Чому лазерна зброя вистрілила тільки у фантастиці?

Герої фантастичних романів з’ясовують стосунки переважно саме з допомогою потужних нищівних променів. Ставку на лазерні бластери цілком можна зрозуміти, особливо коли йдеться про кінофільми. Згодом – це просто гарно, всі ці різнокольорові промені (в більшості випадків, насправді, невидимі), особливо у сполученні з пронизливим звуком, котрий зовсім необов’язково супроводжує лазерний імпульс.

Лазером коять свої злочини пірати з «Гості з майбутнього». Лазерами воюють герою «Зоряних війн», в тім числі й нелогічними з точки зору науки і техніки світловими мечами.

Власне, диво-зброю, у якій простежуються риси бойових лазерів, письменники «винайшли» задовго до появи першого оптичного квантового генератора.

Промені смерті

Вважається, що першими, хто застосував променеву зброю на Землі, стали агресивні марсіани з роману «Війна світів». Видатний письменник-фантаст Герберт Уеллс написав його ще у позаминулому сторіччі – 1898 року. Марсіанські агресори концентрували свої теплові промені з допомогою параболічних дзеркал.

Подібним же чином діяв і пристрій з роману Олексія Толстого «Гіперболоїд інженера Гаріна» (1927). Там теж йшлося про джерело надзвичайно високої теплової енергії, сконцентроване і спрямоване з допомогою параболічних дзеркал.

Та що там цей сторічний відрізок!

За переказами, ще за двісті років до нашої ери – 2200 років тому, під час облоги грецьких Сіракуз, видатний вчений античності Архімед примудрився підпалити кораблі нападників-римлян з допомогою сонячного світла, сфокусувавши його з допомогою великої кількості дзеркал. Сотні сонячних зайчиків, зібрані в одну точку, мали підвищити температуру настільки, щоб просмолені борти кораблів спалахнули.

Чи справді понад дві тисячі років тому відбулося перше ефективне застосування променевої зброї, чи то лише легенда – в кожному разі тут можна зазначити два моменти.

По-перше – ще з античності був відомий принцип концентрації сонячної теплової енергії. Нині він застосовується у так званих сонячних печах, що здатні з допомогою параболічних дзеркал розігріти  предмет до температури понад 3000 °C.

Власне, чи не кожен з нас експериментальним шляхом з’ясовував, що такий метод – діє. Коли з допомогою лінзи та сонячних променів підпалював папірці чи щось легкозаймисте. Тобто, ідея підпалити щось на відстані сконцентрованими тепловими променями – вона цілком робоча.

Втім, історія про архімедові дзеркала спонукає й до іншого висновку. Хоча вона була знана протягом тисячоліть, використати цю ідею на полі бою так ніхто і не взявся. Технологічно її було реалізувати важко. Навіть коли б вдалося створити ідеальне і доволі велике параболічне дзеркало із системою наведення на ціль та стеження за світилом, ця конструкція все одно мала б чимало невиліковних вад.

• Вона могла б діяти тільки за сонячної погоди
• Відстань дії, з огляду на розходження променів, була б не надто великою
• Сама конструкція мала б чималі розміри, була б незручною у транспортуванні та вразливою для зброї супротивника

Згодом, вже багато сторіч тому людство мало й інші способи палити ворога – простіші й ефективніші – як от посудини з грецьким вогнем чи стріли з горючим клоччям.

Повернутися до наміру воювати з допомогою променів дозволив винахід оптичного квантового генератора – лазера.

Неймовірна концентрація

На фото: лазерне шоу у Польщі

Перші діючі лазерні установки з’явилися на початку 60-х. Не заглиблюючись у принцип дії лазеру, ми зауважимо лише деякі риси, котрі дозволяли розглядати його як потенційну зброю.

Що спільного він має з тепловими променями, якими пробували воювати ще в античності? В обох випадках йдеться про концентрацію енергії на якомога меншій площі.

Так от, лазер може концентрувати її набагато краще, ніж це можливо у випадку зі звичайним джерелом світла.

Звичайний промінь світла – чи то від сонця,чи то від штучного джерела – складається із світлових потоків різної частоти і спрямування. Вишикувати їх в тонкий пучок ще й на великій відстані – неможливо. Інша річ – лазер, де всі фотони мають однаковий напрямок поширення, поляризацію і фазу. За цих умов світловий промінь можна звести у точку розміром менше мікрона.

Здавалося б при такій щільності енергії – ось вона, вже готова зброя, здатна різати що завгодно й на якій завгодно відстані, прямо як у романі Олексія Толстого. Крім того, діє вона зі швидкістю світла – навіть у дуже швидку мішень можна цілитися без поправки на випередження, враховувати вплив вітру та земного тяжіння – теж не потрібно.

Однак все виявилося не так просто, і ось вже через шість десятиліть після свого винаходу лазер оволодів величезною кількістю професій, але поширеним знаряддям руйнування так і не став. Чому? Спробуємо розібратися.

Вузькі місця вузького променя

Лазер – це джерело світла. Сконцентрованого, впорядкованого, когерентного. Втім, він підпорядковується тим же законам фізики, що й звичайне світло, і вони накладають певні обмеження на його застосування. Ось які явища працюють проти бойового лазера.

• Розходження. Попри те, що лазерний промінь може бути дуже тонким, на великих відстанях він все ж помітно розходиться. Вже на відстані кілометра лазерна «голка» може перетворитися в пляму десь метрового діаметру. Найдосконаліші системи фокусування на відстані 1000 км (якби вирішили бити у космос чи з космосу) не дозволять отримати пляму менше 4-метрового діаметру.
• Розсіяння. Лазерне випромінювання, так само як звичайне, поглинається атмосферою, тож в земних умовах свою енергію воно почне втрачати, ймовірно, ще раніше, ніж дасться взнаки розходження.
• Відбиття. Як і будь яке світло, лазерний промінь відбивається від поверхні. Тож захист від нього може бути до тривіального простим. Дзеркальне покриття ракети (а саме їх розглядають як одну з головних мішеней для бойових лазерів) може відбити більше 90% енергії променя, що зробить її майже невразливою для лазерної зброї.

Є ще кілька суто технологічних проблем, котрі теоретично можуть бути вирішені, проте сьогодні все ще перешкоджають тріумфу лазерної зброї в земних арсеналах.

• Високе споживання енергії. Для того, щоб різати танки, збивати ракети та літаки, енергія лазерного променя має бути велетенською. Лише тоді її максимальна концентрація дасть очікуваний ефект. Фахівці кажуть, що для боротьби з ракетами супротивника потужність має бути не менше 100 кВт.
• Низький коефіцієнт корисної дії лазеру. Він перебуває на рівні 10%. Тобто, для того, щоб бити ракети 100 кіловатним лазером, той має живитися від джерела потужністю в один мегават.
• Громіздка конструкція. Це випливає із попередніх пунктів – доволі велика потужність, необхідна ефективній лазерній зброї вимагає великих розмірів установки, і ще більших – джерела живлення.

Актуальність цих проблем засвідчують і випробування перших зразків бойових лазерів, котрі наразі все ще перебувають у категорії експериментальної зброї.

Сучасна лазерна зброя: заявка на бластер

Вже більше десяти років тому американська корпорація Northrop Grumman заявила про початок серійного виробництва лазерного модуля FireStrike, призначеного для бойового застосування. Відтоді щось не надходило повідомлень, що цей бойовий лазер набув широкого поширення у штатівських військах. Чому? Відповідь можна у тактико технічних характеристиках модуля. Отже, він має потужність 15 кВт. Це разів у сім менше, ніж треба, щоб збивати ракети. Вогнева потужність FireStrike порівнюваною з тією, що має стрілецька зброя. Але разом з блоком живлення важить така лазерна «рушниця» 200 кг. Одна лише ця обставина змушує припустити, що застосування такого вундер-ваффе може бути лише дуже нішевим.

За деякими даними потужні бойові лазери, що розроблялися в СРСР у вісімдесяті роки минулого століття, не пішли у серію саме через тих, що їх не змогли устаткувати адекватними блоками живлення.

В той час американці анонсували свою Стратегічну оборонну ініціативу (СОІ), відому як програма «Зоряних війн». З фантастичним блок-бастером її споріднювали бойові дії у космосі, широке застосування лазерів і, власне, – фантастичність. Якихось помітних технологічних наслідків вона не дала, хоча подейкують, що зробила свій внесок у розвал СРСР, провокуючи черговий виток гонки озброєнь.

Зараз час від часу у різних країнах світу презентують черговий проект бойового лазеру з потужністю в межах 10-15 кВт. В усіх випадках наразі можна говорити хіба про певні експериментальні конструкції, котрі навряд чи з’являться у нинішньому вигляді на полі бою.

Втім, готова до вжитку лазерна зброя вже існує. Просто її розробники орієнтувалися на ті області, де для бойового застосування лазеру дуже велика потужність не вимагається

В межах можливого

Коли для того, щоб збити лазером ракету, потрібен агрегат розміром не менше танка, то засліпити противника чи завдати йому помітних опіків може апарат за вагою та розмірами подібний до рушниці. Британці застосовували такий пристрій під назвою Dazzler ще 1982-го, під час війни за Фолклендські острови. Аналогічну за призначенням лазерну гвинтівку PHASR розробило і Міноборони США. Щось подібне має на озброєнні і Китай.  Власне, ще стосовно дзеркал Архімеда робили припущення, що вони не палили кораблі римлян, а лише засліплювали їхній екіпаж, щоб зручніше палити їх можна було в інший спосіб.

Але якщо говорити про реально масштабне застосування лазерів у військовій справі, то це не використання їхніх безпосередніх руйнівних можливостей.

Системи лазерного наведення, що дозволяли точніше скидати бомби і запускати ракети з’явилися вже через кілька років після винаходу лазера і відразу продемонстрували свою ефективність. Лазерним прицілом сьогодні устатковують навіть іграшкові пістолети – настільки він доступний.

Також в інтернеті можна знайти чимало інструкцій, як зробити домашній бойовий лазер з напівпровідникового лазеру, вилученого з приводу CD чи DVD-диска. Ним можна підпалити жмутик вати чи пробити повітряну кульку. І не дай боже – навести його комусь на очі.

Втім, такий доступний вже навіть й у побуті лазер, лазер, що зробив справжню революцію у медицині, інформаційних технологіях, обробці матеріалів і знаходить все нові й нові області застосування, все ще не може розрізати навпіл танки, підривати розташовані за сотні кілометрів підприємства та ефективно знищувати людей. І, в принципі, проти такого стану речей ми не маємо нічого проти.

Читайте також:

Як дістатися до Марса за 45 днів? Потрібно лише “осідлати” лазер