Високоенергетична лазерна зброя: як вона працює та для чого використовується

Країни в усьому світі швидко розробляють високоенергетичну лазерну зброю для військових завдань на суші та на морі, у повітрі та космосі. Бачення зграй маленьких недорогих безпілотних літальних апаратів, що заповнюють небо або пливуть по хвилях, спонукають військових розробляти та розгортати лазерну зброю як альтернативу дорогим і потенційно перевантаженим системам протиракетного захисту.

Лазерна зброя була основним предметом наукової фантастики задовго до того, як лазери були навіть винайдені. Зовсім недавно вони також займали важливе місце в деяких теоріях змови. Обидва види художньої літератури підкреслюють необхідність зрозуміти, як насправді працює лазерна зброя та для чого вона використовується.

Як працюють лазери

Лазер використовує електрику для генерації фотонів або частинок світла. Фотони проходять через середовище посилення, матеріал, який створює каскад додаткових фотонів, що швидко збільшує кількість фотонів. Усі ці фотони потім фокусуються у вузький промінь за допомогою направляючого променя.

За десятиліття, що минули з моменту появи першого лазера в 1960 році, інженери розробили різноманітні лазери, які генерують фотони на різних довжинах хвиль в електромагнітному спектрі, від інфрачервоного до ультрафіолетового. Високоенергетичні лазерні системи, які знаходять військове застосування, засновані на твердотільних лазерах, які використовують спеціальні кристали для перетворення вхідної електричної енергії в фотони. Ключовим аспектом потужних твердотільних лазерів є те, що фотони створюються в інфрачервоній частині електромагнітного спектра, тому їх не може побачити людське око.

Коли лазерний промінь взаємодіє з поверхнею, він створює різні ефекти залежно від довжини хвилі фотона, потужності променя та матеріалу поверхні. Лазери малої потужності, які генерують фотони у видимій частині спектра, корисні як джерела світла для указок і світлових шоу на масових заходах. Ці промені мають таку малу потужність, що вони просто відбиваються від поверхні, не пошкоджуючи її.

Лазерні системи більшої потужності використовуються для розрізання біологічних тканин під час медичних процедур. Найпотужніші лазери можуть нагрівати, випаровувати, плавити та пропікати багато різних матеріалів і використовуються в промислових процесах для зварювання та різання.

На додаток до рівня потужності лазера, здатність доставляти ці різноманітні ефекти визначається відстанню між лазером і його метою.

Лазерна зброя

Частково ґрунтуючись на прогресі, досягнутому в промислових лазерах високої потужності, військові знаходять все більше застосувань для лазерів високої енергії. Однією з ключових переваг високоенергетичної лазерної зброї є те, що вона забезпечує «нескінченний магазин». На відміну від традиційної зброї, такої як рушниці та гармати, які мають обмежену кількість боєприпасів, високоенергетичний лазер може продовжувати стріляти, поки він має електроенергію.

Армія США розгортає високоенергетичний лазер на базі вантажівки для збивання низки цілей, включаючи безпілотники, гелікоптери, мінометні снаряди та ракети. Лазер потужністю 50 кіловат встановлений на бойовій машині піхоти Stryker, і армія розгорнула чотири системи для бойових випробувань на Близькому Сході в лютому 2024 року.

Військово-морські сили США розгорнули корабельний високоенергетичний лазер для захисту від невеликих і швидко рухомих океанських надводних суден, а також від ракет і безпілотників. Військово-морські сили встановили лазерну зброю потужністю 60 кіловат на есмінець USS Preble у серпні 2022 року.

ВПС розробляють високоенергетичні лазери для літаків для оборонних і наступальних місій. У 2010 році ВВС випробували мегаватний лазер, встановлений на модифікованому Boeing 747, який вразив балістичну ракету під час її запуску. Зараз ВПС працюють над меншою системою озброєння для винищувачів.

Схоже, що Росія розробляє наземний лазер високої енергії, щоб «осліпити» супутники своїх супротивників.

Обмеження лазерної зброї

Однією з ключових проблем для військових, які використовують високоенергетичні лазери, є високий рівень потужності, необхідний для створення корисних ефектів здалеку. На відміну від промислового лазера, який може бути всього за кілька дюймів від своєї цілі, військові дії включають значно більші відстані. Щоб захиститися від наступної загрози, як-от мінометного снаряда чи невеликого човна, лазерна зброя має вразити свої цілі, перш ніж вони зможуть завдати будь-якої шкоди.

Однак для пропалювання матеріалів на безпечних відстанях потрібні десятки-сотні кіловат потужності лазерного променя. Найменший прототип лазерної зброї споживає 10 кіловат потужності, що приблизно еквівалентно потужності електромобіля. Остання надпотужна лазерна зброя, що розробляється, споживає 300 кіловат енергії, що достатньо для живлення 30 домогосподарств. І оскільки високоенергетичні лазери в кращому випадку мають ефективність лише на 50%, вони генерують величезну кількість відпрацьованого тепла, яким потрібно керувати.

Це означає, що високоенергетичні лазери вимагають великої інфраструктури виробництва електроенергії та охолодження, що обмежує типи ефектів, які можуть бути створені різними військовими платформами. Армійські вантажівки та винищувачі ВПС мають найменше місця для високоенергетичної лазерної зброї, тому ці системи обмежені цілями, які вимагають відносно низької потужності, такими як збиття дронів або виведення з ладу ракет. Кораблі та більші літаки можуть вмістити більші високоенергетичні лазери, здатні пропалити діри в човнах і наземних транспортних засобах. Постійні наземні системи мають найменші обмеження і, отже, найвищу потужність, що робить потенційно можливим засліпити віддалений супутник.

Ще одне важливе обмеження для високоенергетичної лазерної зброї на основі платформи стосується концепції нескінченного магазину. Оскільки вантажівка, корабель або літак повинні перевозити джерело живлення для лазера, а це обмежить потужність джерела живлення, лазери можна використовувати лише протягом обмеженого проміжку часу, перш ніж їм потрібно буде зарядити батареї.

Військові США проводять польові випробування кількох високоенергетичних систем лазерної зброї.

Існують також фундаментальні обмеження для високоенергетичної лазерної зброї, включаючи знижену ефективність під час дощу, туману та диму, які розсіюють лазерні промені. Лазерні промені також повинні залишатися зафіксованими на своїх цілях протягом кількох секунд, щоб завдати шкоди. Нинішній прототип лазерної зброї також є проблемою для підтримки в зонах бойових дій.

Жодного вогню з небес

Останніми роками з’явилася нова теорія змови, згідно з якою зловмисники використовували бортові високоенергетичні лазери для розпалювання лісових пожеж у Каліфорнії, на Гаваях і в Техасі. Це малоймовірно з кількох причин.

По-перше, рівень потужності, необхідний для запалювання рослинності високоенергетичним лазером з неба, вимагав би великого джерела енергії, встановленого на великому літаку. Літак такого розміру було б добре видно безпосередньо перед тим, як спалахнула пожежа. По-друге, на деяких зображеннях, які нібито показують спалах пожежі, лазерні промені зелені. Промені високоенергетичних лазерів невидимі.

Що буде далі

У майбутньому високоенергетична лазерна зброя, ймовірно, продовжить розвиватися зі збільшеними рівнями потужності, що розширить спектр цілей, проти яких її можна буде використовувати. Нові загрози, створені недорогими озброєними безпілотниками, подібними до тих, що використовуються під час конфліктів на Близькому Сході та в Україні, підвищують ймовірність того, що високоенергетичні лазери також знайдуть невійськове застосування, наприклад, для захисту населення від терористичних атак. Джерело