يُعتقد على نطاق واسع أن أفضل بيئة لاستخدام أسلحة الليزر (LW) هي الفضاء الخارجي. من ناحية أخرى ، هذا منطقي: في الفضاء ، يمكن لإشعاع الليزر أن ينتشر عمليا دون تدخل بسبب الغلاف الجوي والظروف الجوية والعوائق الطبيعية والاصطناعية. من ناحية أخرى ، هناك عوامل تعقد بشكل كبير استخدام أسلحة الليزر في الفضاء.
ميزات عمل الليزر في الفضاء
العقبة الأولى أمام استخدام الليزر عالي الطاقة في الفضاء الخارجي هي كفاءتها ، والتي تصل إلى 50٪ لأفضل المنتجات ، وتذهب النسبة المتبقية 50٪ لتسخين الليزر والمعدات المحيطة به.
حتى في ظروف الغلاف الجوي للكوكب - على الأرض وفي الماء وتحت الماء وفي الهواء ، هناك مشاكل في تبريد أشعة الليزر القوية. ومع ذلك ، فإن إمكانيات معدات التبريد على الكوكب أعلى بكثير مما هي عليه في الفضاء ، لأنه في الفراغ ، لا يمكن نقل الحرارة الزائدة دون فقدان الكتلة إلا بمساعدة الإشعاع الكهرومغناطيسي.
من الأسهل تنظيم تبريد LO في الماء وتحت الماء - يمكن تنفيذه بمياه البحر. على الأرض ، يمكنك استخدام مشعات ضخمة مع تبديد الحرارة في الغلاف الجوي. يمكن للطيران استخدام تدفق الهواء القادم لتبريد الطائرة.
في الفضاء ، من أجل إزالة الحرارة ، يتم استخدام مبردات المبرد في شكل أنابيب مضلعة متصلة بألواح أسطوانية أو مخروطية مع سائل تبريد يدور فيها. مع زيادة قوة أسلحة الليزر ، يمكن أن يتجاوز حجم وكتلة مبردات المبرد ، الضرورية لتبريدها ، علاوة على ذلك ، الكتلة وخاصة أبعاد مبردات الرادياتير بشكل كبير كتلة وأبعاد سلاح الليزر نفسه.
في الليزر القتالي المداري السوفيتي "Skif" ، الذي كان من المقرر إطلاقه إلى المدار بواسطة الصاروخ الحامل الثقيل "Energia" ، كان من المقرر استخدام ليزر ديناميكي الغازي ، والذي من المرجح أن يتم تبريده بواسطة طرد سائل العمل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الإمداد المحدود لسائل العمل على اللوحة بالكاد يمكن أن يوفر إمكانية تشغيل الليزر على المدى الطويل.
مصادر الطاقة
العقبة الثانية هي الحاجة إلى تزويد أسلحة الليزر بمصدر قوي للطاقة. لا يمكن نشر التوربينات الغازية أو محرك الديزل في الفضاء ؛ فهم يحتاجون إلى الكثير من الوقود وحتى المزيد من المؤكسد ، والليزر الكيميائي مع احتياطياته المحدودة من سائل العمل ليس هو الخيار الأفضل لوضعه في الفضاء. لا يزال هناك خياران - لتوفير الطاقة إلى ليزر الحالة الصلبة / الألياف / السائل ، حيث يمكن استخدام البطاريات الشمسية المزودة بمراكم عازلة أو محطات الطاقة النووية (NPPs) ، أو الليزر مع الضخ المباشر بواسطة شظايا الانشطار النووي (أشعة الليزر التي يتم ضخها نوويًا)) يمكن استخدامها.
دائرة مفاعل ليزر
كجزء من العمل الذي تم تنفيذه في الولايات المتحدة في إطار برنامج Boing YAL-1 ، كان من المفترض استخدام ليزر 14 ميغاواط لتدمير الصواريخ الباليستية العابرة للقارات (ICBMs) على مسافة 600 كيلومتر. في الواقع ، تم تحقيق قوة تبلغ حوالي 1 ميغاواط ، بينما تم إصابة أهداف التدريب على مسافة حوالي 250 كيلومترًا.وبالتالي ، يمكن استخدام قوة تصل إلى 1 ميغاواط كقاعدة لأسلحة الليزر الفضائية ، القادرة ، على سبيل المثال ، على العمل من مدار مرجعي منخفض ضد أهداف على سطح الأرض أو ضد أهداف بعيدة نسبيًا في الفضاء الخارجي (نحن لا تفكر في طائرة مصممة للإنارة »مجسات).
مع كفاءة الليزر بنسبة 50٪ ، للحصول على 1 ميغاواط من إشعاع الليزر ، من الضروري توفير 2 ميغاواط من الطاقة الكهربائية لليزر (في الواقع ، أكثر من ذلك ، لأنه لا يزال من الضروري ضمان تشغيل المعدات المساعدة والتبريد النظام). هل من الممكن الحصول على هذه الطاقة باستخدام الألواح الشمسية؟ على سبيل المثال ، تولد الألواح الشمسية المثبتة على محطة الفضاء الدولية (ISS) ما بين 84 و 120 كيلوواط من الكهرباء. يمكن بسهولة تقدير أبعاد الألواح الشمسية المطلوبة للحصول على الطاقة المشار إليها من الصور الفوتوغرافية لمحطة الفضاء الدولية. سيكون التصميم القادر على تشغيل ليزر 1 ميجاوات هائلاً وسيتطلب الحد الأدنى من قابلية النقل.
يمكنك اعتبار تجميع البطارية كمصدر طاقة لليزر قوي على شركات النقل المحمولة (على أي حال ، سيكون مطلوبًا كمخزن مؤقت للبطاريات الشمسية). يمكن أن تصل كثافة طاقة بطاريات الليثيوم إلى 300 واط * ساعة / كجم ، أي لتوفير ليزر 1 ميجاوات بكفاءة 50٪ ، وهناك حاجة إلى بطاريات تزن حوالي 7 أطنان لمدة ساعة واحدة من التشغيل المستمر بالكهرباء. لا يبدو ذلك كثيرا؟ ولكن مع الأخذ في الاعتبار الحاجة إلى وضع الهياكل الداعمة ، والإلكترونيات المصاحبة ، والأجهزة للحفاظ على نظام درجة حرارة البطاريات ، فإن كتلة البطارية العازلة ستكون حوالي 14-15 طنًا. بالإضافة إلى ذلك ، ستكون هناك مشاكل في تشغيل البطاريات في ظروف درجات الحرارة القصوى وفراغ الفضاء - سيتم "استهلاك" جزء كبير من الطاقة لضمان عمر البطاريات نفسها. والأسوأ من ذلك كله ، أن فشل خلية بطارية واحدة يمكن أن يؤدي إلى فشل ، أو حتى انفجار ، بطارية البطاريات بأكملها ، جنبًا إلى جنب مع الليزر والمركبة الفضائية الحاملة.
من المرجح أن يؤدي استخدام أجهزة تخزين الطاقة الأكثر موثوقية ، والملائمة من وجهة نظر تشغيلها في الفضاء ، إلى زيادة أكبر في كتلة وأبعاد الهيكل بسبب انخفاض كثافة طاقتها من حيث W * h / كلغ.
ومع ذلك ، إذا لم نفرض متطلبات على أسلحة الليزر لساعات عديدة من العمل ، ولكن استخدمنا LR لحل المشكلات الخاصة التي تظهر مرة واحدة كل عدة أيام وتتطلب وقتًا لا يزيد عن خمس دقائق لعملية الليزر ، فسيستلزم ذلك تبسيط البطارية …. يمكن إعادة شحن البطاريات من الألواح الشمسية ، وسيكون حجمها أحد العوامل التي تحد من تكرار استخدام أسلحة الليزر
الحل الأكثر جذرية هو استخدام محطة للطاقة النووية. حاليًا ، تستخدم المركبات الفضائية المولدات الكهروحرارية بالنظائر المشعة (RTGs). ميزتها هي البساطة النسبية للتصميم ، والعيب هو انخفاض الطاقة الكهربائية ، والتي في أحسن الأحوال عدة مئات من واط.
في الولايات المتحدة الأمريكية ، يتم اختبار نموذج أولي من كيلوباور RTG الواعد ، حيث يتم استخدام اليورانيوم 235 كوقود ، وتستخدم أنابيب حرارة الصوديوم لإزالة الحرارة ، ويتم تحويل الحرارة إلى كهرباء باستخدام محرك ستيرلينغ. في النموذج الأولي لمفاعل كيلوباور بسعة 1 كيلوواط ، تم تحقيق كفاءة عالية إلى حد ما بحوالي 30 ٪.يجب أن تنتج العينة النهائية من مفاعل كيلوباور 10 كيلوواط من الكهرباء بشكل مستمر لمدة 10 سنوات.
يمكن أن تكون دائرة إمداد الطاقة في LR مع مفاعل واحد أو اثنين من مفاعل كيلوباور وجهاز تخزين طاقة عازلة جاهزة للعمل بالفعل ، مما يوفر التشغيل الدوري لليزر 1 ميجاوات في وضع القتال لمدة خمس دقائق تقريبًا ، مرة كل عدة أيام ، من خلال بطارية عازلة
في روسيا ، يتم إنشاء محطة للطاقة النووية بطاقة كهربائية تبلغ حوالي 1 ميغاواط لوحدة النقل والطاقة (TEM) ، بالإضافة إلى محطات الطاقة النووية ذات الانبعاثات الحرارية القائمة على مشروع هرقل بطاقة كهربائية من 5-10 ميغاواط.يمكن لمحطات الطاقة النووية من هذا النوع أن توفر الطاقة لأسلحة الليزر بالفعل بدون وسطاء في شكل بطاريات عازلة ، ومع ذلك ، فإن إنشائها يواجه مشاكل كبيرة ، وهو أمر لا يثير الدهشة من حيث المبدأ ، نظرًا لحداثة الحلول التقنية ، وخصائص بيئة التشغيل واستحالة إجراء اختبارات مكثفة. محطات الطاقة النووية الفضائية هي موضوع مادة منفصلة ، سنعود إليها بالتأكيد.
كما في حالة تبريد سلاح ليزر قوي ، فإن استخدام محطة طاقة نووية من نوع أو آخر يطرح أيضًا متطلبات تبريد متزايدة. تعتبر الثلاجات-المشعات من أهم العناصر من حيث الكتلة والأبعاد ، ويمكن أن تتراوح نسبة عناصر محطة الطاقة ، اعتمادًا على نوع وقوة محطة الطاقة النووية ، من 30٪ إلى 70٪.
يمكن تقليل متطلبات التبريد عن طريق تقليل تواتر ومدة سلاح الليزر ، وباستخدام NPPs منخفضة الطاقة نسبيًا من نوع RTG ، وإعادة شحن مخزن طاقة المخزن المؤقت
وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى وضع الليزر الذي يتم ضخه نوويًا في المدار ، والذي لا يتطلب مصادر خارجية للكهرباء ، حيث يتم ضخ الليزر مباشرة بواسطة منتجات تفاعل نووي. من ناحية أخرى ، ستتطلب أشعة الليزر التي يتم ضخها بالطاقة النووية أيضًا أنظمة تبريد ضخمة ، ومن ناحية أخرى ، قد يكون مخطط التحويل المباشر للطاقة النووية إلى إشعاع ليزر أبسط من التحويل الوسيط للحرارة المنبعثة من مفاعل نووي إلى طاقة كهربائية ، مما سيترتب عليه تخفيض مماثل في الحجم والوزن للمنتجات.
وبالتالي ، فإن غياب الغلاف الجوي الذي يمنع انتشار أشعة الليزر على الأرض يعقد بشكل كبير تصميم أسلحة الليزر في الفضاء ، وخاصة فيما يتعلق بأنظمة التبريد. إن تزويد أسلحة الليزر الفضائية بالكهرباء ليس مشكلة أقل من ذلك بكثير.
يمكن الافتراض أنه في المرحلة الأولى ، تقريبًا في الثلاثينيات من القرن الحادي والعشرين ، سيظهر سلاح ليزر في الفضاء ، قادرًا على العمل لفترة محدودة - بترتيب عدة دقائق ، مع الحاجة إلى إعادة شحن لاحقة للطاقة وحدات التخزين لفترة طويلة بما فيه الكفاية لعدة أيام
وبالتالي ، على المدى القصير ، لا داعي للحديث عن أي استخدام مكثف لأسلحة الليزر "ضد مئات الصواريخ الباليستية". لن تظهر أسلحة الليزر ذات القدرات المتقدمة قبل إنشاء واختبار محطات الطاقة النووية من فئة ميغاوات. ومن الصعب التنبؤ بتكلفة المركبات الفضائية من هذه الفئة. بالإضافة إلى ذلك ، إذا تحدثنا عن العمليات العسكرية في الفضاء ، فهناك حلول تقنية وتكتيكية يمكن أن تقلل إلى حد كبير من كفاءة أسلحة الليزر في الفضاء.
ومع ذلك ، يمكن أن تصبح أسلحة الليزر ، حتى تلك المحدودة من حيث وقت التشغيل المستمر ووتيرة الاستخدام ، أداة أساسية للحرب في الفضاء ومنه.
