«Гиперболоид инженера Гарина» и современные инновации

Продолжение. Начало в № 32

Квантовый генератор

Чарлз Хард Таунс ушёл из жизни в конце января 2015 года в Окленде (Калифорния), всего полгода не дотянув до своего столетнего юбилея. Исследования в области лазера, на которые его подвигнул русский писатель Алексей Толстой, принесли ему долгую и интересную творческую жизнь. Он являлся профессором и президентом самого инновационного в мире Массачусетского технологического института, возглавлял физический отдел Калифорнийского университета (Беркли), был избран президентом Американского физического общества.

Заняться инженерной идеей гиперболоида Таунс решил в 1951 году, когда он работал исследователем в Колумбийском университете в Нью-Йорке. Три года спустя ученый вместе с группой аспирантов разработал первое такое устройство. С тех пор лазеры получили применение практически во всех сферах повседневной жизни: от проигрывания компактных дисков, глазной хирургии и резки стали до астрономических замеров. Таунс применил методы квантовой электроники и нелинейной оптики в астрофизике и совместно с другими учёными в 1969 году открыл лазерный эффект в космосе (излучение космических молекул воды на длине волны 1,35 см). Но ещё в 1964 году исследования Таунса принесли ему Нобелевскую премию по физике, которую он разделил с российскими учеными Николаем Басовым и Александром Прохоровым, которые проводили параллельное исследование на ту же тему.

Таунс начинал свою научную карьеру в легендарной корпорации Bell Laboratories во время Второй мировой войны, где он разрабатывал радиолокационные системы бомбометания и навигационные приборы. Глубоко верующий человек, в 2005 году Таунс получил Темплтоновскую премию за свои выступления и эссе, посвященные тому, что объединяет науку и религию.

Современные лазеры

Американская корпорация Boeing совместно с ВВС США 2 сентября 2009 года на территории авиабазы Киртленд (штат Нью-Мексико) провела испытание лазерного оружия. В качестве цели был выбран неподвижный автомобиль на территории ракетного полигона White Sands. Лазер, установленный на самолёте С-130H, навели на объект, а потом уничтожили его точным выстрелом.

Ранее американские ВВС уже проводили испытание такого оружия. В августе 2009 года в рамках эксперимента лазерный комплекс, установленный на платформе лайнера "Боинг 747-400", перехватил, отследил и уничтожил учебную ракету.
Система, названная Boeing Airborne Laser (ABL), представляет собой сочетание кислородно-йодистого химического лазера мощностью около мегаватта и двух киловаттных лазеров, предназначенных для подсветки стартующих ракет. Комплекс предназначен для уничтожения тактических боеголовок, отличающихся от стратегических сокращённым радиусом действия и меньшей скоростью полёта.

После старта такой ракеты система подсветит её обычными лазерами, а затем, внеся поправки на скорость полёта, атмосферные явления и прочность ракеты, уничтожит мегаваттным лазером, расположенным в хвостовой части самолёта и направленным на цель с помощью системы зеркал, закреплённой на носу. По расчётам конструкторов, дальность действия оружия должна составить от 300 до 600 километров.

По аналогии

Интересно, что Никита Алексеевич — старший сын Алексея Толстого, возможно, вдохновлённый его романом "Гиперболоид инженера Гарина" или по другим причинам, стал выдающимся доктором физико-математических наук, профессором, лауреатом Сталинской премии 3-й степени. Последнюю награду он получил вместе с ещё одним выдающимся учёным — Пётром Петровичем Феофиловым — за создание прибора для изучения быстропротекающих физических процессов. Эта Сталинская премия была показателем того, насколько большое значение имел прибор для серьёзных военных разработок, плоды которых широко использовались уже в годы Великой Отечественной войны.

В российские Вооруженные силы поставляются первые опытные образцы лазерного оружия. Об этом, выступая недавно на юбилее Российского федерального ядерного центра — Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики, заявил заместитель министра обороны РФ Юрий Борисов. В военном ведомстве он курирует как раз вопросы, связанные с разработкой и постановкой на вооружение новых видов боевой техники. А потому сомневаться в словах замминистра не приходится.

Тем более что ранее со ссылкой на военное ведомство сообщалось, что лазерное и электромагнитное оружие может получить в качестве одного из элементов боевого оснащения будущий атомный эсминец проекта 23560 "Лидер". Речь идет об установке корабельного комплекса лазерного оружия разрушающего типа. Как подчеркивают специалисты, наличие на российском эсминце атомной энергетической установки высокой мощности должно позволить "Лидеру" применять подобное оружие весьма результативно.

Лазеры в Черном море

Лазерное оружие причисляют к оружию, основанному на так называемых "новых физических принципах". В качестве поражающего фактора здесь выступает излучение квантового генератора, обладающего высокой направленностью и большой плотностью энергии. Сам термин "лазер" происходит от аббревиатуры, сформированной по первым буквам названия "Light Amplification by Stimulated Emission Radiation" (в переводе с английского — "усиление света в результате вынужденного излучения"). Лазер обладает уникальной способностью: он мгновенно транспортирует на значительное расстояние большое количество энергии. Именно отсюда и родилось одно из его предназначений, воспетое в прозе Алексея Толстого, знаменитом "Гиперболоиде инженера Гарина", — бескомпромиссно поражать любые боевые средства противника.

В Советском Союзе разработки боевых и вспомогательных средств, основанных на данных физических принципах, не были задвинуты на второй план. В 1970-х годах в Военно-морском флоте под эгидой главкома ВМФ адмирала Сергея Горшкова проводился цикл испытаний лазерного комплекса "Аквилон", в задачи которого входило поражение оптико-электронных средств кораблей противника и других боевых средств. В октябре 1984 года с судна "Форос" в Черном море были проведены первые испытательные стрельбы из лазерной пушки. Луч лазера, выпущенный "Аквилоном", успешно поразил низколетящую ракету.

Еще одним кораблем ЧФ, также получившим лазерную установку (ее назвали "Айдар"), стал "Диксон". Конечно, не все тогда получалось у разработчиков: не хватало энергии, а запасы топлива для ее генерации требовали перестройки корпусов. К тому же, несмотря на положительные результаты, показываемые в ходе испытаний, общая боевая мощь лазеров оставляла желать лучшего. Так, во время одной из стрельб "Диксон" поразил мишень, находящуюся на дальности 4 км, однако разрушить ее не смог: почти всю энергию луча "Айдара" поглотили испарения влаги с поверхности моря. С распадом Советского Союза программы испытаний свернули, лазерные установки демонтировали (параллельно уничтожив техническую документацию), а "Форос" и "Диксон" отправили в металлолом.

А как у них?

Зарубежный опыт "лазеростроения" оказался куда богаче. Скажем, в США идея использовать лазеры для перехвата ракет рассматривалась еще в рамках программы "Звездных войн" (знаменитая Стратегическая оборонная инициатива). В последнее время Пентагон рассматривает более практичные, можно сказать, утилитарные образцы лазерного оружия. Так, испытанный в 2013 году боевой мобильный лазер HEL MD, обладающий мощностью 10 киловатт, способен уничтожать в полете минометные снаряды, а также поражать беспилотники.

В начале 2014 года Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA) испытало установку Excalibur. Она включает в себя 28 волоконных лазеров, объединенных в систему, которая способна фокусировать луч на расстоянии, превышающем 7 километров. Эксперименты DARPA показали эффективность такого масштабного лазера. Его мощности, которую планируется довести до 100 кВт, достаточно для уничтожения ракет, снарядов, БПЛА, поражения живой силы.

Боевые лазеры, судя по сообщениям из открытых источников, также разрабатывают Китай, Франция, Германия. Немецкая компания Rheinmetall три года назад продемонстрировала технологический прототип высокомощного лазера на своем опытном полигоне в Швейцарии. Испытания включали обстрел БПЛА вертикального взлета, а также поражение целей в виде макетов артиллерийских снарядов, минометных боеприпасов и неуправляемых ракет. Базой для боевых лазеров стали гусеничный БТР и автомобильное грузовое шасси. Тестовым испытаниям были подвержены оптико-электронные сенсоры беспилотника, а также стальные шары диаметром 82 мм (имитация минометного снаряда), летящие на скорости 50 м/с. Кроме того опробовали лазерную пушку, устранявшую на дистанции 70 метров преграды из колючей проволоки и разрезавшую электрокабели и мачты радаров. Сегодня Rheinmetall заявляет о своем участии в разработке лазерных систем и для военно-морских сил.

За гранью фантастики

В последние годы в России тоже наметились серьезные исследования в сфере лазерной техники, в том числе военного назначения. Безусловно, для широкой публики большинство разработок, прежде всего, имеющих отношение к оборонной тематике, скрыто под грифом "совершенно секретно". Известно лишь, что специализированная работа ведется под эгидой Института лазерно-физических исследований — одного из подразделений РФЯЦ-ВНИИЭФ. Здесь трудятся свыше 750 человек, из которых более 500 — непосредственно ученые.

С 1970-х годов в институте проводились исследования так называемых взрывных лазеров и их технологий, а также были созданы установки, на которых удалось получить уникальные результаты по физике высоких плотностей энергии. Некоторое время назад коллектив ИЛФИ был отмечен почетной грамотой Российского федерального ядерного центра: награда досталась ученым именно за работу по созданию лазерной техники для обеспечения обороноспособности страны. Как подчеркнул на церемонии награждения директор РФЯЦ доктор технических наук, профессор Валентин Костюков, "сегодня лазерно-физическое направление органично сочетает в себе вопросы развития как фундаментальной, так и прикладной военной науки".

О том, что исследования в сфере боевого применения лазеров в России не отставлено на второй план, говорит и недавний факт открытия в Северо-Кавказском федеральном университете лаборатории перспективных технологий керамики, которая поможет в разработках боевых лазеров. Целью проекта, реализуемого совместно лабораторией СКФУ, Минобрнауки России и Фондом перспективных исследований, является создание оптической керамики лазерного качества. Как подчеркивает заведующий лабораторией Павел Воронов, "стоит задача обеспечить технологическую вариативность синтеза и доступность материала для отечественных предприятий, работающих над созданием лазеров-целеуказателей, дальномеров, медицинских приборов, а также лазеров военного и промышленного применения".

Одно из перспективных направлений разработок лазерной техники — создание реактора-лазера. Как говорят в РФЯЦ, результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, а также конструкторско-технологических проработок показывают, что мощность лазерного излучения может составить от 100 кВт до нескольких мегаватт, а время работы — от нескольких секунд до непрерывного режима. Перспективные возможности российских лазеров, созданных по технологии прямого преобразования ядерной энергии в лазерное излучение, без преувеличения, выходят за рамки фантастики! Это может быть, к примеру, снабжение энергией спутников и других искусственных космических объектов, баз на темной стороне Луны, применение лазерных ракетных двигателей для старта с Земли и межпланетных полетов, очистка космоса от мусора и отработавших ядерных энергетических установок. Как отмечают в РФЯЦ, работы по созданию реакторов-лазеров проводятся впервые — как в нашей стране, так и за рубежом — и являются новым направлением современной физики, возникшим на стыке достижений в ядерной энергетике и лазерной технике.

Между тем в армии лазерные технологии в какой-то степени уже внедряются. К примеру, для обучения военнослужащих действиям в бою в комплекты полигонного оборудования уже включены лазерные имитаторы стрельбы и поражения. Эти устройства позволяют приблизить процесс обучения к реальности и даже проводить двусторонние тактические учения в звене "взвод — рота" с полной имитацией ведения огня. "Выстрелы" производятся лазерными излучателями, закрепленными на штатном стрелковом оружии и противотанковых средствах. "Поражения" регистрируются специальными фотоприемниками, закрепленными на экипировке военнослужащих.

Что касается художественного фильма, снятого по мотивам романа Алексея Толстого, то о нём нет-нет да вспоминают, обычно в очередную годовщину писателя. Впрочем, в российской кинотеке хранятся и другие работы фантастов, которые пытались силой своего таланта и воображения заглянуть в будущее. Думается, такие картины вполне достойны быть показанными на каком-либо отечественном фестивале фантастического кино. В мировой практике существует немало примеров того, как прочитанное на страницах книг однажды становилось явью, подтверждая веками проверенную истину о том, что в этом мире ничего невозможного нет, и воплощение мечты — это дело времени и, конечно же, общего приложения сил.

«Прогресс Приморья», № 33 (397) от 15.09.2016 г.

Подготовила Марина Благодатская

Добавить комментарий

Опрос:

В каком состоянии, по-вашему, находится машиностроение Приморского края?

Архив