БОЕВОЙ ЛАЗЕР Российский патент 2013 года по МПК F41H13/00 H01S3/00 

Изобретение относится к области вооружения, а именно к средствам и способам ведения наступательных или оборонительных действий с применением управляемого луча лазера с ядерной накачкой очень большой мощности.

Газодинамический лазер Г.Л. [1-4] - газовый лазер, в котором инверсия населенностей создается в системе колебательных уровней энергии молекул газа путем адиабатического охлаждения нагретых газовых масс, движущихся со сверхзвуковой скоростью. Г.л. состоит из нагревателя, сверхзвукового сопла (или набора сопел, образующих т.н. сопловую решетку), оптического резонатора и диффузора. В нагревателе происходит тепловое возбуждение специально подобранной смеси газов (в результате сгорания топлива или подогрева с помощью электрических разрядов и ударных волн). При течении газа в сверхзвуковом сопле смесь быстро охлаждается. Необходимая для возбуждения генерации инверсия населенностей энергетических уровней рабочего компонента смеси достигается, если: 1) скорость опустошения (релаксации) нижнего уровня лазерного перехода в процессе расширения выше скорости релаксации верхнего уровня; 2) время опустошения верхнего уровня больше характерного т.н. газодинамического времени (времени движения газа до резонатора). Если для определения пары энергетических уровней эти условия выполнены, то из-за сильной зависимости времени релаксации от температуры и плотности газа начиная с некоторого момента от начала расширения быстрое падение населенности верхнего уровня сменяется медленным, тогда как населенность нижнего продолжает уменьшаться с заметной скоростью. Часть избыточной энергии верхнего уровня может быть трансформирована в резонаторе в энергию лазерного луча. Диффузор служит для торможения потока и повышения давления газа, который выбрасывается в атмосферу.

Активная среда. Указанным требованиям наиболее полно отвечают колебательные состояния молекул, обладающие большим временем жизни (по сравнению с электронными и вращательными уровнями). Процессы колебательной релаксации позволяют осуществить: полную инверсию колебательных уровней и т.н. частичную колебательно-вращательную инверсию. В соответствии с этим "рабочими" частицами Г.л. служат как многоатомные, так и двухатомные гетероядерные молекулы, имеющие в отличие от гомоядерных молекул разрешенные колебательно-вращательные переходы.

Первым и наиболее распространенным является Г.л. на полной колебательной инверсии между уровнями 00⁰1 и 10⁰0 (или 02⁰0) молекулы CO₂. Соответствующие длины волн генерации λ=10,4-9,4 мкм (рис.2). Уровень 00⁰1 соответствует асимметричным колебаниям молекулы СО₂, уровни 10⁰0 и 02⁰0 - колебаниям деформационного и симметрического типов. Однако в чистом СО₂ необходимое соотношение времени релаксации этих уровней не выполнено. Это соотношение сдвигается в нужную сторону при добавлении определенного количества молекул Н₂, Н₂О, атомов Не и др. Их столкновения с молекулами СО₂ опустошают нижние лазерные уровни (10⁰0 и 02⁰0) значительно быстрее, чем уровень 00⁰1. Увеличение запаса колебательной энергии в охлажденном газе достигается также введением в газовую смесь в форкамере донорного газа, молекулы которого релаксируют медленно и способны быстро передавать запасенную в них энергию на уровни, соответствующие асимметричньш колебаниям молекулы СО₂. Роль донорного газа обычно выполняют возбужденные молекулы N₂, колебательные уровни которых близки к уровням молекулы CO₂.

Г.л. на продуктах сгорания является простейшим Г.л., имеющим практическое значение. В форкамере сжигается углеродсодержащее топливо в воздухе, горячие продукты сгорания пропускаются через сопловой аппарат и резонатор. В зависимости от используемого топлива и условий его сжигания давление p₀, температура Т₀ и химический состав продуктов в форкамере меняются в широких пределах (p₀=5-100 атм, T₀=1500-3000 К). Таким способом, как правило, не удается получить высокой эффективности. Г.л. на продуктах сгорания имеет низкий кпд (1%). Это обусловлено тем, что только 7-10% от энергии сгорания идет на возбуждение колебательного уровней молекулы CO₂. Кроме того, из-за релаксации потерь энергии в потоке, невысокого отношения энергии кванта лазерного излучения к энергии кванта, необходимого для возбуждения асимметричного колебания молекулы CO₂ (квантового кпд), и относительно небольшой эффективности резонатора не весь энергозапас может быть трансформирован в лазерное излучение. Реально в Г.л. на продуктах сгорания энергия, излучаемая на единицу массы сжигаемой смеси (удельная энергия излучения) 20 кДж/кг, а показатель усиления α≤0,5-1,0 м^-1.

Другие типы Г.л. Один из путей повышения эффективности Г.л. состоит в снижении релаксации потерь запасенной колебательной энергии. Из-за сравнительно высоких скоростей релаксации колебательных уровней молекулы CO₂ практически вся теряемая средой энергия преобразуется в теплоту, причем это происходит в околокритической части сопла, где высоки температура и плотность газа. Отсутствие CO₂ в этой части потока снижает до минимума потери энергий. Поэтому необходимое кол-во CO₂ вводят в поток возбужденного донорного газа в сверхзвуковую или околозвуковую часть сопла. При этом температура вводимого СО₂ может быть низкой (200-300 К). В таком варианте Г.л. (Г.л. "с подмешиванием") появляется дополнительная возможность повышения полного числа колебательно возбужденных молекул за счет нагревания донорного газа до более высоких температур T₀=4000-5000 К. Удельная энергия излучения достигает 50-100 кДж/кг, показатель усиления 3-5 м^-1, полный кпд ~2-3%.

Эффективность Г.л. повышается и в том случае, когда хотя бы часть запасенной энергии удается преобразовать в лазерное излучение с большим квантовым кпд. В случае СО₂ эта возможность связана с т.н. каскадной генерацией одновременно на двух переходах 00⁰1-10⁰0(02⁰0) и 10⁰0(01⁰0)-01¹0. Последняя имеет квантовый кпд 71,6%. Условия для возникновения двухчастотной генерации более жесткие, чем в одночастотном режиме. Они легче достигаются в Г.л. "с подмешиванием". По мере вывода каскадного излучения из резонатора внутренняя энергия системы падает и условие двухчастотной генерации перестает выполняться. Оставшаяся в среде колебательная энергия (верхний переход) трансформируется в лазерное излучение следующим, расположенным ниже по потоку резонатором, настроенным на переходы 00⁰1-10⁰0(02⁰0).

Г.л. на СО² работают также на других колебательных переходах, например на переходах 03¹0-10⁰0, 03¹0-02²0 и 02⁰0-01¹0 (λ=18,4, 16,7 и 16,2 мкм). В этом случае необходимы замораживание как можно большей энергии в системе уровней деформации и симметричных колебаний молекулы и охлаждение газа до температур 70-100 К. Наилучшие результаты получены для смесей СО₂ с Ar и Ne и сопловых аппаратов с большими степенями расширения. В качестве рабочего компонента в Г.л. используются и другие трехатомные молекулы (N₃O, COS, CS₂).

Действие другого типа Г.л. основано на инверсии в системе колебательно-вращательных уровней в двухатомных гетероядерных молекулах (СО, HCl и др.). Инверсия возникает между вращательными подуровнями различных возбужденных колебательных уровней. Если это возбуждение мало, то вращательные подуровни, между которыми имеется инверсия, соответствуют очень большим значениям вращательного квантового числа, а потому имеют малую населенность. Это, в свою очередь, определяет малый показатель усиления, недостаточный для возбуждения генерации. Генерация возбуждается, если т.н. колебательная температура Т_кол (эффективная температура, с которой заселены колебательные уровни) и температура газа T находятся в соотношении T_кол/T>>1. Наиболее высокое значение T_кол расширяющегося газа может быть сохранено в системе слабо релаксирующих уровней, например в системе уровней молекулы СО (λ=5 мкм). Необходимое охлаждение газа достигается в сопловых аппаратах с высокой степенью расширения.

Известна система залпового огня по пат. РФ №2277687, МКТУ F43F 3/04, опубл. 10.06.2006 г., которая содержит колесное шасси с боевой рубкой, пакет трубчатых направляющих с винтовыми пазами и приводы горизонтального и вертикального наведения пакета трубчатых направляющих. На пакете трубчатых направляющих дополнительно размещена гироскопическая система измерения углов наведения пакета трубчатых направляющих, а в боевой рубке размещены пульт установки углов наведения пакета трубчатых направляющих и устройство сравнения, причем выходы гироскопической системы измерения и пульта установки углов наведения электрически связаны со входом устройства сравнения. Выход устройства сравнения электрически связан с приводами горизонтального и вертикального наведения пакета трубчатых направляющих, а удаление продольной оси каждой трубчатой направляющей от осей горизонтального и вертикального наведения пакета трубчатых направляющих не превышает величины, определяемой заданным математическим выражением.

Недостаток - ручная перезарядка комплексам после каждого залпа.

Известен лазер с ядерной накачкой по патенту РФ №1140668, МПК H01S 3/09, опубл. 30.06.1994, прототип. Далее приведено краткое описание и анализ его недостатков.

Этот газовый лазер с ядерной накачкой, полость цилиндрической трубки которого заполнена смесью Не+Хе (в соотношении 200:1) с начальной плотностью ρ₁=0,9256·10³ г/см³. Внешний радиус урансодержащего слоя -2 r₂=1 см, его толщина δ=0,518·10^-3 см. Материал слоя - двуокись урана, характеризующаяся плотностью ρ₂=10,96 г/см³ и концентрацией ядер урана ²³⁵U N₁=2,47·10²² яд/см³. Внешний радиус цилиндрической трубки -3 r₃=1,1 см, ее толщина Δr₃=0,1 см; трубка сплошная. Материал трубки - сплав: цирконий с добавкой урана ²³⁵U, его плотность ρ₃=6,44 г/см³

Таким образом, известный газовый лазер с ядерной накачкой по патенту РФ №1140668, МПК H01S 3/09, опубл. 30.06.1994 г., также обладает недостатками, основные из которых низкий КПД и мощность лазерного излучения, что недопустимо для боевого лазера, так как это не только уменьшит поражающие свойства лазера, но и приведет к огромному расходу газа.

Для трехмерной навигации теоретически достаточно знать расстояния от приемника до 3 спутников.

Глобальная Навигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС) - советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации. Основой системы должны являться 24 спутника, движущиеся над поверхностью Земли в трех орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой 19 100 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Федеральное космическое агентство (Роскосмос) и ОАО «Российские космические системы».

Российская глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Доступ к гражданским сигналам ГЛОНАСС в любой точке земного шара на основании указа Президента РФ предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.

Для обеспечения коммерциализации и массового внедрения технологий ГЛОНАСС в России и за рубежом Постановлением Правительства РФ в июле 2009 г. был создан «Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности», функции которого были возложены на ОАО «Навигационно-информационные системы».

Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким образом, группировка КА ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее, срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.

Задачи создания изобретения - повышение точности стрельбы и улучшение живучести боевого лазера, его боеготовности, огневой мощи автономности в управлении.

1. Решение указанных задач достигнуто в боевом лазере, содержащем боевую машину с лазерной установкой, на основе газодинамического лазера тем, что согласно изобретению боевая машина выполнена на гусеничной ходовой части, на которой в бронеотсеке установлены емкости горючего и окислителя, а лазерная установка установлена в бронецилиндре между емкостями горючего и окислителя и выполнена с возможностью поворота на поворотной платформе и содержит жидкостный ракетный двигатель с соплом, установленный вертикально с возможностью выхлопа продуктов сгорания вертикально вверх и, по меньшей мере, один резонатор, установленный на нем на цилиндрическом шарнире под углом к оси сопла, в верхней части бронецилиндр закрыт верхним бронеторцем, в центре которого выполнено отверстие, по размеру и форме соответствующее выходному сечению сопла, в расширяющейся части сопла и бронецилиндре выполнена щель для выхода резонатора. Сопло может быть выполнено из двух стенок: внутренней и внешней, на внутреннюю стенку нанесен слой урана 235, а в саму эту стенку внедрены частицы урана 235. Боевой лазер может содержать источник электроэнергии и бортовой компьютер, соединенные между собой электрическими связями. Боевой лазер может содержать ядерный реактор, установленный в камере сгорания. Боевой лазер может быть выполнен с системой внешнего охлаждения ЖРД, содержащей компрессор. Боевой лазер может быть выполнен с диффузором, установленным соосно соплу жидкостного ракетного двигателя. Диффузор может быть выполнен охлаждаемым. Боевой лазер может быть выполнен с системой подачи углекислого газа, состоящей из емкости, трубопровода, клапана и кольцевого коллектора в верхней части камеры сгорания, к которому присоединен этот трубопровод, полость коллектора радиальными отверстиями соединена с внутренней полостью камеры сгорания.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1…9, где:

-на фиг.1 приведен чертеж боевого лазера,

- на фиг.2 приведен вид А,

- на фиг.3 приведено сопло ЖРД с резонатором в разрезе,

-на фиг.4 приведен вид Б сопла ЖРД с резонатором,

- на фиг.5 разрез В-В,

- на фиг.6 приведена пневмогидравлическая схема ЖРД,

- на фиг.7 приведена схема боевого лазера с диффузором,

- на фиг.8 приведена схема боевого лазера с системой впрыска углекислого газа в камеру сгорания,

- на фиг.9 приведена схема боевого лазера с системой внешнего охлаждения ЖРД.

Боевой лазер (фиг.1…9) содержит основание 1, на котором установлена поворотная платформа 2, которая связана валом 3 с приводом 4. С приводом 4 соединен датчик угла поворота 5. Датчик угла поворота 5 предназначен для контроля наведения лазера по азимуту. На поворотной платформе 2 установлена лазерная установка 6, выполненная на основе газодинамического лазера и имеющая в качестве источника энергии жидкостный ракетный двигатель ЖРД 7 и резонатор 8. Лазерная установка 6 может быть установлена в бронецилиндре 9, имеющем верхний бронированный торец 10.

ЖРД 7 установлен на центральном шарнире 11, который выполнен в центре поворотной платформы 2. ЖРД 7 установлен вертикально вверх по направлению выхлопной струи продуктов сгорания), Резонатор 8 установлен с возможностью поворота в вертикальной плоскости на цилиндрическом шарнире 12, который выполнен в критическом сечении 13 сопла 14 камеры сгорания 15, т.е. между дозвуковой 16 и сверхзвуковой частью 17 сопла 14. Кроме того, камера сгорания 15 имеет цилиндрическую часть 18 и головку 19. В состав ЖРД 7 также входит турбонасосный агрегат - ТНА 20.

Резонатор 8 содержит корпус 21 цилиндрической формы, выполненный из двух соосно установленных частей - первой 22 и второй 23.В первой части 22 корпуса 21 установлено зеркало 24, во второй части 23 корпуса 21 установлен объектив 25. Резонатор 8 установлен на цилиндрическом шарнире 12 для обеспечения его (резонатора) поворота в вертикальной плоскости. Цилиндрический шарнир 12 выполнен в виде цилиндрической оболочки 26, внутри которой установлен с возможностью поворота цилиндр 27 со сквозным отверстием 28, выполненным перпендикулярно продольной оси цилиндра 27. С цилиндром 27 при помощи вала 29 соединен второй привод 30.

Прицеливание резонатора 8 осуществляется при помощи второго привода 30, с который валом 29 через редуктор 31 соединен датчик угла поворота 32 для контроля точности наведения лазера и управления прицеливанием в вертикальной плоскости. В цилиндрической оболочке 26 выполнена щель 33, закрытая снаружи щитком 34, подпружиненным через втулку 35 пружиной 36, другой торец которой упирается в бурт 37 выполненный на второй части 24 резонатора 8.

На свехзвуковой и дозвуковой частях 17 и 16 сопла 14 выполнены коллекторы горючего 38 и 39, соединенные между собой трубопроводами переброса 40.

Камера сгорания 15 содержит основной коллектор горючего 41 с цилиндрической наружной поверхностью 42. Основной коллектор горючего 41 установлен в отверстии 43, которое выполнено в верхнем бронированном торце 6, и уплотнен уплотнением 44. Такая конструкция описанного выше соединения сделана для предотвращения огромных температурных напряжений в деталях ЖРД 7 и для исключения попадания на узлы ЖРД 7 атмосферных осадков.

На бронецилиндре 9 против щели 33 выполнена вертикальная щель 45, которая также может быть закрыта щитком 46, подпружиненным пружиной 47 и уплотненным уплотнениями 48.

Как дозвуковая 16, так и сверхзвуковая 17 части сопла 14 выполнены с возможностью регенеративного охлаждения (фиг.7 и 9) и могут содержать две стенки; внутреннюю стенку 49 и наружную стенку 50 с зазором 51 между ними для прохождения охлаждающего горючего. На внутренней поверхности внутренней стенки 49 нанесен слой 52 урана 235, а в саму внутреннюю стенку 49 внедрены частицы 53 урана 238 (фиг.3).

Турбонасосный агрегат 20 содержит (фиг.1) основную турбину 54, насос окислителя 55, насос горючего 56, дополнительный насос горючего 57, пусковую турбину 58 с выхлопной трубой 59 и газогенератор 60, который установлен соосно с ТНА 20 и соединен с головой 19 камеры сгорания 15.

Резонатор 6 фиг.3…5 может быть выполнен также с возможностью регенеративного охлаждения и содержать внутреннюю стенку 61, наружную стенку 62, зазор 63 между ними. На внутренней стенке 61 нанесено покрытие 64 урана 235, а в саму внутреннюю стенку 61 внедрены частицы 65 урана 235. На первой и второй частях 22 и 23 резонатора 8 установлены соответственно входной и выходной коллекторы 66 и 67. К входному коллектору 66 пристыкован входной трубопровод 68 с клапаном 69, а к выходному коллектору 67 - выходной трубопровод 70

Более подробно пневмогидравлическая схема ЖРД 7 приведена на фиг.7. При этом следует иметь в виду, что боевой лазер может быть изготовлен на базе любого серийно выпускающегося или специально спроектированного ЖРД любой схемы и работающего на любых видах топлива. Внутри камеры сгорания 15 выполнены наружная плита 71 и внутренняя плита 72 с зазором 73 (полостью) между ними (фиг.8). Внутри головки 19 камеры сгорания 15 установлены форсунки окислителя 74 и форсунки горючего 75. Форсунки окислителя 74 сообщают полость 76 с внутренней полостью 77 камеры сгорания 15. На наружной поверхности камеры сгорания 15 установлен коллектор горючего 35. К коллектору горючего 35 подключен выход из клапана горючего 78, вход которого трубопроводом горючего 79 соединен с выходом насоса горючего 52. Выход из дополнительного насоса горючего 53 соединен топливопроводом высокого давления 80, содержащим регулятор расхода 81, с приводом 82 и клапан высокого давления 83 - с генератором 57, конкретно с его полостью 84. Выход из насоса окислителя 55 трубопроводом окислителя 85 через клапан окислителя 86 соединен с газогенератором 57.

Генератор 57 имеет форсунки окислителя и горючего, соответственно - 87 и 88. На головке 19 камеры сгорания 15 установлены запальные устройства 89, а на газогенераторе 57 - запальные устройства 90 (фиг.8).

Боевой лазер (фиг.1) содержит источник электроэнергии 91, силовой кабель 92, соединяющий источник электроэнергии 91 с коммутатором 93, к которому присоединены также силовыми кабелями 92 все потребители электроэнергии, в частности приводы 13 и 27. На боевой машине 1 установлен бортовой компьютер 94, к которому электрическими связями 95 присоединены приемник системы Глонасс 96 с антенной 97 и приемнопередающее устройство 98 с антенной 99. Связь приемника системы Глонасс 96 со спутниками 100 осуществляется при помощи антенны 97 по радиоканалу 101.

ТНА 20 имеет датчик частоты вращения 102. К датчику частоты вращения 102 подсоединена электрическая связь 95, которая соединена с бортовым компьютером 94.

К бортовому компьютеру 94 (фиг.1 и 8) электрическими связями 95 подключены запальные устройства 89 и 90, предпочтительно пирозапальные с электровоспламенением, клапан горючего 78, клапан окислителя 86, привод 82 регулятора расхода 81, клапан высокого давления 92 и другие клапаны.

К коллектору горючего 35 подключен продувочный трубопровод 103 с клапаном продувки 104, предназначенным для продувки полостей ЖРД 17 инертным газом после его выключения. Боевой лазер (фиг. 5...9) содержит по меньшей мере один баллон сжатого воздуха 105а, 105б или 105в, с которым соединен трубопровод высокого давления 106а, 106б или 106в, имеющий клапан 107а, 107б или 107в. Другой конец трубопровода высокого давления 106а, 106б или 106в соединен с пусковой турбиной 54. Количество баллонов сжатого воздуха 105 (с индексами а, б, в) и трубопроводов высокого давления 106 (с индексами а, б, в) и клапанов 107 (с индексами а, б, в) соответствует числу планируемых запусков ЖРД 7. Для примера в материалах заявки приведен ЖРД 7, имеющий возможность трехкратного запуска, которым соответствуют индексы а, б, и в. Естественно, что для реализации многоразового запуска должно быть применено несколько запальных устройств 89 и 91, число которых равно или кратно числу планируемых запусков ЖРД 7 и которые должны быть выполнены с возможностью поочередного включения при каждом запуске ЖРД 7.

На фиг.7 приведен чертеж боевой машины 1 с диффузором 108, установленным соосно с соплом 27 над ним на кронштейнах 109. При этом диффузор 108 может быть выполнен охлаждающим. Возможны варианты охлаждения диффузора 108 воздухом, водой, жидким азотом или горючим. На фиг. 10 приведен вариант охлаждения диффузора 108 горючим. Диффузор 108 выполнен из двух стенок - внутренней 110, наружной 111 с зазором 112 между ними. Диффузор 108 имеет входной и выходной коллекторы 113 и 114 соответственно, подводящий и отводящий трубопроводы 115 и 116. Между верхним бронеторцем 10 и диффузором 108 выполнен зазор 112. Через зазор 112 происходит эжектрирование атмосферного воздуха, что улучшает охлаждение диффузора 108. На фиг.8 приведена схема мобильного боевого лазера с системой подачи углекислого газа. Эта система содержит емкость 117, трубопровод 118 и клапан 119, коллектор 120 на цилиндрической части 18 камеры сгорания 15 и отверстия 121. Добавка углекислого газа внутрь камеры сгорания 15, предпочтительно в районе головки 19 камеры сгорания 14, кроме повышения КПД лазера улучшит охлаждение наиболее теплонапряженного участка сопла 13. На фиг.9 приведена схема боевого лазера с системой внешнего охлаждения ЖРД 7, необходимая для его охлаждения при работе более 1 с. Эта система содержит компрессор 122 с приводом 123, установленный внутри бронецилиндра 9, с подводящим трубопроводом 124, один конец которого выходит в атмосферу, а другой соединен с входом компрессора 122 и отводящим трубопроводом 125, который подсоединен к выходу из компрессора 122 и выходит во внутреннюю полость 126 бронецилиндра 9. Для сброса охлаждающего воздуха предусмотрены сквозные отверстия 127, выполненные в верхней части бронецилиндра 9. Возможен вариант исполнения боевого лазера с ядерным реактором 128 (фиг.1, 8, 9 и 10), установленным внутри камеры сгорания 15, предпочтительно внутри ее цилиндрической части 19 (фиг.2 и 3). Это не только увеличит энергию лазерных лучей за счет использования тепловой энергии ядерного реактора 128, но и повысит его кпд за счет радиоактивной накачки продуктов сгорания и, самое главное, во много раз увеличит время непрерывной работы боевого лазера за счет снижения расхода горючего (примерно в 10…20 раз) и сжигания его при низкой (минимально возможной) температуре.

БОЕВОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРА

Боевой лазер предназначен для обороны и уничтожения любых целей на земле, в небе и в море в пределах прямой видимости и практически без ограничения по высоте. Вертикальное расположение ЖРД 7 выходным сечением сопла 13 камеры сгорания 14 строго вертикально вверх исключат влияние реактивной тяги ЖРД 7 на точность стрельбы.

При запуске боевого лазера (первый запуск) сначала запускают жидкостный ракетный двигатель 17, потом ядерный реактор 128 при его наличии. Для запуска ЖРД 17 открывают клапан 107а и сжатый воздух из баллона сжатого воздуха 105а по трубопроводу высокого давления 106а через клапан 107а поступает в пусковую турбину 54. Потом открывают клапаны 81, 86 и 89 и включают запальники 92 и 93 (фиг.6). Топливо (окислитель и горючее) при сгорании в камере сгорания 27 сгорает при относительно низкой температуре до 500 град. С. Дальнейший подогрев продуктов сгорания до 3000…4000 град. С осуществляется ядерным реактором 56. Кроме значительного нагрева продукты сгорания подвергаются радиоактивному облучению, это способствует повышению мощности лазера 1.

Управление прицеливанием лучом лазера выполняет бортовой компьютер 97 при помощи приводов 13 и второго привода 30 (фиг.1). В случае применения нескольких резонаторов 19 вероятность поражения цели возрастает. Применение системы ГЛОНАСС позволяет выполнить прицеливание с точностью до 1,0…2,0 м, что достаточно для 100% поражения ракет, головных частей и самолетов.

Выключение боевого лазера осуществляется в обратном порядке.

Предлагаемый мобильный боевой лазер позволяет обеспечить:

- автономную топопривязку и навигацию, что позволяет поражать цели лучом лазера с неподготовленной в топогеодезическом отношении огневой позиции, наведение без участия человека и без использования точки наводки;

- поражение цели одним лучом сверхмощного лазера,

- количество лучей лазера - 1,

- мощномть луча лазера без ядерного реактора до 50 МВт,

- мощность луча лазера с ядерным реактором до 500 МВт,

- точность наведения 1 м,

- поворот резонатора в горизонтальной плоскости 360 град,

- поворот резонатора в вертикальной плоскости

- угол α до +60 град,

- угол β до -30 град,

- время запуска ЖРД и ядерного реактора 1 с

- время прицеливания 1 с

- количество запусков ЖРД - не ограничено,

- время непрерывной работы - не ограничено,

- гарантийный ресурс 20 лет

Боевой лазер вступает в бой практически мгновенно (время запуска ЖРД и ядерного реактора 1 с, время прицеливания до 1 с. При израсходовании боевым лазером всего окислителя и горючего возможна многократная повторная заправка окислителя и горючего. Боевые действия боевой лазер ведет без участия человека в связи с гибельным действием звукового потока работающего ЖРД на экипаж и все живое в радиусе до 1000 м и высоким радиационным фоном в случае использования ядерного реактора. Применение изобретения позволит:

- Повысить точность наведения луча лазера до 1 м.

- Повысить дальность стрельбы лучом лазера, особенно в высоту до уровня космических высот, и обеспечить круговой сектор прицеливания.

- Повысить поражающую мощь устройства с ядерным реактором в 200…300 раз.

- Обеспечить надежную и полную автоматизацию процесса перезаправки боевого лазера окислителем и горючим.

- Улучшить неуязвимость боевого лазера за счет мощного бронирования.

- Уменьшить вертикальные габариты боевого лазера.

- Сделать ресурс стрельбы до капитального ремонта безграничным.

Предлагаемый боевой лазер с одним сверхмощным лучом лазера мощностью до 500 МВт позволяет поражать:

- любые наземные цели,

- морские цели любого тоннажа и назначения,

- самолеты и ракеты противника в радиусе прямой видимости,

- спутники на орбите,

- орбитальные станции,

- космические бомбардировщики,

- межпланетные космические корабли в пределах Солнечной системы,

- головные части ракет на баллистической траектории.

Боевой лазер работает без экипажа с использованием систем ГЛОНАСС и радиоуправления. Использование системы ГЛОНАСС позволяет определить собственные координаты, а координаты цели определяет радиолокационная станция РЛС, которая на фиг.1…9 не показана и исходные данные с которой передаются на боевой лазер по радиоканалу. Этих данных вполне достаточно для определения углов наведения лазерного луча, которые устанавливаются при помощи привода 4 в горизонтальной плоскости и второго привода 30 в вертикальной плоскости и контролируются датчиками угла поворота 5 и 32. В случае использования ядерного реактора 128 (естественно, только при неработающем ядерном реакторе 128) допустимо кратковременное пребывание около ЖРД 7 обслуживающего персонала в специальных защитных скафандрах.

Установка резонатора в критическом сечении сопла уменьшит аэродинамические потери при его обтекании продуктами сгорания.

Имея такой патент на изобретение, предприятиям России, изготавливающим такие боевые лазеры, кроме обеспечения обороноспособности страны, будет значительно легче продавать их за рубеж союзникам и дружественным странам, одновременно можно повысить цену реализации единицы продукции в 10…15 раз, при более низкой себестоимости., так как включение подобного устройства в техническую и рекламную документацию сразу даст отражение в ней новизны установки, ее патентной чистоты, повышенной боевой эффективности поражения любой цели этими продаваемыми комплексами и их абсолютную неуязвимость. При этом можно быстро и легко наладить серийное производство этого нового вида оружия, учитывая передовые позиции РФ в ракетостроении. При этом доходы нашего государства от экспорта оружия возрастут в десятки и даже в сотни раз.

Литература

1. Конюхов В.К., Прохоров А.М. Второе начало термодинамики и квантовые генераторы с тепловым возбуждением, "УФН", 1976, т.119, с.541.

2. Лосев С.А. Газодинамические лазеры, М., 1977; Андерсон Д., Газодинамические лазеры: введение, пер. с англ., М., 1979.

3. Бирюков А.С., Щеглов В.А. Газовые лазеры на каскадных переходах линейных трехатомных молекул, "Квантовая электроника", 1981, т.8, с.2371.

4. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике, М., 1983.

Устройство относится к боевой технике и может быть использовано преимущественно в оборонительных боевых установках с использованием лазера. Боевой лазер содержит основание с установленной на нем лазерной установкой на основе газодинамического лазера, при этом лазерная установка выполнена в виде жидкостного ракетного двигателя с соплом, содержащим дозвуковую и сверхзвуковую части и критическое сечение на их стыке, установленном вертикально с возможностью выхлопа продуктов сгорания вертикально вверх, и резонатор, установленный в критическом сечении на цилиндрическом шарнире. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения точности прицеливания, а также в улучшении живучести, боеготовности, огневой мощи и управляемости боевого лазера. 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Боевой лазер, содержащий основание с установленной на нем лазерной установкой на основе газодинамического лазера, отличающийся тем, что лазерная установка выполнена в виде жидкостного ракетного двигателя с соплом, содержащим дозвуковую и сверхзвуковую части и критическое сечение на их стыке, установленным вертикально с возможностью выхлопа продуктов сгорания вертикально вверх, и резонатор, установленный в критическом сечении на цилиндрическом шарнире.

2. Боевой лазер по п.1, отличающийся тем, что жидкостный ракетный двигатель установлен в бронецилиндре, который установлен вертикально на поворотной платформе, соединенной с приводом, в верхней части бронецилиндр закрыт верхним бронеторцом, в центре которого выполнено отверстие, по размеру и форме соответствующее выходному сечению сопла, а в бронецилиндре выполнена вертикальная щель для выхода резонатора.

3. Боевой лазер по п.1, отличающийся тем, что сопло выполнено из двух стенок: внутренней и внешней, на внутреннюю стенку нанесен слой урана 235, а в саму эту стенку внедрены частицы урана 235.

4. Боевой лазер по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит источник электроэнергии и бортовой компьютер, соединенные между собой электрическими связями.

5. Боевой лазер по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит ядерный реактор, установленный в камере сгорания в ее цилиндрической части.

6. Боевой лазер по п.1 или 2, отличающийся тем, что он выполнен с диффузором, установленным соосно соплу жидкостного ракетного двигателя.

7. Боевой лазер по п.6, отличающийся тем, что диффузор выполнен охлаждаемым.

8. Боевой лазер по п.1 или 2, отличающийся тем, что он выполнен с системой внешнего охлаждения ЖРД, содержащей компрессор.

9. Боевой лазер по п.1 или 2, отличающийся тем, что он выполнен с системой подачи углекислого газа, состоящей из емкости, трубопровода клапана и кольцевого коллектора в верхней части камеры сгорания, к которому присоединен этот трубопровод, полость коллектора радиальными отверстиями соединена с внутренней полостью камеры сгорания.