اعتقاد بر این است که بهترین محیط برای استفاده از سلاح های لیزری (LW) فضای خارج است. از یک طرف ، این منطقی است: در فضا ، تابش لیزر می تواند عملاً بدون دخالت ناشی از جو ، شرایط آب و هوایی ، موانع طبیعی و مصنوعی انتشار یابد. از سوی دیگر ، عواملی وجود دارد که استفاده از سلاح های لیزری در فضا را بطور قابل توجهی پیچیده می کند.
ویژگی های عملکرد لیزرها در فضا
اولین مانع استفاده از لیزرهای پرقدرت در فضا ، کارایی آنهاست که برای بهترین محصولات تا 50 درصد است ، 50 درصد باقی مانده به گرمایش لیزر و تجهیزات اطراف آن اختصاص می یابد.
حتی در شرایط جو سیاره - در خشکی ، آب ، زیر آب و هوا ، مشکلات خنک کننده لیزرهای قدرتمند وجود دارد. با این وجود ، امکانات تجهیزات خنک کننده در کره زمین بسیار بیشتر از فضا است ، زیرا در خلاء انتقال گرمای اضافی بدون از دست دادن جرم تنها با کمک تابش الکترومغناطیسی امکان پذیر است.
سازماندهی خنک کننده LO روی آب و زیر آب بسیار ساده است - می توان آن را با آب دریا انجام داد. در زمین ، می توانید از رادیاتورهای عظیم با پخش گرما در جو استفاده کنید. هوانوردی می تواند از جریان هوای پیش رو برای خنک کردن هواپیما استفاده کند.
در فضا ، برای حذف گرما ، کولرهای رادیاتور به شکل لوله های آجدار متصل به پانل های استوانه ای یا مخروطی استفاده می شود و یک مایع خنک کننده در آنها گردش می کند. با افزایش قدرت سلاح های لیزری ، اندازه و جرم کولرهای رادیاتور ، که برای خنک کننده آن لازم است ، افزایش می یابد ، علاوه بر این ، جرم و به ویژه ابعاد کولرهای رادیاتور می تواند به طور قابل توجهی از جرم و ابعاد خود سلاح لیزری
در لیزر رزمی مداری شوروی "Skif" ، که قرار بود توسط موشک حامل فوق سنگین "Energia" به مدار پرتاب شود ، از لیزر گاز پویا استفاده می شد که خنک کننده آن به احتمال زیاد توسط خروج سیال کار علاوه بر این ، محدودیت مایع کار روی کشتی به سختی می تواند امکان عملکرد طولانی مدت لیزر را فراهم کند.
منابع انرژی
دومین مانع ، نیاز به تأمین سلاح های لیزری با منبع انرژی قوی است. یک توربین گازی یا یک موتور دیزلی در فضا قابل استقرار نیست ؛ آنها به سوخت زیاد و حتی اکسید کننده بیشتری نیاز دارند ، لیزرهای شیمیایی با ذخایر محدود سیال در حال کار بهترین گزینه برای قرارگیری در فضا نیستند. دو گزینه باقی می ماند-تأمین برق لیزر حالت جامد / فیبر / مایع ، که می توان از باتری های خورشیدی با بافر باتری یا نیروگاه های هسته ای (NPP) استفاده کرد ، یا لیزرهایی با پمپاژ مستقیم توسط قطعات شکافت هسته ای (لیزرهای پمپاژ هسته ای)) می تواند به کار رود.
مدار راکتور-لیزر
به عنوان بخشی از کارهایی که در ایالات متحده تحت برنامه Boing YAL-1 انجام شد ، قرار بود از لیزر 14 مگاواتی برای نابودی موشک های قاره پیما (ICBM) در فاصله 600 کیلومتری استفاده شود. در حقیقت ، قدرتی در حدود 1 مگاوات به دست آمد ، در حالی که اهداف آموزشی در فاصله حدود 250 کیلومتری مورد اصابت قرار گرفت.بنابراین ، قدرتی برابر با 1 مگاوات می تواند به عنوان پایگاهی برای سلاح های لیزری فضایی مورد استفاده قرار گیرد ، به عنوان مثال ، قادر به عمل از مدار مرجع کم در برابر اهدافی در سطح زمین یا در برابر اهداف نسبتاً دور در فضا (ما عدم در نظر گرفتن هواپیمایی که برای روشنایی طراحی شده است »سنسورها).
با بهره وری لیزر 50 ، برای به دست آوردن 1 مگاوات تابش لیزر ، لازم است 2 مگاوات انرژی الکتریکی به لیزر وارد کنید (در واقع ، بیشتر ، زیرا هنوز لازم است از عملکرد تجهیزات کمکی و خنک کننده اطمینان حاصل شود. سیستم). آیا می توان چنین انرژی را با استفاده از صفحات خورشیدی دریافت کرد؟ به عنوان مثال ، صفحات خورشیدی نصب شده در ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) بین 84 تا 120 کیلووات برق تولید می کنند. ابعاد صفحات خورشیدی مورد نیاز برای به دست آوردن قدرت نشان داده شده را می توان به راحتی از تصاویر عکاسی ISS تخمین زد. طرحی که بتواند لیزر 1 مگاواتی را تغذیه کند بسیار زیاد بوده و به حداقل قابلیت حمل نیاز دارد.
شما می توانید مجموعه باتری را به عنوان منبع تغذیه یک لیزر قدرتمند در حامل های تلفن همراه در نظر بگیرید (در هر صورت ، به عنوان بافر برای باتری های خورشیدی مورد نیاز خواهد بود). چگالی انرژی باتری های لیتیوم می تواند به 300 وات * ساعت بر کیلوگرم برسد ، یعنی برای تهیه لیزر 1 مگاواتی با بازده 50٪ ، باتری هایی با وزن حدود 7 تن برای 1 ساعت کار مداوم با برق مورد نیاز است. به نظر می رسد نه چندان زیاد؟ اما با در نظر گرفتن نیاز به قرار دادن سازه های نگهدارنده ، همراه لوازم الکترونیکی ، دستگاه هایی برای حفظ رژیم دمای باتری ها ، جرم باتری بافر تقریباً 14-15 تن خواهد بود. علاوه بر این ، مشکلاتی در عملکرد باتری ها در شرایط شدید دما و خلأ فضایی وجود خواهد داشت - بخش قابل توجهی از انرژی برای اطمینان از عمر خود باتری ها "مصرف" می شود. بدتر از همه ، خرابی یک سلول باتری می تواند منجر به خرابی یا حتی انفجار کل باتری باتری ، همراه با لیزر و فضاپیمای حامل شود.
استفاده از دستگاههای ذخیره انرژی قابل اطمینان تر ، از نظر عملکرد آنها در فضا ، به دلیل چگالی کم انرژی آنها از نظر W * h ، به احتمال زیاد منجر به افزایش بیشتر جرم و ابعاد سازه می شود. / کیلوگرم.
با این وجود ، اگر ما برای ساعت های زیادی از کار ، الزاماتی را به سلاح های لیزری تحمیل نکنیم ، اما از LR برای حل مشکلات خاصی که هر چند روز یکبار بوجود می آید و نیاز به زمان لیزر حداکثر پنج دقیقه دارد استفاده کنیم ، این امر مستلزم یک مورد متناظر است. ساده شدن باتری. … باتری ها را می توان از پنل های خورشیدی شارژ کرد که اندازه آنها یکی از عوامل محدود کننده دفعات استفاده از سلاح های لیزری خواهد بود
راه حل اساسی تر استفاده از نیروگاه هسته ای است. در حال حاضر ، فضاپیماها از ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (RTGs) استفاده می کنند. مزیت آنها سادگی نسبی طراحی است ، نقطه ضعف آن قدرت الکتریکی کم است ، که در بهترین حالت چند صد وات است.
در ایالات متحده ، نمونه اولیه Kilopower RTG امیدوار کننده در حال آزمایش است که در آن اورانیوم 235 به عنوان سوخت ، لوله های حرارتی سدیم برای حذف گرما استفاده می شود و گرما با استفاده از موتور استرلینگ به الکتریسیته تبدیل می شود. در نمونه اولیه راکتور Kilopower با ظرفیت 1 کیلووات ، کارایی نسبتاً بالایی در حدود 30٪ به دست آمده است.نمونه نهایی راکتور هسته ای Kilopower باید به طور مداوم 10 کیلووات برق به مدت 10 سال تولید کند.
مدار منبع تغذیه LR با یک یا دو راکتور Kilopower و یک دستگاه ذخیره انرژی بافر می تواند از قبل فعال باشد ، و به صورت دوره ای یک لیزر 1 مگاواتی را در حالت رزمی به مدت حدود پنج دقیقه ، هر چند روز یکبار ، از طریق باتری بافر ، کار می کند
در روسیه ، یک نیروگاه هسته ای با قدرت الکتریکی حدود 1 مگاوات برای واحد انتقال و نیرو (TEM) و همچنین نیروگاه های هسته ای با انتشار حرارتی بر اساس پروژه هرکول با قدرت الکتریکی 5-10 مگاوات در حال ایجاد است. بهنیروگاه های هسته ای از این نوع می توانند سلاح های لیزری را در حال حاضر بدون واسطه در قالب باتری های بافر تأمین کنند ، با این حال ، ایجاد آنها با مشکلات بزرگی روبرو است ، که در اصل با توجه به تازگی راه حل های فنی ، ویژگی های آن ، تعجب آور نیست. محیط کار و عدم امکان انجام آزمایشات فشرده. نیروگاه های هسته ای فضایی موضوعی برای یک ماده جداگانه است که ما قطعاً به آن باز خواهیم گشت.
همانطور که در مورد خنک کردن یک سلاح لیزری قوی ، استفاده از نیروگاه هسته ای از یک نوع دیگر نیز نیازهای خنک کننده را افزایش می دهد. یخچال و فریزرها از نظر جرم و ابعاد یکی از مهمترین هستند ، عناصر یک نیروگاه ، نسبت جرم آنها ، بسته به نوع و قدرت نیروگاه هسته ای ، می تواند از 30 تا 70 درصد متغیر باشد.
با کاهش فرکانس و مدت زمان استفاده از سلاح لیزری و با استفاده از NPP های نسبتاً کم توان RTG و شارژ مجدد ذخیره انرژی بافر ، می توان نیازهای خنک کننده را کاهش داد
نکته قابل توجه قرار دادن لیزرهای پمپاژ هسته ای در مدار است که نیازی به منابع خارجی برق ندارند ، زیرا لیزر مستقیماً توسط محصولات واکنش هسته ای پمپ می شود. از یک سو ، لیزرهای پمپاژ شده هسته ای همچنین به سیستم های خنک کننده عظیمی نیاز خواهند داشت ، از سوی دیگر ، طرح تبدیل مستقیم انرژی هسته ای به تابش لیزری ممکن است ساده تر از تبدیل متوسط گرمای آزاد شده توسط یک راکتور هسته ای به انرژی الکتریکی باشد. ، که منجر به کاهش اندازه و وزن محصولات خواهد شد.
بنابراین ، نبود فضایی که مانع انتشار تابش لیزر در زمین می شود ، طراحی سلاح های لیزری فضایی را عمدتاً از نظر سیستم های خنک کننده پیچیده می کند. تامین سلاح های لیزری فضایی با برق مشکل چندانی ندارد.
می توان فرض کرد که در اولین مرحله ، تقریباً در دهه سی قرن XXI ، یک سلاح لیزری در فضا ظاهر می شود که قادر است برای مدت محدودی کار کند - به مدت چند دقیقه ، با نیاز به شارژ بعدی انرژی. واحدهای ذخیره سازی برای مدت زمان کافی به مدت چند روز
بنابراین ، در کوتاه مدت ، نیازی به صحبت در مورد استفاده گسترده از سلاح های لیزری "در برابر صدها موشک بالستیک" نیست. سلاح های لیزری با قابلیت های پیشرفته زودتر از ایجاد و آزمایش نیروگاه های هسته ای کلاس مگاواتی ظاهر می شوند. و پیش بینی هزینه فضاپیماهای این کلاس دشوار است. علاوه بر این ، اگر در مورد عملیات نظامی در فضا صحبت کنیم ، راه حل های فنی و تاکتیکی وجود دارد که می تواند کارایی سلاح های لیزری را در فضا تا حد زیادی کاهش دهد.
با این وجود ، سلاح های لیزری ، حتی آنهایی که از نظر زمان کارکرد مداوم و دفعات استفاده محدود هستند ، می توانند به ابزاری ضروری برای جنگ در فضا و خارج از آن تبدیل شوند.
