Se cree ampliamente que el mejor entorno para el uso de armas láser (LW) es el espacio exterior. Por un lado, esto es lógico: en el espacio, la radiación láser puede propagarse prácticamente sin interferencias provocadas por la atmósfera, las condiciones meteorológicas, los obstáculos naturales y artificiales. Por otro lado, existen factores que complican significativamente el uso de armas láser en el espacio.
Características del funcionamiento de los láseres en el espacio
El primer obstáculo para el uso de láseres de alta potencia en el espacio exterior es su eficiencia, que es de hasta un 50% para los mejores productos, el 50% restante se destina a calentar el láser y sus equipos circundantes.
Incluso en las condiciones de la atmósfera del planeta: en la tierra, en el agua, bajo el agua y en el aire, existen problemas con el enfriamiento de los láseres potentes. Sin embargo, las posibilidades de enfriamiento de equipos en el planeta son mucho mayores que en el espacio, ya que en el vacío la transferencia del exceso de calor sin pérdida de masa es posible solo con la ayuda de radiación electromagnética.
El enfriamiento en el agua y bajo el agua del LO es más fácil de organizar: se puede llevar a cabo con agua de mar. En el suelo, puede utilizar radiadores masivos con disipación de calor a la atmósfera. La aviación puede utilizar el flujo de aire que se aproxima para enfriar la aeronave.
En el espacio, para la eliminación del calor, los radiadores-enfriadores se utilizan en forma de tubos nervados conectados a paneles cilíndricos o cónicos con un refrigerante que circula en ellos. Con un aumento en la potencia de las armas láser, el tamaño y la masa de los radiadores-enfriadores, que son necesarios para su enfriamiento, aumentan, además, la masa y especialmente las dimensiones de los radiadores-enfriadores pueden exceder significativamente la masa y dimensiones de el arma láser en sí.
En el láser de combate orbital soviético "Skif", que estaba previsto que fuera lanzado a la órbita por el cohete portador superpesado "Energia", se iba a utilizar un láser de gas dinámico, cuyo enfriamiento probablemente se llevaría a cabo por la expulsión de un fluido de trabajo. Además, el suministro limitado de fluido de trabajo a bordo difícilmente podría proporcionar la posibilidad de un funcionamiento a largo plazo del láser.
Fuentes de energia
El segundo obstáculo es la necesidad de dotar a las armas láser de una poderosa fuente de energía. No se puede desplegar una turbina de gas o un motor diesel en el espacio; necesitan mucho combustible e incluso más oxidante, los láseres químicos con sus reservas limitadas de un fluido de trabajo no son la mejor opción para colocarlos en el espacio. Quedan dos opciones: proporcionar energía a un láser de estado sólido / fibra / líquido, para lo cual se pueden usar baterías solares con acumuladores intermedios o centrales nucleares (NPP), o láseres con bombeo directo por fragmentos de fisión nuclear (láseres de bombeo nuclear) puede ser usado.
Circuito reactor-láser
Como parte del trabajo realizado en Estados Unidos en el marco del programa Boing YAL-1, se suponía que se utilizaría un láser de 14 megavatios para destruir misiles balísticos intercontinentales (ICBM) a una distancia de 600 kilómetros. De hecho, se logró una potencia de aproximadamente 1 megavatio, mientras que los objetivos de entrenamiento se alcanzaron a una distancia de aproximadamente 250 kilómetros. Así, una potencia del orden de 1 megavatio puede utilizarse como base para armas láser espaciales, capaces, por ejemplo, de operar desde una órbita de referencia baja contra objetivos en la superficie de la Tierra o contra objetivos relativamente distantes en el espacio exterior (estamos sin considerar una aeronave diseñada para iluminación »Sensores).
Con una eficiencia láser del 50%, para obtener 1 MW de radiación láser, es necesario suministrar 2 MW de energía eléctrica al láser (de hecho, más, ya que aún es necesario asegurar el funcionamiento de los equipos auxiliares y la refrigeración sistema). ¿Es posible obtener esa energía mediante paneles solares? Por ejemplo, los paneles solares instalados en la Estación Espacial Internacional (ISS) generan entre 84 y 120 kW de electricidad. Las dimensiones de los paneles solares necesarios para obtener la potencia indicada se pueden estimar fácilmente a partir de las imágenes fotográficas de la ISS. Un diseño capaz de alimentar un láser de 1 MW sería enorme y requeriría una portabilidad mínima.
Puede considerar un conjunto de batería como una fuente de energía para un láser potente en los portadores móviles (en cualquier caso, será necesario como un búfer para las baterías solares). La densidad energética de las baterías de litio puede alcanzar los 300 W * h / kg, es decir, para proporcionar un láser de 1 MW con una eficiencia del 50%, se necesitan baterías que pesen alrededor de 7 toneladas para 1 hora de funcionamiento continuo con electricidad. ¿Parecería no tanto? Pero teniendo en cuenta la necesidad de colocar estructuras de soporte, dispositivos electrónicos que acompañen, dispositivos para mantener el régimen de temperatura de las baterías, la masa de la batería de reserva será de aproximadamente 14-15 toneladas. Además, habrá problemas con el funcionamiento de las baterías en condiciones de temperaturas extremas y vacío espacial: una parte importante de la energía se "consumirá" para garantizar la vida útil de las propias baterías. Lo peor de todo es que la falla de una celda de la batería puede provocar la falla, o incluso una explosión, de toda la batería de baterías, junto con el láser y la nave espacial portadora.
El uso de dispositivos de almacenamiento de energía más confiables, convenientes desde el punto de vista de su operación en el espacio, probablemente conducirá a un aumento aún mayor en la masa y dimensiones de la estructura debido a su menor densidad de energía en términos de W * h / kg.
Sin embargo, si no imponemos requisitos a las armas láser para muchas horas de trabajo, pero usamos el LR para resolver problemas especiales que surgen una vez cada varios días y requieren un tiempo de operación del láser de no más de cinco minutos, entonces esto implicará un correspondiente simplificación de la batería. … Las baterías se pueden recargar con paneles solares, cuyo tamaño será uno de los factores que limitarán la frecuencia de uso de armas láser
Una solución más radical es utilizar una central nuclear. Actualmente, las naves espaciales utilizan generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG). Su ventaja es la relativa simplicidad del diseño, la desventaja es la baja potencia eléctrica, que es, en el mejor de los casos, varios cientos de vatios.
En los EE. UU., Se está probando un prototipo del prometedor Kilopower RTG, en el que se usa uranio-235 como combustible, tubos de calor de sodio para eliminar el calor y el calor se convierte en electricidad con un motor Stirling. En el prototipo del reactor Kilopower con una capacidad de 1 kilovatio, se ha logrado una eficiencia bastante alta de alrededor del 30%. La muestra final del reactor nuclear Kilopower debería producir continuamente 10 kilovatios de electricidad durante 10 años.
El circuito de suministro de energía del LR con uno o dos reactores Kilopower y un dispositivo de almacenamiento de energía de búfer ya puede estar operativo, proporcionando el funcionamiento periódico de un láser de 1 MW en modo de combate durante aproximadamente cinco minutos, una vez cada varios días, a través de una batería de búfer
En Rusia, se está creando una central nuclear con una potencia eléctrica de aproximadamente 1 MW para un módulo de transporte y potencia (TEM), así como centrales nucleares de emisión térmica basadas en el proyecto Hércules con una potencia eléctrica de 5-10 MW. Las plantas de energía nuclear de este tipo pueden proporcionar energía a armas láser ya sin intermediarios en forma de baterías tampón, sin embargo, su creación se enfrenta a grandes problemas, lo que en principio no es sorprendente, dada la novedad de las soluciones técnicas, las especificidades del entorno operativo y la imposibilidad de realizar pruebas intensivas. Las plantas de energía nuclear espaciales son un tema para un material separado, al que definitivamente volveremos.
Como en el caso de enfriar una poderosa arma láser, el uso de una central nuclear de un tipo u otro también plantea mayores requisitos de enfriamiento. Los refrigeradores-radiadores son uno de los más significativos en cuanto a masa y dimensiones, elementos de una central eléctrica, la proporción de su masa, dependiendo del tipo y potencia de la central nuclear, puede oscilar entre el 30% y el 70%.
Los requisitos de enfriamiento se pueden reducir reduciendo la frecuencia y duración del arma láser, y usando centrales nucleares de tipo RTG de relativamente baja potencia, recargando el almacenamiento de energía del búfer
Cabe destacar la colocación de láseres de bombeo nuclear en órbita, que no requieren fuentes externas de electricidad, ya que el láser es bombeado directamente por los productos de una reacción nuclear. Por un lado, los láseres de bombeo nuclear también requerirán sistemas de enfriamiento masivos, por otro lado, el esquema para la conversión directa de energía nuclear en radiación láser puede ser más simple que con una conversión intermedia del calor liberado por un reactor nuclear en energía eléctrica., lo que supondrá la correspondiente reducción de tamaño y peso de los productos.
Por lo tanto, la ausencia de una atmósfera que impida la propagación de la radiación láser en la Tierra complica significativamente el diseño de armas láser espaciales, principalmente en términos de sistemas de enfriamiento. Proporcionar electricidad a las armas láser espaciales no es un problema mucho menor.
Se puede suponer que en una primera etapa, aproximadamente en los años treinta del siglo XXI, aparecerá en el espacio un arma láser, capaz de funcionar por un tiempo limitado, del orden de varios minutos, con la necesidad de una posterior recarga de energía. unidades de almacenamiento durante un período suficientemente largo de varios días
Así, a corto plazo, no es necesario hablar de un uso masivo de armas láser "contra cientos de misiles balísticos". Las armas láser con capacidades avanzadas no aparecerán antes de que se creen y prueben las plantas de energía nuclear de la clase de megavatios. Y el costo de las naves espaciales de esta clase es difícil de predecir. Además, si hablamos de operaciones militares en el espacio, entonces existen soluciones técnicas y tácticas que pueden reducir en gran medida la eficiencia de las armas láser en el espacio.
Sin embargo, las armas láser, incluso aquellas limitadas en términos de tiempo de operación continua y frecuencia de uso, pueden convertirse en una herramienta esencial para la guerra en y desde el espacio.
