БОЕВЫЕ ЛАЗЕРЫ КАК МИРОВОЙ ТРЕНД В РАЗРАБОТКАХ ОРУЖИЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

С учетом необходимости противодействия новым видам угроз, где традиционные системы вооружений и военной техники (ВВТ) оказываются все менее эффективными, военные возлагают все больше надежд на использование боевых лазеров. В этой связи представляет интерес современное состояние и перспективы создания эффективных образцов этого оружия, использующего в качестве поражающего средства лазерный луч, его реальные сильные и слабые стороны.

         Могут ли лазеры заменить существующие традиционные виды вооружений и когда это может произойти – пока сказать сложно. Вместе с тем, с учетом стремительного роста этого научного направления, можно говорить о реальных достижениях в этой области, разработке и испытаниях реальных технологических демонстраторов будущих боевых лазеров.

Первые реальные научные исследования в отношении возможности военного применения лазеров начали проводить в США и СССР в середине 50-х гг ХХ века. Тогда же ученые начали первые эксперименты с принципиально новым перспективным, по мнению военных, направлением видом «супероружия». В США при этом использовали газовые лазеры, где в качестве рабочего тела использовался углекислый газ. Однако в связи с рассеиванием пучка излучения и низкими коэффициентами конверсии энергии использовать лазер в качестве оружия использование лазера в качестве оружия исключалось.

Преодолеть указанные трудности удалось только к середине 70-х гг. благодаря созданию химического газового лазера с рабочим телом в виде оксида йода или оксида дейтерия. Это ускорило процесс исследований и стало ключевым элементом при создании в ВВС США специальной системы под наименованием YAL-1.

Во времена президентства Рональда Рейгана она служила в качестве одного из элементов широко известной программы Стратегической Оборонной Инициативы (СОИ), объявленной 23 марта 1983 года с целью создания научно-технического задела для разработки широкомасштабной системы ПРО с элементами космического базирования. Эта программа также известна как «звездные войны». В ходе испытаний удалось перехватить и уничтожить  несколько БПЛА и ракет, в т.ч. БР и даже ракет класса «воздух-воздух» AIM-9 Sidewinder.

Правда, некоторые источники скептически оценивали  эти успехи, тем более, что вскоре программу закрыли. Но несмотря на официаьное закрытие, результаты экспериментов оказались востребованы и дали толчок более масштабным исследованиям в области лазерной техники. Прежде всего, это касалось поиска путей создания эффективных систем ПВО-ПРО с возможностью гарантированного перехвата атакующих ракет.

В 1978 году в рамках Объединенной программы ВМС США состоялись испытания, в ходе которых химический лазер, наводившийся на цель системой Hughes Navy Pointer/Tracker, успешно перехватил в полете и уничтожил противотанковую управляемую ракету TOW, a лазер MIRACL (MidInfrared Advanced Chemicаl Laser) – воздушную цель-мишень BQM-34 Vandal. Это был настоящий успех.

Эксперименты с улучшенным химическим лазером инфракрасного диапазона  MIRACL показали возможность создания лазера на флюориде дейтерия, способного развить мощность до 1 мВт  в течение 70 сек. Более поздняя версия лазера имела выходную мощность до 2,2 мВт и на испытаниях в 1985 г. успешно разрушила на статических испытаниях БР, находившуюся в 1 км от лазерной пушки.

Наряду с этим, были сделаны и другие качественные  открытия. В середине 70-х гг. начали появляться технологии лазеров на свободных электронах FEL (Free Electron Laser) с ускорением электронов практически до скорости света с последующим преобразованием энергии в переменном магнитном поле. Эта технология позволила выбирать для высокоэнергетических лазеров наиболее оптимальную длину волны в зависимости от условий среды распространения.

Сегодня в большинстве исследований в США используют высокоэнергетический лазер очень большой мощности HEL (High Energy Laser). Несмотря на то, что он уступает в мощности своим химическим/газовым аналогам и имеет худшие условия распространения лазерного излучения в различных средах, он более практичен для нормальной работы. Так, HEL требуется наличие только эффективного силового агрегата и системы охлаждения. Это как раз те условия, которые целиком  устраивают военных.

Интенсивные исследования потенциальных возможностей боевых лазеров вновь активизировались в начале ХХІ столетия. В свою очередь, повышенный интерес к новому виду оружия обусловил довольно динамичное развитие и исследования в различных областях физики, химии, математики, электроники, механики и высокоэффективных источников энергии.

Существенное влияние на это оказали и геополитические изменения (международный кризис, локальные войны, политическая нестабильность во многих регионах мира), возникновение новых видов угроз (терроризм, гибридная война), быстрое развитие новых военных технологий (беспилотные системы, высокоточное оперативно-тактическое оружие, системы разведки, управления и передачи данны, а также РЭБ).

К этому можно добавить также понимание того, что традиционные системы, основанные на химических источниках энергии (порох, ракетное топливо) достигли предела своей эффективности и больше не имеют резервов для дальнейшего развития и совершенства.

Главным достижением от использования новейших технологий стало существенное увеличение точности и когерентности пучка лазерного излучения. С одной стороны, это связано с необходимостью поражения малых и маневренных воздушных целей (БПЛА, артиллерийские снаряды, минометные мины), имеющих широкий диапазон скоростей, а с другой – с необходимостью перехвата и быстрой выдачи данных для стрельбы. Причем этот процесс занимает намного меньше времени и является намного более сложным, чем традиционных системах ВВТ.

         Качественно новое оружие потребовало и определения соответствующих требований. Лазерное излучение имеет принципиальные отличия от обычного света и вырабатывается  в рамках упорядоченного процесса принудительной эмисии. Лазер излучает когерентный монохроматичный свет в виде параллельного пучка направленной энергии. Лазерное излучение распространяется со скоростью фотонов (расстояние в 100 км преодолевает за 1/3 тыс доли секунды), что в 24 000 ÷25 000 раз превышает скорость современных ракет и является убедительным аргументом в пользу развития боевых лазеров.

Когерентность генерируемого лазерного света представляет собой пространственно-временное упорядочение составляющих его электро-магнитных осцилляций и является важнейшим преимуществом лазера. Считается, что средняя величина энергии излучения, необходимой для испарения 1 cм3 материала, должна составлять порядка 100÷200 кДж. Вместе с тем, если принять, что для уничтожения цели достаточным будет ограничиться инициацией разогрева ее наиболее уязвимых элементов, затраты будут меньше примерно в 5 раз для стали и до 23 – для олова. Для легковоспламеняющихся материалов и оптических приспособлений затраты будут еще ниже.

В этой связи, современная философия применения лазерного оружия предполагает не полное уничтожение потенциальной цели, а на поражении ее наиболее уязвимых и чувствительных элементов (топливо, оптоэлектронный блок, система управления и т.п.). Уничтожение или повреждение  последних должно повлечь за собой  повреждение или уничтожение цели.

Создание лазерного пучка большой плотности на больших дистанциях требует наличия длиннофокусных и соответственно, быстрозаменяемых оптических систем либо очень эффективных систем охлаждения линз и зеркал. Минимальный диаметр пучка излучения, по оценкам ученых, должен быть не менее 100 мм, в то время, как время реакции – не более 6 секунд (для систем типа C-RAM соответственно, 60 мм и до 20 секунд). При этом в процессе распространения в атмосфере лазерный луч (пучок) находится под сильным воздействием различных внешних факторов, как кратко- так и долговременных. К тому же, в условиях атмосферы излучение теряет часть мощности вследствие процессов рассеивания и  поглощения.

К тому же, остаются нерешенными и некоторые технические проблемы, например, в части  наведения на цель. Так, для выделения на поверхности потенциальной цели условной точки (пятна) диаметром 80 мм и одновременного сохранения неизменности положения лазерного пучка  в пространстве в пределах 20÷30 мм в период освежения, равный 1 мс (для цели, удаленной на 5000 м и двигающейся со скоростью 10 км/сек), требуется точность наведения лазерной пушки в пределах нескольких микрорадиан. Для этого требуются высокоточные системы обнаружения целей и наведения. В этой связи направление пучка лазерного излучения на заданную цель и удержание в пределах определенных параметров составляет сегодня одну из основных проблем, требующих решения.

Большая мощность лазерного импульса позволяет сократить время уничтожения цели и снизить затраты на нагревание атмосферы. Последнее связано с созданием лазерным пучком пути в условиях низкой видимости, дымки, облачности и т.п.

Благодаря уникальным свойствам, лазерное оружие рассматривается военными в качестве универсального, способного решаль широкий круг задач как оборонительного, так и наступательного  характера. При этом оно может применяться в различных средах и боевых условиях.

Лазерные системы не имеют отдачи при выстреле, в отличие от традиционных систем оружия. Его отличает универсальность по целям, которые могут поражаться в очень короткие промежутки времени, а также гибкость в применении (т.е. помимо уничтожения возможна нейтрализация цели путем вывода из строя или «ослепления» ее электроники). Наконец, лазерное оружие не лимитировано наличием боеприпасов (заодно исключаются вопросы их производства, доставки и хранения). Работоспособность системы в этом плане ограничивается только наличием источника энергии и системы охлаждения.

От тактических лазерных систем требуется высокая мобильность, эффективная дальность поражения цели не менее 3000 м, высокие характеристики по обнаружению и сопровождению маневренных воздушных целей плюс возможность выполнения как минимум, 25-50 лазерных выстрелов в ходе одной миссии.

В частности, от разрабатываемой системы ПВО-ПРО типа VSHORAD (Германия), основанной на использовании боевых лазеров, требуется поражать цели на дистанциях от 1500-6000 м. Однако в настоящее время как раз этот параметр – возможная эффективная дальность поражения целей – и является ограничением. Другим недостатком или слабым местом является уязвимость оптического блока лазера от загрязнения или коррозии.

         Представляют интерес также взгляды военных и ученых на  направления дальнейших исследований и потенциальных направлений использования боевых лазеров. Например, тактическое применение лазера типа THEL в настоящее время рассматривается прежде всего для поражения всего спектра целей типа C-RAMM (Counter Rocket, Artillery, Mortar , Missile) – ракет, артиллерийских и минометных снарядов, баллистических ракет, а также относительно тихоходных воздушных целей.

Разработка таких систем ведется сегодня сразу в нескольких странах, в т.ч. в США, Германии и Израиле. Речь идет о создании химического лазера  на фториде дейтерия в стационарной и мобильной версиях. Предварительные испытания дали позитивные результаты по перехвату и уничтожению, например, минометных мин. Правда, пока не удается повысить скорострельность системы.

Несколько иную задачу решали американские концерны Boeing i Northrop Grumman, работавшие в рамках программы создания технологического демонстратора высокоэнергетического лазера  HEL TD (High Energy Laser Technology Demonstrator). В марте 2017 г. демонстратор мобильной лазерной системы, смотированной на базе стандартного армейского грузовика HEMTT, передали для проведения всесторонних испытаний в реальных условиях.

Назначение системы HEL TD – поражение целей типа C-RAMM, БПЛА, а также мин заграждения, взрывоопасных предметов и импровизированных взрывных устройств (UXO/C-IED), систем разведки и передачи данных, атакующих крылатых ракет или артиллерийских снарядов на безопасном расстоянии. Иначе говоря, новая система должна быть максимально универсальной наряду с низкими эксплуатационными затратами.

Уже первые испытания показали возможность развития лазером мощности до 58кВт за счет объединения в одном пучке нескольких отдельных лазерных лучей.

Демонстратор лазерной боевой системы LSD (Laser Weapon System Demonstrator) стал развитием программы по созданию прототипа боевого лазера для ВМС США MLD (Martime Laser Demonstration), реализованной концерном Northrop Grumman на базе твердотельного лазера. Исследовательская программа состоит из трех этапов и предусматривает создание боевого лазера мощностью 150 кВт, с обеспечением его электроэнергией от стандартной бортовой сети корабля.  Первый контракт на выполнение работ предусматривает финансирование в объеме 125 млн долларов, сроком на 34 месяца.

В числе  других программ следует отметить  JHPSSL (Joint High Power Solid State Laser), предусматривающую создание наземных и морских версий 100-кВт твердотельных боевых лазеров с электрическим питанием, а также боевую систему  Laser Weapon System (LaWS), т.е. лазер мощностью 30 кВт класса  AN/SEQ-3 (XN-1). Последний в 2017 г. успешно прошел испытания на борту десантного корабля-дока ВМС США USS «Ponce», во время которых успешно  поразил воздушную и морскую цели. Известно о планах начала серийного производства таких лазеров в США, начиная с 2020 года.

По оценкам специалистов, новое оружие отличается высокой надежностью и эффективностью, намного превысив все ожидания.  Результаты данных испытаний и практический опыт  эксплуатации лазерного оружия будут положены в основу очередной американской программы исследований в области твердотельных лазеров Solid State Laser Technology Maturation (SSL-TM).

Наряду с указанными разработками, в США продолжаются также исследования в части адаптации лазерного оружия к потребностям боевой авиации. Так, исследовательская лаборатория ВВС США активно работает сегодня над созданием передовой системы самообороны боевых летательных аппаратов, основанной на лазерных системах. Речь идет о создании технологического демонстратора высокоэнергетического лазера самообороны  SHIELD (Self Protect High Energy Laser Demonstrator),  задачей которого станет уничтожение атакующих ракет класса «воздух-воздух».

SHIELD можно рассматривать в качестве первой в своем роде активной системы самообороны самолетов, как боевых, так и транспортных в зоне боевых действий. Первая фаза проекта предусматривает создание уже в 2019 году устройства, основанного на использовании лазера средней мощности. Вторая фаза (2021 г.) предусматривает создание передовой системы уже на базе лазера большой мощности с возможностью использования его не только для обороны, но также и для наступательных действий.

На первом этапе, кроме химического/газового лазера, также рассматривается возможность использования лазера на свободных электронах. Одним из основных вопросов в проекте будет создание высокоэффективного и  высокопродуктивного источника энергии на борту самолета для питания лазера во время полета. При этом  необходимо будет совратить его массу и размеры, интегрировав с остальными бортовыми системами управления и передачи данных.

Высокоэнергетические твердотельные лазеры SSHEL (Solid State High Energy Laser) обладают намного лучшими характеристиками, чем их химические аналоги, но в то же время, их стоимость намного выше. Поэтому развитие этого направления требует использования технологий глубокой миниатюризации элементов. В этой связи часть экспертов полагает, что конечный результат может и не оправдать высоких затрат. вартість.

Лазерная система ПВО самообороны LADS (Laser Area Defense System), разработана концерном Raytheon для замены существующего артиллерийского комплекса ПВО самообороны CIWS Phalanx. LADS должна обеспечить более высокую универсальность применения системы против более широкого спектра угроз, иметь более высокую дальность действия. Его преимуществом будет отсутствие необходимости резервировать место и объемы для хранения боекомплекта, который в силу специфики лазеров будет неограниченным.

Одним из мировых разработчиков лазерного оружия является Китай.  По оценкам американских экспертов, высокоэнергетическими системами в КНР занимаются до 30% из 10000 институтов и организаций.

В 2015 г. китайская компания «Цзююань» провела первые успешные испытания лазерной системы перехвата маловысотных воздушных целей. Известно, что система способна в течение 5 сек. обнаружить и уничтожить малозаметную подвижную цель, имеющую скорость до 50 км/час на высотах до 500 м. Дальность действия системы составляет 2 км (в пределах радиуса действия сверхмалых БПЛА).

В начале 2017 г. сообщалось о создании в Китае самого мощного в мире ультрафиолетового лазера на свободных электронах DCLS, работающего в  «вакуумной» части ультрафиолетового диапазона.

Тогда же сообщалось и о создании в Китае мобильного наземного лазерного комплекса «Silent Hunter», использующего лазер мощностью от 30 до 100 кВт. Максимальная дальность действия составляет 4000 м. На базе этого лазера создается более мощная версия для перехвата ракет.

Наряду с этим, известно о разработке в Китае вариантов лазерного стрелкового оружия, в т.ч. нелетального действия.

В России испытаны лазерные системы воздушного и наземного базирования (программа А-60) в интересах ПВО-ПРО, но все работы засекречены.        Российский концерн «Алмаз-Антей» работает над созданием мобильного боевого лазера на базе газодинамического аналога на углекислом газе. Боевой лазер будет смонтирован на колесной платформе.

В свою очередь, немецкий концерн Rheinmetall уже несколько лет разрабатывает стационарный и мобильный (на колесном шасси)  варианты высокоэнергетического лазерного оружия HELS (High Energy Laser System) мощностью от 5 до 50 кВт.  Особенностью разработки является широкое использование коммерческих волоконно-оптических источников лазерного излучения и технологии наложения пучков BST (Beam Superimposing Technology).

В настоящее время используются волоконно-оптические источники лазерного излучения, работающие в инфра-красном диапазоне на частотах 1060 – 1080 нм и сочетают в себе высокую мощность, качество пуска и надежность. Генерируемая энергия здесь передается на оптический резонатор и блок сопровождения цели посредством световода. Лазерный пучок формируется блоками BFU. Система предназначена прежде всего для борьбы с БПЛА, вертолетами, другими воздушными целями, в т.ч. типа C-RAMM и управляемыми противотанковыми ракетами.

Продолжаются исследования в части возможности использования системы HEL на боевых кораблях. Кроме названных выше, здесь предполагается поражать также скоростные надводные цели, прежде всего, катера пиратов и контрабандистов.  Такой волоконно-оптический лазер мощностью в 10 кВт был успешно испытан на одном из кораблей ВМС, поразив намеченную учебную цель диаметом до 20 мм на дальности в 1000 м. А лазер мощностью в 30 кВт уничтожил цель на дальности свыше 3000 м.

Один из демонстраторов был установлен на колесном БТР GTK Boxer, с питанием электроэнергией от стандартной сети этой машины. Запаса энергии хватает на 1000 выстрелов с 2-3 паузами, что соответствует 30-минутной непрерывной стрельбе обычных систем. После этого аккумуляторы машины нуждаются в подзарядке.

Преимуществом системы HELS является универсальность и модульность конструкции, что позволяет интегрировать ее с различными платформами или системами ВиВТ. В свою очередь, планируется постепенное создание системы суммарной мощностью в 80 кВт (фактически это будут 4 объединенных между собой лазера мощностью по 20 кВт). Также предполагается довести стоимость одного выстрела до 1 євро.

Наряду с этим, совершенствуется система обнаружения и анализа данных, уменьшаются эксплуатационные затраты, обеспечивается парктически бесшумная работа системы и ее высокая скрытность от всех видов существующих на сегодня технических средств разведки (исключая сам момент выстрела).

Немецкая компания MBDA Deutschland также осуществляет испытания варианта боевого лазера вместе с автоматическим, независимым сенсором сопровождения цели и передачи данных. Сенсор  будет преобразовывать первичные приблизительные данные о положении и элементах движения цели в точные.

Исследования, начатые в 2008 году на химическом/газовом лазере, в дальнейшем продолжили уже на оптико-волоконном аналоге. В ходе испытаний  прежние линзы заменили на зеркальные системы, исходя из их технического совершенства и большего соответствия для применения в лазерных системах мощностью в 100 – 150 кВт. Данная система смонтирована  на 20-футовом контейнере вместе с лазерной головкой кругового обзора. Сервоприводы управления лазерами и зеркалами формируют единый пучок излучения, наводимый на цель. Назначением такой лазерной пушки является уничтожение малых, скоростных и маневренных целей. В дальнейшем предполагается работать в направлении снижения размеров системы и увеличения мощности излучения.

Британский консорциум Dragonfire firm вместе с МBDA UK также проводит проектно-исследовательские разработки и испытания высокоэнергетических лазеров. На эти цели МО Великобритании выделило 30 млн фунтов стерлингов. Завершение создания технологического демонстратора ожидается в 2018 году с тем, чтобы в 2019 году провести полный цикл испытаний. Новая система предназначена для использования в наземных войсках и на флоте.

Силы обороны Израиля планируют принять на вооружение лазерную боевую систему Iron Beam, разработанную концерном Rafael и предназначенную для уничтожения целей типа C-RAMM. Комплекс включает два твердотельных лазера, РЛС и пост управления.

Собственную разработку в области высокоэнергетических лазеров  — Yüksek Güçlü Lazer Silah Sistemi (YGLSS) – осуществляет турецкая фирма SAVAG совместно с концерном ASELSAN   и университетом Bilkent (Анкара).

Система успешно прошла первые лабораторные испытания и принципиально подтвердила возможность применения ее для поражения движущихся целей. В дальнейшем предполагается закупить за рубежем прототип боевого лазера и интегрировать его с турецкими ВиВТ.  После этого  прототип будет заменен на отечественный аналог, производство которого должно занять до 2-х лет.

С 2011 г. собственные разработкт в области создания боевых лазеров начала также Индия. Там уже создана экспериментальная установка, которая в 2017 г. начала прохождение первых испытаний. В настоящее время удалось достичь дальности действия до 800 м., что считается явно недостаточным для реальных условий.

         Созданию лазерного оружия          должны также соответствовать экономические предпосылки. Так, стоимость существующих сегодня традиционных ВВТ можно оценить на основе методов экономического анализа.  Так, стоимость самолета –истребителя на рынке вооружений составляет в среднем 60÷80 млн USD, крилатой ракеты — 2 млн USD, a БПЛА класса микро или мини — от 200 тыс до 1 млн USD (в зависимости от категории и оснащения). Стоимость артиллерийских систем колеблется от 1000 до нескольких сот тысяч USD.

С другой стороны, современные системы борьбы с ними, например, снаряд PAC-3,  стоит даже 6 млн USD, стоимость ракеты Tamir  израильского комплекса ПРО Iron Dome оценивается примерно от 30 до 50 тыс USD, a один залп системы самообороны, основанной на 35-мм орудиях с современными  боеприпасами типа AHEAD стоит около 20 тыс USD (в случае уничтожения целей типа C-RAM стоимость возрастает до 70 тыс. USD).

В то же время, стоимость одного выстрела лазерной пушки, установленной на американском корабле-доке USS «Ponce», сосатвляет менее одного доллара!

На исследования, разработку и испытания лазерной системы LaWS (Laser Weapon System) ВМС США израсходовали до 40 млн USD. Это относитеьно небольшая сумма в сравнении с аналогичными разработками в сфере традиционных ВВТ. Также стоит отметить, что в процессе разработки лазерной техники широко используются уже апробированные коммерческие решения и технологии гражданского рынка.

         Таким образом, на основании изложенного можно сделать следующие выводы.

Боевые лазерные системы сегодня все еще пребывают в состоянии развития. Но уже первые испытания на практике показали высокую эффективность и соответствие потребностям вооруженных сил. В то же время, для повышения эффективности применения лазеров в военном деле следует решить целый ряд не только технологических вопросов (освоение новых технологий), но и разработать концепцию исполльзования этого нового вида оружия. Предстоит разработать также тактику использования боевых лазеров, определить условия эксплуатации и меры безопасности. Быстрое развитие технологий дает все основания полагать, что процесс совершенствования нового оружия будет осуществляться достаточно быстро.

С другой стороны, хотя в отдаленной перспективе новое оружие пока не заменит большинство из существующих сегодня видов ВВТ, уже понятно, что оно придает войскам не только совершенно новые  уникальные боевые возможности, но и значительно повышает возможности существующих видов вооружений.

В частности, в экспертном сообществе полагают, что лазерное оружие будет играть исключительно важную роль прежде всего в качестве средства ПВО-ПРО, эффективно дополняя существующие традиционные системы.

В то же время, как оказалось, лазеры пока не в состоянии поражать скоростные воздушные цели (7М),  крылатые ракеты с малой ЭПР и малозаметные для РЛС. К тому же, некоторые современные конструктивные материалы, такие, как композиты на углеродной основе, малоуязвимы для лазерного излучения. В таком случае вся надежда возлагается на разогрев лазерами внутренностей ракеты в надежде  вывести ее из строя. Однако такое решение потребует еще больших затрат энергии и/или увеличения времени лазерного освежения цели.

Владимир Заблоцкий,

эксперт ИКК Defense Express