Il est largement admis que le meilleur environnement pour l'utilisation d'armes laser (LW) est l'espace extra-atmosphérique. D'une part, c'est logique: dans l'espace, le rayonnement laser peut se propager pratiquement sans interférence causée par l'atmosphère, les conditions météorologiques, les obstacles naturels et artificiels. D'autre part, il existe des facteurs qui compliquent considérablement l'utilisation d'armes laser dans l'espace.
Caractéristiques du fonctionnement des lasers dans l'espace
Le premier obstacle à l'utilisation de lasers de haute puissance dans l'espace est leur efficacité, qui va jusqu'à 50% pour les meilleurs produits, les 50% restants vont au chauffage du laser et de ses équipements environnants.
Même dans les conditions de l'atmosphère de la planète - sur terre, sur l'eau, sous l'eau et dans l'air, le refroidissement des lasers puissants pose des problèmes. Néanmoins, les possibilités de refroidissement des équipements sur la planète sont beaucoup plus élevées que dans l'espace, car dans le vide, le transfert de chaleur excédentaire sans perte de masse n'est possible qu'à l'aide d'un rayonnement électromagnétique.
Le refroidissement sur l'eau et sous l'eau du LO est le plus simple à organiser - il peut être effectué avec de l'eau de mer. Au sol, vous pouvez utiliser des radiateurs massifs avec dissipation de chaleur dans l'atmosphère. L'aviation peut utiliser le flux d'air venant en sens inverse pour refroidir l'avion.
Dans l'espace, pour l'évacuation de la chaleur, les radiateurs-refroidisseurs sont utilisés sous forme de tubes nervurés reliés à des panneaux cylindriques ou coniques dans lesquels circule un fluide caloporteur. Avec une augmentation de la puissance des armes laser, la taille et la masse des radiateurs-refroidisseurs, qui sont nécessaires à son refroidissement, augmentent, de plus, la masse et surtout les dimensions des radiateurs-refroidisseurs peuvent dépasser de manière significative la masse et les dimensions des l'arme laser elle-même.
Dans le laser de combat orbital soviétique "Skif", qui devait être mis en orbite par la fusée porteuse super-lourde "Energia", un laser à gaz dynamique devait être utilisé, dont le refroidissement serait très probablement effectué par l'éjection d'un fluide de travail. De plus, l'approvisionnement limité en fluide de travail à bord pouvait difficilement offrir la possibilité d'un fonctionnement à long terme du laser.
Sources d'énergie
Le deuxième obstacle est la nécessité de doter les armes laser d'une puissante source d'énergie. Une turbine à gaz ou un moteur diesel dans l'espace ne peuvent pas être déployés; ils ont besoin de beaucoup de carburant et encore plus de comburant, les lasers chimiques avec leurs réserves limitées d'un fluide de travail ne sont pas le meilleur choix pour le placement dans l'espace. Il reste deux options: alimenter un laser solide/fibre/liquide, pour lequel des batteries solaires avec accumulateurs tampons ou des centrales nucléaires (NPP) peuvent être utilisées, ou des lasers à pompage direct par fragments de fission nucléaire (lasers à pompage nucléaire) peut être utilisé.
Circuit réacteur-laser
Dans le cadre des travaux menés aux États-Unis dans le cadre du programme Boing YAL-1, un laser de 14 mégawatts devait être utilisé pour détruire des missiles balistiques intercontinentaux (ICBM) à une distance de 600 kilomètres. En fait, une puissance d'environ 1 mégawatt a été atteinte, tandis que les objectifs d'entraînement ont été atteints à une distance d'environ 250 kilomètres. Ainsi, une puissance de l'ordre de 1 mégawatt peut servir de base à des armes laser spatiales, capables, par exemple, d'opérer à partir d'une orbite basse de référence contre des cibles à la surface de la Terre ou contre des cibles relativement éloignées dans l'espace extra-atmosphérique (nous sommes ne considérant pas un avion conçu pour l'éclairage »Capteurs).
Avec un rendement laser de 50%, pour obtenir 1 MW de rayonnement laser, il faut fournir 2 MW d'énergie électrique au laser (en fait, plus, puisqu'il faut encore assurer le fonctionnement des équipements auxiliaires et le refroidissement système). Est-il possible d'obtenir une telle énergie en utilisant des panneaux solaires ? Par exemple, les panneaux solaires installés sur la Station spatiale internationale (ISS) génèrent entre 84 et 120 kW d'électricité. Les dimensions des panneaux solaires nécessaires pour obtenir la puissance indiquée peuvent être facilement estimées à partir des images photographiques de l'ISS. Une conception capable d'alimenter un laser de 1 MW serait énorme et nécessiterait une portabilité minimale.
Vous pouvez considérer un assemblage de batterie comme source d'alimentation pour un laser puissant sur les supports mobiles (dans tous les cas, il sera nécessaire comme tampon pour les batteries solaires). La densité énergétique des batteries au lithium peut atteindre 300 W*h/kg, c'est-à-dire que pour fournir un laser de 1 MW avec un rendement de 50%, des batteries pesant environ 7 tonnes sont nécessaires pour 1 heure de fonctionnement continu avec de l'électricité. Il ne semblerait pas tellement? Mais compte tenu de la nécessité de prévoir des structures de support, l'électronique d'accompagnement, des dispositifs de maintien du régime de température des batteries, la masse de la batterie tampon sera d'environ 14 à 15 tonnes. De plus, il y aura des problèmes avec le fonctionnement des batteries dans des conditions de températures extrêmes et de vide spatial - une partie importante de l'énergie sera "consommée" pour assurer la durée de vie des batteries elles-mêmes. Pire encore, la défaillance d'une cellule de batterie peut entraîner une défaillance, voire une explosion, de l'ensemble de la batterie de batteries, ainsi que du laser et du vaisseau spatial porteur.
L'utilisation de dispositifs de stockage d'énergie plus fiables, pratiques du point de vue de leur fonctionnement dans l'espace, entraînera très probablement une augmentation encore plus importante de la masse et des dimensions de la structure en raison de leur densité énergétique plus faible en termes de W * h / kg.
Néanmoins, si nous n'imposons pas d'exigences aux armes laser pour de nombreuses heures de travail, mais utilisons le LR pour résoudre des problèmes spéciaux qui surviennent une fois tous les plusieurs jours et nécessitent une durée de fonctionnement du laser ne dépassant pas cinq minutes, cela entraînera une simplification de la batterie. … Les batteries peuvent être rechargées à partir de panneaux solaires, dont la taille sera l'un des facteurs limitant la fréquence d'utilisation des armes laser
Une solution plus radicale consiste à utiliser une centrale nucléaire. Actuellement, les engins spatiaux utilisent des générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG). Leur avantage est la relative simplicité de la conception, l'inconvénient est la faible puissance électrique, qui est, au mieux, de plusieurs centaines de watts.
Aux États-Unis, un prototype du prometteur Kilopower RTG est en cours de test, dans lequel l'uranium-235 est utilisé comme combustible, des caloducs au sodium sont utilisés pour évacuer la chaleur et la chaleur est convertie en électricité à l'aide d'un moteur Stirling. Dans le prototype du réacteur Kilopower d'une capacité de 1 kilowatt, un rendement assez élevé d'environ 30% a été atteint. L'échantillon final du réacteur nucléaire Kilopower devrait produire en continu 10 kilowatts d'électricité pendant 10 ans.
Le circuit d'alimentation du LR avec un ou deux réacteurs Kilopower et un dispositif de stockage d'énergie tampon peut déjà être opérationnel, assurant le fonctionnement périodique d'un laser de 1 MW en mode combat pendant environ cinq minutes, une fois tous les plusieurs jours, via une batterie tampon
En Russie, une centrale nucléaire d'une puissance électrique d'environ 1 MW est en cours de réalisation pour un module de transport et de puissance (TEM), ainsi que des centrales nucléaires à émission thermique basées sur le projet Hercules d'une puissance électrique de 5 à 10 MW. Les centrales nucléaires de ce type peuvent fournir de l'énergie à des armes laser déjà sans intermédiaires sous forme de batteries tampons, cependant, leur création se heurte à de gros problèmes, ce qui n'est pas surprenant en principe, compte tenu de la nouveauté des solutions techniques, des spécificités du environnement d'exploitation et l'impossibilité de réaliser des tests intensifs. Les centrales nucléaires spatiales sont un sujet pour un matériau distinct, sur lequel nous reviendrons certainement.
Comme dans le cas du refroidissement d'une arme laser puissante, l'utilisation d'une centrale nucléaire d'un type ou d'un autre met également en avant des besoins de refroidissement accrus. Les réfrigérateurs-radiateurs sont l'un des plus importants en termes de masse et de dimensions, éléments d'une centrale électrique, la proportion de leur masse, selon le type et la puissance de la centrale nucléaire, peut aller de 30% à 70%.
Les exigences de refroidissement peuvent être réduites en réduisant la fréquence et la durée de l'arme laser, et en utilisant des centrales nucléaires de type RTG de puissance relativement faible, rechargeant le stockage d'énergie tampon
Il convient de noter en particulier la mise en orbite de lasers à pompage nucléaire, qui ne nécessitent pas de sources externes d'électricité, car le laser est pompé directement par les produits d'une réaction nucléaire. D'une part, les lasers à pompage nucléaire nécessiteront également des systèmes de refroidissement massifs, d'autre part, le schéma de conversion directe de l'énergie nucléaire en rayonnement laser peut être plus simple qu'avec une conversion intermédiaire de la chaleur dégagée par un réacteur nucléaire en énergie électrique, ce qui entraînera une réduction correspondante de la taille et du poids des produits.
Ainsi, l'absence d'une atmosphère empêchant la propagation du rayonnement laser sur Terre complique considérablement la conception des armes laser spatiales, principalement en termes de systèmes de refroidissement. Fournir des armes laser spatiales avec de l'électricité n'est pas beaucoup moins un problème.
On peut supposer qu'au premier stade, vers les années trente du XXIe siècle, une arme laser apparaîtra dans l'espace, capable de fonctionner pendant un temps limité - de l'ordre de plusieurs minutes, avec la nécessité d'une recharge ultérieure d'énergie unités de stockage pendant une période suffisamment longue de plusieurs jours
Ainsi, à court terme, il n'y a pas lieu de parler d'une quelconque utilisation massive d'armes laser « contre des centaines de missiles balistiques ». Les armes laser dotées de capacités avancées n'apparaîtront pas avant que les centrales nucléaires de la classe des mégawatts ne soient créées et testées. Et le coût des engins spatiaux de cette classe est difficile à prévoir. De plus, si l'on parle d'opérations militaires dans l'espace, il existe alors des solutions techniques et tactiques qui peuvent largement réduire l'efficacité des armes laser dans l'espace.
Néanmoins, les armes laser, même limitées en termes de durée de fonctionnement continu et de fréquence d'utilisation, peuvent devenir un outil essentiel pour la guerre dans et depuis l'espace.
