Тред №1073618

Цитата: Любопытствующий4 от 19.03.2016 09:07:09
Размещаю немного расширенную копию моего комментария к сообщению камрада Урфина про чудо-юдо боевые лазеры с Большого Передела Мира. Чтобы у камрадов не было излишних иллюзий и страхов по поводу лазерного оружия. На самом деле, всё просто:

- лазер, выдающий мощность менее 150 кВт, в полевых условиях является яркой лампочкий. Ослепить (даже полностью выжечь глаза) наводчика может, но не более того. Для прожигания брони толщиной более 10 мм в режиме реального времени не сгодится. Сжигание грузовиков лазером с борта Боинга в 2010 и 2011 годах с высоты от 5 до 10 км надо оценивать адекватно - там точно броня не 10 мм толщиной, да и стояли они неподвижно в ясную погоду в пустыне Нью-Мексико. Очень точно требуемую мощность боевого лазера можно оценить, задав размер пятна (примерно 5 см в диаметре), толщину и марку стали (от 10 мм и выше вплоть до лобовой танковой), а также скорость движения техники (примерно 30-45 км в час по слегка неровному полю). В принципе, даже 150 кВт будет маловато для резки 45 мм (не самая толстая броня!), 200 кВт - более адекватная цифра. Расчёты такого рода спецы делали много раз по обе стороны Атлантики аж лет тридцать назад, а в самом простом варианте это - задачка для школьников: сколько надо мощности приложить при условии, что поглощается от 10 до 50% падающего на поверхность излучения, поглощённая мощность идёт на нагрев, плавление и испарение стали в пятне диаметром А и на глубину Б...

- твёрдотельный лазер, выдающий на гора 150 кВт, должен потреблять примерно в 20 раз больше мощности (при КПД в 5%, что очень неплохо для твёрдотельных лазеров, реально получается 1-2%). Соответственно, грамотные камрады могут легко оценить вес и габариты "ХЗ-знает-каких-эффективных-литиевых аккумуляторов". На сколько выстрелов их хватит - ооооочень большой вопрос. При испытаниях в 2010 и 2011 годах делались единичные выстрелы с Боинга.

- лазер, выдающий как минимум 150 кВт на выходе, при попадании на его оптику (а внутри лазера - до фига зеркал и линз) элементарной пыли быстрее разрушит эту самую оптику, чем технику противника. Что, скорее всего, и будет при попытке использовать его в полевых условия или на малых высотах. Так что стрелялки из лазеров - только в космосе или с большой высоты в очень ясную погоду.

Да, прогресс есть в этой области, но маму Природу обмануть пока не очень получается. Про туманы, дым от сжигаемых покрышек (спасибки украинцам за мастер-класс), и прочие осадки, которые делают атмосферу непроницаемой для лазерного излучения, я и вовсе молчу. Ну возьмите и сравните цену боевого лазера мощность 150 кВт (оружие) и цену десятка сношенных до немогу покрышек с канистрой бензина (анти-оружие), и всё станет ясно. К середине 1980-х, когда Рейга во всю грозил космическими лазерами, сбивающими наши баллистические ракеты на старте, наши спецы просчитали массу очень дешёвых и эффективных вариантов противодействия лазерному оружию - от аэрозолей до злостного подрыва в воздухе контейнера с микроскопическими металлическими шариками (кои получаются при плавке стали в качестве мусора, но идеально годятся для рассеивания лазерных пучков в силу гладкости своей поверхности).

Про установку боевого лазера на беспилотнике - посмешило. Нет, если, кончено, в Боинге включить автопилот, а весь экипаж с операторами лазера спрыгнут с парашютами, то таки да - получится подходящий по грузоподъёмности беспилотник...

Для справок - программа боевых лазеров самолётного базирования от Боинга и Локхида была закрыта после удачных (!) испытаний по грузовикам в 2011 году. А вот лазеры морского базирования ещё пытаются наладить, но уже по специализированной программе борьбы с пиратством. Оно и понятно - потопить надувную лодку пиратов лазером - не проблема, 200 кВт не надо, хватит и 30 кВт. Но вот терзают меня смутные сомнения, что в итоге окажется, что топить резиновую лодку одной пулей дешевле и удобнее, чем одним импульсом от боевого лазера...

Цитата: Любопытствующий4 от 19.03.2016 09:07:09

 

Собственно выжимка из дискуссии на ветке: "Наука-которая-продолжает-как-то-тикать-хотя-количество-идиотов-только-растет":

Цитата: ЦитатаВ воздухе - не разойдётся а наоборот сойдётся, сгенерирует плазменный пробой и будет им подчистую съеден...  Эффект Аскарьяна сэ-эр (не тот, который когерентность РЧ-компоненты черенковского излучения, а тот, который самофокусировка в плотных средах)...

... Самофокусировка устойчива в средах с хорошо выраженным эффектом Керра. А в воздухе не все так просто. Пороговая плотность мощности зависит от плотности воздуха примерно пропорционально 1/Р, а в атмосфере плотность убывает экспоненциально с высотой. При многократном превышении критической мощности вместе с самофокусировкой может наблюдаться и рассеяние.
http://www.quantum-electron.ru/pdfrus/fullt/1994/12/267.pdf



Это-то как раз известно, но если пробой и возникнет - то в силу чисто геометрических соображений от возникнет именно в нижнихслоях атмосферы, на расстоянии десятков/сотен диаметров выходной апертуры используемой установки...  
Цитата: huron от 03.04.2009 01:12:47
При многократном превышении критической мощности вместе с самофокусировкой может наблюдаться и рассеяние.

Может...  Но поскольку пробой из той каустики, в которой он возник, оч быстро распространится на всё сечение пучка с плотностью выше необходимой для его погасания и выжрет всё, что на него попадёт, то в этом рассеяниии будет участвовать только периферия пучка а также передний фронт, который успеет проскочить каустику до "зажигания" пробоя. А в них мощности останется - фиг да нифига..


Ну, вообще-то во первых, не мощности, а плотности её потока (то есть, не ватты, а ватты на сантиметр квадратный)...  
А во вторых - там несколько механизмов, и для каждого граница - своя. Так что если не особо лень - рекомендую ту статью Райзера с которой всё начиналось (УФН, 1965 год), вот эту: http://ufn.ru/ufn65/ufn65_9/Russian/r659e.pdf Математика там по раннему времени не осбо убойная, а вот первоначальные экспериментальные данные - более чем представительные...


Я взглянул бегло, там идет речь и плотностях порядка сотни гигаватт на квадратный сантиметр. Так что получается, у экспериментальных боевых лазеров еще четыре десятичных порядка в запасе, прежде чем они упрутся в эту границу?


Если бы не было эффекта самофокусировки - то да, но поскольку он есть - то без принятия ну сильно особых мер - так минимум пара порядков уже лишняя...
http://panoptesv.com/SciFi/LaserDeathRay/DamageFromLaser.php

• +0.00 / 0

Цитата: Доброслав от 19.03.2016 10:11:03Собственно выжимка из дискуссии на ветке: "Наука-которая-продолжает-как-то-тикать-хотя-количество-идиотов-только-растет":

Цитата: Доброслав от 19.03.2016 10:11:03

 

Камрад,


Вопрос распространения лазерного излучения через атмосферу весьма непрост и заслуживает не одной лекции. Извиняюсь за научное занудство, но истина требует жертв (С - не моё). Если же кратко и тезисно, то примерно так:

1) Удачные испытания Боингом лазера самолётного базирования в 2010-2011 годах уже должно намекать на то, что лазерный луч таки доходит до цели, причём с мощностью, достаточной для сжигания пикапа. А это уже не мало. Хотя для бронетехники не достаточно - вполне переживёт продемонстрированные в 2010 и 2011 годах мощности, и даже экипаж не поджарится.

2) Очень важный момент - длительность лазерного излучения. Когда разговор заходит о запредельных мощностях типа МВт и выше, то это - для импульсного излучения (при длительностях импульса как минимум в наносекундном диапазоне, а то и короче). Когда мощности зимеряются десятками сотнями кВт, то это - непрерывное излучение, когда лазер светит столько времени, сколько оператор держит нажатой кнопку пуска. Так вот, военные лазеры - как правило, непрерывного действия.

3) Диаметр лазерного пуска определяется многими параметрами. Я указал 5 см в моём комментарии к посту камрада Урфина, но это - нереально малый даиметр. Как правило, лазерные пучки для военных приложений - от 10 см в диаметре и более. Отсюда получаем при максимуме в 200 кВт мощности, что плотность мощности (она же - интенсивность на жаргоне лазерных дел мастеров) не превышает примерно 2,55 кВт на кв. см. Запомним пока эту цифру.

4) При прохождении через атмосферу есть несколько главных эффектов, снижающих мощность лазерного пуска: линейное (не зависит от интенсивности лазерного излечения) рассеяние и поглощение; нелинейное (зависит от интенсивности лазерного излучения) рассеяние; нелинейные эффекты типа самофокусировки; пробой воздуха. Давайте пройдёмся по ним кратко.

4А) Нелинейное рассеяние, а также всякие самофокусировки при интенсивности 2,55 кВт на вк. см настолько пиписечные, что можно о них забыть. Например, коэффициент керровской нелинейности воздуха (он командует самофокусировкой) - порядка 10 в минус 14 степени вкадратных см на Вт. Сами умножите его на полученную в пункте 3 плотность мощности и получите поправку к показателю преломления. Чтобы набрать необходимую для самофокусировки поправку к фазе (порядка Пи/2) при таких нелинейных добавках к показателю преломления, пучку надо пройти в воздухе расстояние около 10000000000 см = 100000000 м = 100000 км. Нет, это не до Луны, это всего в 3 раза ближе, чем до Луны. Размеры поля боя прикинете сами и можете их сопоставить с этим расстоянием. Боинг в 2011 году стрелял с высоты не более 10 км - в 10 раз меньше того, что надо для самофокусировки.

4Б) Для пробоя воздуха и формирования плазменного канала нужны плотночти мощности порядка ГВт на кв. см. Сравниваем с цифирькой в пункте 3 и видим, что военный лазер непрерывного действия даёт почти в миллион раз меньше интенсивности. Так что пробой воздуха по Райзеру тоже откладываем в сторону.

4Г) Остались линейные эффекты поглощения и рассеяния от туманов, флуктуаций плотности паров воды, от дыма горящих покрышек и пр. А вот эти эффекты как раз и будут наиболее эффективно работать и снижать доставляемую к цели мощность. Но есть и против них некоторые приёмы - см. пункт 5.

5) Важный момент - пучок, дойдя до цели, должен не расплыться в десятки раз, а должен остаться сфокусированным и достаточно небольшого диаметра (чтобы не понижать и так небольшую плотность мощности). Для этих целей работает адаптивная оптика, бум которой прошёл в 1990-е года, в том числе, и за счёт вывезенных из развалившегося СССР разработок советских учёных и инженеров. Современные адаптивные зеркала могут подстаивать свою кривизну и форму так, чтобы компенсировать искажения пучка, причём делается это довольно быстро - с разрешением по времени на уровне десятков наносекунд как минимум. То есть, скомпенсировать локальное облачко тумана такая система сможет. НО у любой адаптивной оптики есть ограничение по абсолютной величине компенсируемых искажений лазерного пучка. То есть, против дыма горящих покрышек адаптивная оптика бессильна.

6) Проблема разрушения оптических элементов лазера по ходу его работы остаётся самой главной из проблем, ограничивающих мощность военных лазерных систем. В США с 1969 года проходит ежегодная конференция, посвящённая сугубо проблеме разрушения оптических компонентов лазерных систем лазерным же излучением (примерно тогда же началась аналогичная конференция и в СССР). За последние 48 лет достигнут существенный прогресс в этой области, но окончательное решение этой проблемы уже 40 с лишком лет успешно ускользает от учёных и инженеров. ТАк что Локхиды с Боингами обещают 60 кВт, а не 200 кВт от того, что пока так и не получается сделать линзы и зеркала, которые выдерживали бы такие мощности непрерывного лазерного излучения.


Как-то так получается, если коротЕнько на одну страничку.

По Вашей ссылке я понял, что спецам на ветке "Как оно тикает" все эти технические мелочи давным-давно известны. ТАк что туда даже и не рискую скопировать этот пост - опасаюсь, что закидают тапками.

ПыСы. Забыл добавить. Самофокусировка, которая описана в цитате комрада Добронрава, называется мелкомасштабной. Она может развиться, если в сечении пуска возникнет правильная неоднородность оптического отклика, например, капелька влаги. Но механизмы самофокусировки при интенсивностях в несколько кВт на квадратный см будут медленными, поэтому адаптивная оптика их отловит и успешно скомпенсирует на ранней стадии развития самофокусировки. Это как бы раз. И как бы два. Формирование пучков для распространения на большие расстояния (больше лабораторных 2-3 метров) происходит с помощью фазовых масок (это такие специальные стекляные пластины, на которые нанесены некие загадочно выглядящие кружочки ), которые дают так называемые супер-гауссовы пуски. В них распределение интенсивности по сечению пуска сильно близко к букве П (вместо традиционного пуска с пиком интенсивности в центре сечения), что сурово снижает вероятность самофокусировок. Правда, эти самые фазовые маски являются одним из самых слабых оптических элементов в лазерах. В общем, сплошная засада на пути создания световых мечей а-ля "звёздные войны".

• +0.55 / 19