КАРТА САЙТА
  ПОИСК
полнотекстовый поиск
ФОРУМ ВИДЕО
ИГРЫ: НОВЫЕ    0-9 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z А-В Г-З И-М Н-П Р-Я

ОРУЖЕЙНАЯ ПАЛАТА

Опубликовано в журнале
«Лучшие компьютерные игры»
№5 (90) май 2009
вид для печати

Лучевое оружие

Вейнтрауб взялся за штурвалы и прильнул к окуляру видоискателя.

—  Начинаю слева, — сказал он.

Мюленберг видел в бинокль маленькое стадо, медленно двигавшееся к западу. Внезапно две овцы, передние, судорожно закинув голову кверху, метнулись назад, расталкивая остальных, и вытянулись неподвижно на земле. Оставшиеся панически бросились в стороны, затем устремились вперед. Невидимый луч настиг их одну за другой.

Ю. Долгушин, «Генератор чудес»

Римляне осаждали Сиракузы два года, но немногочисленный гарнизон города сражался храбро, а нападающие то и дело сталкивались с неприятными сюрпризами. Едва ли не главной надеждой греков был их выдающийся соотечественник — Архимед. Ему приписывают создание множества механизмов, повергавших в трепет нападающих, но наиболее известна история о том, как он при помощи зеркал сжег римские корабли. Правда это или нет — нам с вами еще предстоит разобраться, но можно уверенно утверждать, что идея поражения врага не снарядом, а «чистой» энергией с тех пор стала популярной. Посмотрим, как она эволюционировала за две с лишним тысячи лет.

Архимед — правда или вымысел?

Вот таким зеркальцем Архимед сжег флот римлян? Господин художник, идите учить оптику.

Существует широко известная легенда о первом практическом применении лучевого оружия, которое состоялось в 212 году до н.э. во время осады Сиракуз римлянами. Согласно ей, Архимед смог создать зеркальный гелиоконцентратор, при помощи которого на расстоянии полета стрелы был сожжен римский флот.

Следует отметить, что такое необычное оружие должно было привлечь внимание современников Архимеда. Однако ни одного подтвержденного упоминания современников об этом событии истории неизвестно. Не упоминали о нем и такие заметные деятели античности, как Полибий, Тит Ливий, и Плутарх — люди, которые описывали штурм Сиракуз и внимание которых непременно привлекла бы подобная военная техника. Первые два исторически зафиксированных упоминания об «архимедовом зеркале» появились почти через четыреста лет после смерти Архимеда. Автором одного из них был человек, весьма далекий и от науки в целом, и от математики в частности, — греческий сатирик Лукиан из Самосаты. Однако и Лукиан не изложил свои соображения на бумаге, а всего лишь озвучил их в шутливой речи, посвященной открытию бани. Второй документ, содержащий упоминание о «зеркале Архимеда», был трактатом «О здоровье» римского врача Галена, который был не менее далек от математики и техники. Описывая пожар, Гален рассказал, что стена здания загорелась от жара пламени, и добавил: «Таким же образом, говорят, и Архимед поджег триремы врага зажигательными зеркалами».

Здесь стоит отметить, что с момента первых упоминаний, не изобилующих деталями и носящих сугубо «декоративный» характер, легенда обросла весьма подозрительными подробностями. Согласно одним, Архимед использовал параболическое зеркало. Другие же сводились к тому, что было задействовано множество плоских зеркал, наведенных так, чтобы их отраженные пучки света совпали на поджигаемой поверхности. Кто-то утверждал, что зеркала наводили греческие солдаты на стенах Сиракуз, а кто-то склонялся к идее жестко закрепленных на подвижной раме зеркал, наводимых одним человеком.

Клавдий Гален, античный медик
Лукиан из Самосаты. Судя по хитрому виду, он сам придумал байку про Архимеда.

В принципе, с точки зрения геометрической оптики второй вариант — частный случай первого, поскольку параболоид вращения можно представить как предельный переход такой системы зеркал при диаметре отдельных зеркал, стремящемся к нулю, и их количестве, стремящемся к бесконечности. Но вариант с параболическим зеркалом вообще не выдерживает критики, поскольку, во-первых, параболоид вращения с фокусным расстоянием в сотню метров даже современными средствами создать затруднительно, а во-вторых, оптические свойства параболы были открыты и описаны в III веке нашей эры греческим математиком Паппом Александрийским. Это, кстати, весьма важный аргумент против гипотезы «параболического концентратора».

Византийский математик и архитектор VI века Анфимий в сочинении «О чудесных механизмах» рассмотрел вариант с большим количеством плоских зеркал, отражающих свет в одну точку. Число зеркал, необходимых для воспламенения дерева, он определил равным 24. Однако простейший подсчет, основанный на знании максимальной удельной мощности солнечного излучения на уровне моря (0,1 Вт/см²), показывает, что при двадцати четырех зеркалах будет достигнута максимальная удельная мощность 2,4 Вт/см². Даже если зеркала будут идеальными, источник энергии — точечным, поверхность цели — абсолютно черной, а сама цель — неподвижной, ее нагрева в условиях естественного охлаждения не будет достаточно для воспламенения дерева (300°С). Заметьте, что речь при этом идет о наиболее благоприятных условиях, не учитывающих множества факторов, значительно снижающих эффективность устройства.

На заметку: хорошим примером тепловой модели проекта Анфимия может служить обычный электрический паяльник с мощностью нагревателя 25 Вт. Площадь его нагреваемой поверхности составляет порядка 10 см² (примерно та же удельная мощность). И при этом максимальная температура его поверхности (жало) достигает всего лишь 200–220°С.

Жорж-Луи Леклер де Бюффон

Первым естествоиспытателем, пытавшимся реализовать предложение Анфимия, стал немецкий математик Атанасиус Кирхер. В изданной в 1674 г. книге «Великое искусство света и тени» он рассказывает, что совмещал отражения солнца от пяти плоских зеркал и получил значительный нагрев, хотя и недостаточный для зажигания дерева.

В 1747 г. Бюффон опубликовал труд, названный прямолинейно и бесхитростно: «Изобретение зеркал для воспламенения предметов на больших расстояниях». Использовав весьма оригинальную методику, он определил «отношение действие света, отраженного плоским зеркалом, к действию неотраженного света» как 5 к 13. Составной гелиоконцентратор, построенный механиком Пассманом по указаниям Бюффона, состоял из 168 плоских стеклянных зеркал. С его помощью Бюффону удалось воспламенить просмоленную сосновую доску на расстоянии 150 футов (46 метров) в яркий солнечный день.

Разумеется, считать подобный эксперимент реконструкцией, подтверждающей легенду, нельзя ни в коем случае, поскольку стеклянные зеркала соответствующего качества были недоступны Архимеду так же, как Бюффону был недоступен, к примеру, мобильный телефон. Но даже при всех ухищрениях Бюффону не удалось достигнуть дальности, которая бы сделала «лучевое оружие» Архимеда тактически выгодным. На дистанции в полсотни метров гораздо проще и эффективнее расстрелять флот из баллист, не оставив штурмующим ни единого шанса.


***

Легенда о сожженном римском флоте привлекла внимание таких выдающихся ученых, как Иоганн Кеплер и Рене Декарт. Именно они стали первыми «разрушителями» этой легенды, попытавшимися доказать ее несостоятельность математически. С их доказательством, разумеется, можно поспорить, поскольку оно было схоластическим и не рассматривало понятия достаточной для воспламенения удельной мощности.

Легенда эта и по сей день будоражит умы экспериментаторов. Неоднократно проводились эксперименты с сохранением исторического правдоподобия, в ходе которых объекты то загорались, то дымили, то просто нагревались. Результаты этих реконструкций, как правило, не подтверждались документально, а существовали лишь в периодических изданиях далеко не научного формата.

Проблема таких экспериментальных проверок состоит в том, что достоверно воспроизвести обстоятельства, имевшие место более чем две тысячи лет назад, невозможно. Равно как и невозможно оценить, насколько зеркала реконструкций соответствуют зеркалам тех времен.

Единственная документально подтвержденная реконструкция была проведена известной программой «Разрушители легенд». В выпуске 16 (сезон 2) было показано, что на небольшом расстоянии и при использовании современной технологии изготовления больших сборных гелиоконцентраторов воспламенить дерево возможно. Однако с учетом технологии времен Архимеда легенда получила статус опровергнутой.

После выхода в эфир выпуска 16 в редакцию программы посыпались письма возмущенных зрителей, утверждавших, что проверка была некорректной. Это послужило причиной выпуска 46 (сезон 3), при подготовке к которому было организовано соревнование между телезрителями, готовыми предоставить свой вариант конструкции зеркала. Однако окончательный вердикт остался неизменным с поправкой «крайне непрактично и неэффективно по сравнению с существующими на то время видами вооружений».

От легенд — к проектам

Что интересно, упомянутый выше Бюффон, невзирая на полученные результаты, не строил иллюзий относительно боевого применения гелиоконцентратора. Он видел в этом устройстве только источник тепла, необходимый для «чистых» химических опытов. Будучи естествоиспытателем, то есть закоренелым практиком, Бюффон понимал, что подобное устройство по всем параметрам проиграет не только артиллерии, но и пехотному стрелковому оружию.


***

Начало ХХ века дало старт множеству безумных проектов, касающихся популярной тогда идеи «лучей смерти». Под ними подразумевалось все что угодно — от таинственных радиочастот, передающих человеческому организму приказ умереть, до не менее таинственной «передачи электроэнергии без проводов», выкашивающей наступающие порядки вражеской пехоты почище марсианского «теплового луча». Фантазия изобретателей, опьяненных недавним открытием радиоволн, не знала ни меры, ни границ.


***

Петербургский профессор Михаил Филиппов утверждал, что нашел способ передавать на большие расстояния энергию ударной волны химического взрыва при помощи электромагнитной волны. Сейчас любому школьнику понятна абсурдность таких заявлений, но Филиппова, похоже, приняли настолько всерьез, что отправили на тот свет, не дожидаясь практических результатов.


***

Итальянец Джулио Уливи, талантливо выдающий себя за химика и изобретателя, предложил британскому адмиралтейству собственную разработку дистанционного подрыва мин какими-то неведомыми F-лучами, заломив за «кота в мешке» цену в пять миллионов фунтов. Адмиралтейство не сочло возможным приобретение такого сомнительного «ноу-хау», но предоставило итальянцу возможность продемонстрировать его на деле. В итоге подлог был вскрыт, Уливи был с позором изгнан в Италию, где и продолжил свой «F-лучевой лохотрон», напирая на то, что свои лучи он назвал в честь итальянского адмирала Форнани, весьма популярного на тот момент. Однако итальянская полиция оказалась нечувствительной к дешевому патриотизму, вскрыла лабораторию Уливи, провела обыск и обнаружила веские улики, свидетельствующие о том, что владелец лаборатории — обычный проходимец.


***

Развитию идеи «лучевого оружия» немало поспособствовал выдающийся ученый и не менее выдающийся мистификатор Никола Тесла, подкинувший современным конспирологам немало пищи для ума. Незадолго до смерти Тесла объявил, что располагает технологией лучевого оружия колоссальной разрушительной силы. Однако никаких сведений, могущих пролить свет на его возможное устройство, Тесла не сообщил.


***

Гульельмо Маркони
Никола Тесла

Гарри Гринделл Мэтьюз, британский электротехник, выбил у государства неплохой куш на разработку собственных «лучей» — 25 тысяч фунтов. Однако никаких существенных результатов за десять лет работы он так и не предоставил. Это повлекло за собой грандиозный скандал, в ходе которого Мэтьюз безуспешно пытался шантажировать Великобританию, предлагая свои услуги Франции. Разумеется, в суете скандала все документы, якобы содержащие описание работ Мэтьюза, неведомым образом пропали.


***

Поиски радиочастот, несущих смерть, долго и безуспешно приписывали Гульельмо Маркони. Эти идиотские слухи настолько злили изобретателя радиосвязи, что он неоднократно выступал с опровержением. Однако сторонникам «злого гения» Маркони настолько импонировала идея поиска им «лучей смерти», что они совершенно не воспринимали всерьез опровержений и протестов их кумира. В конце 1935 года Маркони в своем очередном интервью, касаясь пресловутых лучей, указывал исключительные возможности, которые таят в себе применение дециметровых волн в военном деле. Но он имел в виду не «лучи смерти», а наведение на цель управляемых снарядов при помощи остронаправленного луча.


***

Всеобщее поветрие на почве разнообразных «лучей смерти» продолжалось почти сорок лет. Множество аферистов и шарлатанов неплохо нагрели руки на предвоенной истерии, когда многие государства больше всего на свете боялись упустить шанс заполучить в свои руки очередное «супероружие», позволяющее диктовать свою волю миру. Никакие соображения здравомыслящих ученых не брались в расчет, поскольку запрашиваемые изобретателями суммы были ничтожными по государственным меркам, а выгода могла стать неизмеримо большей.

Хорошо потрудились и представители военных разведок крупных государств, создавая «на коленке» очередной безумный проект и аккуратно «впаривая» его представителям вражеских разведок. Такие действия вели к неизбежному распылению научного потенциала вероятного противника, поскольку на выявление «пустышки» иной раз уходили десятки и даже сотни тысяч человеко-часов высококвалифицированного персонала.

От проектов — к фантастике

Вот откуда Лукас узнал, что ужасные лучи, сеющие смерть, можно разглядеть сбоку.

В качестве грозной разрушительной силы «тепловой луч» выходит на литературную сцену только в 1897 году. Герберт Уэллс был прекрасным литератором, но его естественнонаучные познания не простирались дальше биологии. Поэтому описание принципа действия марсианского теплового оружия не выдерживали никакой критики даже на момент написания «Войны миров». Впрочем, даже в областях, весьма близких к биологии, автор «Человека-невидимки» допустил колоссальный ляп, поскольку в конце XIX века вполне можно было сделать единственно правильный вывод, что невидимый человек окажется абсолютно слеп. Но не будем излишне придирчивыми к великолепным произведениям, которыми зачитывалось много поколений мальчишек и девчонок.

В 1925 году американский химик и писатель Никцин Уилстоун Диалис (Nictzin Wilstone Dyalhis) в рассказе When the Green Star Waned впервые упомянул бластер — индивидуальное энергетическое оружие. Точнее, он назывался Blastor (именно так, с уважительной большой буквы). Каких-либо упоминаний о принципе действия этого «бластора» в рассказе нет, но, судя по описанию действия, это лучевое оружие. А в привычном нам написании бластер впервые промелькнул через пятнадцать лет в рассказе Coventry Роберта Хайнлайна.

Рассуждать об устройстве и принципе действия бластера совершенно немыслимо, поскольку под этим словом подразумевается обширный класс индивидуального стрелкового оружия, не использующего кинетическую энергию снаряда. Сюда входят и квантовые генераторы, и плазменные ускорители, и электростатические разрядники направленного действия, и неведомые дезинтеграторы, разрушающие излучением межмолекулярные и даже внутримолекулярные связи цели. Существуют и описания бластеров, о принципе действия которых остается только догадываться.

Это интересно: в «Дюне» Фрэнка Герберта лазерные ружья существуют, но никто их обычно не применяет. Дело в том, что практически все используют щиты — и индивидуальные, и закрывающие целые здания, а попадание луча в поле щита приводит к ядерному взрыву с вполне понятными последствиями.

Современные иллюстраторы подошли бы к вопросу совсем по-другому.

В 1927 году Алексей Толстой пишет эпохальный «Гиперболоид инженера Гарина». Пожалуй, впервые лучевое оружие обзавелось хоть каким-то внятным описанием. Согласно ему, тепловой луч формировался двумя конфокальными параболическими отражателями (вариация схемы Кассегрена), концентрирующими тепловое излучение сгорающих угольных пирамидок. Если не считать некорректного названия параболических отражателей гиперболоидами, сама по себе оптическая схема была вполне работоспособной. Невозможность создания такого устройства в реальности состояла в том, что источник тепла не давал и не мог дать параллельного потока ИК-излучения.

В том же 1927 году Александр Беляев написал «Борьбу в эфире» — гротескное произведение, описывающее военное применение разрушительных радиоволн. Роман этот стал прекрасным сплавом иронии, антиутопии и боевика — будущее, где утопическая коммунистическая Европа противостоит комично-карикатурному, «буржуинскому» капитализму Америки, война высокоточных машин, управляемых на расстоянии, волновые барьеры на границах государств.

В фантастике, как и следовало ожидать, «лучи смерти» оказались гораздо более живучими, чем в псевдонаучных проектах периода «радиолучевого бума». В 1939 году Юрий Долгушин написал свой «Генератор чудес», значительную долю которого составляет история немецкого изобретателя, создавшего установку для передачи электроэнергии без проводов на расстоянии. Однако военное руководство фашистской Германии, разумеется, не преминуло превратить это изобретение в оружие, убивающее людей на расстоянии. Успех романа был настолько велик, что Долгушин в 1959 году выпустил второй его вариант, переработанный с учетом веяния времени.

От фантастики — к играм

Перечислить все виды лучевого оружия в играх совершенно невозможно, поскольку какой-либо внятной классификации разработчики не придерживаются. Поэтому пройдемся по самым примечательным образцам, которыми были вооружены солдаты виртуального фронта.

Command & Conquer 3. Вместе, говорят, и батьку бить легче.
Death Track. Неспортивное поведение иногда предусмотрено правилами.

Первое лазерное оружие, с которым мне довелось столкнуться в игре, фигурировало в незабвенной UFO: Enemy Unknown, созданной всемирно известной Microprose. Кроме весьма полезного свойства обходиться без боеприпасов лазерное оружие обладало очень высокой рентабельностью в производстве. Именно производство лазерных винтовок (впрочем, как и бронежилетов) давало мне возможность выйти на самоокупаемость и не зависеть от внешнего финансирования.

В Command & Conquer появились новые виды лучевого оружия. Во-первых, ионная пушка на спутнике. Ее поражающая способность была средней силы, но точечные удары в правильное время могли изменить ход боя. Другое оружие, куда более важное для прохождения, — Обелиск света, который чуть позже, во Второй войне, обзавелся младшим собратом — лазерной турелью, не требующей энергоснабжения. Ну а в Третьей войне лазерные технологии достигли своего пика. Появились лучевые пушки, лазерные танки, истребители и даже багги.

В Total Annihilation можно было строить дешевые и достаточно эффективные лазерные башни — каждая вполне могла перед кончиной записать на свой счет пяток куда более дорогих единиц. Радиус действия не такой большой, но его можно было увеличить, если поставить установку на горке, — в этой стратегии впервые появился полноценный трехмерный ландшафт.

В Empire at War — игре по мотивам саги Джорджа Лукаса — при использовании лазерного оружия учитываются эффекты погоды. В ясную погоду лазеры куда полезнее, чем в дождь: капельки рассеивают энергию, и лучше положиться на ракеты.

Нельзя не вспомнить и Fallout, где рано или поздно Избранный находил alien blaster, не требующий боеприпасов и делавший дальнейшую жизнь нашего героя куда более удобной.

UFO: Enemy Unknown. Высадка началась. Скоро будет работа для лазеров.
Red Alert 3. Выкорчевать башню Тесла магнитным лучом Апокалипсис не может, поэтому подтягивается к ней сам.
Red Faction. Вот такой вот странный здесь рейлган. Синеньким светит.

***

Не остались без лучевого оружия и любители стрельбы от первого лица. Оно встречается во множестве sci-fi боевиков. Даже в F.E.A.R., который, казалось бы, описывает ближайшее будущее, существует вполне эффективное лазерное оружие. Что уж говорить о таких столпах жанра, как Quake или Unreal. А вот в отечественной игре Venom лазер присутствует, но выполняет вспомогательную функцию — из него очень удобно расстреливать коконы, не тратя на них боеприпасы. Зато в одной из последних научно-фантастических игр — Mass Effect — лучевое оружие не в почете. Причем по совершенно непонятной причине.

Следует заметить, что при виде от первого лица иногда трудно понять, чем лучевое оружие отличается от нелучевого. Так, например, в Red Faction II есть рейлган Magnetic Rail Driver, который крайне мало похож на реально существующий рельсотрон, зато очень неплохо лупит синим лучом через любые преграды. Принцип его действия остается для меня загадкой.

От игр — к реальности

Реальность оказалась гораздо более неповоротлива и жестка, чем вымысел фантастов и фантазия игроделов. Устройства, которые писатели, сценаристы и дизайнеры с такой легкостью вводили в книги, фильмы и игры, оказались нереализуемыми на практике и поныне. Тщетные поиски «лучей смерти» продолжались много лет. Были перепробованы все диапазоны радиоволн — от мириаметровых до микроволн, их мыслимые и немыслимые комбинации, самые экзотические виды модуляции и поляризации — все оказалось безрезультатно. Судя по всему, мать-природа совершенно равнодушно отнеслась к мысли о том, что где-то в глубинах мозга должен быть своеобразный «дистанционный пульт управления», ведающий основными жизненными функциями.

Такая же неудача постигла оружие на основе электростатических разрядников и потоков заряженных или нейтральных микрочастиц (так называемого пучкового оружия). В первом случае причиной стала неуправляемость разряда и непредсказуемость пути его прохождения, а во втором — непроницаемый щит атмосферы, тормозящий частицы до вполне мирных скоростей.


***

Однако теплового действия электромагнитного излучения, описанного Гербертом Уэллсом и Алексеем Толстым, никто не отменял. Проблема была лишь в том, чтобы сфокусировать поток квантов в параллельный концентрированный пучок. Средствами геометрической оптики этого не удавалось сделать по той простой причине, что не существовало идеального точечного источника.

И вот в самом начале 60-х годов ХХ века был создан источник когерентного излучения оптического диапазона — лазер. Именно он, благодаря особенностям принципа работы и устройства, смог дать практически параллельный поток фотонов с совершенно недосягаемой до этого плотностью потока мощности.

Прохоров, Басов, Таунс. Эти люди создали лазер.

Первый лазер был создан в 1960 году американцем Т. Майманом. Но источник когерентного микроволнового излучения — мазер — появился значительно раньше, в 1954 году. Его создали советские ученые Николай Басов и Александр Прохоров, а параллельно с ними — американский физик Чарльз Таунс. Все они спустя десять лет стали лауреатами Нобелевской премии по физике.

Собственно говоря, и в лазере, и в мазере используется один и тот же принцип. А в чем он состоит, давайте рассмотрим подробнее.


***

Во мраке лабораторий творятся лазерные таинства.

И лазер, и мазер — аббревиатуры, в которых отражен принцип их действия, усиление при помощи вынужденного излучения. Только в случае лазера первая буква означает «свет», а у мазера — «микроволны».

Как вам наверняка известно, орбитальные электроны атомов могут поглощать и испускать электромагнитные кванты. Электрон, поглотивший квант, переходит в так называемое возбужденное состояние. Находится он в нем крайне короткое время, после чего испускает фотон той же длины волны и возвращается к стационарному состоянию. Если бы можно было заставить возбужденные электроны одновременно испустить фотоны в одном и том же направлении, то получился бы импульс огромной разрушительной силы. Но такая согласованность практически недостижима, если речь идет об обычных энергетических переходах.

Однако существуют вещества, в которых электронные оболочки атомов взаимодействуют между собой таким образом, что появляются так называемые метастабильные уровни. Суть их состоит в том, что далеко не все энергетические переходы разрешены законами квантовой механики. Таким образом, возбужденный электрон может не вернуться на стационарную орбиту, а, потеряв немного энергии на безызлучательный переход, попасть в своеобразную «ловушку» — метастабильный уровень. Переход на стационарную орбиту с него запрещен, поэтому теоретически электрон может находиться в возбужденном состоянии сколь угодно долго. На практике же время жизни электрона в метастабильном состоянии исчисляется миллисекундами, что в миллионы раз больше времени обычного излучательного перехода.

Лабораторный
гелий-неоновый лазер. В нем нет ничего опасного.

Используя метастабильные уровни, мы можем добиться так называемой инверсной заселенности, то есть момента, когда большая часть электронов окажется «живущими» на метастабильных уровнях. Если в этот момент в системе окажется хотя бы один фотон определенной длины волны, то он вызовет лавинообразный «обвал» электронов и высвобождение ими фотонов. Особенность этого процесса состоит в том, что фотон, выбитый другим фотоном, будет иметь в точности ту же частоту, вектор направленности и фазу. То есть эти фотоны будут когерентными.

Но это еще не все. Вынужденное излучение все равно не будет направленным, поскольку невозможно обеспечить наличие одного изначального фотона, движущегося в нужном направлении. Для формирования параллельного пучка излучения используется система двух параллельных зеркал — резонатор. Многократно отражаясь от зеркал, поток когерентных фотонов станет выбивать из метастабильных электронов все новые и новые фотоны, также когерентные им. А фотоны, имеющие другую направленность, быстро покинут рабочее тело лазера и не повлияют на дальнейший процесс.

Для отвода энергии от лазера одно из зеркал делается полупрозрачным. Именно через него и проходит тот самый широко известный луч лазера.


***

Так в общих чертах устроен простейший рубиновый лазер. Светим зеленым светом, получаем красный.

Технически устройство твердотельного лазера весьма просто. Цилиндрический кристалл рабочего тела помещен между двумя зеркалами резонатора и находится в одном из фокусов эллиптического трубчатого отражателя. В другом его фокусе расположена импульсная лампа накачки. Вот, собственно, и вся конструкция. Однако ее кажущаяся простота обманчива. Для устойчивой генерации кристалл должен быть оптически безупречным, зеркала — строго параллельны, все оптические поверхности — идеально отшлифованы. Для лазеров был даже введен особый класс чистоты поверхности. Именно поэтому лазер — это очень точное и хрупкое устройство, абсолютно не переносящее вибрации, влажности и пыли. И именно по этой причине лазеры долго оставались лабораторными и промышленными приборами, непригодными для каких-то военных целей.


***

Мазер использует тот же принцип накачки и инверсии населенности уровней, но устроен он иначе. В нем нет зеркал и лампы накачки, а их функцию выполняют объемные резонаторы и генераторы микроволнового диапазона. Мазеры так и не получили широкого практического применения. Их используют в физических экспериментах, космической связи и метрологии.

Лазеры на практике

Лазерная резка листового металла. Без защитных очков сюда лучше не смотреть.

Свойства лазерного излучения позволили лазеру проникнуть во многие области человеческой деятельности. Промышленность, медицина, косметология, разнообразные сканеры и проекторы, связь, информационные технологии — этот список далеко не полон, а полный займет слишком много места.

Гранатомет «Карл Густав» с лазерным прицелом. Промах исключен.

Режущие свойства луча используются в металлообработке, электронике и хирургии. Непревзойденная когерентность и монохроматичность, позволяющая фокусировать луч до размеров порядка длины волны, — в информатике, параллельность пучка — в связи, охранных системах и бесконтактном считывании информации штрих-кода.

По мере совершенствования технологии, создания разнообразных конструкций, видов рабочего тела и методов накачки лазеры приобрели достаточную надежность, устраивающую и военных. Однако о непосредственном боевом применении энергетических свойств луча на сегодняшний день не может быть и речи. В современных армиях широко используются лазерные дальномеры, локаторы, целеуказатели, линии связи — то есть вспомогательные средства, позволяющие повысить точность существующего оружия.

Есть, конечно, возможность использования лазеров как нелетального средства, ослепляющего живую силу противника. Однако международными соглашениями это оружие, разрабатываемое и используемое в явном виде, запрещено. Впрочем, запрет этот достаточно размыт, так что существует множество лазеек для его использования. Впрочем, системы, не вызывающие постоянной слепоты, под этот протокол не попадают. Так, например, лазерным импульсом можно временно ослепить снайпера и помешать ему сделать прицельный выстрел.

Используются системы лазерного подавления и против высокоточного оружия, наводимого лазерной подсветкой цели. При регистрации подсветки в ее направлении генерируется мощный короткий импульс, выводящий из строя блок наведения управляемой ракеты. Однако против ракет с системой наведения «поляризационный крест», которые направляются без непосредственной подсветки цели, такая система окажется бессильной.

Лазерный прицел. Здесь используются полупроводниковые лазеры — слабенькие, но неприхотливые и надежные.

Это интересно: лазерный дальномер современного танка вполне может быть использован как импровизированное оружие непосредственного поражения. Для выведения из строя оператора портативной ПТУР иногда достаточно замерить по нему дальность и выжечь лазерным импульсом сетчатку глаз.

При разгоне демонстраций гражданских лиц и подавлении массовых беспорядков пригодились и микроволновые когерентные источники. Интенсивно поглощаясь кожей человека, микроволновое излучение создает эффект непереносимого жжения, не оказывая при этом существенного вреда здоровью. Такова, например, Active Denial System (ADS), использующая радиоизлучение частоты порядка 100 ГГц и разработанная для охраны посольств. Разработчики не отрицают, что эту же систему можно без особых переделок применять для подавления массовых беспорядков. Однако такие устройства слишком громоздки и неэффективны, чтобы использовать их на поле боя.

Плюсы и минусы лучевого оружия

Свет, как и любое другое электромагнитное излучение, распространяется с максимально возможной скоростью. Это в совокупности с прямолинейностью распространения делает лазер непревзойденным по простоте наведения, точности и скорости атаки оружием. Но современные технологии позволяют создавать высокоточное оружие класса «выстрелил и забыл», которое самостоятельно наводится на цель, отслеживает ее перемещение и даже осуществляет маневрирование, препятствующее сбитию.

Вроде бы, по слухам, это несуразное чудовище — лазерное ружье. Если и не зажарит, то уморит смехом.
Вот так, по мнению дизайнеров, выглядит лазерное оружие пехотинца будущего. Что ж, вполне правдоподобно по размерам.

Классический лазер не требует боеприпасов, для него достаточно электропитания. Правда, если учесть массу аккумуляторов, необходимых для его работы, или массу соответствующего по характеристикам электрогенератора, то окажется, что эффективная нагрузка такой системы намного хуже, чем для ствольной или реактивной артиллерии.

У лазера нет отдачи, сбивающей прицел последующих выстрелов. Но опять же системы высокоточного оружия тоже нечувствительны к отдаче, поскольку точное прицеливание ракеты производится уже после ее пуска.

Лазерный импульс не подвержен сносу ветром, кориолисовой силе и прочим неприятностям, отравляющим жизнь снайперам и артиллеристам. Но, с другой стороны, лазер малоэффективен в условиях тумана, интенсивных тепловых восходящих потоков, запыленности, густой растительности.

Боевому применению мощных лазеров препятствуют и другие причины. Сам по себе луч, несмотря на его исключительные энергетические показатели, не способен пробивать любую преграду, как это показывают в фантастических фильмах. Испаренный материал преграды создает непрозрачное облако высокотемпературной плазмы, которое и принимает на себя энергию луча. То есть для пробития толстой брони требуется длительное импульсное воздействие, чтобы плазма испаренного участка успевала остывать и рассеиваться. Разумеется, удерживать луч на атакуемом участке брони в условиях боя совершенно нереально. Можно, впрочем, успешно поражать живую силу противника, но эффективность такого метода, учитывая диаметр луча, сектор обстрела, стоимость лазера и сложность его обслуживания, будет намного ниже, чем у привычного огнестрельного оружия.

Киловаттный лазер на армейском внедорожнике. Выглядит внушительно, но не вызывает доверия.
На картинках всегда удается сбить лазером что угодно, от баллистической ракеты до артиллерийского снаряда.

Это миф: от сколь угодно мощного лазерного луча можно защититься зеркалом. На практике эта красивая идея не подтверждается. Дело в том, что любое зеркало неидеально — микроскопические дефекты начинают поглощать энергию и стремительно распространяются по всей поверхности. Этому также будут содействовать пыль и грязь, неизбежные в боевых условиях.

На пути создания мощных боевых лазеров, пригодных для действия в атмосфере, стоит еще одно препятствие — так называемая самофокусировка (самоканализация) луча. Воздух в канале луча ведет себя крайне нелинейно и может образовать своеобразные «линзы», сужающие луч до ситуации «лазерного пробоя», то есть плазменной искры, дальше которой луч уже не распространяется (высокотемпературная плазма непрозрачна для электромагнитных волн). Внешне это выглядит как трескучая цепочка очень ярких искр, бегущая вдоль луча по направлению к лазеру. Можно, конечно, использовать параболический концентратор, фокусирующий лазерное излучение на цели, но его размеры, хрупкость и открытость сделают систему превосходной мишенью для атаки.


***

На сегодняшний день существует некоторое количество исследовательских программ, касающихся тактического использования лазерного оружия. Все они находятся на разных стадиях готовности, но ни одна из них пока не предоставила эффективного прототипа лазерного оружия, пригодного для боевого использования. И все они работают над тяжелыми боевыми платформами наземного, морского и воздушного базирования, предназначенными для защиты от атак высокоточного оружия и боевых блоков МБР.

Авиабаза Киртлэнд, оптическое отделение ВВС США Starfire. Именно здесь разрабатывался лазер воздушного базирования.
Так Starfire выглядит сверху. Осторожно, на нас направлен углекислотный лазер!

Индивидуальное лучевое оружие, способное уничтожить вражеского солдата, пока что остается уделом фантастики. Причина этого — крайне низкий КПД лазера и слишком большая масса системы его энергопитания. На каждый джоуль излученной энергии потребуется затратить сотни и даже тысячи джоулей энергии аккумуляторов. К примеру, свинцовый автомобильный аккумулятор емкостью 60 Ач способен отдать порядка двух мегаджоулей энергии за несколько часов. С точки зрения лазерного оружия это неприемлемо, поскольку боевой импульс должен нести энергию хотя бы в несколько сотен джоулей. А при скорострельности хотя бы один выстрел в секунду это выльется в мощность сотен ватт. С учетом ничтожного КПД мощного лазера получится, что потребуется мощность питания в десятки киловатт.

Возможно, прорыв в этой области осуществится при появлении дешевых, компактных, легких и энергоемких источников питания, но пока никаких тенденций к этому не прослеживается. Но и появление таких источников не решит проблемы охлаждения лазера — вся энергия, не ушедшая с лазерным импульсом, будет выделена в виде тепла.

Лазеры — к бою!

Боинг-747 с лазерным оружием на борту

Как мы уже с вами выяснили, ручным бластерам, лазерным винтовкам и прочему лучевому оружию индивидуального использования есть место только в фантастических романах. Разрабатываемые в данное время боевые лазеры громоздки и требуют огромных затрат энергии. Чаще всего используются эксимерные лазеры, при которых энергия для выстрела выделяется в ходе химической реакции. Таким образом, проблема своеобразных боеприпасов существует и здесь. Основные направления работ связываются с корабельными, авиационными и крупными наземными системами.


***

Наиболее известная программа из этой серии называется ATL — Advanced Tactical Laser. Он, в частности, использован в разрабатываемой The Boeing Company системе YAL-1 Airborne Laser (ABL). Система эта размещена на борту самолетов Boeing 747-400 или NKC-135 и представляет собой кислородно-йодный лазер (COIL) непрерывного действия, разработанный в США еще в 1977 году и оснащенный лазерной подсистемой атмосферной коррекции и подсветки цели. Предполагаемое использование — уничтожение боевых блоков МБР на участке подлета. Проект находится в демонстрационном состоянии.


***

Лазер мобильного базирования. Впрочем, мобильным такой комод назвать сложно.
Демонстрационный вариант системы THEL.

Лазерная система THEL (Tactical High Energy Laser), созданная Northrop Grumman и известная также как Nautilus laser system, не обладает мощностью ATL, но может быть размещена на наземных мобильных платформах (MTHEL). В основе этой системы — тоже газовый лазер, но дфтор-дейтериевый. Ее задача — уничтожение высокоточного реактивного оружия и артиллерийских снарядов путем их нагрева до температуры детонации заряда или топлива. Пока что эта система существует в виде ACTD (Advanced Concept Technology Demonstrator), то есть тоже находится в демонстрационном состоянии. Перспективы ее достаточно хороши, поскольку уже на данном этапе стоимость одного «выстрела» оценивается всего лишь в 3000 долларов. Такая сумма делает THEL вполне конкурентоспособной системой. Однако, несмотря на это, в 2006 году программа была свернута по причине избыточной громоздкости прототипа и отсутствия путей снижения ее габаритов.


***

Преемником THEL стала программа HELLADS (High Energy Liquid Laser Area Defense System), созданная американской корпорацией Raytheon по заказу Агентства по разработке высокотехнологичных военных разработок (DARPA). В отличие от предшествующих систем HELLADS использует жидкостный лазер. По заявлениям его создателей, система способна уничтожать неуправляемые ракеты и минометные мины на подлете к месту атаки. На испытаниях в пустыне в Нью-Мексико была удачно сбита ракета диаметром 15 см и длиной 3,35 м. Масса системы в снаряженном состоянии составляет примерно 800 кг, что позволяет размещать ее на броне БМП или танка, планируемая мощность — 150 кВт. Предположительная дата завершения программы и выведения устройства в полевые условия — 2010 год.


***

Советская летающая лаборатория 1А
Система HELLADS проводит калибровочный импульс. Еще не опасно, но уже страшновато.

В СССР также проводились испытания лазерного оружия. В середине 1970-х гг. Таганрогскому машиностроительному заводу им. Георгия Димитрова было поручено создание специального авиационного комплекса А-60 (1А) — летающей лаборатории для испытания лазерного оружия на базе транспортного самолета ИЛ-76МД. Базовая модель самолета подверглась серьезной модификации. В носовой части вместо штатного метеорадара был установлен бульбообразный обтекатель с аппаратурой целеуказания. По бокам фюзеляжа под обтекателями располагались турбогенераторы дополнительной энергосистемы, обеспечивающей работу специального комплекса. В связи с большим энергопотреблением также пришлось заменить штатную ВСУ. Створки грузового люка были сняты, а сам люк зашит. Чтобы не ухудшать аэродинамику самолета еще одним обтекателем, излучатель лазера сделали убирающимся. Верх фюзеляжа между крылом и килем был вырезан и заменен створчатым люком, состоящим из нескольких сегментов. Они убирались внутрь фюзеляжа, после чего выдвигалась турель излучателя.

Первый полет изделия 1А состоялся 19 августа 1981 года, но вскоре самолет сгорел дотла на военном аэродроме ГК НИИ ВВС СССР. Как выяснило дальнейшее расследование, причиной пожара стала преступная халатность техников, пытавшихся слить спирт и вызвавших возгорание.

Через десять лет, 29 августа 1991 года, поднялась в воздух вторая летающая лаборатория, получившая наименование 1А2. На ее борту размещался новый вариант специального комплекса, модифицированный по результатам испытаний проведенных на 1А. Эта лаборатория существует до сих пор, но каких-либо достоверных результатов ее деятельности или ТТХ спецоборудования обнаружить не удалось.


***

В разное время существовало несколько программ по разработке лазеров морского базирования. Но все они были признаны неэффективными по причине крайне неблагоприятных условий для использования лазерного оружия.


***

Подводя итог нашего знакомства с лучевым оружием, хочу отметить тот факт, что, в отличие от фантастической литературы и компьютерных игр, военное применение лазеров в реальности носит на сегодняшний день исключительно оборонительный характер. И это не может не радовать.

обсудить на форуме
Статьи появляются на сайте не ранее, чем через 2 месяца после публикации в журнале.
ЧИТАТЕЛЬСКИЙ
РЕЙТИНГ
МАТЕРИАЛА
8.4
проголосовало человек: 366
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
вверх
Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru Яндекс цитирования