продолжение
7. Исследования и разработки мощных лазеров

По инициативе Н.Г.Басова, наряду с созданием НЭК, фотодиссоционных лазеров и лазеров-сумматоров для этого комплекса, в 70-х годах был осуществлен целый ряд программ исследований и разработок по другим видам мощной лазерной техники. Кратко остановимся на основных направлениях этих исследований, во многом носивших пионерский характер, хотя в ряде случаев и воспроизводивших в расширенном по энергетике масштабе работы зарубежных и советских лазерных лабораторий. Программы работ, особенно в начале 70-х годов, часто дополнялись и уточнялись при появлении новых научных идей в СССР или за рубежом. Мы не сможем здесь остановиться на всех подробностях этих работ, результатам которых посвящены сотни статей и научных докладов.

Работы по импульсным химическим лазерам (ИХЛ) были начаты как альтернатива ФДЛ. Использование энергии химических реакций в активной среде лазера могло, как надеялись ученые, привести к значительному повышению эффективности его работы (росту КПД) и соответствующему снижению требований к источнику накачки (уменьшению количества ВВ или полному отказу от применения ВВ в системах инициирования химической реакции), а также к созданию лазера многоразового действия. В работе, наряду с исследователями из ФИАНа (группа А.Н. Ораевского), основное участие принимали коллективы ученых ВНИИЭФа (С.Б. Кормер, подразделение М.В. Синицына), ИХФ (коллектив, руководимый В.Л. Тальрозе), ГИПХа (под руководством B.C. Шпака) и некоторых других институтов.

Изучался, в первую очередь, химический лазер на основе реакции фтора и водорода (или дейтерия), энергетические характеристики которого оказались наиболее высокими. Интерес к этому лазеру вызывался и надеждой на осуществление в нем цепной химической реакции, сулившей резкое снижение требований к устройству, инициирующему поджиг химической реакции. Группа из ВНИИЭФа совместно с учеными ГИПХа работала над ИХЛ с инициированием химической реакции от так называемой взрывной лампы, т. е. источника излучения на основе ударной волны относительно маломощного взрыва, в надежде на создание в дальнейшем конструкции лазера, не разрушающейся при таком взрыве. Исследования и опыты привели к созданию нескольких моделей взрывных ИХЛ (одноразовых) с энергией в импульсе до десятков килоджоулей. Однако количество ВВ, требовавшегося для инициирования химической реакции, все же оставалось значительным, хотя и меньшим, чем для ФДЛ такого же масштаба, и лазеры разрушались в ходе экспериментов. В ИХФ проводились как фундаментальные исследования химико-физических процессов в ИХЛ, так и эксперименты с моделями химических лазеров различного масштаба, в которых, в основном, применялись невзрывные источники инициирования химической реакции. В филиале ИХФ в Черноголовке (под Москвой) были созданы первая модель лазера с объемом камеры 300 л и несколько позже, после строительства специального стенда, модель с камерой объемом несколько кубических метров. Однако в этих лазерах использовался недостаточно мощный источник инициирования химической реакции (импульсные лампы-вспышки) и их характеристики оказались невысокими.

Работы по ИХЛ дали много результатов физическо¬го характера, но не привели к созданию лазеров, конкурировавших с ФДЛ по энергетике излучения. В середине 70-х годов во ВНИИЭФе и ГИПХе получили развитие также работы по созданию импульсных и импульсно-периодических химических лазеров с инициированием химической реакции электронными пучками. Однако и эти лазеры не удалось масштабировать до энергий, сравнимых с энергией ФДЛ. Велись также работы по исследованию непрерывных химических лазеров (НХЛ), на которые в течение длительного времени делали ставку американцы.

Исследования по НХЛ были предусмотрены и программой «Терра-3», хотя и не имели непосредственной связи с созданием НЭК. Они были инициированы Н.Г. Басовым и осуществлялись кооперацией коллективов ФИАН-а (А.Н. Ораевский), ЦКБ «Луч» (В.К. Орлов, А.К. Пискунов), Конструкторского бюро энергетического машиностроения (КБЭМ, главный конструктор В.П. Радовский, руководитель направления - нынешний глава конструкторского бюро Б.И. Каторгин), ГИПХа (B.C. Шпак, М.А. Ротинян), ИХФ (В.Л. Тальрозе) и ряда других организаций. В течение 70-х годов были проведены исследовательские работы, создан и испытан ряд моделей НХЛ мощностью до сотни киловатт. Привлечение к работам коллектива КБЭМ, специализировавшегося на строительство ракетных двигателей, с которыми НХЛ имеет (в конструктивном отношении) много общих черт, позволило ускорить создание стендовых образцов НХЛ и освоение сложной технологии работы с ними. Использование в этих лазерах такого высокотоксичного вещества, как фтор, требовало строительства специальных стендов, вакуумных систем откачки и средств утилизации отработанных веществ. Надо отметить, что по сравнению с программами работ, проводившихся в США, работы по НХЛ в составе проекта «Терра-3» имели более скромные масштабы. Несколько позже Н.Г. Басовым была развернута программа исследований непрерывных иод-кислородных лазеров, продолженная в Филиале ФИАНа, созданном в Куйбышеве (ныне Самаре).

В начале 70-х годов, после появления первых сообщений в СССР и за рубежом о работах по СО2-лазерам с использованием электронных пучков для организации устойчивого электрического разряда лазера при высоком (атмосферном) давлении активной среды, в СССР были начаты работы по высокоэнергетическим лазерам этого типа, получившим в программе «Терра-3» название электроионизационных, хотя этот термин использовался не всеми.

Практически одновременно эти же, по существу, лазеры в интересах других программ создавались в научной и конструкторской кооперации ученых, возглавлявшейся академиками А.М. Прохоровым, Е.П. Велиховым и Б.В. Бункиным.

Первоначальные исследования по электроионизационным лазерам, проведенные в лаборатории Н.Г. Басова в группе В.А. Данилычева, позволили оптимистично предсказать возможность достижения высоких энергетических характеристик (КПД, удельный съем энергии с единицы объема) и хорошего оптического качества излу¬чения. Как всегда, прогнозы в этом отношении подтвердились лишь частично. Уже на ранней стадии работ по инициативе Н.Г. Басова с участием одной из авиационных фирм в Куйбышеве, возглавлявшейся И.А. Бережным, и ЦКБ «Луч» были подготовлены проектные предложения по созданию электроионизационного лазера со средней мощностью излучения до 1 МВт. В 1973 г. было принято решение о строительстве в ЦКБ «Луч» экспериментального стендового СО2-лазера мощностью 1 МВт, получившего впоследствии условное название ЗД-01. Непосредственным руководителем работ в ЦКБ был Г. Г. Долгов-Савельев, от ФИАНа работы вел В.А. Данилычев.

Вновь на вооружение была взята идея увеличения энергии в тысячи раз по сравнению с достигнутой в то время. Выбор схемы лазера на ранней стадии был непростым. Применялась идеология лазера с замкнутым контуром, в котором рабочее вещество (смесь газов) с помощью мощного вентилятора прокачивалось через оптический резонатор с электрическим разрядом, где шла генерация излучения. Далее нагревшийся газ поступал в охлаждающее устройство, после чего вновь использовался для работы. Газодинамическая схема такого лазера была сходна с аэродинамическими трубами, давно и широко применявшимися как инструмент для газодинамических авиационно-космических разработок и иссле¬дований. Был создан ряд модельных систем с меньшей, чем у лазера ЗД-01 энергетикой, что позволило провести инженерно-физические исследования и проверить как не¬которые технические решения, так и достижимые параметры электроионизационных лазеров.

Лазер ЗД-01 отрабатывался и совершенствовался до конца 70-х годов, и на нем была получена средняя мощность излучения несколько сотен киловатт. Практически параллельно работы по СО2-лазерам с электронной предыонизацией проводились и в других институтах под эгидой А.М. Прохорова и Е.П. Велихова. Значительный вклад в развитие этих лазеров внес В.Д. Письменный, перешедший из МГУ на работу в Филиал Института атомной энергии в Троицке (под Москвой), который в те годы возглавлял Е.П. Велихов. Там эти лазеры назывались быстропроточными электроразрядными, в отличие от электроионизационных лазеров Н.Г. Басова. Лазеры, разрабатывавшиеся под руководством А.М.Прохорова и Е.П. Велихова совместно с коллективом НПО «Алмаз» (под руководством Б.В. Бункина), строились по схеме открытого цикла, когда использованный газ выбрасывался в атмосферу. Они лучше подходили для применений, требовавших коротких (несколько секунд) циклов работы.

В 1976 г. лазер ЗД-01 начал действовать. Потребовалось время, чтобы его сложные системы, включая специально разработанные мощные электронные пушки для организации разряда в мощной струе смеси СО2 и других газов, вышли на характеристики, близкие к расчетным. Однако угловая расходимость излучения этого лазера, как и в случае с ФДЛ, оказалась вначале неудовлетворительной. В дальнейшем лазер ЗД-01 (уже вне рамок проекта «Терра-3») был заменен другим, более совершенным электроионизационным лазером, разработанным под руководством Н.В. Чебуркина. Потребовалось несколько лет работы, прежде чем были найдены способы получения требуемой расходимости и внесены необходимые изменения в схему и конструкцию лазера.