1.12.2022

Canon 650d, без бленд и светофильтров на ef 70-300.

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)

Начиная от самых простых и маленьких, созданных для мирных целей, вроде съемок красивых видео или контролем пожаров, и заканчивая полноценным военными машинами для убийства, дроны, или же БПЛА, стали огромной проблемой на поле боя.
Методов противодействия дронам уйма, но чем эффективнее средство показывает себя на поле боя, тем менее рациональным в плане стоимости оно оказывается.

Стрелять по бездушному разведчику из пулемета дешево и сердито, но зачастую неэффективно. При большой удаче это сработает против низколетящего беспилотника, но если ваша цель летит на высоте километра... можете забыть о своем любимом ПКМ - скорее всего врага вы даже не увидите.

Где-то рядом находятся системы радио-электронной борьбы. В зависимости от вида, они по разному пытаются воздействовать на дрон, но чаще всего РЭБ давит помехами радиоканал управления и gps-навигации, иногда даже пытаясь подменить координаты в последней. Но как показывает практика, устойчивыми к подавлению оказываются даже гражданские БПЛА вроде того же Мавика.
Спуфинг GPS прекрасно убирается через прямое управление дроном или его перепрошивку. В таком случае глушение GPS-координат также становится бесполезным - дрон летит на ручном управлении и спутниковая навигация для него становится абсолютно неинтересным делом.
С подавлением канала управления все обстоит не так радужно, но зачастую борьба с РЭБ сводится к фразе: "Не залетай за ухо Красухе и все будет нормально". О военных беспилотниках, средства связи и защиты которых многократно лучше, стоит вообще молчать.

Конечно авиационные варианты радио-электронной борьбы показывают себя заметно лучше своих наземных аналогов, но позволить их себе в достаточных количествах может разве что одна страна в мире.

В самом дорогом конце списка у нас оказываются системы как наземной, так и воздушной ПВО. Авиация неплохо себя показывает в борьбе с БПЛА MALE-класса, но вот ее эффективность против менее высотных образцов уже не такая очевидная.
Наземное ПВО показывает себя получше против малых дронов, но страдает от того, что само становится жертвой действия бездушных разведчиков. К тому же будучи дорогими и неманевренными системами, наземные пусковые установки просто не могут прикрыть всю линию фронта, а если бы и могли, то страдали бы от точечных прорывов в виде локальных SEAD/DEAD миссий.

Проблема беспилотников породила собой бурление в военных кругах, где армейские эксперты разной степени компетентности пытаются придумать более эффективные приемы против этих бездушных засранцев.
Одним из таких и стали боевые лазеры, а если быть точнее, то оружие направленной энергии. Старая тема, которая раньше предполагалась как защита от ядерных боеголовок в космосе, потихоньку угасала, пока не нашла подъём в решении проблем уничтожения БПЛА.

ПЕРЕСВЕТ это оружие направленной энергии размером с большой грузовик, что использует для питания очень ядовитые элементы, а именно кислород и йод, для создания лазерного пучка. В отличии от твердотельных или газоразрядных лазеров, такому источнику излучения не нужны ядерные реакторы или штабеля огромных генераторов для работы, но с другой стороны любое пробитие баков осколком приведет к маленькой техногенной катастрофе.

Для обычного обывателя представленные ТТХ практически ничего не значат. Выходная мощность, диаметр зеркала, качество пучка. Так будет уничтожать планеты как в фильмах, или нет? Давайте посчитаем.

Смертоность лазера зависит от множества характеристик, но упрощенно нам хватит вот такого списка, под который я заранее создал калькулятор.
- Выходная мощность: это то самое заветное количество энергии которое задействовано в виде излучения. То бишь мощность световой энергии, которой мы будем пытаться просверлить во враге дыру. Чем этот параметр выше, тем лучше, однако повышение мощности ведет за собой увеличение расхода ядовитых реагентов нашей установки и усиление нагрева, что приведет к меньшему времени работы и увеличенным размерам установки.
- Расстояние и Дифракция: крайне коварный параметр для любого обычного обывателя, который наивно полагает, что лазер это идеальное оружие для огромных дистанций. Из апертуры, а это аналог казенника для нашего лазера, свет выходит не ровным потоком, а скорее расходящимся конусом, и чем большее расстояние он проходит, тем большим пятном попадет на цель. Это называется дифракцией, и чем больше у нас длинна волны лазерного излучения, тем сильнее расходится луч на расстоянии, превращаясь из оружия в обычный фонарик, так как одинаковое количество энергии будет все сильнее размазываться на большей площади.

- Коэффициент качества луча М2: важный коефициент который показывает, насколько хорошо мы способны фокусировать создаваемый лазерный луч. Коефициент М2 в районе единицы дает нам понять, что мы достигли предела физики и ограничены только дифракцией, но подобное доступно только самым маленьким лазерам. У военных образцов этот параметр заметно выше ввиду огромной мощности, и часто именно этот ТТХ оказывается для системы направленной энергии более важным, чем дифракция.
Например коефициент М2 в размере 5 говорит о том, что наш луч расходится на расстояние в 5 раз сильнее, чем теоретически-идеальный, что уменьшает его мощность в целых 25 раз.

- Длинна волны: зависит от типа используемого лазера и влияет на дифракцию. Чем меньше - тем лучше, но зачастую чем короче волна, тем сложнее создать лазер аналогичной мощности.
- Размер зеркала: Да-да, не оптики, а именно зеркала. В лазерном оружии используют термостойкие брэгговские зеркала, которые проводят луч изнутри установки на подвижную турель, которая фокусирует лазер главным зеркалом на цели таким образом, что бы создать как можно меньшую по площади точку. Чем больше у нас фокусирующее зеркало, тем сильнее мы сможем сфокусироваться на цели. Однако какое бы оно ни было, выше дифракции и коэффициента М2 мы не прыгнем.

Как все это посчитать? Да очень просто - сначала узнаем диаметр пятная на цели, после чего узнаем сколько мощности на это пятно приходится.

- Расстояние до цели(м) * Коэффициент M2 * Длинна волны(м) / Диаметр зеркала(м) = Диаметр пятна(м).

Выходная мощность(КВт) / ((3,1415*((Диаметр пятна*100)^2))/4) = Энергия, КВт/см2

В итоге на выходе мы получаем около 9,2 КВт/см2.

Что бы поджечь фанеру или сухую деревяшку нам нужна мощность 1 и более Кв/См2
Что бы резать кое как металл - 100 и более Кв/см2

Этот лазер способен поджигать фанеру или пластик на расстоянии в 5 километров в течении нескольких секунд. Но вот на дистанции в 20 километров это чудо будет способно поджечь разве что бумагу, чего уж говорить о стеклопластике, который применяется при создании военных БПЛА.

И это все, конечно, если речь о качестве пучка М2 является правдой. Коэффициент в районе 2 является чертовски высоким достижением при такой выходной мощности, и если окажется, что в реальности все с этим ттх не так радужно, то Пересвет может оказаться бесполезным даже против копеечного китайского Мавика. О военных БПЛА, которые сделаны уже из композитных и термических стойкий материалах, лучше молчать.

В теории мы можем еще сильнее улучшить уже имеющиеся ТТХ, например увеличив размер зеркала до 0,7 метров и удвоив выходную мощность в ущерб длительности работы. В конечном счете мы увеличим дальность до 10 километров, оставив примерно одинаковую плотность потока энергии.

Остается только один вопрос - будет ли разумно закупать столь химически опасное средство, вместе с оптико-электронными или радиолокационными станциями наведения, ради того, что бы уничтожать китайские дроны? Данный лазер не будет способен сражаться с современной авиации - на расстояниях в десятки километров он даже нагреть самолет не сможет, в отличии от классических систем ПВО типа того-же Бук-М2.

Упрощенный калькулятор для расчёта мощности теоретических боевых лазеров вот:
(Я упустил специально тонкие особенности вроде учета импульсного режима работы и его параметров)

=(C51*1000)*D51*(E51/1000000)/F51  - - - (G51)
=B51/((3,1415*((G51*100)^2))/4) - - - (H51)