Страны по всему миру быстро разрабатывают высокоэнергетическое лазерное оружие для военных миссий на суше и на море, в воздухе и космосе. Огромные стаи небольших недорогих беспилотников, заполняющих небо или проносящихся по волнам, побуждает военных разрабатывать и внедрять лазерное оружие в качестве альтернативы дорогостоящей и потенциально перегруженной противоракетной обороне.
Лазерное оружие было основным элементом научной фантастики задолго до того, как лазеры были изобретены. В последнее время оно также занимает видное место в некоторых теориях заговора. Оба вида фантастики подчеркивают необходимость понять, как на самом деле работает лазерное оружие и для чего оно используется.
Как работают лазеры?
Лазер использует электричество для генерации фотонов, или частиц света. Фотоны проходят через среду усиления, материал, который создает каскад дополнительных фотонов, что быстро увеличивает их количество. Затем все эти фотоны фокусируются в узкий луч с помощью директора луча.
За десятилетия, прошедшие с момента появления первого лазера в 1960 году, инженеры разработали множество лазеров, генерирующих фотоны на разных длинах волн в электромагнитном спектре, от инфракрасного до ультрафиолетового. Высокоэнергетические лазерные системы, которые находят военное применение, основаны на твердотельных лазерах, которые используют специальные кристаллы для преобразования входной электрической энергии в фотоны. Ключевым аспектом мощных твердотельных лазеров является то, что фотоны создаются в инфракрасной части электромагнитного спектра и поэтому не видны человеческому глазу.
При взаимодействии с поверхностью лазерный луч создает различные эффекты в зависимости от длины волны фотонов, мощности луча и материала поверхности. Лазеры малой мощности, генерирующие фотоны в видимой части спектра, полезны в качестве источников света для указателей и световых шоу на массовых мероприятиях. Мощность этих лучей настолько мала, что они просто отражаются от поверхности, не повреждая ее.
Более мощные лазерные системы используются для разрезания биологических тканей в медицинских процедурах. Самые мощные лазеры могут нагревать, испарять, расплавлять и прожигать множество различных материалов и используются в промышленных процессах сварки и резки. Помимо уровня мощности лазера, способность оказывать различные эффекты определяется расстоянием между лазером и целью.
Лазерное оружие
Отчасти опираясь на успехи, достигнутые в создании мощных промышленных лазеров, военные находят все больше применений для высокоэнергетических лазеров. Одно из ключевых преимуществ высокоэнергетического лазерного оружия заключается в том, что оно обеспечивает "бесконечный магазин". В отличие от традиционного оружия, такого как ружья и пушки, которые имеют ограниченное количество боеприпасов, высокоэнергетический лазер может продолжать стрелять до тех пор, пока у него есть электричество.
Армия США развертывает высокоэнергетический лазер на базе грузовика, чтобы сбивать различные цели, включая беспилотники, вертолеты, минометные снаряды и ракеты. 50-киловаттный лазер установлен на боевой машине пехоты Stryker, и в феврале 2024 года армия развернула четыре системы для испытаний на поле боя на Ближнем Востоке.
ВМС США развернули высокоэнергетический лазер корабельного базирования для защиты от небольших и быстро движущихся надводных кораблей, а также ракет и беспилотников. В августе 2022 года ВМС установили 60-киловаттное лазерное оружие на эсминце USS Preble.
ВВС разрабатывают высокоэнергетические лазеры на самолетах для оборонительных и наступательных задач. В 2010 году ВВС испытали мегаваттный лазер, установленный на модифицированном самолете Boeing 747, который поразил баллистическую ракету во время ее запуска. В настоящее время ВВС работают над созданием более компактной системы вооружения для истребителей.
Ограничения лазерного оружия
Одной из главных проблем для военных, использующих высокоэнергетические лазеры, является высокий уровень мощности, необходимый для создания полезных эффектов на расстоянии. В отличие от промышленного лазера, который может находиться всего в нескольких дюймах от цели, военные операции предполагают значительно большие расстояния. Чтобы защититься от надвигающейся угрозы, такой как минометный снаряд или небольшой катер, лазерному оружию необходимо поразить цель, прежде чем она сможет нанести какой-либо ущерб.
Однако для того, чтобы прожечь материал на безопасном расстоянии, требуется мощность лазерного луча в десятки и сотни киловатт. Самый маленький прототип лазерного оружия потребляет 10 киловатт мощности, что примерно соответствует мощности электромобиля. Новейшее разрабатываемое мощное лазерное оружие потребляет 300 киловатт мощности, что достаточно для питания 30 домашних хозяйств. А поскольку эффективность высокоэнергетических лазеров в лучшем случае составляет всего 50%, они генерируют огромное количество тепла, которое необходимо утилизировать.
Это означает, что высокоэнергетическим лазерам требуется обширная инфраструктура для производства энергии и охлаждения, что накладывает ограничения на типы эффектов, которые могут быть получены с различных военных платформ. Армейские грузовики и истребители ВВС имеют меньше всего места для высокоэнергетического лазерного оружия, поэтому эти системы ограничены целями, требующими относительно небольшой мощности, такими как сбивание беспилотников или выведение из строя ракет.
На кораблях и крупных самолетах можно разместить более мощные высокоэнергетические лазеры, способные прожечь дыры в лодках и наземных транспортных средствах. Постоянные наземные системы имеют наименьшие ограничения и, следовательно, самую высокую мощность, что делает потенциально возможным ослепление далекого спутника.
Еще одно важное ограничение для высокоэнергетического лазерного оружия платформенного базирования связано с концепцией бесконечного магазина. Поскольку грузовик, корабль или самолет должны нести источник энергии для лазера, а это ограничивает мощность источника, лазеры могут использоваться лишь ограниченное количество времени, прежде чем им потребуется перезарядка батарей.
В будущем высокоэнергетическое лазерное оружие, вероятно, продолжит развиваться, увеличивая уровень мощности, что расширит диапазон целей, против которых оно может быть использовано. Возникающие угрозы со стороны недорогих беспилотных летательных аппаратов, подобных тем, что используются в конфликтах на Ближнем Востоке и Украине, делают более вероятным, что высокоэнергетические лазеры найдут и невоенное применение, например, для защиты населения от террористических атак.