Оружие будущего:Тайны новейших военных разработок

Близки по конструкции к газодинамическому лазеру химический и электроразрядный: в них также через объем резонатора с большой скоростью прокачивается возбужденная рабочая смесь, только источником их возбуждения является соответственно химическая реакция или электрический разряд. Наиболее подходящим для поражения боеголовок в космическом пространстве считается химический лазер на реакции водорода с фтором. Если же в этом лазере вместо водорода использовать его тяжелый изотоп дейтерий, то излучение будет иметь длину волны не 2,7 мкм, а 3,8 мкм, т. е. попадет в «окно прозрачности» земной атмосферы (3,6–4 мкм) и сможет почти беспрепятственно достигать земной поверхности.

Сложную задачу представляет фокусировка лазерного луча на цель.

Опытная установка для тестирования лазеров в вакууме

С точки зрения фокусировки луча более предпочтительными являются оптические и ультрафиолетовые (УФ) лазеры. Наиболее перспективными среди них считают эксимерные лазеры на молекулах фтористого аргона и фтористого криптона. Эти молекулы-эксимеры могут существовать только в возбужденном состоянии: после излучения фотона они разрушаются. Излучение таких лазеров лежит в диапазоне от 2000 до 3000 ангстрем и поэтому земная атмосфера для него непрозрачна. Внешний источник энергии у эксимерных лазеров — электрический разряд, пучок ускоренных электронов, поток нейтронов от ядерного реактора или, возможно, от ядерного взрыва.

Самым крупным недостатком газовых лазеров всех типов является большое выделение тепла в их рабочем объеме. Это ограничивает повышение мощности на единицу массы таких лазеров. Перспективным в этом отношении считается лазер на свободных электронах, в котором усиление излучения происходит за счет его взаимодействия с пучком электронов, движущимся в периодическом магнитном поле. Можно также использовать такие лазеры как усилители мощности другого лазера, самостоятельных генераторов и умножителей частоты. Поскольку электроны летят в вакууме, не происходит разогрева прибора, как у обычных лазеров. Большим достоинством является также то, что частота генерации у лазера на свободных электронах может перестраиваться в широком спектральном диапазоне от миллиметровой до УФ-области, что делает защиту от излучения большой проблемой.

Идея эта не нова и давно используется в радиотехнике для создания мощных генераторов и усилителей сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона. Относительно высокий ожидаемый коэффициент полезного действия этих усилителей в оптическом и инфракрасном диапазонах длин волн весьма высок — до 30–40 процентов, что по данным американских источников еще до конца столетия позволит получить лазерное излучение мощностью до 100 мегаватт.

Стремление использовать в лазерном оружии коротковолновое излучение связано с тем, что оно хорошо поглощается любыми материалами. Например, титановое покрытие почти полностью отражает ИК-излучение, но поглощает ультрафиолет. Однако УФ-лазеры тяжелы и требуют громоздких источников энергии.

Особую роль в планах «звездных войн» играет проект рентгеновского лазера с накачкой энергией от ядерного взрыва. Вообще идея рентгеновских и гамма-лазеров давно привлекает внимание ученых. Применение таких лазеров даст человечеству большие возможности: как источники когерентных волн они приведут к рождению рентгеновской или гамма-голографии (молекулярной голографии), позволят расшифровать объемную структуру молекул и атомов. Возможность воздействовать на атомы и их ядра строго дозированными порциями энергии — квантами — позволит изучать и направленным образом изменять структуру атомных ядер. Тщательно подобрав частоту излучения, можно раскачивать и разрывать определенные связи в ядре и осуществлять таким образом самые экзотические ядерные превращения. Ту роль, которую играют сейчас оптические лазеры в области управления химическими реакциями, рентгеновские и гамма-лазеры будут играть в сфере ядерных превращений. Впрочем, они найдут применение и в хирургии, и в спутниковой связи, и в других областях народного хозяйства. Поэтому уже более 20 лет продолжаются попытки создать рентгеновский лазер, используя, разумеется, не разрушительную энергию ядерного взрыва, а контролируемые источники (например, обычные оптические лазеры).

В 1984 г. в США был произведен эксперимент по генерации лазерного рентгеновского излучения в газовой среде с использованием в качестве источника накачки мощного двухлучевого оптического лазера «Наветт» (Ливерморская национальная лаборатория), каждый луч которого имел плотность мощности 5 10 13Вт/см 2в импульсе длительностью 4,5 • 10 -10с.

Схема рентгеновского лазера: 1. Следящий телескоп. 2. Кожух. 3. Наведение и двигательная установка. 4. Лазерные стержни. 5. Ядерная бомба.

В фокусе лазера помещалась мишень — тончайшая пленка размером 0,1 х 1,1 см из селена или иттрия. Луч испарял мишень, создавая плазму из ионов этих металлов. Столкновения с электронами в плазме вызывали возбуждение ионов, которое приводило к вынужденному излучению на частотах около 200 ангстрем. Наличие лазерного эффекта подтверждалось тем, что излучение, скажем, селеновой плазмы по интенсивности превышало примерно в 700 раз ожидаемое ее спонтанное излучение. По сообщению специалистов Ливерморской группы, планируется дальнейшее продвижение в область жесткого рентгена: так, излучение неоноподобных ионов молибдена даст лазерный эффект на 100 ангстрем, а использование новых лазеров накачки позволит уменьшить длину волны излучения до 50 ангстрем.

В том же 1984 г. сотрудникам Принстонской лаборатории физики плазмы (США) с помощью мощного инфракрасного лазера на молекулах СО 2удалось получить лазерный эффект в углеродной плазме на волне 182 ангстрем. Их лазер накачки имел импульсную мощность порядка 10–20 гигаватт. Его пучок фокусировался в пятно диаметром 0,2–0,4 мм, что позволяло достигать плотности мощности 10 13Вт/см 2. Руководитель Принстонской группы С. Сакьюэр также надеется продвинуться в область более коротких волн, используя литиеподобные ионы неона. Интересно, что в этих экспериментах впервые использовалось для увеличения коэффициента лазерного усиления рентгеновское зеркало, изготовленное Т. Барби в Стэнфордском университете (США). Это параболическое зеркало с радиусом кривизны 2 м состоит из чередующихся слоев молибдена толщиной 35 ангстрем и кремния толщиной 60 ангстрем. Хотя каждый молибденовый слой довольно слабо отражает рентгеновские лучи, но отраженные от последовательных слоев лучи вкладываются, интерферируют и усиливаются, так что полный коэффициент отражения такого многослойного зеркала составляет 70 %.