Рельсотроны и лазеры

Против кого флот США разрабатывает новое оружие 4 Июнь 2016, 08:24
«Лента.ру» публикует выдержки из доклада «Морские лазеры, рельсотроны и гиперзвуковые снаряды: состояние вопроса и проблемы», опубликованного Исследовательской службой Конгресса США 25 мая 2016 года. Материал освещает основные цели создания оружия на новых физических принципах для флота и проблемы на этом пути.

Вступительный комментарий 

В качестве основного предназначения разрабатываемых технологий документ устанавливает борьбу корабельной ПВО ближнего рубежа с массированным воздушным нападением, в ходе которого применяются крылатые и баллистические противокорабельные ракеты. Вспомогательной задачей называется уничтожение беспилотников и малых скоростных лодок (здесь явно прослеживаются следы анализа террористической атаки против эсминца «Коул» на рейде Адена 12 октября 2000 года).

В качестве вероятного противника в этом сценарии назван Китай — по двум причинам. Во-первых, это единственная страна, располагающая обоими видами таких вооружений. Во-вторых, нарастающие противоречия между США и Китаем в Азиатско-Тихоокеанском регионе уже привели к тому, что в последние годы основные документы стратегического планирования американских военных строятся вокруг идеи сдерживания Китая.

При этом неоднократно указывалось, что гипотетический сценарий столкновения флотов США и КНР (наиболее вероятной причиной которого может стать обострение вокруг Тайваня) приведет к серьезным проблемам при организации ПВО корабельных соединений.

Вместе с тем нельзя не отметить, что массированное воздушное нападение с использованием противокорабельных крылатых ракет — визитная карточка советского, а затем и российского флота, являющегося новатором в этой области боевого применения. Несмотря на этот хорошо известный факт, данный материал, как и другие официальные документы ВМС США по оружию на новых физических принципах, вопроса сдерживания России практически не касается.
Наша страна упомянута в документе лишь дважды, причем неконкретно: в одном случае — как возможный актор промышленного шпионажа в отношении разрабатываемых технологий, а второй раз — в общеполитическом рассуждении об изыскании ответов «на вызовы иных великих держав, таких как Россия или Китай, в будущем». Проработка конкретных сценариев применения оружейных новинок в конфликте с Россией отсутствует, в отличие от столкновения с Китаем.

Также следует подчеркнуть, что, несмотря на то что по целому ряду уже декларируемых характеристик некоторые образцы перспективного оружия (электромагнитные пушки) вполне способны использоваться в наступательных целях (при перспективных дальностях применения от 50 до 100 морских миль), документ этого аспекта практически не касается — лишь вскользь указывается на возможность применения рельсотронов как ударного оружия, в дополнение к задачам борьбы с ракетами.

Ниже собраны основные положения доклада Исследовательской службы Конгресса. Они сокращены, в основном в части разработки гиперзвуковых боеприпасов для традиционной артиллерии как имеющей наименьший потенциал «революционности».

Общий обзор вопроса

Флот ведет разработки трех перспективных типов вооружения, появление которых способно существенно усилить оборону надводных кораблей от ракет — это твердотельные лазеры, электромагнитные пушки (рельсотроны) и гиперзвуковые боеприпасы для обычных корабельных пушек калибра 127 и 155 миллиметров.

Любая из этих технологий, если ее доведут до ума и развернут основанное на ней оружие на кораблях, станет настоящим прорывом в области защиты от ракет. Доведение до практического применения любых двух из них станет настоящей революцией.

Несмотря на то, что флот достиг существенного прогресса в разработках по этим направлениям, по-прежнему остается ряд важных нерешенных проблем. Для преодоления этих сложностей потребуются годы дополнительной работы, при этом конечный результат не гарантирован.
Гиперзвуковой боеприпас Фото: navy.mil
Твердотельные лазеры разрабатывались сразу в нескольких проектах, финансируемых Минобороны, не только в интересах ВМС. Более того, все три технологии потенциально могут использоваться также в авиации и в сухопутных войсках. Применение их на флоте также может не ограничиваться защитой от крылатых и баллистических противокорабельных ракет, а также противодействием беспилотникам, но в данном документе обсуждаются только проблемы, связанные с созданием этого оружия для ВМС.

Следует отметить, что, если в разного рода фантастике и в СМИ лазерное оружие изображается средством для атаки, в данный момент флотские лазеры корабельного базирования разрабатываются строго для задач ПВО самообороны (на дистанции около одной мили или нескольких миль максимум).

Проблемы боевой устойчивости надводных кораблей

Несмотря на то, что у ВМС США есть масса средств борьбы с противокорабельными ракетами, некоторые эксперты ставят под сомнение боевую устойчивость крупных надводных кораблей в гипотетическом сценарии столкновения с основными конкурентами, такими как Китай, вооруженными баллистическими и крылатыми ракетами. Подобные умозаключения привели некоторых наблюдателей к выводу, согласно которому флоту в ближайшие годы следует избегать операций в радиусе досягаемости таких систем, или существенно пересмотреть подходы к строительству, сделав акцент на малых кораблях и подводных лодках.

Двумя критическими проблемами в организации ПВО самообороны являются боекомплект и стоимость затраченных боеприпасов.
На испытаниях Фото: John F. Williams / U.S. Navy
Ограниченный боекомплект нынешних систем ПВО (зенитных ракет и скорострельных автоматических пушек) позволяет уверенно поражать лишь небольшое количество атакующих ракет, после чего требуется выход из зоны воздействия противника для перезарядки (причем точка пополнения может отстоять от зоны боевых действий на несколько сотен миль).

Стоимость зенитных ракет, закупаемых по статьям военного бюджета 2016 года, выглядит следующим образом (за единицу). RIM-116 RAM — 900 тысяч долларов, ESSM (Evolved Sea Sparrow) — 1,1-1,5 миллиона, SM-6 Block I — 3,9 миллиона, SM-3 Block IB — 14 миллионов, SM-3 Block IIA — свыше 20 миллионов.

В сценариях противостояния с противником, имеющим лишь ограниченный набор средств поражения, подобная ситуация допустима. Однако в сценарии столкновения с такими странами, как Китай, расход ракет резко растет, и в ряде случаев становится просто неподъемным для бюджета военного ведомства.

Эти проблемы могут быть решены внедрением лазерного и электромагнитного оружия. Лазеры запитываются от энергосистемы корабля, и могут вести огонь до тех пор, пока на борту есть топливо для выработки электричества. Снаряды же для рельсотронов могут храниться в доступных объемах корабельных погребов сотнями. В июне 2015 года флот выпустил одно из технических заданий на проектирование боеприпасов для рельсотронов, где указал, что минимальный боекомплект должен составлять 650 единиц.

Стоимость одного выстрела лазера (в основном, по расходуемому топливу) оценивается менее, чем в один доллар. Стоимость одного гиперзвукового снаряда для рельсотрона оценивается в 25 тысяч долларов.

Преимущества и ограничения лазеров в боевых условиях

К преимуществам лазерных систем ПВО ближней зоны документ относит следующие:

Высокая скорость поражения. Если исключить время на расчет точки встречи с целью, лазерный луч достигает цели практически мгновенно, и, с учетом необходимости поддержания требуемой фокусировки, поражение занимает считанные секунды. Перенос огня на другую цель также занимает несколько секунд.

Способность перехватывать маневрирующие ракеты. Лазер способен отслеживать резкие маневры поражаемой цели, что проблематично для ракет корабельных ЗРК.

Точность наведения. Сфокусированное пятно лазерного излучения поражает в точности ту область (диаметром в несколько дюймов), куда оно наведено, не влияя на окружающие объекты.

Регулируемость воздействия на цель. Лазеры могут использоваться не только для уничтожения целей, но и для их обнаружения и отслеживания, а также для нелетального воздействия (например, постановки помех оптико-электронным системам). Плавная регулировка выходной мощности позволяет использовать лазер в широких пределах воздействия: от простого предупреждения или постановки помех цели до нанесения ей повреждений (как незначительных, для последнего серьезного предупреждения, так и критических).
Экспериментальная лазерная установка Фото: navy.mil
К недостаткам лазерных систем отнесены:

Проблема линии прицеливания. В связи с тем, что лазерный луч распространяется по прямой, лазерное оружие не может применяться для загоризонтного поражения целей или для атаки объектов, которые чем-то заслонены. В частности, это может проявиться при атаке малых скоростных лодок, скрываемых волнами или низколетящими объектами. Тем не менее, отмечается способность лазеров устойчиво поражать лодки, периодически закрываемые зыбью.

Оптические помехи в атмосфере. Атмосферные загрязнения (в основном водные испарения, но также пыль, песок, частицы соли и дым) поглощают лазерное излучение и отклоняют его, а турбулентность способна вызвать расфокусировку. Это отражается на эффективной дальности действия лазера. В особенности, в связи с условиями применения в море, следует обратить внимание на помехи, вносимые атмосферной влагой. Существует ряд длин волн, для которых поглощение излучения в водяных парах сравнительно невелико, и этот эффект может быть использован при создании боевых лазеров. Атмосферные помехи скорее влияют на работу дальнобойных лазеров, чем действующих на коротких дистанциях. Решением проблемы могут стать адаптивные оптические системы с точной регулировкой луча в зависимости от атмосферных возмущений. Тем не менее, работа боевых лазеров в дождь или туман проблематична, это оружие не может быть признано всепогодным.

Тепловое расплывание пятна лазера. Продолжительное воздействие лазера в определенном направлении вызывает нагрев воздуха и может приводить к расфокусированию пятна. Это приводит к проблемам при атаке целей, двигающихся прямо на корабль, с постоянным курсовым углом. При этом чем мощнее лазер, тем заметнее эффект. В результате зенитные ракеты или автоматические пушки могут оказаться более эффективными в борьбе с такими целями.

«Насыщение» при массированной атаке. Лазер одновременно атакует одну-единственную цель, и эта атака, как и перенацеливание на следующую, занимает несколько секунд. Это ограничивает способность отдельных лазерных установок бороться с атаками «на насыщение», когда удар наносится массированно и одновременно. Решение может дать увеличение числа лазерных установок на корабле, как это делается и в случае с зенитными автоматами.

Проблемы с поражением защищенных целей. Маломощные (киловаттные) лазеры не так эффективны против целей с конструктивной защитой, абляционным покрытием или сильно вращающихся в полете. Скоростные лодки могут задействовать аэрозольную завесу для снижения уязвимости против лазеров, однако ее использование усложняет операцию и утяжеляет применяемые средства.

Побочные повреждения летательных аппаратов, спутников и поражение зрения личного состава. Луч лазера, не попавший по цели, продолжит распространение в пространстве и может нанести повреждение летательному аппарату или спутнику. Также вероятно поражение органов зрения личного состава, вплоть до потери зрения (причем потеря зрения возможна на дистанциях, значительно больших, чем характерные расстояния атаки целей лазером). Риск для незащищенных глаз создается также переотражением лазерного излучения от цели или частиц в атмосфере.

Нерешенные проблемы разработки

При разработке лазеров по-прежнему не достигнута виброударостойкость, достаточная для штатного размещения установок на борту кораблей. Кроме того, не созданы технологии, позволяющие выпускать телескопическую систему передачи лазерного луча, пригодную для применения в морских условиях (при повышенной влажности и в присутствии соли), а также не решены вопросы интеграции установки в корабельную энергосистему и боевую информационно-управляющую систему.

Среди имеющихся проблем также следует отметить наращивание выходной мощности, что потребует решить задачу отвода тепла, а также обеспечения устойчивости к внешним возмущениям и скачкам параметров установки. Также отмечается, что нет надежного решения проблемы атмосферной турбулентности (в том числе на большой дистанции), которая может давать эффект дополнительной линзы, снижающей эффективность лазера.

В разработке рельсотрона основная группа проблем сводится собственно к пушке, в частности, к повышению ресурса направляющих до уровней, обозначенных в техническом задании. Также будут решаться технологические задачи, связанные с теплоотводом и с функционированием установки при повышении мощности выстрела с 8 до 32 мегаджоулей.
Один из экспериментальных образцов рельсотрона Фото: navy.mil
В разработке находятся решения, позволяющие поддерживать высокий темп стрельбы, причем касающиеся как самой пушки, так и энергосистемы. Не решены задачи интеграции рельсотрона в корабельную энергосистему, в частности, имеются вопросы, связанные с обеспечением пиковых мощностей при выстреле.

К гиперзвуковым снарядам предъявляются требования по наращиванию допустимых перегрузок, а также создания системы корректировки полета.

Потребуется еще не менее 10 лет, прежде чем первые рельсотроны появятся на кораблях, и не менее 30 лет, прежде чем флот задумается о полном отказе от традиционной артиллерии и окончательном переходе к энергетическому оружию.