Военный лазер

Лазерное оружие всегда вызывает множество споров. Одни считают его оружием будущего, другие категорически отрицают вероятность появления эффективных образцов такого оружия в ближайшем будущем. Люди задумывались о лазерном оружии даже до его фактического появления, вспомним классическое произведение «Гиперболоид инженера Гарина» Алексея Толстого (безусловно, в произведении указан не совсем лазер, но близкое к нему по действию и последствиям применения оружие).

Создание реального лазера в 50-х – 60-х годах XX века вновь подняло тему лазерного оружия. На протяжении десятилетий оно стало непременным атрибутом фантастических фильмов. Реальные успехи были гораздо скромнее. Да, лазеры заняли важную нишу в системах разведки и целеуказания, широко применяются в промышленности, но для использования в качестве средства поражения их мощность по-прежнему была недостаточной, а массогабаритные характеристики неприемлемыми. Как эволюционировали лазерные технологии, насколько они готовы к применению в военных целях в настоящее время?

Первый действующий лазер был создан в 1960 году. Это был импульсный твердотельный лазер на искусственном рубине. На момент создания это были самые высокие технологии. В наше время такой лазер можно собрать в домашних условиях, при этом энергия его импульса может достигать 100 Дж.

Схема первого лазера на искусственном рубинеСамодельный лазер на искусственном рубине с энергией импульса 5 Дж и простреленная семью импульсами этого лазера монета, лазер построен @Laserbuilder, им планируется создание аналогичного лазера с энергией импульса до 100 Дж

Ещё более простым в реализации является азотный лазер, для его реализации не нужны сложные покупные изделия, он может работать даже на азоте, содержащемся в атмосфере. При наличии прямых рук он может быть легко собран в домашних условиях.

Самодельный азотный лазер, изготовленный Джарродом Кинси

Процесс самостоятельной сборки и демонстрация работы азотного лазера

С момента создания первого лазера найдено огромное количество способов получения лазерного излучения. Существуют твердотельные лазеры, газовые лазеры, лазеры на красителях, лазеры на свободных электронах, волоконные лазеры, полупроводниковые и другие лазеры.

Также лазеры различаются по способу возбуждения. Например, в газовых лазерах различных конструкций, возбуждение активной среды может осуществляться оптическим излучением, разрядом электрического тока, химической реакцией, ядерной накачкой, тепловой накачкой (газодинамические лазеры, ГДЛ). Появление полупроводниковых лазеров породило лазеры типа DPSS (Diode-pumped solid-state laser – твердотельный лазер с диодной накачкой).

Различные конструкции лазеров позволяют получить на выходе излучение разных длин волн, от мягкого рентгеновского излучения, до излучения инфракрасного спектра. В разработке находятся лазеры, излучающие жесткое рентгеновское излучение и гамма-лазеры. Это позволяет подбирать лазер исходя из решаемой задачи. Относительно военного применение, это означает, к примеру, возможность выбора лазера, с излучением такой длины волны, которая минимально поглощается атмосферой планеты.

С момента разработки первого прототипа, непрерывно росла мощность, улучшались массогабаритные характеристики и коэффициент полезного действия (КПД) лазеров. Очень наглядно это заметно на примере лазерных диодов. В 90-х годах прошлого века в широкой продаже появились лазерные указки мощностью 2-5 мВт, в 2005-2010 годах уже можно было приобрести лазерную указку 200-300 мВт, сейчас, в 2019 году, в продаже есть лазерные указки с оптической мощностью 7 Вт. В России в открытой продаже есть модули инфракрасных лазерных диодов с оптоволоконным выходом, оптической мощностью 350 Вт.

Лазерная указка с оптической мощностью 7 Вт, длина волны 445 нм

Темпы роста мощности лазерных диодов сравнимы со скоростью роста вычислительной мощностью процессоров, в соответствии с законом Мура. Безусловно лазерные диоды не пригодны для создания боевых лазеров, но они в свою очередь используются для накачки эффективных твердотельных и волоконных лазеров. Для лазерных диодов КПД преобразования электрической энергии в оптическую может составлять свыше 50%, теоретически можно получить КПД и свыше 80%. Высокий КПД не только снижает требования к источнику питания, но и упрощает охлаждение лазерного оборудования.

Важным элементом лазера является система фокусировки луча – чем меньше площадь пятна на цели, тем выше удельная мощность, позволяющая нанести повреждение. Прогресс в создании сложных оптических систем и появление новых высокотемпературных оптических материалов позволяет создавать высокоэффективные системы фокусировки. В систему фокусировки и наведения американского экспериментального боевого лазера HEL входит 127 зеркал, линз и светофильтров.

Ещё одним важным компонентом, обеспечивающим возможность создания лазерного оружия, является разработка систем наведения и удержания луча на цели. Чтобы поражать цели «мгновенным» выстрелом, за доли секунды, нужны гигаваттные мощности, но создание таких лазеров и источников питания для них на мобильном шасси дело отдалённого будущего. Соответственно, для уничтожения целей лазерами мощностью сотни киловатт – десятки мегаватт, необходимо удержание пятна лазерного излучения на цели некоторое время (от нескольких секунд до нескольких десятков секунд). Для этого необходимы высокоточные и высокоскоростные приводы, способные осуществлять слежение лучом лазера за целью, по данным системы наведения.

При стрельбе на большие дальности система наведения должна компенсировать искажения, вносимые атмосферой, для чего в системе наведения могут применяться несколько лазеров различного назначения, обеспечивающих точное наведение основного «боевого» лазера на цель.

Какие лазеры получили приоритетное развитие в сфере вооружений? В связи с отсутствием мощных источников оптической накачки таковыми стали в первую очередь газодинамические и химические лазеры.

В конце XX века общественное мнение всколыхнула американская программа Стратегической оборонной инициативы (СОИ). В рамках этой программы предполагалось развёртывание лазерного оружия на земле и в космосе для поражения советских межконтинентальных баллистических ракет (МБР). Для размещения на орбите предполагалось использовать лазеры с ядерной накачкой, излучающие в рентгеновском диапазоне или химические лазеры мощностью до 20 мегаватт.

Программа СОИ столкнулась с многочисленными техническими трудностями и была закрыта. В тоже время некоторые проводимые в рамках программы исследования позволили получить достаточно мощные лазеры. В 1985 году лазер на фториде дейтерия с выходной мощностью 2,2 мегаватта разрушил закреплённую в 1 километре от лазера жидкостную баллистическую ракету. В результате 12-секундного облучения стенки корпуса ракеты потеряли прочность и были разрушены внутренним давлением.

В СССР также велись разработки боевых лазеров. В 80-е годы XX века велись работы по созданию орбитальной платформы «Скиф» с газодинамическим лазером мощностью 100 кВт. Массогабаритный макет «Скиф-ДМ» (космический аппарат «Полюс») был выведен на орбиту Земли в 1987 году, но из-за ряда ошибок не вышел на расчётную орбиту и по баллистической траектории был затоплен в Тихом океане. Развал СССР поставил крест на этом и аналогичных проектах.

Космический аппарат «Полюс» («Скиф-ДМ») на сверхтяжёлой ракете-носителе «Энергия»

Масштабные исследования лазерного оружия проводились в СССР в рамках программы «Терра». Программа зональной системы противоракетной и противокосмической обороны с лучевым поражающим элементом на основе лазерного оружия высокой мощности «Терра» реализовывалась с 1965 г. по 1992 г. По открытым данным, в рамках данной программы прорабатывались газодинамические лазеры, твердотельные лазеры, взрывные иодные фотодиссоционные и другие типы лазеров.

Лазеры АЖ-4Т и АЖ-5Т из состава комплекса «Терра-3»

Также в СССР с середины 70-х годов XX века разрабатывался лазерный комплекс воздушного базирования А-60 на базе самолёта Ил-76МД. Изначально комплекс предназначался для борьбы с автоматическими дрейфующими аэростатами. В качестве вооружения должен был быть установлен непрерывный газодинамический СО-лазер мегаваттного класса разработки КБ «Химавтоматики» (КБХА).

В рамках испытаний было создано семейство стендовых образцов ГДЛ с мощностью излучения от 10 до 600 кВт. Можно предположить, что на момент испытаний комплекса А-60 на нём был установлен лазер мощностью 100 кВт.

Было выполнено несколько десятков полетов с испытанием лазерной установки по стратосферному аэростату, находящемуся на высоте 30-40 км и по мишени Ла-17. В части источников указывается на то, что комплекс с самолетом А-60 создавался в качестве авиационного лазерного компонента ПРО по программе «Терра-3».

Лазерный комплекс воздушного базирования А-60

В феврале 2010 г. в СМИ прошло сообщение о возобновлении работ по лазерному оружию воздушного базирования на платформе Ил-76МД-90А с двигателями ПС-90А-76. Концерн ВКО «Алмаз-Антей», ТАНТК имени Г.М. Бериева и предприятие «Химпромавтоматика» в Воронеже получили задание на создание авиационного комплекса с «лазером, способным прожигать корпуса самолетов, спутников и баллистических ракет».

Самолет Ил-76МД-90А, переоборудованный для этой цели, в октябре 2014 года совершил первый полет и 24 ноября 2014 г. прибыл в Таганрог для установки лазерного комплекса. Доработка машины и ее наземная отработка продолжались два года, и 4 октября 2016 г. в СМИ прошло сообщение о начале летных испытаний преемника А-60. Как следует из слов заместителя министра обороны Российской Федерации Юрия Борисова, «продолжаются летные эксперименты, результаты которых подтверждают правильность принятых решений».

Какие типы лазеров наиболее перспективны для применения в военных целях в настоящее время? При всех достоинствах газодинамических и химических лазеров, у них есть существенные недостатки: необходимость в расходных компонентах, инерция запуска (по некоторым данным до одной минуты), значительное тепловыделение, большие габариты, выход отработанных компонентов активной среды. Такие лазеры могут быть размещены только на крупных носителях.

В настоящий момент наибольшие перспективы имеют твердотельные и волоконные лазеры, для работы которых необходимо лишь обеспечить их электроэнергией достаточной мощности. Военно-морские силы США активно прорабатывают технологию лазера на свободных электронах. К важным преимуществам волоконных лазеров можно отнести их масштабируемость, т.е. возможность объединять несколько модулей для получения большей мощности. Важна и обратная масштабируемость, если создан твердотельный лазер мощностью 300 кВт, то наверняка его основе может быть создан менее габаритный лазер мощностью, например, 30 кВт.

Какая ситуация с волоконными и твердотельными лазерами в России? Наука СССР в части разработки и создания лазеров была самой передовой в мире. К сожалению развал СССР изменил всё. Одна из крупнейших в мире компаний по разработке и производству волоконных лазеров IPG Photonics основана выходцем из России В. П. Гапонцевым на базе российской компании НТО «ИРЭ-Полюс».

В настоящий момент головная компания IPG Photonics зарегистрирована в США. Несмотря на то, что одна из крупнейших производственных площадок IPG Photonics расположена в России (Фрязино, Московская область), компания действует в рамках законодательства США и её лазеры не могут применяться в вооружённых силах РФ, в том числе компания должна выполнять наложенные на Россию санкции.

Вместе с тем возможности волоконных лазеров, производимых IPG Photonics, чрезвычайно высоки. Волоконные лазеры непрерывного излучения высокой мощности компании IPG обладают диапазоном мощности от 1 кВт до 500 кВт, а также широким спектром длин волн, КПД преобразования электрической энергии в оптическую доходит до 50 %. Параметры расходимости волоконных лазеров IPG намного превосходят другие лазеры большой мощности.

Волоконный лазер YLS мощностью 100 кВт производства IPG Photonics, по запросу доступны уровни мощности до 500 кВт

Есть ли в России другие разработчики и производители современных мощных волоконных и твердотельных лазеров? Если судить по коммерческим образцам, то нет.

Отечественный производитель в промышленном сегменте предлагает газовые лазеры мощностью максимум десятки кВт. Например, компания «Лазерные системы» в 2001 году представила кислородно-йодный лазер мощностью 10 кВт с химической эффективностью, превышающей 32%, являющийся наиболее перспективным компактным автономным источником мощного лазерного излучения этого типа. Теоретически кислородно-йодные лазеры могут достигать мощности до одного мегаватта.

Вместе с тем нельзя полностью исключать то, что отечественным учёным удалось совершить прорыв в каком-либо другом направлении создания мощных лазеров, основанный на глубоком понимании физики лазерных процессов.

В 2018 году президент России Владимир Путин анонсировал лазерный комплекс «Пересвет», предназначенный для решения задач противоракетной обороны и поражения орбитальных аппаратов противника. Данные о комплексе «Пересвет» засекречены, включая тип используемого лазера (лазеров?) и оптическую мощность.

Можно предположить, что наиболее вероятным кандидатом для установки в этот комплекс является газодинамический лазер, потомок лазера, разрабатывающегося для программы А-60. В этом случае оптическая мощность лазера комплекса «Пересвет» может составлять 200-400 киловатт, в оптимистичном сценарии до 1 мегаватта. В качестве другого кандидата можно рассмотреть ранее упомянутый кислородно-йодный лазер.

Если исходить из этого, то со стороны кабины основной машины комплекса «Пересвет» предположительно последовательно расположены – дизельный или бензиновый генератор электрического тока, компрессор, отсек хранения химических компонент, лазер с системой охлаждения, система наведения лазерного луча. Нигде не видно РЛС или ОЛС обнаружения целей, что предполагает внешнее целеуказание.

Лазерный комплекс «Пересвет»

В любом случае эти предположения могут оказаться ложными, как в связи с возможностью создания отечественными разработчиками принципиально новых лазеров, так и в связи с отсутствием достоверной информации по оптической мощности комплекса «Пересвет». В частности, в печати проскакивала информация о наличии в составе комплекса «Пересвет» малогабаритного ядерного реактора, в качестве источника энергии. Если это действительно так, то конфигурация комплекса и возможные характеристики могут быть совершенно иными.

Какой мощности нужен лазер, чтобы его можно было эффективно применять в военных целях как средство поражения? Во многом это зависит от предполагаемой дальности применения и характера поражаемых целей, а также способа их поражения.

В составе комплекса бортовой самозащиты «Витебск» присутствует станция активных помех Л-370-3С. Она осуществляет противодействие подлетающим ракетам противника с тепловой головкой самонаведения путём ослепления инфракрасным лазерным излучением. С учётом габаритов станции активных помех Л-370-3С, мощность лазерного излучателя составляет максимум несколько десятков ватт. Этого вряд ли достаточно для уничтожения тепловой головки самонаведения ракеты, но вполне достаточно для временного ослепления.

Станция активных помех Л-370-3С

В ходе испытаний комплекса А-60 с лазером мощностью 100 кВт поражались мишени Л-17, представляющие аналог реактивного самолёта. Дальность поражения неизвестна, можно предположить, что она составляла порядка 5-10 км.

Примеры испытаний зарубежных лазерных комплексов:

В ходе испытаний американского воздушного лазерного комплекса Boeing YAL-1 были уничтожены баллистические ракеты-мишени. Одна ракета-мишень с жидкостным ракетным двигателем, вторая твердотопливная, дальность стрельбы на испытаниях составила порядка 100 км.
На испытательном полигоне в Шробенхаузене компанией Rheinmetall были проведены испытания лазерной установки мощностью 20 кВт, уничтожающей беспилотный летательный аппарат (БПЛА) на расстоянии в 500 метров за 3,39 секунды.
Боевая бронированная машина Армии США «Страйкер», оснащенная мобильным высокоэнергетическим лазером (Mobile High-Energy Laser, MEHEL) мощностью 5 кВт, поразила небольшой БЛА на полигоне Графенвер в Германии (земля Бавария)
В ходе более 100 испытаний израильская лазерная система ПРО «Керен Барзель» в апреле 2014 г. система поразила 90% целей (мины, снаряды, БПЛА) показала работоспособность (Proof Of Concept), было проведено более 100 испытаний. Мощность применяемого лазера составляет несколько десятков киловатт.
Компания «Боинг» совместно с Армией США провели испытания перспективного боевого лазера HEL MD. Несмотря на плохую погоду – сильный ветер, дождь и туман – 10-киловаттная установка успешно поразила несколько воздушных целей на авиабазе Эглин во Флориде».
Предыдущее испытание комплекса проводились в 2013 г. на полигоне Уайт-Сэндз, штат Нью-Мексико. Тогда лазер поразил более 90 миномётных снарядов, и несколько БПЛА. В общей сложности за два испытания HEL MD поразил 150 воздушных целей, включая 60-миллиметровые миномётные снаряды и БЛА. В планах компании – увеличение мощности комплекса до 50-60 квт и усовершенствование системы энергообеспечения лазерной установки.

Боевой лазер HEL MD

Испытания боевого лазера HEL MD

Исходя из изложенного, можно предположить:

— для поражения малых БПЛА на дальности 1-5 км необходим лазер мощностью 2-5 кВт;

— для поражения неуправляемых мин, снарядов, и высокоточных боеприпасов на дальности 5-10 км необходим лазер мощностью 20-100 кВт;

— для поражения целей типа самолёт или ракета на дальности 100-500 км необходим лазер мощностью 1-10 МВт.

Лазеры указанных мощностей или уже существуют, или будут созданы в обозримой перспективе. Какие образцы лазерного вооружения в недалёком будущем могут использоваться военно-воздушными силами, наземными войсками и флотом, рассмотрим в продолжении настоящей статьи.

/Андрей Митрофанов, topwar.ru/

Правила игры в лазертаг

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Лазертаг – военно-спортивная игра, проходящая в реальном времени, сориентированная на поражение противника или специальных сценарных приспособлений с помощью макета оружия с вмонтированным в него излучателем инфракрасного импульса.
ПРАВИЛА ИГРОВОГО ПРОЦЕССА
1. Основные понятия
Пылесос — это ведение огня вслепую при невозможности быть пораженным в ответ.
Например, высовывание одного только оружия из-за угла или укрытия, высовывание дула в щели и небольшие дырки.
Отягчающим обстоятельством является неестественный хват оружия, к примеру, хват штурмовой винтовки одной рукой с поворотом кисти для стрельбы за угол.
Пылесос запрещен.
По соглашению сторон может быть разрешена стрельба из-за укрытия короткими очередями при естественном хвате оружия.
Страус — это ведение прицельного огня по противнику при невозможности быть пораженным в ответ.
Например, сокрытие датчиков рукой или любым материалом, мешающим прохождению лучей, сокрытие надетой на голову повязки за укрытием. Страусизм запрещен категорически.
Иисус — перезагрузка или воскрешение оружия в бою (с помощью пульта, аптечки или выкл./вкл. в Home Style режиме).
Запрещено
Рикошет – оптическое явление, отражение поражающего луча от различных поверхностей. Ограничений на использование рикошетов не накладывается.
Настройка оборудования (прошивка) – установка характеристик оружия (здоровье, жизнь, боезапас и т.п.), осуществляется только организаторами игры, как правило, до начала игрового сценария.
Изменение характеристик оружия игроками запрещено.
2. Игровые комплекты
Граната, мина
Организаторы имеют право запретить использование гранат, интегрированных в нестандартные макеты, если сочтут макет несоответствующим нормам безопасности.
Активировать гранату/мину мертвому игроку запрещено. Активированные гранаты запрещено выставлять из-за укрытия, не выпуская из рук и скрываясь от её поражения.
Возможны 3 варианта правил повторного использования гранаты/мины:
1) Single Use (по умолчанию) граната/мина используется только 1 раз за жизнь владельца (возможность снова использовать гранату появляется после использования аптечки).
2) Self ReUse граната/мина может быть повторно использована, но только владельцем.
3) Full ReUse граната/мина может быть повторно использована кем угодно, включая противников. В таком случае подобрать гранату/мину для повторного использования может только живой боец. При первом же требовании владельца граната/мина должна быть возращена.
Нож
Применение ножа мертвым игроком запрещено. При атаке с ножом запрещены действия , влекущие за собой причинение физического вреда противнику. Запрещено применять нож одновременно со стрельбой со второй руки из оружия, требующего двурукий хват. Может быть выбран один из режимов использования ножа:
1) Stealth mode. Применение ножа разрешено только вне боевого взаимодействия с противником (т.е. подкравшись сзади, как правило). Таким образом любое, даже рефлекторное, применение приемов рукопашного боя исключено.
2) InCombat mode. Применение ножа разрешено в процессе боевого взаимодействия (перестрелки). При этом разрешается отводить/отбивать руку с ножом, но не более того.
3) Hardcore mode. Применение ножа разрешено в процессе боевого взаимодействия, при этом для защиты разрешены различные приемы рукопашного боя (оговаривается заранее).
Пульт медика
Настройки пульта обговаривают до игры и не меняются в процессе, кроме как по согласию сторон. Мертвому игроку запрещено использовать комплект медика для помощи союзникам. При возрождении игрока запас пульта медика восстанавливается. Пульт медика не передается и используется только его владельцем (если заранее не оговорено иное). Запрещено самовольное восстановление запаса пульта медика на поле боя.
Повязка
Повязка должна быть закреплена на голове бойца максимально параллельно земле. Датчики запрещено закрывать одеждой (капюшонами, полями шляп и т.п.), не пропускающей ИК-луч. Запрещено отключать повязку или снимать ее с головы (или перемещать на другие части тела) во время боевых действий.
Броня
При игре по ДУ запрещается после прошивки снимать или облегчать броню.
3. Взаимодействие игроков
Переговоры
Если не оговорено иного, любое общение (по рации, напрямую, жестами, мимикой) разрешено только живым игрокам. При отыгрыше тактических сценариев (без или с малым количеством респаунов) любые сообщения со стороны мертвых игроков запрещены категорически. В спортивных или тактико-спортивных сценариях это правило может быть изменено по согласию сторон. Радиоперехват разрешается по соглашению сторон.
Контакт с противником
Физическое воздействие на противников запрещено. В частности, при близком столкновении с противником запрещены:
— отведение, захват, удержание ствола противника;
— приемы рукопашного боя;
— толчки, плевки, прочие непотребные действия.
Исключением являются ситуации защиты имущества или здоровья игрока, а также противодействие применению ножа в режимах InCombat и Hardcore.
Возрождение (респаун, респ)
Возрождение игроков производится только на дружественных базах с официальных аптечек. Считать ли убитым игрока с закончившимися патронами оговаривается заранее. Запрещены перемещения аптечек игроками, за исключением ситуаций, когда оборудованию грозит ущерб (например, в дождь). Запрещён захват аптечки противника. Исключением является любой заранее обговорённый сценарий.
4. Наказание за нарушение правил
Мастер – человек, следящий за порядком в время проведения игры. Организаторы автоматически становятся мастерами. Команды могут выбрать по одному мастеру от каждой стороны, которому они доверяют честное судейство.
Штраф – наказание игрока для поддержания порядка в игре. Величина непостоянная. Может быть наложен только мастерами.
Процесс выявления нарушения: 1) Обвинение игрока – обвинить игрока в нарушении может любой игрок, при наличии одного или более незаинтересованных свидетелей. Если обвинение не доказано, штраф накладывается на обвинителя.
2) Доказательство обвинения – происходит при разбирательстве ситуации с обязательным участием мастеров. Обвинитель должен рассказать ситуацию и представить свидетелей. Обвиняемый высказывает свою точку зрения. На основе полученных данных мастер выносит решение. 3) Время разбирательства – при незначительных нарушениях (не сильно повлиявших на баланс или игровой процесс) разбирательство происходит по окончанию сценария. При более серьёзных нарушениях, приведших к получению одной из сторон подавляющего преимущества, разбирательства проводятся безотлагательно.
5.Возможные виды штрафов
— предупреждение?
— казнь, то естьь удаление с поля боя в мертвятник (место пребывания убитых в процессе игры)?
— увеличение времени нахождения в мертвятнике?
— дисквалификация на определенное время?
— дисквалификация до конца сценария?
— дисквалификация до конца игры.
ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ МАНЕВРОВ
1. Основные понятия
Маневр — организованное передвижение войск в ходе выполнения боевой задачи.
Организатор – представитель одного из клубов, участвующих в маневрах, человек или группа лиц, ответственная за организационные вопросы.
Игрок – участник маневров, играющий за одну из противоборствующих сторон, представитель одного из клубов или независимый участник маневров.
Судья – организатор, не принимающий участия в маневрах в качестве игрока, или человек, компетентный в вопросах судейства, получивший мандат или всеобщее одобрение, зарекомендовавший себя перед организаторами всех клубов, принимающих участие в маневрах.
Задача — проблемная ситуация с явно заданной целью, которую необходимо достичь любыми допустимыми средствами, непротиворечащими всем правилам маневров.
Победа в маневрах – выполнение одной из противоборствующих сторон большего количества поставленных задач по сравнению с командой противника или выполнение основной задачи, если такая существует.
2. Частные понятия
Арсенал/оружейка – место хранения, подзарядки и выдачи игрового оружия. Каждая группировка, противоборствующая сторона имеет один арсенал. Место расположения арсенала определяется до начала маневров организаторами, представителями одной из противоборствующих сторон. Местоположение арсенала не известно игрокам и организаторам из противоположной группировки. Арсенал возможно расположить в ОСЗ, рядом с местом подзарядки (генератором или другим источником электроэнергии, внутри автомобиля, рядом с палаткой или другим местом при условии визуального распознавания арсенала любым участником маневров.
Условия визуального распознавания арсенала: скопление всех игровых комплектов лазертаг-оборудования, не принимающих участие в игре, не выданных игрокам или забранным у игроков на определенное время.
Игровое значение арсенала – место активации и выдачи лазертаг-комплекта игроку до начала игры или деактивации и сдачи игроком лазертаг-комплекта после убийства игрока или по любым другим причинам: поломка оборудования, разрядка аккумулятора, перерыв в игре и т.д.
Флаг – полотнище, знамя группировки, расположенное на мачте-флагштоке в хорошо обозримом месте. Каждая группировка, противоборствующая сторона имеет один флаг. Место расположения флага определяется до начала маневров организаторами, представителями одной из противоборствующих сторон. Местоположение флага не известно игрокам и организаторам из противоположной группировки. Флаг возможно расположить на ОСЗ, над автомобилем, рядом с палаткой или другим местом при условии визуального распознавания флага любым участником маневров.
Условия визуального распознавания флага: полотнище на флагштоке хорошо видно любому игроку на расстоянии 50 метров в светлое время суток.
Игровое значение флага –предмет, который нужно украсть, забрать в ходе перестрелки из лагеря противника, доставить к себе в лагерь и расположить его под своим флагом.
Главнокомандующий ставки – игрок или организатор, имеющий комплект лазертаг-оборудования, не оснащенный инфракрасным излучателем или лазером для поражения противника.Каждая группировка, противоборствующая сторона имеет одного главнокомандующего. Роль главнокомандующего могут исполнять поочередно любое кол-во игроков или организаторов. Главнокомандующий имеет отличительный предмет одежды – шлем, беретка, особая наплечная повязка для визуальной идентификации любым участником маневров. Данный предмет известен всем участникам маневров, включая противоборствующую сторону и судейство. Предмет остаётся неизменным до конца маневров.
Игровое значение главнокомандующего ставки – персонаж, охраняемый игроками своей группировки, представляющий цель для уничтожения игроками противоположной команды.
3. Правила проведения маневров
1) Бесконтактная игра – убийство противника, подрыв арсенала, захват флага или другие задачи должны быть выполнены без применения физической силы или угроз, физической расправы или давления подобного рода на противника.
2) Не играешь — сдай оружие и датчики. Любой игрок, убитый в бою, ОБЯЗАН сдать игровое оборудование в арсенал на определенное время. Он ОБЯЗАН зафиксировать факт убийства в едином реестре группировки путем внесения Ф.И.О. и времени сдачи в данный список. Данное событие должно быть отмечено судейство или неиграющим организатором. Любой убитый игрок может заниматься общественно-полезной деятельностью в лагере, не влияющей на игровой процесс, приготовление пищи, уборка места и т.д.
3) Не играешь – не мешай другим играть. Убитый игрок или обыватель лагеря (фотограф, водитель, дети и жены, неиграющий организатор, просто зеваки и т.д.) НЕ ПОДСКАЗЫВАЮТ живым игрокам путем переговоров по радиостанциям, телефонным звонкам, крикам, наведением рук, пальцев, фото-, видеотехники, фонариками и фарами автомобилей и любой другой сигнализацией местоположение противника.
4) Указали или обнаружил неполадки – исправь. Случаются ситуации, когда противник замечает неисправность вашего оборудования. После определения неисправности и взаимных претензий спокойно и без всякой суеты обратитесь к судье или организатору для устранения неисправностей.
5) Спорная ситуация – решат за тебя. Возникла спорная ситуация – обратитесь к судейству.
6) Начало игры определяет судейство, а не сам! Во время игры возможны остановки маневров на неопределенный срок. Это имеет место быть по причине обстоятельств, приведших к остановке игрового процесса: особые погодные условия, несчастные случаи, неразрешимые конфликты и т.д.
7) Организационные моменты — организаторам, игра — для игроков. Все вопросы относительно орг. моментов решают организаторы: начало игры, остановки, кол-во здоровья игроков, главнокомандующего, тайминги бомбы, длина и ширина флага и т.д. Все эти вопросы обсуждают организаторы до начала маневров.
8) Читерство запрещено. Читерство определяют судьи, а не игроки. Голословное обвинение должно быть подкреплено видео/фотоматериалами или мнением/свидетельством незаинтересованного в ситуации человека (судьи, неиграющего организатора). За доказанное читерство к игроку будут применяться наказания, согласованные судейством и всеми организаторами.
9) Нахождение на полигоне в неадекватным состоянии. Алкогольное или наркотическое опьянение строго запрещено.
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ИГРЕ В ЛАЗЕРТАГ
ЗАПРЕЩАЕТСЯ:
1. Играть в состоянии любого опьянения!
2. Направлять оружие на людей вне игровой зоны!
3. Выход на игровое поле без разрешения инструктора.
4. Прикрывать датчики поражения и отключать провод, соединяющий повязку с оружием. Оружие без провода не работает.
5. Бросать и ронять оружие, чтобы избежать его поломки и дорогостоящего ремонта!
6. Выключать и включать оборудование во время боя с целью восстановления количества жизней. Повторная активизация оборудования без инструктора невозможна.
7. Находиться в игровой зоне после «смерти», если это не предусмотрено игровым сценарием.
8. Нецензурная выражаться и физически контактировать с соперником: бить прикладом, руками, ногами, головой, хватать и ронять его.
РЕКОМЕНДУЕТСЯ:
1. При передвижении обращать внимание на все препятствия и помехи, из-за которых можно потерять равновесие. 2. В случае если кто-то из игроков поранился, НЕМЕДЛЕННО сообщить об этом инструктору. 3. В перерывах между играми ставить оружие в специальную стойку, предварительно навесив на него повязку.
4. Если оружие не стреляет или возникли какие-либо другие технические трудности сразу обращаться к инструктору.
5. Соблюдать правила техники безопасности и выполнять требования и указания инструкторов.

Самодельная лазерная установка «Lightsaber» — как это было, часть 1

Приветствую всех, в данной статье пойдет речь об одном из моих самых сложных проектов – самодельной установке с лазером на парах меди. Оговорюсь сразу, что проект выполнен успешно, доведен до полностью готового изделия и оправдывает то название, которое я ему дал. Я считаю нужным рассказать во всех подробностях, как он осуществлялся и с чем пришлось столкнуться на пути к его осуществлению. История создания установки довольно длинная, поэтому её придется разделить на несколько частей.
И ещё один небольшой дисклеймер: этот проект был осуществлен из-за моей большой любви к искусству получения лазерного излучения, во многом ради процесса его реализации, посему попрошу не задавать вопрос «зачем это надо» в комментариях. Представленная информация показана в ознакомительных целях, автор не несет ответственности за последствия попыток повторения описанного.
Картинка для привлечения внимания.

А продолжение — под катом.
Сначала придется сделать некоторое лирическое отступление. Все дело в том, что я, наверное, один из тех многих людей, которые когда-то мечтали о своем световом мече или лазерной пушке, по крайней мере в том виде, в котором это возможно при нынешних технологиях. И как оказалось, всё возможно, если над этим поработать. С начала студенческих времен я увлекся электротехникой, а именно – получением высоких напряжений и высоких частот. Так я для себя открыл такое интересное устройство как трансформатор Тесла в его многочисленных проявлениях с использованием самых разных топологий и самой различной элементной базы. Одновременно с этим я понял, что меня особенно притягивает эстетика дизельпанка, а именно хотелось, чтобы все мои изделия выглядели, будто попали ко мне прямиком из лабораторий Франкенштейна или самого Теслы. Именно поэтому я пускал в ход элементную базу, состоящую из старых масляных трансформаторов, мощных радиоламп, мотор-генераторов повышенной частоты (умформеров), измерительных щитовых приборов в карболитовом корпусе итп. Тем не менее, оказалось, что уже трудно кого-то удивить даже довольно длинным разрядом от трансформатора Тесла. Поэтому я решил изменить направление деятельности, заняв ту нишу, в которую рискнули пробраться очень немногие люди. А именно – посвятить свое хобби лазерной технике. Моей мечтой всегда было разобраться в том, какие бывают лазеры, раскрыть секреты их устройства и работы, наконец, построить свой собственный генератор когерентного излучения. Шло время, я изучал много литературы, общался с разными людьми, накапливался постепенно опыт по изучению, настройке и ремонту лазеров в лабораториях и добытый «хабар» в виде целых лазеров и их фрагментов, которые изучались мной самым подробным образом.
Среди всего многообразия лазеров, один из них заслуживает куда большего внимания чем остальные – лазер на парах меди. Когда удалось увидеть и пощупать такой лазер в работе в одной из лабораторий, он создал у меня самые мощные впечатления. А все дело вот в чем. Это самый эффективный лазер, работающий в видимом диапазоне спектра, способный иметь мощность излучения в десятки Ватт на длинах волн 510 нм (ярко-зелёный) и 578 нм (насыщенный жёлтый). Луч, содержащий обе линии излучения, имеет неповторимый зеленовато-лимонный цвет и способен прожигать различные горючие материалы не хуже луча инфракрасного СО2-лазера. Была поставлена цель обзавестись таким лазером.
Во время работы с подобным лазером в лаборатории, я понял, что рассчитывать на приобретение готовой установки не могу, не смотря на предпринятые попытки. Слишком она крупная, тяжелая и дорогостоящая. Как и любой лазер, она состоит из двух основных частей – излучателя и источника питания. Вот как выглядит одна из самых ранних моделей такого лазера – ЛГИ-101. Излучатель почти 2 метра длиной, а источник питания имеет размер «полновесного» домашнего холодильника. А весит как 4 холодильника. Заявленная мощность лазерного излучения суммарно по обеим линиям излучения составляет 5 Ватт при потребляемой в 2.5 кВт. Внешний вид излучателя и источника питания можно видеть на фотографиях:


Излучатель в свою очередь состоит из своего набора частей: самой главной – активного элемента, потом зеркал резонатора, системы охлаждения и корпуса в котором это все собрано воедино. Источник же питания состоит из ряда функциональных блоков, о которых ниже. Посему пришлось ограничиться поисками лишь незаменимой части — активного элемента (газоразрядной лазерной трубки), а потом мобилизовать весь свой опыт и хабар на то, чтобы построить всё то, чего не хватает. Через ещё некоторое время, с неоценимой помощью от моих знакомых, мне наконец-то пришел по почте заветный деревянный ящик, с совершенно новым активным элементом типа УЛ-102 «Квант», более свежей разработкой по сравнению с ЛГИ-101. По сравнению с ЛГИ-101, УЛ-102 почти вдвое меньшего размера, выдает точно такую же мощность излучения, а потребляемая мощность в 1.5 раза меньше, т.е. он гораздо экономичнее. «Голый» активный элемент (АЭ) УЛ-102 выглядит так.

Это массивное устройство из металла, керамики и стекла. Именно внутри него происходит преобразование электрической энергии в сильноточный газовый разряд, от тепла которого испаряется металлическая медь, и в котором атомы меди переходят в возбужденное состояние. При переходе из возбужденного состояния в основное атомы излучают фотоны, которые, сталкиваясь с другими возбужденными атомами, вызовут излучение новых фотонов, итак пока свет не усилится до максимально возможной величины, которая определяется степенью возбуждения активной среды. Для того чтобы свет беспрепятственно мог проходить через лазерную трубку и усиливаться в ней, на торцах находятся массивные оптические окна, а чтобы на нагрев меди до температуры её испарения затрачивать меньшую мощность требуется хорошая теплоизоляция внутренней керамической разрядной трубки, которая заключена в наружный корпус из розовой керамики. Электрическая энергия подводится к двум металлическим электродам снаружи, а внутри трубки находится неон под пониженным, относительно атмосферного, давлением. Именно разряд в неоне служит первичным источником тепла для испарения меди, расположенной в виде небольших кусочков внутри разрядного канала, в холодной трубке паров никаких нет, и разряд зажечь было бы невозможно, будь там полный вакуум. Вместе с лазерной трубкой мне достался и набор зеркал резонатора.

Таким образом, самые важные детали уже у меня появились.
У меня уже было представление о принципе работы этого лазера и что нужно для того, чтобы из набора запчастей получить мощное когерентное излучение. Нужно было придумать оптимальную систему термостабилизации активного элемента, собрать все воедино в виде лазерного излучателя, и самое главное – построить источник питания.
Из литературы известно, что лазер на парах меди может работать только в импульсном режиме. Частота следования импульсов для трубки УЛ-102 может меняться от 6 до 16 кГц. Каждый отдельный импульс питания должен иметь крутой фронт нарастания тока через разряд. Идеально, если крутизна фронта тока через разряд будет на уровне 50 наносекунд, что соизмеримо со временем жизни возбужденного состояния атомов меди, а величина тока в импульсе составит несколько сотен ампер при длительности импульса от 300 до 1000 нс. Вообще говоря, лазерная генерация получится и при меньшей крутизне фронта, на уровне 100 нс, и даже 300 нс, но эффективность её будет гораздо хуже. Надо ещё отметить, что напряжение на электродах трубки в предпробойный момент должно быть не менее 10 кВ, а лучше больше. Средняя мощность, вкладываемая в разряд отдельными импульсами, должна быть достаточной для разогрева и поддержания оптимальной температуры паров меди, и для УЛ-102 минимальное значение этой мощности равно 1600 Вт. Были и хорошие новости: у паров меди высочайший коэффициент усиления. Это значит что требования к точности юстировки резонатора очень либеральные (не нужны специальные высокоточные приспособления для крепления и регулировки положения зеркал). Кроме того коэффициент усиления тем выше, чем выше концентрация атомов меди в разряде, т.е. если разогреть достаточно сильно, то генерация может быть получена не с двумя, а одним зеркалом, а то и вовсе без них (однопроходное усиление спонтанного излучения или «сверхлюминесценция»). Это очень облегчало задачу постройки первичного макета, т.е. задача упрощалась до постройки только лишь источника питания, а постройку излучателя можно отложить на тот момент, когда будут отработаны тонкости с питанием. Теперь о питании. Если глянуть на схему питания трубки, то на первый взгляд все предельно просто. Буквально несколько деталей, при использовании простейшей топологии, которая в литературе называется «схема прямого возбуждения».

Все просто – 2 индуктивности, 2 конденсатора, коммутирующий тиратрон, трансформатор управления тиратроном. Все просто пока не присмотреться к номиналам деталей и предъявляемым к ним требованиям. Поскольку стоит задача получить хорошую крутизну фронта импульса тока через активный элемент, то тиратрон нужен быстродействующий, с водородным наполнением, высоким обратным напряжением и высоким коммутируемым током. Желательный минимум импульсного тока для тиратрона — 500 ампер. Лучше – 1000 или более. Обратное напряжение нужно хотя бы 20, лучше 25 кВ. Такие тиратроны обычно применялись в радарах и достать их не просто. Но мне повезло. Парочка завалялась в завалах хабара. Взгляд пал на красивый стеклянный ТГИ-700\25, размером с двухлитровую бутылку газировки. По номинальным параметрам подходит, смутило только сравнительно низкое (700 Гц) заявленное быстродействие, но решено пока попробовать воспользоваться им. Конденсаторы. От 1000 до 3300 пФ основной накопительный и 235-470 пФ дополнительный между электродов трубки. Тьфу, всего-то. Но! Рабочее напряжение нужно от 15 кВ. И крайне желательны малые потери на высокой частоте, паразитная индуктивность должна быть сведена к минимуму. Мне ведь нужно получить короткий фронт тока через трубку, иначе не видать когерентных фотонов как собственных ушей. Значит, годятся только керамические конденсаторы с высокой допустимой реактивной мощностью, которые применяются в ламповых радиопередатчиках и тех же радарах. Фффух, можно выдохнуть, такие у меня тоже есть, ведь накопились со времен, когда я занимался «теслами». Индуктивности. А вот с ними уже сложнее… До текущего момента мне не были нужны дроссели в моих поделках, по крайней мере такой величины, в 0.5 Гн, да ещё и без сердечника, с высокой электропрочностью. Такой дроссель нужен для т.н. «резонансного заряда» накопительных конденсаторов. В таком режиме процесс заряда происходит с максимальной эффективностью, а напряжение на конденсаторе можно удвоить относительно питающего. Пришлось наматывать такой дроссель из нескольких секций, благо опыт имеется. Соединяя нужное число секций можно было индуктивность регулировать ступенями, а изменяя расстояние между ними, индуктивность можно подстраивать плавно в некоторых пределах. Со вторым, блокирующим дросселем, который нужен для предотвращения протекания постоянного тока через активный элемент намного проще – там необходимая индуктивность составляет 100-300 мкГн, но электропрочность нужна тоже высокая. Поэтому я тоже намотал на каркасе, разделенном на секции. Вот так выглядел первый «суповой набор» для самой главной, как я её назвал, силовой части источника питания.

Но, этого всего мало. Для того чтобы тиратрон нормально работал – нужен источник напряжения для накала катода – появляется первый увесистый трансформатор. Для того чтобы поджигать разряд в лазерной трубке и коммутировать его – нужен источник высокого постоянного напряжения, при этом очень желательно иметь возможность регулировать его от 0 до 7-8 кВ. Наконец нужен генератор достаточно мощного управляющего сигнала для отпирания тиратрона. Появляется ещё один непростой блок для его генерации. С последним тоже было проще, так как остались блоки от неудачного проекта ламповой катушки Тесла с импульсным режимом работы, достаточно было перенастроить их для работы на нужной частоте.
Был собран вот такой макет подсистемы анодного напряжения силовой части, названный «ИВН» — источник высокого напряжения. Он состоял из двух силовых трансформаторов, дававших в последовательном включении до 8 кВ переменного напряжения, выпрямителя в виде диодного моста на столбах КЦ201Д, фильтрующего конденсатора к41-1а на 2 мкФ 10 кВ, ЛАТРа на 9А в первичной цепи силовых трансформаторов, кнопок включения и отключения по отдельности управляющего генератора и ИВН, приборов для контроля напряжения и тока.

Управляющий генератор (подмодулятор) состоит из двух основных блоков – задающего генератора и усилителя мощности. Оба блока выполнены на лампах – в задающем используется блокинг-генератор на лампе 6н6п с предварительным усилителем на тиратроне ТГИ1-10\1. Питание анодных цепей выпрямляется кенотроном.
Второй блок – усилитель мощности, на данном этапе был собран на лампе ГМИ-5, состоит из собственно усилителя и обвеса в виде источников смещения для первой и второй сетки, также на кенотронных выпрямителях. Анодное напряжение в 2 кВ получается с помощью удвоителя напряжения, также на кенотронах 6д22с. Оттого и так много в этом блоке ламп.
Наступил момент, когда нужно соединять все элементы в единую схему. Это выглядело вот так.
Схема же силовой части расположилась на столе рядом, и была собрана «на соплях», так как возможно придется что-то переделывать, подстраивать номиналы деталей.
Запуск последовал незамедлительно.
На первый взгляд все компоненты взаимодействуют правильно. Трансформаторы гудят, в лазерной трубке зажегся разряд, слышен характерный писк с частотой 10 кГц, коммутирующий тиратрон светится, но ещё предстоит увеличить напряжение питания до «проектных» 6 кВ. Строго говоря, напряжение не играет определяющую роль, важно достичь определенной средней мощности вкладываемой в разряд лазера, которая для данной трубки должна быть не менее 1600 Вт. Тут-то дело и застопорилось. На рубеже в 500 Вт тиратрон терял управляемость, попросту зависая в открытом положении приводя к КЗ у ИВН. Поигравшись с частотой следования импульсов (далее – ЧСИ), емкостью основного и дополнительного конденсатора, индуктивностью зарядного дросселя (из больших секций) удалось этот рубеж преодолеть и выйти на рубеж сначала в 1000, а потом и 1500 Вт. Оставалось только ждать постепенного нагрева и выхода трубки на рабочий температурный режим.
Однако, через небольшое время, порядка 10 минут снова тиратрон потерял управляемость, замкнув ИВН. Да и стало заметно, что с тиратроном что-то не так! Его анод раскалился докрасна!
За время, пока устройство работало стабильно, разрядный канал в лазерной трубке тоже успел нагреться докрасна, для него это в отличии от тиратрона более чем штатная работа. Но этой температуры для разрядного канала ещё совершенно недостаточно.
После нескольких попыток перезапуска стало ясно, что в тиратроне данного типа потери мощности слишком велики, нужен другой тиратрон, более подходящий. Пришлось извлекать из другого импульсного лазера тиратрон ТГИ1-1000\25, заодно я поменял топологию силовой части на более «продвинутую» схему, т.н. «генератор Блюмляйна».
Да и макет полностью преобразился – исчез длинный соединительный кабель между лазерной трубкой и силовой частью.
В такой топологии дела сразу пошли лучше. Схема работала вполне устойчиво и удалось достичь энерговклада в разряд на уровне 2000 Вт. Начался устойчивый разогрев разрядного канала.
Примерно через полчаса работы, стало заметно изменение цвета разряда. С оранжевого неонового он становился сначала розовым, потом светлел, пока не становился практически белым, после этого он приобретал грязный зеленовато-желтый оттенок. Появлялось спонтанное излучение меди, которая начинала испаряться. Наконец на фоне света от разряда стало проявляться сравнительно яркое зеленое пятно переливающееся «спеклами». Началась лазерная генерация в форме сверхлюминесценции, т.е. без зеркал резонатора. Яркость пятна лазерного света быстро увеличивалась, за несколько минут оно стало ослепительно-ярким.
Если с одной стороны трубки установить глухое зеркало резонатора и поймать правильное его положение то яркость увеличивается ещё примерно в 5 раз, а расходимость пучка сильно уменьшается
Хорошо виден лазерный луч!
А если на пути луча поставить линзу – то он уже способен выжигать на фанере. Что говорит о том, что световая мощность как минимум 0.5-1 Вт. И это только с одним зеркалом резонатора. Так что имеется ещё большой резерв выходную мощность увеличить путем установки второго зеркала. Для самодельной лазерной установки это уже большой успех! Особенно когда такие схемы питания осваиваются впервые.
Если отразить луч осколком CD-диска в стену, то видно что в луче есть 2 компонента – зелёный и желтый, желтая составляющая пока ещё выражена слабее зелёной.
Тем не менее, не смотря на полученные результаты, оставалась одна проблема, которая никак не позволяла перейти к окончательной сборке. А именно – неустойчивость работы тиратрона в режиме, когда лазер уже разогрет до рабочей температуры. Новой тщательной подгонкой режима работы удалось немного улучшить стабильность, а добавленная быстродействующая защита от КЗ позволяла просто перезапускать ИВН раз за разом. Но ЛАТР уже находился в аварийном состоянии, изоляция его обмотки была серьезно повреждена. Эксперименты пришлось на время прекратить. Решено было сосредоточить усилия на постройке излучателя. В первую очередь был изготовлен кожух с водяной рубашкой, внутрь которого помещалась лазерная трубка. Он нужен для того, чтобы термостабилизировать весь излучатель, чтобы от очень горячей боковой поверхности АЭ не нагревался корпус лазера. Также он выполняет функцию обратного проводника тока, расположенного коаксиально с АЭ. Это позволяет несколько уменьшить паразитную индуктивность АЭ. На его изготовление пригодился кусок трубы от фонарного столба, купленный в приемке металлолома и фрагменты обшивки старого холодильника. Труба была обточена до нужного размера, а из обшивки были вырезаны кольца и наружная часть. Кольца наделись на трубу, поверх обернут один слой листовой обшивки, и все это было пропаяно твердым припоем. Получилась металлическая труба с двойными стенками. Снизу был приварен крепежный фланец, которым эта часть стыкуется с алюминиевым диском. Помимо этого было сделано ещё 2 алюминиевых диска, на которых крепятся зеркала резонатора, и один текстолитовый, на котором размещено секторное крепление АЭ. Все эти диски стянуты между собой резьбовыми шпильками для получения цельной и жесткой конструкции. «Горячий» электрод АЭ во избежание пробоя отделен от кожуха самодельным текстолитовым изолятором. Текстолит был тоже самодельный – из стеклотканевой ленты моталась втулка, каждый слой промазывался эпоксидкой. Потом втулка сохла. После полного засыхания эпоксидки втулка была обточена на токарном станке до получения нужных размеров.
Каркас излучателя с водяной рубашкой.
С установленным активным элементом.
Так выглядит изолятор активного элемента.
Был изговтолен соединительный кабель с большим коаксиальным разъемом, рассчитанным на напряжение 50 кВ. Корпус разъема позаимствован от серийного лазера ЛГИ-21, сердцевина разъема самодельная. Кабель – антенный РК-50 из радара, с монолитной изоляцией центральной жилы. Роль дополнительного конденсатора 470 пФ теперь играет распределенная емкость этого соединительного кабеля совместно с паразитной емкостью монтажа.
В итоге была получена вот такая конструкция собранного излучателя. Оставалось сделать только наружный декоративный кожух, для которого уже была припасена канализационная труба диаметром 250мм. Но эту часть работы я пока откладывал. Нужно было убедиться, что излучатель работает нормально.
Продолжать работу с практически сгоревшим ЛАТРом было нельзя, поэтому решено было ЛАТР перемотать, превратив его в автотрансформатор с фиксированными отводами. Состояние обмотки «до»:
И «после»
Под эту обмотку и каркас бывшего ЛАТРа пришлось изготовить специальный многопозиционный переключатель. В ход пошли компоненты подвижной части ЛАТРа.
В сборе с обмоткой получилось вот так.
Переделанный автотрансформатор установлен на свое место.
Также была добавлена к быстрой защите от КЗ «медленная» в виде автомата в белом корпусе. Можно начинать новую серию экспериментов. Попытка запуска не задалась – по непонятным причинам обнаружена испортившейся лампа ГМИ-5 в усилителе мощности управляющего сигнала. Она натекла воздухом по спаям ножек со стеклом. Возможно от недостаточного охлаждения. В немедленном порядке лампа заменяется керамическим тиратроном ТГИ-270\12. Это потребовало некоторых переделок в схеме усилителя, в частности теперь цепи питания сеток стали не нужны.
Должен отметить, что на все потребовавшиеся переделки понадобилось примерно 2 месяца времени – на изготовление каркаса излучателя, переделку автотрансформатора и усилителя мощности. Все это время активный элемент лежал в коробке. После окончания всех переделок, он был оттуда извлечен, излучатель полностью собран и была предпринята попытка запуска. Снова неуспешная. Активный элемент обнаружен натекшим воздухом. Так выглядит разряд в нем, для фотографии АЭ был изъят из излучателя.
В тот момент проект пришлось останавливать на неопределенное время. Продолжение смотрите в следующей части

История одного из самых важных изобретений XX века — лазера

Путь к созданию лазера был найден не оптиками, а радиофизиками, которые издавна умели строить генераторы и усилители электромагнитных колебаний, использующие резонаторы и обратную связь. Им-то и было суждено сконструировать первые квантовые генераторы когерентного излучения, только не светового, а микроволнового.

Мазеры

Возможность создания такого генератора первым осознал профессор физики Колумбийского университета Чарльз Таунс. Эта мысль осенила его весной 1951 года во время прогулки по Франклин-скверу в центре Вашингтона. (Кстати, этому небольшому парку самой судьбой было предназначено войти в историю физической оптики. Именно там 3 июня 1880 года изобретатель телефона Александр Белл впервые испытал устройство, которое он считал своим главным изобретением. Прибор, который Белл назвал фотофоном, передавал звук не по проводам, а по световому лучу. Сегодня белловский фотофон считают предтечей опто-волоконных систем связи.)

Таунс понял, что можно построить микроволновой генератор с помощью пучка молекул, имеющих несколько уровней энергии. Для этого их нужно разделить электростатическими полями и загнать пучок возбужденных молекул в металлическую полость, где они перейдут на нижний уровень, излучая электромагнитные волны. Чтобы эта полость работала как резонатор, ее линейные размеры должны равняться длине излучаемых волн. Таунс поделился этой мыслью с аспирантом Джеймсом Гордоном и научным сотрудником Гербертом Цайгером. На роль среды они избрали аммиак, молекулы которого при переходе с возбужденного колебательного уровня на основной испускают волны длиной 12,6 мм. Изготовить высококачественный объемный резонатор такой величины было не слишком просто, но все же возможно. В апреле 1954-го Таунс и Гордон (Цайгер тогда уже ушел из университета) запустили первый в мире микроволновой квантовый генератор. Этот прибор Таунс назвал мазером (MASER — Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation).

Чарльз Таунс Хард

В Лаборатории колебаний Физического института АН СССР этой же темой занимались старший научный сотрудник Александр Прохоров и его аспирант Николай Басов. В мае 1952 года на Общесоюзной конференции по радиоспектроскопии они сделали доклад о возможности создания квантового усилителя СВЧ-излучения, работающего на пучке молекул все того же аммиака. В 1954 году, вскоре после выхода работы Таунса, Гордона и Цайгера, Прохоров и уже «остепенившийся» Басов опубликовали статью, где были приведены теоретические обоснования работы такого прибора. В 1964 году Таунс, Басов и Прохоров за эти исследования были удостоены Нобелевской премии.

От микроволн к свету

Не будет преувеличением сказать, что в середине 1950-х годов призрак оптического (в отличие от микроволнового) квантового генератора маячил в головах многих физиков — слишком многих, чтобы рассказать обо всех. Фактически не была решена лишь задача усиления вынужденного излучения с помощью положительной обратной связи. Поскольку длины световых волн измеряют десятыми долями микрона, изготовление объемного резонатора таких размеров было делом нереальным. Вероятно, возможность генерации света с помощью макроскопических открытых зеркальных резонаторов первым осознал американский физик Роберт Дике, который в мае 1956 года оформил эту идею в патентной заявке. В сентябре 1957 года Таунс набросал в записной книжке план создания такого генератора и назвал его оптическим мазером. Через год Таунс со своим старым другом и шурином Артуром Шавловым и независимо от них Прохоров выступили со статьями, содержащими теоретические обоснования этого метода генерации когерентного света.

Сам термин «лазер» возник даже раньше. Эту английскую аббревиатуру, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (в дословном переводе «усиление света с помощью стимулированного испускания излучения», хотя лазерами все же принято называть не усилители, а генераторы излучения, замена слова amplification на generation дает непроизносимое звукосочетание lgser), придумал аспирант Колумбийского университета Гордон Гулд, который совершенно самостоятельно провел детальный анализ методов получения стимулированного излучения оптического диапазона. Поздней осенью 1957 года это слово появилось на страницах блокнота, где он записывал свои размышления и вычисления. В то время Гулд ничего не публиковал и поэтому не получил признания, которое, бесспорно, заслужил. Правда, в 1970—1980-х он добился утверждения своих патентных заявок и наконец-то стал купаться если не в славе, то в долларах.

Долгий путь к «Терре». Развитие боевых лазеров ПРО СССР

В 1965 году несколько научных, проектных и производственных организаций СССР начали работу в рамках программы «Терра». Целью последней являлось создание перспективной системы противоракетной обороны, поражающей цели при помощи лазерного луча. Активные работы и полигонные испытания продолжались до конца семидесятых годов. За полтора десятилетия специалисты успели создать и построить научно-экспериментальный комплекс «Терра-3» (полигон Сары-Шаган), а также провести несколько вспомогательных исследований и проектов.

Лазерный локатор

Идея создания лазерного локатора для точного определения координат воздушных или иных целей появилась еще до старта «Терры» – ОКБ «Вымпел» занялось этой тематикой в 1962 г. В сентябре 1963-го проект под обозначением ЛЭ-1 получил одобрение Военно-промышленной комиссии, которая постановила построить опытный образец такого локатора. Затем «Вымпел» и Государственный оптический институт выполнили проектирование, и во второй половине семидесятых на полигоне Сары-Шаган началось строительство объекта.
Комплекс «Терра-3» в представлении американского художника. По-видимому, зарубежные аналитики приняли замеченный локатор ЛЭ-1 или телескоп ТГ-1 за боевой лазер
В соответствии с предложенной концепцией, первоначальный поиск целей должен был осуществляться радиолокатором. Затем в работу включался лазерный локатор, отличающийся большей точностью измерений. Данные с локатора ЛЭ-1 должны были поступать различным потребителям. После старта программы «Терра» в их числе оказался и боевой лазер.
На стадии разработки и опытов проект ЛЭ-1 столкнулся с трудностями. Расчетная мощность лазерного излучателя должна была достигать 1 кВт, однако имеющиеся изделия были гораздо слабее. Были проведены опыты с лазером и каскадом усилителей, но после определенного усиления луч начинал разрушать элементы такой системы. Альтернативой стала «батарея» из 196 лазеров с энергией 1 Дж, работающих поочередно.
Передающее устройство такого локатора представляло собой сборку из 196 отдельных лазерных элементов с собственными оптическими приборами на каждом, размещенных квадратом 14х14. Для них пришлось разработать особую электронную систему управления. Схожим образом выглядело и приемное устройство, имевшее 196 фотоэлементов.
Телескоп ТГ-1 из состава локатора
В 1969 г. работы по ЛЭ-1 передали в ЦКБ «Луч». В этот же период предприятие ЛОМО разработало специальный телескоп ТГ-1, предназначенный для работы в составе лазерного локатора. Продолжалось создание средств управления и обработки данных.
В 1973 г. началось строительство опытного локатора. В следующем году ЛЭ-1 и ТГ-1 приступили к работе. Испытания начались с отслеживания и сопровождения самолетов на дистанциях порядка 100 км. Затем целями для локатора стали баллистические ракеты и космические аппараты. Различные исследования и испытания с применением ЛЭ-1 продолжались до конца восьмидесятых годов.
Средняя мощность излучающей части локатора ЛЭ-1 составляла 2 кВт. Дальность обнаружения и сопровождения – до 400 км. Точность определения координат достигала нескольких угловых секунд. Ошибка по дальности – менее 10 м.

Взрывающийся лазер

В 1965 г. несколько ведущих научных организаций начали исследования в области фотодиссоционных лазеров (ФДЛ). Достаточно быстро выяснилось, что рубиновый ФДЛ с оптической накачкой не может показывать высокую мощность излучения. Для решения такой задачи предложили использовать сочетание оптической накачки большой мощности и энергии фронта ударной волны в ксеноне. Почти сразу работы по взрывным ФДЛ (ВФДЛ) включили в программу «Терра».

Излучатели лазерного локатора ЛЭ-1
Во второй половине шестидесятых ВНИИЭФ, ФИАН и ГОИ разработали и испытали целый ряд ВФДЛ разных конструкций и мощностей. Эти изделия объединял принцип действия. Кроме того, общей чертой была одноразовость: взрыв обеспечивал накачку активной среды, но разрушал конструкцию. Путем различных изменений конструкции, подбора материалов и оптимизации конфигурации удалось получить лазеры с коротким импульсом мощностью в сотни килоджоулей.
Конструкция ВФДЛ отличалась простотой. Лазер получал трубчатый корпус необходимых габаритов, внутри которого помещались заряды взрывчатого вещества. В корпус закачивался газ, выполняющий функции активной среды. На торцах корпуса внутри находились зеркала оптического резонатора. Испытания проходили ВФДЛ диаметром до 1 м и длиной до 20 м, дававшие максимально возможную мощность.
Испытания ВФДЛ проводились с конца шестидесятых годов. В начале семидесятых удалось наладить малосерийное производство в интересах перспективных программ. Существовало, как минимум, три серийные модели. Наиболее крупным было изделие Ф-1200 с энергией излучения 1 МДж. С применением подобных устройств и аналогичных систем меньшей мощности велось изучение воздействия лазерного луча на различные материалы.

Лазер на комбинационном рассеянии

Уже на первых стадиях разработки ВФДЛ стало ясно, что такие изделия пока дают неприемлемое рассеивание излучения, не позволяющее доставить достаточную энергию в заданную точку цели. В ФИАН предложили любопытное решение этой проблемы. Следовало сделать более сложный двухкаскадный лазер с несколькими компонентами, использующий эффект т.н. вынужденного комбинационного рассеяния (ВРК).
Взрывной фотодиссоционный лазер ФО-32
Основным блоком лазера с ВКР должен был стать излучатель с активной средой в виде сжиженного газа. Для оптической накачки использовали два ВФДЛ. Вскоре были разработаны несколько типов двухкаскадных лазеров с ВКР. Для них пришлось с нуля создавать некоторые компоненты, как элементы конструкции, так и оптические системы. В 1974 году первые образцы этого семейства с литерами АЖ отправились на полигон.
Наилучшие результаты были получены на лазерах АЖ-5Т и АЖ-7Т. Первый из них показывал энергию 90 кДж и выдавал луч диаметром 400 мм. КПД системы составил 70%. Изделие АЖ-7Т с более высокими характеристиками предлагалось использовать в составе будущего научно-экспериментального комплекса «Терра-3».

Электроразрядные лазеры

Лазер типа ВФДЛ был одноразовым и достаточно дорогим. В 1974-75 годах проходили испытания альтернативные системы, имевшие некоторые преимущества. ВНИИЭФ создал т.н. взрывомагнитные генераторы – специальные устройства, преобразующие энергию взрыва в короткий и мощный электрический импульс. ФДЛ с таким генератором был существенно дешевле взрывного, а кроме того, излучатель не уничтожался при работе.
Экспериментальный электроионизационный лазер 3Д01
В 1974 г. прошел испытания электроразрядный ФДЛ с взрывомагнитным генератором с мощностью излучения 90 кДж. Вскоре в ЦКБ «Луч» появился проект двухкаскадного ВКР-лазера, в котором ВФДЛ для накачки заменялись электроразрядной системой. Такая архитектура позволяла получить характеристики не ниже, чем у изделий АЖ-5Т и АЖ-7Т.

Электроионизационный лазер

В середине семидесятых ЦКБ «Луч» в инициативном порядке изучило еще один вариант высокоэнергетического лазера. В нем ионизация газообразной активной среды осуществлялась электронным пучком. Расчеты показывали, что электроионизационный лазер будет показывать определенные преимущества перед прочими.
В 1976 г. ЦКБ «Луч» построило опытный лазер 3Д01. Это изделие развивало мощность излучения 500 кВт. При этом оно могло делать до 200 импульсов в секунду. Впрочем, инициативный характер разработки не позволил ей найти подобающее место в программе «Терра».

«Терра-3»

Строительство полигонного научно-экспериментального комплекса «Терра-3» началось в 1969 году и заняло несколько лет. По мере разработки и выполнения строительных работ проект НЭК «Терра-3» неоднократно дорабатывался. В первую очередь, вносились и реализовывались разные предложения, касавшиеся типа используемого лазера.
Заброшенный комплекс «Терра-3», 2008 г.
Изначально в составе «Терры-3» предлагалось применять ВФДЛ, и оснащение комплекса создавали именно под такую аппаратуру. Позже проект пересмотрели, внедрив электроразрядный лазер высокой мощности. Впрочем, «Терра-3» не получила и такое вооружение.
На полигоне Сары-Шаган был построен опытный комплекс неполного состава. В нем присутствовали локатор, средства обработки данных и управления и т.д. На НЭК успели смонтировать установку для лазера с устройствами наведения, однако сам излучатель так и не появился. В конце семидесятых годов программу лазерной ПРО свернули ввиду наличия ряда неустранимых проблем, а комплекс «Терра-3» продолжили использовать в недостроенным виде.
Целью программы «Терра» было создание перспективного лазерного комплекса стратегической противоракетной обороны, способного прикрывать важные объекты от атаки с применением различных вооружений. Такая задача не была решена, и даже опытный образец не удалось достроить. Однако научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по «Терре» позволили серьезно продвинуть вперед отечественную науку и технику. Значительная часть наработок по «Терре» впоследствии нашла применение в других проектах лазерных систем разного назначения.