Obecně se věří, že nejlepším prostředím pro použití laserových zbraní (LW) je vesmír. Na jedné straně je to logické: v prostoru se laserové záření může šířit prakticky bez interference způsobené atmosférou, povětrnostními podmínkami, přírodními a umělými překážkami. Na druhou stranu existují faktory, které používání laserových zbraní ve vesmíru výrazně komplikují.
Vlastnosti provozu laserů ve vesmíru
První překážkou používání vysoce výkonných laserů ve vesmíru je jejich účinnost, která je u nejlepších produktů až 50%, zbývajících 50% jde na ohřev laseru a jeho okolního vybavení.
I v podmínkách atmosféry planety - na souši, na vodě, pod vodou i ve vzduchu jsou problémy s chlazením výkonných laserů. Možnosti chlazení zařízení na planetě jsou však mnohem vyšší než ve vesmíru, protože ve vakuu je přenos přebytečného tepla bez ztráty hmotnosti možný pouze pomocí elektromagnetického záření.
Organizace LO na vodě a pod vodou je nejjednodušší - lze ji provádět s mořskou vodou. Na zemi můžete použít masivní radiátory s odvodem tepla do atmosféry. Letectví může využít protilehlé proudění vzduchu k ochlazení letadla.
V prostoru se pro odvod tepla používají chladiče chladičů ve formě žebrovaných trubek spojených s válcovými nebo kónickými panely, v nichž cirkuluje chladivo. S nárůstem výkonu laserových zbraní velikost a hmotnost chladičů chladiče, které jsou nezbytné pro její chlazení, navíc zvyšují hmotnost a zejména rozměry chladičů chladičů výrazně převyšují hmotnost a rozměry samotná laserová zbraň.
V sovětském orbitálním bojovém laseru „Skif“, který měl podle plánu vypustit na oběžnou dráhu super těžká nosná raketa „Energia“, měl být použit plynový dynamický laser, jehož chlazení by s největší pravděpodobností prováděl vysunutí pracovní tekutiny. Omezený přísun pracovní tekutiny na palubu navíc jen stěží poskytoval možnost dlouhodobého provozu laseru.
Zdroje energie
Druhou překážkou je potřeba poskytnout laserovým zbraním silný zdroj energie. Plynovou turbínu nebo naftový motor ve vesmíru nasadit nelze; potřebují hodně paliva a ještě více okysličovadla, chemické lasery s omezenými zásobami pracovní tekutiny nejsou tou nejlepší volbou pro umístění do vesmíru. Zbývají dvě možnosti-poskytnout energii polovodičovému / vláknovému / kapalinovému laseru, pro který lze použít solární baterie s akumulačními akumulátory nebo jaderné elektrárny (JE), nebo lasery s přímým čerpáním fragmenty štěpení jader (lasery poháněné jadernou energií)) může být použito.
Obvod reaktor-laser
V rámci prací prováděných ve Spojených státech v rámci programu Boing YAL-1 měl být na zničení mezikontinentálních balistických raket (ICBM) na vzdálenost 600 kilometrů použit 14 megawattový laser. Ve skutečnosti bylo dosaženo výkonu asi 1 megawattu, zatímco tréninkové cíle byly zasaženy na vzdálenost asi 250 kilometrů. Jako základ kosmických laserových zbraní lze tedy použít výkon řádově 1 megawatt, který je například schopen operovat z nízké referenční oběžné dráhy proti cílům na zemském povrchu nebo proti relativně vzdáleným cílům ve vesmíru (jsme nebere v úvahu letadlo určené pro osvětlení »Senzory).
S účinností laseru 50%je pro získání 1 MW laserového záření nutné dodat laseru 2 MW elektrické energie (ve skutečnosti více, protože je stále nutné zajistit provoz pomocných zařízení a chlazení Systém). Je možné získat takovou energii pomocí solárních panelů? Například solární panely instalované na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) generují mezi 84 a 120 kW elektrické energie. Rozměry solárních panelů potřebné k získání uvedeného výkonu lze snadno odhadnout z fotografických snímků ISS. Konstrukce schopná pohánět 1 MW laser by byla obrovská a vyžadovala by minimální přenositelnost.
Sestavu baterie můžete považovat za zdroj energie pro výkonný laser na mobilních nosičích (v každém případě bude vyžadován jako vyrovnávací paměť pro solární baterie). Hustota energie lithiových baterií může dosáhnout 300 W * h / kg, to znamená, že k zajištění laseru o výkonu 1 MW s účinností 50%jsou na 1 hodinu nepřetržitého provozu s elektřinou zapotřebí baterie o hmotnosti přibližně 7 tun. Zdá se, že ne tolik? Ale s přihlédnutím k potřebě stanovit podpůrné konstrukce, doprovodnou elektroniku, zařízení pro udržování teplotního režimu baterií, bude hmotnost vyrovnávací baterie přibližně 14-15 tun. Kromě toho budou problémy s provozem baterií v podmínkách teplotních extrémů a vesmírného vakua - významná část energie bude „spotřebována“, aby byla zajištěna životnost samotných baterií. Nejhorší ze všeho je, že selhání jednoho článku baterie může vést k selhání nebo dokonce k výbuchu celé baterie baterií spolu s laserem a nosnou kosmickou lodí.
Použití spolehlivějších zařízení pro ukládání energie, výhodných z hlediska jejich provozu ve vesmíru, s největší pravděpodobností povede k ještě většímu nárůstu hmotnosti a rozměrů konstrukce díky jejich nižší energetické hustotě, pokud jde o W * h / kg.
Pokud však neukládáme požadavky na laserové zbraně na mnoho hodin práce, ale používáme LR k řešení zvláštních problémů, které vznikají jednou za několik dní a vyžadují dobu laserové operace ne více než pět minut, pak to bude znamenat odpovídající zjednodušení baterie …. Baterie lze dobíjet ze solárních panelů, jejichž velikost bude jedním z faktorů omezujících frekvenci používání laserových zbraní
Radikálnějším řešením je využití jaderné elektrárny. V současné době kosmické lodě používají radioizotopové termoelektrické generátory (RTG). Jejich výhodou je relativní jednoduchost konstrukce, nevýhodou je nízký elektrický výkon, který je v nejlepším případě několik set wattů.
V USA se testuje prototyp nadějného Kilopower RTG, při kterém se jako palivo používá Uran-235, k odvodu tepla se používají sodíkové tepelné trubky a teplo se pomocí Stirlingova motoru přeměňuje na elektřinu. V prototypu reaktoru Kilopower s výkonem 1 kilowatt bylo dosaženo poměrně vysoké účinnosti asi 30%. Konečný vzorek jaderného reaktoru Kilopower by měl nepřetržitě vyrábět 10 kilowattů elektřiny po dobu 10 let.
Napájecí obvod LR s jedním nebo dvěma reaktory Kilopower a vyrovnávacím zařízením pro ukládání energie již může být v provozu a poskytuje periodický provoz laseru o výkonu 1 MW v bojovém režimu po dobu přibližně pěti minut, jednou za několik dní, prostřednictvím vyrovnávací baterie
V Rusku vzniká jaderná elektrárna s elektrickým výkonem asi 1 MW pro dopravní a energetický modul (TEM) a také jaderné elektrárny s tepelnými emisemi na základě projektu Hercules s elektrickým výkonem 5–10 MW. Jaderné elektrárny tohoto typu mohou poskytovat energii laserovým zbraním již bez prostředníků ve formě vyrovnávacích baterií, nicméně jejich tvorba čelí velkým problémům, což v zásadě není vzhledem k novosti technických řešení, specifikám provozním prostředí a nemožnosti provádět intenzivní testy. Vesmírné jaderné elektrárny jsou tématem samostatného materiálu, ke kterému se určitě ještě vrátíme.
Stejně jako v případě chlazení výkonné laserové zbraně, použití jaderné elektrárny jednoho nebo druhého typu také klade zvýšené požadavky na chlazení. Chladničky-radiátory jsou jedním z nejvýznamnějších z hlediska hmotnosti a rozměrů, prvky elektrárny, podíl jejich hmotnosti, v závislosti na typu a výkonu jaderné elektrárny, se může pohybovat od 30% do 70%.
Požadavky na chlazení lze snížit snížením frekvence a doby trvání laserové zbraně a použitím relativně nízkoenergetických jaderných elektráren typu RTG, dobíjením zásobníku energie vyrovnávací paměti
Zvláště pozoruhodné je umístění jaderně čerpaných laserů na oběžnou dráhu, které nevyžadují externí zdroje elektřiny, protože laser je čerpán přímo produkty jaderné reakce. Na jedné straně budou lasery poháněné jadernou energií vyžadovat také masivní chladicí systémy, na druhé straně schéma přímé přeměny jaderné energie na laserové záření může být jednodušší než u přechodné přeměny tepla uvolňovaného jaderným reaktorem na elektrickou energii, což bude mít za následek odpovídající snížení velikosti a hmotnosti produktů.
Absence atmosféry, která brání šíření laserového záření na Zemi, tedy výrazně komplikuje konstrukci vesmírných laserových zbraní, především z hlediska chladicích systémů. Poskytování elektřiny pro vesmírné laserové zbraně není o nic menší problém.
Lze předpokládat, že v první fázi, přibližně ve třicátých letech XXI. Století, se ve vesmíru objeví laserová zbraň, schopná fungovat po omezenou dobu - řádově několik minut, s potřebou následného dobíjení energie skladovací jednotky po dostatečně dlouhou dobu několika dnů
V krátkodobém horizontu tedy není třeba hovořit o žádném masivním používání laserových zbraní „proti stovkám balistických raket“. Laserové zbraně s pokročilými schopnostmi se objeví nejdříve, než budou vytvořeny a testovány jaderné elektrárny megawattové třídy. A náklady na kosmické lodě této třídy je těžké předvídat. Pokud navíc mluvíme o vojenských operacích ve vesmíru, pak existují technická a taktická řešení, která mohou do značné míry snížit účinnost laserových zbraní ve vesmíru.
Přesto se laserové zbraně, i když omezené dobou nepřetržitého provozu a frekvencí používání, mohou stát základním nástrojem války ve vesmíru i z vesmíru.
