Прежде всего специалисты обратили внимание на свойства лазерного луча. Ну как же! Многие, наверное, читали роман АЛ. Толстого "Гиперболоид инженера Гарина" и мечтали о подобном всесокрушающем оружии. И вот оно появилось – в 60–е годы XX века были запатентованы первые конструкции квантовых генераторов, выбрасывающие узкий, практически не рассеивающийся световой луч.
Лиха беда – начало
Правда, первые квантовые генераторы, названные впоследствии лазерами, имели очень небольшую мощность. Но лиха беда – начало... Ходили слухи, что Советский Союз не только разработал прототипы лучевого оружия, по и опробовал его во вьетнамо–китайской войне 1979 года.
В США тоже имелись многочисленные разработки в этой области. Так, в 1972 году одна из фирм сообщила о создании лазера, способного резать листы дюралюминия толщиной несколько сантиметров со скоростью 2–3 м в минуту.
В конце 70–х годов мощности химических лазеров достигли нескольких мегаватт (1 МВт = 1.000.000 Вт), и появилась возможность использовать их в качестве новых видов оружия, предназначенного для "наземного" использования – поражения самолетов и ракет в атмосфере, уничтожения машин, бронетранспортеров и кораблей противника.
Некоторые фантасты представляют себе гиперболоид XXI века таким
С начала 80–х годов ВВС США начали разработку мощного лазера, предназначенного для установки на самолете. В 1983 году во время испытания лазера мощностью 400 кВт, установленного на одном из самолетов, были сбиты 5 ракет типа "Сайдвиндер" на расстоянии в 10–20 км. Аналогичный лазер был разработан и для военно–морского флота США.
Как только позволила технология, американцы начали планировать создание космических оборонительных систем. В июне 1983 года было сформировано Космическое командование ВМС США, а в январе 1984 года президент Рейган подписал директиву Совета национальной безопасности о проведении исследований по противоракетным системам космического базирования. Так за океаном были сделаны первые шаги по осуществлению программы СОИ – стратегической оборонной инициативы.
Ну а что происходило в это время у нас?..
Молния в кармане
...Его придумали писатели–фантасты. Вспомните, во многих романах жанра "фэнтази" первопроходцы других планет вооружены бластерами. Молнии, вылетающие из них, без устали поражают всевозможных чудовищ и страшилищ. А уж если начинает работать главная фотонная пушка межпланетного корабля, то вокруг горит все и вся. Даже горы плавятся под этим всесокрушающим лучом.
Недавно стало известно, что фантазии писателей ученые и инженеры попытались реализовать на практике в своих секретных лабораториях и конструкторских бюро. И вот что из этого получилось...
Сначала в открытую печать просочились сведения о создании бластера, стреляющего молниями. Его изобретатель, академик Российской академии естественных наук Ремилий Авраменко, продемонстрировал журналистам небольшую коробочку с батарейкой, откуда вылетал тонкий синий луч, прожигающий бритвенное лезвие.
В комментарии к демонстрации изобретатель скупо сообщил, что еще в 60–х годах советский физик Аскарьян обнаружил, что при некоторых условиях луч лазера способен самофокусироваться. Такой сверхсфокусированный луч прожигает воздух, и в нем появляется плазменный жгут. Обычно длина его составляет десятки метров. Авраменко предложил на плазменный жгут наложить сильное электрическое поле, в результате чего плазма якобы "отрывается от источника излучения и крушит все вокруг!
С помощью своего изобретения Авраменко пообещал создать вокруг Москвы сверхнадежную противоракетную оборону, какая американцам и не снилась... Но прошло уже около двух десятков лет, а дело, похоже, так и не сдвинулось с мертвой точки.
Реально действующие системы разработаны другими людьми.
Вот, например, опытный образец лазерного пистолета. Он похож на игрушечную копию огнестрельного. Собирался этот "бластер" от начала до конца вручную в одной из лабораторий знаменитой "Дзержинки" – Военно–инженерной академии имени Ф. Э. Дзержинского в Москве.
Изыскивая возможность обойтись без громоздких аккумуляторов, разработчики вспомнили идею инженера Гарина и решили использовать одноразовые лампы–вспышки, поджигаемые электрической искрой. Они сгорают за сотую долю секунды при температуре в 5000°С, давая интенсивный пучок излучения. Причем лампы в лазерном пистолете размещаются там же, где в обычном – патроны, так же подаются в ствол и, будучи использованными, выбрасываются, как отработавшие гильзы. Используя одну обойму, можно сделать 8 лазерных выстрелов–вспышек.
Мобильный лазерный технологический комплекс
Все расчеты "на убойность" делались с оглядкой на стандартное огнестрельное оружие ближнего боя. Ослепить и обжечь пистолет может на расстоянии до 20 м. Если стрелять в упор, тем более в темноте, когда максимально раскрыт зрачок (глаз усиливает световой сигнал иногда более чем в тысячу раз), слепота окажется необратимой: сгорит глазное дно. Это показали испытания, проведенные на кроликах.
Изобрел этот пистолетный лазер Борис Николаевич Дуванов, профессор Военно–инженерной академии имени Ф. Э. Дзержинского. Долгое время об этом мало кто знал, кроме узкого круга специалистов. Ныне разработку частично рассекретили, и мы можем добавить, что сверхлегкий и бесшумный пистолет Дуванова в различных модификациях может пригодиться не только специальным антитеррористическим подразделениям, но и обычному обывателю – в качестве оружия личной обороны. А кроме того, столь портативное устройство можно сделать даже в виде обыкновенной ручки – современные гибкие световоды позволяют замаскировать лазерное оружие под что угодно. Разрабатывался проект размещения таких лазеров и в самолете, внутри кабины пилотов, чтобы суметь при необходимости вовремя ослепить возможных угонщиков.
А с помощью особой насадки за несколько минут лазерный пистолет из боевого оружия превращается в медицинский инструмент. Ведь на поле боя основной причиной гибели солдат является не само ранение, а кровопотеря. Лазерным лучом обученный санитар, а то и товарищ раненого может на месте мгновенно прижечь разорванные сосуды.
К сожалению, серийное производство лазерных пистолетов так и не началось. В музее академии лежат лишь опытные образцы.
Еще одна сказка о золотой рыбке
В последнее лето XX века мне довелось побывать в Крыму, в Севастополе. Первое впечатление: город тонет, как оставленный без присмотра корабль. Русские понимают, что рано или поздно им придется отсюда уходить. А украинцы не знают, что им делать с наследством, нежданно–негаданно доставшимся при дележе Черноморского флота. На этом фоне весьма показательна судьба корабля "Диксон", о котором рассказал мне один севастополец, пожелавший остаться неназванным.
– Ты завтра уедешь, а мне тут еще жить, – пояснил он свою просьбу. – И как завтра дела обернутся, одному Богу ведомо...
Такова присказка. А вот вам и сама сказка.
Весной 1983 года президент США Рональд Рейган оповестил мир о планах размещения на околоземной орбите спутников–перехватчиков. Они предназначались для уничтожения на начальной траектории полета советских баллистических межконтинентальных ракет. Программа, как известно, получила название "Стратегическая оборонная инициатива", или сокращенно СОИ.
Между тем в СССР к тому времени уже несколько лет велись работы по созданию космического вооружения, в том числе орбитальных лазерных установок. В 1970–1980 годах в Советском Союзе было даже построено несколько экспериментальных образцов космических лазерных пушек, предназначенных для уничтожения на орбите Земли американских спутников–перехватчиков.
Одна из экспериментальных боевых машин, вооруженная лазером
Схема одного из вариантов ведения "звездных войн"
Однако все существующие установки требовали стационарного источника энергоснабжения и не отвечали главному требованию военного космоса – полной автономности. Тогда для отработки автономности одну из пушек, или, как она значилась по документам, "мощную силовую установку" (МСУ), решили опробовать на надводном корабле.
При этом, говорят, некоторые эксперты ссылались на тот исторический факт, что впервые идея лучевого оружия была испробованы именно на флоте. "Вспомните, как житель Сиракуз Архимед придумал поджечь римский флот с помощью солнечных "зайчиком", отраженных многими зеркалами, – говорили они. – Так что первый опыт по этой части у флота уже есть..."
Так или иначе, боевой лазер поручили испытывать Военно–Морскому Флоту СССР. Ну а выбор моряков пал на сухогруз вспомогательного флота "Диксон". Судно имело водоизмещение 5500 т, длину 150 м и скорость 12 узлов (22,2 км/ч). Эти характеристики, а также конструктивные особенности судна отлично подходили для монтажа нового оборудования и проведения испытаний. К тому же для пущей секретности за кораблем оставили его прежнее название и безобидную классификацию "сухогруз".
И вот в начале 1978 года "Диксон" прибыл на судостроительный завод в Ленинграде. Работы по его переоборудованию проходили под руководством сотрудников конструкторского бюро "Невское". Параллельно на Калужском турбинном заводе началась сборка лазерной пушки, Она должна была стать самой мощной из существующих в СССР боевых лазерных установок.
Как водилось в ту пору, все работы получили гриф секретности и нейтральное название "Тема "Айдар". Однако непосредственные участники этого проекта окрестили его "золотой рыбкой", поскольку стоил он бешеных денег – сотни миллионов тогдашних советских рублей.
Например, разработка адаптивного отражателя – нечто вроде вогнутого зеркала диаметром 30 см, с помощью которого лазерный луч планировалось направлять на врага, стоила около 2 млн советских рублей. На его изготовление целое производственное объединение потратило полгода. Причем необходимая идеальная поверхность была достигнута особой ручной шлифовкой, которую день за днем осуществляли специально отобранные работницы предприятия.
Отражатель оснастили специально разработанной для него ЭВМ. Компьютер отслеживал состояние поверхности отражателя с точностью до 1 мкм. Если компьютер обнаруживал искажения, он мгновенно подавал команду, и прикрепленные к днищу отражателя 48 толкателей начинали давить на днище отражателя, выправляя его с точностью до микрона.
А чтобы отражатель не перегревался после контакта с лучом, к нему прикрепили специальную подкладку из дорогостоящего бериллия. В подкладке были высверлены тончайшие капилляры, по которым перекачивался сорокаградусный раствор спирта. Поначалу на подготовку одного выстрела уходило до 400 л, однако расход резко сократился после того, как нрач популярно объяснил команде, насколько прсден бериллий для организма.
И конце 1979 года бывший сухогруз переполи на Черное море, в Феодосию. В Крыму ни судоремонтном заводе им. Орджоникидзе был произведен окончательный монтаж пушки и систем управления. Там же на корабль нришмл постоянный экипаж – моряки и шесть сотрудников КГБ. И корабль пошел в Севастополь.
Вопреки старой морской традиции приход на новое место базирования прошел тихо – без традиционного оркестра и застолья. "Диксон" поставили особняком даже от боевых кораблей. Несколькими днями раньше подходы к пирсу обнесли бетонным забором высотой четыре метра, поверх которого натянули проволоку и пустили ток. На пирс, а тем более на корабль пускали только по спецпропускам строго ограниченный круг лиц.
Летом 1980 года "Диксон" вышел на испытания и произвел выстрел с дистанции 4 км по специальной мишени, расположенной на берегу. Оттуда доложили по радио: "Есть попадание!" Однако ни самого луча, ни разрушений мишени никто из наблюдателей не увидел. Попадание вместе со скачком температуры зафиксировал лишь установленный на мишени тепловой датчик, поскольку КПД луча составил всего лишь 5%. Все остальное "съели" испарения влаги с поверхности моря, неоднородности атмосферы и т.д. Тем не менее "наверх" было доложено: результаты стрельб обнадеживают. Ведь систему разрабатывали для космоса, где, как известно, полный вакуум.
Правда, испытания охладили амбиции военных, мечтавших установить лазерные гиперболоиды чуть ли не на каждый корабль. Помимо низких боевых характеристик, система оказалась громоздкой и сложной в эксплуатации. Хотя выстрел длился всего 0,9 секунды, на подготовку пушки уходило более суток.
Ученым удалось повысить боевую мощь лазера (боевой луч внутри так называемого луча просветления), который уже мог прожигать обшивку самолета на дистанции 400 м, и все же дальнейшие работы были свернуты к 1985 году.
О спецмиссии "Диксона" забыли. И во время раздела Черноморского флота он достался Украине.
"Лучи смерти" все–таки существуют...
Разработка портативного и автономного лазерного оружия – лишь отдельные эпизоды обширной программы создания эффективно действующих боевых лазерных систем. Иногда говорят, что 76 млрд долларов, потраченных на нее американцами с 1980 года по сегодняшний день, пропали зря. На самом деле программа США под другими названиями, например "Глобальная система защиты от пусков ракет третьих стран", продолжается и поныне.
Программу СОИ забыли все, кроме военных. Впрочем, нужно признать, что отдельные аспекты ее вполне могут пригодиться землянам. Так, недавно в Москву и открытый ныне Арзамас–16 приезжал создатель водородной бомбы Эдвард Теллер, ныне один из главных в мире авторитетов по лазерному оружию. Цель его визита – убедить наших ученых в необходимости совместной с американцами работы по созданию рентгеновского лазера с ядерной накачкой на случай угрозы уничтожения Земли каким–нибудь астероидом.
Поражение ракеты посредством лазера, установленного на самолете
Правда, пока не существует настолько мощных лазерных систем, чтобы они могли сбить баллистическую ракету на расстоянии до 1000 км, а тем более куда более массивные астероиды на дистанции в десятки тысяч километров. Однако создание таких систем, полагают эксперты, – вопрос времени и денег. Причем и того и другого нужно не так уж много – около 10 лет и десяток–другой миллиардов долларов.
Существуют несколько прототипов лазерного оружия. Во–первых, успешно испытана и, возможно, скоро будет принята в серийное производство наземная система уничтожения ракет "земля – воздух". С ее помощью даже относительно маломощным лазером можно вывести из строя чувствительную электронику и тем самым превратить ракету в бесполезную болванку.
Испытывается также химический лазер, который предполагалось разместить на "Боинге". Планируется, что такой самолет на большом расстоянии сможет уничтожать ядерные ракеты сразу после их старта. Проводились эксперименты и с межконтинентальными ракетами: мощный лазер наземного базировании с химической накачкой навели на стоящую на полигоне межконтинентальную баллистическую ракету "Титан", и она разлетелась на куски.
Псе это происходит в Соединенных Штатах Америки. Ну а что у нас? Мы не откроем военной тайны, если, скажем, что с появлением мощных газодинамических лазеров наши ученые создали мобильный лазерный технологический комплекс MЛTK–50, являющийся всего лишь модификацией подобной военной разработки.
Выглядит эта штука достаточно впечатляюще. Она устанавливается на двух модулях–платформах, изготовленных на базе серийных автоприцепов Челябинского завода. На первой платформе размещается генератор лазерного излучения, включающий в себя блок оптического резонатора и газоразрядную камеру. Здесь же расположены система формирования и наведения луча и кабина управления, откуда ведется программное или ручное наведение и фокусировка. На второй платформе находятся элементы газодинамического тракта: авиационный турбореактивный двигатель Р29–300, используемый в качестве источника энергии, устройство выхлопа и шумоглушения, емкость для сжиженной углекислоты, топливные баки и другие устройства.
Как полагают некоторые эксперты, именно эта система (точнее, ее военный аналог) и имелась в виду, когда шел разговор об "асимметричном ответе". Во всяком случае, когда это очередное "русской чудо" – CO2–лазер мощностью 1 МВт был продемонстрирован американским конгрессменам, он произвел на них должное впечатление. Ведь даже гражданский аналог способен резать корабельную сталь до 120 мм толщиной на расстоянии в 30 м!
Лазеры бывают разные
Разрушающее воздействие лазерного излучения основано прежде всего на тепловом нагреве; при этом прожигаются топливные баки ракеты, выходит из строя электроника систем управления. Наносит вред и ударная ("шоковая") волна, которая возникает при попадании на поверхность ракеты импульсного лазерного излучения. Она опять–таки выводит ил строя электронику и системы наведения ракеты, а также может повлечь детонацию взрывчатого вещества в боеголовке.
Применение пассивных мер защиты (зеркальных и поглощающих покрытий, экранов и т. п.) значительно снижает поражающее воздействие излучения низких энергий. Но все "то становится бесполезным при повышении мощности лазерного излучения. Поэтому–то ученые и конструкторы старались увеличить мощность лазерного импульса.
В 1967 году был разработан первый газодинамический лазер, который продемонстрировал возможность использования лазеров как оружия. Основные его элементы: камера сгорания, в которой образуется горячий газ; система сверхзвуковых сопел, после прохождения которых газ, быстро расширяясь, охлаждается, накапливая энергию; оптическая полость, где непосредственно происходит генерация лазерного излучения. В этой полости перпендикулярно потоку газа расположены два плоских зеркала, образующих оптический резонатор.
Запущенный световой луч сначала мечется между двумя зеркалами, постепенно наращивая свою мощь за счет подкачки энергией от горючего газа. Превысив некоторый порог, он высыпается наружу, сметая все на своем пути...
Примерно так же устроены химический и электроразрядный лазеры: в них также через резонатор с большой скоростью прокачивается "возбужденная" рабочая смесь, только источником возбуждения является соответственно химическая реакция или электрический разряд. Наиболее подходящим для поражения боеголовок в космическом пространстве считается химический лазер, использующий реакцию водорода с фтором. Если же в этом лазере вместо водорода использовать его тяжелый изотоп дейтерий, то излучение будет иметь длину волны не 2,7, а 3,8 мкм. Говоря проще, оно попадет в "окно прозрачности" атмосферы (3,6–4,0 мкм) и сможет с наименьшими потерями достигать земной поверхности.
С точки зрения фокусировки луча более предпочтительными являются оптические и ультрафиолетовые лазеры. Наиболее перспективными среди них считаются эксимерные лазеры на молекулах фтористого аргона и фтористого криптона. Такие молекулы–эксимеры могут существовать только в возбужденном состоянии: после излучения световых частиц – фотонов они разрушаются. Излучение этих лазеров находится в диапазоне от 2000 до 3000 ангстрем, и земная атмосфера для него непрозрачна. Поэтому подобные лазеры предполагалось использовать лишь для поражения объектов в космическом пространстве.
Внешним источником энергии для эксимерных лазеров должен был служить электрический разряд, пучок ускоренных электронов, поток нейтронов от ядерного реактора или даже, возможно, от ядерного взрыва.
Самый серьезный недостаток всех газовых приборов – большое выделение тепла в их рабочем объеме. Проще говоря, лазер разогревается настолько, что может сжечь сам себя, а это ограничивает повышение его мощности.
Более перспективным считается лазер на свободных электронах. В нем нет камеры сгорания, и усиление излучения происходит за счет его взаимодействия с пучком электронов, движущимся в периодическом магнитном поле. К тому же частота генерации у лазера на свободных электронах может перестраиваться и широком диапазоне – от миллиметровой до ультрафиолетовой области спектра; защититься от такого излучения гораздо сложнее.
Стремление использовать в лазерном оружии коротковолновое излучение связано с тем, что оно хорошо поглощается любыми материалами. Например, титановое покрытие почти полностью отражает тепловое инфракрасное излучение, но поглощает ультрафиолет.
Под лучом рентгена
Особую роль в планах "звездных войн" – именно так по аналогии с известным фильмом американского режиссера Лукасса окрестили журналисты планы военных развернуть боевые действия в космосе – играет проект рентгеновского лазера с накачкой энергией от ядерного взрыва.
Идея использовать рентгеновское и гамма–излучение в лазерах давно привлекает внимание ученых. В науке применение таких лазеров поможет исследователям расшифровать объемную структуру молекул и атомов.
Воздействуя на атомы и их ядра строго дозированными порциями энергии – квантами, – ученые смогут изучать и направленным образом изменять структуру атомных ядер. Тщательно подобрав частоту излучения, можно раскачивать и разрывать определенные связи в ядре и осуществлять таким образом самые невероятные ядерные превращения.
Схема рентгеновского лазера: 1 – следящий телескоп; 2 – кожух; 3 – система наведения и двигательная установка; 4 – лазерные стержни; 5 – ядерная бомба
По всей вероятности, оптические лазеры найдут применение и в хирургии, и в спутниковой связи, и во многих других областях народного хозяйства. Поэтому уже более 20 лет ученые пытаются создать рентгеновский лазер мирного назначения.
Скажем, в 1984 году в США был произведен эксперимент с использованием в качестве источника накачки мощного двухлучевого оптического лазера "Наветт", созданного в Ливерморской национальной лаборатории. Каждый луч лазера имел плотность мощности 5–1013 Вт/см2 при импульсе длительностью 4,5–1010 с.
Проще говоря, в фокусе лазера помещалась мишень – тончайшая пленка размером 0,1x1,1 см из селена или иттрия. Так вот, луч такой мощности полностью испарял мишень, создавая плазму из ионов этих металлов.
Дальнейшее существенное уменьшение длины волны (а оно необходимо, чтобы пучок излучения меньше расходился в стороны – иначе боевой лазер будет малоэффективен) требует таких огромных плотностей энергии накачки, которые достигаются только при порывах ядерных зарядов.
Работы в этом направлении ведутся в Линерморской лаборатории под руководством уже упоминавшегося Э. Теллера. Испытания проводятся во время подземных ядерных взрывов на полигоне в штате Невада. Расчеты показывают, что для поражения межконтинентальной баллистической ракеты, то есть для получения плотности энергии, скажем, 10 кДж/см2 на расстоянии 1000 км, в импульсе такого лазера должна быть сосредоточена энергия около 1010 Дж. Для этого в качестве источника энергии потребуется взрыв мощностью около 1015 Дж. То есть энергия, равная взрыву 200 тысяч тонн тротиловой взрывчатки!
Принципиальных ограничений на создание рентгеновского лазера с ядерной накачкой нет. Он обещает стать очень компактным прибором (с вероятной массой около 1 т), доступным для вывода в космос одной ракетой, что сделает его малоуязвимым оружием...