ЛАЗЕРНОЕ ОРУЖИЕ ВМС ИНОСТРАННЫХ ГОСУДАРСТВ

Капитан 2 ранга А. Алешин
журнал «Зарубежное военное обозрение» № 6 / 1996 г.

Разработка за рубежом, главным образом в США, комплексов лазерного оружия для защиты надводных кораблей от противокорабельных ракет ведется более 30 лет. Концептуальные оценки технической осуществимости таких комплексов были даны специалистами еще в начале 1960-х годов, сразу после проведения практических экспериментов с использованием первых квантовых генераторов.

 

В США научные исследования и конструктивная проработка образцов лазерного оружия осуществлялись в рамках программы ASMD (Anti-Ship Missile Defense), а с 70-х годов усилия различных научно-исследовательских организаций и фирм сосредоточились на трех основных направлениях: системе обнаружения и распознавания целей, высокоэнергетическом генераторе лазерного излучения и системе точного наведения лазерного луча на цель. При этом приоритет (и соответственно финансовое обеспечение) в тот период отдавался исследованиям в области высокоэнергетических генераторов лазерного излучения.

С середины 1970-х годов в опытно-конструкторских работах стали широко применяться газодинамические лазеры с активной средой на СО2. Они рассматривались в качестве основы для комплексов лазерного оружия наземного (немецкая разработка на базе танка «Леопард-2») и авиационного (американская, на базе самолета Боинг 747) видов базирования. Позднее в США, Великобритании, ФРГ и Франции началась разработка комплексов лазерного оружия корабельного базирования на основе электроразрядных лазеров с активной средой на СО2. В 1972 году американская фирма «Хьюз Эйркрафт» приступила к созданию крупногабаритной оптической системы формирования излучения и его точного наведения на цель.

В 1973 году управление перспективных исследований министерства обороны США (АКРА) на конкурсной основе выбрало головного разработчика – американскую фирму TRW, имевшую к тому времени наибольший научно-технический потенциал в области химических лазеров, являющихся, по мнению американских специалистов, более перспективными для использования в качестве оружия. С этого момента Соединенные Штаты заняли лидирующее положение в области разработки высокоэнергетических лазеров с уровнем мощности выходного излучения 1 МВт и более.

Специалисты фирмы TRW создали экспериментальный демонстрационный образец фтористо-дейтериевого лазера непрерывного действия NACL (Navy ARPA Chemical Laser), мощность выходного излучения которого составляла около 100 кВт. Он был сопряжен с системой формирования излучения фирмы «Хьюз Эйркрафт» и установлен на полигоне фирмы TRW в Сан-Хуан-Капистрано (штат Калифорния). До середины 1976 года здесь осуществлялись эксперименты по отработке и совершенствованию элементной базы химических лазеров, а также проводилась оценка различных конструктивно-схемных решений по компоновке лазера и системы формирования излучения в единый комплекс.

Летом 1976 года министерство обороны США приняло решение о создании единого лазерного испытательного центра HELSTF (High Energy Laser System Test Facility) на территории ракетного полигона Уайт-Сэндз (штат Нью-Мексико), а в 1977-м открыло целевую программу «Sea Light», направленную на разработку высокоэнергетической лазерной установки, мощность выходного излучения которой в непрерывном режиме составляла до 2 МВт. Целью программы было проведение на территории центра в условиях, близких к реальным, экспериментов по перехвату (поражению) противокорабельных ракет различных типов, в том числе крылатых. В результате была создана полигонная установка фтористо-дейтериевого химического лазера MIRACL (Mid-InfraRed Advanced Chemical Laser), работающая в непрерывном режиме генерации излучения при максимальной выходной мощности 2,2 МВт на длине волны 3,8 мкм. Первые испытания установки были проведены в сентябре 1980 года.

Рис. 1. Система формирования излучения SLBD, сопрягаемая с лазерной установкой MIRACL: 1 – высокоэнергетическое излучение с выхода установки; 2 – юстировочное лазерное излучение; 3 – высокоэнергетический лазерный луч; 4 – низкоэнергетический лазерный луч; 5 – карданный подвес; 6 – главное зеркало системы формирования излучения; 7 – компоненты лазера подсветки цели; 8 – калибровочное излучение; 9 – излучение подсветки; 10 – поворотная платформа; 11 – генератор низкоэнергетического излучения; 12 – юстировочный лазер

Рис. 2. Схема размещения основных элементов установки MIRACL: 1 – электронная аппаратура управления системой формирования излучения; 2 – высокоэнергетический луч; 3 – выходное лазерное излучение; 4 – система формирования излучения SLBD; 5 – оптический канал высоко-энергетического луча; 6 – ограничитель выходной апертуры; 7 – аппаратура обеспечения работы генератора лазерного излучения; 8 – элементы оптического тракта; 9 – модули генератора лазерного излучения; 10 – сопловые блоки; 11 – отвод отработанных реагентов к подсистеме восстановления давления

В 1983 году, с началом работ по программе «Стратегическая оборонная инициатива» (СОИ), установка MIRACL была передана управлению СОИ для отработки вопросов создания лазерного оружия стратегического назначения в интересах национальной системы противоракетной обороны. Однако значительная часть экспериментов с применением установки по-прежнему проводилась в рамках проектов видов вооруженных сил США, в том числе ВМС, по использованию высокоэнергетических лазеров в тактических целях, например для защиты надводных кораблей от массированных ударов управляемыми ракетами различных классов. В 1984 году в испытательном центре Уайт-Сэндз начался трехлетний этап экспериментов по сопряжению лазера MIRACL со специально созданной к этому сроку системой формирования излучения SLBD (Sea Light Beam Director, рис. 1).

К концу 1980-х годов был сделан существенный шаг в развитии противокорабельных управляемых ракет с различными головками самонаведения, что предопределило необходимость создания эффективной противоракетной обороны надводных кораблей. По мнению американских разработчиков, для авиационно-ракетных ударов по надводным кораблям будет характерно массированное применение различных видов управляемого оружия в сочетании с активными средствами радиоэлектронного противодействия. Существующие системы ПРО и ПВО надводных кораблей, созданные в основном на базе комплексов артиллерийского и зенитного ракетного оружия, не в полной мере соответствуют изменившемуся характеру воздушной угрозы. В частности, дальность действия ЗРК, состоящих на вооружении американских кораблей, не превышает 120 км (в перспективе ее планируется увеличить до 170 км), скорость полета ЗУР имеет значение М = 3 (в будущем – М = 4). Полетное время ЗУР до дальней границы зоны поражения при этом достигает 2 мин. Для комплексов лазерного оружия время распространения поражающего излучения на максимальную для зенитных ракетных комплексов дальность составляет всего около 0,6 мс, а с учетом необходимости удержания лазерного луча на цели до ее поражения – 1 – 2 с.

К достоинствам лазерного оружия можно отнести также практически неограниченный «боезапас» (то есть количество выстрелов). Однако ограничивающим фактором боевой эффективности лазерного оружия морского (наземного) базирования является земная атмосфера, которая вносит существенные искажения при распространении в ней поражающего излучения, что требует применения специальных устройств для его коррекции.

С конца 1980-х годов началось широкомасштабное математическое моделирование боевых действий на океанских ТВД с помощью лазеров различного типа. В этих целях используются специально созданные экспериментально-исследовательские комплексы, а также лабораторные стенды с оптическими компонентами для высокоэнергетических лазеров. Кроме того, широко применяются результаты моделирования, полученные в рамках программы СОИ, в частности методы обнаружения и сопровождения целей, наведения лазерного луча и управления им, а также алгоритмы, обеспечивающие переход от грубого сопровождения по факелу работающего двигателя ракеты к точному сопровождению ее корпуса, выбор наиболее уязвимой точки прицеливания и удержания на ней высокоэнергетического лазерного луча в течение требуемого для поражения времени, быстрое перенацеливание при борьбе с групповыми целями различных типов и оценка степени поражения каждой из них.

В 1989 году в лазерном испытательном центре Уайт-Сэндз проводились эксперименты с использованием полностью укомплектованной установки MIRACL (рис. 2) по перехвату радиоуправляемых мишеней типа BQM-34, имитирующих полет противокорабельных ракет на дозвуковых скоростях. В дальнейшем осуществлялись перехваты сверхзвуковых ракет «Вандал», имитирующих ПКР, на малых высотах со скоростями до М = 2. В ходе испытаний, проводимых в 1991 году, уточнялись критерии поражения ракет различных классов и самолетов, а в 1992 – 1993 годах эти критерии проходили практическое подтверждение в процессе перехватов беспилотных летательных аппаратов, имитировавших применение противокорабельных ракет. В конце 1993 года началась широкомасштабная разработка конструкции боевой корабельной лазерной установки для проведения в морских условиях экспериментов по поражению реальных целей. Для этого американские специалисты сформулировали следующие требования: мощность выходного излучения несколько мегаватт в непрерывном режиме генерации; работа лазера не должна влиять на эффективность действия других корабельных систем и агрегатов; необходимо создать модульную конструкцию, чтобы оснащать лазерным оружием корабли различных классов, в частности крейсера типа «Тикондерога»; рабочий диапазон температур окружающего воздуха от -40 до +55° С при влажности 0 – 95 проц. Основными элементами разрабатываемой установки являются собственно генератор излучения с оптическим резонатором, система формирования и наведения лазерного луча на цель, а также подсистемы хранения и подачи компонентов лазерного топлива и отвода отработанных реагентов.

Американские разработчики оценили возможность размещения высокоэнергетического химического лазера на корабле в строго определенном объеме, который, по их замыслу, не должен превышать соответствующих параметров 127-мм одноорудийной башенной артиллерийской установки (АУ) Mk45 (рис. 3) или ракетной установки вертикального пуска Mk41. Согласно расчетам, при запасе лазерного топлива на 100 с непрерывной работы (30 – 90 «выстрелов» в зависимости от дальности до цели) установка будет иметь массу на 15 проц. меньшую, чем АУ Мк45. Для уменьшения размеров сопловой блок генератора лазерного излучения имеет V-образную форму. Оптический резонатор конструктивно размещен на силовых элементах корпуса корабля, что обеспечивает требуемую жесткость крепления, необходимую для любых оптических систем.

Существенное сокращение массогабаритных характеристик лазерной установки (по сравнению с лазером MIRACL) достигнуто также за счет выведения из ее состава ряда вспомогательных узлов и элементов (диагностическая аппаратура и т. д.), обеспечивающих проведение экспериментальных и исследовательских работ, и изменения конструкции подсистемы отвода отработанных компонентов. В этой подсистеме на прототипе боевого образца, предназначенном для проведения испытаний в море, предполагается использовать сборку из нескольких турбореактивных двигателей (ТРД), позволяющих восстанавливать давление потока отработанных реагентов с их последующим выбросом в атмосферу (на выходе диффузора дозвукового потока давление имеет величину 200 торр). При повышенных степенях боевой готовности ТРД будут находиться в режиме постоянной раскрутки с помощью электродвигателей, что обеспечит выход на режим боевой работы в течение не более 2 с.

В качестве одного из конструктивных решений было предложено отработанные реагенты выбрасывать в атмосферу в вертикальном направлении, при этом выходное устройство сверхзвукового диффузора подсистемы располагалось непосредственно над оптическим резонатором (область генерации лазерного излучения). Считается, что именно вертикальный выброс не должен создавать реактивных моментов, влияющих на ходовые характеристики корабля (данные о зависимости высоты нижней границы облака отработанных реагентов от скорости корабля приведены ниже). Кроме того, при такой конструкции подсистемы облако отработанных реагентов будет распространяться, как правило, выше элементов надстройки корабля.

 

Скорость движения корабля, уз

Высота нижней границы
облака отработанных реагентов, м

10

20

20

12

30

9

40

7

50

6

 

По химическому составу отработанные реагенты лазерного топлива, по мнению разработчиков, менее агрессивны, чем выхлоп отработанных газов двигательных установок ракетного оружия, окутывающий при старте ракеты ее пусковую установку, палубу и элементы надстройки корабля (см. таблицу).

 

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫХЛОПА ГАЗОВ ЛАЗЕРНОГО И РАКЕТНОГО ОРУЖИЯ

Опасные компоненты выхлопа

Количество опасных компонентов в выхлопе за единицу времени, кг/с

Лазерное оружие

Стартовый двигатель Мк70 ракет большой дальности (ЗРК «Терьер»)

Двигатель Mk56 ракет средней дальности (ЗРК «Тартар»)

Двигатель Mkl07 ракет средней дальности (ЗРК «Иджис»)

СО

3,7

21,1

9,2

6

СO2

36,2

1

0,4

0,4

DF

12,2

HCL

22,2

8,1

5,2

Инертные газы

187,9

59,8

23,2

17,5

 

Рис. 4. Боевой вариант системы формирования излучения, входящей в состав корабельного лазерного оружия: 1 – опорная платформа; 2 – телескоп; 3 – входное оптическое окно подсистемы сопровождения целей; 4 – карданный подвес; 5 – уровень палубы

 

Рис. 5. Общая схема компоновки элементов корабельного лазерного оружия: 1 – система формирования и наведения лазерного луча на цель; 2 – подсистема отвода в атмосферу отработанных реагентов лазерного топлива; 3 – подсистема хранения компонентов лазерного топлива; 4 – генератор лазерного излучения

По оценкам американских специалистов, подсистема управления лазерным лучом в установке MIRACL уже в настоящее время обеспечивает требуемые характеристики по компенсации дрожания луча вследствие вибрации корпуса корабля при работе его силовой установки и других обеспечивающих систем, узлов и агрегатов. Серийным вариантом системы формирования излучения (рис. 4) будет SLBD, модифицированная с учетом требований по влагонепроницаемости, компактности и массе.

Подсистему хранения компонентов лазерного топлива предполагается сделать комбинированной: в ее составе будут баллоны как высокого, так и низкого давления. Для хранения компонентов под высоким давлением должны использоваться баллоны цилиндрической формы из композиционных материалов, армированных стекловолокном. Их размеры выбираются с учетом размещения в стандартных контейнерах на установках вертикального пуска ракет. Такое техническое решение позволит использовать оборудование, предназначенное для погрузки на борт корабля ракет, для замены отработанных баллонов с компонентами лазерного топлива. В соответствии с требованиями министерства обороны, конструкция подсистемы должна обеспечивать высокую безопасность и живучесть в боевой обстановке. В частности, для защиты от воздействия снарядов крышки контейнеров бронируются, а сами контейнеры с баллонами высокого давления оборудуются газоотводными трактами для безопасного сброса давления в случае необходимости.

По оценке американских экспертов, двукратное увеличение «боезапаса» лазерного оружия (при времени поражения одной цели 2 с) требует повышения массы всей системы на 16 проц., а занимаемого ею объема всего на 6 проц. Согласно расчетам, потребляемая электрическая мощность для нормальной работы всех узлов и агрегатов комплекса корабельного лазерного оружия (рис. 5) в дежурном режиме составляет 130 кВт, а в режиме боевого применения – 390 кВт, что вполне может быть обеспечено бортовыми генераторами электрического тока.

Интеграция комплекса в единую корабельную систему боевого управления будет осуществлена с помощью специальных интерфейсов и программ. Информация об обнаружении цели, наведении на нее высокоэнергетического лазерного луча и контроле поражения должна выводиться на единый корабельный пульт управления, с которого оператор при необходимости может корректировать работу комплекса. Частично эти вопросы были отработаны при проведении экспериментов в центре Уайт-Сэндз, с осуществлением передачи данных целеуказания полигонных РЛС на оптико-электронные средства подсистемы обнаружения, распознавания и сопровождения целей установки MIRACL.

Для решения всех вопросов по созданию корабельной системы лазерного оружия разработан план реализации программы до 2000 года. На первом этапе намечается создать экспериментальную корабельную установку с выходными энергетическими характеристиками, эквивалентными MIRACL, провести ее наземные испытания, а затем разместить на исследовательском корабле. Второй этап предусматривает проведение натурных экспериментов с целью изучения распространения высокоэнергетического лазерного излучения вблизи морской поверхности, а третий – испытания по перехвату дозвуковых и сверхзвуковых мишеней в условиях, близких к реальным боевым. После этого будет принято решение о начале полномасштабной разработки боевого корабельного комплекса лазерного оружия.

Кроме химических лазеров, за рубежом рассматриваются возможности использования в качестве корабельного оружия генераторов излучения других типов. Так, с середины 80-х годов в рамках проекта «Bright Eye» в ВМС США разрабатывается система оружия на основе электроразрядного лазера с активной средой на СО2, работающего на двух длинах волн – 10,6 и 5,3 мкм (основная и в режиме удвоения частоты излучения) при мощности выходного излучения несколько сот киловатт. Такая система, являясь дополнением к существующим артиллерийским и зенитно-ракетным комплексам, может решать задачу защиты надводных кораблей от управляемых ракет, оснащенных инфракрасными головками самонаведения, на дальностях до 15 км.

Определенные технологические наработки в области создания электроразрядных лазеров с активной средой на СО2 имеют французские специалисты. В частности, по проекту LATEX (Laser Associe a une Tourelle Experimentale), на осуществление которого было израсходовано более 300 млн. франков (общий объем ассигнований на разработку лазерного оружия в 1972 – 1990 годах превысил 700 млн.), была создана установка мощностью выходного излучения в непрерывном режиме 40 кВт на длине волны 10,6 мкм. В настоящее время состояние технологической базы позволяет приступить к созданию лазерной установки мощностью 200 – 300 кВт.

В качестве альтернативного варианта рассматриваются лазеры на свободных электронах, что объясняется прежде всего их значительными потенциальными преимуществами: возможностью перестройки по длине волны, высокой средней мощностью выходного излучения, относительно большими значениями КПД и т. д. Кроме того, достижения последних пяти лет в области ускорительной техники могут привести к широкомасштабным НИОКР по созданию лазеров на свободных электронах, работающих в ближней области инфракрасного диапазона (около 1 мкм) и имеющих массогабаритные характеристики, оптимальные для мобильного базирования (в том числе корабельного).

В США головными разработчиками таких систем оружия являются фирма «Боинг» и Лос-Аламосская национальная лаборатория. Окончательный выбор высокоэнергетического генератора лазерного излучения может быть сделан по результатам практических экспериментов, проведение которых запланировано на 1997 – 2000 годы.

 


 

Далее работы над лазерным оружием различного типа для ВМС США были продолжены. В июне 2006 года компанией «Raytheon» была продемонстрирована установка с новым волоконным лазером низкой мощности (20 кВт), которая на демонстрационных испытаниях в Национальной лаборатории Сандия уничтожила на расстоянии 500 м реальный боеприпас – минометную мину (фото 1). Установка монтировалась на стабилизированной платформе от зенитного артиллерийского комплекса Mk15 «Вулкан/Фаланкс» ближнего действия. В то же лето в Военно-морском центре NSWC в г. Крэйн (шт. Индиана) проводились полевые испытания волоконного лазера против различных головок самонаведения ракет, подтвердившие перспективность данного оружия.

В июне 2010 года на полигоне о. Сан-Николас (шт. Калифорния) были проведены очередные демонстрационные испытания лазерного оружия для ВМС США под руководством Командования Военно-морских систем (NAVSEA), в ходе которых установка DE&EWS (Directed Energy and Electric Weapon Systems) сбила четыре беспилотные воздушные мишени. Опытная лазерная установка DE&EWS или LaWS (Laser Weapon System, фото 2) мощностью около 50 кВт базируется на твердотельном лазере, запитываемым электричеством. В отличие от химических лазеров, работы над которыми велись ранее, электрическая установка более компактна, так как ей не требуется габаритного оборудования и большого количества расходуемого топлива.

В 2009 г. на полигоне Уайт-Сэндз была испытана лазерная установка Laser Centurion Demonstrator, смонтированная на базе все того же комплекса Mk15 «Вулкан/Фаланкс» и оснащенная лучевой системой сопровождения цели KINETO, которая контролировалась собственной системой наведения комплекса Mk15. Установка доказала способность проникновения лазерного луча через бронированное покрытие, работая даже не на полную мощность (фото 3).

Сообщалось, что в 2011 г. в районе западного побережья США у Калифорнии проводились боевые испытания твердотельной лазерной установки корабельного базирования фирмы «Raytheon». В ходе стрельб были поражены 4 управляемые воздушные мишени на дальности 2 мили, летящие со скоростью до 300 миль в час. По заявлению представителей ВМС, подобное оружие будет устанавливаться на перспективные американские корабли в качестве средства ближней обороны.

Разработки высокомощного лазерного оружия ведет компания «Northrop Grumman», заключившая контракт с Бюро Военно-морских исследований на создание демонстрационного образца по программе MLD (Maritime Laser Demonstration), предназначенного для уничтожения в ближней зоне быстроходных судов малого водоизмещения (фото 4). В марте того же года в лабораторных условиях была продемонстрирована в действии установка с твердотельным лазером мощностью около 100 кВт.

В апреле 2011 г. ВМС США официально объявили об успешном испытании корабельного высокоэнергетического твердотельного лазера HEL (программа MDL), который поразил малоразмерное судно (моторную лодку). Испытания проводились в Тихом океане недалеко от острова Сан-Николас. Лазерная установка была установлена на палубе опытового корабля – бывшего эсминца «Пол Фостер». Как заявил один из представителей программы, впервые высокоэнергетический лазер такой мощности был установлен на боевом корабле, получал от него энергопитание и был использован для поражения удаленной цели в морских условиях. Хотя на испытаниях был использован относительно слабый лазер (15 кВт), созданный по технологии предыдущей лазерной программы – Joint High Power Solid State Laser (JHPSSL), в перспективе «цепочка» составленная из таких приборов может обеспечить луч мощностью более 100 кВт.

В марте 2010 г. компания «Boeing» сообщила о завершении предварительного проектирования другого типа лазера — на свободных электронах FEL (Free Electron Laser), который может быть использован на перспективных кораблях ВМС США. В лазере FEL будет генерироваться лазерное излучение, способное вывести из строя или полностью уничтожить цель.

В июле 2011 г. было объявлено, что компания «Boeing» подписала соглашение о совместной работе с «BAE Systems» по созданию и производству морской тактической лазерной системы Mk38 Mod.2 – TLS (Tactical Laser System). Новая лазерная установка мощностью 10 кВт будет создаваться на базе существующей автоматизированной орудийной установки Mk38 с внедрением высокоэнергетического лазера, предназначенного для борьбы с малоразмерными судами и беспилотными аппаратами. Если испытания пройдут успешно, то данное устройство будет способно делать до 180 выстрелов (импульсов) в минуту и дальность до 2 км. Кроме того, в результате комбинирования артиллерийского и лазерного орудия будет возможно использование обеих функций ведения огня параллельно. Ожидается, что в ближайшем будущем боевые корабли ВМС США будут оснащены этим новым оружием.

 

Кроме США, разработки лазерного оружия сейчас ведутся в Израиле, Китае, Японии, Южной Корее. В России такие работы также велись и ведутся, однако темпы этих работ с развалом Советского Союза и сокращением ассигнований существенно снизились, приводя к ещё большему отставанию России в области вооружения от передовых стран и снижению уровня её безопасности (см. Гиперболоид адмирала Горшкова).


Поделиться в социальных сетях:
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Facebook
Опубликовать в Яндекс
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Мой Мир


При использовании опубликованных здесь материалов с пометкой «предоставлено автором/редакцией» и «специально для "Отваги"», гиперссылка на сайт www.otvaga2004.ru обязательна!


Первый сайт «Отвага» был создан в 2002 году по адресу otvaga.narod.ru, затем через два года он был перенесен на otvaga2004.narod.ru и проработал в этом виде в течение 8 лет. Сейчас, спустя 10 лет с момента основания, сайт переехал с бесплатного хостинга на новый адрес otvaga2004.ru