?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Вопросу наведения на цель боевых лазеров фантасты, как правило, не уделяют много внимания.
Чаще всего, лазерное орудие просто ставится целиком в некую "башню" или "турель" и наводится на цель поворотом всей установки. И зря, потому что лазер - особенно мощный военный лазер - штука не самая легкая и компактная. Упомянутый ниже мегаваттный COIL весил более двадцати тонн (не считая системы охлаждения и расходных компонентов) и был весьма объемистой конструкцией. Поворачивать такое громоздкое и довольно хрупкое сооружение туда-сюда каждый раз, когда нам нужно изменить направление луча - не лучшая идея, особенно если целью являются быстро двигающиеся и маневрирующие самолеты и ракеты.



На всякий случай напомню, в форме маленького ликбеза, что реальный боевой лазер - это не медленно, лениво порхающие светящиеся сгустки из "Звездных Войн". :) Это распространяющийся со скоростью света луч (в вакууме, напомним, невидимый), фокусируемый в маленькое пятно на поверхности цели. Импульсные лазеры передают энергию к цели в виде коротких вспышек на пиковой мощности, непрерывные лазеры - в виде потока излучения постоянной мощности. Основной поражающий эффект лазеров заключается не в "разрезании" или "испарении" всей цели, как часто представляется в фантастике, а в способности точно и методично разрушать отдельные системы цели - прожигать дырки в аэродинамических плоскостях, стенках топливных баков, сжигать и плавить выступающие антенны, сенсоры, системы вооружения.



Действие реального военного лазера по учебной цели. Никаких красочных взрывов, никакого разлета обломков - в капоте машины быстро и аккуратно прорезается дырка. А затем и в двигателе.

Из этого следует, что боевой лазер недостаточно "просто направить на цель"; его нужно навести точно, сконцентрировать луч на конкретной части цели да еще и удерживать его некоторое время.



Пятно боевого лазера на беспилотнике-мишени.

Думаю, многие, интересующиеся военной техникой без труда вспомнят "летающий лазер" ABL (англ. AirBorne Laser). Смонтированный на борту самолета Boeing YAL-1, этот мегаваттный лазер с химической накачкой впервые в истории энергетического оружия поразил летящую твердотопливную ракету-мишень, впервые продемонстрировал возможность мобильного развертывания мощных лазеров, впервые преодолел целый ряд проблем, связанных с использованием лазеров в боевой обстановке...



Итоговое закрытие программы ABL в 2012 году часто принято трактовать как "провал" проекта. С этим трудно согласиться; лазер сделал все, что от него требовали, и даже больше. Проблематичной была сама концепция противоракетного лазера, работающего в атмосфере с борта большого, медлительного самолета. Да и сам мегаваттный йодно-кислородный химический лазер COIL (англ. Chemical Oxygen Iodine Laser), бывший инженерным чудом в 1990-ых, к 2010-ым превратился в отживший свой век анахронизм. Стремительный прогресс в лазерной технологии сделал монстров с химической накачкой, тратящих за один выстрел компонентов на тысячи долларов, "прошлым оружием будущего". Сейчас, внимание военных США сосредоточено на твердотельных лазерах с диодной накачкой и оптоволоконных лазерах, работающих на электричестве.

Однако, проект ABL оставил важное наследство - в виде успешно прошедшей испытания вращающейся лазерной турели.




Лазерная турель "Боинг", смонтированная в носовой части YAL-1, состоит из двух основных компонентов:

* Вращающегося по крену (т.е. вокруг продольной оси самолета) цилиндрического барбета.

* Вращающейся по тангажу и рысканью (т.е. вокруг горизонтальной и вертикальной поперечных осей самолета) сферической башенки, установленной в шарнире на вершине барбета. В башенке располагается главное фокусирующее зеркало лазера (1,5 метра в диаметре, весом 7 тонн), закрытое прозрачным куполом-обтекателем из оптического стекла.

Внешне, лазерная турель похожа на обычную зенитную установку, где шар башенки играет роль "пушки". Однако, это сравнение неверно. "Пушка" (то есть, собственно, лазер) находится вне турели, в корпусе самолета. И "снаряд" ее - то есть лазерный луч - необходимо провести через турель к "срезу ствола" - фокусирующему зеркалу. Вне зависимости от того, как именно зеркало и сам лазер расположены относительно друг друга. Задача с виду простая - но чтобы решить ее на практике, инженерам Boeing потребовалось немало смекалки и немногим меньше зеркал.




1) Луч входит в турель через полую ось вращения барбета. Как бы ни вращался вокруг этой оси барбет, луч все равно будет проходить по прямой. Диаметр луча при этом около 20 сантиметров; плотность энергии достаточно низка, чтобы не повредить саму установку.



2) Расположенное в конце оси наклонное зеркало перенаправляет луч в боковой П-образный лучепровод, вращающийся вместе с остальным барбетом.



3) Переотразившись от двух зеркал П-образного лучепровода, луч лазера входит в сферу башенки через ось шарнира, на котором сфера крепится к барбету. Таким образом, как бы ни вращался относительно барбета шарик башенки, луч все равно входит в него через ось вращения.



4) Внутри сферы, система из двух наклонных зеркал переотражает луч на выпуклое зеркало-расширитель. Его задача - равномерно распределить энергию лазера по основному фокусирующему зеркалу большого диаметра.



5) Зеркало-расширитель распределяет энергию луча по главному фокусирующему зеркалу - позолоченному отражателю в полтора метра диаметром. Главное фокусирующее зеркало вновь концентрирует энергию луча, но теперь уже непосредственно на противнике, за десятки/сотни/тысячи километров от лазера (по совместительству, зеркало также подрабатывает главным прицельным телескопом - ибо с успехом решает задачу и концентрации приходящего внешнего излучения).

Подобная конструкция турели позволяет лазерной установке обстреливать полную полусферу (и даже несколько более) и маневрировать лучом, без необходимости разворачивать всю массивную конструкцию лазера. Это дает возможность не только удерживать под лучом движущуюся цель, но и фокусировать луч на отдельных частях цели, прицельно проделывая в них дырки. Для лазеров, прицельное поражение компонентов



Хвостовое оперение беспилотника после лазерной атаки.


В настоящее время, лазерные турели аналогичной конструкции часто присутствуют на концептах и прототипах американской лазерно-оснащенной техники. Видимо, дизайн турели "Боинг" оказался вполне удачен и работоспособен. Возможно, причиной послужила его концептуальная простота и изящество решения?



Возвращаясь к научно-фантастическому контексту - несколько пунктов:

* Лазерных турелей на боевой технике может быть много, а вот лазерная пушка - скорее всего, одна. Надежно укрытая в бронированном каземате в глубине корпуса. Впрочем, по соображениям резервирования, лазеров может быть и несколько.

* Уничтожение отдельных лазерных турелей не приводит к снижению огневой мощи лазера. Вооруженный гигаваттным лазером космический корабль может потерять девять турелей из десяти, но пока хоть одна работает - его огневая мощь не снижается ни на йоту.

* Высокие угловые скорости не помогают спастись от лазерной атаки. Лазерная турель - сооружение сравнительно легкое, и вращать ее можно очень быстро (адаптивная же оптика полностью решает проблему времени реакции). Увы, но космические истребители действительно бесполезны; маневрировать, быстрее чем у линкора лазеры поворачиваются, они не смогут.

* Лазер - возможно, одна из самых трудноубиваемых систем вооружения. Боевая лазерная установка вполне может быть упрятана в бункер на глубине в километр под горным хребтом, и соединена системой тонких лучепроводов с рассредоточенными по всей округе турелями (выдвигающимися из шахт). На эффективности это не скажется.

Comments

( 57 comments — Leave a comment )
semen_semenytsh
Oct. 18th, 2017 03:34 pm (UTC)
Меня учили, что инженер не может использовать термин "дырка" применительно к какому-либо изделию. Он скажет "отверстие".
fonzeppelin
Oct. 18th, 2017 03:39 pm (UTC)
Увы, я не инженер и даже не собираюсь притворяться таковым. :) Просто любитель, который в некоторых вопросах разбирается.
(no subject) - semen_semenytsh - Oct. 18th, 2017 03:43 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 18th, 2017 03:45 pm (UTC) - Expand
sni_1
Oct. 18th, 2017 03:54 pm (UTC)
Вот вроде все знал, а почитать все равно интересно.
А оптоволокно для передачи лазера совсем не годиться?
fonzeppelin
Oct. 18th, 2017 03:58 pm (UTC)
Спасибо!)

Хм, насколько я знаю, это зависит от плотности энергии. То есть не расплавится ли само волокно от мощности боевого лазера - и не придется ли делать абсурдно толстым проводящий кабель. Но не уверен на 100%.
(no subject) - levsha - Oct. 18th, 2017 08:47 pm (UTC) - Expand
veremeenko_alex
Oct. 18th, 2017 03:56 pm (UTC)
А если мишень обклеить фольгой?
fonzeppelin
Oct. 18th, 2017 04:01 pm (UTC)
Не поможет) Даже если мишень зеркальная, все равно, у зеркала есть неровности, шероховатости, на него налипает пыль... этого достаточно, чтобы отдельные точки поверхности начали нагреваться, поверхность начнет деформироваться, отражающий коэффициент упадет... и результат ясен. Максимум, это позволит выиграть очень незначительное время.

Разумнее для цели вращаться (желательно, меняя направление и темп вращения), тем самым не позволяя лучу постоянно оставаться на одной точке.
spellingmistake
Oct. 18th, 2017 04:34 pm (UTC)
Учитывая, что космоистребители будут скорее всего похожи на помесь люстры и мячика, то я так полагаю, лучший способ защиты от лазера это вращение. Желательно быстрое и в разных направлениях.

Что-то у меня в голове картинка линкора, утыканного турелями, как-то подозрительно напоминает описание старорежимных ангелов. Ну, у которых глаза везде.
fonzeppelin
Oct. 18th, 2017 05:07 pm (UTC)
Хм, а ведь есть такое) Ну, и монстры пуляющие лучами из кучи глаз - один из распространенных штампов фантастики...
(no subject) - spellingmistake - Oct. 18th, 2017 05:50 pm (UTC) - Expand
gcugreyarea
Oct. 18th, 2017 04:42 pm (UTC)
Проблема в том, что если лазер можно перенаправить зеркалом - то от него и защититься можно тем же самым зеркалом. А в космосе истребителю толкать впереди себя зеркало не в лом, это вам не атмосфера.
fonzeppelin
Oct. 18th, 2017 05:10 pm (UTC)
Нельзя. Зеркало лазера принимает равномерно рассеянный по всей его поверхности луч и рефокусирует его на цели. Зеркальный экран же будет принимать фокусированный луч в конкретную точку.

Грубо говоря, мы можем иметь равную отражающую способность, но зеркало лазера имеет дело с энергией, рассредоточенной по площади в несколько квадратных метров, а экран - с сосредоточенной на площади в несколько сантиметров. Поверхность начнет нагреваться, деформироваться, отражающая способность упадет... и далее получаем дырку.
(no subject) - k_ilya_v - Oct. 18th, 2017 06:51 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 18th, 2017 06:59 pm (UTC) - Expand
(no subject) - k_ilya_v - Oct. 18th, 2017 08:06 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 18th, 2017 08:12 pm (UTC) - Expand
(no subject) - k_ilya_v - Oct. 19th, 2017 10:29 am (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 19th, 2017 11:56 am (UTC) - Expand
(no subject) - k_ilya_v - Oct. 19th, 2017 06:41 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 19th, 2017 06:53 pm (UTC) - Expand
(no subject) - k_ilya_v - Oct. 19th, 2017 06:47 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 19th, 2017 06:54 pm (UTC) - Expand
(no subject) - gcugreyarea - Oct. 21st, 2017 01:53 am (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 21st, 2017 06:55 am (UTC) - Expand
(no subject) - gcugreyarea - Oct. 21st, 2017 03:14 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 21st, 2017 04:41 pm (UTC) - Expand
prostak_1982
Oct. 18th, 2017 05:13 pm (UTC)
1. Вопрос просто ради интереса. Они лучепровод вакуумируют или нет?

2. Идея номер раз для космофантастики. При обстреливании из лазера, результат не достигается мгновенно, есть некоторый лаг времени, пока участок прогреется до температуры потери термической прочностной устойчивости. Если момент начала нагрева будет установлен, то почему бы в направлении облучения не выстрелить облако графитовой пыли, чтобы расфокусировать луч?

3. Идея номер два-с. Наверняка знаете, что кристаллогидраты силикатных солей при нагреве начинают вспениваться. Делаем этакий кирпич, где в матрице из силикатных солей проложены композитные нити вольфрам-медь. Лазер нагревает силикат, тот вспенивается, увеличивая теплоизолирующий и лучепреломляющий слой оболочки, избыток тепла нитями отводится на остальную поверхность корабля, рассеивая тепло.
fonzeppelin
Oct. 18th, 2017 05:20 pm (UTC)
1. Не в курсе, если честно.

2. Это рассматривали на Atomic Rockets - пришли к выводу, что просто графитовое покрытие на корпусе будет более масс-эффективно.

3. А вот это вполне рабочее решение, да, как средство повышения устойчивости к лазерному оружию. Разумеется, и у него есть пределы - рано или поздно, лазер расковыряет слой силиката. Но на это уйдет время, за которое можно что-то да предпринять.
(no subject) - andrej_kraft - Oct. 23rd, 2017 09:36 am (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 23rd, 2017 11:27 am (UTC) - Expand
(no subject) - andrej_kraft - Oct. 23rd, 2017 01:07 pm (UTC) - Expand
(no subject) - prostak_1982 - Oct. 23rd, 2017 12:11 pm (UTC) - Expand
ecoross1
Oct. 18th, 2017 06:17 pm (UTC)
Спасибо.
fonzeppelin
Oct. 18th, 2017 06:18 pm (UTC)
Пожалуйста) Рад, что заинтересовало!
al_datr
Oct. 18th, 2017 06:46 pm (UTC)
а на терре-3 вроде же аналогчно было?
несколько попроще,конечно, бо поворотную часть можно было в стороне от исходной оси рамещать.
интересно, как это все выглядело нп а-60...
fonzeppelin
Oct. 18th, 2017 06:56 pm (UTC)
Увы, не в курсе.
k_ilya_v
Oct. 18th, 2017 06:49 pm (UTC)
все таки удел лазеров это космос. применение их в атмосферы не эффективно и не логично
fonzeppelin
Oct. 18th, 2017 06:59 pm (UTC)
Смотря для чего. Истреблять БПЛА - для этого лазеры подходят идеально. Тратить ракету на квадрокоптерную мелочь жалко, а нагадить квадрокоптер-разведчик может похуже целого полка стратегической авиации. Пускай и косвенно.

Кроме того - "точные" операции. Вроде, например, хирургического выжигания мотора пытающегося удрать катера контрабандистов.

Ну, и еще функция - взрывать в воздухе снаряды, НУРС и мины. Современные полевые лазеры это уже вполне умеют.
(no subject) - levsha - Oct. 18th, 2017 08:50 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 18th, 2017 08:54 pm (UTC) - Expand
blinovi
Oct. 19th, 2017 07:42 am (UTC)
Расстояние фокусирования
Сорри, если глупо звучит.
Есть какой-нибудь теоретически определяемый предел расстояния в космосе на котором можно фокусировать лазерный луч заданной мощности? Например: мегаваттный лазер в космосе сфокусировать на 5см пятне можно на 1000 км и не далее. А если растояние больше, то пятно получается уже 10 см. И т.д.
fonzeppelin
Oct. 19th, 2017 08:19 am (UTC)
Нет, это совсем не глупый вопрос. Такие пределы есть для каждого конкретного лазера, безусловно - они зависят от частоты луча, качества зеркал, их формы, материала... Увы, но сказать, как это рассчитывается, я не могу - это далеко за пределами моих познаний. Приблизительная формула есть:

RT = 0.61 * D * L / RL

RT - радиус пятна на цели (в метрах)
D - дистанция стрельбы (в метрах)
L - длина волны лазера (в метрах)
RL - радиус зеркала лазера (в метрах)
(no subject) - prostak_1982 - Oct. 21st, 2017 06:32 am (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 21st, 2017 06:56 am (UTC) - Expand
(no subject) - prostak_1982 - Oct. 21st, 2017 07:24 am (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 21st, 2017 07:41 am (UTC) - Expand
(no subject) - gcugreyarea - Oct. 21st, 2017 03:26 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 21st, 2017 04:42 pm (UTC) - Expand
otnosyashhijsya
Oct. 19th, 2017 01:56 pm (UTC)
Мое некомпетентное мнение таково.
Если система отклонения луча будет весить больше чем или даже примерно столько же как сам лазер плюс начинка его башни то все начнут ставить именно что классические башни из фантастики.
Именно потому что лишнее выкидывается.
fonzeppelin
Oct. 19th, 2017 02:14 pm (UTC)
Я ОЧЕНЬ не уверен, что это будет иметь смысл хотя бы просто по соображениям маневрирования лучом и надежности.
(no subject) - otnosyashhijsya - Oct. 20th, 2017 06:34 am (UTC) - Expand
(no subject) - waryag72 - Oct. 22nd, 2017 06:13 pm (UTC) - Expand
(no subject) - fonzeppelin - Oct. 22nd, 2017 06:17 pm (UTC) - Expand
gr_diffuzor
Oct. 25th, 2017 09:39 pm (UTC)
Небольшое замечание: скорость "космических истребителей" при ненулевой манёвренности вполне может на некотором расстоянии превысить быстродействие системы наведения, как механической, так и вычислительной её части.
Более того, на космических дистанциях становится непренебрежимой задержка сигнала от цели, обусловленная конечностью скорости света.
Так что с истребителями борьба остаётся небанальной. Вот отстрел накоротке ракет/торпед- другое дело.
Так что ключевой вопрос (как и теперь, собственно)- чем вооружены "ударные леталки"?
brazo_largo
Nov. 9th, 2017 09:20 pm (UTC)
"Уничтожение отдельных лазерных турелей не приводит к снижению огневой мощи лазера. Вооруженный гигаваттным лазером космический корабль может потерять девять турелей из десяти, но пока хоть одна работает - его огневая мощь не снижается ни на йоту."
"Лазер - возможно, одна из самых трудноубиваемых систем вооружения. Боевая лазерная установка вполне может быть упрятана в бункер на глубине в километр под горным хребтом, и соединена системой тонких лучепроводов с рассредоточенными по всей округе турелями (выдвигающимися из шахт). На эффективности это не скажется."

Спорно. После того, как у космо-крейсера или наземной системы ПРО выбьют 9 из 10 турелей, они соответственно смогут вести огонь только по одной цели в один момент времени вместо десяти. А с учетом того, что лазеру надо время что бы проплавить слой абляционной защиты, это дает возможность банально задудосить оборону корабля. Хотя конечно до этого момента надо еще дожить. Так что, возможно основной целью в бою лазерных дредноутов будет уничтожение лазерных турелей противника с последующим обменом ракетными ударами.
( 57 comments — Leave a comment )

Profile

fonzeppelin
fonzeppelin

Latest Month

September 2019
S M T W T F S
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
2930     

Tags

Powered by LiveJournal.com
Designed by Tiffany Chow