ВОЙНЫ ЗВЕЗДНЫЕ

Содержание статьи

• Исторические предпосылки.
• Боевые системы электромагнитного излучения.
• Оптические и инфракрасные лазеры.
• Рентгеновские лазеры.
• ЭМИ-оружие.
• Кинетическое и пучковое оружие.
• Ракеты-перехватчики.
• Пучковое оружие.
• Поиск целей и управление огнем.
• Космические транспортные системы.
• Система «Спейс шаттл».
• Воздушно-космические самолеты.
• Перспективные ракеты-носители.
• Возможности преодоления космической ПРО.
• Технологии двойного назначения.
• Заключение.

ВОЙНЫ ЗВЕЗДНЫЕ, концепция ведения боевых действий в околоземном космическом пространстве, предусматривающая размещение там ударных элементов оборонительной системы, предназначенной для уничтожения межконтинентальных баллистических ракет противника. Эта концепция выдвинута в 1980-х годах администрацией президента США Рональда Рейгана под названием «Стратегическая оборонная инициатива» (СОИ, SDI), но средства массовой информации окрестили ее Программой «Звездных войн», по названию известного кинофильма Дж. Лукаса (1977).

Исторические предпосылки.

23 марта 1983 президент США Р.Рейган впервые обратился к своему народу с идеей СОИ. Он призывал взяться за программу, способную противопоставить угрозе советских ракет такие средства обороны, которые позволят американскому народу и его союзникам жить в уверенности, что их безопасность основана не только на возможности ответного удара, сдерживающей потенциального агрессора, но и на способности перехватить и уничтожить его баллистические ракеты прежде, чем они достигнут цели. В 1984 директивой № 119 (Инициатива президента в области стратегической обороны) эта программа была возведена в ранг первоочередной задачи государства.

Ранее, в сентябре 1982, в США было образовано Объединенное космическое командование, призванное координировать все работы военного характера в космосе. В том же году частная исследовательская организация «Фонд наследия» опубликовала проект «Высокая граница», в котором утверждалось, что современная техника позволяет создать противоракетную систему для обороны всей территории страны, а это дает возможность перейти в военной политике от стратегии «гарантированного уничтожения» к стратегии «гарантированного выживания». Отмечалось, что новое противоракетное оружие позволит контролировать космическое пространство, которое является «жизненно важной территорией» для США. Предлагавшийся в проекте «Высокая граница» вариант обороны с помощью сотен спутников, оснащенных неядерными самонаводящимися противоракетами, не привлек тогда внимания специалистов. Но сформулированный в проекте новый подход к военной стратегии стал основой для СОИ.

Для специалистов программа «звездных войн» не явилась неожиданностью. Космос как арена военных действий давно привлекал внимание. Планы выноса оружия в космос значительно опередили практическую космонавтику. Впервые они возникли в фашистской Германии: в 1944 Эйген Зенгер (1905–1964) спроектировал суборбитальный ракетоплан, способный с грузом бомб достичь территории США. Предполагалось, что после старта он поднимется на высоту 100 км и затем, отразившись несколько раз от плотных слоев атмосферы, совершит трансконтинентальный перелет и, сбросив бомбы, вернется в точку старта. Примерно тогда же ВВС США проводили исследования по размещению в космосе военных орбитальных станций, а в прессе обсуждалась возможность использования Луны в качестве платформы для бомбардировки Земли.

В начале холодной войны, последовавшей за второй мировой войной, США были единственной страной, обладавшей атомной бомбой, но в 1949 своя атомная бомба появилась у СССР. Тогда США создали более мощную бомбу – водородную, которую впервые испытали в 1952. Но меньше чем через год и СССР провел испытания своей водородной бомбы. Параллельно обе стороны создали развитые системы противовоздушной обороны (ПВО) для уничтожения стратегических бомбардировщиков, способных нести ядерное оружие.

В 1957 СССР запустил первую межконтинентальную баллистическую ракету (МБР). С этого времени ядерные боеголовки могли устанавливаться на МБР, и оказалось, что системы ПВО не могут обезвреживать боеголовки, стремительно летящие из космоса. Хотя США запустили свою первую МБР лишь годом позже и по-прежнему имели сильно превосходящие запасы ядерного оружия, они приступили к реализации программы противоракетной обороны (ПРО) и в 1959 провели испытание, сбив ракетой, запущенной с бомбардировщика Б-47, свой спутник «Эксплорер-6». В те же годы к разработке подобного оружия приступили и в СССР. В начале 1960-х в США начали изучать возможности пилотируемых космических кораблей в разведке и нанесении атакующих ударов с околоземных орбит (см. ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ).

К концу 1960-х США и СССР уже развертывали свои системы ПРО, основанные на ракетах-перехватчиках, и проектировали космическое оружие с мощными лазерами и пучками элементарных частиц. Но проблемы обнаружения и перехвата приближающейся ракеты, весь полет которой занимает лишь несколько минут, остались нерешенными. Эти проблемы еще более усложнились с принятием на вооружение обеими сторонами ракет с разделяющимися боеголовками индивидуального наведения.

В 1950-х и 1960-х годах военной стратегией США предусматривалось использование ядерного оружия малого радиуса действия для отражения наступления обычных вооруженных сил в Западной Европе и ядерного оружия большого радиуса действия для нанесения массированного ответного удара после ядерной атаки на США. К 1972 у США было 5700 ядерных боеголовок, а у СССР – 2500; таким образом, арсенал был уже столь велик, что ни одна из сторон не смогла бы избежать сокрушительного возмездия в случае нанесения ею первого удара. Эта тупиковая ситуация «взаимного гарантированного уничтожения» была признана как стратегическая концепция предотвращения ядерной войны.

Но создание системы обороны от МБР нарушило бы «равновесие страха», поскольку обеспечило бы возможность безвозмездного первого удара. Такое положение должно было немедленно привести к новой, очень дорогостоящей гонке вооружений, ибо другая сторона вынуждена была накапливать такое количество боеголовок, которое оказалось бы достаточным для преодоления системы ПРО.

Первые попытки создания ПРО не были удачными. В мае 1972 США и СССР признали тщетность усилий создать надежную систему защиты от МБР и подписали договор об ограничении стратегических вооружений (ОСВ). По договору налагались жесткие ограничения и на размещение противоракет: обе стороны обязывались не разрабатывать, не испытывать и не размещать системы ПРО или их составные части на морских, воздушных, космических или наземных подвижных средствах.

Однако вера в ПРО была потеряна не всеми. Физик Эдвард Теллер (1908–2003), «отец» американской водородной бомбы, организовал государственный исследовательский центр по разработке экзотических систем ПРО. Ссылаясь на то, что СССР создает мощное лучевое противоракетное оружие, Теллер сумел получить фонды для проведения исследований по созданию оружия на основе лазеров и пучков элементарных частиц. Став президентом в 1981, Р.Рейган несколько раз встречался с Теллером, и тот убедил президента в осуществимости надежной системы защиты от МБР и в том, что США должны опережать СССР в разработках новых видов оружия.

В отличие от своих предшественников, администрация Рейгана не стремилась к ограничению вооружений и полагала, что США могут вести локальные боевые действия с применением ядерного оружия, не вызывая мировой войны. Поэтому предложения Теллера дали основания администрации Рейгана для формирования новых военных концепций, которые импонировали бы населению США. В марте 1983 Рейган объявил о своей мечте создать средства противодействия ядерному нападению. В апреле 1984 была сформирована государственная организация для проведения исследований в области СОИ. Ее бюджет на период 1984–1992 составлял ок. 26 млрд. долл., а общая стоимость программы оценивалась в 2 трлн. долл.

В 1990-е в связи с распадом СССР значительно снизилось военное противостояние сверхдержав, а вместе с ним и активность в области СОИ (хотя исследования и испытания не прекращались). Однако от планов создания национальной системы ПРО правительство США не отказалось.В сентябре 2000 были в целом успешно испытаны зенитные ракеты с активными боеголовками, способными перехватывать маневрирующие головные части баллистических ракет. 17 июля 2001 пресс-секретарь Белого дома Ф.Рикер заявил: «Мы по-прежнему будем преследовать свои интересы в области противоракетной обороны», а представитель Министерства обороны США сообщил, что к 2006 Пентагон планирует провести испытание противоракетных систем, размещенных на космической орбите. Таким образом, в наши дни фактически возрождается концепция СОИ.

Боевые системы электромагнитного излучения.

Одним из оснований СОИ стали планы создания новых видов оружия, использующих в качестве поражающего фактора электромагнитное излучение различных диапазонов спектра: от радиоволн до гамма-излучения. Важнейшим преимуществом такого оружия является максимально возможная скорость достижения цели – скорость света. Это позволяет наносить удар неожиданно даже с большого расстояния. Появляется принципиальная возможность уничтожать взлетающие МБР на активном участке их траектории, в течение первых 5 мин. после старта.

Оптические и инфракрасные лазеры.

Идея использовать мощный луч света как оружие неоднократно встречается в научной и художественной литературе. Но реальную почву она обрела лишь в 1961 с появлением первых лазеров. А уверенность в том, что квантовый генератор света можно использовать в качестве оружия, появилась в 1967, когда был создан первый газодинамический лазер. Основные его элементы: камера сгорания, в которой образуется горячий газ; система сверхзвуковых сопел, после прохождения которых газ, быстро расширяясь, охлаждается и переходит в состояние с инверсной населенностью энергетических уровней; оптическая полость, где и происходит генерация лазерного излучения. В этой полости перпендикулярно потоку газа расположены два плоских зеркала, образующих оптический резонатор. Для вывода излучения из полости одно из зеркал делают чуть меньшего диаметра.

Похожую конструкцию имеют химический и электроразрядный лазеры: в них также через объем резонатора с большой скоростью прокачивается возбужденная рабочая смесь, но источником возбуждения является соответственно химическая реакция или электрический разряд. Наиболее перспективным для целей ПРО считается химический лазер на реакции водорода с фтором (Н₂ + F₂ = 2НF + g_{2,7 мкм}). Если в этом лазере вместо водорода использовать его тяжелый изотоп – дейтерий, то излучение будет иметь длину волны не 2,7 мкм, а 3,8 мкм, т.е. попадет в «окно прозрачности» земной атмосферы (3,6 – 4 мкм) и сможет почти беспрепятственно достигать земной поверхности.

Энерговыделение химических лазеров составляет около 500 Дж на 1 г газовой смеси. А для разрушения стенки топливного бака взлетающей МБР нужна плотность энергии от 1 до 20 кДж/см² в зависимости от того, защищена металлическая стенка абляционным покрытием или нет. Считая, что лазерное излучение сфокусировано в пятно диаметром около 1 м, получим требуемую энергию лазерного импульса: 10–200 МДж. Боеголовка ракеты защищена толстым слоем абляционного покрытия и для ее поражения необходима энергия порядка 10⁵ МДж. Приняв КПД лазера равным 20% и энергию поражения ракеты 200 МДж, оценим расход рабочей смеси: 200 МДж/(20% 500 Дж/г) = 2 т. Это очень важная величина – на ней основаны оценки минимального веса боевых космических станций. Например, для поражения 1000 МБР (по 2 импульса на каждую) необходимо около 10⁴ т только одной рабочей смеси для химических лазеров.

Фокусировка лазерного луча на цель представляет непростую задачу. За счет дифракции на выходном зеркале луч имеет угловую расходимость a » l/D где l – длина волны излучения, а D – диаметр зеркала. Значит, размер пятна на расстоянии L будет lL/D. Для эффективного действия лазерного оружия размер пятна не должен превышать 1 м. Принимая дальность до цели L = 1000 км, получим ограничение на расходимость луча: a Ј 10^–6 рад. Если используется ИК-лазер на молекулах CO₂ (l = 10,6 мкм), то для фокусировки его луча необходимо зеркало диаметром D і 11 м. Для химического лазера на молекуле HF эта величина снижается до 4 м, что выглядит уже более реальным в смысле изготовления зеркал и космических транспортных кораблей.

С точки зрения фокусировки луча более привлекательны оптические лазеры. Наиболее перспективными среди них считают эксимерные на молекулах фтористого аргона (ArF) и фтористого криптона (KrF). Эти молекулы-эксимеры могут существовать только в возбужденном состоянии: излучая фотон, они разрушаются и таким образом в среде поддерживается инверсная населенность. Излучение этих лазеров лежит в диапазоне от 2000 до 3000 A, и следовательно, земная атмосфера для него непрозрачна. У эксимерных лазеров внешний источник энергии – электрический разряд, пучок ускоренных электронов, поток нейтронов от ядерного реактора или ядерного взрыва.

Принципиальным недостатком газовых лазеров является выделение тепла в их рабочем объеме. Это ограничивает повышение мощности на единицу массы таких лазеров. Перспективным в этом отношении считается лазер на свободных электронах, в котором усиление излучения происходит за счет его взаимодействия с пучком электронов, движущимся в периодическом магнитном поле. Поскольку электроны летят в вакуумном объеме, не происходит разогрева прибора, как у обычных лазеров. Важно, что частота генерации у лазера на свободных электронах может перестраиваться в широком спектральном диапазоне, что затрудняет противнику защиту от излучения.

Стремление использовать в лазерном оружии коротковолновое излучение связано также и с тем, что оно хорошо поглощается любыми материалами. Например, титановое покрытие почти полностью отражает ИК-излучение, но поглощает ультрафиолет (УФ). Однако УФ-лазеры очень тяжелы и требуют громоздких источников энергии. Поэтому рассматривается возможность монтировать такие лазеры на стационарных наземных установках, а в космосе развернуть систему зеркал для трансконтинентальной передачи лазерного луча и наведения его на цель. Эта идея требует непременного использования адаптивной оптики, с большой скоростью реагирующей на изменение структуры атмосферы и перестраивающей форму волнового фронта лазерного луча так, чтобы за пределом атмосферы луч имел минимальную расходимость. Для астрономических наблюдений такие оптические системы уже созданы, но лазерный луч в них используется лишь как средство контроля за атмосферой.

Рентгеновские лазеры.

Особую роль в планах «звездных войн» играет рентгеновский лазер с накачкой энергией от ядерного взрыва. Но при создании коротковолновых лазеров необходимо преодолеть принципиальные трудности. Чтобы осуществлялся эффект усиления электромагнитного излучения при его прохождении через активную среду, необходимо, во-первых, большое количество возбужденных атомов, готовых испустить кванты вынужденного излучения, а во-вторых, большая вероятность взаимодействия между квантами и этими атомами, обеспечивающая это вынужденное излучение. Коэффициент усиления излучения составляет

K = s (N_воз – N_осн),

где s – сечение взаимодействия квантов с атомами, N_воз и N_осн – число атомов в возбужденном и основном состояниях. В условиях термодинамического равновесия N_воз < N_осн, поэтому поглощение преобладает над вынужденным излучением. Для получения лазерного эффекта необходимо создать среду с инверсной заселенностью атомов по энергетическим состояниям: N_воз > N_осн. Кроме этого, из фундаментальных законов квантовой физики следует, что s µ l². Значит, чем короче длина волны излучения, тем труднее осуществить его квантовое усиление. Поэтому первые такие усилители были созданы в радиодиапазоне (мазеры) в конце 1950-х. В 1961 был построен первый оптический генератор непрерывного действия (гелиево-неоновый лазер). Методы нелинейной оптики позволили в 1970 создать лазеры, работающие в области вакуумного ультрафиолета (l ~ 1000 Å). К началу 1978 стало ясно, что наиболее вероятная схема лазера в области l і 10 Å – это рентгеновский лазер на многозарядных ионах с накачкой мощным лазером оптического диапазона. А для l Ј 1 Å должны быть использованы ядерные переходы и эффект Мёссбауэра (излучение квантов в кристаллах без «отдачи» атома, а значит, без смещения частоты излучения вследствие доплер-эффекта).

Для поддержания инверсной заселенности уровней вводимая извне мощность должна быть больше той, которая рассеивается средой в виде спонтанного излучения. Как известно, энергия кванта пропорциональна частоте излучения (E = hn). К тому же, вероятность спонтанного излучения, бесполезно уносящего энергию внешнего источника накачки, пропорциональна третьей степени частоты излучения (n³). Учитывая это, получим, что мощность W, необходимая для поддержания инверсии заселенности, W µ n⁴ µ l^–4. Если для лазеров видимого диапазона (l =500 нм), достаточно обеспечить мощность, вводимую в кубический сантиметр среды, порядка 10²–10⁴ Вт/см³, то для рентгеновского лазера (l =0,5 нм) необходима плотность мощности W = 10¹⁴ – 10¹⁶ Вт/см³. Столь мощный энерговвод может быть обеспечен при ядерном взрыве в объеме заряда либо в фокусе импульсного лазера достаточно высокой мощности.

В 1984 в США была осуществлена генерация лазерного рентгеновского излучения в газовой среде с использованием в качестве источника накачки мощного двухлучевого оптического лазера «Новетт» (Ливерморская национальная лаборатория), каждый луч которого имел плотность мощности 5 ґ 10¹³ Вт/см² в импульсе длительностью 450 пс на волне 5320 A. В фокусе лазера помещалась мишень – тончайшая пленка размером 0,1 ґ 1,1 см из селена или иттрия. Луч испарял мишень, создавая плазму из неоноподобных ионов этих металлов. Столкновения с электронами в плазме вызывали возбуждение ионов, которое заканчивалось вынужденным излучением на волне 206 и 210 A для селена и 155 A – для иттрия.

В том же 1984 сотрудникам Принстонской лаборатории физики плазмы (США) с помощью мощного ИК-лазера на молекулах CO₂ удалось получить лазерный эффект в углеродной плазме на волне 182 A. Их лазер накачки имел импульсную мощность 10–20 ГВт. Его пучок фокусировался в пятно диаметром 0,2–0,4 мм, что позволяло достигать плотности мощности 10¹³ Вт/см². В этих экспериментах впервые использовалось для увеличения коэффициента лазерного усиления рентгеновское сферическое зеркало, состоящее из чередующихся слоев молибдена толщиной 35 A и кремния толщиной 60 A. Каждый молибденовый слой слабо отражает рентгеновские лучи, но отраженные от последовательных слоев лучи складываются, интерферируют и усиливаются, так что полный коэффициент отражения зеркала достигает 70%.

В 1986, полностью ионизовав в фокусе мощного лазера атомы фтора, исследователи получили лазерное излучение с длиной волны 80 A. Дальнейшее существенное уменьшение длины волны (а оно необходимо для уменьшения расходимости пучка у боевого лазера) требует таких гигантских плотностей энергии накачки, которые достигаются только при взрывах ядерных зарядов. Работы в этом направлении с целью создать боевой рентгеновский лазер велись в Ливерморской лаборатории под руководством Э.Теллера. Испытания проводились во время подземных ядерных взрывов на полигоне в штате Невада. В 1981 было опубликовано неофициальное сообщение об измеренных во время эксперимента характеристиках лазерного излучения: длина волны 14 A, длительность импульса Ј 10^–9 с, энергия в импульсе ~ 100 кДж. Детально конструкция лазера не описана, но известно, что его рабочим телом были тонкие металлические стержни.

После взрыва ядерного заряда вещество стержней превращается в полностью ионизованную плазму. Когда температура электронов несколько снижается, они начинают рекомбинировать преимущественно на нижние уровни, излучая рентген. Поскольку время высвечивания плазмы измеряется пикосекундами, горячее облако не успевает существенно изменить свою геометрию – оно сохраняет форму и направление стержня. Так как зеркал для излучения с l ~ 10 Å не существует, рентгеновский лазер, вероятно, должен работать без резонатора. Поэтому расходимость пучка будет определяться двумя факторами: дифракцией (a » l/D) и геометрией стержня (a » D/L), где D и L – диаметр и длина стержня). Точнее говоря, наибольшим из них. Минимизируя значение расходимости, получим оптимальную величину диаметра: D = (lL)^1/2. Для l = 14 Å и L = 7 м это дает D = 0,1 мм. Даже если в процессе ионизации и рекомбинации вещества его геометрия изменится незначительно, расходимость луча достигает ~ 10^–5 рад. Однако более детальный расчет показывает, что к моменту высвечивания плазменный сгусток может расшириться до 1 мм; тогда расходимость луча станет ~ 10^–4.

Для поражения МБР, т. е. для получения плотности энергии 10 кДж/см² на расстоянии 1000 км при расходимости луча 10^–5, в импульсе такого лазера должна быть энергия ~ 10¹⁰ Дж. При КПД лазера 10% и при расстоянии стержня от ядерного заряда ~ 1 м мощность заряда должна быть ~ 10¹⁵ Дж, или ~ 200 кт тротилового эквивалента. При этом мы предполагали, что большая часть энергии взрыва идет на ионизацию струны, и сама струна ориентирована к заряду не торцом, а боком. Однако в публикациях на эту тему упоминаются заряды на порядок менее мощные. Возможно, предполагается использовать не одну, а десятки или сотни параллельно ориентированных струн. Не исключено также что американские инженеры пытаются создать некий концентратор энергии взрыва на одной струне, используя эффект отражения рентгеновских лучей от кристаллов при косом падении.

По-видимому, принципиальных ограничений на создание рентгеновского лазера с ядерной накачкой нет. Он может стать очень компактным прибором с массой ~ 1 т, доступным для вывода в космос одной ракетой, что сделает его малоуязвимым оружием. Если эффективность преобразования энергии взрыва окажется высокой, то на одном заряде можно будет разместить десятки лазерных стержней с индивидуальным наведением для поражения сразу многих ракет противника.

ЭМИ-оружие.

Известно, что ядерные взрывы сопровождаются мощным импульсом электромагнитного излучения. Его источником служат рожденные взрывом заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле Земли. Особенно эффективен в этом смысле взрыв в верхних слоях атмосферы. При мегатонном взрыве в электромагнитное излучение (ЭМИ) переходит энергия 10¹¹ Дж. Такой импульс наводит токи и вызывает пробой в электронных устройствах на расстоянии в тысячу километров. Поэтому вполне правомерно применять понятие «ЭМИ-оружие».

Однако это оружие ненаправленного действия: оно поражает и ослепляет не только электронные средства противника, но и свои собственные. Естественным шагом в его развитии явилось использование генераторов микроволновых колебаний, которые американские специалисты считают одним из перспективных видов космического оружия.

В небольших дозах микроволновое излучение используется медиками в лечебных целях для местного разогрева человеческого тела (УВЧ-терапия). Мощные дозы этого излучения могут поражать как человека, так и технику. Уже разработаны генераторы микроволнового излучения мощностью в сотни мегаватт. Проблема в том, как сконцентрировать радиоволны в узкий пучок: явление дифракции приводит к тому, что даже у параболической антенны диаметром 15 м пучок миллиметровых волн имеет расходимость 10^–4 рад. На расстоянии 1000 км такой пучок образует пятно диаметром 100 м. Плотность потока мощности при этом даже от генератора в 1000 МВт падает до 10 Вт/см², что не может причинить серьезного ущерба ракете. Чтобы использовать микроволновое излучение как оружие ПРО, видимо, придется продвигаться в область субмиллиметровых волн и создавать более мощные генераторы.

Микроволновое излучение можно использовать и для поражения наземных целей. Атмосфера Земли имеет несколько «окон прозрачности» в радиодиапазоне: кроме основного «окна» (l от 20 м до 1 см) есть еще «полупрозрачные окна» на l = 8 и 4 мм. Волны короче 1 мм поглощаются парами воды. Посылая на Землю пучок миллиметровых волн мощностью около 1000 МВт, можно создать поток тепла, достаточный для воспламенения горючих предметов.

Особую опасность представляет микроволновое излучение для человека. В состоянии ненапряженной деятельности наше тело выделяет около 100 Вт тепла. Считается опасным для живого организма, если поглощенная извне мощность превышает его собственное энерговыделение. Мощное микроволновое излучение способно вызвать у человека ожог или тепловой удар. Тепловое поражение нашего организма происходит при интенсивности падающего излучения порядка 1 кВт/м². Вообще говоря, такой уровень достижим уже сейчас. Tаким образом, возможность создания космического микроволнового оружия, способного поражать космические, воздушные и наземные цели, вполне реальна.

Кинетическое и пучковое оружие.

Новейшие виды вооружения не ограничиваются источниками электромагнитного излучения. Космический вакуум дает возможность использовать в качестве оружия и вещественные носители энергии, движущиеся с большой скоростью: ракеты-перехватчики, самонаводящиеся высокоскоростные снаряды (m » 1 кг, v » 10–40 км/с), разгоняемые в электромагнитных ускорителях, и микроскопические частицы (атомы водорода, дейтерия; v ~ c), также ускоренные электромагнитным полем. Все эти виды оружия рассматриваются в связи с программой «звездных войн».

Электромагнитные пушки (ЭП). Их называют также оружием высокой кинетической энергии, или электродинамическими ускорителями массы. Они интересуют не только военных. С помощью ЭП предполагается осуществлять выброс радиоактивных отходов с Земли за пределы Солнечной системы, транспортировку с поверхности Луны материалов для космического строительства, запуск межпланетных и межзвездных зондов. Предварительные подсчеты показывают, что доставка грузов в космос с помощью ЭП обойдется в 300 долл. за 1 кг, т.е. в 10 раз дешевле, чем с помощью шаттла.

В рамках СОИ предполагается использовать ЭП для запуска баллистических (неуправляемых) или самонаводящихся снарядов для поражения взлетающих МБР (возможно, еще в верхних слоях атмосферы) и боеголовок вдоль всей траектории их полета. Идея использования ЭП восходит к началу 20 в. В 1916 была первая попытка создать ЭП, надевая на ствол орудия обмотки из провода, по которым пропускался ток. Снаряд под действием магнитного поля последовательно втягивался в катушки, получал ускорение и вылетал из ствола. В этих экспериментах снаряды массой 50 г удавалось разогнать до скорости только 200 м/с. С 1978 в США была начата программа создания ЭП в качестве тактического оружия, а в 1983 она была переориентирована для создания стратегических средств ПРО.

Обычно в качестве космической ЭП рассматривается «рельсотрон» – две токопроводящие шины («рельсы»), между которыми создается разность потенциалов. Токопроводящий снаряд (или его часть, например, облачко плазмы в хвостовой части снаряда) располагается между рельсами и замыкает электрическую цепь. Ток создает магнитное поле, взаимодействуя с которым снаряд ускоряется силой Лоренца. При токе в несколько миллионов ампер можно создать поле в сотни килогаусс, которое способно разгонять снаряды с ускорением до 10⁵ g. Чтобы снаряд приобрел необходимую скорость 10 - 40 км/с, потребуется ЭП длиной 100–300 м. Снаряды у таких орудий, вероятно, будут иметь массу ~ 1 кг (при скорости 20 км/с запас его кинетической энергии будет ~ 10⁸ Дж, что эквивалентно взрыву 20 кг тротила) и будут снабжены полуактивной системой самонаведения. Прототипы таких снарядов уже созданы: они имеют ИК-датчики, реагирующие на факел ракеты или на излучение «подсвечивающего» лазера, отраженное от боеголовки. Эти датчики управляют реактивными двигателями, создающими снаряду боковой маневр. Вся система выдерживает перегрузки до 10⁵ g.

Опытные образцы ЭП стреляют снарядами массой 2–10 г со скоростью 5–10 км/с. Одной из важнейших проблем при создании ЭП является разработка мощного импульсного источника тока, в качестве которого обычно рассматривается униполярный генератор (ротор, разгоняемый турбиной до нескольких тысяч оборотов в минуту, с которого путем короткого замыкания снимается огромная пиковая мощность). Сейчас созданы такие генераторы с энергоемкостью до 10 Дж на 1 г собственной массы. При их использовании в составе ЭП масса энергоблока будет достигать сотни тонн. Как и для газовых лазеров, большую проблему для ЭП представляет рассеяние тепловой энергии в элементах самого устройства. При современной технике исполнения КПД ЭП вряд ли будет превышать 20%, а значит, большая часть энергии выстрела будет уходить на разогрев орудия. Можно не сомневаться, что прекрасные перспективы для разработчиков ЭП открывает создание высокотемпературных сверхпроводников. Использование этих материалов приведет к значительному улучшению характеристик ЭП.

Ракеты-перехватчики.

Может показаться, что стратегия «звездных войн» полностью основана на новых технических принципах, но это не так. Значительная доля усилий тратится на развитие традиционных средств ПРО, т.е. на разработку ракет-перехватчиков. В связи с прогрессом электроники и улучшением системы управления ПРО антиракеты теперь снабжаются неядерными боеголовками, поражающими ракету противника путем прямого соударения с ней. Для надежного поражения цели такие ракеты снабжены специальным поражающим элементом зонтичного типа, который представляет из себя раскрывающуюся конструкцию диаметром 5–10 м из сетки или упругих металлических лент.

Для защиты важных наземных объектов создаются противоракетные комплексы, способные уничтожать боеголовки на конечном участке траектории, в верхних слоях атмосферы. Иногда их боеголовки снабжают взрывчатым зарядом осколочного типа, рассеивающим в пространстве поражающие элементы наподобие картечи. Не отказываются и от применения ядерных зарядов в связи с появлением боеголовок, способных маневрировать в атмосфере. Для защиты шахтных пусковых установок МБР существуют артиллерийские и ракетные системы залпового огня, создающие на высоте несколько километров над землей плотную завесу из стальных шариков, которые поражают боеголовку при столкновении с ней.

Предполагается разместить ракеты-перехватчики и на орбитальных платформах для борьбы с ракетами и боеголовками вдоль всей надатмосферной части их траектории Не исключено, что именно антиракеты космического базирования станут первым реально развернутым в космосе элементом стратегической ПРО. Нынешняя администрация США хорошо понимает, что не успеет в полном объеме осуществить свои планы «звездных войн». Но, чтобы следующей администрации не было пути назад, важно уже сейчас сделать что-то реальное, перейти от слов к делу. Поэтому в срочном порядке обсуждается возможность в ближайшие годы развернуть в космосе примитивную систему ПРО на основе самонаводящихся антиракет, не способную в полном объеме выполнить задачу «космического зонтика над страной», но дающую некоторые преимущества в случае глобального ядерного конфликта.

В конце 1980-х были закончены испытания противоспутниковой системы воздушного базирования АСАТ (Anti-SATellite – противоспутниковый), основанной на истребителях F-15, несущих двухступенчатую ракету массой 1,2 т, которая выводит в космос на высоту до 1000 км перехватчик с инфракрасной системой самонаведения, уничтожающий спутник прямым ударом.

Пучковое оружие.

Мощный пучок заряженных частиц (электронов, протонов, ионов) или пучок нейтральных атомов также может быть использован в качестве оружия. Исследования по пучковому оружию начались в 1970-е с целью создать морскую боевую станцию для борьбы с противокорабельными ракетами. При этом предполагалось использовать пучок заряженных частиц, которые активно взаимодействуют с молекулами воздуха, ионизуют и нагревают их. Расширяясь, нагретый воздух существенно уменьшает свою плотность, что дает возможность заряженным частицам распространяться дальше. Серия коротких импульсов может сформировать своеобразный канал в атмосфере, сквозь который заряженные частицы будут распространяться почти беспрепятственно (для «пробивания канала» можно использовать и луч УФ-лазера). Импульсный пучок электронов с энергией частиц ~ 1 ГэВ и силой тока в несколько тысяч ампер, распространяясь через атмосферный канал, может поразить ракету на расстоянии 1–5 км. При энергии «выстрела» 1–10 МДж ракета получит механические повреждения, при энергии ~ 0,1 МДж может произойти подрыв боезаряда, а при энергии 0,01 МДж может быть повреждена электронная аппаратура ракеты.

Однако использовать пучки заряженных частиц в космосе для целей ПРО считается бесперспективным. Во-первых, такие пучки имеют заметную расходимость из-за кулоновского отталкивания одноименно заряженных частиц, а во-вторых, траектория заряженного пучка искривляется при взаимодействии с магнитным полем Земли. При ведении морского боя это не заметно, но на расстояниях в тысячи километров оба эти эффекта становятся весьма существенными. Для создания космической ПРО считается целесообразным использовать пучки нейтральных атомов (водорода, дейтерия), которые в виде ионов предварительно разгоняются в обычных ускорителях.

Быстролетящий атом водорода является достаточно слабо связанной системой: он теряет свой электрон при соударении с атомами на поверхности мишени. Но образующийся при этом быстрый протон обладает большой проникающей способностью: он может поразить электронную «начинку» ракеты, а при определенных условиях даже расплавить ядерную «начинку» боеголовки.

Поиск целей и управление огнем.

Для стратегической ПРО создается оружие, основанное как на новых, так и на известных ранее принципах. Можно не сомневаться, что некоторые их этих устройств будут доведены до уровня, когда смогут поражать в космосе ракету или боеголовку. Но остаются два важных вопроса: 1) можно ли создать надежные средства поиска и распознавания целей, а также средства управления огнем противоракетного оружия? 2) как изменятся возможности стратегической ПРО в случае целенаправленного противодействия ей со стороны противника? Рассмотрим первый вопрос. В чем задача средств поиска и управления?

Она в том, чтобы:

– держать под постоянным контролем всю территорию потенциального противника, акваторию Мирового океана и околоземное космическое пространство;

– обнаруживать, распознавать и следить за всеми потенциально опасными объектами (баллистическими и крылатыми ракетами, самолетами и спутниками, и т.д.), а после применения оружия оценить степень поражения цели;

– управлять системой ПРО, т.е. распределять имеющиеся боевые ресурсы по целям, следить за работоспособностью всех элементов системы и при необходимости вводить в действие резервные элементы, решать задачу степени опасности и необходимости применения оружия;

– точно наводить оружие на цели.

До сих пор решение этих задач являются наиболее сложным, а значит, наименее надежным компонентом космической ПРО. Ведь система поиска и управления должна обеспечить борьбу с тысячами МБР, десятками тысяч боеголовок и сотнями тысяч ложных целей, которые необходимо сопровождать от точки их пуска до точки перехвата.

Обнаружить взлетающую ракету можно в близком ИК-диапазоне по тепловому излучению ее двигателей. Запускавшиеся на орбиту в последние годы ИК-телескопы с матричными приемниками доказали, что это возможно уже сегодня. Большую проблему представляет обнаружение боеголовок после их разделения с носителем: в отличие от ракеты у боеголовки нет горячих частей. Для решения этой задачи нужны длинноволновые ИК-приемники, способные обнаруживать объекты комнатной температуры, но они сильно страдают от теплового фона земной поверхности. Поэтому они могут успешно обнаруживать свою цель только на фоне холодного космоса. А это означает, что спутник обнаружения должен находиться на низкой орбите между поверхностью Земли и пролетающими над ним боеголовками и его следящая аппаратура должна иметь большое поле зрения.

Сейчас разрабатываются новые широкоугольные оптические системы, использующие принцип устройства глаз у насекомых и некоторых ракообразных. Они состоят из большого количества стерженьковых линз-омматидий и создают неискаженное изображение большого поля зрения вплоть до полусферы. Это существенно упрощает компьютерную обработку изображения, захват и распознавание цели.

Тем не менее обработка сигнала, поступающего с приемника изображения, представляет большую проблему. Пусть ИК-матрица имеет 1 млн. элементов (скромный размер) и обеспечивает съемку с частотой 30 кадров в секунду Поскольку для обеспечения достаточного диапазона шкалы яркости считываемые с детекторов сигналы нужно преобразовывать в цифровой код с разрядностью не менее 6 бит, создаваемый такой матрицей поток информации будет достигать 200 Мбит/с. Обрабатывать такой поток в реальном времени чрезвычайно трудно. Поэтому первичную обработку сигнала – подавление фоновых помех, выделение ложных целей и т.п. – необходимо делать аналоговыми средствами еще в системе детектирования, а в компьютер посылать наиболее информативную часть данных (именно так работает человеческий глаз, имеющий примерно те же параметры, что упомянутая матрица).

Для обнаружения целей используются не только спутники с ИК-телескопами, но и традиционные радиолокаторы наземного и воздушного базирования: самолеты системы АВАКС, гигантские радиолокационные станции с фазированными антенными решетками. Для борьбы с тактическим ядерным оружием (крылатыми ракетами и проч.) предполагается использовать радиолокаторы на дирижаблях и беспилотных самолетах.

После обнаружения цели встает задача ее распознавания (т.е. определения ее природы) и селекции (т.е. отделения ложных целей от истинных ракет и боеголовок). Пассивные системы селекции исследуют излучение самой цели, а активные системы воздействуют на цель потоками квантов или частиц и изучают ее реакцию. Главное отличие истинных боеголовок от ложных в их массе: истинные значительно массивнее. Но по своей форме и свойствам поверхности они могут быть почти неразличимы. Поэтому считается более перспективным использовать для селекции целей не радиолокаторы и тепловые датчики, а пучки нейтральных частиц. Под действием такого пучка облучаемый объект испускает нейтроны и гамма-лучи в количестве, пропорциональном его массе. Боеголовка в надувной оболочке из пластика с металлическим покрытием будет восприниматься радиолокатором как надувная ложная цель, а при облучении пучком нейтральных частиц такая ошибка исключена.

После того как объект противника обнаружен, идентифицирован и принято решение о его уничтожении, необходимо прицелиться. Чем лучше сфокусирован луч или пучок оружия направленной энергии, тем сложнее его навести на цель. Для большинства видов космического оружия в качестве прицела придется применять настоящие телескопы с диаметром объектива порядка метра. Не исключено, что при наведении лазерного луча на цель будет использован эффект обращения волнового фронта. Для этого цель необходимо осветить маломощным лазером, а отраженный от нее свет, пройдя оптическую систему мощного боевого лазера, сам запустит поражающий импульс точно в том направлении, откуда он пришел, т. е. по направлению к цели. Сейчас такие системы самонаведения создаются для нужд термоядерной энергетики.

Немалую проблему представляет создание системы управления космической ПРО, естественно, основанное на суперкомпьютерах. Их программное обеспечение будет содержать от 10 до 100 млн. строк (в терминах языка Фортран). В то время как для повышения надежности материальной части компьютера существуют специальные методы (дублирование элементов, самоконтроль, корректирующие коды), для повышения надежности математического обеспечения есть лишь один способ – полномасштабные испытания во всех возможных ситуациях. Ясно, что такие испытания для системы ПРО невозможны: чтобы узнать поведение противника, необходимо начать войну. Практически подобные испытания невозможны даже для более скромных систем, поэтому ошибки программирования обходятся иногда очень дорого. Достаточно вспомнить обстоятельства гибели межпланетного зонда НАСА «Марс Климат Орбитер» в сентябре 1999, слишком углубившегося в атмосферу Марса при проведении аэродинамического торможения: причиной этого послужила ошибка интернациональной команды программистов, использовавших в одной части программы в качестве единицы длины километры, а в другой ее части – мили.

Ошибочное срабатывание крупных стратегических систем, связанное с неверным программированием, удавалось до сих пор предотвращать. Но с годами они происходят все чаще и причину этого нетрудно понять. Если в начале ядерной эры средства нападения были однотипными и легко отождествимыми (тяжелые бомбардировщики и мощные МБР), то сейчас они стали чрезвычайно разнообразными и изощренными (ракеты различных типов, самолеты любого веса, крылатые ракеты, и проч.). Поэтому порог дискриминации, т.е. граница между носителями ядерного оружия и всеми иными подвижными объектами, постоянно понижается, и соответственно уменьшается устойчивость военно-стратегического равновесия. Понижение порога дискриминации выражается в увеличении числа ложных срабатываний в системах раннего обнаружения типа НОРАД (североамериканская служба ПВО). До сих пор ошибочные решения компьютера предотвращали люди, время реакции у которых (минуты) короче подлетного времени ракет (десятки минут). В случае же перспективной системы космической ПРО перехват ракет должен производиться на активном участке их полета, длительность которого может быть сокращена до 100 с. В этом случае вмешательство человека исключается, и ошибочное решение компьютера об «ответном ударе» в действительности может стать решением о начале третьей мировой войны.

Космические транспортные системы.

Необходимым компонентом космической ПРО служит транспортная система, способная доставить на орбиту многочисленные боевые платформы, спутники наблюдения и управления, обеспечить профилактику и ремонт этих аппаратов. Важнейшим требованием к транспортной системе является большой грузооборот. Боевая платформа с фтор-водородным лазером мощностью 60 МВт должна иметь массу около 800 т (из них 700 т – топливная смесь). А для целей ПРО на орбиту нужно доставить десятки таких платформ – и это только часть всей системы! Ясно, что грузооборот будет исчисляться десятками тысяч тонн. Какими возможностями в связи с этим обладает американская астронавтика?

Система «Спейс шаттл».

Этот многоразовый транспортный космический корабль действует с 12 апреля 1981. В носовой части шаттла расположены кабина пилотов (3 человека) и пассажирская кабина (до 5 человек). А большую часть корпуса занимает негерметичный грузовой отсек: 18,3 м в длину и 4,5 м в диаметре. В нем корабль может поднять 29,5 т полезной нагрузки при запуске с мыса Флорида на низкую круговую орбиту или 15 т при запуске на полярную орбиту. С орбиты на Землю корабль может вернуть 14,5 т груза.

Шаттл можно считать двухступенчатым: первую ступень составляют два твердотопливных ускорителя, а вторую, орбитальную, ступень – сам ракетоплан с прикрепленным к нему внешним топливным баком. В хвостовой части шаттла установлены 3 основных ракетных двигателя, работающих на жидком водороде и жидком кислороде, запасенных в подвесном баке. В основании хвостового оперения корабля в двух отдельных отсеках находятся два двигателя орбитального маневрирования. Они обеспечивают тягу 2,7 т, а их топливо (10,9 т диметилгидразина и азотной кислоты) размещается в самом ракетоплане.

Старт корабля происходит вертикально: включаются три основных двигателя и два твердотопливных ускорителя. Через 2 мин на высоте 45 км ускорители заканчивают работу и отделяются. Продолжая движение по баллистической траектории, они достигают высоты около 70 км, а затем, падая на парашютах, приводняются в океан на расстоянии 260 км от места старта. Через 8 мин после старта на высоте около 113 км отключаются основные двигатели корабля и отделяется внешний топливный бак. Он падает в океан, частично разрушаясь в плотных слоях атмосферы.

Орбитальная ступень продолжает самостоятельный полет и с помощью двигателей орбитального маневрирования выходит сначала на промежуточную эллиптическую орбиту (перигей 110 км, апогей 280 км), а затем на круговую высотой около 300 км. Это основная рабочая орбита шаттла. Максимальная высота его полета около 1100 км. Продолжительность работы на орбите обычно составляет неделю, но может достигать и месяца.

Для схода с орбиты корабль ориентируется хвостовой частью вперед и на 2 мин включает двигатели маневрирования, создающие тормозной импульс. На высоте 150 км корабль разворачивается носом вперед и, используя свои аэродинамические свойства, сначала активно тормозится, а затем планирует в атмосфере. Он может совершать боковой маневр на расстояние до 2000 км от своего начального курса, что необходимо для посадки на запасные аэродромы. Посадка происходит с помощью шасси самолетного типа на взлетно-посадочную полосу со скоростью 330 км/с.

В США эксплуатировалось 4 аппарата этого типа: «Колумбия», «Дискавери», «Челленджер» и «Атлантис». Во время полетов шаттлов выводились спутники гражданского и военного назначения, космические телескопы и лаборатории, межпланетные зонды, отрабатывались операции по ремонту и дозаправке ИСЗ на орбите, проводились эксперименты по лазерной локации с Земли движущихся в космосе мишеней. В принципе, шаттл можно использовать и как носитель оружия для уничтожения космических объектов. Поэтому в СССР был создан и в 1988 успешно испытан аналог американского шаттла – космическая транспортная система «Энергия-Буран». В некоторых отношениях она даже превосходит шаттл; однако развал СССР привел к тому, что систему «Энергия-Буран» не довели до рабочего состояния.

Воздушно-космические самолеты.

Используя опыт разработки гиперзвуковых самолетов и шаттла, американские инженеры ищут возможность дальнейшего развития концепции воздушно-космического аппарата. Система «Спейс шаттл» не оправдала надежд. Ожидалось, что к началу 1980-х шаттлы заменят все одноразовые носители, будут совершать до 50 полетов в год, причем стоимость доставки грузов будет 220 долл. за 1 кг (по курсу 1971 года). Однако за 23 года эксплуатации, с 1981 по 2003, шаттлы совершили всего 113 полетов, потеряв при этом 2 корабля и 14 астронавтов. А стоимость подъема 1 кг груза была не менее 11 тыс. долл., или 4400 долл. по курсу 1971, т.е. в 20 раз больше первоначальной оценки! Поэтому продолжаются поиски более дешевого космического транспорта, который бы снизил затраты на подъем груза как минимум в 10 раз.

До последнего времени активно разрабатывался воздушно-космический самолет (ВКС) «X-30», способный совершать полеты в атмосфере на высотах 25–46 км и выводить грузы в космос. По габаритам он аналогичен пассажирскому авиалайнеру DC-9: длина 32 м, размах крыла 27 м, высота 8 м. Это автономный одноступенчатый аппарат, способный стартовать и садиться на аэродроме. При экипаже в 2 человека он, вероятно, будет иметь грузоподъемность 5 т. Основная проблема заключается в создании для него комбинированной двигательной установки. При взлете должен работать турбореактивный двигатель; при скоростях от 2 М до 5 М потребуется прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), а при больших скоростях (от 5 М до орбитальной скорости 25 М) можно использовать проектирующийся гиперзвуковой ПВРД. При полете в атмосфере окислителем служит кислород воздуха, а на больших высотах используется криогенное топливо (Н₂ + O₂). Испытания «Х-30» предполагалось начать в 1993, но и сейчас, в 2004, они еще не начаты и, возможно, проект будет приостановлен.

В других странах также идет работа над созданием ВКС. В Англии проектируется одноступенчатый аппарат «Хотол» с горизонтальными стартом и посадкой. Его длина 55 м, размах крыла 17 м, взлетный вес 196 т, вес на орбите 43 т. В отсеке полезной нагрузки размером 8 ґ 4,3 м разместится 7 т груза. Комбинированная силовая установка состоит из основных кислородно-водородных ЖРД и воздушно-реактивных двигателей, которые на первом этапе полета будут использовать атмосферный кислород. У аппарата нет подвесных баков: весь запас жидкого топлива разместится внутри фюзеляжа и займет почти весь его объем. Ожидается, что стоимость выведения 1 кг груза будет вдвое меньше, чем у системы «Спейс шаттл». Особенностью аппарата «Хотод» должна стать быстрая подготовка к полету, что особенно ценно для военного применения.

В Германии разрабатывают проект двухступенчатого ВКС «Зенгер». С экипажем из 2 человек он сможет доставить на орбиту 4 т груза или 10 пассажиров и 2 т груза. Стоимость доставки 1 кг груза на орбиту будет в 5 раз меньше, чем у системы «Спейс шаттл». В состав корабля «Зенгер» войдут две крылатые пилотируемые ступени: разгонная ступень обеспечит орбитальной ступени начальную скорость 6 М. Стартовая масса разгонной ступени 350 т, масса топлива в ней 200 т. Ее длина 50 м, а размах крыла 25 м. У ней 6 прямоточных двигателей тягой по 40 т, которые обеспечивают взлетную скорость 500 км/ч. Для взлета «Зенгера» подойдет большинство международных аэропортов, поскольку длина его разбега 2500 м, а уровень шума не больше, чем у «Конкорда». Еще одним достоинством проекта «Зенгер» считается то, что на базе его разгонной ступени можно создать гиперзвуковой авиалайнер на 200 пассажиров с дальностью полета 13 тыс. км.

Орбитальная ступень «Зенгера» имеет стартовую массу 50 т, массу топлива 35 т. Ее длина 25 м, а размах крыла 12 м. Диаметр отсека полезной нагрузки 4,5 м. Основным ее двигателем будет один кислородно-водородный ЖРД тягой 30–50 т, разработанный для системы «Спейс шаттл». Предполагается создать и одноразовую вторую ступень грузоподъемностью 10 т.

Можно ли использовать подобные летательные аппараты для военных целей? Как носитель ядерного оружия ВКС слишком дорог: при стоимости 1 млрд. долл. он несет 30 боеголовок, а ракета при стоимости 50–100 млн. долл. несет 10 боеголовок. К тому же ВКС недостаточно оперативен в случае ядерного нападения: носитель должен быть в воздухе через 15 мин после получения сигнала о нападении. Стратегический бомбардировщик может это сделать, так как у него обычное топливо, которое можно не сливать из баков самолета, а криогенное топливо ВКС необходимо хранить в специальных резервуарах и заправлять им аппарат непосредственно перед стартом. Но для долговременных военных проектов, таких, как создание космической системы ПРО, многофункциональные сравнительно дешевые ВКС, несомненно, представляют интерес. О степени заинтересованности различных ведомств США в создании ВКС можно судить по их вкладу в финансирование проекта «Х-30»: 40% дало министерство обороны, 20% – руководство организации СОИ и 40% – НАСА.

Перспективные ракеты-носители.

Огромный грузооборот, необходимый для развертывания космической ПРО, явно не по силам системе «Спейс шаттл». Перспективные ВКС обладают еще меньшей грузоподъемностью. Поэтому совершенно естественно конструкторская мысль вернулась к мощным одноразовым носителям с грузоподъемностью более 30 т. Их разработка резко ускорилась после первой катастрофы шаттла («Челленджер», 1986).

США располагают ракетами средней мощности «Торад-Дельта» (грузоподъемность около 2 т на низкую орбиту, стоимость запуска 60 млн. долл.) и «Атлас-Центавр» (5 т, 80 млн. долл.), а также более мощными «Титан-34Д» (8 т, 100 млн. долл.) и «Титан-4» (18 т, 250 млн. долл.). У последней из них, созданной фирмой «Мартин-Мариетта», головной обтекатель, под которым размещается груз, имеет длину 26,2 м и диаметр 5,1 м, т.е. существенно превосходит грузовой отсек шаттла.

Несколько фирм предлагают министерству обороны США и НАСА проекты мощных носителей на базе системы «Спейс шаттл», но с грузоподъемностью 35–80 т. Это одноразовые или частично возвращаемые носители; их грузоподъемность увеличена за счет отказа от пилотируемого ракетоплана. Некоторые из них способны возвращать на Землю блок двигателей для их повторного использования. В целом очевидно, что в случае реализации проектов тяжелых носителей и воздушно-космических самолетов проблема транспортировки и обслуживания на орбите элементов космической ПРО может быть решена.

Возможности преодоления космической ПРО.

В ответ на планы «звездных войн» советское руководство в середине 1980-х начало искать экономически приемлемый ответ. Были предприняты политические шаги, в целом направленные к разрядке напряженности, прекращению подземных ядерных испытаний и сокращению стратегических арсеналов. Так, в декабре 1987 был подписан Договор между СССР и США о ликвидации ракет средней и меньшей дальности; прекратились ядерные испытания. Это принесло определенные плоды. Но поиски технического ответа на планы создания космической ПРО не прекратились. При этом ответ должен был стать «асимметричным».

В конце 1980-х президент Рейган пообещал поделиться с Советским Союзом технологиями космической ПРО, так сказать, для восстановления равновесия. Мало кто воспринял это обещание всерьез, да само предложение подобного рода свидетельствовало о полной военно-технической некомпетентности президента. Ясно что создание в космосе двух аналогичных систем ПРО, основанных на оружии мгновенного действия (лазеры, ускорители частиц), означает немедленное начало боевых действии в космосе, которые, скорее всего, будут перенесены и на Землю. Нет ничего общего между симметричными системами наземного ядерного оружия основанными на МБР и других относительно медленных носителях, и системами лазерного и пучкового оружия, размещенного в космосе в пределах прямой видимости друг друга. В первом случае ущерб обеих сторон практически не зависит от того, кто первым «нажал кнопку», тогда как во втором случае он полностью определяется именно этим. Поэтому в первом случае равновесие относительно стабильно, а во втором – абсолютно неустойчиво.

Каким же может быть техническое решение, обеспечивающее не только равновесие, но и хотя бы минимальную стабильность? Ответ хорошо известен: это усиление противной стороной своих стратегических сил и создание средств противодействия ПРО. Это и называлось несимметричным ответом. Разумеется, пока не утверждена окончательная концепция космической ПРО, ответные меры можно представить себе только в самых общих чертах. Обычно их делят на активные (уничтожение элементов системы ПРО, нарушение каналов связи) и пассивные (увеличение численности и усиление защиты ракет и боеголовок, создание ложных целей и маскировка боевых ракетных залпов).

Сопротивляемость ракет лазерному излучению можно повысить во много раз с помощью сравнительно простых мер: вращение ракеты вокруг продольной оси приведет к распределению излучения на большую площадь; возможно применение дымовых и водяных «рубашек», закрывающих корпус ракеты; специальные отражающие и испаряющиеся покрытия не дадут лазерному лучу сразу коснуться стенки ракеты. В принципе, существуют материалы, значительно более устойчивые к высоким температурам, чем металл стенок ракеты, например, материалы на основе графита. Ими успешно заменяют в токамаках металлические детали, входящие в прямой контакт с плазмой.

Могут быть применены и различные методы маскировки старта МБР: специальные экраны, закрывающие факел ракеты; искусственная облачность над местом старта. С другой стороны, возможно применение дешевых ложных ракет, имитирующих старт МБР и отвлекающих на себя средство ПРО. Важно и то, в какой последовательности и в каких направлениях запускаются боевые и ложные ракеты: умело разработанная тактика запусков может существенно ускорить истощение ресурсов системы ПРО.

Среди активных мер противодействия можно отметить «ослепление» системы слежения и управления противоракетным оружием: для этого необходимы наземные лазеры средней мощности или ЭМИ-оружие. Вообще нарушение системы связи между космическими платформами и пунктами управления, вероятно, один из самых простых методов противодействия.

Предлагаются и различные способы разрушения космических платформ: с помощью так называемых космических мин – спутников с мощным зарядом, заранее выведенных на орбиту; а также путем рассеивания в космосе небольших твердых предметов (шариков), столкновение с которыми на большой скорости может повредить орбитальную платформу. Вообще, такие крупные и прецизионные аппараты, как лазеры и ускорители, движущиеся по известным орбитам, представляют из себя более уязвимую цель, чем неожиданно взлетающая МБР. Во всяком случае, для защиты космических платформ, вероятно, придется потратить не меньше средств, чем для защиты ракет. Наиболее защищенными в этом смысле выглядят рентгеновские лазеры, запускаемые ракетами с подводных лодок непосредственно в момент конфликта. Однако средства противолодочной борьбы развиваются сейчас не менее стремительно, чем противоракетные. Расчеты экспертов показали, что с учетом контрмер создание надежной стратегической системы ПРО невозможно, примем сами контрмеры потребуют значительно меньших затрат, чем система ПРО.

Технологии двойного назначения.

Столь масштабные программы, как СОИ, очевидно, не могут быть случайной политической авантюрой. В чем же их смысл и каковы их экономические корни? Вскрыть их помогает довольно простой анализ современных технологических тенденций, развивающихся под контролем военно-экономических структур.

Особенностью второй половины 20 в. явилось возникновение в крупных странах военно-промышленных комплексов. ВПК – это союз промышленных монополий, высших эшелонов военной и государственной бюрократии, идеологического аппарата и милитаризованной науки. Что их объединяет? Желание получить из государственного кармана гигантские ассигнования. Ведь военный бизнес выгоден как никакой другой (например, норма прибыли военных подрядчиков Пентагона более чем вдвое превышает аналогичный показатель гражданских фирм). Военный бизнес в значительной степени свободен от конкуренции, от конъюнктуры и может гарантировать долговременные высокие доходы.

Как ВПК добивается своих целей? Путем проталкивания программ государственных военных расходов, которые для ВПК служат доходами. Оправдывать эти программы перед собственным народом удается с помощью пропаганды. Здесь на первый план выступают оценки военных специалистов о соотношении сил в мире и распространение этих сведений с помощью государственного идеологического аппарата и средств массовой информации. Обеспечить поддержку военным программам помогает давление официальных властей. Военизированная наука в погоне за прибылью и авторитетом постоянно предлагает промышленности новые виды оружия, которые по своим характеристикам превосходят уже имеющиеся, обесценивают их и таким образом гарантируют рынки сбыта от насыщения.

В нынешнюю эпоху, когда темп гонки вооружений резко снизился, для ВПК было бы экономическим безумием делать многомиллиардные ставки на разработку исключительно военных технологий. В конечном счете интересы ВПК сосредоточены не на достижении военного превосходства, а лишь на получении максимальных прибылей. Если их перестанет приносить производство оружия, то в запасе должен быть вариант мирного использования созданных технологий.

Однако военное производство сугубо специализированно; универсальные технологии в нем редки: трудно найти мирное применение автоматическому стрелковому оружию и крупнокалиберной артиллерии, сверхзвуковым истребителям и ядерным авианосцам. Конечно, известны случаи успешного применения военной техники в народном хозяйстве: это мощные тягачи и суда на воздушной подушке, электроника и ракеты-носители. Но мирное применение новых технологий до сих пор, как правило, шло в арьергарде. Впервые в рамках СОИ для военного применения предлагаются технологии, разработка которых была стимулирована сугубо мирными потребностями человечества. Речь идет, прежде всего, о генераторах направленной энергии – мощных лазерах, УВЧ-генераторах и источниках пучков нейтральных частиц.

Эти приборы совершенствуются уже не первое десятилетие в связи с острейшей проблемой цивилизации – истощением источников энергии. Стремительное уменьшение запасов химического топлива – нефти, газа, угля – вынуждает обратиться к ядерной энергетике. Но атомные электростанции, использующие реакции деления тяжелых элементов, нельзя считать перспективным направлением. Атомная энергетика помогает решать насущные проблемы, но при этом увеличивает риск распространения ядерного оружия, загрязняет окружающую среду. Значительно более перспективна термоядерная энергетика, использующая для реакций синтеза легкие элементы. Запасы термоядерного топлива практически не ограничены, термоядерный реактор будет обладать достаточно высокой экологической чистотой, и в процессе его работы не будут образовываться вещества, которые можно было бы использовать для производства ядерного оружия.

К созданию термоядерного реактора физики продвигаются по трем перспективным направлениям: удержание плазмы в магнитном поле, нагрев и сжатие вещества лазерным излучением, мюонный катализ. Начнем с лазеров: именно лазерный термояд стимулировал в течение 40 прошедших лет создание сверхмощных квантовых генераторов. Принцип прост – осветив со всех сторон крохотную мишень из дейтерия и трития, добиться ее сжатия и нагрева до условий термоядерного синтеза. Первые успехи были получены в начале 1970-х на установках типа «Кальмар» (Физический институт РАН) с энергией лазерного «выстрела» около 1 кДж. К концу 1970-х в нескольких странах развернулось строительство лазеров нового типа: в СССР были созданы гигантские установки «УМИ-35», «Мишень-2», «Дельфин»; в США – «Гелиос», «Нова», «Шива». В них использовались лазеры на стекле с неодимом и на углекислом газе (CO₂). Первый из них – стеклянный – имел следующие характеристики: длина волны 1,06 мкм, выходная энергия 20 кДж, КПД 0,1%, частота повторения импульсов 1 имп/ч. Газовые лазеры обладали несколько иными параметрами: длина волны 10,6 мкм, выходная энергия 10 кДж, КПД 2 –5%, частота повторения 3 имп/ч. Но возможности развития лазеров далеко не исчерпаны. Теоретический предел для КПД газовых лазеров довольно высок – 40% (CO₂) и даже 90% (CO). Сейчас практика вплотную приблизилась к этому пределу, и характеристики самых современных лазеров значительно улучшились. Например, в Ливерморской лаборатории (США) работает термоядерная установка «Шива-Нова» с газовым ИК-лазером, дающим в импульсе около 100 кДж.

Расчеты показывают, что для строительства промышленного термоядерного реактора необходим лазер с энергией импульса 2–10 МДж. Для поражения же ракет, как мы видели, нужен лазер с энергией 10–200 МДж (в зависимости от материала, покрывающего стенки ракеты). Таким образом, лазер, удовлетворяющий требованиям СОИ, будет с запасом удовлетворять потребностям термоядерной энергетики и для него найдутся покупатели как в военной, так и в мирной сфере.

Сравнительные характеристики лазеров для целей ПРО и ЛТС

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ПРО И ЛТС (лазерного термоядерного синтеза)
Параметр	ПРО	ЛТС
Энергия импульса (МДж)	10 – 200	2 – 10
КПД (%)	20	5 – 10
Расходимость луча	10–6	10–4
Спектральный диапазон (мкм)	< 5	< 1
Ресурс работы (число импульсов)	104	108 – 109
Возможные типы лазеров	Стеклянный – Nd Электроионизационный – CO2 Эксимерный – KrF Химический – HF, DF на свободных электронах

Однако в области передовой техники тенденции могут быстро изменяться. В последнее время для сжатия и инерционного удержания термоядерного горючего стали применяться ускорители легких ионов, например лития. Они успешно конкурируют с лазерами, так как для поджига термоядерных реакций с помощью пучков легких ионов, по оценкам, требуется энергия около 10 МДж, а уже созданы ускорители с энергией около 4 МДж. Возможно, именно поэтому одним из перспективных компонентов СОИ считается пучковое оружие. Его предыстория также связана с термоядерной энергетикой и началась довольно давно.

Лазерный термояд и вообще инерционный метод удержания плазмы не единственный путь к энергетическому изобилию. Не менее перспективным считается и магнитное удержание плазмы. Разнообразные токамаки, стеллараторы и «магнитные бутылки» позволили уже вплотную приблизиться к условиям термоядерного синтеза. Важнейшее из них – температура 100 млн К – достигается только при использовании таких источников нагрева плазмы, как пучки нейтральных частиц и короткие радиоволны.

Пучки предварительно ускоренных заряженных частиц – электронов, протонов, различных ионов – давно используются для ядерных реакций. Но в термоядерном реакторе, например в токамаке, плазма окружена магнитным полем, сквозь которое заряженная частица прорваться не может. Единственный способ – разогнав заряженную частицу в электрическом поле ускорителя, сделать ее затем нейтральной, что даст ей возможность преодолеть магнитный барьер токамака. Попав в плазму, частица при столкновениях вновь ионизируется и уже не сможет покинуть магнитную ловушку.

Мощные источники пучков быстрых нейтральных атомов были созданы в начале 1970-х. В них формируется пучок быстрых ионов водорода Н⁺ (т.е. протонов), который пропускается через емкость, заполненную холодным нейтральным водородом. В результате реакции перезарядки часть протонов отрывает у атомов электроны и превращается в нейтральные атомы водорода. Но их большая скорость при этом почти не изменяется (ведь масса протона значительно больше массы электрона), и из установки вылетает пучок быстрых нейтральных атомов водорода. Созданные по такой схеме инжекторы позволяют получать в пучке диаметром 20 см поток атомов 10²⁰ атом/с, ускоренных до энергии 20–40 кэВ. Четыре таких инжектора работали на советской плазменной установке «Огра-IV». В 1978 в Окридже американские ученые создали инжектор быстрых атомов мощностью около 0,9 МВт. Четыре таких инжектора позволили получить на крупнейшем американском токамаке «PLT» (Princeton Large Torus) температуру плазмы 60 млн К.

Возможен и другой способ получения пучка быстрых атомов: ускорение отрицательных ионов водорода Н^– (т. е. атомов водорода с двумя электронами). Например, в 1986 в Лос-Аламосе на ускорителе «ATS» таким методом получены пучки нейтральных частиц с энергией 5 МэВ и мощностью пучка 0,5 МВт. На этом ускорителе созданные в специальном устройстве отрицательные ионы водорода сначала ускоряются до энергии 1 МэВ в высокочастотном квадруполе, а затем разгоняются до энергии 5 МэВ на линейном ускорителе. После этого производится удаление «лишнего» электрона с иона Н^–. Это делают, пропуская пучок сквозь тончайшую металлическую фольгу или слой газа. Эффективность этого процесса невелика: примерно половина ионов остается неразряженными. К тому же столкновения с неподвижными атомами нарушают форму пучка. В перспективе предлагается новый способ нейтрализации отрицательных ионов с помощью лазера. Для отрыва «лишнего» электрона, энергия связи которого 0,75 эВ, необходим ИК-лазер с длиной волны 16650 A или несколько меньше в зависимости от ориентации лазерного луча относительно пучка ионов (влияние эффекта Доплера). Эффективность нового способа нейтрализации будет не менее 90%.

В рамках СОИ облучать пучок нейтральных атомов лазермым лучом придется еще и по другой причине. Ведь пучок нейтральных атомов невидим, а для точного прицеливания необходимо знать не только координаты цели, но и направление выхода пучка из ускорителя. А это не очень просто. Один из способов – заставить пучок атомов светиться, используя явление резонансной флуоресценции. Для этого придется облучать пучок атомов лазерным лучом со специально подобранной длиной волны.

В 1990 в Лос-Аламосской лаборатории создан ускоритель «GTA», разгоняющий частицы до энергии 100 МэВ в пучке мощностью около 10 МВт. Это уже близко к требованиям космической системы ПРО. Для использования нейтральных пучков в качестве оружия, поражающего ядерный заряд боеголовки, необходима энергия частиц в сотни МэВ и мощность пучка в сотни МВт. Такие характеристики, безусловно, удовлетворяют термоядерную энергетику, а значит, соответствующие устройства также найдут потребителей в народном хозяйстве.

Эффективным методом разогрева плазмы является и облучение ее высокочастотным радиоизлучением. Чтобы это излучение поглощалось плазмой, нужно добиться циклотронного резонанса – равенства частот падающего излучения и колебания заряженных частиц в магнитном поле. Для ионов водорода эти частоты соответствуют диапазону радиоволн длиной около 10 м. В связи с потребностями радиосвязи для этого диапазона уже давно созданы генераторы мощностью в миллионы ватт. А вот циклотронная частота электронов составляет уже десятки тысяч мегагерц, что соответствует волнам миллиметрового диапазона, для которого долгое время не было мощных генераторов.

В Институте прикладной физики РАН были созданы генераторы нового типа – гиротроны, развивающие в миллиметровом диапазоне мощность в сотни киловатт. На токамаке «Т-10» с помощью радиоволн длиной 3,6 мм удалось довести температуру плазмы до 45 млн К при довольно высокой ее плотности. Причем мощность генератора в этих экспериментах была всего 0,8 МВт. Эффективность нагрева в такой установке оказалась выше, чем при нагреве плазмы нейтральными пучками на токамаке «PLT». В американской печати сообщалось о разработке более мощных генераторов миллиметровых волн – гироконов – мощностью до 1 ГВт. Сфокусированные параболической антенной диаметром 20 м, эти волны создадут на расстоянии 1000 км пятно диаметром 50–100 м с плотностью потока мощности около 10 Вт/см². А это уже приближается к мощности, необходимой для поражения МБР (~ 100 Вт/см²), и уж во всяком случае удовлетворяет потребностям термоядерной энергетики.

Микроволновые излучатели предполагается использовать также для передачи из космоса на Землю энергии орбитальных солнечных электростанций. При этом станет возможным снабжать энергией мобильные средства: в НАСА сконструирован самолет, который может питаться электроэнергией от наземных или космических станций с помощью микроволновых лучей мощностью 2 МВт. Этот беспилотный аппарат с размахом крыла 45 м и двигателем 40 л. с. может находиться в воздухе до 3 месяцев без посадки. Он должен летать по замкнутому маршруту на высоте 22,5 км и может использоваться для контроля воздушной среды. Он способен также выполнять задачи в качестве элемента воздушной системы раннего оповещения более дешевого, чем ИСЗ, и более надежного, чем дирижабль или привязной аэростат. «Дневной» прототип такого самолета уже создан и летает, используя энергию солнечных элементов, размещенных на крыльях. Микроволновые энергетические станции сделают такие аппараты круглосуточными.

Таким образом, мощные лазеры, ускорители нейтральных частиц и генераторы СВЧ-излучения, создаваемые для систем космической ПРО, являются также перспективной техникой народного хозяйства, связанной с потребностями термоядерной энергетики. А это сулит огромные рынки сбыта для новых технологий и является дополнительным (если не определяющим) стимулом для ВПК при разработке новых мощных источников направленной энергии.

Большие перспективы сулит и применение мирных рентгеновских лазеров: как источники когерентных волн они приведут к рождению молекулярной голографии, позволят создать рентгеновский микроскоп и расшифровать структуру молекул и атомов. Возможность воздействовать на атомы и их ядра строго дозированными квантами энергии позволит изучать и направленным образом изменять структуру атомных ядер. Подобрав частоту излучения, можно раскачивать и разрывать определенные связи в ядре и осуществлять таким образом самые экзотические ядерные превращения. Ту роль, которую играют сейчас оптические лазеры в области управления химическими реакциями, рентгеновские лазеры будут играть в сфере ядерных превращений. Поэтому уже десятки лет продолжаются попытки создать рентгеновский лазер используя, разумеется, не разрушительную энергию ядерного взрыва, а «прирученную» энергию, например, обычных оптических лазеров.

Как почти все основные компоненты программы СОИ, воздушно-космический самолет должен найти применение в народном хозяйстве. На базе Х-30 проектируется гражданский гиперзвуковой транспортный самолет «Восточный экспресс» (X-31), который при вместимости 300–500 пассажиров будет более быстрым и более выгодным, чем сверхзвуковой «Конкорд» на линиях типа Токио – Вашингтон.

Итак, практически каждая новая система оружия, предложенная для «звездных войн», может найти важное применение в народном хозяйстве.

Заключение.

Не вызывает сомнения, что некоторые боевые средства космической системы ПРО могут быть созданы – это прежде всего лазеры, источники нейтральных пучков и электромагнитные ускорители массы. Вызывает некоторые сомнения возможность быстрого создания рентгеновского лазера, а также аппаратуры для поиска цели и управления огнем. В последнем случае речь идет не о возможности функционирования этой аппаратуры, а о ее малой надежности при современных методах программирования ЭВМ. Вероятно, в ближайшее десятилетие может быть создан и космический транспорт, необходимый для развертывания системы ПРО. Однако, учитывая возможный комплекс мер по противодействию этой системе, можно утверждать, что она окажется малоэффективной для отражения массивного удара крупной ядерной державы, но, возможно, сможет противостоять нападению ядерных террористов.

Вообще, возможность ядерного терроризма со стороны безответственных государств или даже маньяков-одиночек в последнее время часто выдвигают в качестве аргумента, оправдывающего СОИ. Однако все малые государства, рвущиеся к ядерному оружию, находятся под прямой политической зависимостью сверхдержав, и для контроля над их амбициями не нужны системы ПРО. А ядерному безумцу вряд ли по силам создать МБР; скорее всего, он обойдется наземными средствами доставки.

Еще одним направлением, по которому можно ожидать оправдания работ в рамках СОИ, становится защита Земли от космических «гостей»: высказываются идеи о необходимости создания противометеоритных орбитальных комплексов (ПРОК) вместо системы ПРО. Любопытно, что это предложение поддерживал идеолог космического оружия Э.Теллер с той лишь поправкой, что создавать их следует не «вместо», а вместе. К сожалению, американский физик в этом вопросе оказался большим реалистом, чем некоторые борцы за мир. ПРОК, который по элементарным оценкам должен обладать существенно более развитыми характеристиками, чем система ПРО, создаст ничуть не меньшую потенциальную угрозу человечеству, чем программа «звездных войн».

Важно, что почти все технологии, развиваемые в рамках СОИ (мощные лазеры и источники нейтральных частиц, мощные компьютеры и космический транспорт, адаптивная оптика и электромагнитный ускоритель массы), найдут широкое применение в народном хозяйстве, а это гарантирует огромные прибыли для ВПК независимо от развития событий в мире. Не исключено, что СОИ является своеобразным прикрытием для развития новых перспективных технологий за счет средств, выделяемых на оборону страны. Именно поэтому ВПК будет добиваться продолжения работ в рамках СОИ. В необходимости этого нетрудно будет убедить американскую общественность после ужасных событий 11 сентября 2001 – нападения авиа-террористов на Нью-Йорк и Вашингтон. Уже испытывается чрезвычайно урезанный вариант СОИ, предполагающий использование только самонаводящихся антиракет космического и наземного базирования. Будет ли создаваться космическая ПРО в полном объеме – покажут ближайшие годы.

Владимир Сурдин