Download (29337 Kb). - Институт Ядерной Физики им.Г.И ...

Из истории создания в СССРвысокоэнергетических лазерови оборонных систем на их основе(1963-1980 г.г)П.В.Зарубин

Этот доклад, далеко не исчерпывающий тему,основан на работах тысяч советских ученых,инженеров, военных специалистов и работниковгосударственного аппарата, которые участвовали впроведении различных научных, технических иоборонных программ в области высокоэнергетическихлазеров (ВЭЛ) в 1962 -1980 годах.В программах принимали участие коллективысотен НИИ, КБ, заводов и испытательных полигонов.Невозможно даже просто упомянуть здесь все этипрограммы и их участников и руководителей, так великбыл объем этих работ.Научные результаты их, в основном, опубликованы в> 10000 статей и докладах на конференциях.

В этом докладеНЕ рассматриваются:1. Вопросы научного и технического приоритета2. Гигантский объем важных научных и технических достижений вобласти силовой и нелинейной оптики, лазерных материалов ипокрытий, различных узлов и элементов лазерной техники, безкоторых создание ВЭЛ и систем на их основе было быневозможным. А также – работы по импульсным и непрерывнымхимическим лазерам, лазерной локации, вопросы и технологииадаптивной оптики для формирования и наведения мощного луча,оптики атмосферы, специальных источников, накопителей ипреобразователей энергии для ВЭЛ и т.п.3. «Лазерный термояд» и короткоимпульсные ВЭЛ для решенияэтой проблемы4. Те работы, по которым у автора нет достаточного объемаопубликованных материалов

С чего начинали в 1962-19651965 годах…1. Лазерных кристаллов большого объема с высокойоднородностью – НЕ БЫЛО2. Считали возможным изготовление крупных активныхэлементов из неодимового стекла,но технологии и оборудования для их производства – НЕСУЩЕСТВОВАЛО3. Газовые среды позволяли создать большиеобъемы однородной активной среды –но способов и средств иходнородной накачки Да- НЕ БЫЛО4.Существовали источники оптической накачки –- лампы вспышки, но они имели малые размеры, а спектр иплотность излучения накачки ограничивался кварцевымистенками ламп- излучение открытых электрических разрядов(требовались мощные генераторы импульсов)- излучение фронта ударных волн при взрывах (ВВ, ядерныйвзрыв) – конструкции устройств взрывной накачки – НЕ БЫЛОЭтапы и задачи –1 Энергия (мощность), 2. Малая расходимость

(Лазерный) ЛУЧ - оружие?Среди тысяч полезных и эффективных применений е лазеров вовсех областях человеческой деятельности, ставших возможнымивскоре после открытия лазеров, оказалось и и одно, естественнымобразом присущее роду людскому, которое всегда неизбежновозникает с каждым новым изобретением - ОРУЖИЕ.Идея использования светового луча,как оружия возникла более2000 лет тому назад:Картина Джулию Париджи, датируемая 1599 годом, изображает оборону Сиракуз в213 году до нашей эры с помощью солнечного луча, наводимого зеркалом(зеркалами). История говорит, тем не менее, что город был вскоре все же захвачен…«Было бы более чем ужасно, я бы даже сказал, преступно, если мыотстанем от наших соседей в этом деле, как и во многих иных случаях …»Речь князя Бориса Голицына “О развитии аэронавтики и авиации” на сессииРоссийской Академии Наук, 13 декабря, 1909 годаСоветские ученые и инженеры определенно не желали «отставать»в области «лазерного оружия» и, начиная с 1964 года было выполненомножество различных НИОКР в этом направлении. Одновременноразвивались широким фронтом и работы по иным способам применениялазеров в оборонной технике

Как только первый лазер, созданный ТеодоромМайманом, в 1960 году, засиял в лаборатории, многихученых и военных и политиков заинтересовала возможностьсоздания ОРУЖИЯ, способного «сжигать» цели «дотла» лазерным лучом высокой мощности…Возникли, конечно, и другие идеи примененийвысокоэнергетических лазеров (ВЭЛ):- Исследования в области «лазерного термояда»- Лазерная обработка материалов…Во всем мире началась «гонка» за мощностью и энергией лазерноголуча. И СССР был среди лидеров этого соревнования

Начало « лазерной » гонки в СССРГонка вооружений США-СССР набирала обороты, когда в 1960 году лазер Майманавыдал первую вспышку яркого красного света. Лазер быстро привлек внимание нетолько ученых, но и военных , а также высшего руководства страны.После того, как в 1964 г. Нобелевская премия по физике была присужденаА.М.Прохорову, Н.Г.Басову ( и американцу Чарльзу Таунсу) , эти выдающиесяфизики приобрели большой научный авторитет как ученые, к их мнению сталоприслушиваться высшее руководство страны.Врезультате ужев1962 г. советским правительством былаутвержденапервая сводная программа исследований,подготовленная ФИАН, направленная на развитие физикилазеров и совершенствование всех известных (тогда) типовлазеров. Первую очередь, внимание уделялось повышениюэнергетических характеристик лазеров.А.М.Прохоров Н.Г.БасовПочти сразу идеи военных применений лазеров вышли на первый план и в наибольшей степенизаинтересовали «начальство». Перспективы использования лазеров в военной технике получилирешительную поддержку (и финансовую!) наиболее влиятельного , авторитетного икомпетентного человека в военно-промышленном комплексе страны - Дмитрия Устинова (онтогда был «вице-премьером» СССР).Д.Ф.Устинов

Высокоэнергетические лазерыГлубина физической идеи «вынужденного излучения», выдвинутойА.Эйнштейном еще в 1917 году, привела к тому, что ВЭЛ имеют весьмаразнообразный облик и их создание связано с самыми разными инженернымипроблемами. Хотя первые «квантовые генераторы» создавалисьспециалистами по оптической и микроволновой спектроскопии, оказалось, чтоВЭЛ (как, впрочем и все иные лазеры) совсем не похожи друг на друга винженерном отношении.В СССР и других странах в лазерных исследованиях и разработках ВЭЛ принялиучастие специалисты и предприятия р самого разного профиля. Практически в миреродилось лазерное машиностроение.Ведущим научным центром страны в области лазерной физики и квантовойэлектроники с самого начала был Физический Институт АН СССР им. Лебедева

Некоторые из первых советских “ВЭЛ”Получена генерация напервом советскомрубиновом лазереФИАН Сентябрь 1961Мощный лазер смодулированнойдобротностьюна рубинеФИАН им.Лебедева,1963П.Г.Крюков, В.С.ЗуевМ.Д.Галанин, A.M.Леонтович,З.А.ЧижиковаМощный лазер *Мощный газовыйна рубине Многоканальный He-Ne лазер лазердля локации Лунына двуокиси углеродаСентябрь 19631963 НИИ 801-ГОИ им.Вавилова, И множество других лабораторий и авторов…. 1 КВт , Июль 1966ОКБ-16НИИ 801

Какие лазеры относить к (относились ) ВЭЛ?(Это никогда не было определено…))1962-1963 1964-1970 1970-1980 сегодня? ….>0,1 Вт >100 вт. 100 KВт- >> 1 MВт Средняя1MВт>1 Дж >100 Дж 100 KДж- >> 1 MДж Энергия1 MДжДумощностьв импульсе

Первые советские «большие» лазерные проектыИдеи создания лазеров многомегаваттной мощности и «многомегаджоульной»импульсной энергии были высказаны советскими учеными еще в 1963 году !”Вероятно, можно создать генераторы с энергией до 10 6 -10 7 Джприменяя взрыв обычного ВВ как источник энергии накачки. ..”(Басов говорил о лазерах). Упоминались также лазеры с энергией вимпульсе 10 9 Дж - предлагалось использовать для их накачкиизлучение взрыва атомной бомбы б …Рассекреченное письмо Н.Басова ( завизированноеО.Крохиным) президенту АН СССР М.Келдышу в декабре1963 г.,Программа «ТЕРРА-3»В 1965 году по инициативе Н.Г.Басова, Ю.Б. Харитона, О.Н. Крохина быларазработана крупномасштабная программа исследований и разработок ВЭЛ«Терра-3», направленная на выяснение возможности их применения для ПРО.Она была поддержана целым рядом крупных ученых и инженеров, включаяЮ.Б.Харитона. Она предусматривала создание йодных импульсных лазеров сэнергией до 10 МДж.Программа «ОМЕГА»В 1965 г А.Прохоровым, Б.Бункиным, Б А.Расплетиным, Е.Велиховым,M.Mиллионщиковым, Ф. Бункиным была инициирована и развернуташирокомасштабная программа создания ВЭЛ и систем на их основе “Омега” дляпоражения самолетов, включавшая создание 10 МДж экспериментальнойимпульсной 96- канальной (100 KДж в каждом канале) лазерной системы. Вдальнейшем по этой программе был создан целый ряд CO 2 – лазеров высокойсредней мощности (>1 МВт)

Фотодиссоциационные йодные лазерыс накачкой излучением фронта ударной волны (ВФДЛВФДЛ)В 1964 г. J.V.V.Kasper, V G.C.Pimentel сообщили о первом ФДЛ с оптическойнакачкой . В 1965 г. Н.Г.Басов и О.Н.Крохин, оценив уникальные особенностиэтого типа лазеров, предложили в рамках программы «Терра-3» создатьвысокоэнергетические ВФДЛ, используя для диссоциации молекул типа С 3 F 7 Iнакачку излучением фронта ударной волны в Хе – исключительно мощногоисточника ультрафиолетового излучения.Разработка и исследования ВФДЛ были выполнены коллективамилаборатории квантовой радиофизики ФИАН (Н.Басов, В.Зуев др.), ВНИИЭФ(С.Кормер , Г.Кириллов и др.)) с участием ГОИ и ГИПХ. В ЦКБ «Луч» (В.Орлов идр.) –был разработан образцов таких лазеров для серийного производства).В.С.ЗуевЗеС.Б.КормерВ.К.ОрловГ.А.КириловКонструкции ВФДЛ были модульными, что позволяло регулировать энергию в импульсеза счет числа модулейСоздание ВФДЛ позволило впервые в мире получить импульсное излучениемегаджоульного уровня.

ВФДЛ в ВНИИЭФС.Б. Кормер и Ю.Б.ХаритонИспытательная площадкаЗаряд ВВ«Опыт» с ВФДЛПервые образцы ВФДЛ имелизначительную расходимость луча.Дальнейшие исследованияи усовершенствованияоптической схемы позволилиприблизиться к дифракционномупределу.Сборка первого миреСборка «мегаджоульного»первого в миреимпульсного «мегаджоульного» лазераимпульсного лазера19691969

Высокоэнергетические ВКР-лазерыВ 1966 г Н.Басов и И.Собельман предложили создать ВКР-лазеры,накачиваемые ВФДЛ, для решения существовавшей тогда проблемы«плохой» расходимости луча ВФДЛ. Высокий КПД преобразования энергиинакачки ВКР-лазеров и хорошая оптическая однородность активной средыпозволяли создать двухкаскадную схему ВЭЛ. Ученые и инженеры ЦКБ «Луч»и ФИАН провели исследования и разработали образцы ВЭ ВКР-лазеров ипровели успешные их испытания1973ВКР‐лазер AЖ‐4ТМногозеркальнаярастровая система вводаизлучения несколькихВФДЛ в ВКР-лазерИмпульсный ВКР-лазерна жидком кислороде АЖ-5Т. Энергия импульса ~90 КДж – при апертуре 400мм КПД - 70%Газовая кювета высокогодавления экспериментальногоВКР-лазераОптический резонаторВКР-лазера АЖ-5ТКварцевая крупногабаритная оптика !Е.М.Земсков –руководительработпо ВЭ ВКРлазерам400 мм стекляннаяоптика ВКРлазера,поврежденнаяего излучением

Эксперименты с фотодиссоциационнымийодными ВЭЛ в ЦКБ «Луч»Полигон Сарышаган - 70 - ые годылазерыФ-500- сборкаВКР-сумматормишеньФ-500ФО-21

Научно-экспериментальный комплекс (НЭК) «Терра-3»В 1966 году ОКБ «Вымпел» начало проектирование полигонного НЭК дляпроведения экспериментальных работ по изучению возможности пораженияГЧБР 10 МДж лазерным импульсом на конечном участке траектории привхождении в атмосферу.Проект НЭК неоднократноПроект 1969 годпересматривался по мере углублениязнаний о воздействии излучения исовершенствованию лазерныхтехнологий.проект 1974 г.Реально построеноБыли построены система наведения лучаи вспомогательный лазер-имитаторОпорно – поворотноеустройство (фото из США-1988 )Рисунок НЭК, представленный СШАна переговорах в ЖеневеРазвалины - 2007

Экспериментальная многолучевая лазернаясистема на неодимовом стекле «Омега» сэнергией импульса 10 МДж - ЦКБ «Алмаз»Б.В.БункинГлавныйконструкторA.M.ПрохоровррнаучныйруководительУстановка «Омега» Х196 модулей по 100 КДжМодули – по 2 элемента изнеодимового стекла1000x240x40 mmВсего ~ 2 м 3 лазерного стеклаЛазерный локатори точная системанаведения лучейИмпульсный источникэнергиина основе МГД-генератораи индуктивного накопителя–(не показан)В.СелезневН.ПоляшевЛ.ЗахарьевИ.БужинскийЛЗОСЕ.ВелиховФИАЭМ.ВанюковГОИЕ.Сухарев

Экспериментальная лазерная установкана стекле с неодимом ”Тандем”Ю.КружилинОптическийсинхронныйпереключательЮ.Калинин60 лазерныхмодулейПервая в мире лазерная установка на неодимовом стеклесо СРЕДНЕЙ мощностью ≥ 100 KВт (2-3 сек)- Энергия импульса каждого канала– 1,5 - 2 КДж- Лазеры «стреляют» поочередно по общей оси и переключаются вращающимсясинхронизированным оптическим коммутатором.- Частота повторения импульсов –100 Гц- Средняя мощность излучения -~ 150 KВт в течение 2-3 сек.- Питание от промышленной сети– 6 KВ 10 MВт 50 Гц без накопителя- Создана ЦКБ “Астрофизика” , и Лазерным центром “Радуга” - 1982

Лазеры и оптическое противодействиеА.Э.НудельманПервым советским оружейником-разработчиком, начавшимв 1962 году работы по лазерным системам противодействия сиспользованием (сравнительно) “мощных» лазеров, был всемирноизвестныйглавный ” конструкторНудельман.Один из первых советскихэкспериментов по лазернойлокации Луны был проведен всентябре 1963 г с помощьюрубинового лазера с энергией60 Дж., созданного КБТМ и ГОИАлександр ЭммануиловичувичРуководитель оборонного комплекса СССР Д.Ф.Устинов, посещая в 1962 г.КБ Точного машиностроения, привлек внимание А.Э.Нудельмана кпоявлению лазеров и поручил ему заняться их применением в военных игражданских целях. Вскоре КБТМ создало целый ряд оборонных,технологических и медицинских лазерных приборов и установок наоснове твердотельных лазеров на рубине и стекле с неодимом. Работыэти велись в тесном сотрудничестве с учеными-лазерщиками ГОИим.Вавилова. Ряд лазерных систем разработки КБТМ выпускалсясерийно.Первое военное «изделие» на основе мощного лазера было сдано в1967 году!ЛазерныйприборПАПВОснащен автоматическойсистемой точного наведения лучапо «блику» отраженного лучавспомогательного лазераА.А.МакПереносные и перевозимыеустановки длялазерного оптическогопротиводействия ,использовали мощныеимпульсные лазеры спреобразованием частоты,разработанные ГОИ подруководством А.А.Мака .

Наземные системы лазерногопротиводействия оптическим приборамСистема 1К11 1-го поколенияУченые, инженеры и1978военные на полигонеЮ.Кружилин «Радуга»Экспериментальная системаЮ.Калининруководитель разработкилазеровП.Н.КулешовЛазерный модульна стекле с неодимомСистема 1К17 2-го поколенияЕ.В.Можелев

Высокоэнергетические CO 2 –лазерыВ СССР различными коллективами в 70-х-80-х г.г. был создан ряд CO 2 -лазеров (более 20!) со средней мощностью излучения 100 КВт …1 MВт (+)По инициативе ФИАН исследовались и реализовались различные вариантыпостроения ВЭЛ на углекислом газе : газодинамические , электроразрядные сбыстрой прокачкой газа и различными схемами накачки и стабилизации разряда, лазеры непрерывного излучения , импульсные, частотно –импульсные. В этихпрограммах активно участвовали ЦКБ «Алмаз», ЦКБ «Луч», Филиал ИАЭ (позже– ТРИНИТИ), ВНИИЭФА, ВНИИЭФ, и многие другие НИИ, КБ и заводы. Эта жепрограмма дала начало созданию ВЭЛ для технологических целей.

CO 2 – лазеры (2)Частотно-импульсный ЭИ лазер KС-10 1MВMВткласса,, энергия в импульсе 5-10 КДжЧастота повторения 100-150Гц(1980) ЦКБ “Астрофизика” и ФИАНРяд мощных мобильных CO 2 –лазерныхсистем был создан в ЦКБ «Алмаз»совместно с ТРИНИТИ и НИИЭФАПервый одномодовый лазер 1 КВтФИАН , лаборатория А.М.ПрохороваПодвижный технологическийлазерный комплекс МЛТК 50

Экспериментальные системына основе CO 2 –лазеровОпытовый корабль с лазером непрерывногоизлучения. НИИ «Альтаир» , ФИАЭ, КТЗ и др.Первый в мире 1 МВт «летающийлазер» НПО Алмаз и КМЗ (Казань)Импульсный лазер на самоходном шасси -ЦКБ «Астрофизика» , завод «Баррикады», ФИАННаземная лазерная система –дальнейшее развитие программы«Омега» - НПО «Алмаз», ФИАН

Лазерный локатор ЛЭ-1Потенциальная возможность лазерных локаторов обеспечивать особовысокую точность измерений положения цели в системах ПРО изучалась в КБ «Вымпел» начинаяс 1963г. В 1964 г. была начата разработка экспериментального лазерного локатора в интересахисследований по ПРО. В те годы был известен только рубиновый короткоимпульсный лазер,изучение которого велось в ФИАНе в лаборатории Н.Г.Басова. Поскольку в одном лазереобеспечить требуемую среднюю мощность излучения оказалось невозможным, пришлосьприменить в ЛЭ-1 1 многоканальную схему из 196 двухкаскадных лазеров с энергией импульсаоколо 10 Дж.В 1969 году разработка проекта ЛЭ-1 была передана в ЦКБ «Луч» (впоследствии“Астрофизика”), созданное в для выполнения программы «Терра-3». Главным конструктором ЛЭ-1был назначен Н.Д.Устинов. В создании локатора принимала участие широкая кооперацияпредприятий оборонного комплекса: схема оптического тракта разрабатывалась в ГОИ(лаборатория П.П.Захарова) и в» ЦКБ «Геофизика под общим руководством Д.М.Хорола.Высокодинамичный телескоп диаметром 1,3 м. разрабатывался и изготовлялся ЛОМО. В созданииЛЭ-1 участвовали и многие другие предприятия.Д.М.ХоролО.А.УшаковН.Д.УстиновПередатчик на основе196 рубиновых лазеровс модулированной добротностью Г.Е.ТихомировС.В.БилибинЧасть 70-метровогооптического тракта ЛЭ-1

Лазерный локатор ЛЭ-1ЛЭ-1 (вид из космоса)Телескоп ТГ-1и здание локатораТелескоп ТГ-1с ОПУ (ЛОМО)С помощью ЛЭ-1 былиосуществленывысокоточные траекторныеизмерения и проводкиракет, боеголовок и КОв 1978-80 г.г.Высокие гости…Н.Г.БасовРуководители военного иоборонно-промышленногокомплекса СССР на площадкелокатора ЛЭ-11974

Исследования взаимодействиялазерного излучения с материаламиВ основе многих применений ВЭЛ лежат различные эффектывозникающие при воздействии мощного излучения на объекты. Требования кпараметрам ВЭЛ для этих применений полностью зависят от характера этихэффектов. В СССР была выполнена обширная программа работ по изучениюпроблем «силового» и «функционального» воздействия.Оптика, поврежденнаяизлучением ВЭЛРуководительисследований повоздействию наобъектыБ.В. ЗамышляевРуководительисследований по физике лучевойпрочности «прозрачной» оптикиA.M.Бонч-БруевичЭксперимент ЦКБ “AЛМАЗ” 1976по исследованию воздействия мощного CO 2 -лазера намишень в полетеСтальной образец толщиной15 см, «просверленный»лучом твердотельного лазера за2 сек

Испытательный центр «Радуга»По мере появления «больших» лазеров уже в начале 70-х г.г. сталоясным, что их отработка и испытания не могут быть выполнены в существующихлабораториях и возникла необходимость создания специальных стендовых ииспытательных организаций Одним и баз ” из . таких предприятий стало «ОКБ «Радуга»Для его строительства было выбрано заброшенное военное«стрельбище» б в Центральной части России, в 15 км отг.Владимира, в лесистой и заболоченной ненаселеннойместности. Стройка была начата в 1972 году.Так выглядела местность в 1971 гГенералИ.С.Косьминовуководил созданием«Радуги»Лазерные испытательныелабораторииЛазерный«телескоп»Испытательныйкомплекси трассаЕдинственный «лазерный» город в миреТвердотельныйлазер с ОВФЛаборатория

В ходе выполнения лазерных программ в СССР были вновьсозданы или расширены многие институты,конструкторские бюро и испытательные базы и полигоныЗдания ЦКБ «Луч» (НПО «Астрофизика»“) -МоскваИнститут Общей Физики АНим.А.М.Прохорова, корпус «Омега»Здание «ОКБ» Гранат»Испытательный центр «Радуга»«Лазерный» город «Радужный»

Работы по ВЭЛ в СССР координировалНаучно-технический советС.Кормер E.Велихов A.Прохоров Н.Басов Б.Бункин Ю.Харитон O.Крохин Б.ЗамышляевA.Павловский Н.Устинов В.Орлов M.Мирошников A.Мак E.Царевский A.Бонч- В.ТальрозеБруевичи другие…Министр обороныСССР Д.Ф.Устинови президент АН СССРА.П. Александровобсуждают работыпо ВЭЛ с ведущимиучеными иконструкторамиЗаседаниеНТС по ВЭЛ

Ученые и конструкторы –руководители и ведущие участники специальных лазерныхпрограмм