เป็นที่เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าสภาพแวดล้อมที่ดีที่สุดสำหรับการใช้อาวุธเลเซอร์ (LW) คืออวกาศ ในแง่หนึ่ง เรื่องนี้มีเหตุผล: ในอวกาศ รังสีเลเซอร์สามารถแพร่กระจายได้ในทางปฏิบัติโดยปราศจากการรบกวนที่เกิดจากบรรยากาศ สภาพอากาศ สิ่งกีดขวางทางธรรมชาติและเทียม ในทางกลับกัน มีปัจจัยที่ทำให้การใช้อาวุธเลเซอร์ในอวกาศมีความซับซ้อนอย่างมาก
คุณสมบัติของการทำงานของเลเซอร์ในอวกาศ
อุปสรรคแรกของการใช้เลเซอร์กำลังสูงในอวกาศคือประสิทธิภาพ ซึ่งสูงถึง 50% สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ดีที่สุด ส่วนที่เหลืออีก 50% จะไปทำให้เลเซอร์ร้อนและอุปกรณ์โดยรอบ
แม้ในสภาพของชั้นบรรยากาศของโลก - บนบก บนน้ำ ใต้น้ำ และในอากาศ ก็ยังมีปัญหากับการระบายความร้อนของเลเซอร์อันทรงพลัง อย่างไรก็ตาม ความเป็นไปได้ของอุปกรณ์ทำความเย็นบนโลกนั้นสูงกว่าในอวกาศมาก เนื่องจากในสุญญากาศ การถ่ายเทความร้อนส่วนเกินโดยไม่สูญเสียมวลทำได้โดยใช้รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น
การระบายความร้อนในน้ำและใต้น้ำของ LO นั้นง่ายต่อการจัดระเบียบ - สามารถใช้กับน้ำทะเลได้ บนพื้นดิน คุณสามารถใช้หม้อน้ำขนาดใหญ่ที่มีการกระจายความร้อนสู่ชั้นบรรยากาศ การบินสามารถใช้กระแสลมที่เข้ามาเพื่อทำให้เครื่องบินเย็นลงได้
ในอวกาศ สำหรับการกำจัดความร้อน หม้อน้ำ-คูลเลอร์ถูกใช้ในรูปแบบของท่อยางที่เชื่อมต่อกับแผงทรงกระบอกหรือทรงกรวยที่มีสารหล่อเย็นหมุนเวียนอยู่ในนั้น ด้วยการเพิ่มพลังของอาวุธเลเซอร์ขนาดและมวลของตัวระบายความร้อนหม้อน้ำซึ่งจำเป็นสำหรับการระบายความร้อนเพิ่มขึ้นนอกจากนี้มวลและโดยเฉพาะอย่างยิ่งขนาดของตัวระบายความร้อนหม้อน้ำสามารถเกินมวลและขนาดของ อาวุธเลเซอร์นั่นเอง
ในเลเซอร์ต่อสู้โคจรของโซเวียต "Skif" ซึ่งวางแผนที่จะเปิดตัวสู่วงโคจรโดยจรวดขนส่ง "Energia" ที่มีน้ำหนักมากเป็นพิเศษจะใช้เลเซอร์ไดนามิกของแก๊สซึ่งการระบายความร้อนน่าจะทำได้โดย การขับของไหลทำงาน นอกจากนี้ อุปทานของไหลทำงานบนกระดานมีจำกัดแทบจะไม่สามารถให้ความเป็นไปได้ของการทำงานระยะยาวของเลเซอร์ได้
แหล่งพลังงาน
อุปสรรคประการที่สองคือความจำเป็นในการจัดหาอาวุธเลเซอร์ที่มีแหล่งพลังงานอันทรงพลัง กังหันก๊าซหรือเครื่องยนต์ดีเซลในอวกาศใช้งานไม่ได้ พวกมันต้องการเชื้อเพลิงจำนวนมากและตัวออกซิไดซ์ที่มากกว่านั้น เลเซอร์เคมีที่มีปริมาณสำรองของของไหลทำงานอย่างจำกัดไม่ใช่ทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการจัดวางในอวกาศ เหลือสองทางเลือก - เพื่อให้พลังงานแก่เลเซอร์โซลิดสเตต / ไฟเบอร์ / ของเหลวซึ่งสามารถใช้แบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ที่มีตัวสะสมบัฟเฟอร์หรือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) หรือเลเซอร์ที่มีการสูบฉีดโดยตรงด้วยเศษนิวเคลียร์ฟิชชัน (เลเซอร์ที่ปั๊มนิวเคลียร์)) สามารถใช้ได้.
วงจรเครื่องปฏิกรณ์-เลเซอร์
ส่วนหนึ่งของงานที่ทำในสหรัฐอเมริกาภายใต้โครงการ Boing YAL-1 นั้น ควรจะใช้เลเซอร์ 14 เมกะวัตต์เพื่อทำลายขีปนาวุธข้ามทวีป (ICBM) ที่ระยะ 600 กิโลเมตร อันที่จริงมีกำลังไฟฟ้าประมาณ 1 เมกะวัตต์ ในขณะที่เป้าหมายการฝึกถูกโจมตีในระยะทางประมาณ 250 กิโลเมตรดังนั้นกำลังไฟฟ้าขนาด 1 เมกะวัตต์จึงสามารถใช้เป็นฐานสำหรับอาวุธเลเซอร์ในอวกาศได้ เช่น ปฏิบัติการจากวงโคจรอ้างอิงต่ำกับเป้าหมายบนพื้นผิวโลกหรือกับเป้าหมายที่ค่อนข้างห่างไกลในอวกาศ (เราคือ ไม่ได้พิจารณาเครื่องบินที่ออกแบบมาเพื่อให้แสงสว่าง»เซ็นเซอร์)
ด้วยประสิทธิภาพเลเซอร์ 50% เพื่อให้ได้รังสีเลเซอร์ 1 เมกะวัตต์ จำเป็นต้องจ่ายพลังงานไฟฟ้า 2 เมกะวัตต์ให้กับเลเซอร์ (อันที่จริง มากกว่านั้น เนื่องจากยังคงจำเป็นเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานของอุปกรณ์เสริมและการระบายความร้อน ระบบ). เป็นไปได้ไหมที่จะได้รับพลังงานดังกล่าวโดยใช้แผงโซลาร์เซลล์? ตัวอย่างเช่น แผงโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งบนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ผลิตไฟฟ้าได้ระหว่าง 84 ถึง 120 กิโลวัตต์ ขนาดของแผงโซลาร์เซลล์ที่ต้องการเพื่อให้ได้พลังงานที่ระบุสามารถประมาณได้อย่างง่ายดายจากภาพถ่ายของสถานีอวกาศนานาชาติ การออกแบบที่สามารถจ่ายไฟให้กับเลเซอร์ขนาด 1 เมกะวัตต์ได้นั้นจะมีขนาดมหึมาและต้องการการพกพาน้อยที่สุด
คุณสามารถพิจารณาการประกอบแบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานสำหรับเลเซอร์อันทรงพลังบนผู้ให้บริการมือถือ (ในกรณีใด ๆ จะต้องใช้เป็นบัฟเฟอร์สำหรับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์) ความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถเข้าถึงได้ถึง 300 W * h / kg นั่นคือเพื่อให้เลเซอร์ 1 MW มีประสิทธิภาพ 50% ต้องใช้แบตเตอรี่ที่มีน้ำหนักประมาณ 7 ตันสำหรับการทำงานต่อเนื่อง 1 ชั่วโมงด้วยไฟฟ้า ดูเหมือนจะไม่มาก? แต่เมื่อพิจารณาถึงความจำเป็นในการวางโครงสร้างรองรับ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์สำหรับรักษาอุณหภูมิของแบตเตอรี่ มวลของแบตเตอรี่บัฟเฟอร์จะอยู่ที่ประมาณ 14-15 ตัน นอกจากนี้จะมีปัญหากับการทำงานของแบตเตอรี่ในสภาวะที่มีอุณหภูมิสุดขั้วและสูญญากาศในอวกาศ - พลังงานส่วนสำคัญจะ "สิ้นเปลือง" เพื่อให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่มีอายุการใช้งาน ที่เลวร้ายที่สุด ความล้มเหลวของเซลล์แบตเตอรี่หนึ่งเซลล์อาจนำไปสู่ความล้มเหลวหรือแม้กระทั่งการระเบิดของแบตเตอรี่ทั้งหมดรวมถึงเลเซอร์และยานอวกาศขนส่ง
การใช้อุปกรณ์เก็บพลังงานที่เชื่อถือได้มากขึ้น สะดวกจากมุมมองของการทำงานในอวกาศ มีแนวโน้มมากที่สุดที่จะนำไปสู่การเพิ่มมวลและขนาดของโครงสร้างเนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานที่ต่ำกว่าในแง่ของ W * h / กิโลกรัม.
อย่างไรก็ตาม หากเราไม่กำหนดข้อกำหนดเกี่ยวกับอาวุธเลเซอร์สำหรับการทำงานหลายชั่วโมง แต่ใช้ LR เพื่อแก้ปัญหาพิเศษที่เกิดขึ้นทุกๆ สองสามวันและต้องใช้เวลาในการทำงานของเลเซอร์ไม่เกินห้านาที สิ่งนี้จะนำมาซึ่งความสอดคล้อง ความเรียบง่ายของแบตเตอรี่ … สามารถชาร์จแบตเตอรี่จากแผงโซลาร์เซลล์ได้ ซึ่งขนาดจะเป็นปัจจัยหนึ่งที่จำกัดความถี่ในการใช้อาวุธเลเซอร์
การแก้ปัญหาที่รุนแรงกว่านั้นคือการใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ปัจจุบันยานอวกาศใช้เครื่องกำเนิดความร้อนด้วยความร้อนด้วยไอโซโทปไอโซโทป (RTGs) ข้อได้เปรียบของพวกเขาคือความเรียบง่ายสัมพัทธ์ของการออกแบบข้อเสียคือพลังงานไฟฟ้าต่ำซึ่งอย่างดีที่สุดคือหลายร้อยวัตต์
ในสหรัฐอเมริกา กำลังทดสอบต้นแบบของ Kilopower RTG ที่มีแนวโน้มว่าจะมีการใช้ยูเรเนียม-235 เป็นเชื้อเพลิง ท่อความร้อนโซเดียมใช้เพื่อขจัดความร้อน และความร้อนจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้าโดยใช้เครื่องยนต์สเตอร์ลิง ในเครื่องต้นแบบเครื่องปฏิกรณ์ Kilopower ที่มีความจุ 1 กิโลวัตต์ มีประสิทธิภาพค่อนข้างสูงประมาณ 30% ตัวอย่างสุดท้ายของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ Kilopower ควรผลิตไฟฟ้าได้ 10 กิโลวัตต์อย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 10 ปี
วงจรจ่ายไฟของ LR ที่มีเครื่องปฏิกรณ์กำลังไฟฟ้าหนึ่งหรือสองเครื่อง และอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานแบบบัฟเฟอร์สามารถทำงานได้แล้ว โดยให้การทำงานเป็นระยะของเลเซอร์ 1 เมกะวัตต์ในโหมดการต่อสู้เป็นเวลาประมาณห้านาที ทุกๆ สองสามวัน ผ่านแบตเตอรีบัฟเฟอร์
ในรัสเซีย โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีกำลังไฟฟ้าประมาณ 1 เมกะวัตต์กำลังถูกสร้างขึ้นสำหรับโมดูลการขนส่งและพลังงาน (TEM) รวมถึงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบปล่อยความร้อนตามโครงการเฮอร์คิวลีสที่มีกำลังไฟฟ้า 5-10 เมกะวัตต์.โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ประเภทนี้สามารถให้พลังงานแก่อาวุธเลเซอร์ได้โดยไม่ต้องใช้ตัวกลางในรูปของแบตเตอรี่บัฟเฟอร์ อย่างไรก็ตาม การสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ต้องเผชิญกับปัญหาใหญ่ซึ่งไม่น่าแปลกใจในหลักการ เนื่องจากมีความแปลกใหม่ของการแก้ปัญหาทางเทคนิค สภาพแวดล้อมการทำงานและความเป็นไปไม่ได้ที่จะทำการทดสอบอย่างเข้มข้น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอวกาศเป็นหัวข้อสำหรับวัสดุที่แยกจากกันซึ่งเราจะกลับมาอีกแน่นอน
ในกรณีของการทำความเย็นอาวุธเลเซอร์อันทรงพลัง การใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ประเภทใดประเภทหนึ่งก็ทำให้ความต้องการในการระบายความร้อนเพิ่มขึ้นเช่นกัน ตู้เย็น - หม้อน้ำเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในแง่ของมวลและขนาด องค์ประกอบของโรงไฟฟ้า สัดส่วนของมวล ขึ้นอยู่กับประเภทและพลังงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 30% ถึง 70%
ความต้องการในการระบายความร้อนสามารถลดลงได้โดยการลดความถี่และระยะเวลาของอาวุธเลเซอร์ และโดยการใช้ NPP ชนิด RTG ที่ค่อนข้างใช้พลังงานต่ำ การชาร์จพลังงานสำรองของบัฟเฟอร์
ข้อสังเกตพิเศษคือ การวางเลเซอร์ที่ปั๊มนิวเคลียร์ในวงโคจร ซึ่งไม่ต้องการแหล่งไฟฟ้าภายนอก เนื่องจากเลเซอร์ถูกปั๊มโดยผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยตรง ในอีกด้านหนึ่ง เลเซอร์ที่สูบด้วยนิวเคลียร์จะต้องใช้ระบบระบายความร้อนขนาดใหญ่ ในทางกลับกัน รูปแบบสำหรับการแปลงพลังงานนิวเคลียร์โดยตรงเป็นรังสีเลเซอร์อาจง่ายกว่าการแปลงความร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าระดับกลาง ซึ่งจะทำให้ผลิตภัณฑ์มีขนาดและน้ำหนักลดลง
ดังนั้น การไม่มีชั้นบรรยากาศที่ป้องกันการแพร่กระจายของรังสีเลเซอร์บนโลกจึงทำให้การออกแบบอาวุธเลเซอร์ในอวกาศมีความซับซ้อนอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของระบบทำความเย็น การจัดหาอาวุธเลเซอร์อวกาศด้วยไฟฟ้านั้นไม่ได้เป็นปัญหามากนัก
สามารถสันนิษฐานได้ว่าในระยะแรกประมาณในทศวรรษที่สามสิบของศตวรรษที่ XXI อาวุธเลเซอร์จะปรากฏในอวกาศซึ่งสามารถทำงานได้ในระยะเวลาที่ จำกัด - ตามลำดับหลายนาทีโดยจำเป็นต้องชาร์จพลังงานในภายหลัง หน่วยจัดเก็บเป็นระยะเวลานานเพียงพอเป็นเวลาหลายวัน
ดังนั้น ในระยะสั้น ไม่จำเป็นต้องพูดถึงการใช้อาวุธเลเซอร์จำนวนมาก "กับขีปนาวุธนับร้อย" อาวุธเลเซอร์ที่มีความสามารถขั้นสูงจะไม่ปรากฏเร็วกว่าที่จะสร้างและทดสอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ระดับเมกะวัตต์ และราคาของยานอวกาศในชั้นนี้นั้นคาดเดาได้ยาก นอกจากนี้ หากเราพูดถึงการปฏิบัติการทางทหารในอวกาศ ก็มีวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคและยุทธวิธีที่สามารถลดประสิทธิภาพของอาวุธเลเซอร์ในอวกาศได้อย่างมาก
อย่างไรก็ตาม อาวุธเลเซอร์ แม้จะจำกัดในแง่ของเวลาและความถี่ในการใช้งานอย่างต่อเนื่อง ก็สามารถกลายเป็นเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับการทำสงครามในและนอกอวกาศได้