Академик Басов, мощные лазеры
и проблема противоракетной обороны

П.В.Зарубин

«Квантовая электроника», 32, № 12 (2002)

1984 г. 10 октября - лазерный локатор 5Н26 / ЛЭ-1 провел измерения параметров цели - космического корабля многоразового использования "Челленджер" (США). Осенью 1983 г. Маршал Советского Союза Д.Ф.Устинов предложил командующему Войсками ПРО и ПКО Ю.Вотинцеву применить лазерный комплекс для сопровождения "шаттла". В то время на комплексе бригада из 300 специалистов выполняла доработки. Об этом и было доложено Ю.Вотинцевым министру обороны. 10 октября 1984 года во время 13-го полета шаттла "Челленджер" (США), когда его витки на орбите проходили в районе полигона Сары-Шаган, эксперимент состоялся при работе лазерной установки в режиме обнаружения с минимальной мощностью излучения. Высота орбиты корабля в тот раз составляла 365 км, наклонная дальность обнаружения и сопровождения - 400-800 км. Точное целеуказание лазерной установке было выдано радиолокационным измерительным комплексом "Аргунь".

Как сообщил потом экипаж "Челленджера", при полете над районом Балхаша на корабле внезапно отключилась связь, возникли сбои в работе аппаратуры, да и сами астронавты почувствовали недомогание. Американцы стали разбираться. Вскоре поняли, что экипаж подвергся какому-то искусственному воздействию со стороны СССР, и заявили официальный протест. Исходя из гуманных соображений, в дальнейшем лазерная установка, да и часть радиотехнических комплексов полигона, имеющих высокий энергетический потенциал, для сопровождения "Шаттлов" не применялись. В августе 1989 года часть лазерной установки, предназначенной для наведения лазера на объект, была показана американской делегации.
Дан обзор проведенной в СССР под научным руководством Н.Г.Басова в 1964-1978 гг. обширной программы новаторских исследований и разработок по мощным лазерам и лазерной локации. В ходе выполнения программы были созданы многие образцы высокоэнергетических лазеров с уникальными характеристиками, сформированы новые научные и конструкторские коллективы, расширена и развита лазерная производственная и испытательная база. В программе участвовали научные и конструкторские коллективы многих ведущих научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро АН СССР и оборонных отраслей промышленности.



1. Противоракетная оборона и лазеры. Принципиальные основы интереса к проблеме

В начале 60-х годов прошлого века, когда идея лазера - генератора мощного когерентного остронаправленного светового луча - стала обрастать в физических лабораториях «железом» технических решений, появились реальные возможности создания оптических квантовых генераторов с большой мощностью и энергией излучения (в те годы в у нас еще не был принят заимствованный из английского языка термин «лазер»). Непосредственный предшественник лазера - радиочастотный квантовый генератор (мазер) - был создан в середине 50-х годов практически одновременно и независимо американскими и советскими учеными (Ч. Таунс, Дж. Гордон и Г.Цайгер в США, Н.Г. Басов и А.М. Прохоров в СССР). Основополагающие труды по квантовой электронике и мазерам Чарльза Таунса, Александра Прохорова и Николая Басова были удостоены Нобелевской премии в 1964 г. Появившиеся на основе экспериментальных и теоретических работ по мазерам идеи осуществления генерации в оптическом диапазоне высказывались в 1958 г. Ч.Таунсом и А.Шавловым (США) и А.М. Прохоровым и Н.Г. Басовым (СССР). С начала 60-х годов на специалистов обрушилась лавина сообщений по лазерной тематике: в каждом номере ведущих физических и инженерных журналов публиковались новые идеи, схемы и конструкции лазеров, предложения, расчеты, результаты экспериментов. В связи с этим стоит вспомнить слова М.В.Ломоносова: «Наука тем паче всего удивительна, что в простоте своей многохитростна, и от малого числа причин произносит неисчислимые образы свойств, перемен и явлений» [1]. Эта глубокая мысль хорошо иллюстрирует «взрыв» лазерных исследований, произошедший в первой половине 60-х годов. К работам по созданию лазеров приступили тысячи ученых в крупнейших лабораториях США, СССР, европейских стран, Японии и Китая. Сила основной идеи - усиления стимулированного излучения большого числа частиц, атомов и молекул, помещенных в оптический резонатор, оказалась очень велика. Главным научным центром нашей страны, где выполнялись пионерские работы по квантовым генераторам и, в частности, по лазерам стал Физический институт им. П.Н. Лебедева АН СССР (ФИАН). Ученые ФИАНа, в первую очередь группы, которыми руководили A.M. Прохоров и Н.Г. Басов, в начале 60-х годов сосредоточили свои усилия на увеличении энергии и мощности лазерного излучения, а также на поиске новых типов лазеров. В институте царила атмосфера оптимизма и уверенности в возможности достижения высоких энергетических характеристик лазеров.

Запуск 15 мая 1960 г. первого лазера Т. Меймана в лаборатории американской фирмы Huges привел к тому, что у многих ученых и военных в США и вскоре в СССР возникла мысль о возможности создания оружия, позволяющего поразить цель «испепеляющим» лучом. Конечно, первые лабораторные лазеры не обладали мощностью и энергией излучения, необходимыми для решения такой задачи. Понимание многих научно-технических проблем создания такого оружия пришло позже. Тем не менее достаточно быстро (в течение всего нескольких лет) исследователями были получены выдающиеся результаты по совершенствованию лазеров и повышению мощности их излучения, открывшие перспективы создания оружия на их основе, названного вскоре «лазерным оружием». В ряде развитых стран мира, в первую очередь в США и СССР, началась гонка, финиш которой, как надеялись, принесет победителю обладание оружием большой силы и дальности действия, позволяющим почти мгновенно поражать удаленную цель.

Проблемой особой важности в США и в СССР была (впрочем, и сейчас остается) противоракетная оборона (ПРО). Атмосфера, в которой зарождался проект использования лазеров в системе ПРО, определялась тем, что в 60-е годы и в СССР и в США создание систем ПРО рассматривалось как национальная стратегическая задача. В 1963 г. заместитель министра обороны СССР (впоследствии министр обороны) А.А. Гречко обратился к президенту АН СССР М.В. Келдышу с просьбой оценить возможность военных применений лазеров. Тот, в свою очередь, запросил мнения ведущих физиков-лазерщиков из ФИАНа, в том числе Н.Г.Басова. В ответе АН СССР подчеркивался большой потенциал лазеров как для научных, так и для оборонных применений и предлагались новые направления работ по увеличению энергетики существовавших в то время лазеров и созданию лазеров новых типов.

Специалисты в области ПРО из ОКБ «Вымпел», главным конструктором и идейным руководителем которого в те годы был Г.В. Кисунько, уже осознали и оценили необходимость решения ряда коренных научно-технических проблем, связанных с возможностью создания и характеристиками систем ПРО [2]. Среди этих проблем первостепенное значение имело точное определение координат головных частей баллистических ракет (ГЧБР) для наведения на них с минимальным промахом противоракет, в которых вместо ядерных зарядов используются осколочные средства по-ражения. Отказ от ядерных зарядов в противоракетах облегчал условия работы системы ПРО, т. к. устранялись трудности, связанные с последствиями ядерного взрыва боевой части противоракеты для собственных радиолокаторов, не говоря уже о возможном воздействии таких взрывов над собственной территорией на наземные объекты и население [2]. Использование лазерных локаторов позволяло надеяться на получение высокой точности наведения противоракет при относительно небольших диаметрах оптических антенн (единицы метров и менее). Применение лазерного излучения вместо радиоволн, используемых радиолокаторами, открывало возможности:
  • повышения точности локационных систем ПРО;
  • селекции (распознавания) ГЧБР среди тысяч ложных целей и фрагментов ракеты;
  • преодоления проблемы недостатка времени для решения задач «ближнего» перехвата ГЧБР в течение короткого интервала времени после ее вхождения в плотные слои атмосферы, когда вследствие торможения, нагрева и сгорания легких ложных целей они прекращают существование и соответствующие им сигналы уже не поступают на локаторы ПРО

Фактором, вызвавшим интерес специалистов по ПРО к высокоэнергетическим лазерам, была скорость доставки лазерной энергии к цели, примерно в сто тысяч раз превышавшая скорость полета противоракеты. Это позволяло сэкономить драгоценные секунды, которых так не хватало разработчикам систем на этапе «ближнего» перехвата, когда, с одной стороны, в атмосфере уже сгорают ложные цели и ГЧБР легче обнаружить, а с другой - остаются считанные секунды до ее «прибытия».

В те годы система ПРО рассматривалась в первую очередь как система оружия наземного базирования, как система поражения ГЧБР на завершающем (терминальном) участке их полета при входе в плотные слои атмосферы. Проекты систем ПРО космического базирования, предназначенные для поражения ракет на начальном (стартовом) этапе выведения или на среднем участке траектории, получили развитие (но пока еще не реализацию) значительно позже, в 80-х годах, когда недостатки и ограничения систем ПРО наземного базирования стали более очевидными.

Отмечу, что уже тогда многим специалистам приходила в голову мысль о том, что создание системы ПРО для защиты больших территорий или страны в целом от массированного ракетно-ядерного нападения - задача практически (технически и экономически) неразрешимая (по крайней мере, на существовавшем уровне техники). Но признать данный факт было трудно, да и твердые доказательства его отсутствовали, а последствия ошибки в оценке этого вопроса были бы катастрофическими для страны. Всегда оставались опасения, что какое-то новое научное открытие позволит вероятному противнику совершить прорыв и решить проблему. В этом случае государство осталось бы практически не защищенным от ракетно-ядерного удара, в то время как противник имел бы такую защиту. Поэтому всякая новая идея, направленная на решение проблемы ПРО, внимательно рассматривалась как военными, так и руководством воен¬но-промышленного комплекса СССР. Таким же образом спустя двадцать лет в США родилась поддержанная некоторыми (далеко не всеми, правда) крупными учеными (обычно в этой связи говорят об Э.Теллере) и тогдашними руководителями государства (президентом Р. Рейганом) широкомасштабная программа стратегической оборонной инициативы (СОИ), направленная в первые годы ее существования на решение задачи создания глобальной системы ПРО для защиты территории страны от массированного удара баллистических ракет. Инициатор программы СОИ Э.Теллер в статье [3] писал: «В течение ряда лет ... проявлялся интерес к созданию лазерных систем, способных уничтожить баллистические ракеты. Эта идея всегда была очень привлекательной вследствие почти мгновенного времени распространения светового импульса от источника к цели»

Еще в 1962 г. специалисты ОКБ «Вымпел», головной организации СССР по созданию системы ПРО, обратились к возможности создания лазерного локатора для выполнения отдельных функций в системе ПРО, в частности высокоточного определения координат цели. На пути реализации этой идеи стояло много препятствий, связанных как с необходимостью создания лазеров, систем формирования и наведения лазерного излучения, оптических приемных устройств, теории и методов обработки лазерных локационных сигналов, так и с ограничениями, вызываемыми особенностями распространения лазерных сигналов в атмосфере.

Несколько позже при непосредственном участии Н.Г. Басова и его ближайшего сотрудника О.Н. Крохина начала изучаться возможность поражения ГЧБР лазерным лучом. Оценки показывали, что для этого потребуется создать лазеры с предельно высокой энергией излучения (на много порядков больше, чем в лазерном локаторе), поскольку ГЧБР - прочное устройство, рассчитанное на большие механические и тепловые нагрузки. Для решения задач в интересах ПРО были нужны лазеры с энергией в импульсе, превышающей достигнутую в 1963 — 1964 гг. энергию для лазерной локации в сотни раз, а для поражения ГЧБР - в десятки миллионов (!) раз. Какая же именно энергия лазерного луча необходима для поражения ГЧБР, было неясно. С самого начала в коллективе Н.Г. Басова понимали, что шансов на поражение ГЧБР тепловыми эффектами, вызываемыми нагревом лазерным излучением, мало. О.Н. Крохин предложил использовать для этой цели механический импульс отдачи, возникающий при быстром испарении внешнего слоя теплозащитной оболочки ГЧБР под воздействием лазерного излучения высокой интенсивности. Этот механизм требовал тщательного теоретического и экспериментального изучения, однако сама принципиальная возможность такого способа поражения в те годы не вызывала сомнений.

Любое дело двигают вперед, особенно на начальном этапе, энтузиасты. А энтузиасты, как иногда говорят, это люди, во-первых, способные верить во что-то вопреки «разумным» доводам скептиков и, во-вторых, это люди, «разумным» доводам которых окружающие их скептики все равно не верят. Такие энтузиасты нашлись как среди конструкторов системы ПРО, так и среди ученых. Энтузиастом и движущей силой проекта создания мощных лазеров был, конечно, Н.Г. Басов. В 1964 - 65 гг. удалось убедить военно-промышленное руководство страны, в первую очередь Д.Ф. Устинова, а также ряд других государственных и военных руководителей в том, что эту проблему, в принципе, можно решить. Надо сказать, что Д.Ф. Устинов, будучи по образованию инженером, глубоко понимал решающую роль науки в развитии военной техники, был доступен для крупных ученых и конструкторов и с интересом поддерживал новые проекты, обещавшие прогресс в военной технике. Авторитет его в вопросах оборонной техники, науки и промышленности был колоссальным, а мнение - почти всегда решающим.