Авиационные бортовые комплексы обороны на базе газодинамических лазеров для ВКС России
Лазеры на крыло: как авиация обзаведется лазерной самообороной
Защитить самолет или вертолет от ракет противника — задача, которая становится все сложнее. Ракеты быстрые, маневренные, а боеприпасы с дистанционным подрывом требуют точного попадания. Старые методы вроде тепловых ловушек и средств РЭБ уже не панацея. Выход — физическое уничтожение атакующего боеприпаса. И тут на сцену выходят лазеры.
Почему классические системы буксуют
Самый прямой путь — использовать мини-ракеты (противоракеты) или скорострельные пушки с дистанционным подрывом. Но у обоих вариантов есть потолок. Противоракеты воздух-воздух — дорогие и громоздкие, а пушки реально ставить только на крупные дозвуковые самолеты. Истребитель или вертолет такую конструкцию не потащит.
Недавно я заметил, что в зоне СВО вертолеты все чаще гибнут от FPV-дронов и ПЗРК. Кинетические системы защиты для них — мертвому припарка. Нужно что-то, что работает со скоростью света и без перезарядки.
Свет против ракеты: лазеры на авиацию
Твердотельные и волоконные лазеры сейчас развиваются семимильными шагами. Их КПД уже достигает 25% (50 кВт на выходе — 200 кВт на входе). Раньше такие мощности казались фантастикой, но современные электрогенераторы на самолетах выдают до мегаватта — вспомните хотя бы E-3 Sentry. Плюс подтянулись автомобильные аккумуляторы (например, Tesla 100 кВт/ч на 900 кг — это полчаса непрерывной работы 50-кВт лазера).
Скептики твердят про дождь и туман. Но есть окна прозрачности атмосферы. На больших высотах условия для лазера практически идеальные: воздух разреженный, а набегающий поток отводит тепло.
Лидеры в этой гонке — США, Китай, Израиль. Израиль уже принял на вооружение лазерные комплексы ПВО мощностью более 100 кВт. Китай показал корабельную «пушку» Лаосянь-1 на 250 кВт. Американцы испытывают твердотельный лазер на БТР Striker. Про российские разработки известно мало — предполагаю, что серийные образцы дают 25-50 кВт.
Проблема: даже компактные твердотельные лазеры пока влезают только на тяжелые носители — например, на стратегический бомбардировщик B-21 Raider. До тактической авиации дело дойдет, но не завтра.
| Параметр | Твердотельный лазер | Газодинамический лазер |
|---|---|---|
| КПД (средний) | 25% | до 20% (но без потерь на генерацию) |
| Источник питания | Электричество (генератор + аккумулятор) | Отбор воздуха от ТРД |
| Типичная мощность | 50-100 кВт | 80-135 кВт (от 2 двигателей) |
| Интеграция в самолет | Сложно (нужны мощные генераторы, буферные батареи) | Легче (используется существующий ГТД) |
| Зрелость технологии | Высокая (много коммерческих разработок) | Средняя (была отработана в СССР) |
При отборе всего 5% воздуха из двух двигателей АЛ-31Ф и температуре в форкамере 1500 К можно получить мощность лазера порядка 80 кВт. С охлаждаемыми соплами — до 135 кВт. — из статьи «Фотоника», том 14 №8, 2020.
Альтернативный путь: газодинамический лазер
Газодинамический лазер — это, по сути, газотурбинный двигатель, где часть выхлопных газов перенаправляется в лазерный резонатор. Вместо генерации электричества и его преобразования — прямое преобразование энергии газового потока в излучение. Потери — минимальные.
КПД такой схемы может быть ниже теоретического (около 20%), но зато нет вторичных потерь (на генераторе, аккумуляторе, инверторе). Итоговый КПД всей системы часто оказывается выше, чем у твердотельного лазера с электрической накачкой. А главное — не нужно таскать с собой аккумуляторы и мощные генераторы.
Для авиации это идеальный вариант: двигатели уже есть, осталось сделать отбор воздуха и установить сопловой блок. В СССР такие лазеры разрабатывались всерьез, но потом тему забросили. Пора возвращаться.
Пошаговый совет: как сделать лазерную защиту для самолета
- Шаг 1. Выбрать тип лазера. Для тяжелых носителей (бомбардировщики, транспортники) — твердотельный с автономным питанием. Для тактической авиации — газодинамический с отбором от ТРД.
- Шаг 2. Оценить потребную мощность. Против ПЗРК и ракет «воздух-воздух» достаточно 50-80 кВт. Для защиты от тяжелых ЗУР (типа С-400) нужно 150+ кВт, но они редко атакуют с ближней дистанции.
- Шаг 3. Интегрировать на раннем этапе. Изменения нужно закладывать в конструкцию планера и двигателя еще на стадии разработки. Дооснастить потом — в разы дороже.
- Шаг 4. Организовать отбор воздушной среды. Для газодинамического лазера — минимум 5% от расхода двигателя. Это почти не снижает тягу, но дает десятки киловатт лазерной мощности.
- Шаг 5. Провести испытания в реальных условиях. Необходимы летные эксперименты с захватом и уничтожением настоящих ракет на разных высотах и скоростях.
Мнение автора
Я убежден, что ближайшие 10-15 лет авиация обзаведется серийными лазерными системами самообороны. Твердотельные лазеры неизбежно станут компактнее и дешевле. Но пока США и Китай ушли вперед, нам стоит всерьез пересмотреть газодинамические лазеры. Это наша историческая компетенция, которую мы несправедливо забыли.
Риск отставания велик. Если в России не примут программу по компактным лазерам для тактической авиации уже сейчас, через пять лет мы будем догонять западные образцы в режиме сумасшедшего цейтнота. Хуже — наши вертолеты и штурмовики так и останутся беззащитными перед ПЗРК и дронами.
Резюме от автора: лазерная самооборона авиации перестала быть научной фантастикой. Вопрос только в политической воле и инженерном упорстве. Выбор между дорогим электричеством и проверенным газодинамическим методом — это выбор между скоростью внедрения и универсальностью. Я бы ставил на газ — уж очень органично он ложится на авиационные двигатели.
