Разработка мощных боевых лазеров в США, СССР и России и их перспективы для Воздушно-Космической Обороны (ВКО) страны

Лазеры имеют фантастическое будущее во всех областях науки и техники. Особенно после прорыва русских ученых в последние годы в дисковой геометрии появились перспективы создания мощного, мегаватного (10-40 Мвт) лазерного оружия (ЛО), как основы воздушно-космической обороны (ВКО) страны. Лазер в 25-40 Мвт больше не проблема, залезет даже в пресловутый "Боинг". Важные и основные вехи в истории разработки лазеров и ЛО, открытия и изобретения, проблемы и перспективы на ближайшее будущее - подробно рассмотрены в трех книгах академика РАЕН, д.ф-м.н. В.В.Аполлонова на англ. языке [Apollonov, 2016], а также в серии статей Ботова, Аполлонова и Шаркова, опубликованных в 2014-2016 гг на МаксПарк.ком и в большой газете "Новый Меридиан", а также в их Е-перписки в 2010-2017гг (смотри список Литературы). Аполлонов и Шарков были моими однокурсниками по НИЯУ МИФИ, и они ярко отобразили два разных подхода и оценки истории ЛО в США и России:
ЛО - это была "Туфта" академиков и военных в СССР и США [Шарков -7. 2015; Botov-2, 2017]; за 30 лет (1960-1990) было истрачено более 200 млрд долл народных денег; 200 лауреатов Государственных и Ленинских премий; более 200 академиков; тысячи орденов, медалий и ученых степеней, - но ЛО нет и не было никогда!
ЛО - Боевые лазеры - это очевидный для сегодняшней армии ассиметричный ответ на превосходство Запада по развитию высокоточного оружия. ЛО сейчас - это одно из самых перспективных и наиболее быстро развивающее оружие в мире! Уже очевидно, что в мире разворачивается "гонка лазерных вооружений", - технологическая гонка[Apollonov, 2016; Аполлонов, 2016, 2015: Ботов, Е- переписка, 2010-2017].
После МИФИ Аполлонов был в течении 30 лет учеником и коллегой Нобелевского лауреата по физики, академика А.М.Прохорова (ФИАН и ИОФАН - Физический институт АН СССР и Институт общей физики АН СССР/ РАН), многие годы он возглавляет отдел "Мощные лазеры", а д.т.н. Шарков был учеником и коллегой академиков В.П.Велихова и Дыхне в Троицком филиале Института атомной энергии им.Курчатова (ТРИНИТИ). Вот пример из их последней переписки [Botov- 2, 1917], дискуссии:--
В. Шарков: Виктору Аполлонову - " О лазерной туфте 70-80-х годов и Реальных перспективах Лазерного оружия (ЛО)".
Витя, прими искреннее уважение к твоей работе по ЛО. Некоторые известные мне твои результаты, например, по зеркалам, способным работать при мегаваттных световых нагрузках, соответствуют мировым уровням технологий или выше оных. Однако, ты не станешь отрицать грандиозного провала работ в СССР по созданию "дальнобойных всесжигающих смертельных лучей" для Проектов "Рейгановских войн"??!! Потрачены десятки миллиардов у.е. на тупую "тепловую дубину" с абсолютным нулем в итоге, кто ответит за туфту? Мы не маршалы ЛО, не отвечаем за стратегию, но думать обязаны. Как так получилось? Хочу тебе задать нехороший вопрос, извини, мне важно знать твое мнение. Именно твой институт - головной по физике и ОПТИКЕ(!!!) лазеров ОБЯЗАН БЫЛ ОБЪЯСНИТЬ ЦКБ и отраслевикам -плазменщикам про возможное и невозможное в мощных лазерах. Эти спецы выбивали себе финансирование побольше и про лазерные параметры типа "когерентность" не парились. А вы с самого начала понимали, что непрерывные газоразрядные СО2 - лазеры абсолютно не перспективны для ЛО по качеству излучения. Но именно этот тип МЛУ с вашего благословения ставили на самолеты, корабли и спутник. Я лично еще в 1975 году слышал от А.М. Прохорова страшную правду о оптических запретах на МЛУ типа БПГЛ, но мое "плазменное" образование позволило понять эту правду лишь через 15 лет. А вы в ФИАН и ИОФАН знали и продолжали по каким-то политическим и карьерным соображениям участвовать в афере? Почему? Полностью согласен с твоим прогнозом развития ЛО на базе "умных лазеров" с тонким управлением их физических параметров. Долой "тепловые дубины", вперед "лазерные пианино" !!!
С уважением В.Шарков , впервые измеривший число Штреля активных сред газовых лазеров, по сути, запрещающий применение их в ЛО.
В.Шарков применил в этом письме следующие сокращения: МЛУ - Мощная (мегаваттная) Лазерная Установка; БПГЛ - Быстропроточные (преимущественно с плазменной накачкой) Газовые Лазерные установки - самые тупиковые для ЛО.
В.Аполлонов так отвечает Шаркову (через меня): Привет, Николай!Здесь присутствует элемент барства со стороны Виктора. Общение через дупло не эффективно!Но ладно, отвечу через дупло, а так, мой мэйл известен и хорошо работает: vapollo@rambler.ru
1.Спасибо за оценку работ по силовой оптике и силовой адаптивной оптике. Это действительно был прорыв!
2. Теперь о нашей позиции ИОФ РАН, как основной научной силы в области мощных лазеров.
Письмо о ложности пути было написано (в МО Гречко) вместе с А.М. Прохоровым аж в 1973г. Оно было проигнорировано ЕПВ и БВБ. Именно после этого отношения с ними были подпорчены. Господин Письменный взял на себя всю ответственность за успех их пути. И, как всегда, провалился! Он сейчас в Америке доживает свой век. (прим.Ботова: МО - министерство обороны СССР; ЕПВ - акад. Е.П.Велихов: БВБ - Б.В.Бункин, много сделал для оборонки, - смотрите энциклопедию, если что; Письменный - директор ТРИНИТИ).
Именно мы ИОФ РАН были инициаторами в стране, да и в мире тоже, работ по умному (функциональному) воздействию. Сегодня именно оно является определяющим фактором применительно к ЛО и, в основном, базируется на импульсном и И-П режимах. И все потому, что непрерывный режим генерации не имеет перспектив для ЛО.
Препятствие - разрастающийся плазменный экран у мишени. В цехе его можно сдувать с обрабатываемой детали, а в поле это сделать трудно. Именно исходя из этого мы начали работы по цуговым режимам для импульсных систем и по высокочастотному И-П режиму для изначально сделанных непрерывных систем. Короткие импульсы с интервалом между ними достаточным для рекомбинации, возникающей на мишени плазмы, ведут к значительно более высокой эффективности воздействия. Также надо учитывать и времена релаксации в активной среде. Высокочастотный для СО2 - это более 10 кГц, в то же время для НF/DF оптимальный режим начинается с уровня в 100 кГц.
Именно поэтому волоконник - это возврат в неэффективное прошлое. У волокна мала апертура для нужной энергетики в импульсе.
Реализация И-П режима для МВт-ого уровня мощности представляется очень трудной задачей, если иметь ввиду масса - габаритные характеристики системы. Трамвай из генератора и серии усилителей не проходит именно по этой причине. Сегодня твердотельные системы (слэбы и диски) достигли уровня в 5 кг на кВт! И это с учетом питания! Именно такими системами мощностью в 100-150 кВт США собираются оснастить всю авиацию к 2020г.
Но здесь есть две засады.
Первая связана с высокочастотным И-П режимом на высоком уровне
выходной мощности. Это в США не сделано. Вторая засада связана с увеличением выходной мощности до многомегаваттного уровня. В существующих физико-технических подходах к твердотельным системам в США это просто не возможно. Здесь надо побеждать проблему усиленного спонтанного шума (УСИ) в больших размерах активного материала. Путь составления большой системы из маленьких элементов ущербен.
Единственный на сегодня путь - это дисковый лазер большого диаметра, в котором побеждена проблема УСИ. Это в США также не сделано. Мы эти проблемы решили и видим путь создания высокочастотного И-П лазера с выходной средней мощностью в 25-30 МВт. В этом случае все задачи воздушно-космической обороны решаются легко и эффективно!
Вот такой крюк сделала СОИ, начиная с 1983г до наших дней. Именно об
этом уровне мощности говорили Теллер и Рейган в те годы. Но про высокочастотный И-П режим они не понимали тогда.
Так что, дорогой друг, мы об этом думали, знали, предупреждали и делали то, что надо для достижения конечной цели. А деньги, которых в США много, решают многое, но не все! Нужна высокая культура, и она была создана в стране двумя Нобелями (прим.: Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым) и Д.Ф. Устиновым! А г-н. Письменный и всезнающий ЕПВ - это ложная ветвь развития лазерной культуры в стране. Не более! С дружеским приветом В. Аполлонов.
[Ботов, 2010-2017], е-письмо, ноябрь 2016, Виктору Аполлонову:-
Виктор, привет! Ты сопроводил файл книги такими словами в письме: "Оптика является основой мощных и сверхмощных лазеров. В этой науке мы всегда были первыми. Сегодня это важно для многих областей науки, где важен эффективный теплообмен при комнатных температур, так как оптика - вещь очень деликатная! Приоритет здесь наш, безусловно!" Твоя книга дает великолепно всю ретроспективу (историю) твоей лично работы в науке, ретроспективу как создавались новые лазерные технологии в ФИАН и твоем Институте, - и перспективу на будущее.
Так как я не работал в области лазерной науки и техники, то разумеется могу только знакомиться с идеями и научной методологией. Да из твоей книги почитать имена разработчиков. Из приводимых списков литературы нашел, что ты начинал свою карьеру в науке с работы с А.И. Барчуковым, который защитил докторскую в 1974, а ты кандидатскую в 1975. Свои статьи и отчеты Института ты публиковал совместно с Барчуковым, Конюховым, Прохоровым. А докторскую ты защитил в 1982 году. Виктор, так как я знал урмат (уравнения матем физики) почти на отлично, и в 70-х годах три еще раза тщательно занимался "прямыми" и "обратными" задачами, особенно для тепломасс обмена, нагрева, теплопереноса, то три раза возвращался к прочтению первых глав твоей книги. Тому, как ты лично сам или в соавторстве с каким-либо математиком решали краевые задачи. Достал из архива мою рукописную книгу 1977 года (350 стр), это была моя диссертация, которую ведущие спецы в СССР оценили по уровню докторской; в этой книжке несколько глав было посвящено решению задач термодинамики, тепло-масс-обмену. Я больше занимался стохастическими задачами для уравнений в частных производных, "распределенными параметрами", оптимизацией, обратными задачами. Хотел бы почитать твою закрытую докторскою диссертацию, чтобы получше познакомиться с тем как ты решал, какие методы использовал для решения краевых задач, на какие статьи математиков и физиков ты ссылался, и пришлось ли тебе делать "модификацию" известных методов. Понятия "адаптация" и "симуляция" в твоей книги - мне отлично знакомы,- поэтому эти разделы я почитал более подробно... Читая, Виктор, твое письмо, твою книгу и листая мою монографию, я задавался вопросом, а почему собственно ты и твой Институт оказались впереди американцев? Не проиграли ли они вам, вашему Институту, в том числе и в области математико-логических методов? Думаю что да...
Наличие у них в 1960-70-80 годах более мощных компьютеров и больших баз данных, - стимулировало использование конечно-разностных схем/методов для решения систем уравнений в обычных и частных производных, - и этим принижалась роль точных и аппоксимационных аналитических методов решения задач. Особенно в технической физики (лазеры, плазма, радиация- бомбы). Разумеется, физические идеи, технические идеи - твои лично и Института - были главными в обеспечении вашего успеха в остро-конкуретном научном длительном соревновании идей, подходов и технологий!!! Поздравляю тебя от всей души с выходом прекрасной научной книги!!! С искренним уважением, Николай Ботов. MEPhI- MIFI Forever!!!
Аполлонов: "Спасибо, что разобрался и нашел время. Все так, если чего есть в башке, то это надолго! Оценка ситуации правильная, нечего добавить. Аналитика позволяет много больше для истинного понимания физических процессов. Компьютер замыливает очень многое при проникновении в истину".
Первые 15 лет "лазерной эры" (1960-1975) были насыщены лазерными открытиями и изобретениями. После создания первого лазера, для многих ученых и военных в США и СССР это стало говорить о том, что возможно создать оружие, способное "сжечь" мишень дотла с помощью высоко-энергетического лазерного пучка. Но не существует такого явления, как идеальная разработка, идеальный лазер. Высоко-энергетическая оптика является основой мощных и сверхмощных лазеров. В этой науке российские ученые всегда были первыми. Сегодня только в США могут делать аналогичное. Валерий Лебедев, редактор Альманаха "Лебедь" написал мне 26.07.16 по поводу статьи [Шарков-6, 2016]: " HelloNikolay! В принципе все подходит. В статье Шаркова о Прохорове говорится о "туфте мощных лазеров". Что они невозможны по техническим причинам. Тем не менее вот уже 3 года, как созданы довольно мощные лазеры на 10 кВт и вот-вот появятся на 100 кВт. Это хватит для разрушения самолетов. Достаточно открыть статью в Вики "Лазерное оружие". Этот вопрос нужно как-то уточнить с автором..." Я прочитал статьи в Википедия "Лазерное оружие" и "Применения лазеров" и нашел их нечеткими, неполными и с ошибками, если сравнивать с работами, приведенными в конце этой статьи в списке Литературы. Поэтому ниже излагаю ряд выписок из писем Аполлонова, его книг и статей, в которых более четко и полно проведена классификация ЛО на тактическое и стратегическое оружие, на физические типы лазерных систем. А также чего добились американцы и чего добились русские?
В.Аполлонов: "СТРАТЕГИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР. В соответствии с простейшими расчетами, такой лазер обязан быть эффективным на расстоянии более чем 1000 км. Для реальных условий Космоса мощность такой системы должна быть порядка 20-30 Мвт. Таким параметрам отвечал бы одно-модульный дисковой лазер, который теоретически был предложен Н.Басовым еще в 1964 году. Одно-модульный, высоко-импульсный (highrep. p-p) дисковый лазер - это единственный способ, чтобы сделать дальнебойную систему. И такая лазерная система будет очень скоро реализована в России. Однако на данный момент, существующие системы ЛО пока только ТАКТИЧЕСКИЕ, и подразделяются по их типам на химические (газовые и жидкостные), твердотельные (т/т) лазерные системы с полупроводниковой (п/п) накачкой, и волоконные.
Верно, что СО2 - лазерная система, основанная на электрическом разряжении, была действительно ложным путем. И мы, А.Прохоров и я, были во многом в этом уверены даже в самом начале лазерной эры.
Химические лазеры (ХЛ): Их преимущество в том, что не нужно создавать громоздкую и тяжелую энергетическую установку для питания лазера - химическая реакция является источником энергии. Основной недостаток состоит в их экологической опасности и громоздкости конструкции. ХЛ типа HF/DFнаиболее перспективные для боевого применения в Космосе. Работа над ХЛ ведется в США с 1970 года. Первая успешная попытка перехвата ракет с летающей лаборатори была в 1983 году. Успешными были и эксперименты на полигоне "Белые пески" в штате Нью-Мехико с использованием лазерного комплекса "MIRACL" мощностью в 2,2 МВт. Целями были спутники США на высоте 400 км и модели российских спутников. Другая важная разработка ЛО в США - это кислородно-йодный лазер. В 2004 году Нортроп Грумман провела первое испытание боевого лазера воздушного базирования. Потом были полномасштабные стрельбовые испытания данного комплекса по воздушным мишеням: в 2007 году на режиме малой мощности и в 2010 году на режиме большой мощности. В США разработано много и других систем.
Твердотельные (т/т) лазеры в США: Сейчас в США на смену ХЛ идут Т/Т лазерные системы с полупроводниковой (п/п) накачкой. На них сейчас делается основная ставка. Они гораздо надежнее, компактнее, проще в обслуживании и безопаснее в эксплуатации. Скоро США приблизятся к значению выходной мощности мобильных комплексов в 500 кВт (то есть 0,5 МВт). Компании TextronandNorthtropGrammanуже приблизились к мощности 105 кВт для тактических т/т лазеров. Мощность лазера - это выделяемая лазером энергия в единицу времени. Военные спецы США рассматривают т/т лазер как один из наиболее перспективных источников излучения для систем ЛО авиационного базирования при борьбе с баллистическими и крылатыми ракетами морского и воздушного базирования, против ПВО противника, и тд. Новые подходы в разработке т/т лазеров в США фирмами Локхид Мартин и Нортроп Грумман являются действительно яркими примерами очень компактных тактических систем. Очень скоро они будут на борту истребителей.
360-градусная лазерная система для истребителей: Оптика, оптическая система вполне возможна. Для высот выше 6-7 км такая система смотрится как очень эффективная.
Волоконные (fiber) т/т лазерные системы и "Слэбы" в США: Современные лидеры среди твердотельных лазеров - дисковые и волоконные. Волоконные лазеры хороши для сбивания дронов, сделанных из пластиковых и текстильных материалов.Но это не эффективно для всего иного, - для летательных аппаратов на основе алюминия и титана. Компания Нортроп Грумман создала лазер мощностью более 100 кВт с высоким качеством пучка, применив набор активных элементов в виде "слэбов". Лазерная система мощностью в несколько Мегаватт на основе "слэбов" малореализуема, так как юстировка и надежность системы является сверхсложной задачей. Волоконные лазеры для этих целей неприемлемы в силу малой площади выходного зрачка волокон. Фирма "Raytheon" сделала ставку на волоконные лазерные системы, то есть на применение тактических маломощных лазеров. 100 киловаттный волоконный лазерный комплекс уже интегрирован с зенитным артеллирийским комплексом и показал высокую эффективность при сбивании дронов (беспилотников) на небольших расстояниях 1,5 - 2,0 км в Персидском заливе. Семь (7) волоконных лазеров мощностью по 15 кВт размещалисьв стволе артиллерийского комплекса, создавая общую мощность в 105 кВт.
Есть только одно невозможное для нынешнего состояния технологии в США - это сделать реальную стратегическую систему с радиусом действия выше 1000 км, - подвижную, мобильную, а не стационарную.
Режимы воздействия на объект: Сегодня в мире активно используются два режима: 1) силовое - прожигается отверстие или отрезается часть конструкции. Но на больших расстояниях тут нужны огромные мощности! -2) "умное" (по терминологии в США), или "функциональное" - достижение тонких эффектов, мешающих противнику выполнить задачу; - ослепление оптико- электронных систем военного оборудования; - организация сбоев в работе электроники бортовых компьюторов и навигационных систем; - оптические помехи в работе операторов и пилотов; - и т.п. Именно это и предлагал академик Прохоров аж в 1973 году!
Космос, Запад и ЛО: В США, Франции, Германии, Израиле, Японии, Китае и Ю. Корее давно уже ведутся работы по созданию эффективного боевого ЛО. Космос, по оценкам американских военных специалистов, является высшим приоритетом и передним рубежом. Он ими рассматривается в качестве потенциального театра военных действий, на котором должно быть обеспечено безоговорочное преимущество США над любым противником.
Россия: - начала заниматься разработками тактического ЛО одновременно с США в 1972 году. Была испытана лазерная установка ("пушка"), которая была способна успешно поражать воздушные цели. Летающие лаборатории были созданы в 1977 году ("1А"), они поднялись в воздух в 1981 году. В конце 1991 - лаборатория "1А2" [Аполлонов-8, 2015].
Дисковые Лазеры в России: Лазерный активный элемент выполнен в виде диска диаметра более 50 см и с толщиной много меньше его диаметра. Имеет высокоотражающее пократие на одной из сторон. Проблема охлаждения диска нами давно уже решена. Недавно мы нашли решение "грозной проблемы" - подавление УСИ - сброс энергии вдоль диаметра диска. Идея, чтобы преодолеть УСИ-проблему, имела очень сложное, но изысканное решение. Моно-модульный высоко-имульсный Дисковый лазер является единственным способом, чтобы сделать дальнобойную систему. Теперь можно смело представлять себе авиационный носитель с лазерным комплексом мощности 10 Мвт на борту, эффективно решающий задачи лазерной чистки космоса от мусора и задачи ВКО на стратегических расстояниях. И это будет прорыв в решении задач укрепления обороноспособности Государства!
Одно-модульный Дисковый Лазер большого диаметра может и должен быть сделан в ближайшее время, что позволит России вновь занять лидирующую позицию. Такой компактный и легкий лазер, при средней мощности 25 МВт, может быть размещен на борту самолета.
Выводы:
Развитие лазерных технологий является критически важным не только для американцев и всего иного Запада, но и для нас, для России, и даже в большей степени. ЛО усилиями США рано или поздно будет выведено в Космос. Таковы реалии. Россия опережает Америку в разработке Боевых Лазеров. Боевые дисковые лазеры - это очевидный ассиметричный ответ Западу. Будущее - за Дисковыми лазерными системами. России нужно идти своим путем к главной цели - цели надежного обеспечения ВКО страны, не копируя слепо США.
Литература
1.V.V. Apollonov, three books: 1) High-Power Optics (lasers and application); 2) High-Energy Molecular Lasers; and 3) High Power Lasers in Our Life. - Published by Springer in USA and Germany in 2016.
2.Nick Botov, Лазерноеоружие: - Дискуссиядвухученых, АполлоноваиШаркова. - Вэб-ресурс: maxpark.com/community/88/content/5822877; -10.05.2017.
3.NickBotov, Нобелевские лауреаты по физики Н.Г.Басов и А.М.Прохоров, и акад. РАЕН В.В.Аполлонов о Лазерах. - Веб-ресурс: maxpark.com/community/88/ content/5339352; - 14.07.2016.
4.Виктор Аполлонов, Лазерное оружие в США и России. - проблемы и оценки специалистов. - Вэб-ресурсы: maxpark.com/community/88/content/3569584 andmaxpark.com/community/5392/content/3573386; - 12.07.2016.
5.Виктор Аполлонов, Воспоминания об академике А.М.Прохорове к его 100- летию. - Вэб-ресурс: maxpark.com/community/88/content/5339379; -14.07.2016. - Еженедельник "Новый Меридиан", Нью-Йорк, в двух номерах, июль 2016.
6.Виктор Шарков, Сделать бы жизнь с него... (к 100-летию А.М. Прохорова). // Приложение: Н. Ботов, "Прохоров, Басов и Аполлонов: физики, разработчики лазеров"// - Альманах "Лебедь", Е-журнал, N764 от 1 августа 2016.
7.Виктор Шарков, Лазерное оружие - грандиозная "Туфта" академиков и трудовой подвиг ученых, инженеров, рабочих и лейтенантов. - Вэб-ресурс: maxpark.com/community/88/content/ 3567755; - 08.07.2015. - Еженедельник "Новый Меридиан", Нью-Йорк, июль 2015.
8.В. Аполлонов, Лазерное оружие: проблемы и перспективы. - Новый меридиан, Нью-Йорк, N1133 и N1134, 12 и 19 августа 2015.
9.Н.Ботов. - Е-переписка по теме "Лазерное оружие" между Аполлоновым, Ботовым и Шарковым, и редакторами в 2010-2017 годах. - архив Ботова, США.
10. "Лазерное оружие" - статья в Википедия.Ру
Резюме: Рассмотрены проблемы, история и достижения в разработке лазерного оружия для военных целей, - СОИ в США и ВКО (воздушно-космической обороны) в России. Сделан вывод, что Россия опережает Америку в разработке боевых лазеров, и что будущее - за дисковыми лазерными системами.

Источник: 
Новороссия