KBOB: Все сообщения за 16 Сентября 2003 года

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 приводи…

Дальше »»»

•  инфо
•  инструменты
• Ответить на сообщение