Для ленивых есть видео, остальным же предлагаю текстовую версию ниже.
В этой статье я расскажу, сможет ли боевой лазер ослепить, повредить или уничтожить те или иные спутники. Получится ли у него испортить хрупкую аппаратуру космического аппарата, нарушить связь, выжечь матрицу и тому подобное.
В качестве примера лазерного оружия мы будем использовать такой комплекс как Пересвет. Его же целями станет сразу несколько потенциальных жертв, а именно:
1) Спутник Sentinel-2, который благодаря мультиспектральной камере использовался для наблюдения за атаками на аэродромах в Крыму и Херсоне, а также мог оценивать повреждение Антоновского моста.
2) Спутник Sentinel-1, который благодаря SAR (Synthetic-aperture radar), использовался для наблюдения за передвижением Черноморского флота и помогал в нахождении некоторых установок РЛС для С-300 и С-400.
3) Спутник Starlink, который используется Вооруженными Силами Украины как система надежной военной связи с огромной пропускной способностью.
В отличии от наведения помех или выжигания матрицы, физическое повреждение или полное уничтожение спутника является самым сложным испытанием для любого лазера. Большинство орбитальных разведчиков и систем связи созданы на основе алюминиевых сплавов, в которых иногда встречается армирование керамическими нитями, что делает тепловое разрушение довольно трудозатратой задачей.
Радиаторы также используют в себе металлы, а то и тугоплавкие варианты керамики, такие как карборунд.
Например, наша главная цель - Sentinel-2, создан на основе алюминиевой рамы с сотовой многослойной обшивкой, сделанной из ранее озвученного металла. Он также покрыт теплоизоляционной фольгой на основе каптона, армированной стекловолокном.
Для того, что бы узнать, можем ли мы продырявить или разрезать такую сложную цель, посчитаем, сколько энергии на квадратный сантиметр может выдать наш боевой лазер.
Для этого сначала узнаем диаметр лазерного пятна на цели, после чего посчитаем сколько мощности на это пятно приходится.
Минимальное расстояние до наших Sentinel-ов составляет примерно 650 километров, а поэтому вписываем это число в калькулятор, ссылка на который будет в конце статьи. Умножаем это на качество лазерного пучка нашего Пересвета. Перемножаем полученное значение на длину волны в микрометрах, после чего делим на диаметр зеркала, что отвечает за фокусирование луча на цели. Полученное промежуточное значение подставляется в формулу как диаметр пятна. Добавляем выходную мощность, после чего получаем итоговую мощность излучения на цели - 0,001 кВт/см2.
Выходит так, что лазер, который на расстоянии в 5.000 метров вполне мог уничтожать пластиковые дроны, на дистанции в 650 километров, даже без учета атмосферных помех, утратил всю убийственную мощность.
Для примера, чтобы поджечь фанеру, нам нужно около 1 кВт/см2, поэтому надеяться на физическое уничтожение спутника подобным лазером все-таки не стоит. Более того, даже это слабое излучение будет практически полностью отражаться теплоизоляционной каптоновой фольгой спутника. Похожая ситуация состоит с радиаторами, что оснащены многослойным тефлон-серебряным покрытием, позволяющим как излучать собственную тепловую энергию в космос, так и отражать внешнюю.
Несмотря на то, что практически все эти покрытия созданы для отражения солнечного света, они также прекрасно подходят для нивелирования воздействия химических лазеров ближнего ИК, таких как Пересвет. Именно поэтому мы полностью отметаем какое-либо физическое уничтожение спутников с помощью COIL лазеров киловаттного класса – для этого нужно что-то более сложное и мощное, запитанное желательно от группы производительных ядерных реакторов.
Несмотря на то, что излучение нашего лазера не способно расплавить кусок обшивки вражеского спутника, это еще не означает, что мы не можем нарушить его работу. В отличии от непосредственного уничтожения, мы можем избрать намного более тонкую тактику, а именно разрушение матрицы вражеской камеры. Это все еще сложнее, чем просто навести временную помеху, но значительно проще, чем продырявить спутник насквозь. Более того, мы можем заставить оптику цели работать на нас, вынудив фокусировать луч лазера огромным зеркалом на маленькой матрице.
Возьмем в качестве первой жертвы Sentinel-2. Он оснащен мультиспектральным оборудованием для наблюдения как видимом, так и ИК-спектрах. Его главное зеркало, которое мы заставим работать в наших интересах, в размерах составляет 44 на 19 сантиметров.
Учитывая, что диаметр нашего лазерного пятна составляет 3,4 метра, на главное зеркало спутника приходится почти один процент нашего излучения. Сделаем скидку на то, что расширяется луч вовсе не идеально, а поэтому возьмем в три раза больше энергии.
Зеркала Sentinel-2 созданы на основе отполированного карбида кремния и, если справочник меня не обманывает, его отражающая способность в спектре работы Пересвета составляет около 19%. Это означает, что на входе в оптику наша мощность уменьшилась до 3%, после чего мы потеряли еще 81% оставшейся энергии на зеркале, и уже под финал остаток направился дальше, к хрупкой оптике.
Перед матрицами свет разделяется на два направления – первый идет к сенсорам видимого спектра и самого ближнего ИК (VNIR), а второй на основные ИК-детекторы (SWIR). Их размеры практически одинаковы – примерно 23 на 6 сантиметров, что относительно первичного зеркала сжимает наш луч в 6 раз. В итоге мы имеем… 0,02 вт/см2. Учитывая, что наш SWIR охлаждается карборундовыми радиаторами до температуры -80 градусов по Цельсию, сжечь их у нас точно не выйдет. С VNIR все несколько проще– их рабочая температура всего 20 градусов по Цельсию, но маломощность полученного излучения также недостаточна для разрушения матрицы.
Ничего страшного – рассмотрим другие спутники.
Sentinel-1 оптики попросту не имеет – вместо этого у него имеется радар с синтезированной апертурой, работающий на длине волны примерно в 3-7 сантиметра. Какое-либо слабое световое воздействие для него также интересно, как для слепого красный цвет. Примерно тоже самое у нас со спутниками Starlink – на них установлено несколько фазированных решеток в миллиметровом и сантиметровых диапазонах, а значит о лазерном излучении оборудование даже не узнает.
Остается самый последний и надежный вариант – забить спутники помехами, временно выведя их из строя.
Перед тем как разделить световой поток на два разных направления, Sentinel-2 использует дихроичные фильтры для того, чтобы отсечь мусорное излучение. Это означает, что до прибора SWIR, который мы минуту назад пытались сжечь, лазер даже не дойдет – его отсекли бы еще до попадания на матрицу.
В тот же момент половина излучения пройдет на VNIR, ведь часть его рабочих сенсоров находятся на длиннее волны нашего COIL лазера. Но и тут у нас возникает проблема – каждый отдельный датчик настроен на свой участок излучения, и в этом ему помогают личные щелевые входные фильтры. Единственным уязвимым для нас является датчик B10, который действительно подвергнется помехам ввиду того, что Пересвет работает в его рабочей частоте.
Как итог, из двух группировок сенсоров, мы задели лишь одну, да и то на одной полосе работы из 12… Как понимаете, наблюдать за полем боя это практически не помешает.
Но даже здесь я нашел окно возможностей для подавления Sentinel-2 - Laser Communication Terminal. Зачем нам наводить помехи на оптику, если мы можем навести помехи на систему передачи данных?
LCT это лазерный терминал связи, созданный европейской системой ретрансляции данных – EDRS. Если верить их стандартам, то для связи у них используется 2 Вт лазерный луч, работающий на длине волны 1064 нанометра… И если бы у нас был иттрий-алюминиевый гранатовый лазер мощностью в мегаватт, я бы порадовался, но у нас 50-килловатный COIL фонарик, а поэтому навести помехи на связь у нас также не получится.
<!--[endif]-->
Sentinel-1 использует аналогичную установку для передачи данных, так что с ним такая же безвыходная ситуация.
Со спутниками Starlink ситуация еще хуже, ведь для передачи данных они вовсе не используют лазерную связь. Вместо этого у них несколько фазированных решеток для радиообмена, воздействовать на которые помехами мы не можем от слова совсем – абсолютно иной спектр работы.
Итоги оказываются довольно неутешительными.
Даже коммерческие не военные спутники оборудованы отсекающими шторами и фильтрами, а также мощными системами охлаждения, что не позволят разрушить матрицу.
Термостойкие стекла из полированной керамики или металлов также слабо уязвимы к нагреву, в то время как корпуса из титанов и алюминия даже не заметят нагрева киловаттных лазеров.
Попытки же навести помехи часто упираются в ранее описанные фильтры и отсекающие шторы, что снижают нашу эффективность до минимума.
А вот калькулятор:
(Параметры импульсного режима не учитываются)