Глава 3 КОСМИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ
Как все начиналось
То, о чем раньше можно было прочитать лишь в фантастических книгах, теперь совершенно свободно обсуждается в правительственных, научных, военных кругах и на кухнях. Отдельные компании вовсю распродают звезды и астероиды, даже не предлагая взамен бус и побрякушек тамошним туземцам. Всерьез рассматриваются проекты строительства военных орбитальных станций и планетарных защитных щитов, даже составлены сметы и графики подвоза стройматериалов. Как же случилось, что полубезумные фантазии корифеев боевой фантастики грозят теперь обернуться явью?
С тех пор, как в околоземное пространство был запущен первый спутник, идея использовать космос в военных целях обрела право на существование. Возможность нанести удар, находясь прямо над целью (пускай даже на высоте сотен и тысяч километров), является весьма заманчивой для военных. Для решения проблемы доставки смертельного груза в заданную точку, находящуюся в глубине территории противника, были придуманы межконтинентальные баллистические ракеты (МБР), стратегические бомбардировщики и подводные лодки. Но и они не давали стопроцентной гарантии в случае начала полномасштабной (читай — третьей мировой) войны. Оружие же, безнаказанно висящее в пространстве, отделяемое от стратегических целей лишь атмосферой и поражающее мишень мгновенно (как лазеры) — это реальная возможность нанесения упреждающего удара, который лишит противника шансов на достойный ответ.
Уже в 50-х годах это понимали все, и в целях сохранения шаткого равновесия между Востоком и Западом в рамках только-только появившегося космического права было достигнуто несколько соглашений. К ним относятся полный запрет на использование в военных целях Луны и других небесных тел, в том числе запрет на строительство там военных баз, и частичный запрет на использование в военных целях околоземного пространства.
Постепенно акцент в футуристических прогнозах и теоретических разработках начал смещаться с наступательного оружия к оборонительному, которое позволило бы защитить от вражеских ракет большой дальности всю территорию страны или хотя бы наиболее важные объекты. Одновременно приобрели реальные очертания программы использования космоса в целях сбора и передачи информации.
Как и в любой другой области военных исследований, одной из главных движущих сил в развитии космических программ явился страх, что «они» уже намного впереди и готовы поставить в многолетнем соревновании двух систем победную точку. Заместитель министра обороны США по вопросам исследований и разработок Р. Деллауэр неоднократно заявлял: «Лучевое оружие разрабатывается в СССР с 60-х годов по десяткам направлений», а «отец» программы СОИ генерал Дж. Абрахамсон на слушаниях в конгрессе по вопросам финансирования военных программ Пентагона на 1985 г. сказал: «В разработках программ, аналогичных СОИ, в СССР участвуют десятки тысяч специалистов». Ходили даже слухи, что Советский Союз не только разработал прототипы лучевого оружия, но и опробовал его во вьетнамо-китайской войне 1979 г.
США тоже имели многочисленные наработки в этой области. Уже в 1972 г. фирма АВКО сообщила о создании лазера, способного резать листы дюралюминия толщиной в несколько сантиметров со скоростью 2–3 метра в минуту.
В конце 70-х годов мощности химических лазеров достигли нескольких мегаватт и появилась практическая возможность их использования в качестве новых видов оружия, предназначенного для «наземного» использования — поражения самолетов и ракет противника в атмосфере, уничтожения маший, бронетранспортеров и кораблей противника. С начала 80-х годов ВВС США ведут разработку мощного лазера воздушного базирования. В 1983 г. во время испытания лазера мощностью 400 киловатт, установленного на одном из самолетов, были сбиты 5 ракет типа «Сайдвиндер» на расстоянии в 5—10 миль. Аналогичный лазер разработан для ВМС США.
Итак, как только позволила технология, американцы начали строить реальные планы создания космических оборонительных систем, и в июне 1983 г. было создано Космическое командование ВМС США.
В январе 1984 г. президент Рейган подписал директиву Совета национальной безопасности о проведении НИОКР по противоракетным системам космического базирования.
В апреле 1984 г. была сформирована дирекция программы «звездных войн» во главе с генералом Дж. Абрахамсоном, а в ноябре того же года в интересах «улучшения планирования» было создано Объединенное космическое командование США во главе с министром обороны К. Уайнбергером.
— Космос — новый театр военных действий, — констатировал генерал-лейтенант Ричард Генри, в ту пору заместитель начальника космического командования.
— Космическая война неизбежна, — пошел еще дальше другой представитель космического командования полковник Э. Валнвеган.
А что же Советский Союз? На первых порах, по крайней мере официально, советское правительство и министерство обороны отнеслись к американским программам достаточно скептически и с осуждением. В 1986 г. группа советских ученых опубликовала свои расчеты, по которым техническая сложность и стоимость полномасштабной программы создания «космического щита» превосходили все мыслимые пределы.
Однако многие на Западе не исключают возможность того, что Михаил Горбачев начал активную борьбу за разрядку с целью высвобождения средств на развитие новых видов вооружений, в том числе космических, в противовес программе СОИ. В 1992 г. президент Российской Федерации Борис Ельцин подписал указ об образовании военно-космических сил РФ. В их задачи входит в основном обеспечение спутниковой связи и ведение космической разведки, но возможно, что лишь развал Советского Союза помешал отечественным специалистам разработать нечто подобное американской программе вывода вооружений на земную орбиту.
Теперь рассмотрим технические аспекты, на которых базировались творцы программы «звездных войн».
Боевые системы электромагнитного излучения
Оптические лазеры
Основной упор в программе СОИ сделан на создание новых видов оружия, использующих в качестве поражающего фактора электромагнитное излучение различных диапазонов спектра: от радиоволн до гамма-излучения. Основным преимуществом такого оружия является практически мгновенное достижение цели, т. к. электромагнитное излучение распространяется со скоростью света. Это позволяет наносить удар неожиданно и быстро с большого расстояния. Кроме того, исчезает необходимость в расчете траектории движения цели с целью упреждения ее движения. Появляется принципиальная возможность уничтожать взлетающие МБР на активном (разгонном) участке их траектории в течение первых 5 минут после старта. Именно поэтому лазерным оружием предполагалось оснастить первый эшелон системы ПРО.
Разрушающее воздействие оптического лазерного излучения основано прежде всего на тепловом нагреве ракет (прожигание топливных баков, электроники и систем управления) и действии ударной («шоковой») волны, которая возникает при попадании на поверхность ракеты импульсного лазерного излучения. В последнем случае ударная волна выводит из строя электронику и системы наведения ракеты, а также может повлечь детонацию взрывчатого вещества в боеголовке. Применение пассивных мер защиты (зеркальных и поглощающих покрытий, экранов и т. д.) значительно снижает поражающее воздействие излучения низких энергий, однако, становятся бесполезными при дальнейшем повышении мощности лазерного излучения.
Идея использовать мощный луч света в качестве оружия восходит еще к Архимеду, но реальную почву эта идея обрела лишь в 1961 г. с появлением первых лазеров. В 1967 г. был разработан первый газодинамический лазер, который продемонстрировал реальность возможности использования лазеров как оружия. Основными его элементами являются: камера сгорания, в которой образуется горячий газ; система сверхзвуковых сопел, после прохождения которых газ, быстро расширяясь, охлаждается и переходит в состояние с инверсной населенностью энергетических уровней; оптическая полость, где и происходит генерация лазерного излучения. В этой полости перпендикулярно потоку газа расположены два плоских зеркала, образующих оптический резонатор. Для пропускания излучения из полости диаметр одного из зеркал чуть меньше, чем у другого.
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.
Рентгеновские лазеры
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 1013 Вт/см2 в импульсе длительностью 4,5 • 10-10 с.
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 СО2 удалось 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 1013 Вт/см2. 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 %.
В 1986 г., полностью ионизировав в фокусе мощного лазера атомы фтора, исследователи получили лазерное излучение с длиной волны 80 ангстрем.
Результаты эксперимента, в ходе которого списанная ракета-носитель «Титан» была уничтожена лучом лазера
Дальнейшее существенное уменьшение длины волны (а оно необходимо для уменьшения расходимости пучка у боевого лазера) требует таких огромных плотностей энергии накачки, которые достигаются только при взрывах ядерных зарядов. Работы в этом направлении с целью создать боевой рентгеновский лазер ведутся в Ливерморской лаборатории под руководством «отца американской водородной бомбы» Эдуарда Теллера. Испытания проводятся во время подземных ядерных взрывов на полигоне в штате Невада. В 1981 г. было опубликовано неофициальное сообщение об измеренных во время эксперимента характеристиках лазерного излучения: длина волны 14 ангстрем, длительность импульса > 10-9 с, энергия в импульсе около 100 кДж. Детально конструкция лазера не описывалась, но известно, что его рабочим телом являются тонкие металлические стержни.
Для поражения межконтинентальной баллистической ракеты, т. е. для получения плотности энергии, скажем, 10 кДж/см2 на расстоянии 1000 км при расходимости луча 10-5, в импульсе такого лазера должна быть энергия около 1010 Дж. При внутреннем КПД рентгеновского лазера, составляющем по довольно оптимистичным оценкам 10 % и при расстоянии стержня (точнее было бы называть его струной) от ядерного заряда около 1 м мощность заряда должна быть примерно 1015 Дж, или 200 кт тротилового эквивалента. По другим расчетам, для обеспечения дальности поражения МБР на расстоянии 2000 км потребуется ядерный заряд мощностью 50 кт, а число стержней составит 1015. Не исключена также возможность создания некоего концентратора энергии взрыва на одной струне, используя эффект отражения рентгеновских лучей от кристаллов при косом падении.
По-видимому, принципиальных ограничений на создание рентгеновского лазера с ядерной накачкой нет. Он обещает стать очень компактным прибором (с вероятной массой около 1 т), доступным для вывода в космос одной ракетой, что сделает его малоуязвимым оружием.
Оптические лазеры
Основной упор в программе СОИ сделан на создание новых видов оружия, использующих в качестве поражающего фактора электромагнитное излучение различных диапазонов спектра: от радиоволн до гамма-излучения. Основным преимуществом такого оружия является практически мгновенное достижение цели, т. к. электромагнитное излучение распространяется со скоростью света. Это позволяет наносить удар неожиданно и быстро с большого расстояния. Кроме того, исчезает необходимость в расчете траектории движения цели с целью упреждения ее движения. Появляется принципиальная возможность уничтожать взлетающие МБР на активном (разгонном) участке их траектории в течение первых 5 минут после старта. Именно поэтому лазерным оружием предполагалось оснастить первый эшелон системы ПРО.
Разрушающее воздействие оптического лазерного излучения основано прежде всего на тепловом нагреве ракет (прожигание топливных баков, электроники и систем управления) и действии ударной («шоковой») волны, которая возникает при попадании на поверхность ракеты импульсного лазерного излучения. В последнем случае ударная волна выводит из строя электронику и системы наведения ракеты, а также может повлечь детонацию взрывчатого вещества в боеголовке. Применение пассивных мер защиты (зеркальных и поглощающих покрытий, экранов и т. д.) значительно снижает поражающее воздействие излучения низких энергий, однако, становятся бесполезными при дальнейшем повышении мощности лазерного излучения.
Идея использовать мощный луч света в качестве оружия восходит еще к Архимеду, но реальную почву эта идея обрела лишь в 1961 г. с появлением первых лазеров. В 1967 г. был разработан первый газодинамический лазер, который продемонстрировал реальность возможности использования лазеров как оружия. Основными его элементами являются: камера сгорания, в которой образуется горячий газ; система сверхзвуковых сопел, после прохождения которых газ, быстро расширяясь, охлаждается и переходит в состояние с инверсной населенностью энергетических уровней; оптическая полость, где и происходит генерация лазерного излучения. В этой полости перпендикулярно потоку газа расположены два плоских зеркала, образующих оптический резонатор. Для пропускания излучения из полости диаметр одного из зеркал чуть меньше, чем у другого.
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.
Рентгеновские лазеры
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 1013 Вт/см2 в импульсе длительностью 4,5 • 10-10 с.
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 СО2 удалось 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 1013 Вт/см2. 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 %.
В 1986 г., полностью ионизировав в фокусе мощного лазера атомы фтора, исследователи получили лазерное излучение с длиной волны 80 ангстрем.
Результаты эксперимента, в ходе которого списанная ракета-носитель «Титан» была уничтожена лучом лазера
Дальнейшее существенное уменьшение длины волны (а оно необходимо для уменьшения расходимости пучка у боевого лазера) требует таких огромных плотностей энергии накачки, которые достигаются только при взрывах ядерных зарядов. Работы в этом направлении с целью создать боевой рентгеновский лазер ведутся в Ливерморской лаборатории под руководством «отца американской водородной бомбы» Эдуарда Теллера. Испытания проводятся во время подземных ядерных взрывов на полигоне в штате Невада. В 1981 г. было опубликовано неофициальное сообщение об измеренных во время эксперимента характеристиках лазерного излучения: длина волны 14 ангстрем, длительность импульса > 10-9 с, энергия в импульсе около 100 кДж. Детально конструкция лазера не описывалась, но известно, что его рабочим телом являются тонкие металлические стержни.
Для поражения межконтинентальной баллистической ракеты, т. е. для получения плотности энергии, скажем, 10 кДж/см2 на расстоянии 1000 км при расходимости луча 10-5, в импульсе такого лазера должна быть энергия около 1010 Дж. При внутреннем КПД рентгеновского лазера, составляющем по довольно оптимистичным оценкам 10 % и при расстоянии стержня (точнее было бы называть его струной) от ядерного заряда около 1 м мощность заряда должна быть примерно 1015 Дж, или 200 кт тротилового эквивалента. По другим расчетам, для обеспечения дальности поражения МБР на расстоянии 2000 км потребуется ядерный заряд мощностью 50 кт, а число стержней составит 1015. Не исключена также возможность создания некоего концентратора энергии взрыва на одной струне, используя эффект отражения рентгеновских лучей от кристаллов при косом падении.
По-видимому, принципиальных ограничений на создание рентгеновского лазера с ядерной накачкой нет. Он обещает стать очень компактным прибором (с вероятной массой около 1 т), доступным для вывода в космос одной ракетой, что сделает его малоуязвимым оружием.
Микроволновое оружие
Как известно, ядерные взрывы сопровождаются мощным импульсом электромагнитного излучения. Источником излучения является движение рожденных взрывом заряженных частиц в магнитном поле Земли. Особенно эффективен в этом смысле взрыв в верхних слоях атмосферы. При мегатонном взрыве в электромагнитное излучение (ЭМИ) переходит энергия 1011 Дж. Такой импульс наводит токи и вызывает пробой в электронных устройствах на расстоянии в тысячу километров. Поэтому вполне правомерно применять понятие «ЭМИ-оружие».
Однако это оружие действует во всех направлениях: оно поражает и ослепляет не только электронные средства противника, но и свои собственные. Естественным шагом в его развитии стала разработка генераторов микроволновых колебаний, которые американские специалисты считают одним из перспективных видов космического оружия.
В малых дозах микроволновое излучение используется медиками в целях лечения для прогрева отдельных участков человеческого тела (УВЧ-терапия). Большие дозы микроволнового излучения поражают как человека, так и технику. Уже созданы генераторы микроволнового излучения, позволяющие концентрировать мощность в сотни мегаватт. Главная проблема в том, как собрать радиоволны в узкий пучок: явление дифракции приводит к тому, что даже у высококачественной параболической антенны диаметром 15 м пучок миллиметровых волн имеет расходимость 10-4 рад. При этом на расстоянии 1000 км диаметр такого пучка будет составлять уже 100 м. Даже от генератора мощностью в 1000 МВт плотность потока при этом падает до 10 Вт/см2, что не может нанести ракете серьезного вреда. Чтобы использовать микроволновое излучение как оружие ПРО, необходимо сильно увеличить частоту излучения и повысить в десятки раз мощность генераторов.
Однако микроволновое излучение может использоваться и для поражения наземных целей. Атмосфера Земли имеет несколько «окон прозрачности» в радиодиапазоне: кроме основного «окна» (длина волны λ = от 20 м до 1 см) имеются еще «полупрозрачные окна» на λ = 8 и 4 мм. Волны короче 1 мм поглощаются парами воды. Сконцентрировав на земной поверхности пучок миллиметровых волн мощностью около 1000 МВт, можно создать поток тепла, достаточный для воспламенения горючих предметов.
Большую опасность несет микроволновое излучение для человека. В обычном состоянии наше тело выделяет около 100 Вт тепла. Считается опасным для живого организма, если поглощенная извне мощность превышает его собственное энерговыделение. Достаточно мощное микроволновое излучение может вызвать у человека ожог или тепловой удар. Тепловое поражение нашего организма происходит при интенсивности падающего излучения порядка 1 кВт/м2. В принципе, такой уровень достижим уже сейчас. Как известно, электромагнитные волны — это колебания электрического и магнитного полей, векторы которых перпендикулярны друг другу и направлению распространения волн. Если тело человека ориентировано своей длинной осью параллельно вектору электрического поля, а фронтальной плоскостью перпендикулярно вектору магнитного поля (т. е. человек стоит боком к приходящему излучению), то оно будет эффективно поглощать излучение с частотой 70—100 МГц (длина волны = 3–4 м), для которого оно является полуволновым диполем и активно резонирует с падающей волной. На более высоких частотах человеческое тело поглощает излучение в 5—10 раз менее эффективно, чем на резонансной частоте. На более низких частотах поглощение пренебрежимо мало.
Итак, возможность создания космического микроволнового оружия, способного поражать космические, воздушные и наземные цели, вполне осуществима.
Кинетическое и пучковое оружие
Разработки новых видов оружия не ограничиваются источниками электромагнитного излучения. Космический вакуум дает удобную возможность использовать в качестве оружия и вещественные носители энергии, движущиеся с большой скоростью: ракеты-перехватчики, самонаводящиеся высокоскоростные снаряды, разгоняемые в электромагнитных ускорителях, и микроскопические частицы (атомы водорода, дейтерия), также ускоренные электромагнитным полем. Чтобы пробить тонкостенные оболочки топливных баков достаточно, чтобы относительная скорость снаряда и мишени составляла порядка нескольких километров в секунду. Самым подходящим считается значение порядка 10 км/с, которое позволяет уверенно перехватывать МБР как на активном, так и на баллистическом участке их траектории.
Несмотря на большую легкость обнаружения ракет противника на активном участке их траектории по выделяемому ракетным факелом теплу, считается более перспективным распологать кинетическое оружие на станциях баллистического участка на высоте около 1000 км. При этом время прохождения ракетами второго участка довольно велико (около 1000 с против 100 с на активном участке), а траектория их движения легко рассчитывается, что позволяет создать более легкие снаряды-перехватчики и значительно увеличить боезапас космической станции. Это преимущество тем более значимо, что количество целей на баллистическом участке (включая ложные) возрастает на порядок.
Энергозатраты кинетического оружия, в принципе, сравнимы с теми, что упоминались выше для лазерного оружия — порядка 100 Мдж/выстрел. Это легко определить исходя из того, что кинетическая энергия снаряда, имеющего массу 1 кг и скорость 10 км/с, составляет 50 МДж. В принципе, можно уменьшить эту величину за счет выбора геометрии относительного движения снаряда и мишени, т. к. средняя скорость самих орбитальных станций, на борту которых будет находиться оружие, уже составляет порядка 8 км/с.
Из разработанных к настоящему времени возможностей придания массивным телам больших скоростей внимания заслуживают следующие:
— стрельба из артиллерийских орудий, т. е. набор скорости под давлением пороховых газов;
— электромагнитное ускорение, т. е. набор скорости за счет электрического поля или под давлением магнитного поля;
— использование реактивного разгонного двигателя, т. е. набор скорости за счет сжигания ракетного топлива.
Артиллерийские системы позволяют достичь предельной скорости лишь около 3 км/с, которая определяется скоростью молекул пороховых газов. Кроме того, возникает проблема отдачи при выстреле, которая даже при ее решении с помощью системы стабилизации и ориентации ограничит скорострельность. Поэтому мы рассмотрим только два последних варианта.
Электромагнитные пушки
Их называют также оружием высокой кинетической энергии, или электродинамическими ускорителями массы. Заметим сразу, что они интересуют не только военных. Созданы проекты по осуществлению с помощью электромагнитных пушек (ЭП) выброса радиоактивных отходов с Земли за пределы Солнечной системы, транспортировки с поверхности Луны материалов для космического строительства, запуска межпланетных и межзвездных зондов. Предварительные подсчеты показывают, что доставка грузов в космос с помощью ЭП обойдется в 10 раз дешевле, чем с помощью «шаттла» (300 долл. за 1 кг, а не 3000 долл., как у «шаттла»).
В рамках СОИ предполагается использовать ЭП для запуска баллистических (неуправляемых) или самонаводящихся снарядов для поражения взлетающих МБР (возможно, еще в верхних слоях атмосферы) и боеголовок вдоль всей траектории их полета.
Идея использования ЭП восходит еще к началу нашего века. В 1916 г. была первая попытка создать ЭП, надевая на ствол орудия обмотки из провода, по которым пропускался ток. Снаряд под действием магнитного поля последовательно втягивался в катушки, получал ускорение и вылетал из ствола. В этих экспериментах снаряды массой 50 г удавалось разогнать до скорости только 200 м/с. С 1978 г. в США была начата программа создания ЭП в качестве тактического оружия, а в 1983 г. она была расширена для создания стратегических средств ПРО.
Обычно в качестве космической ЭП рассматривается так называемый «рельсотрон» — две токопроводящие шины («рельсы»), между которыми создается разность потенциалов. Токопроводящий снаряд (или его часть, например, облачко плазмы в хвостовой части снаряда) располагается между рельсами и замыкает электрическую цепь. Ток создает магнитное поле, взаимодействуя с которым снаряд ускоряется силой Лоренца. При токе в несколько миллионов ампер можно создать поле в сотни килогаусс, которое способно разгонять снаряды с ускорением до 105 g. Чтобы снаряд приобрел необходимую скорость 10–40 км/с, потребуется электромагнитная пушка длиной 100–300 м. Снаряды у таких орудий, вероятно, будут иметь массу около 1 кг (при скорости 20 км/с запас его кинетической энергии эквивалентен взрыву 20 кг тротила) и будут снабжены полуактивной системой самонаведения. Прототипы таких снарядов уже созданы: они имеют ИК-датчики, реагирующие на факел ракеты или на излучение «подсвечивающего» лазера, отраженное от боеголовки. Эти датчики управляют реактивными двигателями, позволяющими снаряду маневрировать. Вся система выдерживает перегрузки до 105 g.
Принцип действия рельсотрона
Токопроводящая часть снаряда вследствие протекания через нее больших токов должна расплавиться, испариться и частично превратиться в плазму. Такое плазменное облако становится своеобразным поршнем для снаряда, который должен быть электрически изолирован от плазмы. В связи с этим в последнее время рассматриваются возможности изготовления снарядов для рельсотрона из пластика.
Созданные сейчас американскими фирмами опытные образцы ЭП стреляют снарядами массой 2—10 г со скоростью 5—10 км/с. Одной из важнейших проблем при создании ЭП является разработка мощного импульсного источника тока, в качестве которого обычно рассматривается униполярный генератор (ротор, разгоняемый турбиной до нескольких тысяч оборотов в минуту, с которого путем короткого замыкания снимается огромная пиковая мощность). Сейчас созданы униполярные генераторы с энергоемкостью до 10 Дж на 1 г собственной массы. При их использовании в составе ЭП масса энергоблока будет достигать сотни тонн. Как и для газовых лазеров, большую проблему для ЭП представляет рассеяние тепловой энергии в элементах самого устройства. При современной технике исполнения КПД ЭП вряд ли будет превышать 20 %, а значит, большая часть энергии выстрела будет уходить на разогрев орудия. Можно не сомневаться, что прекрасные перспективы для разработчиков ЭП открывает недавнее создание высокотемпературных сверхпроводников. Использование этих материалов, вероятно, приведет к значительному улучшению характеристик ЭП.
Ракеты-перехватчики
Хотя с первого взгляда кажется, что стратегия «звездных войн» полностью основана на новых технических принципах, но это не так. Большие средства (примерно 1/3 всех ассигнований) тратятся на развитие традиционных средств ПРО, т. е. на разработку ракет-перехватчиков, или, как их еще называют, противоракет. В связи с прогрессом электроники и улучшением системы управления ПРО противоракеты теперь все чаще снабжаются неядерными боеголовками, поражающими ракету противника путем прямого соударения с ней. Чтобы повысить вероятность поражения цели, такие ракеты снабжены специальным поражающим элементом зонтичного типа, который представляет из себя раскрывающуюся конструкцию диаметром 5—10 м из упругих металлических лент или сетки.
Для защиты важных наземных объектов созданы противоракетные комплексы, задачей которых является уничтожение боеголовок на конечном участке траектории, в верхних слоях атмосферы. Иногда их боеголовки снабжают взрывчатым зарядом осколочного типа, создающим облако поражающих элементов наподобие картечи. В связи с появлением боеголовок, способных маневрировать в атмосфере, не отказываются и от применения ядерных зарядов. Для защиты шахтных пусковых установок МБР существуют артиллерийские и ракетные системы залпового огня, выстреливающие на высоту несколько километров над землей плотную завесу из стальных кубиков или шариков, которые поражают боеголовку при столкновении с ней.
Планы СОИ предполагают размещение ракет-перехватчиков на орбитальных платформах для борьбы с ракетами и боеголовками вдоль всей надатмосферной части их траектории. По всей видимости, именно антиракеты космического базирования станут первым реально развернутым в космосе элементом стратегической ПРО. С этой целью в США разрабатываются малогабаритные орбитальные спутники-перехватчики «Бриллиант Пеблз» («бриллиантовые камешки»), масса которых не будет превышать 100 кг.
Пучковое оружие
Мощный пучок заряженных частиц (электронов, протонов, ионов) или пучок нейтральных атомов также может быть использован в качестве оружия. Исследования по пучковому оружию начались с работ по созданию морской боевой станции для борьбы с противокорабельными ракетами (ПКР). При этом предполагалось использовать пучок заряженных частиц, которые активно взаимодействуют с молекулами воздуха, ионизуют и нагревают их. Расширяясь, нагретый воздух существенно уменьшает свою плотность, что дает возможность заряженным частицам распространяться дальше. Серия коротких импульсов может сформировать своеобразный канал в атмосфере, сквозь который заряженные частицы будут распространяться почти беспрепятственно (для «пробивания канала» можно использовать и луч УФ-лазера). Импульсный пучок электронов с энергией частиц около 1 ГэВ и силой тока в несколько тысяч ампер, распространяясь через атмосферный канал, может поразить ракету на расстояний 1–5 км. При энергии «выстрела» 1—10 МДж ракета получит механические повреждения, при энергии около 0,1 МДж может произойти подрыв боезаряда, а при энергии 0,01 МДж может быть повреждена электронная аппаратура ракеты.
Однако практическое создание пучкового оружия космического базирования наталкивается на ряд нерешенных даже на теоретическом уровне проблем, связанных с большой расходимостью пучка из-за кулоновских сил отталкивания и с существующими в космосе сильными магнитными полями. Искривление траекторий заряженных частиц в этих полях делает их использование в системах пучкового оружия вообще невозможным. При ведении морского боя это незаметно, но на расстояниях в тысячи километров оба эффекта становятся весьма существенными. Для создания космической ПРО считается целесообразным использовать пучки нейтральных атомов (водорода, дейтерия), которые в виде ионов предварительно разгоняются в обычных ускорителях.
Быстролетящий атом водорода является достаточно слабо связанной системой: он теряет свой электрон при соударении с атомами на поверхности мишени. Но образующийся при этом быстрый протон обладает большой проникающей способностью: он может поразить электронную «начинку» ракеты, а при определенных условиях далее расплавить ядерную «начинку» боеголовки.
В ускорителях, разрабатываемых в Лос-Аламосской лаборатории США специально для космических противоракетных систем, используются отрицательные ионы водорода и трития, которые разгоняются с помощью электромагнитных полей до скоростей, близких к скорости света, а затем «нейтрализуются» за счет пропускания через тонкий слой газа. Такой пучок нейтральных атомов водорода или трития, проникая глубоко в ракету или спутник, нагревает металл и выводит из строя электронные системы. Но такие же газовые облака, созданные вокруг ракеты или спутника, могут в свою очередь превратить нейтральный пучок атомов в пучок заряженных частиц, защита от которого не представляет трудностей. Использование для ускорения МБР так называемых мощных «быстрогорящих» ускорителей (бустеров), сокращающих фазу ускорения, и выбор настильных траекторий полета ракет делает саму идею использования пучков частиц в системах ПРО весьма проблематичной.
Поскольку в основе своей пучковое оружие связано с электромагнитными ускорителями и концентраторами электрической энергии, можно предположить, что недавнее открытие высокотемпературных сверхпроводников ускорит разработку и улучшит характеристики этого оружия.
Разработки новых видов оружия не ограничиваются источниками электромагнитного излучения. Космический вакуум дает удобную возможность использовать в качестве оружия и вещественные носители энергии, движущиеся с большой скоростью: ракеты-перехватчики, самонаводящиеся высокоскоростные снаряды, разгоняемые в электромагнитных ускорителях, и микроскопические частицы (атомы водорода, дейтерия), также ускоренные электромагнитным полем. Чтобы пробить тонкостенные оболочки топливных баков достаточно, чтобы относительная скорость снаряда и мишени составляла порядка нескольких километров в секунду. Самым подходящим считается значение порядка 10 км/с, которое позволяет уверенно перехватывать МБР как на активном, так и на баллистическом участке их траектории.
Несмотря на большую легкость обнаружения ракет противника на активном участке их траектории по выделяемому ракетным факелом теплу, считается более перспективным распологать кинетическое оружие на станциях баллистического участка на высоте около 1000 км. При этом время прохождения ракетами второго участка довольно велико (около 1000 с против 100 с на активном участке), а траектория их движения легко рассчитывается, что позволяет создать более легкие снаряды-перехватчики и значительно увеличить боезапас космической станции. Это преимущество тем более значимо, что количество целей на баллистическом участке (включая ложные) возрастает на порядок.
Энергозатраты кинетического оружия, в принципе, сравнимы с теми, что упоминались выше для лазерного оружия — порядка 100 Мдж/выстрел. Это легко определить исходя из того, что кинетическая энергия снаряда, имеющего массу 1 кг и скорость 10 км/с, составляет 50 МДж. В принципе, можно уменьшить эту величину за счет выбора геометрии относительного движения снаряда и мишени, т. к. средняя скорость самих орбитальных станций, на борту которых будет находиться оружие, уже составляет порядка 8 км/с.
Из разработанных к настоящему времени возможностей придания массивным телам больших скоростей внимания заслуживают следующие:
— стрельба из артиллерийских орудий, т. е. набор скорости под давлением пороховых газов;
— электромагнитное ускорение, т. е. набор скорости за счет электрического поля или под давлением магнитного поля;
— использование реактивного разгонного двигателя, т. е. набор скорости за счет сжигания ракетного топлива.
Артиллерийские системы позволяют достичь предельной скорости лишь около 3 км/с, которая определяется скоростью молекул пороховых газов. Кроме того, возникает проблема отдачи при выстреле, которая даже при ее решении с помощью системы стабилизации и ориентации ограничит скорострельность. Поэтому мы рассмотрим только два последних варианта.
Электромагнитные пушки
Их называют также оружием высокой кинетической энергии, или электродинамическими ускорителями массы. Заметим сразу, что они интересуют не только военных. Созданы проекты по осуществлению с помощью электромагнитных пушек (ЭП) выброса радиоактивных отходов с Земли за пределы Солнечной системы, транспортировки с поверхности Луны материалов для космического строительства, запуска межпланетных и межзвездных зондов. Предварительные подсчеты показывают, что доставка грузов в космос с помощью ЭП обойдется в 10 раз дешевле, чем с помощью «шаттла» (300 долл. за 1 кг, а не 3000 долл., как у «шаттла»).
В рамках СОИ предполагается использовать ЭП для запуска баллистических (неуправляемых) или самонаводящихся снарядов для поражения взлетающих МБР (возможно, еще в верхних слоях атмосферы) и боеголовок вдоль всей траектории их полета.
Идея использования ЭП восходит еще к началу нашего века. В 1916 г. была первая попытка создать ЭП, надевая на ствол орудия обмотки из провода, по которым пропускался ток. Снаряд под действием магнитного поля последовательно втягивался в катушки, получал ускорение и вылетал из ствола. В этих экспериментах снаряды массой 50 г удавалось разогнать до скорости только 200 м/с. С 1978 г. в США была начата программа создания ЭП в качестве тактического оружия, а в 1983 г. она была расширена для создания стратегических средств ПРО.
Обычно в качестве космической ЭП рассматривается так называемый «рельсотрон» — две токопроводящие шины («рельсы»), между которыми создается разность потенциалов. Токопроводящий снаряд (или его часть, например, облачко плазмы в хвостовой части снаряда) располагается между рельсами и замыкает электрическую цепь. Ток создает магнитное поле, взаимодействуя с которым снаряд ускоряется силой Лоренца. При токе в несколько миллионов ампер можно создать поле в сотни килогаусс, которое способно разгонять снаряды с ускорением до 105 g. Чтобы снаряд приобрел необходимую скорость 10–40 км/с, потребуется электромагнитная пушка длиной 100–300 м. Снаряды у таких орудий, вероятно, будут иметь массу около 1 кг (при скорости 20 км/с запас его кинетической энергии эквивалентен взрыву 20 кг тротила) и будут снабжены полуактивной системой самонаведения. Прототипы таких снарядов уже созданы: они имеют ИК-датчики, реагирующие на факел ракеты или на излучение «подсвечивающего» лазера, отраженное от боеголовки. Эти датчики управляют реактивными двигателями, позволяющими снаряду маневрировать. Вся система выдерживает перегрузки до 105 g.
Принцип действия рельсотрона
Токопроводящая часть снаряда вследствие протекания через нее больших токов должна расплавиться, испариться и частично превратиться в плазму. Такое плазменное облако становится своеобразным поршнем для снаряда, который должен быть электрически изолирован от плазмы. В связи с этим в последнее время рассматриваются возможности изготовления снарядов для рельсотрона из пластика.
Созданные сейчас американскими фирмами опытные образцы ЭП стреляют снарядами массой 2—10 г со скоростью 5—10 км/с. Одной из важнейших проблем при создании ЭП является разработка мощного импульсного источника тока, в качестве которого обычно рассматривается униполярный генератор (ротор, разгоняемый турбиной до нескольких тысяч оборотов в минуту, с которого путем короткого замыкания снимается огромная пиковая мощность). Сейчас созданы униполярные генераторы с энергоемкостью до 10 Дж на 1 г собственной массы. При их использовании в составе ЭП масса энергоблока будет достигать сотни тонн. Как и для газовых лазеров, большую проблему для ЭП представляет рассеяние тепловой энергии в элементах самого устройства. При современной технике исполнения КПД ЭП вряд ли будет превышать 20 %, а значит, большая часть энергии выстрела будет уходить на разогрев орудия. Можно не сомневаться, что прекрасные перспективы для разработчиков ЭП открывает недавнее создание высокотемпературных сверхпроводников. Использование этих материалов, вероятно, приведет к значительному улучшению характеристик ЭП.
Ракеты-перехватчики
Хотя с первого взгляда кажется, что стратегия «звездных войн» полностью основана на новых технических принципах, но это не так. Большие средства (примерно 1/3 всех ассигнований) тратятся на развитие традиционных средств ПРО, т. е. на разработку ракет-перехватчиков, или, как их еще называют, противоракет. В связи с прогрессом электроники и улучшением системы управления ПРО противоракеты теперь все чаще снабжаются неядерными боеголовками, поражающими ракету противника путем прямого соударения с ней. Чтобы повысить вероятность поражения цели, такие ракеты снабжены специальным поражающим элементом зонтичного типа, который представляет из себя раскрывающуюся конструкцию диаметром 5—10 м из упругих металлических лент или сетки.
Для защиты важных наземных объектов созданы противоракетные комплексы, задачей которых является уничтожение боеголовок на конечном участке траектории, в верхних слоях атмосферы. Иногда их боеголовки снабжают взрывчатым зарядом осколочного типа, создающим облако поражающих элементов наподобие картечи. В связи с появлением боеголовок, способных маневрировать в атмосфере, не отказываются и от применения ядерных зарядов. Для защиты шахтных пусковых установок МБР существуют артиллерийские и ракетные системы залпового огня, выстреливающие на высоту несколько километров над землей плотную завесу из стальных кубиков или шариков, которые поражают боеголовку при столкновении с ней.
Планы СОИ предполагают размещение ракет-перехватчиков на орбитальных платформах для борьбы с ракетами и боеголовками вдоль всей надатмосферной части их траектории. По всей видимости, именно антиракеты космического базирования станут первым реально развернутым в космосе элементом стратегической ПРО. С этой целью в США разрабатываются малогабаритные орбитальные спутники-перехватчики «Бриллиант Пеблз» («бриллиантовые камешки»), масса которых не будет превышать 100 кг.
Пучковое оружие
Мощный пучок заряженных частиц (электронов, протонов, ионов) или пучок нейтральных атомов также может быть использован в качестве оружия. Исследования по пучковому оружию начались с работ по созданию морской боевой станции для борьбы с противокорабельными ракетами (ПКР). При этом предполагалось использовать пучок заряженных частиц, которые активно взаимодействуют с молекулами воздуха, ионизуют и нагревают их. Расширяясь, нагретый воздух существенно уменьшает свою плотность, что дает возможность заряженным частицам распространяться дальше. Серия коротких импульсов может сформировать своеобразный канал в атмосфере, сквозь который заряженные частицы будут распространяться почти беспрепятственно (для «пробивания канала» можно использовать и луч УФ-лазера). Импульсный пучок электронов с энергией частиц около 1 ГэВ и силой тока в несколько тысяч ампер, распространяясь через атмосферный канал, может поразить ракету на расстояний 1–5 км. При энергии «выстрела» 1—10 МДж ракета получит механические повреждения, при энергии около 0,1 МДж может произойти подрыв боезаряда, а при энергии 0,01 МДж может быть повреждена электронная аппаратура ракеты.
Однако практическое создание пучкового оружия космического базирования наталкивается на ряд нерешенных даже на теоретическом уровне проблем, связанных с большой расходимостью пучка из-за кулоновских сил отталкивания и с существующими в космосе сильными магнитными полями. Искривление траекторий заряженных частиц в этих полях делает их использование в системах пучкового оружия вообще невозможным. При ведении морского боя это незаметно, но на расстояниях в тысячи километров оба эффекта становятся весьма существенными. Для создания космической ПРО считается целесообразным использовать пучки нейтральных атомов (водорода, дейтерия), которые в виде ионов предварительно разгоняются в обычных ускорителях.
Быстролетящий атом водорода является достаточно слабо связанной системой: он теряет свой электрон при соударении с атомами на поверхности мишени. Но образующийся при этом быстрый протон обладает большой проникающей способностью: он может поразить электронную «начинку» ракеты, а при определенных условиях далее расплавить ядерную «начинку» боеголовки.
В ускорителях, разрабатываемых в Лос-Аламосской лаборатории США специально для космических противоракетных систем, используются отрицательные ионы водорода и трития, которые разгоняются с помощью электромагнитных полей до скоростей, близких к скорости света, а затем «нейтрализуются» за счет пропускания через тонкий слой газа. Такой пучок нейтральных атомов водорода или трития, проникая глубоко в ракету или спутник, нагревает металл и выводит из строя электронные системы. Но такие же газовые облака, созданные вокруг ракеты или спутника, могут в свою очередь превратить нейтральный пучок атомов в пучок заряженных частиц, защита от которого не представляет трудностей. Использование для ускорения МБР так называемых мощных «быстрогорящих» ускорителей (бустеров), сокращающих фазу ускорения, и выбор настильных траекторий полета ракет делает саму идею использования пучков частиц в системах ПРО весьма проблематичной.
Поскольку в основе своей пучковое оружие связано с электромагнитными ускорителями и концентраторами электрической энергии, можно предположить, что недавнее открытие высокотемпературных сверхпроводников ускорит разработку и улучшит характеристики этого оружия.
Система поиска целей и управления огнем
В задачи средств поиска и управления входит следующее:
— держать под постоянным контролем всю территорию потенциального противника, акваторию Мирового океана и околоземное космическое пространство;
— обнаруживать, распознавать и следить за всеми потенциально опасными объектами (баллистическими и крылатыми ракетами, самолетами и спутниками и т. д., а после применения оружия оценить степень поражения цели;
— управлять системой ПРО, т. е. распределять имеющиеся боевые ресурсы по целям, следить за работоспособностью всех элементов системы и при необходимости вводить в действие резервные элементы, решать задачу степени опасности и необходимости применения оружия;
— точно наводить оружие на цели.
По мнению многих специалистов именно средства поиска и управления являются наиболее сложной, а значит, наименее надежной компонентой системы космической ПРО. Ведь эта система должна будет обеспечить борьбу с тысячами МБР, десятками тысяч боеголовок и сотнями тысяч ложных целей, которые необходимо сопровождать от точки их пуска до точки перехвата.
Близятся к завершению работы по созданию малогабаритного спутника наблюдения и целеуказания типа «Бриллиант Айз» («бриллиантовые глаза»), большое количество которых будет использоваться совместно с перехватчиками «Бриллиант Пеблз». Вывод в космос большого количества этих устройств позволит реализовать систему ПРО нелазерного типа.
Считается, что «глазами» космического оружия будут инфракрасные (ИК) мозаичные фотоприемники, содержащие до 20 млн. элементарных детекторов. Они имеют существенно лучшие характеристики, чем сканирующие ИК-приемники (типа телевизионных трубок): мозаичные приемники обладают коротким временем получения изображения (~100 мс) и высокой помехозащищенностью; информацию с них легко вводить в компьютер. Министерство обороны США запустило спутник «AFP-888» массой 2160 кг, главным компонентом которого является ИК-телескоп «Тил Руби» для обнаружения наземных военных целей (ракет, самолетов). Приемниками изображения в этом телескопе являются мозаичные ИК-датчики, охлаждаемые жидким неоном и метаном. Для обнаружения стартующих МБР нужны охлажденные до сверхнизких температур матрицы из теллурила ртути и кадмия. Для точного сопровождения цели матрица должна содержать по крайней мере 4000 х 4000 элементарных детекторов.
Большую трудность представляет обнаружение боеголовок после их разделения с носителем; ведь в отличие от ракеты боеголовка не имеет горячих частей. Для решения этой задачи необходимо создать длинноволновые ИК-приемники, способные обнаруживать объекты комнатной температуры, но на их работу большое влияние оказывает тепловой фон земной поверхности. Поэтому они могут успешно обнаруживать свою цель только на фоне космоса. Вследствие этого спутник обнаружения должен находиться на низкой орбите между поверхностью Земли и пролетающими над ним боеголовками, а его следящая аппаратура должна иметь большой угол обзора.
Сейчас разрабатываются новые широкоугольные оптические системы, имеющие конструкцию наподобие глаз у насекомых и некоторых ракообразных. Они состоят из большого количества стерженьковых линз, которые называются омматидиями, и создают неискаженное изображение большого поля зрения вплоть до полусферы. Это значительно упрощает компьютерную обработку изображения, захват и распознавание цели. Тем не менее задача обработки сигнала, поступающего с приемника изображения, весьма нетривиальна.
После того как цель обнаружена, встает задача ее распознавания и селекции (т. е. отделения ложных целей от истинных ракет и боеголовок). Системы селекции пассивного типа исследуют излучение самой цели, а активные системы воздействуют на цель потоками квантов или частиц и изучают результаты этого воздействия. Истинные боеголовки отличаются от ложных целей главным образом гораздо большей массой, а форма и свойства поверхности их могут быть почти неразличимы. Поэтому считается более надежным использовать для селекции целей не радиолокаторы и тепловые датчики, а пучки нейтральных частиц. Под воздействием такого пучка облучаемый объект испускает нейтроны и гамма-лучи пропорционально его массе. Надувную оболочку из пластика в форме боеголовки с металлическим покрытием радиолокатор не сможет отличить от истинной цели, а при облучении этой боеголовки пучком нейтральных частиц такая ошибка исключена. В ответ на это противник в принципе может дезориентировать средства распознавания целей, снабдив свои ложные цели устройством, которое при облучении пучком частиц испускает нейтроны. В 90-х годах ВВС США намерены провести летные испытания по селекции целей с помощью пучка частиц. На орбиту высотой около 300 км с помощью «шаттла» будет выведен в сложенном виде ускоритель длиной 35 м и массой 20 т, а также спутник-мишень и спутник с приборами, регистрирующими нейтроны и гамма-лучи. Ускоритель будет создавать пучок атомов водорода или дейтерия с энергией 50 МэВ и мощностью пучка до 2,5 МВт. Электропитание будет обеспечиваться кислородноводородными топливными элементами.
В огромной степени работоспособность всей системы ПРО зависит от надежности управляющих компьютеров. Но, как известно, память компьютера не обладает абсолютной надежностью: время от времени, случайным образом в ней возникают сбои. Обычно их источником являются быстрые альфа-частицы, испущенные ядром тяжелого атома при радиоактивном распаде и поражающие основу памяти компьютера — кремниевые кристаллы. Так как радиоактивные ядра в небольших количествах присутствуют почти во всех материалах, с проблемой надежности компьютерной памяти люди столкнулись уже на Земле. В околоземном пространстве вблизи или внутри радиационных поясов фон заряженных частиц значительно выше, чем у поверхности Земли, и вероятность возникновения сбоя памяти значительно возрастает.
После того как цель обнаружена, идентифицирована и принято решение об ее уничтожении, необходимо произвести прицеливание. Чем меньше диаметр пятна от луча лазера или пучка заряженных частиц, тем сложнее его навести на цель. Для большинства видов космического оружия в качестве прицела будут применяться настоящие телескопы с объективом диаметром порядка метра. Не исключено, что при наведении лазерного луча на цель будет использован эффект обращения волнового фронта. Для этого цель необходимо осветить маломощным лазером, а отраженный от нее свет, пройдя оптическую систему мощного боевого лазера, сам запустит поражающий импульс точно в том направлении, откуда он пришел, т. е. по направлению к цели.
Проблемы реализации первоначальной программы СОИ
Системы космического базирования
Возможность создания больших космических противоракетных систем, основанных на лучевом оружии, на современном уровне маловероятна, в первую очередь из-за проблемы энергообеспечения работы оптических лазеров на орбите. Для глобальной противоракетной обороны, «эффективно защищающей территорию США от ракетной атаки», о которой шла речь в многочисленных заявлениях американского руководства, необходимо, по самым скромным подсчетам, не менее 100 лазеров мощностью 20 мегаватт, вращающихся на различных орбитах. Наиболее глубоко разработанные в настоящее время химические лазеры на фтористом водороде при максимальном теоретически возможном КПД потребляют килограмм горючего на один мегаджоуль излучаемой энергии. Для уничтожения современной ракеты на стадии ускорения расходы энергии составят 300 мегаджоулей. При атаке 1000 ракет, что приблизительно соответствует современному числу межконтинентальных баллистических ракет России или США, для их уничтожения необходимо 300 тыс. кг горючего. Однако, поскольку над территорией противника в конкретный момент будет находиться только незначительная часть лазеров, вращающихся на низких орбитах, общее количество горючего на орбитах, необходимое для разрушения атакующих ракет противника с учетом соответствующего уровня резервирования, достигнет 8 млн. кг.
Современный американский челночный корабль типа «Шаттл» способен доставить на орбиту 15 т грузов. Следовательно, только чтобы вывести в космос горючее для лазеров потребуется более 500 полетов челночных кораблей. Такого же количества рейсов потребует вывод на орбиту самих лазеров, зеркал, систем наведения и других компонентов ПРС, способной уничтожить 1000 ракет. Не говоря о том, что это невыгодно по чисто экономическим соображениям (стоимость доставки на орбиту и сборки одной лазерной платформы в 2–3 раза превышает стоимость современной МБР), развертывание такой системы на современном уровне развития технологии и техники космических полетов просто нереально.
Схема выведения компонентов системы СОИ шаттлами на орбиту
Таким образом, в ближайшем будущем речь может идти только о создании «ограниченных» систем ПРО космического базирования. Одним из наиболее перспективным вариантов ПРС в военно-промышленных кругах США считается система из 18 боевых лазерных платформ с 4-метровыми зеркалами и дальностью действия до 500 километров, размещенных на полярных орбитах. Предполагается, что ПРС будет способна уничтожать 15 ракет за 100 секунд или 100 ракет за 15 минут (при рассредоточенном запуске).
Популярна также в кругах американских специалистов идея о создании так называемых «подпрыгивающих» рентгеновских лазеров, запускаемых с атомных ракетоносцев, находящихся у территории противника при начале ответной ракетной атаки с его стороны. Но и она вряд ли способна привести к созданию надежного «космического щита» над США и достижению возможности нанесения первого удара. Реализация этой идеи требует выведения и развертывания ПРС космического базирования за время, не превышающее 2–3 минуты, и разработки ракет, намного более мощных, чем огромная «Сатурн-5», использовавшаяся при полете астронавтов на Луну. Кроме того, подобные системы оказываются чрезвычайно уязвимыми для контратаки с земли и с верхних слоев атмосферы.
Для претворения в жизнь идеи «подпрыгивающих» лазеров потребовались бы разработка нового класса подводных ракетоносцев, способных осуществлять одновременный запуск большого числа ракет, и создание новых сложнейших систем коммуникации и связи с подлодками. Все это, по мнению российских экспертов, делает разработку КПС на основе рентгеновских лазеров стратегически и экономически нецелесообразной перед лицом ответных действий противника.
Не менее сложные проблемы как технологического, так и экономического плана стоят перед разработчиками мощных сверхвысокочастотных (СВЧ) генераторов и пучкового оружия. Микроволновое сверхвысокочастотное излучение теоретически может быть использовано для уничтожения ракет в космосе, однако техническое осуществление этого проекта требует создания СВЧ-генераторов и источников питания мощностью в десятки и сотни мегаватт и антенных систем огромных размеров — от нескольких сотен метров до нескольких километров. Создание подобных систем в космосе (помимо всего прочего чрезвычайно уязвимых и дорогостоящих), по мнению большинства экспертов, технически вряд ли возможно по крайней мере до начала следующего столетия.
Что же касается пучкового оружия, разработка которого ведется в ряде лабораторий США с 1958 г., то здесь возникают проблемы другого характера. Большая проникающая способность пучкового оружия привлекает к нему пристальное внимание стратегов из Пентагона, но по некоторым оценкам даже предварительная модель этого оружия будет стоить не менее 20 миллиардов долларов.
Система наземных лазеров и орбитальных зеркал
Когда специалисты оценили всю сложность размещения лазеров в космосе, появилось несколько проектов, в которых предусматривалось монтировать коротковолновые лазеры на стационарных наземных установках, а в космосе развернуть систему зеркал для трансконтинентальной передачи лазерного луча и наведения его на цель. Эта идея требует непременного использования адаптивной оптики, с большой скоростью реагирующей на изменение структуры атмосферы и соответствующим образом перестраивающей форму волнового фронта лазерного луча так, чтобы за пределом атмосферы луч все время имел минимальную расходимость. Адаптивные оптические системы сейчас уже существуют, но эффективность их пока невелика.
Один из вариантов поражения МБР на активном участке траектории
Предполагается, что использование химических лазеров, генерирующих излучение в «окнах прозрачности» атмосферы и установленных на горных массивах на высоте свыше 4000 метров над уровнем моря, где атмосфера значительно менее плотная, позволит разрешить технические трудности, связанные как с созданием систем ПРО наземного базирования, так и с реализацией идей СОИ (вывод на околоземные орбиты громоздких лазеров и химического горючего, необходимого для их работы). В последнем случае излучение наземных лазеров будет фокусироваться с помощью огромных зеркал, размещенных на геостационарных орбитах (36000 км), и направляться на ракеты или самолеты противника с помощью значительно меньших по размерам боевых зеркал, расположенных на низких орбитах (300–500 км).
Глобальная противоракетная система этого типа будет состоять минимум из 12 лазеров, работающих на флюориде криптона или ксенона, размещенных высоко в горах и обладающих мощностью не менее 400 мегаватт. При этом сильное поглощение, рассеивание и атмосферные эффекты не позволят довести до боевых зеркал более 1/10 первоначальной мощности лазерного излучения.
Одновременно требуется создание зеркал диаметром до 50 метров на земле, до 30 метров на геостационарной орбите и боевых наводящих зеркал меньшего размера на низких орбитах.
Получение невероятно высоких мощностей неизбежно приведет к огромным технологическим трудностям даже при использовании усилителей на «свободных электронах» или систем сложения импульсов десятков отдельных лазерных модулей. Кроме того принципиально невыясненным является вопрос о возможности работы при столь высоких мощностях зеркал и другой оптики.
Достижение необходимой плотности энергии при радиусе действия космических противоспутниковых систем в несколько тысяч километров и реально достижимых в ближайшие годы мощностях лазерного излучения требует создания огромных зеркал диаметром 15–30 метров и систем их наведения высочайшей точности (10-7 радиана). Чтобы реально представить точность наведения, необходимую для отслеживания и уничтожения МБР, ее можно сравнить с точностью, необходимой для того, чтобы попасть из Вашингтона в десятицентовую монетку, находящуюся в Нью-Йорке на расстоянии 350 километров. Такая точность уже достигнута в телескопах при исследовании астрономических объектов, однако в данном случае речь идет о необходимости разработки систем наведения значительно больших размеров и существенно более высокой скорости перефокусирования и перенаведения (около ОД с) в условиях всевозможных помех и возмущающих воздействий, создаваемых как противником, так и самой «лазерной пушкой». Синхронная же работа нескольких десятков лазерных станций, обеспечение необходимого уровня контроля и коммуникации, а также способности распознавания реальных боеголовок среди сотен тысяч ложных мишеней при наличии оптических и электронных помех, создаваемых противником, оценивается многими экспертами как нереальная задача на ближайшие десятилетия.
«Силайт» — установка для наведения лазерного луча на космические объекты
Ненадежность систем управления
Человеку, не связанному с компьютерами, может показаться, что с передачей функций управления оружием от человека к компьютеру надежность системы в целом возрастает. Это не совсем так. Возрастает быстродействие и точность системы, но степень ее надежности, связанная с тем, что программированием современных компьютеров занимаются люди, не изменяется. К тому же жизненно важные для человека как биологического вида функции нашего мозга зарезервированы в нем с огромной избыточностью, а при программировании ЭВМ такая избыточность никогда не используется.
Ошибочное срабатывание крупных стратегических систем, связанное с неверным программированием, удавалось до сих пор предотвращать. Например, 3 июня 1980 г. система НОРАД выдала ложное сообщение, что на США движутся советские ракеты. В результате были приведены в повышенную готовность стратегические бомбардировщики с ядерным оружием на борту, запущены их двигатели, заняли свои места в кабинах члены экипажа. Виной ошибки оказалась неисправность компьютера, которую не учли разработчики программного обеспечения. Особенно опасно то, что такие ошибки происходят все чаще. У той же системы НОРАД число сбоев возросло с 25 за первую половину 1978 г. почти до 250 за первую половину 1983 г. Причину этого понять несложно.
Если в начале «ядерной эры» средства нападения были однотипными и сравнительно легко отождествимыми (тяжелые бомбардировщики и мощные МБР), то сейчас они стали весьма разнообразными и изощренными (ракеты различных типов, самолеты любого веса, крылатые ракеты, ядерная артиллерия, а в перспективе возможны «космические мины», наземные мобильные носители и т. п.). Поэтому граница между носителями ядерного оружия и всеми иными подвижными объектами, постоянно понижается, и соответственно уменьшается устойчивость военно-стратегического равновесия. Понижение порога дискриминации выражается в увеличении числа ложных срабатываний в системах раннего обнаружения.
Но ведь предотвращали ошибочные решения ЭВМ до сих пор люди, время реакции у которых (минуты) было короче подлетного времени ракет (десятки минут). В случае же перспективной системы космической ПРО перехват ракет должен производиться на активном участке их полета, длительность которого может быть сокращена до 100 с. В этом случае вмешательство человека исключается, и ошибочное решение управляющей системы об «ответном ударе» в действительности может стать решением о начале третьей мировой войны.
Системы космического базирования
Возможность создания больших космических противоракетных систем, основанных на лучевом оружии, на современном уровне маловероятна, в первую очередь из-за проблемы энергообеспечения работы оптических лазеров на орбите. Для глобальной противоракетной обороны, «эффективно защищающей территорию США от ракетной атаки», о которой шла речь в многочисленных заявлениях американского руководства, необходимо, по самым скромным подсчетам, не менее 100 лазеров мощностью 20 мегаватт, вращающихся на различных орбитах. Наиболее глубоко разработанные в настоящее время химические лазеры на фтористом водороде при максимальном теоретически возможном КПД потребляют килограмм горючего на один мегаджоуль излучаемой энергии. Для уничтожения современной ракеты на стадии ускорения расходы энергии составят 300 мегаджоулей. При атаке 1000 ракет, что приблизительно соответствует современному числу межконтинентальных баллистических ракет России или США, для их уничтожения необходимо 300 тыс. кг горючего. Однако, поскольку над территорией противника в конкретный момент будет находиться только незначительная часть лазеров, вращающихся на низких орбитах, общее количество горючего на орбитах, необходимое для разрушения атакующих ракет противника с учетом соответствующего уровня резервирования, достигнет 8 млн. кг.
Современный американский челночный корабль типа «Шаттл» способен доставить на орбиту 15 т грузов. Следовательно, только чтобы вывести в космос горючее для лазеров потребуется более 500 полетов челночных кораблей. Такого же количества рейсов потребует вывод на орбиту самих лазеров, зеркал, систем наведения и других компонентов ПРС, способной уничтожить 1000 ракет. Не говоря о том, что это невыгодно по чисто экономическим соображениям (стоимость доставки на орбиту и сборки одной лазерной платформы в 2–3 раза превышает стоимость современной МБР), развертывание такой системы на современном уровне развития технологии и техники космических полетов просто нереально.
Схема выведения компонентов системы СОИ шаттлами на орбиту
Таким образом, в ближайшем будущем речь может идти только о создании «ограниченных» систем ПРО космического базирования. Одним из наиболее перспективным вариантов ПРС в военно-промышленных кругах США считается система из 18 боевых лазерных платформ с 4-метровыми зеркалами и дальностью действия до 500 километров, размещенных на полярных орбитах. Предполагается, что ПРС будет способна уничтожать 15 ракет за 100 секунд или 100 ракет за 15 минут (при рассредоточенном запуске).
Популярна также в кругах американских специалистов идея о создании так называемых «подпрыгивающих» рентгеновских лазеров, запускаемых с атомных ракетоносцев, находящихся у территории противника при начале ответной ракетной атаки с его стороны. Но и она вряд ли способна привести к созданию надежного «космического щита» над США и достижению возможности нанесения первого удара. Реализация этой идеи требует выведения и развертывания ПРС космического базирования за время, не превышающее 2–3 минуты, и разработки ракет, намного более мощных, чем огромная «Сатурн-5», использовавшаяся при полете астронавтов на Луну. Кроме того, подобные системы оказываются чрезвычайно уязвимыми для контратаки с земли и с верхних слоев атмосферы.
Для претворения в жизнь идеи «подпрыгивающих» лазеров потребовались бы разработка нового класса подводных ракетоносцев, способных осуществлять одновременный запуск большого числа ракет, и создание новых сложнейших систем коммуникации и связи с подлодками. Все это, по мнению российских экспертов, делает разработку КПС на основе рентгеновских лазеров стратегически и экономически нецелесообразной перед лицом ответных действий противника.
Не менее сложные проблемы как технологического, так и экономического плана стоят перед разработчиками мощных сверхвысокочастотных (СВЧ) генераторов и пучкового оружия. Микроволновое сверхвысокочастотное излучение теоретически может быть использовано для уничтожения ракет в космосе, однако техническое осуществление этого проекта требует создания СВЧ-генераторов и источников питания мощностью в десятки и сотни мегаватт и антенных систем огромных размеров — от нескольких сотен метров до нескольких километров. Создание подобных систем в космосе (помимо всего прочего чрезвычайно уязвимых и дорогостоящих), по мнению большинства экспертов, технически вряд ли возможно по крайней мере до начала следующего столетия.
Что же касается пучкового оружия, разработка которого ведется в ряде лабораторий США с 1958 г., то здесь возникают проблемы другого характера. Большая проникающая способность пучкового оружия привлекает к нему пристальное внимание стратегов из Пентагона, но по некоторым оценкам даже предварительная модель этого оружия будет стоить не менее 20 миллиардов долларов.
Система наземных лазеров и орбитальных зеркал
Когда специалисты оценили всю сложность размещения лазеров в космосе, появилось несколько проектов, в которых предусматривалось монтировать коротковолновые лазеры на стационарных наземных установках, а в космосе развернуть систему зеркал для трансконтинентальной передачи лазерного луча и наведения его на цель. Эта идея требует непременного использования адаптивной оптики, с большой скоростью реагирующей на изменение структуры атмосферы и соответствующим образом перестраивающей форму волнового фронта лазерного луча так, чтобы за пределом атмосферы луч все время имел минимальную расходимость. Адаптивные оптические системы сейчас уже существуют, но эффективность их пока невелика.
Один из вариантов поражения МБР на активном участке траектории
Предполагается, что использование химических лазеров, генерирующих излучение в «окнах прозрачности» атмосферы и установленных на горных массивах на высоте свыше 4000 метров над уровнем моря, где атмосфера значительно менее плотная, позволит разрешить технические трудности, связанные как с созданием систем ПРО наземного базирования, так и с реализацией идей СОИ (вывод на околоземные орбиты громоздких лазеров и химического горючего, необходимого для их работы). В последнем случае излучение наземных лазеров будет фокусироваться с помощью огромных зеркал, размещенных на геостационарных орбитах (36000 км), и направляться на ракеты или самолеты противника с помощью значительно меньших по размерам боевых зеркал, расположенных на низких орбитах (300–500 км).
Глобальная противоракетная система этого типа будет состоять минимум из 12 лазеров, работающих на флюориде криптона или ксенона, размещенных высоко в горах и обладающих мощностью не менее 400 мегаватт. При этом сильное поглощение, рассеивание и атмосферные эффекты не позволят довести до боевых зеркал более 1/10 первоначальной мощности лазерного излучения.
Одновременно требуется создание зеркал диаметром до 50 метров на земле, до 30 метров на геостационарной орбите и боевых наводящих зеркал меньшего размера на низких орбитах.
Получение невероятно высоких мощностей неизбежно приведет к огромным технологическим трудностям даже при использовании усилителей на «свободных электронах» или систем сложения импульсов десятков отдельных лазерных модулей. Кроме того принципиально невыясненным является вопрос о возможности работы при столь высоких мощностях зеркал и другой оптики.
Достижение необходимой плотности энергии при радиусе действия космических противоспутниковых систем в несколько тысяч километров и реально достижимых в ближайшие годы мощностях лазерного излучения требует создания огромных зеркал диаметром 15–30 метров и систем их наведения высочайшей точности (10-7 радиана). Чтобы реально представить точность наведения, необходимую для отслеживания и уничтожения МБР, ее можно сравнить с точностью, необходимой для того, чтобы попасть из Вашингтона в десятицентовую монетку, находящуюся в Нью-Йорке на расстоянии 350 километров. Такая точность уже достигнута в телескопах при исследовании астрономических объектов, однако в данном случае речь идет о необходимости разработки систем наведения значительно больших размеров и существенно более высокой скорости перефокусирования и перенаведения (около ОД с) в условиях всевозможных помех и возмущающих воздействий, создаваемых как противником, так и самой «лазерной пушкой». Синхронная же работа нескольких десятков лазерных станций, обеспечение необходимого уровня контроля и коммуникации, а также способности распознавания реальных боеголовок среди сотен тысяч ложных мишеней при наличии оптических и электронных помех, создаваемых противником, оценивается многими экспертами как нереальная задача на ближайшие десятилетия.
«Силайт» — установка для наведения лазерного луча на космические объекты
Ненадежность систем управления
Человеку, не связанному с компьютерами, может показаться, что с передачей функций управления оружием от человека к компьютеру надежность системы в целом возрастает. Это не совсем так. Возрастает быстродействие и точность системы, но степень ее надежности, связанная с тем, что программированием современных компьютеров занимаются люди, не изменяется. К тому же жизненно важные для человека как биологического вида функции нашего мозга зарезервированы в нем с огромной избыточностью, а при программировании ЭВМ такая избыточность никогда не используется.
Ошибочное срабатывание крупных стратегических систем, связанное с неверным программированием, удавалось до сих пор предотвращать. Например, 3 июня 1980 г. система НОРАД выдала ложное сообщение, что на США движутся советские ракеты. В результате были приведены в повышенную готовность стратегические бомбардировщики с ядерным оружием на борту, запущены их двигатели, заняли свои места в кабинах члены экипажа. Виной ошибки оказалась неисправность компьютера, которую не учли разработчики программного обеспечения. Особенно опасно то, что такие ошибки происходят все чаще. У той же системы НОРАД число сбоев возросло с 25 за первую половину 1978 г. почти до 250 за первую половину 1983 г. Причину этого понять несложно.
Если в начале «ядерной эры» средства нападения были однотипными и сравнительно легко отождествимыми (тяжелые бомбардировщики и мощные МБР), то сейчас они стали весьма разнообразными и изощренными (ракеты различных типов, самолеты любого веса, крылатые ракеты, ядерная артиллерия, а в перспективе возможны «космические мины», наземные мобильные носители и т. п.). Поэтому граница между носителями ядерного оружия и всеми иными подвижными объектами, постоянно понижается, и соответственно уменьшается устойчивость военно-стратегического равновесия. Понижение порога дискриминации выражается в увеличении числа ложных срабатываний в системах раннего обнаружения.
Но ведь предотвращали ошибочные решения ЭВМ до сих пор люди, время реакции у которых (минуты) было короче подлетного времени ракет (десятки минут). В случае же перспективной системы космической ПРО перехват ракет должен производиться на активном участке их полета, длительность которого может быть сокращена до 100 с. В этом случае вмешательство человека исключается, и ошибочное решение управляющей системы об «ответном ударе» в действительности может стать решением о начале третьей мировой войны.
Космическая военная программа США сегодня и перспективы ее развития
К 1992 г. военно-политическая обстановка в мире полностью изменилась, что заставило правительство Соединенных Штатов пересмотреть практически все свои оборонные программы. Примерно к этому же времени был проведен большой объем исследовательских работ, что позволило Пентагон трезво оценить свои возможности по созданию систем космических вооружений.
Результатом явилось то, что в 1993 г. Соединенные Штаты официально заявили об отказе от создания глобальной противоракетной обороны и продолжении работ лишь по локальным системам ПРО для защиты группировок своих войск и войск союзников на различных ТВД, а также территории североамериканского континента от ограниченных ракетноядерных ударов. Однако грань между локальными системами и глобальной ПРО слишком неопределенна. Ведь если учесть неизбежную многоэтапность и растянутость их развертывания по времени, то объявленная сегодня конечная цель завтра вполне может оказаться лишь планово-промежуточной.
Суммарный объем финансирования в 1993–1996 гг. фактически не сократился и составил сумму порядка 3,5 млрд. долларов в год. Изменения выразились лишь в пересмотре приоритетов и перераспределении ответственности между министерством обороны, отвечающим за техническую реализацию программы в целом, и его исследовательским управлением (ДАРПА). Кроме того, работы по орбитальным системам (обнаружения, выдачи целеуказаний и перехвата) на основе мало-массогабаритных космических аппаратов типа «Бриллиант Айз» (БА) и «Бриллиант Пебблз» (БП) на завершающем этапе переданы в ВВС. В результате создается видимость снижения всех расходов в 1994 г. до 2,7 млрд. долларов.
Сегодня для управления по защите от баллистических ракет (БМДО) не учитываются уже выделенные до начала войсковых испытаний средства на «БП» и «БА» и др. Формально расходы БМДО на глобальную ПРО составили в прошедшем году всего 0,4 млрд. долл. (без дополнительных средств, выделенных на эти цели конгрессом США). На практике это были затраты на разработку перспективного оружия направленной энергии. Только на региональную ПРО в 1995 г. было потрачено 1,6 млрд. долларов.
Сегодня, к сожалению, невозможно оценить эффективность многомиллиардных расходов США на противоракетную оборону, поскольку широко разрекламированная почти стопроцентная вероятность перехвата иракских оперативно-тактических ракет «СКАД», якобы достигнутая многонациональными силами во время операции «Буря в пустыне», не подтверждается никакими другими источниками, кроме заявлений американских военных. Более точую картину позволяют создать результаты испытаний опытных образцов новых перехватчиков и их компонентов. Эксперимент «Дельта-180» с «БП» подтвердил необходимую точность перехвата реальной цели — промах на орбите составил всего 15–30 см.
Располагая опытными образцами «БА» и «БП», Соединенные Штаты на рубеже следующего столетия могут приступить к широкомасштабному развертыванию в космосе орбитальной группировки серийных образцов. Возможности такой противоракетной системы зависят лишь от количества КА-перехватчиков, выведенных на околоземные орбиты. Принимая во внимание небольшую массу «БП» и «БА» — менее 100 кг, их число может измеряться сотнями и даже тысячами.
В 1994 г. было выполнено моделирование применения космического эшелона ПРО, состоящего из тысячи «Бриллиант Пебблз». В качестве целей рассматривались межконтинентальные баллистические ракеты сухопутного базирования и атомных подводных лодок России, а также оперативно-тактические и тактические ракеты третьих стран. Результаты оказались весьма обнадеживающими. Так, в случае одновременного запуска шестнадцати баллистических ракет с любой российской подводной лодки, находящейся на боевом патрулировании, десять ракет будут уничтожены. Общий вывод: такая группировка способна отражать маломасштабные ракетноядерные удары российских ракетных войск стратегического назначения с эффективностью 0,5–0,7. Развернуть ее США планировали к 2005 г.
SEE IT AGAIN — FOR THE VERY FIRST TIME!
Американская карикатура по поводу возврата СОИ
Меньше обсуждаются успехи, достигнутые в области лазерного оружия. А ведь американцам удалось на порядок снизить массу и стоимость отражательной системы непрерывного химического газового лазера и вплотную подойти к его испытаниям в реальных условиях применения как на земле, так и в космосе. Например, малый орбитальный эксперимент «Стар Лайт» с лазером мощностью в несколько десятков киловатт. Диаметр его фокусирующей отражательной системы достигает 2 м. Масса — 5 т, а дальность действия 10 км. И крупномасштабный «Зенит Стар», в котором опробуют двухмегаваттный лазер с диаметром ФОС 4 м. При массе в пятьдесят тонн дальность действия такого комплекса несколько сотен километров. Стоимость проведения первого эксперимента — 300 млн., второго — 2 млрд. долл. По собственным оценкам разработчиков, полтора десятка боевых орбитальных станций с подобными лазерами способны самостоятельно решить задачу глобального перехвата МБР, запускаемых из любой точки земного шара.
Сравнительные характеристики разрабатываемых лазеров и предполагаемое их применение описаны ниже в таблице.
Не так давно ВВС США заказали корпорации «Боинг» разработку прототипа боевой авиационной системы с лазерным оружием (YAL-1A) для уничтожения баллистических ракет. Находящийся на высоте около двенадцати тысяч метров один такой самолет будет способен контролировать, например, территорию Ливии или Ирака и сбивать межконтинентальные или оперативно-тактические ракеты сразу после их запуска. В этом случае остатки взорванных ракет поразят агрессора или… лишат страну, подвергшуюся нападению, возможности нанести ответный удар. Первую партию из семи модернизированных «Боингов-747» в Пентагоне планируют принять на вооружение к 2008 г.
На контракт стоимостью более одного миллиарда долларов, помимо «Боинга», претендуют также корпорации «TWR», «Локхид-Мартин» и другие. Общее руководство программой создания «YAL-1A» возложено на Центр космических и ракетных систем США на авиабазе Киртлэнд (шт. Нью-Мехико).
Стоит добавить к этим проектам уже давно существующие наземные системы ПРО на основе сверхскоростных противоракет, перспективные мощные лазеры наземного базирования, и любому непредвзятому наблюдателю станет ясно, что, несмотря на официальное закрытие программы СОИ, Соединенные Штаты вплотную подошли к началу практического ее воплощения. А так называемые ограниченные системы ПРО, способные решать якобы лишь локальные задачи, вполне соответствуют первому этапу программы. Собственно, для полномасштабного развертывания глобальной системы ПРО остается только объединить все эти «ограниченные» системы в одну не столь ограниченную. Новейшие компьютерные технологии и достижения в области связи и управления полностью решают проблему их взаимодействия. Число же используемых средств обнаружения, наведения и перехвата можно нарастить в любой момент.
Учитывая нынешнее геополитическое положение в мире и уже достигнутые успехи, американцы могут действительно резко сократить ассигнования на «звездные войны» с целью успокоения мировой общественности, но при этом нисколько не отступить от поставленной ранее цели — создания надежной защиты не только от отдельных террористических или «несанкционированных» пусков ракет, но и от массированного ракетно-ядерного удара, будь он ответный или превентивный.
Что может противопоставить Россия?
Российские и американские специалисты считают, что ответные меры на программу СОИ могут быть как активными, так и пассивными.
Активные меры противодействия могут включать различные средства наземного, морского и космического базирования. Их применение исходит из особенностей системы СОИ. Во-первых, элементы этой системы чрезвычайно уязвимы: у них не защищены датчики, источники энергии, электроника. Спутники разведки, опознания, целеуказания, боевого управления имеют тонкую обшивку, не превышающую толщины кузова легкового автомобиля. Орбиты полета этих объектов и место, в котором они должны находиться в определенное время, легко рассчитывается. При этом время их нахождения в поле зрения активных средств противодействия довольно велико.
Одно из таких возможных активных средств противодействия — использование высокой орбитальной скорости движения самих космических объектов. Даже простое их столкновений с препятствием сопровождается разрушительным взрывом. При таких скоростях даже относительно легкие предметы пробивают толстую броню. Это подтверждается и американскими экспериментами, в ходе которых электромагнитная пушка легко пробила своим снарядом весом всего в семь граммов, разогнанным до скорости 7 километров в секунду, массивную алюминиевую болванку. Распыление же на орбитах небольших облаков даже микроскопических частиц может создать на поверхности отражающих зеркал дефекты, препятствующие фокусировке лазерного луча, а более крупных предметов — типа шрапнели — вызвать разрушения, равносильные по своим катастрофическим последствиям столкновениям спутников с метеоритами. Существующий уровень научно-технического развития позволяет осуществить подобные меры противодействия.
Не стоит также забывать и о потенциальной возможности использования противоспутниковых систем, которые уже в настоящее время являются эффективным видом оружия. В этой связи один из экспертов Пентагона утверждал, что с помощью нескольких эскадрилий самолетов, оснащенных ракетами-перехватчиками, можно в течение суток «очистить небо» от вражеской космической техники. Если это так, то такими же ракетами можно уничтожить и космические элементы системы СОИ.
В США проходит программу полномасштабных испытаний авиационная противоспутниковая система АСАТ на базе самолета-истребителя F-15, которая предназначена для поражения искусственных спутников Земли на орбитах высотой до 1000 км. Подобная система была создана и в Советском Союзе.
Нужно учесть и то, что для полной нейтрализации всей системы СОИ совсем не обязательно поражать каждый ее компонент. Действия средств поражения системы будут зависеть от команд средств информационного обеспечения и средств боевого управления. Значит, достаточно вывести из строя, например, спутники раннего оповещения или какой-либо другой компонент, чтобы нарушить действие системы в целом.
Подрыв ядерного боеприпаса на больших высотах может резко сократить продолжительность «активной жизни» большинства спутников. Пересекая радиоактивные пояса, они будут накапливать радиацию, представляющую опасность для их электроники, датчиков, оптики. По оценкам зарубежных специалистов, подрыв одного ядерного боезаряда в атмосфере может гарантированно «ослепить» и вывести из строя в течение минуты все сенсорные устройства, находящиеся в радиусе ста километров.
Вполне можно обойтись и без подрыва ядерных боеприпасов. «Не исключено, — считают российские специалисты Р. Сагдеев и С. Родионов, — что уже существующие генераторы миллиметровых волн могут обеспечить некий эквивалент действию ЭМИ (электромагнитному импульсу) на расстояниях до 1000 км. Единственное средство защиты сложнейшего комплекса электронных систем СОИ — надежное экранирование всех важных узлов и элементов. А это сегодня — неразрешимая задача.
Кроме электромагнитного, можно также использовать и лазерное оружие. Фактически, работы по созданию лазерного оружия начались у нас в 1964–1965 гг. В конце 60-х годов в Сары-Шагане было начато создание экспериментального комплекса, получившего шифр «Терра-3». На нем отрабатывались такие вопросы, как наведение лазера на космическую мишень и мощность, необходимая для ее поражения. Эта установка вызвала серьезную озабоченность американцев, и в 1989 г. они добились ее посещения.
В 1981 г. США произвели первый запуск космического челнока «Шаттл». Советская служба наблюдения установила, что одной из задач экипажа, судя по траектории движения корабля, могло быть слежение за территорией СССР. 10 октября 1984 г., когда витки 13-го полета «Челленджера» проходили в районе полигона войск ПВО у озера Балхаш, был произведен эксперимент с использованием экспериментального лазерного комплекса генерального конструктора Н. Устинова. Мощность излучения была минимальной. Корабль пролетал на высоте 365 км, наклонная дальность обнаружения и сопровождения составляла от 400 до 800 км. Точное целеуказание лазерной установке было дано радиолокационным измерительным комплексом «Аргунь».
Как рассказывали потом члены экипажа «Челленджера», при полете над районом Балхаша на корабле внезапно отключилась связь, возникли сбои в работе аппаратуры, да и сами астронавты почувствовали недомогание. Вскоре американцы поняли, что экипаж подвергся какому-то воздействию с советской стороны, и заявили протест. В дальнейшем из гуманных соображений лазерная установка ни разу не применялась.
Уязвимость ударных космических вооружений усугубляется еще и тем, что космические платформы для их базирования сравнительно велики по габаритам, многотоннажные и находятся на относительно низких орбитах. А вот средства противодействия, установленные, скажем, на земле, не ограничены размерами, их можно сделать во много раз больше, мощнее, стоить они будут дешевле, да и защитить их можно лучше, а наводить более точно. Наконец, размещенные на земле, например, контрлазеры не ограничены энергетическими возможностями и габаритами. Оружие, размещенное в космическом пространстве, считает известный американский специалист Э. Картер, — «скорее первоклассные мишени» для средств противодействия, чем позиции для атаки.
Итак, очередное соревнование вооружений, наподобие продолжающегося уже сотни лет спора снаряда и брони? Скорее всего. Нам, жителям такой хрупкой планеты Земля, остается надеяться лишь на то, что у «космических генералов» хватит ума не выяснять победителя на практике.
ТЕЛЕГРАМКанал с обзорами, анонсами новинок и книжными подборками
Книжный Вестник
Бот для удобного поиска книг (если не нашлось на сайте)
Поиск книг
Свежие любовные романы в удобных форматах
Любовные романы
О психологии, саморазвитии и личностном росте
Саморазвитие
Детективы и триллеры, все новинки
Детективы
Фантастика и фэнтези, все новинки
Фантастика
Отборные классические книги
Классика
ВКОНТАКТЕБиблиотека с любовными романами, которая наверняка придётся по вкусу женской части аудитории
Любовные романы
Библиотека с фантастикой и фэнтези, а также смежных жанров
Фантастика
Самые популярные книги в формате фб2
Топ фб2
книги