Прожигают не все и не всегда: как работает лазерное оружие и что мешает его применять в бою

США и другие страны мира активно разрабатывают лазерное оружие, такое как DE M-SHORAD, видя в нем более дешевую и не менее эффективную альтернативу ракетам противовоздушной обороны. Директор американского Центра инициатив национальной безопасности и профессор аэрокосмических наук Университета Колорадо в Боулдере Иэн Бойд в своей статье для издания The Conversation объяснил, как работают такие системы и зачем нужны военным.

Энергетическое оружие стало популярным объектом научной фантастики еще до изобретения лазеров, и со временем вокруг него образовалось много мифов. Относительно недавно разработчики начали тестировать первые прототипы настоящего лазерного оружия, предназначенного в первую очередь для уничтожения вражеских дронов и ракет.

Как работают лазеры

Лазер использует электричество для создания частиц светов (фотонов). Эти частички проходят через специальный материал, увеличивающий их количество, после чего все фотоны фокусируются в узкий луч с помощью направляющих элементов.

Первый лазер создали в 1960 году, с тех пор ученые разработали множество систем, генерирующих фотоны на разных длинах волн электромагнитного спектра, от инфракрасного до ультрафиолета. Высокоэнергетические лазерные системы, которые используют военные, основаны на твердотельных лазерах со специальными кристаллами для преобразования входной электрической энергии в фотоны. Важная их особенность заключается в том, что частицы света создаются в инфракрасной части электромагнитного спектра и не видны человеческому глазу. Поэтому невозможно увидеть, откуда именно стреляет такое оружие.

Когда лазерный луч достигает какой-то объекта, то происходят разные эффекты в зависимости от длины волны фотона, мощности луча и материала поверхности. Большую роль также играет расстояние между излучателем и целью.

Маломощные лазеры, создающие видимый глазу свет, применяются в световых представлениях и в качестве указки. Они настолько слабые, что просто отражаются от поверхности и не повреждают ее.

Более мощные лазеры могут разрезать биологические тканей, поэтому используются в медицине. Есть и такие, что способны нагревать, плавить и прожигать много разных материалов, их применяют в промышленности для сварки и резки.

Лазерное оружие

Разрушительная способность лазеров привлекла внимание военных. Одним из ключевых преимуществ высокомощного оружия является "бесконечный магазин". В отличие от традиционного оружия, такого как пистолеты и пушки, которые требуют перезарядки боеприпасов, лазер может стрелять, пока в него поступает электрическая энергия.

Армия США использует высокоэнергетический лазер мощностью 50 киловатт, установленный на боевой машине пехоты Striker, и в феврале 2024 года развернула четыре системы для боевых испытаний на Ближнем Востоке. Военно-морские силы страны тем временем развернули высокоэнергетический лазер корабельного базирования для защиты от небольших и быстро движущихся океанских надводных кораблей, а также ракет и дронов. В августе 2022 года ВМС установили 60-киловаттное лазерное оружие на эсминец USS Preble.

ВВС США разрабатывают высокоэнергетические лазеры для самолетов для оборонительных и наступательных задач. В 2010 году они испытали мегаваттный лазер, установленный на модифицированном Boeing 747, поразив баллистическую ракету во время ее запуска. В настоящее время ВВС работают над меньшей системой вооружения для истребителей. Россия, вероятно, разрабатывает высокоэнергетический лазер наземного базирования, чтобы "ослеплять" спутники своих противников.

Ограничения лазерного оружия

Одной из главных проблем для военных лазеров является высокий уровень мощности, необходимый для поражения целей на большом расстоянии. В отличие от промышленного лазера, который может находиться совсем близко к объекту, боевые операции проводятся на куда большей дистанции. Чтобы защититься от приближающейся угрозы, такой как минометный снаряд или небольшая лодка, лазерному оружию необходимо поразить цель до того, как она сможет навредить.

Чтобы прожечь твердый материал на значительном расстоянии, требуются десятки, если не сотни киловатт мощности. Самый маленький прототип лазерного оружия потребляет мощность 10 киловатт, примерно как у электромобиля. Lockheed Martin уже создает лазерное оружие мощностью 300 киловатт, чего достаточно для питания 30 домов. Поскольку эффективность высокоэнергетических лазеров в лучшем случае составляет лишь 50%, они производят огромное количество отходящего тепла, которое нужно куда-то девать.

В итоге лазерному оружию нужна инфраструктура для выработки электроэнергии и охлаждения, из-за чего установить его можно далеко не везде. Армейские грузовики и истребители имеют мало места, поэтому их можно вооружить лишь маломощными системами, способными, однако, сбивать БПЛА и ракеты. Корабли и более крупные самолеты могут быть оснащены лазерами помощнее, способными прожечь дыры в лодках и наземных транспортных средствах. Комплексы наземного базирования меньше всего ограничены, поэтому могут занимать много места, получать много энергии и потенциально способны атаковать даже спутники в космосе.

Еще одно важное ограничение связано с "боезапасом". Бесконечность энергии в этом случае весьма условна, ведь броневик, корабль или самолет для использования лазерного оружия должны иметь подходящий источник питания, что тоже ограничивает как мощность, так и время использования.

Существуют также ограничения, связанные с условиями окружающей среды: дождь, туман и дым рассеивают лазерные лучи, снижая эффективность поражения. Как раз в таких ситуациях США испытывает установки DE M-SHORAD на Ближнем Востоке. Кроме того, лазерам необходимо бить по цели в течение нескольких секунд, чтобы нанести существенный урон.

Дальнейшая судьба лазерного оружия

Иэн Бойд считает, что в будущем высокоэнергетическое лазерное оружие, вероятно, продолжит развиваться с увеличением уровней мощности, что расширит диапазон целей, против которых оно может быть использовано. Возникающие угрозы, исходящие от недорогих дронов с вооружением, подобных тем, которые используются в конфликтах на Ближнем Востоке и в Украине, повышают вероятность того, что высокоэнергетические лазеры также найдут невоенное применение, например, для защиты населения от террористических атак.

Недавно писали, что ВМС США хотят создать лазерное оружие со сменными магазинами, как у винтовок. Вместо патронов там должны быть батареи для быстрой перезарядки. По задумке инженеров, по такой технологии можно сделать пусть и маломощное, но довольно компактное оружие 20 кВт весом 9 кг, не требующее водяного охлаждения.