«Лучи смерти» Архимеда

     «Когда Марцелл убрал корабли на расстояние, превышающее полет стрелы, старик соорудил особое шестиугольное зеркало; на расстоянии, пропорциональном размеру зеркала, он расположил похожие четырехугольные зеркала, которые можно было перемещать с помощью специальных рычагов и шарниров. Зеркало он обратил к полуденному солнцу - зимнему или летнему - и, когда пучки лучей отразились в нем, огромное пламя вспыхнуло на кораблях и с расстояния полета стрелы превратило их в пепел».
     Это по сути первое упоминание о «лучах смерти», которые следует, наверное, считать прообразом лазерного оружия. Они, согласно дошедшим до нас легендам, были изобретены Архимедом в III веке до нашей эры и применены при обороне Сиракуз от осаждавших город римских войск. Кстати, на рис. 1 показано, как итальянский художник Джулио Париджи (1571 – 1635) представлял действие этого оптического оружия. На протяжении последующих двух тысячелетий шли споры о возможности превращения света в оружие, спорадически провоцируемые писателями-фантастами. Наиболее известными из них стали романы «Война миров» Герберта Уэллса и «Гиперболоид инженера Гарина» Алексея Толстого. В первом напавшие на Землю пришельцы были оснащены оружием, в котором в качестве поражающего фактора служили неизвестно каким образом создаваемые тепловые лучи. Во втором автор даже описал конструкцию и принцип действия своего оружия. В качестве источника энергии в гиперболоиде использовались некие термитные свечи, а система зеркал фокусировала тепловой луч. В результате получался «…узкий, как игла, луч, срезающий трубы огромных заводов, режущий, как раскаленный нож, броню линкоров...».
     На практике же никак не удавалось создать устойчивый луч при помощи традиционных источников и систем. Лишь изобретение в 1954–1955 годы советскими учеными Николаем Басовым и Александром Прохоровым одновременно с американцем Чарльзом Таунсом оптического квантового генератора сдвинуло процесс с мертвой точки. В результате был получен первый лазер (LASER — «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation», что означает «усиление света в результате вынужденного излучения»). По формулировке Николая Басова, «лазер – это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля – лазерный луч. При таком преобразовании часть энергии неизбежно теряется, но важно то, что полученная в результате лазерная энергия обладает более высоким качеством. Качество лазерной энергии определяется ее высокой концентрацией и возможностью передачи на значительное расстояние. Лазерный луч можно сфокусировать в крохотное пятнышко диаметром порядка длины световой волны и получить плотность энергии, превышающую уже на сегодняшний день плотность энергии ядерного взрыва».
     Ныне уже существует множество конструкций лазеров. С некоторыми из них мы часто встречаемся в повседневной жизни. Например, с полупроводниковыми (лазерная указка и считывающая головка в CD- и DVD-проигрывателях), газовыми (школьный гелий-неоновый и технологический на углекислом газе, который режет металл) и другими. В военной же сфере успехи не столь разительны, хотя, учитывая свойства лазеров, нетрудно предположить, что у боевых лазерных систем большое будущее. Во-первых, лазерный луч достигает цели со скоростью света - 300 тыс. км в секунду. Во-вторых, лазерное оружие не зависит от земного притяжения: как известно, пули и снаряды летят по параболе, обусловленной гравитацией. В-третьих, лазерное оружие обладает невероятной точностью. К примеру, пройдя расстояние до Луны (380 тыс. км), диаметр луча разойдется всего на 1,5 километра. В-четвертых, лазерное оружие может полностью уничтожать атакуемые объекты или только повреждать их.
     Поражающее действие лазерного луча достигается в результате нагревания до высоких температур материалов цели, что приводит к разрушению объекта, повреждению чувствительных элементов вооружения, ослеплению органов зрения человека, вплоть до необратимых последствий, нанесению ему термических ожогов кожи. Для противника действие лазерного излучения отличается внезапностью, скрытностью, отсутствием внешних признаков, высокой точностью, практически мгновенным действием. Правда, есть и серьезные проблемы боевого применения лазеров. Это прежде всего необходимость подключения лазерной пушки к мощному источнику электроэнергии. Для проведения одного «выстрела» требуется не менее 100 кВт. Эффективность лазерного оружия снижают туман, дождь, снегопад, задымленность и запыленность атмосферы.
     Твердотельные, химические, жидкостные…
     Как считается, создание лазерного оружия можно сравнить с рождением ядерной бомбы. И та страна, которая решит эту сложнейшую научно-техническую проблему первой, получит возможность диктовать свои условия мировому сообществу. Поэтому работы в этой области особо не афишируются. Тем не менее в средствах массовой информации достаточно сообщений, которые свидетельствуют, что в целом ряде государств, обладающих соответствующими технологиями, и особенно в США, ведутся интенсивные работы по созданию лазерного оружия. При этом основные усилия сосредоточены на твердотельных, химических, рентгеновских лазерах с ядерной накачкой, со свободными электронами и некоторых других.
     Твердотельный лазер, для них в качестве активного вещества используют рубины или некоторые другие кристаллы, рассматривается специалистами США в качестве одного из перспективных типов генераторов для боевых систем. При этом, однако, указывается, что твердотельные лазеры требуют слишком много энергии для накачки и охлаждения, чтобы быть использованными на поле боя. В этом плане более привлекательными выглядят жидкостные лазеры. В качестве активного вещества они используют редкоземельные элементы, которые растворяют в некоторых жидкостях. Жидкостью можно заполнять любой объем. Это облегчает охлаждение активного вещества путем циркуляции самой жидкости в приборе. Вместе с тем мощности таких лазеров невелики.
     Агентство по оборонным разработкам министерства обороны США решило объединить технологии жидкостного и твердотельного лазеров. Лазеры с жидким активным веществом способны испускать непрерывный луч, не требуя больших систем охлаждения, в то время как лазеры на основе кристаллов обладают большей мощностью, но во избежание перегрева луч пульсирует. «Мы объединили высокую «энергетическую плотность» твердотельного лазера с «термоустойчивостью» жидкого лазера», - заявил руководитель проекта Дон Вудбери. Таким образом получается непрерывный лазерный луч значительной мощности, не требующий больших систем охлаждения. В Пентагоне рассчитывают, что благодаря этому объединению ученые создадут компактный боевой лазер мощностью 150 киловатт уже в 2007 году.
     Еще больший поток энергии в луче удалось достичь при помощи химического лазера, для получения которого используется реакция соединения водорода с фтором. Всего из одного грамма реагентов при этой реакции выделяется около 500 Дж энергии. Если заменить обычный водород на дейтерий, то спектр полученного луча окажется в «окне прозрачности» атмосферы и такую «пушку» можно будет применять даже для поражения укрепленных наземных объектов. Однако эксплуатировать боевую систему, работающую на такой гремучей смеси (фтор реагирует даже со стеклом, а выделяемый фтороводород является одной из сильнейших кислот), непросто. Кроме того, химические лазеры требуют, чтобы рядом находился целый склад химических веществ, используемых в качестве топлива.
     В 2003 году специалисты управления научных исследований ВМС США и национальной лаборатории ускорителей имени Томаса Джефферсона разработали лазер на свободных электронах FEL (free-electron laser). Для его получения пучок высокоэнергетических электронов пропускают через специальное устройство («магнитную гребенку»), которое заставляет их совершать синусоидальные колебания с заданной частотой. Меняя параметры «магнитной гребенки», можно на выходе получать излучение с разной длиной волны. Коэффициент полезного действия у такого лазера значительно больше, чем у других типов, - порядка 20 процентов. Как показывают эксперименты, это устройство умеет «настраиваться» на излучение электромагнитных волн инфракрасного, оптического диапазонов, а также волн сверхвысокой частоты. К тому же у него есть еще одно свойство, которого нет ни у одного подобного устройства в мире: он может излучать предельно короткие световые импульсы продолжительностью менее одной триллионной секунды. «FEL превзошел все наши ожидания», - заявил представитель управления научных исследований ВМС США Гил Граф. По его словам, морское командование рассматривает возможное применение лазерной установки, в первую очередь для создания активной боезащиты надводных кораблей.
     В последние годы интенсивные работы идут по созданию боевых систем на основе рентгеновских лазеров. Их воздействие на объект отличается от уже рассмотренных лазеров, поражающих цели лучами за счет теплового воздействия. При применении рентгеновского лазера цель оказывается под ударным импульсивным воздействием, приводящим к испарению материала ее поверхности. Такие лазеры отличаются большой энергией рентгеновского излучения (в 100 – 10.000 тыс. раз выше, чем у других лазеров) и способностью проникать сквозь значительные толщи различных материалов.
     В поиске новых источников энергии, которые были бы не менее мощными, чем ядерные, обладали точностью лазерного оружия и легко управлялись в широком диапазоне значений энергии, ученые пришли к технологии искусственного распада протона. При нем освобождается почти в сотню раз больше энергии, чем даже при термоядерном взрыве. В отличие от реакции ядерного деления протонные распады не требуют каких-либо критических значений масс или фиксированных значений других параметров. Важна лишь определенная их комбинация. Это позволяет создать генераторы любой мощности и использовать их различные модификации для широкого спектра видов оружия. От индивидуального излучателя до стратегических планетарных комплексов, энергетических установок и транспортных систем.
     С космоса и по космосу
     Если говорить о конкретных боевых лазерных системах, то, например, в США приоритетным направлением в их создании стала разработка лазерных комплексов в интересах противовоздушной, противоракетной и противокосмической обороны. При этом предусматривается создание таких систем, которые можно было бы применять на тактическом, оперативно-тактическом и глобально-стратегическом уровнях.
     Первый действующий прототип боевого лазера (тактический высокоэнергетический лазер - Tactical High-Energy Laser - THEL) был создан американо-израильской исследовательской группой и прошел успешные испытания в 2000 году на полигоне Уайт-Сэндз в Нью-Мексико. В ходе испытания THEL (фото 1) смог уничтожить несколько десятков ракет, запущенных с расстояния примерно 10 км. Он одновременно вел 15 целей и потратил на уничтожение каждой из них не более 5 секунд. При этом, однако, THEL мог без перезарядки произвести всего пару выстрелов по 3 тыс. долларов каждый. Три основных компонента этой системы - химический дейтерий-фторный лазер, оптическая система управления лазерным лучом и пункт боевого управления и связи - были разработаны отдельно, не интегрированы в единый комплекс. В результате получилась подвижная боевая система размером в 6 огромных туристических автобусов, что представляет собой слишком лакомую цель для противника. Предполагается, что после доработки и совершенствования системы, создания ее в мобильном варианте она сможет решать задачи ПВО (ПРО) на тактическом уровне и защищать войска США и союзников от ракет «земля — земля» и крылатых ракет.
     Тем временем на базе THEL корпорация «Нортроп – Грамман» разработала лазерный комплекс Skyguard. Он превосходит своего предшественника по мощности и дальности действия и, по словам разработчиков, может использоваться для защиты важных военных и гражданских объектов, а также расположения войск от обстрела баллистическими ракетами малой дальности, снарядами реактивных систем залпового огня (типа «Град» или MRLS), артиллерийскими снарядами и минометными минами. Одиночный комплекс Skyguard может прикрыть территорию до 10 километров в диаметре.
     Для второго уровня - оперативно-тактического - разрабатывается боевая лазерная система воздушного базирования ABL (Airborne Laser). Натурные испытания по программе авиационного лазера начнутся в 2008 году. Самолет «Боинг-747» (рис. 2) с мощным химическим лазером, установленным в носовой части лайнера, начнет пробные стрельбы по ракетам-мишеням. Исследования ведутся под руководством агентства противоракетной обороны США. Разработчики рассчитывают, что лазерная установка будет использоваться для уничтожения баллистических ракет во время старта, когда они наиболее уязвимы, а также на траектории на дальностях от 300 до 500 км. Для этого самолет с бортовым лазером будет барражировать вблизи от предполагаемого района пуска ракет. Инфракрасные датчики обнаружат ракетный пуск и дадут сигнал на компьютер, который повернет башенку с лазером в нужную сторону. Сначала должны сработать два небольших твердотельных лазера, один из которых будет служить для целеуказания, а второй - рассчитывать оптическое искажение с учетом атмосферных изменений. Затем основной лазер поразит ракету.
     Бюджет программы ABL в 2006 году составил 471,6 млн. долларов. На эти деньги предполагалось провести испытания систем корректировки и устойчивости целеуказания лазера, а также наземные испытания с тем, чтобы подготовить стрельбы в воздухе. И в конце октября корпорация «Боинг» представила заказчикам из Пентагона модифицированный самолет «Боинг-747-400F», вооруженный высокоэнергетической лазерной установкой, способной уничтожать баллистические ракеты сразу после их запуска. Как сообщает Рейтер, наземные испытания системы прошли успешно, и в 2008 году запланирован первый учебно-боевой перехват баллистической ракеты в воздухе. А ориентировочно к 2012 - 2015 годам ВВС США планируют иметь в составе сил ПВО (ПРО) на ТВД до 7-8 самолетов с системой ABL. Считается, что она может быть также использована для уничтожения других стратегических и тактических целей.
     Третий уровень - глобально-стратегический - космическая лазерная система (программа SBL). Ее разработка идет по нескольким направлениям. Еще в 1997 году в США был проведен эксперимент по облучению лазером экспериментального спутника ВВС MSTI-3, находящегося на высоте 420 км. Испытания показали, что энергии небольшого химического лазера мощностью 30 Вт, который использовался для наведения мощной лазерной установки MIRACL, вполне достаточно для ослепления оптической аппаратуры спутников съемки Земли.
     Сегодня же специалисты компании «Боинг» и ВВС ведут работы по проекту ARMS (Aerospace Relay Mirror System - воздушно-космическая релейная зеркальная система). Согласно ему новое оружие будет представлять сверхмощные стационарные лазеры наземного или морского базирования и систему зеркал, расположенную на дирижаблях и беспилотных самолетах, а в перспективе и на космических спутниках. Это позволит ему наносить удар по любым целям на земле и околоземном пространстве практически мгновенно. Принимающее зеркало будет собирать свет и затем перенаправлять его через специальную фокусирующую систему, которая определяет помехи, возникшие в атмосфере, и корректирует сигнал. После корректировки второе зеркало посылает луч на заданную цель. Лазерная установка при этом должна иметь мощность 1001000 кВт.
     Проведенные в этом году испытания на базе ВВС США Киртленд в штате Нью-Мексико подтвердили боеспособность новой системы. В их ходе были использованы лазер мощностью 1 кВт и отражающая система, расположенная на расстоянии 3 км. Система состояла из двух зеркал шириной 75 см, находящихся близко друг к другу. Они были подвешены на высоте 30 м с помощью крана. Лазерный луч успешно был перенаправлен и попал в цель.
     Судя по сообщениям, в Пентагоне рассматривается также проект создания сети спутников (космических платформ), оснащенных лазерными «орудиями» (рис. 3). Его разработчики утверждают, что эти «орудия» смогут уничтожать широкую гамму целей на всей земной поверхности и в околоземном пространстве. Существуют и другие проекты, что позволяет сделать вывод, что в США пока нет единого плана по созданию боевых лазерных систем глобально-стратегического уровня. Тем не менее Пентагон намерен провести натуральные испытания таких лазеров начиная с 2012 года, а прием их на вооружение планируется на 2020 год.
     В боевых порядках пехоты
     Ну а что же на поле боя? Будут ли противоборствующие стороны поражать друг друга «лучами смерти» в наземных операциях? «Безусловно, - заявил по этому поводу специалист Пентагона в области лазерного оружия Шелдон Мет. - Да, сегодня химические лазеры высокой мощности нуждаются в поддержке чуть ли не целого химзавода, а твердотельные требуют слишком много энергии для накачки и охлаждения, чтобы быть использованными на поле боя. Но в перспективе боевой лазер появится в возимом варианте - для установки на бронетранспортере - и даже в носимом варианте - в заплечном мешке». Шелдон Мет не называет сроки. Однако его коллега Дон Вудбери уверен, что это произойдет уже через два года, когда будет создан первый боевой лазер для использования в наземных операциях. Весить он должен не более 750 кг, а по размерам соответствовать крупному холодильнику. Это позволит устанавливать его на бронетранспортер. А в последующем габариты этого лазера будут только уменьшаться.
     «Поле боя поменяется, - говорит сотрудник лаборатории Ливермора Томас Макгранн, занимающийся симуляцией боевых действий с применением лазеров. – Когда сегодня враг чем-то стреляет в меня, я это сбиваю. С любого расстояния от одного до трех километров я смогу подавить огонь. Когда он отправляет свои беспилотные летательные аппараты, в которые очень трудно попасть, я сбиваю и их. Пехотинец говорит, что его обстреливают с поросшего лесом склона холма. Тогда мы просто устраиваем там пожар. Но лазерный луч засечь практически невозможно, а главное – он позволяет нанести мгновенный удар с почти 100-процентной гарантией поражения цели». Лазерный луч можно использовать для выведения из строя электроники в боевой технике или взрывного устройства, а также личного состава противника. Например, для парализации произвольно сокращающихся мышц рук и ног. При этом мышцы сердца и легких, работающие на другой частоте, продолжают нормально функционировать.
     Конечно же, ожидать, что солдаты будут бегать с лазерами наперевес, как это происходит в фантастических фильмах, не приходится. «Скорее всего, это будет исключительно дальнобойная, сверхточная снайперская винтовка, — полагает американский специалист по вооружениям Джон Пайк. – С ее помощью из-за укрытия и можно будет добиться желаемого результата». Но ее появление на вооружении – далекая перспектива. В ближайшее же время в американские войска в Ираке и Афганистане поступит лазерное устройство, которое сможет временно ослеплять водителей, игнорирующих предупреждения на пропускных пунктах. По мнению представителей Пентагона, это должно снизить количество потерь среди местных жителей, которые не обращали внимания на предупреждающие сигналы и попадали под огонь американских солдат. Для этого на карабинах M-4 будет помещено трубообразное устройство длиной 27 мм, способное выдавать луч лазера. Он будет временно ослеплять водителей, не приводя их к полной потери зрения. Не исключено, что в последующем это устройство в зависимости от мощности будет применяться и против механика-водителя вражеской бронетехники, снайпера, пилота низколетящего штурмового вертолета. А чтобы не поразить своего, фирма «Моторола» создает устройство CIDDS. Оно позволяет отличать в боевых условиях своих от чужих на расстоянии 1 км. Одна часть CIDDS крепится на шлеме, вторая - на винтовке. Когда лазерный луч, генерируемый вторым блоком, контактирует с модулем CIDDS на шлеме другого солдата, этот модуль посылает шифрованный радиосигнал о том, кто обнаружен, – свой или чужой. Процесс опознания занимает около 1 сек.
     В боевых порядках американских войск могут скоро появиться и боевые лазеры, установленные на тягачах, бронетранспортерах и самолетах. Так, в октябре нынешнего года компания «Боинг» приступила к испытаниям так называемого передового тактического лазера (Advanced Tactical Laser – ATL). Этот высокоактивный химический лазер, установленный на самолете C-130H, сможет, как полагают его разработчики, уничтожать или наносить ущерб целям в городских районах практически без сопутствующего урона. Дальность действия ATL, как ожидается, будет составлять более 20 километров. Разрабатывается вариант этого лазера и для его установки на «Хаммерах».
     Корпорация «Дженерал дайнэмикс» будет производить для армии США дистанционно управляемую машину разминирования Thor (фото 2), оснащенную лазерной установкой. Дистанционно управляемая гусеничная машина разработана израильской компанией «Рафаэль». Thor вооружен крупнокалиберным пулеметом M2HB и лазерной установкой, предназначенной для уничтожения неразорвавшихся боеприпасов и самодельных взрывных устройств. Лазерная установка позволяет уничтожать неразорвавшиеся снаряды, мины и взрывные устройства без детонации, вызывая выгорание взрывчатого вещества. Пулемет позволяет уничтожать снаряды и взрывчатые устройства в массивных корпусах, не поддающихся воздействию лазера. Thor оснащен оптико-электронной системой, позволяющей обнаруживать снаряды и мины независимо от погоды и времени суток. Характеристики машины позволяют использовать ее для сопровождения конвоев, прорыва укрепленных оборонительных позиций, расчистки местности. Бронирование машины позволяет выдерживать огонь стрелкового оружия и малокалиберной зенитной артиллерии.
     Нет необходимости особо подчеркивать, что эффективность применения оружия во многом определяют правильное целеуказание и прицеливание. И здесь лазерные устройства получили самое широкое распространение. Это прежде всего использование в стрелковом оружии прицелов с так называемой «светящейся прицельной точкой». Суть действия состоит в том, что точка прицеливания указывается лучом света, формируемого посторонним источником, который связан с механизмом прицела и может учитывать поправки по направлению и дальности. Причем в самых совершенных моделях расчет поправок проводят электронные баллистические вычислители с датчиками температуры, давления и других параметров. Есть еще лазерные осветители, указатели и дальномеры. Первые представляют собой мощные точечные источники света часто, закрепляемые на оружии и имеющие дальность действия до 300 метров. Лазерные дальномеры только сейчас приходят в ручное стрелковое оружие, хотя на тяжелом вооружении они появились несколько лет назад.
     Наконец, целеуказатели. Их можно монтировать отдельно от прицелов либо в комбинации с ними и с их помощью выбирать точку прицеливания непосредственно на цели. Есть и комплексные лазерные целеуказатели. Такие как AN/PEQ-1B. Они вскоре поступят на вооружение подразделений спецназначения ВМС США и корпуса морской пехоты, отвечающих за целеуказание для самолетов морской авиации. Аппарат отличается небольшим весом - 5,5 килограмма и компактными размерами (26х30х13 сантиметров). Целеуказатель может работать как в ручном, так и в автоматическом режиме, подсвечивая цели в секторе 45 градусов. Аппарат измеряет расстояние до целей в диапазоне от 200 до 10.000 метров с точностью плюс-минус пять метров. Разрешающая способность приемника отраженного луча составляет 50 метров. В режиме подсветки цели аппарат создает лазерное «пятно» небольшого размера (на расстоянии пять километров - 2,3х2,3 метра), обеспечивая возможность точечного поражения малоразмерных и высокозащищенных целей.
     Здесь речь шла прежде всего о создании лазерного оружия в США. Но и другие страны наращивают усилия в этой сфере. Среди тех, кто уже добился определенных успехов в создании таких вооружений, называют Израиль, Францию, Китай. Так, по данным издания DefenseNews, Китай уже несколько раз облучал американские спутники видовой разведки серии KeyHole во время их пролета над территорией страны с помощью мощной лазерной наземной установки. О том, что Китай обладает лазерным оружием, говорится и в ежегодном докладе Пентагона конгрессу США о военной мощи КНР в 2006 году. Как там записано, «по меньшей мере одной из противоспутниковых систем, вероятно, является наземная лазерная установка, предназначенная для повреждения или ослепления спутников».
     Кстати, еще в 1960-е годы Советский Союз в местечке Сары-Шаган создал огромную лазерную установку «Терра-3». Она была способна за сотни километров определить не только дальность до цели, но и ее размеры, форму, траекторию движения. На «Терре» был создан локатор, который мог зондировать космическое пространство. В 1984 году ученые предлагали «пощупать» им американский корабль «Шаттл» на орбите. Но высшее политическое руководство испугалось возможного шума. США в то время лишь пытались сконструировать систему по получению боевого лазерного луча.

     На снимках: «Лучи смерти». Картина Джулио Париджи (1571-1635).
На испытаниях THEL.Фото 1.
Дистанционно управляемая машина разминирования Thor.Фото 2.
Проект «Боинга-747» с химическим лазером. Рис. 2.
Проект космических платформ, оснащенных лазерными «орудиями». Рис. 3.