После того, как я много читал о космических войнах на Atomic Rockets , ToughSF и других веб-сайтах, я был почти уверен в доминировании лазеров. Конечно, лазеру с непрерывной волной можно противостоять, охлаждая корпус и препятствуя глубокому проникновению создаваемой им плазмы, но импульсные лазеры ловко обходят эти проблемы.
Однако потом я наткнулся на Children Of A Dead Earth , представляющую собой физический симулятор космического боя. Kerbol Space Programm , за исключением того, что Джебедайя Кербин больше не пытается убить себя, вместо этого он убивает других из высокопроизводительных рельсовых пушек. В CoadE лазеры жизнеспособны только на очень коротких расстояниях, потому что, по-видимому, коэффициент качества луча M2 ужасен для мощных лазеров.
М2 — добротность луча, которую можно считать множителем перетяжки луча. Таким образом, M2, равное 5, означает, что перетяжка луча в 5 раз больше, чем у луча с ограничением дифракции. С точки зрения площади это означает, что луч в 25 (52) раз больше площади луча с ограничением дифракции или в 25 раз слабее. Как вы можете видеть, наличие M2 даже в высоких однозначных числах даст лучи, далекие от «идеальных» лучей с ограничением дифракции. На практике не эффективность накачки, не источник питания и не дифракция в конечном итоге ограничивают лазеры. Это коэффициент качества луча. В конце концов, M2 становится лимитом номер один по лазерному урону в бою. В небольших лазерах M2 близко к 1 легко достигается без проблем, но в мощных лазерах M2 может легко достигать миллионов, если не учитывать. Это связано с тем, что, как правило, M2 линейно зависит от мощности лазера. Каждый оптический компонент лазера влияет на М2. В частности, использование деформируемого зеркала для фокусировки лазера на сколь угодно больших расстояниях (например, от 1 км до 100 км) снижает М2 до 1,5–3. Проблематично, но не совсем изнурительно. Но основной проблемой является тепловое линзирование (обратите внимание, что оно отличается от теплового свечения, которое происходит только вне лазера в присутствии атмосферы). Нагрев лазерной усиливающей среды создает тепловую линзу, которая расфокусирует луч, в конечном итоге расширяя перетяжку луча, препятствуя правильной фокусировке луча. Также обратите внимание, что тепловое линзирование фактически возникает в каждом отдельном оптическом компоненте лазера, хотя оно наиболее сильно проявляется в среде излучения. Тепловое линзирование увеличивает M2 примерно линейно с входной мощностью. Это означает, что если у вас есть лазер мощностью 1 кВт с M2, равным 1.
Другие источники обсуждают только дифракционный предел, имея в виду идеальный лазер, а затем прекращают работу. На самом деле M2 означает, что более мощный лазер будет работать хуже, чем менее мощный.
По-видимому, с М2 можно бороться, охладив лазер (что означает еще больше радиаторов) или сделав его физически больше (больше массы). Ни одно из этих решений не является отличным.
Действительно ли это разрушает дальнобойный луч смерти, непрерывный или импульсный луч?
CoaDE создавался с множеством довольно пессимистичных предположений о лазерных технологиях. В результате получился интересный симулятор космического боя. Предположения, которые они сделали, не являются ошибочными сами по себе, но для того, чтобы они присутствовали и в вашем вымышленном будущем, вы должны предположить, что лазерная технология едва продвинулась вперед по сравнению с сегодняшним днем.
Теперь я не лазерный ученый, но...
масштабируется линейно с мощностью из-за тепловых эффектов в одном лазере . Когда вы запускаете этот лазер, даже с фиксированной и высокой эффективностью, некоторая часть развиваемой им мощности будет превращаться в тепло, и тепло каким-то образом повлияет на этот лазер. Больше мощности, больше тепла, больше вреда. Довольно четкий срез.
Однако .
Это проблема только в том случае, если ваша лазерная пушка управляется одним массивным лазером . Здесь есть два очевидных решения.
Я не собираюсь здесь рассматривать вариант 2, но имейте в виду, что это потенциально практичное решение этой проблемы.
CoaDE имеет только некогерентное комбинирование лучей, и создатель разумно отмечает, что это не очень полезно, что делает вариант 1 практически неинтересным в игре. Однако в реальном мире это не так.
В современном лазерном «оружии» используются волоконные лазеры . Максимальная мощность отдельного волоконного лазера ограничена различными способами, и один из них заключается в том, что вы хотите снизить мощность, чтобы остановить эти неприятные тепловые эффекты, о которых вы упомянули. Для военного использования вам явно нужна All The Power. Это было решено путем запуска целой партии волоконных лазеров в одну и ту же оптику, выбрасывающей один единственный луч высокой мощности. Ранние конструкции использовали некогерентное объединение лучей и имели ужасное качество луча (это происходит со многими мешающими не совпадающими по фазе лучами). В новостях используется объединение спектральных лучей.. При этом используются несколько частот лазеров, что создает свои проблемы (например, требует более сложной оптики), но значительно улучшает качество луча при увеличении мощности. Есть еще один вариант, который выполняет когерентное объединение нескольких лучей одной частоты. Это довольно сложно, и этот метод пока не используется в промышленных или военных условиях .
В будущем, очевидно, будет иметь несколько лазеров с фазовой синхронизацией, которые можно будет аккуратно объединить в один мощный и высококачественный луч. Для их синхронизации можно использовать фазово-корректирующую оптику или другие методы. Отдельные излучатели могут быть диодными, волоконными лазерами или чем-то еще, что формирует суперфутуристическую мощную оптическую фазированную решетку, но все это не научная фантастика . Этот материал во многом является областью активных исследований, и со временем они появятся. Только когда мы это сделаем, стоит снять пугающие цитаты с лазерного «оружия».
Ричард Смит