Променева зброя

30 травня 2019 року

Дмитро Демиденко

Приватний консультант генетика, молекулярна та клітинна біологія, біотехнології, розробка лікарських препаратів, Київ, Україна

Променева зброя (Directed Energy Weapons) у вигляді лазерів, все частіше з’являється в полі зору широкої публіки але у режимі секретності вона створюється і використовується, в основному, на мікрохвильових і ультразвукових частотах, вже біля 50 років і встановлюється в основному на штучних супутниках Землі. Розвиток наземної променевої зброї пов'язаний з необхідністю захисту від супутників інших країн, які виконують шпигунські функції і можуть вражати небажані об'єкти на поверхні Землі, використовуючи променеву зброю, встановлену на них, здатну руйнувати чутливі елементи будь-якого цивільного чи військового обладнання, і здатну впливати на мозок людей.

Лауреати Нобелівської премії з фізики 1964 року Ч. Таунс, М. Басов та О. Прохоров «За фундаментальні роботи в області квантової електроніки, що призвели до створення випромінювачів та підсилювачів на лазерно-мазерному принципі» [1, 2, 3] скоріш за все не уявляли, що їхнє відкриття дасть можливість створити принципово нову зброю, здатну майже миттєво вражати ціль. Насамперед це були саме мазери (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation - MASER). Перший мазер був побудований Ч. Таунсом, Д. Гордоном, та Г. Цейгером в Колумбійському університеті в 1953 році [1], який працював на аміаку й давав випромінювання на частоті близько 24 ГГц, не видимій для ока людини (людське око сприймає частоти в діапазоні 429 — 750 ТГц ).

Чарлз Гард Таунс

(1915-2015)

США

½ премії

Басов

Микола Геннадійович

(1922-2001)

СРСР

¼ премії

Прохоров Олександр Михайлович

(1916-2002)

СРСР

¼ премії

Когерентно випромінююче джерело світла видимого діапазону, в якому би різні атоми випромінювали хвилі узгоджено, тобто з однаковими частотами, фазами, поляризацією і напрямком поширення вперше вдалося реалізувати в кінці 1960 року А. Джаваном, У. Беннетом і Д. Герріотом. Так був створений першим газовий (гелій-неоновий) лазер (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - LASER). Того ж року, в серпні у одному з найвідоміших світових наукових журналів «Nature» [4] T. Мейман представив результати, які свідчили, що створений перший твердотільний квантовий генератор - рубіновий лазер.

Довідка: Видиме світло від Сонця це суміш випромінюваня різних частот, фаз і поляризацій, яке утворюється внаслідок злиття у ядрі Сонця ядер атомів водню з утворенням атомів гелію через великі тиск і температуру (теоретично близько 15 млн. градусів Цельсія), які є наслідком великої сили гравітації на Сонці, яка в свою чергу є наслідком великої маси цієї зірки, що складає 99,87% маси всієї сонячної системи [5]. Згаданий вище процес злиття ядер атомів одних елементів з утворенням інших і виділенням великої кількості енергії у вигляді випромінювання називається термоядерною реакцією. Людські очі бачать лише видиму частину випромінювання сонця в діапазоні частот (f) 429 — 750 ТГц (Тера Герц), або іншими словами в діапазоні довжин хвиль (λ) від 780—380 нм (нанометрів)(формула перерахунку λ=υ/f, де λ –довжина хвилі, с – фазова швидкість (у даному випадку – швидкість світла с), f- частота). Також сонце випромінює в невидимих людському оку діапазонах – радіо, інфрачервоному, ультрафіолетовому і рентгенівському.

Взято з [6]

До незасекречених прикладів променевої зброї можна віднести наступні:

Система LaWS (Laser Weapons System), створена в США [7].

(Фото John F. Williams, ВМС США )

Комплекс «Пєрєсвєт», розроблений в Федеральному ядерному центрі в Сарові [8, 9, 10, 11, 12].

Російський лазерний комплекс «Пересвет» [9]

Комплекси Китаю для створення завад роботі супутників та літакам потенційного військового противника [13, 14], і розробку лазерної гвинтівки ZKZM-500 [15], створеної в Сіаньському Інституті оптики і точної механіки Китайської академії наук.

Лазерна гвинтівка ZKZM-500, розроблена в Інституті оптики і точної механіки [15]

Знімок екрану з відео [16, див також 17]

Якщо розмірковувати про необхідну потужність лазерів, то потрібно враховувати наступні фізичні закономірності. При енергії 1 Дж, яка зосереджена в інтервалі часу 1 с, потужність випромінювання складатиме всього 1 Вт (1 Ват - це енергія (1 Джоуль) за 1 с). Але якщо ми будемо скорочувати тривалість лазерного імпульсу, при незмінній енергії 1 Дж, то при тривалості 1 мс (в 1 тис. разів менше 1 с) ми вже матимемо 10 000 Вт, а при 10 мкс (в 1 млн. разів менше 1 с) – 10 000 000 Вт. А при збільшенні енергії до 1000 Дж і зменшенні тривалості імпульсу до 10 нс (в 1 млрд. разів менше 1 с) потужність досягне 10 000 000 000 Вт. Адже відомо [18], що при потужності 100 000 Вт/кв.см залізна поверхня починає плавитись.

Також при поширені електромагнітного випромінювання інтенсивність (Вт/кв.м) самого випромінювання зменшується відповідно до закону Бугера-Ламберта-Бера за експоненційним законом і залежить від багатьох факторів: довжини хвилі, атмосферного тиску, вологості, температури та інших природних чинників. Лазери створюють такими, які б випромінювали у «вікнах прозорості» атмосфери, але навіть у цих вікнах прозорості атмосфера послаблює інтенсивність променя. Для наближених розрахунків можна прийняти, що (із врахуванням власного поглинання, молекулярного розсіювання, аерозольного розсіювання, атмосферних опадів), втрати інтенсивності можуть сягати 100 разів на відстанях більші за 1 км [19].

Оцінка необхідної вихідної потужності, використовуючи закон Бугера-Ламберта-Бера, дає наступний результат. При відстані до цілі приблизно 1000 м для досягнення питомої потужності 100 кВт/кв.см вихідна потужність має становити 10 000 000 Вт. Щоб оцінити масштаб системи, яка має виробляти таку потужність, можна порівняти її з потужністю Рівненської АЕС, яка за відкритими даними [20] генерує потужність 2 835 000 000 Вт. Тобто, необхідна потужність всього в приблизно 200 разів меньша за потужність атомної електростанції. Це означає, що на сучасному рівні технологій при відсутністі достатньо компактних високоефективних засобів зберігання енергії, і компактних потужних випромінювачів, лазерне озброєння має доволі обмежене застосування (див. вище). Проте сучасні технології не стоять на місці, а якщо врахувати експоненційний розвиток технологій, то, можливо, в недалекому майбутньому ми будемо свідками створення більш ефективної лазерної зброї.

Протокол Женевської конвенції 1980 року забороняє використовувати лазерну зброю для повного і невідновленого ушкодження зору людини, проте часткове/тимчасове ушкодження не є під забороною. У поки усі сильні країни світу працюють у напрямку подальшого розвитку лазерного озброєння, Україні дістається роль полігону [21] і мішені.


Що стосується захисту від променевої зброї, то найкращими з них є сама променева зброя і засоби її знищення .

(При написанні статті автор користувався консультаціями Романа Редько, старшого наукового співробітника Лабораторії фізико-технологічних проблем твердотільної НВЧ електроніки Інституту фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України.)

Список літератури:

1. Gordon, Zeiger, and Townes, Phys. Rev. 95, 282 (1954).

2. N. G. Bassov and A. M. Prokhorov, J. Exptl. Theoret. Phys. (U.S.S.R.) 27, 431 (1954).

3. N. G. Bassov and A. M. Prokhorov, Proc. Acad. of Sciences (U.S.S.R.) 101, 47 (1945)

4. T.H. Maiman, “Stimulated Optical Radiation in Ruby”, Nature, vol. 187, 493–494 (1960).

6. Електромагнітне випромінювання. Вікіпедія. (http://bit.ly/2Xaarn5)

7. AN/SEQ-3 Laser Weapon System, Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/AN/SEQ-3_Laser_Weapon_System)

8. Watch the US Navy's laser weapon in action, CNN, YouTube, Jul 17, 2017, (https://www.youtube.com/watch?v=tyUh_xSjvXQ).

9. 8 Insane Future Military LASER WEAPONS, Freeze Lists, YouTube, Dec 21, 2016 (https://www.youtube.com/watch?v=Yn-_oWl_x90)


10. Добьет ли "Пересвет" до цели, Независимая Газета, 5 грудня 2018 (http://www.ng.ru/armies/2018-12-05/2_7456_target.html)

11. Лазер "Пересвет" заступил на боевое дежурство в России. Что это за система?, Русская Служба BBC, 5 грудня 2018 (https://www.bbc.com/russian/features-46452274).

12. Боевой лазерный комплекс «Пересвет» глазами зарубежной прессы, Военное Обозрение, 12 грудня 2018 року (https://topwar.ru/151101-boevoj-lazernyj-kompleks-peresvet-glazami-zarubezhnoj-pressy.html)

13. Chalenges to security in space, USA Defense Intelligence Agency, січень, 2019 (https://www.dia.mil/Portals/27/Documents/News/Military%20Power%20Publications/Space_Threat_V14_020119_sm.pdf)

14. Laser From Chinese Base Aimed at U.S. Military Pilots In Africa’s Skies, Pentagon Charges, Wall Street Journal, 3 травня, 2018, (https://www.wsj.com/articles/laser-from-chinese-base-aimed-at-u-s-military-pilots-in-africas-skies-pentagon-charges-1525351775)

15. China brings Star Wars to life with ‘laser AK-47’ that can set fire to targets a kilometre away, South China Morning Post, 1 липня, 2018 (https://www.scmp.com/news/china/diplomacy-defence/article/2153310/china-brings-star-wars-life-laser-ak-47-could-set-fire)

16. Chinese ‘Star Wars’ laser weapon appears to set fire to objects at a distance, South China Morning Post, 4 липня, 2018 (https://www.scmp.com/video/offbeat/2153779/chinese-star-wars-laser-weapon-appears-set-fire-objects-distance)

17. Science calls bullshit on China's 'AK-47 laser gun', Big Think, 2 липня, 2018, (https://bigthink.com/news/we-call-bullshit-on-that-chinese-army-laser-gun-thats-making-the-rounds).

18. Федоров Б.Ф. Лазери. Основы устройства и применение. –М.:ДОСААФ, 1988.-190 с.

19. Назаров В.Н., Балашов И.Ф. Энергетическая оценка импульсных лазерных дальномеров. Электронный учебник по дисциплине: "Специальные оптические приборы"

20. Рівненська атомна електростанція, Вікіпедія (http://bit.ly/2EDB3ph).

21. Російські окупанти застосували на Донбасі лазерну зброю, Еспресо ТБ, 9 лютого, 2019 (https://espreso.tv/news/2019/02/09/rosiyski_okupanty_zastosuvaly_na_donbasi_lazernu_zbroyu)


Більше корисних матеріалів:

- D.L. Carroll, Overview of High Energy Lasers: Past, Present, and Future?, 42nd AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference (http://www.magenlaoref.org.il/Carroll-AIAA-2011-3102-383.pdf)

- Olson M, History of Laser Weapon Research, Naval Surface Warfare Center, Dahlgren Division,Corporate Communication, C6,6149 Welsh Road, Suite 239, Dahlgren, VA, 22448-5130 (https://pdfs.semanticscholar.org/3043/1906ceb269c09ae08f68076368a183a0a27f.pdf)


попередня стаття/наступна стаття