Пропалюють не все та не завжди: як працює лазерна зброя та що заважає її застосовувати в бою

США й інші країни світу активно розробляють лазерну зброю, таку як DE M-SHORAD, вбачаючи в ній дешевшу та не менш ефективну альтернативу ракетам протиповітряної оборони. Директор американського Центру ініціатив національної безпеки та професор аерокосмічних наук Університету Колорадо в Боулдері Ієн Бойд у своїй статті для видання The Conversation пояснив, як працюють такі системи та навіщо потрібні військовим.

Енергетична зброя стала популярним об'єктом наукової фантастики ще до винаходу лазерів, і з часом навколо неї утворилося багато міфів. Відносно недавно розробники почали тестувати перші прототипи справжньої лазерної зброї, призначеної насамперед для знищення ворожих дронів і ракет.

Як працюють лазери

Лазер використовує електрику для створення частинок світла (фотонів). Ці частинки проходять через спеціальний матеріал, що збільшує їхню кількість, після чого всі фотони фокусуються у вузький промінь за допомогою напрямних елементів.

Перший лазер створили 1960 року, відтоді вчені розробили безліч систем, що генерують фотони на різних довжинах хвиль електромагнітного спектра, від інфрачервоного до ультрафіолету. Високоенергетичні лазерні системи, які використовують військові, засновані на твердотілих лазерах зі спеціальними кристалами для перетворення вхідної електричної енергії у фотони. Важлива їхня особливість полягає в тому, що частинки світла створюються в інфрачервоній частині електромагнітного спектра і їх не видно людському оку. Тому неможливо побачити, звідки саме стріляє така зброя.

Коли лазерний промінь досягає якогось об'єкта, то відбуваються різні ефекти залежно від довжини хвилі фотона, потужності променя та матеріалу поверхні. Велику роль також відіграє відстань між випромінювачем і ціллю.

Малопотужні лазери, що створюють видиме оку світло, застосовують у світлових виставах і як указку. Вони настільки слабкі, що просто відбиваються від поверхні та не пошкоджують її.

Потужніші лазери можуть розрізати біологічні тканини, тому використовуються в медицині. Є й такі, що здатні нагрівати, плавити й пропалювати багато різних матеріалів, їх застосовують у промисловості для зварювання та різання.

Лазерна зброя

Руйнівна здатність лазерів привернула увагу військових. Однією з ключових переваг високопотужної зброї є "нескінченний магазин". На відміну від традиційної зброї, такої як пістолети й гармати, що потребують перезаряджання боєприпасів, лазер може стріляти, поки до нього надходить електрична енергія.

Армія США використовує високоенергетичний лазер потужністю 50 кіловатів, встановлений на бойовій машині піхоти Striker, і в лютому 2024 року розгорнула чотири системи для бойових випробувань на Близькому Сході. Військово-морські сили країни водночас розгорнули високоенергетичний лазер корабельного базування для захисту від невеликих і швидко рухомих океанських надводних кораблів, а також ракет і дронів. У серпні 2022 року ВМС встановили 60-кіловатну лазерну зброю на есмінець USS Preble.

ВПС США розробляють високоенергетичні лазери для літаків для оборонних і наступальних завдань. У 2010 році вони випробували мегаватний лазер, встановлений на модифікованому Boeing 747, вразивши балістичну ракету під час її запуску. Наразі ВПС працюють над меншою системою озброєння для винищувачів. Росія, імовірно, розробляє високоенергетичний лазер наземного базування, щоб засліплювати супутники своїх супротивників.

Обмеження лазерної зброї

Однією з головних проблем для військових лазерів є високий рівень потужності, необхідний для ураження цілей на великій відстані. На відміну від промислового лазера, який може перебувати зовсім близько до об'єкта, бойові операції проводять на значно більшій дистанції. Щоб захиститися від загрози, що наближається, як-от мінометного снаряду або невеликого човна, лазерній зброї необхідно уразити ціль до того, як вона зможе нашкодити.

Щоб пропалити твердий матеріал на значній відстані, потрібні десятки, якщо не сотні кіловатів потужності. Найменший прототип лазерної зброї споживає потужність 10 кіловатів, приблизно як в електромобіля. Lockheed Martin уже створює лазерну зброю потужністю 300 кіловатів, чого достатньо для живлення 30 будинків. Оскільки ефективність високоенергетичних лазерів у найкращому разі становить лише 50%, вони продукують величезну кількість тепла, що відходить, яке потрібно кудись дівати.

У підсумку лазерній зброї потрібна інфраструктура для вироблення електроенергії та охолодження, через що встановити її можна далеко не скрізь. Армійські вантажівки та винищувачі мають мало місця, тому їх можна озброїти лише малопотужними системами, здатними, однак, збивати БПЛА та ракети. Кораблі та більші літаки можуть бути оснащені потужнішими лазерами, здатними пропалити дірки в човнах і наземних транспортних засобах. Комплекси наземного базування найменше обмежені, тому можуть займати багато місця, отримувати багато енергії та потенційно здатні атакувати навіть супутники в космосі.

Ще одне важливе обмеження пов'язане з "боєзапасом". Нескінченність енергії в цьому випадку вельми умовна, адже броньовик, корабель або літак для використання лазерної зброї повинні мати відповідне джерело живлення, що теж обмежує як потужність, так і час використання.

Існують також обмеження, пов'язані з умовами навколишнього середовища: дощ, туман і дим розсіюють лазерні промені, знижуючи ефективність ураження. Якраз у таких ситуаціях США випробовує установки DE M-SHORAD на Близькому Сході. До того ж лазерам необхідно бити по цілі протягом декількох секунд, щоб завдати істотної шкоди.

Подальша доля лазерної зброї

Ієн Бойд вважає, що в майбутньому високоенергетична лазерна зброя, імовірно, і надалі розвиватиметься зі збільшенням рівнів потужності, що розширить діапазон цілей, проти яких її можна використовувати. Загрози, що виникають від недорогих дронів із озброєнням, подібних до тих, які використовуються в конфліктах на Близькому Сході і в Україні, підвищують імовірність того, що високоенергетичні лазери також знайдуть невійськове застосування, наприклад, для захисту населення від терористичних атак.

Нещодавно писали, що ВМС США хочуть створити лазерну зброю зі змінними магазинами, як у гвинтівок. Замість набоїв там мають бути батареї для швидкого перезарядження. За задумом інженерів, за такою технологією можна зробити нехай і малопотужну, але доволі компактну зброю потужністю 20 кВт і вагою 9 кг, яка не потребує водяного охолодження.