Как работает лазерное оружие?

Во всем мире страны стремительно разрабатывают мощное лазерное оружие для военных задач на суше и на море, в воздухе и в космосе.

Лазерное оружие, установленное на грузовике. Фото: Popular Science — Лазерное оружие, установленное на грузовике. Фото: *Popular Science*

По словам Иэна Бойда, профессора аэрокосмической науки и техники в Университете Колорадо в Боулдере, изображения роев небольших недорогих беспилотников, заполняющих небо или скользящих по волнам, вдохновили военных на разработку и развертывание лазерного оружия в качестве альтернативы дорогостоящим средствам обороны, таким как ракеты.

Лазеры используют электричество для создания фотонов, или частиц света. Фотоны проходят через усиливающую среду, быстро увеличивая число фотонов. Все эти фотоны фокусируются в узкий луч лазерным лучепроводом, как сообщает The Conversation .

За десятилетия, прошедшие с момента появления первого лазера в 1960 году, инженеры разработали множество лазеров, генерирующих фотоны на различных длинах волн в электромагнитном спектре, от инфракрасного до ультрафиолетового. Мощные лазерные системы, используемые в военных целях, основаны на твердотельных лазерах, которые используют специальные кристаллы для преобразования входной энергии в фотоны. Ключевой особенностью мощных твердотельных лазеров является то, что фотоны генерируются в инфракрасной области электромагнитного спектра и невидимы невооруженным глазом.

При взаимодействии лазерного луча с поверхностью возникают различные эффекты, зависящие от длины волны, мощности луча и материала поверхности. Маломощные лазеры генерируют фотоны в видимой области спектра и могут использоваться в качестве источника света для указателей и демонстраций на публичных мероприятиях. Мощность этих лазерных лучей настолько мала, что они отражаются от поверхности, не причиняя ей никакого вреда.

Лазерные системы высокой мощности используются для разреза биологических тканей во многих медицинских процедурах. Лазеры максимальной мощности способны нагревать, испарять, плавить и сжигать различные материалы, а также используются в промышленных процессах для сварки и резки. Помимо мощности лазера, его способность оказывать различные эффекты также определяется расстоянием между лазером и целью.

Лазерное оружие

Отчасти благодаря развитию мощных промышленных лазеров, лазерное оружие всё шире применяется военными. Фундаментальное преимущество мощного лазерного оружия заключается в его способности работать непрерывно. В отличие от традиционного оружия, такого как огнестрельное оружие, боезапас которого ограничен, мощные лазеры могут стрелять непрерывно, пока есть источник питания.

Американские военные используют мощные лазеры, установленные на грузовиках, для уничтожения различных целей, включая беспилотники, вертолеты, минометы и ракеты. ВМС США используют мощные лазеры на кораблях для защиты от небольших быстроходных надводных кораблей, а также ракет и беспилотников. ВВС США разрабатывают мощные лазеры для самолетов для наступательных и оборонительных задач. Россия также создает мощные лазеры для наземного применения, чтобы «ослеплять» вражеские спутники.

Ограничения лазерного оружия

Ключевой проблемой для подразделений, использующих мощные лазеры, является мощность, необходимая для работы на расстоянии. В отличие от промышленных лазеров, которые действуют всего в нескольких сантиметрах от цели, военные операции проводятся на гораздо больших расстояниях. Для защиты от ближней угрозы, такой как миномёты или небольшие катера, лазерное оружие должно поразить цель, прежде чем нанести ущерб.

Но для сжигания материалов на безопасном расстоянии требуются лазерные лучи мощностью в десятки или сотни киловатт. Самый маленький прототип лазерного оружия потребляет 10 киловатт электроэнергии, примерно столько же, сколько электромобиль. Новейшее мощное лазерное оружие, находящееся в разработке, требует 300 киловатт электроэнергии, чего достаточно для обеспечения электроэнергией 30 домохозяйств. Поскольку КПД мощных лазеров составляет всего 50%, они производят огромное количество отходов.

Это означает, что для мощных лазеров требуется инфраструктура генерации и охлаждения, что может ограничивать эффективность различных платформ. Армейские грузовики и истребители ВВС имеют меньше всего места для мощного лазерного оружия, поэтому эти системы ограничены целями относительно малой мощности, такими как потопление беспилотников или выведение из строя ракет. Крупные корабли и самолёты могут оснащаться более мощными лазерами, способными прожигать дыры в лодках и наземной технике. Наземные системы наименее ограничены, поэтому они обладают наибольшей мощностью и могут справляться с ракетами на расстоянии.

Другим важным ограничением мощного лазерного оружия, требующего платформы, является время работы. Поскольку источник питания лазера должен перевозиться на грузовике, корабле или самолёте, источник питания ограничивает выходную мощность, и лазер может использоваться лишь ограниченное время без необходимости перезарядки. Кроме того, эффективность лазерного оружия снижается в условиях дождя, тумана и дыма, которые приводят к рассеиванию луча. Для нанесения поражения лазерному лучу также необходимо удерживаться на цели в течение нескольких секунд.

В будущем лазерное оружие, вероятно, будет продолжать развиваться с более высокими уровнями мощности, расширяя дальность поражения целей.

Ан Кханг (согласно The Conversation )

Ссылка на источник