Несколько лет назад в гонку вооружений был введен новый элемент — энергетическое оружие, поражающее цель при помощи мощных лучей различной физической природы. На вооружении армий некоторых стран уже находятся переносные, мобильные и стационарные лазерные установки, а другие страны ведут разработки собственных видов такого типа вооружения. С учетом появления новых видов высокоэнергетического вооружения возникла необходимость в средствах защиты от него. И одной из первых таких систем активной защиты является лазерная система Helios, предназначенная для установки на беспилотные летательные аппараты или наземные транспортные средства.

Для того, чтобы надежно поразить цель, атакующему лазеру требуется удерживать свой луч сфокусированным на цели в течение нескольких секунд. Система Helios, разработанная компанией Adsys Controls, Ирвин, Калифорния, всеми силами старается помешать атакующему лазеру, используя «ахиллесову пяту» такого вида вооружения — его систему наведения и управления лучом.

Датчик системы Helios обнаруживает луч атакующего лазера и определяет все его основные параметры, такие, как мощность, длина волны, частота следования импульсов и местоположение источника. Ведя ответный огонь светом своего менее мощного лазера, параметры которого подстраиваются под параметры света атакующего лазера, система Helios вмешивается в работу системы наведения атакующего лазера.

Основной тактикой работы системы Helios является «обман» системы наведения атакующего лазера. Она заставляет систему лазера считать, что ее луч уже сфокусирован на цели, в то время как он бьет несколькими метрами в сторону. Такая тактика основана на том, что в случае попадания в цель луча атакующего лазера возникает сильный отраженный сигнал, который улавливается системой наведения. Система Helios лучом своего лазера имитирует отражение от попадания, и в результате этого работа системы атакующего лазера сбивается.

«Из-за этого атакующий лазер не может сфокусироваться и удерживать свой луч на цели» — рассказывает Брайан Голдберг (Brian Goldberg), президент компании Adsys Controls, — «Эта система не просто выигрывает время, она обеспечивает постоянную защиту».

Роланд Смит (Roland Smith), ученый-физик из Имперского колледжа в Лондоне, говорит о том, что сама система Helios является восприимчивой к ее же уловке. «Атакующий лазер может также использовать подобные методы обмана при помощи дополнительных лазеров» — рассказывает Роланд Смит, — «Если лазерное оружие узнает о противодействии ему, то оно может также использовать свои собственные контрмеры. И, в конце концов, такие действия и противодействия сведутся к соревнованию в скорости реакции, скорости принятия решений и эффективности этих решений».

Вероятность достаточно скорого появления на вооружении боевых лазерных систем повысилась на несколько пунктов благодаря успешным испытаниям и демонстрации представителям американских военных новой лазерной твердотельной системы компании Boeing. Согласно информации, опубликованной представителями компании Boeing, система Thin Disk Laser system продемонстрировала выходную мощность, на 30 процентов превышающую проектные требования, а высокие качественные показатели лазерного луча уже позволяют рассматривать эту систему в качестве опытного тактического лазерного вооружения.

Как следует из ее названия, в системе Thin Disk Laser (TDL) использован тонкий дисковый лазер, один из типов твердотельных лазеров, разработанный еще в 1990-е года. Вместо стержней, используемых в подавляющем большинстве твердотельных лазеров, в качестве рабочего тела TDL-лазера используется слой излучающего когерентный свет материала, толщина которого в несколько раз и даже в несколько десятков раз меньше диаметра луча испускаемого света. Этот тонкий слой действует одновременно как резонатор, как усилитель света внешней оптической накачки и как зеркало, отражающее лазерный луч.

Толстое основание, на котором укреплен диск, выступает в качестве теплоотвода, быстро отводящего паразитное тепло, выделяющееся при работе лазера. Эффективное охлаждение позволяет значительно, в разы, увеличить мощность и эффективность твердотельного лазера. В опытном образце системы Thin Disk Laser system компании Boeing используется не один большой дисковый лазер, система состоит из множества небольших промышленных лазеров, производящих один высокоэнергетический луч света.

Согласно имеющейся информации, последний вариант лазерной системы Boeing имеет мощность лазерного луча, превышающее значение в 30 кВт. Это на 30 процентов больше, чем требуется согласно условиям программы Robust Electric Laser Initiative (RELI) Министерства обороны США. «Последняя демонстрация является доказательством жизнеспособности идеи создания лазерных систем военного назначения» — рассказывает Майкл Ринн (Michael Rinn), вице-президент компании Boeing и руководитель данной программы, — «Для того, чтобы стать реальным оружием нового поколения лазер должен иметь высокую мощность, оставаясь высокоэффективным с энергетической точки зрения. И нам удалось создать систему, удовлетворяющую всем требованиям к выходной мощности, качеству лазерного луча и эффективности, которая уже сейчас, конечно после некоторых доработок, может использоваться в качестве реального лазерного оружия».

В настоящее время многие компании и организации оборонного направления работают над программами по созданию высокоэнергетического лазерного оружия (High Energy Laser, HEL). Большинству компаний за прошедший год удалось достичь больших успехов в увеличении мощности лазерных систем, но на общем фоне особенно выделяется компания Rheinmetall. Не так давно на полигоне компании Ochsenboden Proving Ground новая экспериментальная антиартиллерийская HEL-система продемонстрировала 500-процентное увеличение мощности залпа по сравнению с установкой предыдущего поколения.

В конце прошлого года компания Rheinmetall продемонстрировала свою первую лазерную HEL-систему, которая имела мощность залпа в 10 КВт. Но сейчас компания становится в один ряд с такими известными компаниями как Boeing, Northrop Grumman и Raytheon, которые стремятся к получению мощности залпа лазерных установок 100 КВт и более. Новая лазерная HEL-станция компании Rheinmetall состоит из двух лазеров, один лазер имеет импульсную мощность в 30 КВт, а второй — немного меньше, 20 КВт. Смертельные лучи света обоих лазеров фокусируются в одной точке цели, которая получает всю суммарную мощность, равную 50 КВт.

Во время проведенной демонстрации лазерная система Rheinmetall прорубала стальной лист, толщиной 15 мм с дистанции в 1000 метров. Беспилотный аппарат был поражен с дистанции в 2000 метров, а станция смогла его обнаружить и сопровождать еще за 1000 метров до дистанции поражения. Но самым впечатляющим была демонстрация поражения станцией металлического шара, диаметром 82 мм, который был полностью уничтожен. Этот шар, летящий в воздухе со скоростью 50 м/с, являлся точной имитацией минометного снаряда C-RAM и его траектории полета.

В настоящее время компания Rheinmetall занимается адаптацией своей HEL-системы для ее использования в ПВО, для противодействия ракетам класса воздух-земля и земля-земля и для поражения приближающихся артиллерийских и минометных снарядов. Представители компании Rheinmetall сообщают, что избранная ими модульная технология увеличения мощности залпа лазерной системы без особого труда позволит изготовить HEL-системы следующего поколения, мощность которым будет равна или будет превышать 100 КВт.

На прошедшей неделе представители небезызвестной компании Lockheed Martin объявили о том, что на одном из производств компании, расположенном в Бозелле, штат Вашингтон, начат выпуск узлов для систем лазерного оружия ATHENA (Advanced Test High Energy Asset). Эти узлы предназначены для сборки оружия основного типа — лазерной системы, мощностью 60 кВт, которая может быть установлена на наземных транспортных средствах и малых морских судах.

Благодаря наличию достаточно совершенной системы управления, вести огонь из лазерной системы ATHENA может один единственный человек-оператор. А сама лазерная система имеет модульную конструкцию, что позволяет регулировать мощность выходного лазерного импульса в широких пределах, подстраиваясь под задачи текущего момента. Более того, такой подход значительно увеличивает надежность системы в целом, выход из строя одного или нескольких модулей не означает выхода из строя всей системы.

В конструкции системы ATHENA максимально насколько это возможно использованы стандартные компоненты оптоволоконных лазерных устройств, а ее мощность без особых дополнительных затрат можно увеличить вплоть до 120 кВт. Основой лазерной системы является технология под названием Spectrum Beam Combining, которая позволяет преодолеть проблемы, с которыми сталкиваются разработчики мощных оптоволоконных лазеров. Тело лазера представляет собой специальное волокно, допированное редкоземельными металлами, такими, как эрбий, иттербий, неодимий и др. Оптоволокно является гибким и лазерная система может содержать тысячи метров этого волокна, которое занимает не очень большой объем. А большая площадь поверхности оптоволокна позволяет без труда реализовать его эффективное охлаждение.

Оптоволоконные лазерные системы обладают очень высокой надежностью и вырабатывают высококачественный луч инфракрасного света. При этом, они используют на 50 процентов меньше электрической энергии, нежели твердотельные лазеры эквивалентной мощности, которые сейчас часто используются для создания энергетического оружия.

Завершительные испытания системы ATHENA были проведены в марте этого года. На этих испытаниях луч лазера, работавшего на мощности в 30 кВт, поразил автомобиль, правда, для этого потребовалось достаточно длительное воздействие.

«Наша оптоволоконная лазерная система, благодаря ее модульной конструкции, может быть легко и в кратчайшие сроки адаптирована для установки на любое транспортное средство» — рассказывает Иэн Маккинни (Iain Mckinnie), руководитель отдела лазерных систем и датчиков (Laser Sensors and Systems) компании Lockheed Martin, — «Модульный лазер не выйдет из строя при нарушении работоспособности одного или нескольких модулей. А производство таких систем обходится достаточно дешево из-за простоты повторения процесса производства одного и того же базового модуля».

В настоящее время в мире идет интенсивная гонка по разработкам лазерного и другого вида оружия, стреляющего мощными лучами узконаправленной энергии. Мы уже неоднократно рассказывали о подобных системах, предназначенных для поражения беспилотных летательных аппаратов, артиллерийских и минометных снарядов, наводных целей и т.п. В этой гонке лазерных вооружений принимают участие ведущие технологические и оборонные компании различных стран, среди которых присутствуют такие известные компании, как Boeing, Northrop Grumman, Raytheon, General Atomics, Rheinmetall и другие. Но недавно на этом поле появился еще один игрок — Китай, и первый образец китайской лазерной установки был продемонстрирован на выставке Beijing Weapons Expo, проходившей в Пекине в прошлом месяце.

Лазерная боевая установка Low Altitude Guard I является совместной разработкой, выполненной специалистами китайской Академии инженерной физики (Chinese Academy of Physics Engineering) и компании Jiuyuan Hi-Tech Equipment Corporation. В ее основе лежит твердотельный лазер, мощностью в 10 кВт и это означает, что установка способна поражать скоростные низколетящие цели на дистанции до 2 километров. Однако, возможностей электронно-оптической системы турели установки Low Altitude Guard I достаточно для охвата окружающего пространства на расстоянии 5 километров от установки.

Система управления огнем установки Low Altitude Guard I имеет максимально возможный уровень автоматизации. Установка способна к самостоятельному обнаружению, идентификации и слежения за целью. Оператору остается лишь нажать на кнопку открытия огня, когда отслеживаемая цель попадает в зону поражения лазерного луча.

Небольшие габаритные размеры установки Low Altitude Guard I позволят устанавливать скрытно такие системы на крышах высотных зданий и размещать их вокруг инфраструктуры защищаемых объектов, вокруг атомных электростанций, промышленных предприятий, аэродромов и военных баз. Кроме этого, лазеры являются более дешевым и более безопасным, по сравнению с ракетами и зенитными орудиями, средством ПВО, которое можно размещать прямо в защищаемых им городских кварталах.

В ближайшем будущем китайские специалисты собираются разработать более мощный и мобильный вариант их лазерной системы. Лазерная турель новой системы Low Altitude Guard II, установленная сверху кузова специального автомобиля-тягача, будет способна поражать цели на дистанции до 10 километров, что сопоставимо с возможностями поражения целей современных автоматических артиллерийских зенитных орудий. И, не следует удивляться в случае, если первые самолеты, вооруженные собственными лазерными системами, которые появятся в мире, будут не американского, а китайского производства.

При разработке новых фотонных чипов, содержащих нано-оптические компоненты, исследователи сталкиваются с тем, что обычные стеклянные линзы становится крайне тяжело миниатюризировать до столь малого уровня. В поисках подходящей замены оптическим линзам группа из Технологического университета Свинбурна, Автралия, разработала графеновые плоские микролинзы, толщина которых составляет одну миллионную долю метра, при помощи которых можно сфокусировать изображения объектов, размером с одноклеточный микроорганизм. А дальнейшая модернизация данной технологии позволит появиться в будущем смартфонам, компьютерам, наноспутникам, внутри которых для обработки и передачи информации будут использоваться лучи света.

Одним из ограничений, которые не позволяют миниатюризировать обычные линзы, является так называемый дифракционный предел, который является теоретическим пределом разрешающей способности линзы. Было произведено множество попыток преодоления этого ограничения при помощи таких методов, как интерферометрия, голография, лазерные и электронные технологии. И, хотя ученым удалось добиться некоторых успехов, все найденные ими решения были громоздкими, сложными и дорогостоящими.

Еще одним методом преодоления дифракционного предела является использования сверхтонких плоских линз, которые представляют собой концентрические круги, изготовленные на поверхности материала, которые работают как крошечные линзы Френели. Ученые уже успешно изготавливали такие линзы из золота и других металлов, но это все не очень хорошо подходит для условий массового производства.

Технология изготовления графеновых линз была разработана группой из Центра микрофотоники, возглавляемой Хайоруи Чженом (Xiaorui Zheng). Ученые распыляли раствор окиси графена над поверхностью основания, нанося на него один графеновый слой за другим. А для изготовления концентрических кругов из этого всего использовался луч лазера. В результате этого исследователям удалось изготовить сверхтонкие графеновые микролинзы, толщина которых в 300 раз меньше толщины листа бумаги, а вес исчисляется микрограммами.

Согласно имеющейся информации новые микролинзы гибки, а их оптические характеристики позволяют им фокусировать изображения объектов, размерами в 200 нанометров, захватывая диапазон видимого и частично инфракрасного света. Но самым главным является то, что такие микролинзы позволяют обойти дифракционный предел и получить фокусное расстояние, равное менее половины длины волны света.

Когда технология изготовления графеновых микролинз будет «доведена до ума», у этих нанооптических компонентов найдется масса областей применения вне области микроскопии. Такие линзы могут быть использованы для изготовления крошечных датчиков-эндоскопов, в качестве замены обычных линз в оптических системах наноспутников и для увеличения эффективности работы фотонных чипов, которые могут стать основой мощнейших суперкомпьютеров следующих поколений.