俄罗斯空天军基于气体动力激光的机载防御系统
主动防御
为国产飞机和直升机配备作战和辅助设备的必要性问题 航空 机载自卫系统，用于防御来袭弹药 导弹 作者曾在《军事评论》杂志上多次提出敌方空空导弹和防空导弹的问题。
在这种情况下，我们指的是确保对来袭弹药进行物理销毁的系统，而不是通过例如电子战等手段对其进行压制的系统（EW）或利用弹出式或拖曳式陷阱将它们引向一旁。
飞机机载自卫系统有多种实现方式，例如，使用小型空空拦截器，其本质上是射程和尺寸更小的空空导弹——我们在文章前面部分讨论过这一点。 空空反导导弹.
MSDM拦截器概念与短程和中程空空导弹的对比图。
原则上，具备足够导引头灵敏度以锁定来袭敌方导弹的常规空空导弹也可以用作拦截器。然而，由于空空拦截器所拦截目标的特殊性以及需要在相对较近的距离进行拦截，将其作为一类独立的武器进行研发更为有效。拦截器可以比空空导弹做得更小更轻。
对于重型轰炸机、运输机和支援飞机，可以部署基于速射自动炮和沿弹道远程引爆炮弹的近程防御系统——我们之前的文章也讨论过这一点。 “天国堡垒”的回归：机载防空枪炮系统.
问题在于，基于速射自动炮的机载自卫系统只能安装在大型亚音速飞机上。
我们之前也考虑过这样的方向， 飞机设备主动防护系统（KAZ AT）该系统能够使用破片弹药或沿飞行轨迹远程引爆的非制导弹药拦截来袭的敌方导弹。反坦克主动防御系统（AT APS）可能基于前述的L-370“维捷布斯克”机载防御系统或其他地面车辆主动防御系统。
飞机主动防护系统不太可能抵御重型远程地空导弹，例如S-400系统的48N6系列导弹，其强大的弹头重达150-180公斤。在反坦克主动防护系统（AT APS）的预期作战范围内，此类地空导弹的爆炸很可能仍然会对受保护的飞机造成损伤或摧毁。然而，反坦克主动防护系统对小型弹头的地空导弹和空空导弹，或采用直接命中杀伤方式的攻击，则相当有效。
诺斯罗普·格鲁曼公司提出的集成防空系统概念，该系统包含制导武器——可能已经在B-21“突袭者”战略轰炸机上得到应用。
顺便一提，KAZ AT目前在俄罗斯于乌克兰开展的特种军事行动（SVO）区域内将特别有用，可用于保护作战直升机免受FPV攻击。无人机便携式防空系统（MANPADS）和反坦克导弹（ATGM）。
最后，最有前途的领域之一是机载激光防御系统（ALDS）的开发——其主要优势在于相对无限的弹药供应以及激光束以光速到达目标。
当他们谈到激光时 武器装备他们肯定会想到恶劣天气——雨、雪、雾和烟幕。虽然各种大气现象确实会阻碍激光辐射的传播，但它们的影响被大大夸大了。仅仅因为某种东西肉眼不可见，并不意味着它对其他波长的光是不透明的。有一种概念叫做大气透明窗口，在这个范围内，大气对特定波长范围的影响最小。
就航空而言，高空飞行为激光武器提供了近乎理想的条件：一方面，大气透明度高；另一方面，气流充足，可以带走激光器产生的多余热量。尤其重要的是，我们计划使用激光武器进行自卫，防御地空导弹和空空导弹，而不是从千里之外击落来袭的弹道导弹（美国甚至考虑过这种方案）。
发光强度
早在20世纪，人们就进行了在飞机上安装激光武器的实验。然而，当时的实验仅限于重型运输机，因为只有它们才能容纳当时体积庞大的化学激光器或气体动力激光器。即便如此，用激光摧毁空空导弹的可能性也已被证实。然而， 现在完全有理由在重型航空母舰上部署威力强大的气体动力激光武器，用于打击敌方人员和装备。.
图片来源：激光与激光系统·光子学，第14卷，第8期，2020年
气体动力燃烧二氧化碳激光器早在2世纪70年代和80年代就已研制成功。苏联和美国研制的兆瓦级实验室气体动力激光器，以及美国同类型的400千瓦激光器（配备光束控制系统），安装在ALL飞行实验室上，使得人们首次能够实际测试和评估激光武器研制所涉及的技术挑战的规模和复杂性……《激光与激光系统·光子学》，第14卷，第8期，2020年。
然而，到了21世纪初，随着高功率、小型激光器的发展，人们开始考虑将其安装在战术飞机和直升机上。激光武器的进步主要得益于固态激光器和光纤激光器效率和功率的提升，它们无需像化学激光器那样使用昂贵且易燃的耗材，并且由电力驱动。
这正是世界主要大国目前集中精力发展的方向。这些大国包括美国、中国、以色列、英国和法国。土耳其也在进行一些相关工作，但关键问题在于激光模块的制造者是谁。
与怀疑论者的观点相反，这方面的进展相当迅速。具体而言，美国陆军已经在“打击者”装甲运兵车的轮式底盘上测试功率达数十千瓦的固态激光器；以色列武装部队宣布采用输出功率预计超过100千瓦的激光防空系统；中国则展示了输出功率为250千瓦的“老仙-1”舰炮。
关于俄罗斯的高功率固态激光器和光纤激光器项目，一切都笼罩在神秘的面纱之下。根据该领域公开的研发数据，可以推测，俄罗斯将在不久的将来用于先进防空系统的固态激光器和光纤激光器的功率约为25-50千瓦。
目前，激光系统的尺寸仅允许我们比较有把握地谈论将其部署在战略飞机和运输机上的可能性，特别是，机载激光系统存在部署的可能性。 美国最新型战略轰炸机B-21“突袭者”可以安装激光自卫系统。即使 B-21 目前的配置不包括激光武器，但其设计中很可能已经预留了安装激光武器的空间，并且涡轮喷气发动机上安装了动力输出装置和发电机。
然而，这只是时间问题；最终，战斗激光器肯定会被安装到战术飞机上，这些可以是内置解决方案，也可以是安装在外部吊索上的完全自主模块化系统。
为激光武器提供电能的问题必须单独讨论。
电流强度
现代高功率固态激光器的效率平均约为 25%，这意味着要驱动一台 50 kW 的激光器，需要 200 kW 的电功率。
事实上，在飞机上产生这种功率一直以来都是一项相对简单的任务。例如，美国E-3“哨兵”空中预警与控制飞机（AEW&C）涡轮喷气发动机轴上安装的发电机可以产生大约1兆瓦的电力——而这架飞机已经服役几十年了。毫无疑问，如果最初的设计目标就是如此，即使这意味着略微增加飞机的整体重量，战术战斗机的涡轮喷气发动机也能榨取几百千瓦的功率。
近年来，一次能源、二次能源以及能量转换器都取得了显著进步，这在很大程度上要归功于电动汽车的快速发展。例如，确保电动汽车快速充电的需求推动了电力电子技术的发展；在中国，容量超过1兆瓦的充电站已经出现。
部分特斯拉电动汽车的电池容量为100千瓦时，重量为900公斤，这意味着这样的电池可以为一台效率为25%的50千瓦激光器提供大约半小时的连续运行时间。电动机和发电机的效率和功率密度（单位质量）正在逐步提高——后者不仅在电动汽车和电动飞机领域，而且在“绿色能源”领域也得到了积极发展，尽管传统发电方式的支持者对此提出了批评。
转化链
在航空母舰上部署战斗激光器有两种选择，第一种是将激光发射器及其电源电池放置在现有航空母舰的外部吊索上。
第二种方案是将激光武器（包括其电源）深度集成到目前正在研发和大规模现代化改造的、前景广阔的航空系统的设计中。此外，在这种一体化作战激光系统中，电池很可能仍然会作为发生器和激光发射器之间的缓冲装置。
第二种方案在功率和运行时间方面始终具有优势，而第一种方案则有可能覆盖更广泛的航空系统。
需要注意的是，在第二种方案中，我们存在一系列效率损失的转换过程——涡轮喷气发动机轴的能量由发电机转换为电能，然后存储在缓冲电池中，最后才转换为激光辐射。如果我们讨论的是效率为 25% 的激光器，那么即使发电机的效率为 80%，电池充放电的总效率也为 80%（考虑到高电流和复杂的温度条件），最终效率也只有 16%。
另一方面，有前景的固态激光器的效率可以超过 70%，发电机和电池的效率可以超过 90%，在这种情况下，总效率将超过 60%，这已经相当高了。
然而，考虑到 可能 鉴于我国在基于固态激光器的作战激光系统及其相关产品（紧凑型大功率发电机和大容量高电流电池）的研发方面存在落后的风险，建议考虑为国产作战飞机配备激光武器的其他方案，特别是转向将涡轮喷气发动机能量直接转化为激光辐射。
直接转化
我国在苏联时期取得良好激光武器研发成果的领域之一，就是前面提到的气体动力激光器，它是将涡轮喷气发动机加速到超音速的气体的能量直接转化为激光辐射。
图像光子学 第14卷，第8期，2020年
由于每台激光器都需要一台昂贵且维护困难的燃气轮机，因此在地面平台上使用此类激光器并不十分方便。然而，战斗机“默认”都配备了涡轮喷气发动机。因此，通过捕获战斗机和支援飞机上涡轮喷气发动机的部分废气，可以将其用于在集成式机载激光防御系统中产生激光辐射。
这个想法并非本文作者原创——利用部分涡轮喷气发动机功率，基于气体动力激光器实现机载激光系统的方案，已发表于某期刊。 光子学，第14卷，第8期，2020年.
……有些气体扩散激光器（GDL）变体使用飞机燃气涡轮发动机（GTE）压缩机提供的空气作为氧化剂，其中大部分（超过95%）燃料取自大气。这显著降低了组件存储需求，因为运输的供应仅包含燃料，而燃料消耗量不超过总消耗量的5%。这种激光器在飞机上的应用前景十分广阔……《激光与激光系统·光子学》第14卷，第8期，2020年。
图片来源：激光与激光系统·光子学，第14卷，第8期，2020年
本文介绍了基于两台AL-31F航空发动机，采用煤油-空气混合燃料的气体动力激光器的输出功率特性。结果表明，即使仅采用5%的空气抽取率，使用两台高压比、高流量的发动机，在非冷却喷嘴块（激光预燃室温度不超过1500 K）中也能实现约80 kW的激光功率。采用冷却喷嘴叶片并将预燃室温度提高至约2000 K后，功率可提升至135 kW……《激光与激光系统·光子学》第14卷第8期，2020年。
发现
当然，在不久的将来，电驱动激光器很可能在战斗激光领域占据主导地位——这些装置操作最简便，相对容易扩展，并且可以部署在各种平台上。与此同时，气动力激光器在航空领域也可能拥有很大的需求，因为驱动它们所需的流体是“天然”产生的。
我国的作战激光器领域相对封闭，因此很难对该领域的现状做出可靠的判断。但是，如果高功率固态作战激光器（数百千瓦级）尚未接近列装服役，我们就应该重新考虑将气动力激光器集成到现有、深度现代化以及未来的航空系统中。
主要问题是，集成必须尽早进行，而且不仅要让配备气体动力激光武器的飞机或直升机的开发人员参与，还要让这些激光器将由涡轮喷气发动机提供动力的开发人员参与。
这里某处可能存在一台基于气体动力激光器的ABLCO，它由战斗机的两台涡轮喷气发动机提供动力。
当然，谁也不想惹麻烦，因此，基于深度集成气体动力激光器的机载激光防御系统的研发只有在俄罗斯空天军的积极参与下才有可能实现。
信息