией. Если первоначально активная среда была твердым телом, то за время накачки (50 нс) ее формы мало изменятся. Образовавшаяся в результате плазма начнет расширятся со скоростью 50 км/сек, после чего потребуется еще 30 нс что-бы в плазме создалась инверсная заселенность, после чего возникает импульс лазерного излучения длительностью 1 нс. В этот момент активная среда имеет диаметр как минимум 1,5 мм. Если активная среда имеет диамер d=1,5мм, длину L=15м и излучает на длине волны lambda=1,42нм, то расходимость обусловленная геомерией будет сотавлять d/L=10^-4 радиан, а расходимость обусловленная дифракцией lambda/d=10^-6 радиан (примерно такая же расходимость у ИК-лазера с метровым зеркалом). Поскольку расходимость обусловленная геометрие преобладает, рентгеновский лазер в беззеркальном варианте оптичекому лазеру не конкурент.

Для достижения качества фокусировки лазерного пучка на уровне дифракционных ограничений используются адаптивные оптические системы. Сами системы начали активно развиватся с начала 70-х годов.
Адаптивная оптика это технология двойного применения. С одной стороны она широко используется в астрономии и дальней оптической связи, с другой стороны в лазерных вооружениях.
Задача адаптивной оптики исправление фазовых искажений волнового фронта лазерного излучения. Такие искажения приводят к рассеянию и дефокусировке лазерного излучения, причиной их является атмосферная турбулентность и турбулентность самой активной среды газадинамичских и химических лазеров со сверхзвуковой прокачкой реагентов через оптический резонатор.

Адаптивные оптические системы состоят из
1. корректора волнового фронта.
2. датчика искажений волнового фронта.
3. опорного источника.
4. решающего устройства и алгоритма работы.

Корректором волнового фронта обычно служит пьезоэлектрически деформируемое зеркало, представляющее собой кварцевую пластину толщиной несколько милиметров и диаметром до нескольких метров с укрепленными на ней пьезоэлектрическими приводами. На кварцевую пластину дополнительно наносится отражающее покрытие. Кол-во пьезоэлектрический приводов может достигать наскольких сотен, амплитуда деформации единиц периодов длины волны, частота нескольких килогерц. Используемый пьезоэлектрик ниобат магния-свинца, рабочее напряжение порядка 300-700 вольт.

Датчиками фазовых искажений являются интерферометрические анализаторы волнового фронта, настроенные на длину волны излучения опорного источника.

Опорным источником излучения служит вспомогательный маломощный (единицы кВт) высокостабильный лазер, чей луч отраженный от цели анализируется датчиком искажений. Длина волны этого лазера часто не совпадает с длиной волны мощного боевого лазера, что приводит к неточному учету атмосферных искажений.

Требуемая производительность решающего устройства, по некоторым данным составляет до сотен мегафлоп. (на середину 80-х годов цифра фантастическая)

К сожалению конкреные данные по адаптивной оптике YAL, достаточно противоречивы.

Т.е. "выстрел" даже предпочтительней делать относительно коротким по времени? Тогда вопрос, а какое минимальное время для воздействия, чтоб произошло взрывное изменение поверхности материала, относительно tau?
И еще сильное влияние оказывает атмосфера на выстрел, будет ли использоватся принцип "пристрелочного выстрела" с так сказать уменьшеным "зарядом" с последующей корректировкой системы наведения для производства боевого "выстрела"?
Интересно так же сравнить с работами по ЭМП. Какое менее затратное по энергии и более эффективное в поражении?

По поводу адаптивной оптики.
Разработчик адаптивного зеркала для военного лазера космического базирования (уменьшенный в два раза прототип Лазера Космического Базирования SBL ).
www.oss.goodrich.com/LargeActiveMirrorProgram.shtml
, а вот и само зеркало
http://www.oss.goodrich.com/.../LargeActiveMirrorProgram_Product.jpg [not image]

еще несколько фотографий многосегментных зеркал, применяемых в астрономии
http://astron.berkeley.edu/~jrg/MirrorStructure/node4.html
, что не исключает при определенной доработке применить такие зеркала и в лазерном оружии космического базирования.

>YYKK
По импульному лазерному воздействию отвечу в ближайшее время.
По ЭМП непонятен сценарий их военного применения (дальность стрельбы, базирование, вероятные цели).

По ЭМП непонятен сценарий их военного применения (дальность стрельбы, базирование, вероятные цели).

 

Пусть будет тоже вариант воздушного базирования, для объективного сравнения.
Скорость снаряда ~5км/с, а вес ~ 1 кг.
Вроде проработки ЭМП идут, точно знаю для бронетехники.

В декабре 2001г в интернете появились сообщения, подобные этому:
newsru.com/russia/18dec2001/oruzhiye.html
со ссылкой на статью "Современный взгляд на развитие и применение ОНСД в антитеррористических и миротворческих операциях" опубликованную в журнала "Вооружение. Политика. Конверсия", (авторы статьи: доктор физико-математических наук Владимир Клочихин, доктор военных наук Владимир Пирумов и доктор технических наук Виктор Селиванов).

В статье утверждалось, что

В России разработано "несмертельное" лазерное оружие для проведения антитеррористических операций. Группа российских ученых создала малоразмерное индивидуальное и групповое лазерное оружие, вызывающее "временное ослепление".

Индивидуальное оружие, имеющее массу 300 г, вставляется в подствольный гранатомет, а групповое - со сменными оптическими элементами и перископическими системами - может работать от аккумуляторной батареи не менее часа.

При создании нового вооружения задействованы новейшие достижения полупроводниковой технологии и нелинейной оптики. Разработанные образцы лазерного оружия превосходят американские аппараты "Сейбр-203" и могут использоваться в борьбе с террористами.

 

Механизм нелетально воздействия описан
http://www.npo-sm.ru/info/arm5.html

Действие этих устройств достигается за счет направленного на нарушителя луча лазера красного или зеленого цвета, вызывающего временное ослепление и психологическое воздействие, приводящих к неспособности человека выполнять координированные (осознанные) действия, тем самым, снижая боеспособность нарушителя и препятствуя его продвижению вперед.
Яркий свет лазера, развернутый в линию и сканирующий по местности, создает эффект световой завесы не позволяя снайперам противника вести прицельную стрельбу, а в ряде случаев и визуальное наблюдение через оптические приборы.

 

В соответствии с нормами по безопасности МЭК, мощность лазерного источника должна находиться между двумя пределами где: верхний предел ограничивает максимальную мощность воздействия не приводящую к ожогам и необратимым последствиям глаз (2,5 мВт/см2), нижний предел (менее1 мВт/см2), определяет мощность достаточную для достижения временного ослепляющего воздействия.

 

К слову сказать плотность излучения 25 Дж/см2 вызывает ожог третьей степени.

Вообщето в ТиВ свежем было про ЛО. Но в общем еще не скоро на вооружении будет (именно как боевое оружие).

> Вообщето в ТиВ свежем было про ЛО.

Да тов. Демин пишет, но, к сожалению, по ряду объективных причин только про западные разработки... Зато не для печати много что рассказывал

muxel, YYKK
Если не трудно давайте ссылки или хотя-бы какие-нибудь технические харрактеристики, тов. Демин где и что пишет, тоже интересно. Заранее спасибо.

Не хочу обсуждать моральные стороны применения лазерного оружия. Но привел специально

мощность воздействия не приводящая к ожогам и необратимым последствиям глаз <2,5 мВт/см2, мощность достаточная для достижения временного ослепляющего воздействия >1 мВт/см2.

 

При таком узком интервале говорить о нелетальности по меньшей мере странно.

> Если не трудно давайте ссылки или хотя-бы какие-нибудь технические харрактеристики, тов. Демин где и что пишет, тоже интересно. Заранее спасибо.

Демин пишет в "Технике и вооружении" #9-2003, но там для вас врядли что нового будет Насчет наших систем я буду с ним отдельно беседовать, если что разузнаю хорошего - напишу...

Как я понял, после смерти Харитона и Дмитриева в Арзамас-16 осталость не так уж много людей, кто реально мог бы заниматься лазерными разработками. Мне, лично кажется, что "совеременные" наши лазерные разработки - это отблески былой славы "Советской Империи", когда мы опережали американцев в этой области. Могли бы сделать и больше, если бы не нехватка вычислительной техники для моделирования процессов.
А читать про достижения американцев конечно интересно

Ну, Арзамас-16 был далеко не главным и не единственным разработчиком лазерных систем в СССР...

На мой взгляд наилучший русскоязычный сайт по лазерной ПРО
pro-pko.narod.ru/pro.htm,
автор - Илья Клабуков.

там же есть и про ЭМП оружие, YYKK спрашивал.

Правда я не нашел список цитируемой литературы.

На странице
http://pro-pko.narod.ru/terra3.htm

Создание лазерной установки в интересах ПРО велось ОКБ “Вымпел” c конца 1960-х годов и для проведения испытаний в конце 1960-х годов на полигоне в Сары-Шагане строилась специальная позиция - научно-экспериментальный комплекс "Терра-3" [1].
.....
Опытная полигонная лазерная установка состояла из собственно лазеров (высокоэнергетические рубиновый с диаметром зеркала 0,7 м и импульсный газовый (СО2) с диаметром зеркала 10,6 м [143,144,145,285,286]), разработанных в НПО "Астрофизика"

 

Длина волны рубинового лазера - 0,7 мкм, а CO₂ - 10,6 мкм. Уж больно это совпадает с диамерами зеркал в метрах. Может быть опечатка.

Читаю тут

В соответствии с программой широкого освоения космического пространства, в течение ближайших 10-15 лет Китай намерен осуществить запуски около 30 спутников, в том числе некоторое их количество - на коммерческой основе. В более отдаленной перспективе Китай намерен производить ежегодно более 6 спутников. Одновременно Китай намерен продолжать закрытые разработки для нужд военного ведомства, в частности - специальные космические программы, предусматривающие создание лазерного оружия, способного поражать космические объекты

 

Это байка журналистов или Китай в самом деле решил обзавестись лазерным оружием космического базирования?

muxel от 10.10.2003 12:03:26:

Ну, Арзамас-16 был далеко не главным и не единственным разработчиком лазерных систем в СССР...

 

Про других разработчиков у меня информации нет, но зная, кто занимался этими делами в Арзамасе-16, могу предположить, что там народ был посильнее. Ведь формально работы велись по созданию сверхмощных лазеров для установок термоядерного синтеза...

> Ведь формально работы велись по созданию сверхмощных лазеров для установок термоядерного синтеза...

А почему формально?

Еще они должны были заниматься рентгеновскими лазерами с ядерной накачкой...