Người ta tin rằng môi trường tốt nhất cho việc sử dụng vũ khí laser (LW) là ngoài không gian. Một mặt, điều này là hợp lý: trong không gian, bức xạ laser có thể lan truyền thực tế mà không bị nhiễu bởi khí quyển, điều kiện thời tiết, các chướng ngại vật tự nhiên và nhân tạo. Mặt khác, có những yếu tố làm phức tạp đáng kể việc sử dụng vũ khí laser trong không gian.
Đặc điểm của hoạt động của laser trong không gian
Trở ngại đầu tiên đối với việc sử dụng laser công suất cao ngoài không gian là hiệu suất của chúng, lên đến 50% cho các sản phẩm tốt nhất, 50% còn lại dành cho việc đốt nóng laser và các thiết bị xung quanh của nó.
Ngay cả trong các điều kiện của bầu khí quyển của hành tinh - trên đất liền, trên mặt nước, dưới nước và trong không khí, vẫn có những vấn đề với việc làm mát các tia laser mạnh. Tuy nhiên, khả năng làm mát thiết bị trên hành tinh cao hơn nhiều so với trong không gian, vì trong chân không, việc truyền nhiệt thừa mà không mất khối lượng chỉ có thể thực hiện được với sự trợ giúp của bức xạ điện từ.
Làm mát trên mặt nước và dưới nước của LO dễ dàng tổ chức nhất - nó có thể được thực hiện bằng nước biển. Trên mặt đất, bạn có thể sử dụng các bộ tản nhiệt lớn với khả năng tản nhiệt vào bầu khí quyển. Hàng không có thể sử dụng luồng không khí đang bay tới để làm mát máy bay.
Trong không gian, để loại bỏ nhiệt, bộ làm mát tản nhiệt được sử dụng ở dạng ống có gân nối với các tấm hình trụ hoặc hình nón với chất làm mát lưu thông trong đó. Với sự gia tăng sức mạnh của vũ khí laser, kích thước và khối lượng của bộ làm mát bộ tản nhiệt, cần thiết cho việc làm mát của nó, tăng lên, hơn nữa, khối lượng và đặc biệt là kích thước của bộ làm mát bộ tản nhiệt có thể vượt quá đáng kể khối lượng và kích thước của chính vũ khí laser.
Trong laser chiến đấu quỹ đạo của Liên Xô "Skif", được lên kế hoạch phóng lên quỹ đạo bằng tên lửa tàu sân bay siêu nặng "Energia", một loại laser động khí đã được sử dụng, việc làm mát chúng rất có thể sẽ được thực hiện bằng sự phóng ra của một chất lỏng làm việc. Ngoài ra, nguồn cung cấp hạn chế của chất lỏng hoạt động trên tàu khó có thể cung cấp khả năng hoạt động lâu dài của laser.
Nguồn năng lượng
Trở ngại thứ hai là nhu cầu cung cấp vũ khí laser với nguồn năng lượng mạnh mẽ. Không thể triển khai tuabin khí hoặc động cơ diesel trong không gian; chúng cần nhiều nhiên liệu và thậm chí nhiều chất ôxy hóa hơn, các tia laser hóa học với trữ lượng hạn chế của chất lỏng hoạt động không phải là lựa chọn tốt nhất để bố trí trong không gian. Vẫn còn hai lựa chọn - cung cấp năng lượng cho laser thể rắn / sợi quang / lỏng, trong đó có thể sử dụng pin năng lượng mặt trời với bộ tích điện đệm hoặc nhà máy điện hạt nhân (NPP), hoặc laser bơm trực tiếp bằng các mảnh phân hạch hạt nhân (laser bơm hạt nhân) có thể được sử dụng.
Mạch laser lò phản ứng
Là một phần của công việc được thực hiện tại Hoa Kỳ trong khuôn khổ chương trình Boing YAL-1, một tia laser 14 megawatt được cho là sẽ được sử dụng để tiêu diệt các tên lửa đạn đạo xuyên lục địa (ICBM) ở khoảng cách 600 km. Trên thực tế, công suất khoảng 1 megawatt đã đạt được, trong khi các mục tiêu huấn luyện bị bắn trúng ở khoảng cách 250 km. Do đó, công suất khoảng 1 megawatt có thể được sử dụng làm cơ sở cho vũ khí laser không gian, chẳng hạn, có khả năng hoạt động từ quỹ đạo tham chiếu thấp chống lại các mục tiêu trên bề mặt Trái đất hoặc chống lại các mục tiêu tương đối xa trong không gian (chúng ta đang không xem xét một máy bay được thiết kế để chiếu sáng »Cảm biến).
Với hiệu suất laser là 50%, để thu được 1 MW bức xạ laser, cần cung cấp 2 MW năng lượng điện cho laser (thực tế là nhiều hơn, vì vẫn cần đảm bảo hoạt động của thiết bị phụ trợ và làm mát hệ thống). Có thể nhận được năng lượng như vậy bằng cách sử dụng các tấm pin mặt trời không? Ví dụ, các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) tạo ra từ 84 đến 120 kW điện. Có thể dễ dàng ước tính kích thước của các tấm pin mặt trời để có được công suất được chỉ định từ các hình ảnh chụp của ISS. Một thiết kế có khả năng cung cấp năng lượng cho một tia laser 1 MW sẽ rất lớn và yêu cầu tính di động tối thiểu.
Bạn có thể coi cụm pin là nguồn cung cấp năng lượng cho tia laser cực mạnh trên các thiết bị di động (trong mọi trường hợp, nó sẽ được yêu cầu làm bộ đệm cho pin năng lượng mặt trời). Mật độ năng lượng của pin lithium có thể đạt 300 W * h / kg, tức là để cung cấp tia laser 1 MW với hiệu suất 50%, pin nặng khoảng 7 tấn cần cho 1 giờ hoạt động liên tục bằng điện. Nó có vẻ sẽ không quá nhiều? Nhưng nếu tính đến nhu cầu bố trí các cấu trúc đỡ, thiết bị điện tử đi kèm, các thiết bị duy trì chế độ nhiệt độ của pin, khối lượng của pin đệm sẽ xấp xỉ 14-15 tấn. Ngoài ra, pin sẽ có vấn đề trong hoạt động trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt và chân không - một phần đáng kể năng lượng sẽ bị "tiêu hao" để đảm bảo tuổi thọ của chính pin. Tệ hơn hết, việc hỏng một tế bào pin có thể dẫn đến hỏng hoặc thậm chí gây nổ toàn bộ pin, cùng với tia laser và tàu vũ trụ.
Việc sử dụng các thiết bị lưu trữ năng lượng đáng tin cậy hơn, thuận tiện từ quan điểm hoạt động của chúng trong không gian, rất có thể sẽ dẫn đến sự gia tăng lớn hơn về khối lượng và kích thước của cấu trúc do mật độ năng lượng của chúng thấp hơn về W * h / Kilôgam.
Tuy nhiên, nếu chúng tôi không đặt ra các yêu cầu đối với vũ khí laser trong nhiều giờ làm việc, nhưng sử dụng LR để giải quyết các vấn đề đặc biệt phát sinh vài ngày một lần và yêu cầu thời gian hoạt động của laser không quá năm phút, thì điều này sẽ dẫn đến một đơn giản hóa pin. … Pin có thể được sạc lại từ các tấm pin mặt trời, kích thước của chúng sẽ là một trong những yếu tố hạn chế tần suất sử dụng vũ khí laser
Một giải pháp triệt để hơn là sử dụng nhà máy điện hạt nhân. Hiện tại, tàu vũ trụ sử dụng máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTGs). Ưu điểm của chúng là thiết kế tương đối đơn giản, nhược điểm là công suất điện thấp, tốt nhất là vài trăm watt.
Tại Mỹ, một nguyên mẫu của Kilopower RTG đầy hứa hẹn đang được thử nghiệm, trong đó Uranium-235 được sử dụng làm nhiên liệu, các ống dẫn nhiệt natri được sử dụng để loại bỏ nhiệt và nhiệt được chuyển thành điện bằng động cơ Stirling. Trong nguyên mẫu lò phản ứng Kilopower công suất 1 kilowatt đã đạt hiệu suất khá cao khoảng 30%, mẫu cuối cùng lò phản ứng hạt nhân Kilopower nên liên tục sản xuất 10 kilowatt điện trong 10 năm.
Mạch cung cấp năng lượng của LR với một hoặc hai lò phản ứng Kilopower và thiết bị lưu trữ năng lượng đệm đã có thể hoạt động, cung cấp hoạt động định kỳ của tia laser 1 MW ở chế độ chiến đấu trong khoảng năm phút, vài ngày một lần, thông qua pin đệm
Ở Nga, một nhà máy điện hạt nhân với công suất điện khoảng 1 MW đang được tạo ra cho một mô-đun vận tải và năng lượng (TEM), cũng như các nhà máy điện hạt nhân phát nhiệt dựa trên dự án Hercules với công suất điện từ 5-10 MW.. Các nhà máy điện hạt nhân kiểu này có thể cung cấp năng lượng cho vũ khí laser mà không cần trung gian dưới dạng pin đệm, tuy nhiên, việc chế tạo chúng phải đối mặt với những vấn đề lớn, về nguyên tắc không có gì đáng ngạc nhiên, do tính mới của các giải pháp kỹ thuật, các chi tiết cụ thể của môi trường hoạt động và không thể thực hiện các thử nghiệm chuyên sâu. Các nhà máy điện hạt nhân không gian là một chủ đề cho một loại vật liệu riêng biệt, mà chúng tôi chắc chắn sẽ quay trở lại.
Như trong trường hợp làm mát vũ khí laser mạnh, việc sử dụng nhà máy điện hạt nhân loại này hay loại khác cũng đặt ra yêu cầu làm mát tăng lên. Tủ lạnh-bộ tản nhiệt là một trong những yếu tố quan trọng nhất về khối lượng và kích thước, các phần tử của nhà máy điện, tỷ trọng khối lượng của chúng, tùy thuộc vào loại và công suất của nhà máy điện hạt nhân, có thể dao động từ 30% đến 70%.
Có thể giảm yêu cầu làm mát bằng cách giảm tần số và thời gian hoạt động của vũ khí laser và bằng cách sử dụng NPP loại RTG công suất tương đối thấp, sạc lại bộ lưu trữ năng lượng đệm
Đặc biệt lưu ý là vị trí đặt các tia laser được bơm hạt nhân trên quỹ đạo, không cần nguồn điện bên ngoài, vì tia laser được bơm trực tiếp bởi các sản phẩm của phản ứng hạt nhân. Mặt khác, laser bơm hạt nhân cũng sẽ yêu cầu hệ thống làm mát lớn, mặt khác, sơ đồ chuyển đổi trực tiếp năng lượng hạt nhân thành bức xạ laser có thể đơn giản hơn so với chuyển đổi trung gian nhiệt do lò phản ứng hạt nhân giải phóng thành năng lượng điện., điều này sẽ kéo theo sự giảm kích thước và trọng lượng tương ứng của sản phẩm.
Do đó, việc không có bầu khí quyển ngăn cản sự lan truyền bức xạ laser trên Trái đất làm phức tạp đáng kể việc thiết kế vũ khí laser không gian, chủ yếu là về hệ thống làm mát. Cung cấp vũ khí laser không gian bằng điện không phải là một vấn đề nhỏ.
Có thể giả định rằng ở giai đoạn đầu, khoảng những năm ba mươi của thế kỷ XXI, một vũ khí laser sẽ xuất hiện trong không gian, có khả năng hoạt động trong một thời gian giới hạn - theo thứ tự vài phút, với nhu cầu nạp lại năng lượng sau đó các đơn vị lưu trữ trong một khoảng thời gian đủ dài trong vài ngày
Như vậy, trước mắt không cần nói đến việc sử dụng ồ ạt vũ khí laser "chống lại hàng trăm tên lửa đạn đạo". Vũ khí laser với các khả năng tiên tiến sẽ xuất hiện không sớm hơn các nhà máy điện hạt nhân cấp megawatt sẽ được tạo ra và thử nghiệm. Và chi phí của các tàu vũ trụ thuộc lớp này rất khó dự đoán. Ngoài ra, nếu chúng ta nói về các hoạt động quân sự trong không gian, thì có những giải pháp kỹ thuật và chiến thuật có thể làm giảm phần lớn hiệu quả của vũ khí laser trong không gian.
Tuy nhiên, vũ khí laser, ngay cả những vũ khí bị giới hạn về thời gian hoạt động liên tục và tần suất sử dụng, có thể trở thành một công cụ thiết yếu cho chiến tranh trong và ngoài không gian.
