Ray-Gun Reality: Внутри Двух Проектов «Звездных Войн»

{h1}

Пока не считайте лазерное оружие. Потенциал оружия, которое стреляет с точностью на огромных расстояниях, слишком привлекателен в военном отношении.

Для видения войны это было почти элегантно. Дым, вонь и оглушительный треск боеприпасов будут заменены невидимыми лучами сфокусированного света. Модифицированные самолеты 747, оснащенные лазерным оружием, будут взрывать баллистические ракеты, пока они еще были в сотнях миль от удара по нашей земле. Пушки направленной энергии перехватывали бы поступающие ракеты со скоростью света, нагревая взрывчатку внутри и заставляя их взрываться в воздухе.

И это была не реликвия провидцев эпохи Рейгана. Это были современные планы, начатые всего десять лет назад, которые будут реализованы не в далеком будущем, а в ближайшее время. В пустыне Нью-Мексико на ракетном полигоне «Белые пески» Тактический высокоэнергетический лазер армии США сбил десятки ракет «Катюша» и минометов. В 2004 году подрядчики ВВС начали испытательную стрельбу из лучевого оружия с химическим приводом для дооснащенного 747-го самолета Airborne Laser.

Затем наступила реальность, и эти недавние попытки использовать лазеры на полях сражений внезапно стали выглядеть такими же обреченными, как «Звездные войны». Для генерации мегаватт мощности лазера, необходимой для детонации ракеты, потребовались сотни галлонов токсичных химикатов - этилена, трифторида азота. Оружие стало громоздким. Хуже того, после нескольких выстрелов лазеры должны будут пополняться свежей партией реагентов. Логистика доставки этих токсинов по воздуху или через поле боя заставила генералов дрожать. Задавались вопросы о том, насколько эффективно лучи будут проникать в пыль и дождь. В прошлом году армия отменила свой проект Tactical High Energy Laser, и некоторые считают, что скоро будет запущен сверхбюджетный 747.

Но пока не считайте лазерное оружие. Потенциал лучевого оружия оружия, которое стреляет с точностью на огромных расстояниях, слишком привлекателен в военном отношении, особенно в то время, когда американские солдаты сражаются с партизанскими врагами, которые быстро уходят на задний план. «Если бы я мог добраться до толпы и уничтожить одну или две цели без пыли или трещины в винтовке - если бы я мог стрелять в течение долгого времени без перезарядки», - говорит генерал-майор корпуса морской пехоты Брэдли Лотт «Корпус морской пехоты Соединенных Штатов очень и очень заинтересован в этом».

Но если химические лазеры не могут его сократить, что сделает лучевую войну реальностью? Ответ двоякий. Во-первых, Пентагон постепенно осознает, что если он хочет результатов, он должен снизить свои ожидания. Сначала сбивайте минометы, например, затем ракеты. Однако более важным является возрождение двух технологий прошлого «Звездных войн» - твердотельных лазеров и лазеров на свободных электронах - в энергичных, полных обещаний лабораториях двух бывших коллег, которые думали, что их мечты о лазерном триумфе умерли много лет назад.

Прыгать на скорость света

Все лазеры работают примерно одинаково: возбуждают определенные виды атомов, а легкие частицы - фотоны - излучают. Отразите этот свет обратно в возбужденные атомы, и появится больше фотонов. Но в отличие от лампочки, которая светится во всех направлениях, эта вторая партия фотонов движется только в одном направлении и в одном шаге с первым. И вместо того, чтобы светить в каждой части спектра, лазерный свет имеет одинаковую длину волны, которая зависит от «среды усиления» - типа атомов - вы используете для генерации луча. Сияйте достаточно сфокусированного света, и все начнет гореть.

В первых лазерных экспериментах в 1960-х годах в качестве среды усиления использовались кристаллы рубина. Но такие твердотельные лазеры изначально не могли производить более нескольких сотен ватт мощности. Это хорошо для хирургии глаза. Сбивание ракеты - как впервые мечтали военные - потребляет миллионы ватт энергии, поэтому исследователи обратили свои усилия на окончательно вышедшие из строя химические лазеры.

Однако существует другой тип лазера, для которого не требуется объемных ванн с токсичными химикатами, кристаллов - никакой среды усиления, чтобы генерировать свой луч. Он называется лазером на свободных электронах (FEL), и для ускорения реакции используется поток электронов с турбонаддувом. Эта форма лазера доминировала в национальной программе противоракетной обороны «Звездных войн»; это был почти мифический зверь, которого ученые Джордж Нил и Боб Ямамото трудились вместе для оборонного подрядчика TRW.

Это было зажато из-за сильных ожиданий. Но и Нил, главный ученый проекта, и Ямамото, инженер проекта, были истинно верующими. Они думали, что при достаточном количестве исследований лазер на свободных электронах действительно сможет остановить ракету-изгой. И прорывы, требуемые в атомной физике, оптике и сверхпроводимости, будут иметь далеко идущие преимущества, даже если МБР никогда не попадет в тупик. Но после 10 с половиной миллиардов долларов инвестиций лазер на свободных электронах в лаборатории TRW достиг пиковой мощности в 11 Вт - десятая часть того, что генерирует лампочка.

После еще нескольких лет руководства, продолжавшего обещать мощность в 10, 20 мегаватт, Пентагон наконец-то отключился в 1989 году, и «Звездные войны» погасли в пламени легендарных масштабов. Нил особенно негодовал по поводу того, как безрассудные прогнозы обрекли программу и превратили его идеи направленной энергии в посмешище. В последующие годы на научных конференциях Нил выступал за возрождение исследований свободных электронов. «Люди думали, что мы сошли с ума, и технология была неосуществима», - говорит он. «И на голых доказательствах они были правы».

Боб Ямамото, тем временем, оставался в стороне от военных проектов в течение 15 лет после фиаско «Звездных войн». Он работал в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, партнера TRW по лазерам на свободных электронах, создавая магниты для экспериментов по физике высоких энергий. Лаборатория находилась недалеко от Беркли, Калифорния, где он вырос и поступил в колледж, поэтому смена дала ему возможность продолжать гонки и восстанавливать импортные автомобили - Тойоты и Датсаны - со своими старыми приятелями. В гараже и в лаборатории Ямамото приобрел репутацию производителя вещей, которыми можно было управлять. Из-за этого и его предыдущего опыта работы с лазером он был задействован в 2003 году, чтобы запустить проект твердотельного лазера, финансируемого Пентагоном, на сумму 50 миллионов долларов. Технология, некогда считавшаяся невозможной, возрождается с более взвешенными ожиданиями прогресса. Ямамото чувствовал себя так же комфортно с твердотельной технологией, как и с лазерами на свободных электронах, и это доказало интригующий выход в поле. «Оружие направленной энергии было обещано более 30 лет», - говорит он. «Я хочу быть первым на блоке, который скажет:« Мы позаботились об этом ». "

Под прицелом

Боеприпасы в новом твердотельном лазере Yamamoto представляют собой набор четырехдюймовых квадратных прозрачных пластин с оттенком малейшего пурпурного цвета. Это именно то, что вы ожидаете найти для питания пушек на борту «Энтерпрайза» или «Тысячелетнего сокола».

Журнал этих прозрачных плит не совсем бесконечен; на каждые 10 секунд, в течение которых они стреляют, им требуется не менее минуты, чтобы остыть. Но плиты - керамика, наполненная элементом неодим, атомы, которые, будучи возбужденными, производят фотоны, которые в конечном итоге становятся лазерным лучом, - никогда не могут быть истощены от их силы. И они намного меньше хлопот, чем громоздкие химические ванны. Это главная причина, по которой машина Ямамото втискивается в одну 30-футовую лабораторию. Нетрудно представить, как все это упаковано в маленький грузовик, выбивая из воздуха минометы. «Я долго думал о развертывании», - говорит Ямамото.

Твердотельный лазер, подобный его, теперь мог попасть в зону военных действий отчасти потому, что планка для энергетического оружия была понижена. Взрыв МБР с расстояния 100 миль требует мегаватт света. Твердотельные лазеры могут никогда не стать такими мощными. Но разогревайте раствор с расстояния в милю до тех пор, пока не взорвется взрывчатка внутри - это займет всего 100 киловатт.

Ямамото приближается. Он демонстрирует десятки блоков из углеродистой стали и алюминия, каждый два дюйма высотой и дюйм толщиной. На всех них есть следы ожогов и дыр. Один блок, помеченный «6-6-05», почти полностью искривлен парой депрессий размером в полдоллара. Снизу торчит веревка из ранее расплавленного металла. "Ты можешь в это поверить?" Ямамото спрашивает, с гулким тенором и большой, мальчишеской улыбкой. Он выглядит намного моложе своих 50 лет. «Это как свет фонарика, а вещи тают! Это смешно!» В марте 2005 года лазер Ливермора, продвинутый большими пластинами с усилением и увеличенной скоростью пульсации, достиг мощности 45 киловатт. Это более чем в три раза больше, чем лазер мог сделать три года назад.

Но в тот день, когда я прихожу в лабораторию, в лаборатории возникает нервное напряжение. Каждая из пластин окружена массивом из 2880 светодиодов, как в радиочасах. Когда они сияют, они возбуждают атомы в полупрозрачных керамических композитах и ​​начинают лазерную цепную реакцию. Проблема состоит в том, что чем больше светятся диоды, тем больше температурные различия ухудшают качество луча. Инфракрасный луч - невидимый невооруженным глазом - начинает терять часть своего качества. Что плохо, потому что Пентагон хочет видеть хороший, жесткий луч, а также мощный. И команда тестеров Министерства обороны должна прибыть сюда в следующий вторник. Визит во многом определит, получит ли команда «Ливермора» наличные для производства следующего лазера: 100-киловаттной, оружейной машины.

Поэтому команда Ямамото в последнюю минуту вносит коррективы в «адаптивную оптику» - зеркала, оснащенные более чем 200 приводами, которые сгибают их, чтобы компенсировать искажения в луче. Ямамото вежливо извиняется. «Извините, но мы под прицелом», - говорит он, когда наша встреча подходит к концу.

Шевелить через

Джордж Нил не спешит, когда я встречаюсь с ним несколько дней спустя. Тонкий 58-летний бегун из «Смертельной гонки» - недавно он прошел 78-мильный ультрамарафон через канадские Скалистые горы - более четверти века стремится к созданию лазера на свободных электронах. Пройдет еще несколько лет, прежде чем он станет таким же сильным, как твердотельная машина Ямамото. Поэтому у него есть время, чтобы показать мне свою лабораторию в Национальном ускорительном центре Томаса Джефферсона Министерства энергетики в Ньюпорт-Ньюс, Вирджиния.

Он открывает пару магнитно закрытых дверей. Внутри находится медный трубопровод длиной 240 футов, резиновые шланги и стальные трубы десятка разных размеров. Почти все это предназначено для одной цели: генерировать чрезвычайно мощные импульсы электронов, движущихся со скоростью 99,999% скорости света. Электроны устремляются в высокоточные поля микроволн, набирая силу и скорость на этом пути. Затем электронный луч посылается через «вигглер», серию из 29 магнитов, которые изгибают поток электронов вверх и вниз. При этом электроны испускают фотоны - и начинается лазерная цепная реакция. Это усиление Нейла, его ответ на плиты Ямамото и токсичные газы химического лазера, и именно путем увеличения мощности и качества этого электронного пучка Нил продвигает свою технологию.

«Перестраиваемость» ЛСЭ - это то, что заинтересовало военных в первую очередь. Большинство лазеров теряют силу, когда они проходят сквозь атмосферу и поглощаются ею. Небольшой дождь только усугубляет ситуацию. Но ЛСЭ может использовать лучи любой длины волны, проходящие через воздух. И нет никакого опустошения «бесконечного журнала». Неудивительно, что заместитель директора Лос-Аламосской национальной лаборатории Даг Бизон называет это «Святой Грааль» лазеров. Но кто-нибудь может осуществить это?

После «Звездных войн» ультрамарафонер Нейл подождал и шагнул в ногу, ожидая, когда технология догонит его. Пять лет он работал здесь в лаборатории Джефферсона на гигантском ускорителе частиц. Директор лаборатории пообещал, что сможет построить ЛСЭ позже. Наконец, в 1995 году, когда пришло время собрать машину, Нил и его команда разработали новый ЛСЭ, который будет производить один киловатт света - а не сверхсильные лазеры, обещанные еще в 80-х годах. В 1999 году они в 100 раз превысили рекордные уровни мощности для звездных войн - модель FEL. В 2003 году новый ЛСЭ достиг 10 киловатт, что стало еще одним рекордом. «Я всегда верил, что технологии получатся, - говорит Нил с довольной улыбкой, - если мы предпримем управляемые шаги с разумными целями».

И теперь Нил снова привлек внимание военных. Министерство обороны инвестирует в машину 14 миллионов долларов в год. Говорят о том, что в конечном итоге эсминцы нового поколения будут оснащены лазерами на свободных электронах. Сегодня на кораблях нет высокоточного оружия, чтобы остановить ракетные и малые корабли, как у «Аль-Каиды» против США. Коул в 2000 году. Лазер может справиться с этой задачей. И только лазер на свободных электронах мог быть настроен, чтобы прорезать соленый океанский воздух.

В декабре Нил получает хорошие новости. Военно-морской флот взял на себя обязательства по усовершенствованному ЛСЭ: 180 миллионов долларов за восьмилетнюю многопрофильную работу. «Впереди много проблем, - пишет он, - но, по крайней мере, мы начинаем».

И все же чувства Нила немного горьковато-сладкие. Результаты пришли и к конкурсу твердотельных лазеров в Пентагоне, и его старый друг и коллега Боб Ямамото проиграл. Деньги на создание твердотельного лазера оружейного качества в лаборатории идут на команду в Northrop Grumman.

Дизайн Нортропа не сильно отличался от дизайна Ямамото, но вместо четырех больших прозрачных плит в ядре машины Ямамото Нортроп полагается на несколько более мелких кристаллов. Меньше энергии концентрируется на отдельных кристаллах, поэтому в пучке меньше дефектов. «Я поражен тем, сколько энергии мы получаем из куска стекла размером с жевательную резинку», - говорит руководитель программы Northrop Джефф Солли, 30-летний ветеран направленной энергии, последний раз с последним из подрядчиков по обороне. большая химическая лазерная программа, Tactical High Energy Laser. Пентагон дал Солли 33 месяца, чтобы привести свою машину в боевую мощь.

Тем временем Ямамото продолжает тихо настраивать свой лазер, несмотря на решение Пентагона против него. Он узнал, что в этом деле все может случиться. «На данный момент мы ведем себя крайне сдержанно», - говорит он. «Но мы еще не закончили».

Ноа Шахтман редактирует Defensetech.org, военно-технический блог.





RU.WordsSideKick.com
Все права защищены!
Перепечатка материалов разрешена только с простановкой активной ссылки на сайт RU.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RU.WordsSideKick.com