Боевой лазер ВМС США (LaWS)

[totalitat.livejournal.com]

"Впервые в мире осуществлено оперативное развертывание оружия направленной энергии",- без излишней скромности заявил 15 января контр-адмирал Мэтью Кландер (Matthew Klunder), возглавляющий управление НИОКР ВМС, комментируя планы установки боевой лазерной системы LaWS на десантном корабле-плавбазе USS Ponce. Обсуждение этих планов прошло в рамках ежегодного симпозиума Ассоциации надводных сил флота в Арлингтоне (штат Вирджиния).



Было указано, что в данный момент в Центре надводных боевых действий ВМС в Далгрене происходит сборка очередного варианта системы LaWS. В феврале и марте будут проведены последние наземные испытания данной системы перед её установкой на USS Ponce (LPD-15). Этот корабль типа AFSB(I) (Afloat Forward Staging Base (Interim), постоянно находится в Персидском заливе в составе 5-го флота ВМС США и является представительством Пентагона в данном регионе. Фактически LaWS пройдет флотские испытания в Персидском заливе, первой из подобных систем оружия. По крайней мере, ещё год она будет находиться на борту корабля, после чего должно последовать решение о внедрении LaWS на других кораблях.



Лазерная система LaWS (Laser Weapon System), также обозначается как AN/SEQ-3 (XN-1), является демонстратором технологий и перспективы лазерного оружия в интересах ВМС США. Она создаётся по заказу командования морских систем ВМС США NAVSEA (Naval Sea Systems Command) с 2007 года компанией Raytheon (есть еще данные об участии Kratos Defense & Security Solutions). Курирует программу капитан Дэвид Киэл (David Kiel)

Испытания различных вариантов LaWS проходили с 2009 года. Летом и осенью 2012 года систему установили на эсминец Dewey (DDG-105) типа Arleigh Burke. Данный образец устанавливался под сдвижным защитным куполом на взлётно-посадочной площадке корабля.



Была сбита минимум одна цель-БПЛА.



Перспективная система лазерного оружия построена на основе волоконного твердотельного лазера SSL (Solid State Laser). Основой для его создания послужил успех учёных из Государственного Электронно-оптического центра Пенсильвании (Pennsylvania State Electronic-Optic Center) в 2004-2005 гг., а также Научно-исследовательской лаборатории ВМС (Naval Research Laboratory) в 2006 году, которые в ходе несложных экспериментов доказали техническую возможность создания лазера военного назначения достаточной мощности на основе коммерческих лазеров. Результат экспериментов показал, что несколько таких лазеров возможно объединить в установку на одной платформе.



Таким образом, создание нового боевого лазера значительно удешевлялось, так как в нём применялась технология COTS (Commercial Off The Shelf) - готовая к использованию аппаратура коммерческого применения в военных целях. SSL могут быть использованы в оборонных и аэрокосмических отраслях, в том числе в ряде приложений для дальнометрии и целеуказания.



Прототип установки соединяет световые лучи от шести коммерческих лазеров SSL. Данное устройство строится на основе сборки лазерных диодов высокой плотности. Наиболее распространенными видами использования таких сборок являются освещение и накачка твердотельных лазеров. Здесь излучение диодных лазеров идет на возбуждения лазерного кристалла для генерации света.

Во многих SSL приложениях для работы со сборками лазерных диодов используется импульсный режим - квази-непрерывные волны (QCW). В этом режиме диодные сборки запитываются импульсным током с длительностью импульса порядка времени жизни верхнего состояние усилительной среды лазера. Например, для неодимовых (Nd:YAG) лазеров, как правило, накачка диодов производится импульсом шириной порядка 200 микросекунд.



Такой  режим накачки является условием эффективной конструкции лазера, так как большая часть излучения накачки, которая поглощается в лазерном кристалле, может быть извлечена из системы.

Шесть сочлененных коммерческих лазеров, по 5,5 кВт каждый, создают общую мощность в 33 кВт (на схемах перспективный образец мощностью 100 кВт). Как отмечается в отчете Исследовательской службы конгресса США, лучи не связываются в один пучок, а остаются раздельными, но близко расположенными друг к другу. С помощью директорного дальномерного луча они сходятся в одну фокусную точку, расположенную на конкретной части конструкции цели (на видео показано как луч направляется на хвостовое оперение БПЛА-цели).



Такой принцип значительно упрощает устройство боевого лазера. В случае когерентного объединения лучей потребовалась бы система с более сложным устройством оптики и электронных систем управления.

LaWS , как и многие другие SSL  лазеры, излучает свет с длиной волны 1,064 мкм, что близко к прозрачности атмосферы но не равно её значению (около 1,045 мкм).

Как утверждают, КПД LaWS - 25%, а это означает, что примерно 400 кВт мощности судна будет достаточно для возможности реальной работы перспективной системы. Из них 100 кВт будет расходоваться на создание  лазерного света, а остальные 300 кВт на охлаждение. На испытаниях системы использовался коммерческий генератор Caterpillar, установленный рядом на ВПП эсминца.



ВМС США выпустило ролик, из которого следует, что лазерная установка работает в нескольких режимах:
1. Искусственное повышение температуры цели - "подогрев", для улучшения условий прицеливания оружия с инфракрасной системой наведения.
2. Противодействие оптико-электронным приборам противника, необратимые разрушения оптических приемных устройств.
3. Уничтожение техники противника мощным световым излучением.

Потенциальными целями лазерной пушки LaWS могут служить БПЛА лёгкие катера и лодки. На основе предложенной концепции в перспективе американские военные рассчитывают создать лазер мощностью в несколько сотен киловатт, который, кроме уже указанных целей, будет способен уничтожить НУРС, артиллерийские снарядам и минам, пилотируемые самолеты и некоторым типы управляемых ракет.

С 2006 года вооруженные силы Ирана беспокоят ВМС США в Персидском заливе. Тогда над авианосцем USS Ronald Reagan (CVN-76) впервые пролетел разведывательный БПЛА серии «Абабиль». Как считают представители американского флота, они способны не только передавать информацию, но и наводить противокорабельные ракеты.


В данной статье описана конструкция и история создания последнего прототипа боевого лазера LaWS, который наиболее приближен к окончательному варианту. Во всю линейку данного вида оружия входят следующие опытные образцы:
1. MLD – испытан в июне 2009 года на сухопутном полигоне
2. LaWS на базе ЗАК Mk 15 Phalanx CIWS - испытан в мае 2010 года
3. LaWS Prototype – испытан летом и осенью 2012 года на эсминце Dewey

О них расскажу позже

1.


2.


3.


4.

Comments

[asharky.livejournal.com]

Паровой двигатель тоже можно "дальше совершенствовать", но смысла нет.

Боевые уставновки, на базе лазера, создать можно и они вроде даже есть. Но надо понимать, что так как физические законы природы поменять не удасться, а равно не получится гарантированно избавиться на поле боя от гари, копоти, пыли, тумана, дождей и проч. подобных факторов, возможности этих боевых установок они очень и очень ограниченные. Даже если получится из шести автобусов, из которых состоит эта установка, сделать нечто вроде носимого РПГ.

И даже в идеальных условиях: расфокуссировка пятна лазера уже на дистанции в два...три километра делает этот "лазерный гранатамёт" совершенно неконкурентноспособным в сравнении с классическим оружием. И это опять же физические законы. В статье есть рассчёт расхождения луча лазера.

[mr_lomp (from livejournal.com)]

>>не получится гарантированно избавиться на поле боя от гари, копоти, пыли, тумана, дождей и проч. подобных факторов

На корабле получится. На воздушном носителе получится.

>>И даже в идеальных условиях: расфокуссировка пятна лазера уже на дистанции в два...три километра делает этот "лазерный гранатамёт" совершенно неконкурентноспособным

Как раз на фокусировку нет никаких теоретических ограничений.

[asharky.livejournal.com]

"...На корабле получится. На воздушном носителе получится..."

На море влажность воздуха почти всегда под 100%. Причём не только в воды, но и, вдали от берегов, на пару километров вверх.

В воздухе некуда отводить тепловую энергию после выстрела. В статье баллистика об этом ничего нет, но проблема это колоссальная. Вот сделали Вы выстрел мощностью 1 мегаватт. При этом в виде тепла выделилось, при КПД лазера в 25%, 3 мегаватта. На море Вы это в воду можете выделить, благо вода очень теплоёмка и её неограниченное количество. А вот на борту самолёта только теплообмен с внешней средой, которая из себя представляет очень разреженный на высоте воздух, с небольшой теплоёмкостью. Т.е. после каждого выстрела придётся делать паузу в полчаса.

Кстати: в космосе вообще кроме как тепловым излучением девать энергию просто некуда. Впрочем там и по 4 мегаватта на на выстрел найти не так просто ) Посему никто даже и не дёргается на этот счёт.

Это всё базовые законы физики.

[mr_lomp (from livejournal.com)]

Некорректно говорить про "выделение 3 МВТ", выделиться может только энергия. В любом случае эта энергия намного меньше, чем у огнестрельного оружия. Да и КПД тоже будет улучшаться.

[asharky.livejournal.com]

Это понятно, что в джоулях. Но за время выстрела. А выстрел мы тут упоминаем в единицах мощности. Посему говоря о джоулях всё равно надо уточнять за какое время выделяется энергия.

"...В любом случае эта энергия намного меньше, чем у огнестрельного оружия. Да и КПД тоже будет улучшаться..."

http://ru.wikipedia.org/wiki/%C2%FB%F1%F2%F0%E5%EB

Т.е. на нагрев орудия и снаряда уходит порядка 20% энергии. При этом снаряд улетает сразу и свою часть паразитного тепла утилизирует. Ну пусть половина. Получаем: 10% энергии выстрела уходит на паразитное тепло, которое надо утилизировать. Это явно не 75% как у лазера.

КПД лазера может и будет расти, но этим надо заниматься. Но даже при КПД в 99% проблема дифракционного рассеяния не исчезнет никуда. И каждый километр в семь раз будет рассеиваться пучок энергии. Даже в безвоздушной среда - в космосе. В общем потому никто особо и не будет этими лазерами заниматься дальше. Если только в целях попила.

[mr_lomp (from livejournal.com)]

Препятствия есть, кто же спорит. Но в этом и состоит риск при разработке новых технологий, что может ничего не получиться. Но если ничего не делать, то успеха точно не будет.

[asharky.livejournal.com]

"Препятствия" имеют не инженерный, преодолеваемый, характер, а научный. Т.е. нужны какие-то фундаментальные подвижки для которых достаточно карандаша и листка бумаги. Но вместо этого дербанять миллиарды, заведомо зная, что результат будет совершенно нафиг никому не нужный. Это попил, в классическом его виде.

http://www.trinitas.ru/rus/doc/0016/001b/00160112.htm - ещё это можно почитать.

Я откланиваюсь. Всего доброго. Дальше самостоятельно уже разберитесь в вопросе если он Вас заинтересовал.

[asharky.livejournal.com]

"...Как раз на фокусировку нет никаких теоретических ограничений..."

http://ru.wikipedia.org/wiki/%C4%E8%F4%F0%E0%EA%F6%E8%FF

Любой луч энергии конечного сечения непременно будет расширяться всё больше при удалении его от источника. Это тоже базовый закон физики.

"...Дифракция волн может проявляться:
- в преобразовании пространственной структуры волн. В одних случаях такое преобразование можно рассматривать как «огибание» волнами препятствий, в других случаях — как расширение угла распространения волновых пучков или их отклонение в определённом направлении;
- в разложении волн по их частотному спектру;
- в преобразовании поляризации волн;
- в изменении фазовой структуры волн..."

[mr_lomp (from livejournal.com)]

Ну да, если пучок расширяется, то он будет расширяться на всем своем протяжении. Но зато нет никаких преград, чтобы сделать это расширение сколь угодно малым.

[asharky.livejournal.com]

"...Но зато нет никаких преград, чтобы сделать это расширение сколь угодно малым..."

Есть чисто физические преграды. Частота волны и площадь источника света. Ни то ни другое невозможно сделать бесконечным.

В общем: коэффициент понижения доставляемой лазером мощности на 1 кв.см поверхности цели равен примерно 1/7. Т.е. с каждым километром расстояния, в вакууме, мощность падает на 86%. Послали мегаватт диаметром 1 кв.см в МБР, чтобы прожечь её и вывести из строя, а на расстоянии в 10км от лазера до МБР пришло всего 1,000,000Вт/(7¹⁰) = 1,000,000/282,475,249) = 0.0035Вт на 1 кв.см. В общем можно даже никак не защищать МБР от этого лазера :)

Впрочем: на расстоянии 1..3 км таким лазером наверное можно сбивать БПЛА. Если БПЛА простенькое, никак не защищённое от лазера (например простой полировкой поверхности) и погода позволяет.

[mr_lomp (from livejournal.com)]

Вы как-нибудь проверяли полученные цифры? Они же невероятные! Хотя бы задумались, почему ваши расчеты показывают невозможность сбития, а в реальности лазеры работают?

[asharky.livejournal.com]

Ну гляньте. На паре сотен метров от корабля он работает. При это лазер не сбивает размеренно идущую цель, идеальную просто, а постепенно разогревает и она загорается. И что? На таком расстоянии один выстрел из пулемёта калибра 12.7мм приземлил бы этот БПЛА на раз. При этом вне зависимости от погоды, в отличии от лазера. В три доллара обошлось бы всё.

[asharky.livejournal.com]

И я ошибся, похоже: http://gosh100.livejournal.com/31709.html

"...Если мы возьмем конкретно боевой инфракрасный лазер с длиной волны 2 мкм (на такой длине работают боевые лазеры THEL и т.п.) и диаметр пучка 1 см, то мы получим угол расхождения 0.2 миллирадиана (это очень маленькое расхождение – например, обычные лазерные указки/дальномеры расходятся на 5 миллирадиан и больше).
Расхождение 0.2 мрад. на дистанции 100 метров увеличит диаметр пятна с 1 см до примерно 3 см (если кто еще помнит школьную геометрию). То есть плотность воздействия упадет пропорционально площади в 7 раз всего лишь на 100 метрах.
То есть: если мы знаем, что лазер с мощностью 100 Квт в упор прожигает дюймовую стальную пластину где-то за 2-3 секунды, то на дистанции 100 метров он будет это делать, грубо, 18 секунд. Все это время БТР (или кого вы там собрались прожигать) должен само собой терпеливо стоять и ждать. Не нарушать тех. процесс, так сказать. Ну и как вы понимаете – борозда в пару сантиметров его в любом случае вряд-ли расстроит. Для сравнения: бронебойные пули из Калашникова на такой же дистанции спокойно пробивают 16 мм сталь. И я повторю – на сегодня 100 Квт лазер представляет из себя огромную установку весом десятки тонн, с огромными цистернами токсичных химикалиев и сложнейшей оптикой. Когда он «стреляет» – из него идут огромные облака ядовитого дыма, отравляя всю окрестность. Что с этим всем станет, если вражина вдарит со 100 метров по всей этой кухне из своего старого доброго крупнокалиберного КПВТ – можете представить. Да и ракета может попасть ненароком…
А на километре плотность луча упадет уже в 300 раз..."

Т.е. 1/7 это на 100 метрах.

В общем это всё фигня.

[crower]

Где-то читал о самофокусировке ЛЛ в атмосфере, но там речь шла о мощности несколько десятков ГВт/см². Не помню на какой волне.