8. Сравнительные характеристики лазеров.

Сравнение наиболее важных характеристик всех рассмотренных нами лазеров (с точки зрения СОИ) дано в таблице.

Тип лазера	Рабочая длина волны	Прохождение через атмосферу	Источник энергии	Способ базирования	Характер действия	Массовые характеристики
1. Химический на HF	2,8 мкм	Не проходит	Внутренний	Космический	К - К	Около 2т топлива на 1 в-л
2. Химический на DF	3,8 мкм	Проходит	Внутренний	Космический	К – К К - З	То же
3. Эксимерный	0,2-0,3 мкм	Проходит	Внешний	Наземный с зеркалом в космосе	З – К З - З
4. Рентгеновск.	10Å	Не проходит	Ядерный взрыв	Космич. (или подъем с земли по тревоге)	К - К	Самая малая масса среди всех типов лазеров
5. Лазер на свободных электронах	Любая	Можно обеспечить	Внешний	Косм. или наземный с зеркалом в космосе.	К – К К – З З – З З - К

Однако следует отметить, что здесь приводятся не все виды лазеров, хотя по ряду не приведенных есть достаточно большие заделы и получены хорошие результаты. Это можно объяснить закрытостью работ и возможностью дезинформации.

10. Пучковое оружие.

Пучки частиц высокой энергии могут обладать как поверхностным, так и объемным характером поражения, в зависимости от типа частиц и их энергии. Поглощение частиц сравнительно небольшой энергии в тонком приповерхностном слое мишени эквивалентно действию лазерного излучения (как теплового, так и импульсного). С увеличение энергии частицы проникают на большую глубину, теряя энергии на ионизацию атомов материала, что приводит главным образом к различного рода радиационным эффектам.

В качестве единицы измерения поглощенной энергии обычно используется рад, соответствующий поглощению 100 эрг энергии в 1 г вещества. Часто используется мегарад, обозначающий поглощение 10 Дж в 1 г вещества.

Обычно считается, что основное повреждающее действие ионизирующего излучения в материале состоит в нанесении радиационных повреждений, к которым более всего чувствительны (уже при не очень больших дозах) элементы полупроводниковой радиоэлектроники. Типичный уровень радиации, вызывающий заметные повреждения обычных полупроводниковых элементов, составляет несколько мегарад. Новые полупроводниковые элементы на основе арсенида галлия обладают на порядок более высокой радиационной стойкостью.

Дозы порядка десятков мегарад уже близки к порогу теплового разрушения отдельных конструктивных элементов космических систем. Отметим, что на уровне десятка мегарад оказываются теплоты плавления таких элементов, как уран и плутоний, составляющих основу ядерного заряда.

В некоторых случаях порог поражения пучковым оружием можно выразить не через мегарады, а, скаже, через плотность тока частиц, что более наглядно с технической точки зрения.

В частности, такой подход возможен при рассмотрении взаимодействия с материалом релятивистских тяжелых частиц (например, протонов). Напомним, что релятивистские протоны имеют значительную эффективную длину пробега в материале, исчисляемую сотнями г/см² с почти однородным энерговыделением вдоль значительной части длины пробега.

Действительно, при умножении удельных потерь энергии протонами (dE/dx), выраженных в МэВ/(г/см²), на плотность тока j (А/см²) и длительность импульса  (с), произведение должно выражаться в МДж/г. Следовательно, это произведение соответствует количеству энергии, выделившейся в грамме материала мишени. Итак, используя соотношение:

м ожно связать дозу поглощенной энергии с плотностью тока ионизирующих частиц.

Величина (dE/dx) обычно зависит от энергии частиц, но для релятивистских протонов она постоянна и равна 2 МэВ/(г/см²). Отсюда

Рассмотрим случай, когда доза W_D составляет 200 Дж/г (плавление урана и плутония), а длительность импульса  = 1с. Тогда плотность тока j = 10^-4 А/см². Если принять предположение, как и в случае лазеров, о метровом пятне на мишени, то полный ток протонов равен 1А.

Уже упоминалось, что электронные и протонные пучки распространяются без потерь только в условиях вакуума, т.е. на высотах более 200 км. Специфика этих пучков еще и в том, что они заряжены и подвержены влиянию внутренних (электростатическое расталкивание) и внешних факторов (магнитное поле Земли и другие факторы). По этим причинам, как показывают оценки, эффективная дальность такого оружия составляет 100 – 500 км.

Не приводя оценочный анализ, или ссылаясь на исследования соответствующих исследователей, например, в Лос-Аламосе, можно сказать, что пучковое оружие может быть эффективным средством защиты космических станций от кинетического оружия.

10. ЭМИ – оружие.

Хорошо известно, что ядерные взрывы сопровождаются мощными импульсами электромагнитного излучения, поражающими электронику на расстояниях до тысячи км.

При ядерном взрыве большинство продуктов деления образуется в возбужденном состоянии с энергией возбуждения порядка 1 МэВ и с очень малым временем жизни по сравнению со временем прохождения фронта ядерного взрыва, составляющим около 10 нс. Следовательно, такие гамма-кванты излучаются практически мгновенно. Эти гамма-кванты реагируют с молекулами воздуха и образуют комптоновские электроны, движущиеся преимущественно в радиальном направлении и генерирующие электромагнитное излучение.

Другой механизм ЭМИ связан с рентгеновским излучением ядерного взрыва, которое ионизирует атмосферу, оказывая импульсное воздействие на структуру геомагнитного поля; это воздействие передается на большие расстояния.

Так как в среднем на акт деления выделяется 200-250 МэВ, то мгновенные гамма-кванты унося 0,4% всей энергии взрыва. Считается, что в среднем в энергию комптоновских электронов переходит около 0,6% энергии гамма-квантов, а затем вся эта энергия излучается в виде ЭМИ.

При мегатонном взрыве в ЭМИ переходит энергия

410¹⁵0,0040,006 = 10¹¹ Дж.

Длительность ЭМИ равна  10нс, плотность энергии в сферической волне ядерного взрыва толщиной 3 м и радиусом, например, 1000 км равна

Для электромагнитной волны E²/8 = H²/8 = /2, откуда можно определить значение электрического поля:

При таком поле падение потенциала на космическом объекте размером 25 м составит 450 кВ. Сопротивление корпуса объекта на частоте излучения ~ 1Мгц оценивается величиной 10 Ом. Таким образом, по поверхности космического объекта текут токи силой до 45 кА. Эти токи через различные емкостные и индуктивные связи могут проникать внутрь объекта и создавать там импульсные наводки амплитудой в диапазоне 1-100 В.

Мощное электромагнитное излучение может быть получено при взаимодействии с атмосферой сильного релятивистского электронного пучка. При этом до 10% энергии пучка преобразуется в электромагнитное излучение. При энергии электронов, скажем, 10 МэВ и током 10 кА мощность излучения достигает десятка ГВт. Возможны и другие способы.

В качестве цепей для ЭМИ-оружия могут рассматриваться цепи питания и управления ракет, а также антенны спутников и боевых станций космического базирования.

Естественный путь защиты от ЭМИ-оружия заключается в тщательной электрической экранировке всех важных узлов и элементов.

Рассмотренные выше разновидности средств поражения атакующих ракет и боеголовок могут найти применение и в другой области – для поражения спутников (включая и боевые космические станции), причем в этом случае пороги поражения могут оказаться существенно ниже, чем для обороны от ракет и боеголовок, а вопросы нацеливания и все проблемы быстродействия – существенно проще.

В заключение следует сказать, что несмотря на просматриваемые технические предпосылки создания средств космического оружия, имеется масса нерешенных проблем: это увеличение мощности систем, отсутствие компактных энергосистем и др.