Yleisesti uskotaan, että paras ympäristö laseraseiden (LW) käytölle on ulkoavaruus. Toisaalta tämä on loogista: avaruudessa lasersäteily voi levitä käytännössä ilman ilmakehän, sääolosuhteiden, luonnollisten ja keinotekoisten esteiden aiheuttamia häiriöitä. Toisaalta on olemassa tekijöitä, jotka vaikeuttavat merkittävästi laser -aseiden käyttöä avaruudessa.
Laserin toiminnan ominaisuudet avaruudessa
Ensimmäinen este suuritehoisten laserien käytölle avaruudessa on niiden tehokkuus, joka on jopa 50% parhaille tuotteille, loput 50% menee laserin ja sitä ympäröivien laitteiden lämmitykseen.
Jopa planeetan ilmakehän olosuhteissa - maalla, vedessä, veden alla ja ilmassa - on ongelmia tehokkaiden lasereiden jäähdytyksessä. Siitä huolimatta planeetan jäähdytyslaitteiden mahdollisuudet ovat paljon suuremmat kuin avaruudessa, koska tyhjiössä ylimääräisen lämmön siirtäminen ilman massan menetystä on mahdollista vain sähkömagneettisen säteilyn avulla.
LO: n vesi- ja vedenalainen jäähdytys on helpointa järjestää - se voidaan suorittaa merivedellä. Maan päällä voit käyttää massiivisia lämpöpattereita, joiden lämpö haihtuu ilmakehään. Ilmailu voi käyttää saapuvaa ilmavirtaa lentokoneen jäähdyttämiseen.
Avaruudessa lämmönpoistoon käytetään jäähdytinjäähdyttimiä uritetuina putkina, jotka on yhdistetty lieriömäisiin tai kartiomaisiin paneeleihin, joissa on kiertävä jäähdytysneste. Laseraseiden tehon kasvaessa sen jäähdytykseen tarvittavat jäähdyttimien koko ja massa kasvavat, ja lisäksi jäähdyttimien massa ja erityisesti mitat voivat merkittävästi ylittää itse laser -ase.
Neuvostoliiton kiertoratalaserilla "Skif", jonka suunnitteli laukaisevan kiertoradalle erittäin raskas kantoraketti "Energia", oli tarkoitus käyttää kaasudynamiikkalaseria, jonka jäähdytyksen todennäköisesti suorittaisi työnesteen poistaminen. Lisäksi aluksella olevan työnesteen rajallinen tarjonta tuskin tarjoaisi mahdollisuutta laserin pitkäaikaiseen käyttöön.
Energialähteet
Toinen este on tarve tarjota laseraseille voimakas energialähde. Kaasuturbiinia tai dieselmoottoria avaruudessa ei voida käyttää; ne tarvitsevat paljon polttoainetta ja vielä enemmän hapettimia. Kaksi vaihtoehtoa on jäljellä-syöttää virtaa kiinteän olomuodon / kuitu- / nestelaserille, jota varten voidaan käyttää puskuriakkuja tai ydinvoimalaitoksia (ydinvoimalaitoksia) sisältäviä aurinkoparistoja, tai laserit, jotka pumpataan suoraan ydinfissio-osien avulla (ydinpumppulaserit)) voidaan käyttää.
Reaktori-laserpiiri
Osana Yhdysvalloissa Boing YAL-1 -ohjelman puitteissa tehtyä työtä 14 megawatin laserilla oli tarkoitus tuhota mannertenväliset ballistiset ohjukset (ICBM) 600 kilometrin etäisyydellä. Itse asiassa saavutettiin noin 1 megawatin teho, kun taas harjoitustavoitteet osuivat noin 250 kilometrin etäisyydelle. Siten suuruusluokkaa 1 megawattia voidaan käyttää avaruuden laseraseiden tukikohtana, joka voi esimerkiksi toimia matalasta vertailuratapallosta Maan pinnan kohteita tai suhteellisen kaukana olevia kohteita ulkoavaruudessa vastaan (olemme ottamatta huomioon valaistukseen tarkoitettua ilma -alusta »Anturit).
Kun laserin hyötysuhde on 50%, 1 MW lasersäteilyn saamiseksi on tarpeen syöttää laserille 2 MW sähköenergiaa (itse asiassa enemmän, koska apulaitteiden ja jäähdytyksen toiminta on edelleen tarpeen järjestelmä). Onko mahdollista saada tällaista energiaa aurinkopaneeleilla? Esimerkiksi kansainväliselle avaruusasemalle (ISS) asennetut aurinkopaneelit tuottavat 84–120 kW sähköä. Ilmoitetun tehon saamiseksi tarvittavien aurinkopaneelien mitat voidaan helposti arvioida ISS: n valokuvista. Suunnittelu, joka kykenee syöttämään 1 MW: n laserin, olisi valtava ja vaatisi minimaalisen siirrettävyyden.
Voit pitää paristokokoonpanoa voimakkaan laserin virtalähteenä matkaviestimissä (joka tapauksessa sitä tarvitaan puskurina aurinkoakkuille). Litiumakkujen energiatiheys voi nousta 300 W * h / kg, eli 1 MW: n laserin tuottamiseksi 50%: n tehokkuudella tarvitaan noin 7 tonnin painoisia paristoja 1 tunnin jatkuvaan sähkökäyttöön. Ei taida olla niin paljon? Mutta kun otetaan huomioon tarve perustaa tukirakenteet, mukana oleva elektroniikka, laitteet akkujen lämpötilan ylläpitämiseksi, puskuripariston massa on noin 14-15 tonnia. Lisäksi paristojen käytössä on ongelmia äärimmäisissä lämpötiloissa ja tyhjiössä - merkittävä osa energiasta "kulutetaan" itse paristojen käyttöiän varmistamiseksi. Pahinta on, että yhden akkukennon vika voi johtaa koko paristopariston vikaantumiseen tai jopa räjähdykseen yhdessä laserin ja kantavan avaruusaluksen kanssa.
Luotettavampien energian varastointilaitteiden käyttö, jotka ovat käteviä niiden toiminnan kannalta avaruudessa, johtaa todennäköisesti vielä suurempaan rakenteen massan ja mittojen kasvuun, koska niiden energiantiheys on pienempi W * h / kg.
Jos emme kuitenkaan aseta vaatimuksia laseraseille monien tuntien työhön, vaan käytämme LR: tä erityisten ongelmien ratkaisemiseen, jotka ilmenevät kerran päivässä ja vaativat enintään viiden minuutin laseroperaation, tämä aiheuttaa vastaavan akun yksinkertaistaminen …. Akut voidaan ladata aurinkopaneeleista, joiden koko on yksi laseraseiden käyttötaajuutta rajoittavista tekijöistä
Radikaalimpi ratkaisu on käyttää ydinvoimalaa. Tällä hetkellä avaruusalukset käyttävät radioisotooppisia termosähköisiä generaattoreita (RTG). Niiden etuna on suunnittelun suhteellinen yksinkertaisuus, haittana on alhainen sähköteho, joka on parhaimmillaan useita satoja wattia.
Yhdysvalloissa testataan lupaavan Kilopower RTG: n prototyyppiä, jossa polttoaineena käytetään uraania-235, lämmön poistamiseen käytetään natriumlämpöputkia ja lämpö muunnetaan sähköksi Stirling-moottorin avulla. Kilopower -reaktorin prototyypissä, jonka kapasiteetti on 1 kilowatti, on saavutettu melko korkea hyötysuhde, noin 30%. Kilopower -ydinreaktorin lopullisen näytteen pitäisi tuottaa jatkuvasti 10 kilowattia sähköä 10 vuoden ajan.
LR: n virransyöttöpiiri, jossa on yksi tai kaksi Kilopower -reaktoria ja puskurin energian varastointilaite, voi olla jo toiminnassa, ja se tarjoaa 1 MW: n laserin säännöllisen käytön taistelutilassa noin viiden minuutin ajan, kerran päivässä, puskuripariston kautta
Venäjällä luodaan ydinvoimala, jonka sähköteho on noin 1 MW, kuljetus- ja voimamoduulille (TEM) sekä Hercules-hankkeeseen perustuvia lämpöpäästövoimalaitoksia, joiden sähköteho on 5-10 MW. Tämäntyyppiset ydinvoimalaitokset voivat tuottaa virtaa laseraseille jo ilman välittäjiä puskuriparistojen muodossa, mutta niiden luomisessa on suuria ongelmia, mikä ei periaatteessa ole yllättävää, kun otetaan huomioon teknisten ratkaisujen uutuus ja toimintaympäristö ja intensiivisten testien suorittamisen mahdottomuus. Avaruusydinvoimalaitokset ovat aihe erilliselle materiaalille, johon palaamme ehdottomasti.
Kuten tehokkaan laser -aseen jäähdytyksessä, myös yhden tai toisen tyyppisen ydinvoimalan käyttö asettaa lisääntyneitä jäähdytystarpeita. Jääkaapit-patterit ovat yksi merkittävimmistä massalta ja mitoiltaan, voimalaitoksen elementeiltä, niiden massan osuus ydinvoimalaitoksen tyypistä ja tehosta riippuen voi vaihdella 30%: sta 70%: iin.
Jäähdytystarpeita voidaan vähentää vähentämällä laser-aseen taajuutta ja kestoa sekä käyttämällä suhteellisen pienitehoisia RTG-tyyppisiä ydinvoimalaitoksia ja lataamalla puskurienergiaa
Erityisen huomionarvoista on ydinpumpattujen lasereiden sijoittaminen kiertoradalle, jotka eivät vaadi ulkoisia sähkönlähteitä, koska laser pumpataan suoraan ydinreaktion tuotteista. Toisaalta ydinpumppulaserit vaativat myös massiivisia jäähdytysjärjestelmiä, toisaalta kaava ydinvoiman suorasta muuntamisesta lasersäteilyksi voi olla yksinkertaisempi kuin ydinreaktorin vapauttaman lämmön välimuunnos sähköenergiaksi, mikä merkitsee vastaavaa tuotteiden ja koon pienentämistä.
Näin ollen lasersäteilyn leviämistä maapallolla estävän ilmakehän puuttuminen vaikeuttaa merkittävästi avaruuslaseraseiden suunnittelua, pääasiassa jäähdytysjärjestelmien osalta. Avaruuslaseraseiden toimittaminen sähköllä ei ole paljon pienempi ongelma.
Voidaan olettaa, että ensimmäisessä vaiheessa, noin XXI -luvun kolmekymmentäluvulla, avaruuteen ilmestyy laser -ase, joka kykenee toimimaan rajoitetun ajan - useiden minuuttien luokkaa ja jonka jälkeen on tarpeen ladata energiaa varastointiyksiköitä riittävän pitkäksi, usean päivän ajaksi
Näin ollen lyhyellä aikavälillä ei ole tarvetta puhua laser -aseiden massiivisesta käytöstä "satoja ballistisia ohjuksia vastaan". Edistyneillä ominaisuuksilla varustetut laseraseet ilmestyvät aikaisintaan, kun megawattiluokan ydinvoimalaitokset luodaan ja testataan. Ja tämän luokan avaruusalusten kustannuksia on vaikea ennustaa. Lisäksi, jos puhumme sotilasoperaatioista avaruudessa, on olemassa teknisiä ja taktisia ratkaisuja, jotka voivat suurelta osin vähentää laser -aseiden tehokkuutta avaruudessa.
Siitä huolimatta laseraseista, jopa jatkuvan toiminta -ajan ja käyttötiheyden rajoitetuista aseista, voi tulla olennainen väline sodankäynnissä avaruudessa ja avaruudesta.
