Splošno prepričanje je, da je najboljše okolje za uporabo laserskega orožja (LW) vesolje. Po eni strani je to logično: v vesolju se lahko lasersko sevanje širi praktično brez motenj, ki jih povzročajo ozračje, vremenske razmere, naravne in umetne ovire. Po drugi strani pa obstajajo dejavniki, ki znatno otežujejo uporabo laserskega orožja v vesolju.
Značilnosti delovanja laserjev v vesolju
Prva ovira pri uporabi visokozmogljivih laserjev v vesolju je njihova učinkovitost, ki je pri najboljših izdelkih do 50%, preostalih 50% gre za ogrevanje laserja in njegove okolice.
Tudi v razmerah planetove atmosfere - na kopnem, v vodi, pod vodo in v zraku obstajajo težave s hlajenjem močnih laserjev. Kljub temu so možnosti za hladilno opremo na planetu veliko večje kot v vesolju, saj je v vakuumu prenos odvečne toplote brez izgube mase možen le s pomočjo elektromagnetnega sevanja.
Hlajenje LO na vodi in pod vodo je najlažje organizirati - lahko ga izvedemo z morsko vodo. Na tleh lahko uporabite ogromne radiatorje z odvajanjem toplote v ozračje. Letalstvo lahko prihajajoči zračni tok uporablja za hlajenje letala.
V vesolju se za odvod toplote uporabljajo radiatorski hladilniki v obliki rebrastih cevi, povezanih z valjastimi ali stožčastimi ploščami, v katerih kroži hladilno sredstvo. S povečanjem moči laserskega orožja se lahko velikost in masa hladilnikov radiatorjev, ki so potrebni za njegovo hlajenje, povečata, poleg tega pa lahko masa in še posebej dimenzije hladilnikov radiatorjev znatno presegajo maso in mere lasersko orožje samo.
V sovjetskem orbitalnem bojnem laserju "Skif", ki ga je v orbito načrtovala lansirna raketa "Energia", je bilo treba uporabiti plinsko-dinamični laser, katerega hlajenje bi najverjetneje izvedli izmet delovne tekočine. Poleg tega bi omejena dobava delovne tekočine na krovu komaj zagotovila možnost dolgoročnega delovanja laserja.
Viri energije
Druga ovira je potreba po laserskem orožju z močnim virom energije. Plinske turbine ali dizelskega motorja v vesolju ni mogoče uporabiti; potrebujejo veliko goriva in še več oksidanta, kemični laserji z omejenimi zalogami delovne tekočine niso najboljša izbira za umestitev v vesolje. Ostajata dve možnosti-za napajanje polprevodniškega / vlaknenega / tekočinskega laserja, za katerega se lahko uporabljajo sončne baterije z vmesnimi akumulatorji ali jedrskih elektrarn, ali laserji z neposrednim črpanjem z delci jedrske cepitve (laserji z jedrsko črpalko)) je lahko uporabljen.
Reaktorsko-laserski krog
V okviru del, ki so jih v ZDA izvajali v okviru programa Boing YAL-1, naj bi 14-megavatni laser uporabili za uničenje medcelinskih balističnih izstrelkov (ICBM) na razdalji 600 kilometrov. Dejansko je bila dosežena moč približno 1 megavat, medtem ko so bili cilji za usposabljanje prizadeti na razdalji približno 250 kilometrov. Tako lahko moč reda 1 megavat uporabimo kot osnovo za vesoljsko lasersko orožje, ki lahko na primer deluje z nizke referenčne orbite proti tarčam na zemeljski površini ali proti razmeroma oddaljenim ciljem v vesolju (smo ne upošteva letala, namenjenega osvetlitvi »Senzorji).
Z laserskim izkoristkom 50%je za pridobitev 1 MW laserskega sevanja potrebno laserju dobaviti 2 MW električne energije (pravzaprav več, saj je še vedno potrebno zagotoviti delovanje dodatne opreme in hlajenje sistem). Ali je mogoče s sončnimi kolektorji dobiti takšno energijo? Na primer, sončne celice, nameščene na Mednarodni vesoljski postaji (ISS), proizvedejo med 84 in 120 kW električne energije. Mere sončnih kolektorjev, potrebne za pridobitev navedene moči, je mogoče zlahka oceniti iz fotografskih posnetkov ISS. Zasnova, ki bi lahko napajala 1 MW laser, bi bila ogromna in bi zahtevala minimalno prenosljivost.
Sklop baterij lahko obravnavate kot vir energije za zmogljiv laser na mobilnih operaterjih (v vsakem primeru bo potreben kot odbojnik za sončne baterije). Energijska gostota litijevih baterij lahko doseže 300 W * h / kg, kar pomeni, da za 1 MW laser z izkoristkom 50%potrebujejo baterije, težke približno 7 ton, za 1 uro neprekinjenega delovanja z električno energijo. Zdi se, da ne toliko? Toda ob upoštevanju potrebe po postavitvi nosilnih konstrukcij, spremljajoče elektronike, naprav za vzdrževanje temperaturnega režima baterij bo masa vmesne baterije približno 14-15 ton. Poleg tega bodo težave z delovanjem baterij v pogojih ekstremnih temperatur in vesoljskega vakuuma - precejšen del energije bo "porabljen" za zagotovitev življenjske dobe samih baterij. Najhuje pa je, da lahko okvara ene baterijske celice povzroči okvaro ali celo eksplozijo celotne baterije, skupaj z laserjem in nosilnim vesoljskim plovilom.
Uporaba zanesljivejših naprav za shranjevanje energije, primernih z vidika njihovega delovanja v vesolju, bo najverjetneje povzročila še večje povečanje mase in dimenzij konstrukcije zaradi njihove manjše gostote energije v smislu W * h / kg.
Če pa laserskemu orožju ne nalagamo dolgih ur dela, ampak LR uporabljamo za reševanje posebnih težav, ki se pojavijo enkrat na nekaj dni in zahtevajo čas delovanja laserja največ pet minut, bo to pomenilo ustrezno poenostavitev baterije …. Baterije se lahko polnijo iz sončnih kolektorjev, katerih velikost bo eden od dejavnikov, ki omejujejo pogostost uporabe laserskega orožja
Bolj radikalna rešitev je uporaba jedrske elektrarne. Trenutno vesoljska plovila uporabljajo radioizotopske termoelektrične generatorje (RTG). Njihova prednost je relativna preprostost zasnove, pomanjkljivost je nizka električna moč, ki je v najboljšem primeru nekaj sto vatov.
V ZDA se preizkuša prototip obetavnega Kilopower RTG, v katerem se kot gorivo uporablja Uran-235, za odvod toplote se uporabljajo natrijeve toplotne cevi, toplota pa se s pomočjo Stirlingovega motorja pretvori v električno energijo. V prototipu reaktorja Kilopower z zmogljivostjo 1 kilovat je bil dosežen dokaj visok izkoristek približno 30%, končni vzorec jedrskega reaktorja Kilopower pa mora 10 let neprekinjeno proizvajati 10 kilovatov električne energije.
Napajalni tokokrog LR z enim ali dvema reaktorjema Kilopower in vmesno napravo za shranjevanje energije lahko že deluje, kar zagotavlja periodično delovanje 1 MW laserja v bojnem načinu približno pet minut, enkrat na nekaj dni, skozi vmesno baterijo
V Rusiji se ustvarja jedrska elektrarna z električno močjo približno 1 MW za transportni in energetski modul (TEM) ter termoemisijske jedrske elektrarne po projektu Hercules z električno močjo 5-10 MW. Jedrske elektrarne te vrste lahko lasersko orožje oskrbujejo že brez posrednikov v obliki puferskih baterij, vendar se njihovo ustvarjanje sooča z velikimi težavami, kar načeloma ne preseneča glede na novost tehničnih rešitev, posebnosti delovnega okolja in nezmožnosti izvajanja intenzivnih preskusov. Vesoljske jedrske elektrarne so tema za ločeno gradivo, na katerega se bomo zagotovo še vrnili.
Tako kot pri hlajenju močnega laserskega orožja tudi uporaba takšne ali drugačne jedrske elektrarne povečuje zahteve po hlajenju. Hladilniki-radiatorji so eni najpomembnejših glede na maso in mere, elementi elektrarne, delež njihove mase, odvisno od vrste in moči jedrske elektrarne, se lahko giblje od 30% do 70%.
Zahteve po hlajenju je mogoče zmanjšati z zmanjšanjem frekvence in trajanja laserskega orožja ter z uporabo relativno nizkoenergetskih jedrskih elektrarn tipa RTG, s polnjenjem pomnilniške shrambe energije
Posebej velja omeniti postavitev laserjev z jedrsko črpalko v orbito, ki ne potrebujejo zunanjih virov električne energije, saj laser črpajo neposredno produkti jedrske reakcije. Po eni strani bodo laserji z jedrsko črpalko zahtevali tudi velike hladilne sisteme, po drugi strani pa je shema za neposredno pretvorbo jedrske energije v lasersko sevanje lahko enostavnejša kot pri vmesni pretvorbi toplote, ki jo jedrski reaktor sprosti v električno energijo, kar bo povzročilo ustrezno zmanjšanje velikosti in teže izdelkov.
Tako odsotnost ozračja, ki preprečuje širjenje laserskega sevanja na Zemlji, znatno otežuje oblikovanje vesoljskega laserskega orožja, predvsem v smislu hladilnih sistemov. Oskrba vesoljskega laserskega orožja z električno energijo ni veliko manjši problem.
Domnevamo lahko, da se bo na prvi stopnji, približno v tridesetih letih XXI stoletja, v vesolju pojavilo lasersko orožje, ki bo lahko delovalo omejen čas - nekaj minut, s potrebo po naknadnem polnjenju energije skladiščne enote za dovolj dolgo obdobje več dni
Tako kratkoročno ni treba govoriti o kakršni koli množični uporabi laserskega orožja "proti stotinam balističnih izstrelkov". Lasersko orožje z naprednimi zmogljivostmi se bo pojavilo šele, ko bodo nastale in preizkušene jedrske elektrarne razreda megavatov. In stroške vesoljskih plovil tega razreda je težko predvideti. Poleg tega, če govorimo o vojaških operacijah v vesolju, potem obstajajo tehnične in taktične rešitve, ki lahko v veliki meri zmanjšajo učinkovitost laserskega orožja v vesolju.
Kljub temu lahko lasersko orožje, tudi tisto, omejeno glede na čas neprekinjenega delovanja in pogostost uporabe, postane bistveno orodje za bojevanje v vesolju in iz njega.
