Сегодня наткнулся на обсуждение фантастического оружия будущего, причём пехотного, то есть компактного и достаточно лёгкого. В том обсуждении, включая комментарии к статье, перечислялись достоинства и недостатки разных видов перспективного пехотного оружия, включая лазерное, плазменное, ионное и прочее. Но есть один фактор, который в таких рассуждениях категорически недооценен, между тем он может играть решающую роль.
Прежде всего, все перечисленные разновидности оружия будущего требуют компактных, лёгких и очень энергоёмких аккумуляторов. Или иного источника энергии — например, генератора, выдающего очень большую мощность за короткое время. Или суперконденсатора, способного длительное время сохранять большой заряд. Причём любой из этих источников энергии должен быть достаточно лёгким, чтобы простой пехотинец мог носить его на себе — если не встроенным в ручное оружие, то хотя бы в ранце. Нынешние аккумуляторы и конденсаторы пока что до требуемым характеристикам уступают даже не в разы, а на порядки. Но допустим, некий источник энергии высокой ёмкости, малого объёма и веса, появился. Что дальше?
Дальше эту энергию нужно передать на генератор лазерного луча, плазмы, ионного потока и т.д. Если энергия электрическая, то по проводам. Учитывая количество джоулей, которое нужно передать за доли секунды, любой провод при этом испарится со взрывом, который убьёт пользователя такого оружия. Поэтому нужен сверхпроводник с нулевыми потерями и нулевым нагревом. Поскольку по условиям задачи у нас технологии будущего, то допустим такой сверхпроводник есть и передача энергии состоялась. А теперь самое главное — преобразование энергии в нужную форму (лазерного луча, плазмы и т.д.). Вот тут-то и таится засада.
В отличие от сверхпроводящего провода, который вполне реален, способа преобразования энергии со стопроцентным КПД заведомо не существует. Все современные лазеры, не говоря уже о более экзотических генераторах плазмы или ионного потока, имеют КПД максимум 50%. Чисто теоретически, его можно повысить до 80%. Казалось бы, замечательно? Нет, это катастрофа. Целых 20% энергии в момент выстрела уйдёт на нагрев окружающей среды. Точнее на нагрев деталей, окружающих рабочий элемент оружия. А ведь это не кинетическая энергия отдачи, это именно нагрев, причём происходящий за доли секунды. Если стрельба импульсная, то каждый импульс будет порождать мгновенный нагрев всего, что вокруг рабочего тела лазера, до весьма высоких температур. То есть по сути данное ручное оружие при стрельбе испытывает нагрев, аналогичный прямому попаданию очереди лазерных импульсов, пусть и пятикратно меньшей мощности. И передать полученную ударно-тепловую нагрузку какой-либо системе охлаждения эта деталь оружия просто не успеет.
Если стрельба идёт непрерывным лучом, то рабочую камеру оружия теоретически можно охлаждать. Никакой жидкий хладагент здесь не поможет, нужно что-то стопроцентно эффективное и притом поглощающее очень высокие потоки энергии. Далее данную энергию нужно как-то рассеять в окружающей среде, и это вторая засада. Допустим, технических проблем с преобразованием тепла у нас нет, некая фантастическая технология позволяет это проделать со стопроцентным КПД. А вот куда эту энергию рассеивать? Просто вокруг себя? Тогда оружие равномерно нагреется по всей поверхности, причём после первого же выстрела. И держать его в руках станет несколько дискомфортно. Не говоря уже о том, что светящийся в ИК-диапазоне объект, каковым станет оружие пехотинца, отлично виден в любой тепловизор.
Поэтому лишнее тепло нужно куда-то направить и лучше узким пучком. Во-первых, широкая зона рассеивания демаскирует пехотинца (особенно если часть излучения рассеивается вперёд), во-вторых, этот нагрев окружающей среды может быть весьма неудобен для самого носителя оружия или для находящихся рядом других солдат. В идеале весь тепловой поток должен чем-то поглощаться прямо в процессе стрельбы. Но любой материал, поглощая тепло, сам при этом нагревается. И этот нагрев неизбежно передаёт окружающей среде.
Единственный возможный радикальный выход — преобразование тепла в какую-то другую форму энергии. Например, энергии химических связей, в каком-то особом веществе. В идеале затем это вещество может отдавать энергию обратно, лучше всего в виде электричества, то есть вместо рассеивания энергии при выстреле мы собираем ту её часть, что бесплодно рассеивалась, обратно в аккумулятор. Лучше, конечно, сразу преобразовывать тепло в электричество — это в принципе возможно, но пока что такие установки имеют малый КПД при большом весе и габаритах. Открытие действительно эффективной технологии преобразования тепловой энергии, причём подаваемой короткими импульсами с высокой энергией, в электрическую или хотя бы в химическую даст возможность на практике создавать энергетическое (не обязательно лазерное) компактное оружие. А также защиту от него, ведь таким же образом можно поглощать и энергию импульсов вражеского оружия.
