Es creu àmpliament que el millor entorn per a l’ús d’armes làser (LW) és l’espai exterior. D’una banda, això és lògic: a l’espai, la radiació làser es pot propagar pràcticament sense interferències causades per l’atmosfera, les condicions meteorològiques, els obstacles naturals i artificials. D’altra banda, hi ha factors que compliquen significativament l’ús d’armes làser a l’espai.
Característiques del funcionament dels làsers a l'espai
El primer obstacle per a l’ús de làsers d’alta potència a l’espai exterior és la seva eficiència, que és de fins al 50% per als millors productes, el 50% restant va a escalfar el làser i els seus equips circumdants.
Fins i tot en les condicions de l’atmosfera del planeta, a la terra, a l’aigua, sota l’aigua i a l’aire, hi ha problemes amb el refredament de làsers potents. Tot i això, les possibilitats de refrigeració d’equips al planeta són molt més altes que a l’espai, ja que en un buit la transferència d’excés de calor sense pèrdua de massa només és possible amb l’ajut de la radiació electromagnètica.
El refredament a l'aigua i sota l'aigua de la LO és més fàcil d'organitzar: es pot dur a terme amb aigua de mar. Al terra, podeu utilitzar radiadors massius amb dissipació de calor a l’atmosfera. L’aviació pot utilitzar el flux d’aire que s’acosta per refredar l’avió.
A l’espai, per a l’eliminació de calor, els radiadors-refrigeradors s’utilitzen en forma de tubs acanalats connectats a panells cilíndrics o cònics amb un refrigerant que hi circula. Amb un augment de la potència de les armes làser, la mida i la massa dels radiadors-refrigeradors, necessaris per al seu refredament, augmenten, a més, la massa i especialment les dimensions dels radiadors-refrigeradors poden superar significativament la massa i les dimensions de l'arma làser en si.
En el làser de combat orbital soviètic "Skif", que es planejava llançar en òrbita amb el coet portador súper pesat "Energia", s'havia d'utilitzar un làser dinàmic gasós, el refredament del qual seria realitzat molt probablement per l'expulsió d'un fluid de treball. A més, el subministrament limitat de fluid de treball a bord difícilment podria proporcionar la possibilitat d’un funcionament a llarg termini del làser.
Fonts d’energia
El segon obstacle és la necessitat de proporcionar armes làser amb una poderosa font d'energia. No es pot desplegar una turbina de gas o un motor dièsel a l’espai; necessiten molt combustible i encara més oxidant; els làsers químics amb les seves limitades reserves de fluid de treball no són la millor opció per col·locar-se a l’espai. Queden dues opcions: proporcionar energia a un làser d’estat sòlid / fibra / líquid, per al qual es poden utilitzar bateries solars amb acumuladors tampons o centrals nuclears (NPP) o làsers amb bombament directe per fragments de fissió nuclear (làsers amb bombes nuclears)) pot ser utilitzat.
Circuit làser reactor
Com a part del treball realitzat als Estats Units sota el programa Boing YAL-1, se suposava que s’havia d’utilitzar un làser de 14 megawatts per destruir míssils balístics intercontinentals (ICBM) a una distància de 600 quilòmetres. De fet, es va aconseguir una potència d’aproximadament 1 megawatt, mentre que els objectius d’entrenament es van assolir a una distància d’uns 250 quilòmetres. Així, es pot utilitzar una potència de l’ordre de 1 megawatt com a base per a armes làser espacials, capaces, per exemple, d’operar des d’una òrbita de referència baixa contra objectius de la superfície terrestre o contra objectius relativament distants de l’espai exterior (estem sense considerar un avió dissenyat per a la il·luminació »Sensors).
Amb una eficiència làser del 50%, per obtenir 1 MW de radiació làser, és necessari subministrar 2 MW d’energia elèctrica al làser (de fet, més, ja que encara cal garantir el funcionament dels equips auxiliars i la refrigeració sistema). És possible obtenir aquesta energia mitjançant panells solars? Per exemple, els panells solars instal·lats a l’Estació Espacial Internacional (ISS) generen entre 84 i 120 kW d’electricitat. Les dimensions dels panells solars necessaris per obtenir la potència indicada es poden estimar fàcilment a partir de les imatges fotogràfiques de la ISS. Un disseny capaç d’alimentar un làser d’1 MW seria enorme i requeriria una portabilitat mínima.
Podeu considerar un conjunt de bateries com una font d'alimentació per a un potent làser en operadors de telefonia mòbil (en qualsevol cas, serà necessari com a memòria intermèdia per a bateries solars). La densitat energètica de les bateries de liti pot arribar als 300 W * h / kg, és a dir, per proporcionar un làser d’1 MW amb una eficiència del 50%, es necessiten bateries que pesen unes 7 tones per 1 hora de funcionament continu amb electricitat. Semblaria no tant? Però tenint en compte la necessitat d’establir estructures de suport, aparells electrònics acompanyants, dispositius per mantenir el règim de temperatura de les bateries, la massa de la bateria tampó serà d’aproximadament 14-15 tones. A més, hi haurà problemes amb el funcionament de les bateries en condicions d’extrema temperatura i buit espacial: es consumirà una part important de l’energia per garantir la vida de les bateries. El pitjor de tot és que el fracàs d’una cèl·lula de bateria pot provocar un fracàs, o fins i tot una explosió, de tota la bateria de bateries, juntament amb el làser i la nau portadora.
L’ús de dispositius d’emmagatzematge d’energia més fiables, convenients des del punt de vista del seu funcionament a l’espai, probablement conduirà a un augment encara més gran de la massa i les dimensions de l’estructura a causa de la seva menor densitat d’energia en termes de W * h / kg.
No obstant això, si no imposem requisits a les armes làser durant moltes hores de treball, sinó que utilitzem el LR per resoldre problemes especials que sorgeixen un cop cada diversos dies i que requereixen un temps d'operació làser de cinc minuts com a màxim, això comportarà la corresponent simplificació de la bateria … Les bateries es poden recarregar de plaques solars, la mida de les quals serà un dels factors que limita la freqüència d’ús de les armes làser
Una solució més radical és utilitzar una central nuclear. Actualment, les naus espacials utilitzen generadors termoelèctrics de radioisòtops (RTG). El seu avantatge és la relativa simplicitat del disseny, l’inconvenient és la poca potència elèctrica, que és, en el millor dels casos, de diversos centenars de watts.
Als EUA, s’està provant un prototip del prometedor Kilopower RTG, en el qual s’utilitza l’urani-235 com a combustible, s’utilitzen les canonades de sodi per eliminar la calor i la calor es converteix en electricitat mitjançant un motor Stirling. En el prototip del reactor Kilopower amb una capacitat d’1 quilowatt, s’ha aconseguit una eficiència bastant alta d’aproximadament un 30%. La mostra final del reactor nuclear Kilopower hauria de produir contínuament 10 kilowatts d’electricitat durant 10 anys.
El circuit d'alimentació del LR amb un o dos reactors Kilopower i un dispositiu d'emmagatzematge d'energia tampó ja poden estar operatius, proporcionant un funcionament periòdic d'un làser d'1 MW en mode combat durant uns cinc minuts, un cop cada diversos dies, mitjançant una bateria tampó
A Rússia, s’està creant una central nuclear amb una potència elèctrica d’aproximadament 1 MW per a un mòdul de transport i energia (TEM), així com centrals nuclears d’emissió tèrmica basades en el projecte Hèrcules amb una potència elèctrica de 5-10 MW. Les centrals nuclears d’aquest tipus poden proporcionar energia a les armes làser ja sense intermediaris en forma de bateries tampó, però la seva creació s’enfronta a grans problemes, cosa que no és sorprenent en principi, atesa la novetat de les solucions tècniques, les particularitats del entorn operatiu i la impossibilitat de realitzar proves intensives. Les centrals nuclears espacials són un tema per a un material separat, al qual definitivament tornarem.
Com en el cas de refredar una poderosa arma làser, l’ús d’una central nuclear d’un tipus o un altre també proposa un augment dels requisits de refrigeració. Els refrigeradors-radiadors són un dels més significatius en termes de massa i dimensions, els elements d’una central elèctrica, la proporció de la seva massa, segons el tipus i la potència de la central nuclear, pot oscil·lar entre el 30% i el 70%.
Els requisits de refrigeració es poden reduir reduint la freqüència i la durada de l'arma làser i utilitzant NPP de tipus RTG de potència relativament baixa, recarregant l'emmagatzematge d'energia tampó
Cal destacar la col·locació de làsers amb bombes nuclears en òrbita, que no requereixen fonts externes d’electricitat, ja que el làser és bombat directament pels productes d’una reacció nuclear. D’una banda, els làsers amb bombes nuclears també requeriran sistemes de refrigeració massiva; per altra banda, l’esquema de conversió directa d’energia nuclear en radiació làser pot ser més senzill que amb una conversió intermèdia de calor alliberada per un reactor nuclear en energia elèctrica., la qual cosa comportarà una reducció corresponent de la mida i del pes dels productes.
Per tant, l’absència d’una atmosfera que impedeixi la propagació de la radiació làser a la Terra complica significativament el disseny d’armes làser espacials, principalment en termes de sistemes de refrigeració. Subministrar electricitat a les armes làser espacials no és ni molt menys un problema.
Es pot suposar que a la primera etapa, aproximadament als anys trenta del segle XXI, apareixerà a l’espai una arma làser capaç de funcionar durant un temps limitat, de l’ordre de diversos minuts, amb la necessitat de la recàrrega posterior d’energia. unitats d’emmagatzematge durant un període suficientment llarg de diversos dies
Així, a curt termini, no cal parlar de cap ús massiu d'armes làser "contra centenars de míssils balístics". Les armes làser amb capacitats avançades no apareixeran abans que es creïn i es provaran centrals nuclears de la classe de megawatts. I el cost de les naus espacials d’aquesta classe és difícil de predir. A més, si parlem d’operacions militars a l’espai, hi ha solucions tècniques i tàctiques que poden reduir en gran mesura l’eficiència de les armes làser a l’espai.
No obstant això, les armes làser, fins i tot aquelles limitades en termes de temps d’operació contínua i freqüència d’ús, poden esdevenir una eina essencial per a la guerra des de i des de l’espai.
