ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА ПОРАЖЕНИЯ ЦЕЛИ Российский патент 2013 года по МПК F41H13/00 H01S3/23 

Изобретение относится к космической и военной технике, а именно к лазерному вооружению, в частности, к бесконтактным средствам защиты.

Предлагаемая лазерная система поражения цели может быть использована для защиты космических аппаратов и космонавтов, находящихся в открытом космосе, от микрометеоритного роя, а также для защиты людей и техники и других объектов от огнестрельного оружия. Кроме того, предлагаемая система может быть использована для поражения беспилотных летательных аппаратов на поле боя, в том числе микроскопических, защиты бронетехники от бронебойных снарядов и т.д.

Среди мирных применений, предлагаемая система, система может быть использована как средство борьбы с саранчой и защиты взлетно-посадочных полос аэродромов от пернатых. При соответствующей мощности устройства, система может применяться для защиты Земли от метеоритного дождя, а также как ударные компоненты системы противоракетной обороны для прицельного поражения маневрирующих гиперзвуковых целей. В данном техническом решении под поражением понимается автоматическое прицельное облучение объектов.

Из уровня техники известна лазерная система поражения цели, включающая рабочий лазер и лазер наведения [1] (см. патент RU 2380288, кл. F41H 13/00, опубл. 27.01.2010), которая предполагает процедуру нацеливания на поражаемый объект, при этом операция нацеливания (наведения), в силу инерционности устройств, требует определенного, порой достаточно длительного, времени, что в критической ситуации может иметь нежелательные последствия. Кроме этого, известная система поражения содержит ряд вероятностных параметров, что предполагает ряд неудачных поражений.

Кроме этого из открытых источников известны экспериментальные установки, например 100 Киловатный твердотельный лазер американской военно-промышленной компании Northrop Grumman Corporation (NYSE: NOC) - американской военно-промышленной компании

(man.com/Capabilities/SolidStateHighEnergyLaserSystems/Pages/SolidStateLaserTestbedExperiment.aspx) [2] для военного применения.

Из US 5747720 (дата публикации 05.05.1998) известна лазерная система поражения цели. Суть изобретения по US5747720 [3] заключается в том, что лазерная система поражения групповой цели состоит из основного лазера, системы зеркал, управляемых микропроцессором, двух лазерных усилителей и лазера подсветки. Согласно указанному изобретению лазер подсветки сканирует зону поражения («щит»). Излучение лазера подсветки, отраженное от снарядов, попадает на сенсоры, сигнал с которых поступает в блок управления, содержащий микропроцессор, который определяет координаты целей, направление их движения, и выдает сигнал управления сегментами зеркал, которые определяют направление поражающих лучей. Поражающий луч формируется следующим образом. Излучение основного лазера (Master laser) делится с помощью подвижных сегментов зеркал на несколько лучей. Они падают в лазерные усилители. Лучи основного лазера, усиленные в «усилителях» (amplifier) с помощью зеркала направляются в зону поражения.

Известные лазерные системы [1], [2], [3] предполагают процедуру прицеливания на поражаемый объект. При этом, операция прицеливания (наведения), в силу инерционности этих систем, требует определенного, порой достаточно длительного, времени, что в критической ситуации может иметь нежелательные последствия. Кроме этого, они содержат ряд вероятностных параметров, что предполагает ряд неудачных поражений, и не предназначены для одновременного поражения групповой цели.

По совокупности существенных признаков [2] принят в качестве ближайшего аналога.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в автоматическом прицеливании системы без дополнительной системы прицеливания, что позволяет снизить время прицеливания и повысить точность поражения, а также в обеспечении возможности одновременного поражения элементов групповой цели.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что лазерная система поражения цели, включающая рабочий лазер, открытый резонатор которого выполнен в виде двух сферических зеркал, одно из которых является полупрозрачным, и лазер наведения, оснащенный рассеивающей оптической системой, согласно изобретению резонатор работает в режиме усиления, а сферические зеркала выполнены с одинаковым радиусом кривизны R и расположены на одной оси симметрии на расстоянии 2R друг от друга.

На чертеже представлена схема работы предлагаемой системы.

Лазерная система поражения цели состоит из рабочего лазера-усилителя 1 и лазера наведения 2. Лазер наведения 2 оснащен рассеивающей оптической системой 3, позволяющей увеличить освещаемую область пространства, в которой может находиться предполагаемая цель (цели) 4. Рабочий лазер-усилитель 1 представляет собой мощный ударный лазер, работающий в режиме усиления. Этот тип приборов давно известен (см. источники [4], [5]) и традиционно используется в радиофизических экспериментах, для исследований по нелинейной оптике. Он может работать на просвет, или на отражение от одного из зеркал. Резонатор рабочего лазера-усилителя выполнен в виде двух сферических зеркал 5 и 6 с одинаковым радиусом кривизны R, расположенных на одной оси симметрии на расстоянии 2R друг от друга, т.е. зеркала резонатора являются диаметрально расположенными фрагментами одной сферической поверхности с центром в точке О. Причем, переднее зеркало 5 является полупрозрачным. Подобный тип резонаторов хорошо известен, и относится к типу, пограничному между устойчивой и неустойчивой генерацией, и называется концентрическим (см. источник [6], стр.24-25). Лазеры-усилители редко используются по назначению, поскольку для регистрации слабого излучения существуют чувствительные датчики.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Для поражения одиночной или групповой цели поток излучения лазера наведения 2 направляется в область, где может находиться предполагаемая цель(-и) 4. Часть излучения отражается от поверхности цели(-ей) 4 и через полупрозрачное зеркало 5 попадает в резонатор рабочего лазера. Поскольку рабочий лазер 1 работает в режиме усиления, отраженные от цели(-ей) 4 лучи, проходящие через центр сферы О, будут усиливаться, и в силу геометрии резонатора, двигаться обратно в направлении цели. Именно сферическая геометрия зеркал резонатора обеспечивает то, что лучи лазера наведения, отраженные от цели, и проходящие через центр сферы резонатора, отразившись от зеркала 6, также будут проходить через центр сферы. Отраженные от цели лучи, проходящие в резонатор, и которые не проходят через центр сферы, будут падать на боковые стенки, или, отразившись от заднего зеркала 6, будут уходить в сторону, не создавая условий для генерации. Таким образом, рабочий лазер-усилитель 1 практически мгновенно генерирует мощный поток излучения, который движется точно в направлении цели(-ей) 4 по отраженному от цели(-ей) 4 лучу лазера наведения 2. Сектор поражения определяется угловым конусом, вершина которого находится в центре сферы О, а образующая проходит через границы переднего зеркала 5.

Излучение рабочего лазера имеет определенный угол расходимости, т.е. представляет собой световой конус с вершиной в центре сферы. Ось его проходит через центр сферы резонатора, и точку нахождения цели в пространстве в момент отражения от нее луча подсветки. Из условия, что за время движения светового луча от цели к рабочему лазеру и обратно, цель сместится в сторону, рассчитывается предельная поперечная скорость.

Поскольку в предлагаемой системе упреждающего прицеливания не производится, условие поражения определяется расстоянием, которое проходит цель за время T=2R/c перпендикулярно лучу зрения:

V·T<R·α/2, т.е. V<α·c/4,

где T - время прохождения светом расстояния от цели к лазеру и обратно,

V - скорость, перпендикулярная лучу зрения (боковая скорость),

R - расстояние от рабочего лазера до цели,

c - скорость света,

α - угол расхождения лазерного луча. Поскольку в итоговую формулу для скорости не входит R, прицельная дальность устройства ограничена мощностью лазера-усилителя. Из характеристик цели в эту формулу входит только боковая скорость. Вычислим ее.

V_max=α·c/4.

Угол расходимости лазерного луча α=10^-3 рад, скорость света с=3·10⁵ км/сек. Подставляя с и а в получим

V_max=3·10⁵·10^-3/4=0.75·10²=75 км/сек

На сегодняшний день подобная скорость недостижима. Первая космическая скорость - скорость искусственного спутника Земли - составляет около 8 км/сек, что намного ниже V_max. Таким образом, предлагаемая система позволяет поражать цели, имеющие боковую скорость менее V_max, которая определяется углом расходимости, а дальность - мощностью лазера-усилителя. Под поражением объекта (цели) понимается облучение его лазерным излучением, чтобы добиться определенного результата. Это может быть вывод из строя фотоэлектронных датчиков. Вывод внутренних механизмов, повреждение обшивки корпуса, или полная дефрагментация в результате теплового, и светового удара. Реализация любой из поставленных задач будет определяться мощностью лазера-усилителя.

Предлагаемая система может быть установлена стационарно, для защиты таких объектов, как атомные станции, а также может быть установлена на мобильную платформу, такую как тягач, самолет, космический корабль и т.п. Кроме этого, для увеличения поражающего эффекта несколько ударных лазеров могут объединяться в батарею и запускаться от одного лазера наведения. В этом случае снимается ограничение по мощности поражающего луча. Рабочий лазер 1 и лазер наведения 2 являются компонентами одного устройства, хотя могут быть разнесены на значительные расстояния друг от друга.

Источники информации, литература

1. Патент RU 2380288, кл. F41H 13/00, опубл. 27.01.2010

2. ems/Pages/SolidStateLaserTestbedExperiment.aspx

3. Патент US 5747720 (дата публикации 05.05.1998).

4. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. Издательство: Наука, год издания: 1984, стр. 44.

5. Звелто Орацио. Принципы лазеров. Москва.: Мир. 1990, Стр.485.

6. В.К. Аблеков, Ю.Н. Денисов, Ф.Н. Любченко. Справочник по газодинамическим лазерам. - М.: Машиностроение, 1982. Стр.25.

Изобретение относится к космической и военной технике, а именно к лазерному вооружению. Лазерная система поражения цели включает рабочий лазер-усилитель и лазер наведения. Лазер наведения оснащен рассеивающей оптической системой. Резонатор рабочего лазера выполнен в виде двух сферических зеркал, одно из которых является полупрозрачным, с одинаковым радиусом кривизны R, расположенных на одной оси симметрии на расстоянии 2R друг от друга. Рабочий лазер работает в режиме усиления. Отраженные от цели лучи, проходящие через центр сферы, будут усиливаться, таким образом, рабочий лазер генерирует поток излучения, который движется в направлении цели по отраженному от цели лучу лазера наведения. Технический результат заключается в обеспечении возможности снижения времени прицеливания, в повышении точности поражения, а также в обеспечении возможности поражения групповой цели. 1 ил.

Лазерная система поражения цели, включающая рабочий лазер, резонатор которого выполнен в виде двух сферических зеркал, одно из которых является полупрозрачным, и лазер наведения, оснащенный рассеивающей оптической системой, отличающаяся тем, что луч от лазера подсветки, отраженный от цели, непосредственно поступает в усилитель, в котором генерируется луч, который направлен обратно в направлении цели, а сферические зеркала усилителя выполнены с одинаковым радиусом кривизны R и расположены на одной оси симметрии на расстоянии 2R друг от друга.