RU2478178C1 - Mobile combat laser complex and method of increasing its combat efficiency - Google Patents
Mobile combat laser complex and method of increasing its combat efficiency Download PDFInfo
- Publication number
- RU2478178C1 RU2478178C1 RU2011133845/11A RU2011133845A RU2478178C1 RU 2478178 C1 RU2478178 C1 RU 2478178C1 RU 2011133845/11 A RU2011133845/11 A RU 2011133845/11A RU 2011133845 A RU2011133845 A RU 2011133845A RU 2478178 C1 RU2478178 C1 RU 2478178C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combat
- armored
- laser
- fuel
- vehicle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области вооружения, а именно к средствам и способам длительного ведения оборонительных действий от атаки авиационных средств противника с применением одного или нескольких управляемых лучей лазера с ядерной накачкой большой мощности. Код изделия «Небесный защитник».The invention relates to the field of weapons, and in particular to means and methods of long-term defensive operations against attacks by enemy aircraft using one or more guided high-power nuclear-pumped laser beams. Product code for Sky Defender.
Газодинамический лазер Г.Л. [1-4] - газовый лазер, в котором инверсия населенностей создается в системе колебательных уровней энергии молекул газа путем адиабатического охлаждения нагретых газовых масс, движущихся со сверхзвуковой скоростью. Г.л. состоит из нагревателя, сверхзвукового сопла (или набора сопел, образующих т.н. сопловую решетку), оптического резонатора и диффузора. В нагревателе происходит тепловое возбуждение специально подобранной смеси газов (в результате сгорания топлива или подогрева с помощью электрических разрядов и ударных волн). При течении газа в сверхзвуковом сопле смесь быстро охлаждается. Необходимая для возбуждения генерации инверсия населенностей энергетических уровней рабочего компонента смеси достигается, если: 1) скорость опустошения (релаксации) нижнего уровня лазерного перехода в процессе расширения выше скорости релаксации верх. уровня; 2) время опустошения верх. уровня больше характерного т.н. газодинамического времени (времени движения газа до резонатора). Если для определения пары энергетических уровней эти условия выполнены, то из-за сильной зависимости времен релаксации от температуры и плотности газа, начиная с некоторого момента от начала расширения, быстрое падение населенности верх. уровня сменяется медленным, тогда как населенность нижнего продолжает уменьшаться с заметной скоростью. Часть избыточной энергии верхнего уровня может быть трансформирована в резонаторе в энергию лазерного луча. Диффузор служит для торможения потока и повышения давления газа, который выбрасывается в атмосферу.Gas-dynamic laser G.L. [1-4] - a gas laser in which a population inversion is created in a system of vibrational energy levels of gas molecules by adiabatic cooling of heated gas masses moving at a supersonic speed. G.L. consists of a heater, a supersonic nozzle (or a set of nozzles forming the so-called nozzle array), an optical resonator and a diffuser. In the heater, a specially selected mixture of gases is thermally excited (as a result of fuel combustion or heating using electric discharges and shock waves). When the gas flows in a supersonic nozzle, the mixture cools rapidly. The population inversion of the energy levels of the working component of the mixture, necessary for exciting the generation, is achieved if: 1) the rate of devastation (relaxation) of the lower level of the laser transition in the process of expansion is higher than the relaxation rate top. level; 2) top empty time. level greater than the characteristic so-called gas-dynamic time (time of gas movement to the resonator). If these conditions are satisfied for determining a pair of energy levels, then due to the strong dependence of the relaxation times on the temperature and density of the gas, starting from a certain moment from the beginning of expansion, a rapid population drop is up. level is replaced by a slow, while the population of the lower continues to decrease at a noticeable speed. Part of the excess energy of the upper level can be transformed in the resonator into the energy of the laser beam. The diffuser serves to inhibit the flow and increase the pressure of the gas that is released into the atmosphere.
Активная среда. Указанным требованиям наиболее полно отвечают колебательные состояния молекул, обладающие большими временами жизни (по сравнению с электронными и вращательными уровнями). Процессы колебательной релаксации позволяют осуществить: полную инверсию колебательных уровней и т.н. частичную колебательно-вращательную инверсию. В соответствии с этим "рабочими" частицами Г.л. служат как многоатомные, так и двухатомные гетероядерные молекулы, имеющие, в отличие от гомоядерных молекул, разрешенные колебательно-вращательные переходы.Active environment. The vibrational states of molecules with long lifetimes (compared with electronic and rotational levels) most fully meet the specified requirements. The processes of vibrational relaxation allow: complete inversion of vibrational levels, and so-called. partial vibrational-rotational inversion. In accordance with this "working" particles, G.L. both polyatomic and diatomic heteronuclear molecules are used, which, unlike homonuclear molecules, have allowed vibrational-rotational transitions.
Первым и наиб. распространенным является Г.л. на полной колебательной инверсии между уровнями 0001 и 1000 (или 0200) молекулы СО2. Соответствующие длины волн генерации λ=10,4-9,4 мкм (рис.2). Уровень 0001 соответствует асимметричным колебаниям молекулы CO2, уровни 1000 и 0200 - колебаниям деформационного и симметрического типов. Однако в чистом СО2 необходимое соотношение времен релаксации этих уровней не выполнено. Это соотношение сдвигается в нужную сторону при добавлении определенного кол-ва молекул Н2, H2O, атомов Не и др. Их столкновения с молекулами CO2 опустошают нижние лазерные уровни (1000 и 0200) значительно быстрее, чем уровень 000I. Увеличение запаса колебательной энергии в охлажденном газе достигается также введением в газовую смесь в форкамере донорного газа, молекулы которого релаксируют медленно и способны быстро передавать запасенную в них энергию на уровни, соответствующие асимметричным колебаниям молекулы СО2. Роль донорного газа обычно выполняют возбужденные молекулы N2, колебательные уровни которых близки к уровням молекулы CO2.The first and naib. common is G.L. on the full vibrational inversion between the
Г.л. на продуктах сгорания является простейшим Г.л., имеющим практическое значение. В форкамере сжигается углеродсодержащее топливо в воздухе, горячие продукты сгорания пропускаются через сопловой аппарат и резонатор. В зависимости от используемого топлива и условий его сжигания давление p0, температура Т0 и хим. состав продуктов в форкамере меняются в широких пределах (p0=5-100 атм, Т0=1500-3000 К). Таким способом, как правило, не удается получить высокой эффективности. Г.л. на продуктах сгорания имеет низкий кпд (≲1%). Это обусловлено тем, что только 7-10% от энергии сгорания идет на возбуждение колебательных уровней молекулы CO2. Кроме того, из-за релаксации потерь энергии в потоке, невысокого отношения энергии кванта лазерного излучения к энергии кванта, необходимого для возбуждения асимметричного колебания молекулы CO2 (квантового кпд), и относительно небольшой эффективности резонатора не весь энергозапас может быть трансформирован в лазерное излучение. Реально в Г.л. на продуктах сгорания энергия, излучаемая на единицу массы сжигаемой смеси (уд. энергия излучения) ≲20 кДж/кг, а показатель усиления α≤0,5-1,0 М-1.G.L. on combustion products is the simplest G.L., which has practical significance. In the prechamber, carbon-containing fuel is burned in the air, hot combustion products are passed through the nozzle apparatus and the resonator. Depending on the fuel used and the conditions of its combustion, pressure p 0 , temperature T 0 and chemical. the composition of the products in the prechamber varies widely (p 0 = 5-100 atm, T 0 = 1500-3000 K). In this way, as a rule, it is not possible to obtain high efficiency. G.L. on combustion products has a low efficiency (≲1%). This is due to the fact that only 7-10% of the combustion energy goes to the excitation of vibrational levels of the CO 2 molecule. In addition, due to the relaxation of energy losses in the flow, the low ratio of the energy of the quantum of laser radiation to the quantum energy necessary to excite an asymmetric vibration of the CO 2 molecule (quantum efficiency), and the relatively small resonator efficiency, not all of the energy storage can be transformed into laser radiation. Really in G.L. on combustion products, the energy emitted per unit mass of the mixture being burned (specific radiation energy) is ≲20 kJ / kg, and the gain is α≤0.5-1.0 M -1 .
Другие типы Г.л. Один из путей повышения эффективности Г.л. состоит в снижении релаксации потерь запасенной колебательной энергии. Из-за сравнительно высоких скоростей релаксации колебательных уровней молекулы CO2 практически вся теряемая средой энергия преобразуется в теплоту, причем это происходит в околокритической части сопла, где высоки температура и плотность газа. Отсутствие СО2 в этой части потока снижает до минимума потери энергии. Поэтому необходимое кол-во CO2 вводят в поток возбужденного донорного газа в сверхзвуковую или околозвуковую часть сопла. При этом температура вводимого СО2 может быть низкой (≲200-300 К). В таком варианте Г.л. (Г.л. "с подмешиванием") появляется дополнит. возможность повышения полного числа колебательно возбужденных молекул за счет нагревания донорного газа до более высоких температур T0=4000-5000 К. Уд. энергия излучения достигает 50-100 кДж/кг, показатель усиления 3-5 м-1, полный кпд ~2-3%.Other types of G.L. One of the ways to increase the efficiency of G. consists in reducing the relaxation of the losses of the stored vibrational energy. Due to the relatively high relaxation rates of vibrational levels of the CO 2 molecule, almost all the energy lost by the medium is converted to heat, and this happens in the near-critical part of the nozzle, where the temperature and density of the gas are high. The absence of CO 2 in this part of the stream minimizes energy loss. Therefore, the required amount of CO 2 is introduced into the flow of the excited donor gas into the supersonic or transonic part of the nozzle. In this case, the temperature of the introduced CO 2 can be low (≲200-300 K). In this version, G.L. (G.L. "with mixing") appears to complement. the possibility of increasing the total number of vibrationally excited molecules by heating the donor gas to higher temperatures T 0 = 4000-5000 K. Ud. radiation energy reaches 50-100 kJ / kg, gain of 3-5 m -1 , full efficiency ~ 2-3%.
Эффективность Г.л. повышается и в том случае, когда хотя бы часть запасенной энергии удается преобразовать в лазерное излучение с большим квантовым кпд. В случае СО2 эта возможность связана с т.н. каскадной генерацией одновременно на двух переходах 0001-1000 (0200) и 1000 (0200) - 0110. Последняя имеет квантовый кпд 71,6%. Условия для возникновения двухчастотной генерации более жесткие, чем в одночастотном режиме. Они легче достигаются в Г.л. "с подмешиванием". По мере вывода каскадного излучения из резонатора внутренней энергия системы падает и условие двухчастотной генерации перестает выполняться. Оставшаяся в среде колебательная энергия (верх. переход) трансформируется в лазерное излучение следующим, расположенным ниже по потоку резонатором, настроенным на переходы 0001-1000 (0200).Efficiency G.L. increases in the case when at least part of the stored energy can be converted into laser radiation with a large quantum efficiency. In the case of CO 2, this possibility is associated with the so-called cascade generation simultaneously at two
Г.л. на СО2 работают также на др. колебательных переходах, напр. на переходах 0310-1000, 0310-0220 и 0200-0110 (λ=18,4, 16,7 и 16,2 мкм). В этом случае необходимы замораживание как можно большей энергии в системе уровней деформации и симметричных колебаний молекулы и охлаждение газа до температур ≲70-100 K. Наилучшие результаты получены для смесей CO2 с Ar и Ne и сопловых аппаратов с большими степенями расширения. В качестве рабочего компонента в Г.л. используются и др. трехатомные молекулы (N2O, COS, CS2).G.L. CO 2 was also run on others. vibrational transitions, eg. at transitions 03 1 0-10 0 0, 03 1 0-02 2 0 and 02 0 0-01 1 0 (λ = 18.4, 16.7 and 16.2 μm). In this case, it is necessary to freeze as much energy as possible in the system of levels of deformation and symmetric vibrations of the molecule and cool the gas to temperatures of ≲70-100 K. The best results are obtained for mixtures of CO 2 with Ar and Ne and nozzle devices with large degrees of expansion. As a working component in G. other triatomic molecules (N 2 O, COS, CS 2 ) are also used.
Действие др. типа Г.л. основано на инверсии в системе колебательно-вращательных уровней в двухатомных гетероядерных молекулах (СО, HCl и др.). Инверсия возникает между вращательными подуровнями различных возбужденных колебательных уровней. Если это возбуждение мало, то вращательные подуровни, между которыми имеется инверсия, соответствуют очень большим значениям вращат. квантового числа, а потому имеют малую населенность. Это, в свою очередь, определяет малый показатель усиления, недостаточный для возбуждения генерации. Генерация возбуждается, если т.н. колебательная температура Ткол (эфф. температура, с которой заселены колебательные уровни) и температура газа Т находятся в соотношении Ткол/Т>>1. Наиб. высокое значение Ткол расширяющегося газа может быть сохранено в системе слабо релаксирующих уровней, напр. в системе уровней молекулы СО (λ=5 мкм). Необходимое охлаждение газа достигается в сопловых аппаратах с высокой степенью расширения.The action of other type G.L. based on the inversion in the system of vibrational-rotational levels in diatomic heteronuclear molecules (CO, HCl, etc.). Inversion occurs between the rotational sublevels of various excited vibrational levels. If this excitation is small, then the rotational sublevels between which there is an inversion correspond to very large values of rotate. quantum number, and therefore have a small population. This, in turn, determines a small gain that is insufficient to excite the generation. Generation is excited if the so-called vibrational temperature T count (effective temperature at which vibrational levels are populated) and gas temperature T are in the ratio T count / T >> 1. Naib. a high value of T col of expanding gas can be stored in a system of weakly relaxing levels, e.g. in the system of levels of the CO molecule (λ = 5 μm). The necessary gas cooling is achieved in nozzle devices with a high degree of expansion.
Известна система залпового огня по пат. РФ №2277687, МКТУ F43F 3/04, опубл. 10.06.2006 г., которая содержит колесное шасси с боевой рубкой, пакет трубчатых направляющих с винтовыми пазами и приводы горизонтального и вертикального наведения пакета трубчатых направляющих. На пакете трубчатых направляющих дополнительно размещена гироскопическая система измерения углов наведения пакета трубчатых направляющих, а в боевой рубке размещены пульт установки углов наведения пакета трубчатых направляющих и устройство сравнения, причем выходы гироскопической системы измерения и пульта установки углов наведения электрически связаны со входом устройства сравнения. Выход устройства сравнения электрически связан с приводами горизонтального и вертикального наведения пакета трубчатых направляющих, а удаление продольной оси каждой трубчатой направляющей от осей горизонтального и вертикального наведения пакета трубчатых направляющих не превышает величины, определяемой заданным математическим выражением.Known multiple launch rocket system according to US Pat. RF №2277687,
Недостаток - ручная перезарядка комплекса после каждого залпа.The disadvantage is manual reloading of the complex after each salvo.
Известен сочлененный самоходный зенитный ракетный комплекс по патенту на изобретение №2273815 от 01.11.2004 г. Это изобретение относится к области вооружения, в частности к зенитному ракетному комплексу, который выполнен в виде базовой машины, содержащей две крайние и одну центральную подвешенную между ними секцию посредством автоматического устройства, с возможностью расцепления крайних секций от центральной. Центральная секция снабжена радиолокационной станцией подсвета целей и наведения ракет. На крайние секции установлены пускозаряжающие установки с дублирующими пультами управления и системой запуска зенитных управляемых ракет. Реализация комплекса позволяет повысить его маневренность и сократить длину колонны в ходе марша. Однако способ стрельбы из данного комплекса имеет ряд недостатков:Known articulated self-propelled anti-aircraft missile system according to the patent for the invention No. 2273815 dated 11/01/2004. This invention relates to the field of armament, in particular to an anti-aircraft missile system, which is made in the form of a base machine containing two extreme and one central section suspended between them by automatic device, with the possibility of uncoupling the extreme sections from the central. The central section is equipped with a radar station for illuminating targets and guiding missiles. Launching units with redundant control panels and an anti-aircraft guided missile launch system are installed at the extreme sections. The implementation of the complex allows to increase its maneuverability and reduce the length of the column during the march. However, the method of firing from this complex has several disadvantages:
- невозможность осуществлять стрельбу реактивными снарядами залпом, очередями и вообще снарядами типа «Смерч», «Ураган», «Град» и др. подобного класса;- the impossibility of firing rockets with volley, bursts, and generally shells of the type "Smerch", "Hurricane", "Grad", and others of a similar class;
- невозможность транспортировать, заряжать такими реактивными снарядами пусковые установки;- the inability to transport, load launchers with such rockets;
- значительное снижение скорости перемещения на марше при достижении боевой позиции, так как он находится на гусеничном ходу;- a significant decrease in the speed of movement on the march when reaching a combat position, since it is on a tracked track;
- невозможность подвоза боевых снарядов после выпуска их первым залпом по противнику.- the impossibility of delivering combat shells after firing their first salvo at the enemy.
Однако у противопоставленного комплекса имеются и некоторые общие признаки стрельбы с заявляемым способом стрельбы из предлагаемого комплекса - это возможность заряжания пусковой установки боевыми снарядами на боевой позиции и возможность транспортирования этих боевых снарядов на марше до боевой позиции.However, the opposed complex has some common signs of firing with the claimed method of firing from the proposed complex - this is the ability to load the launcher with live shells in a combat position and the ability to transport these combat shells on a march to a combat position.
Целью этого изобретения является повышение боевой эффективности стрельбы реактивными снарядами типа «Смерч» залпом, очередями и одиночными выстрелами за счет обеспечения быстрой зарядки боевой машины с пусковой установкой комплекта реактивных снарядов с помощью транспортно-заряжающей машины комплекса, находящейся непосредственно и постоянно вместе с боевой машиной, на которой размещена пусковая установка.The aim of this invention is to increase the combat effectiveness of firing rockets of the "Smerch" type in one gulp, bursts and single shots by providing fast charging of a combat vehicle with a launcher of a set of rocket shells using a transport-loading vehicle of the complex located directly and constantly with the fighting vehicle, on which the launcher is located.
Известен боевой комплекс залпового огня по патенту РФ №2400692, МПК F41F 3/04, опубл. 27.10.2010 г., прототип. В этом боевом комплексе залпового огня реактивными снарядами, содержащем боевую машину с пусковой установкой в верхней части, и одну транспортно-заряжающую машину на многоколесном шасси.Famous multiple launch rocket launcher according to the patent of the Russian Federation No. 2400692,
Боевой комплекс имеет множество недостатков:The combat complex has many disadvantages:
Низкая живучесть этого боевого комплекса. Он не имеет собственной брони, пушечного и стрелкового вооружения для ведения ближнего боя после выполнения стрельб реактивными снарядами. Боеготовность и огневая мощь комплекса очень низкая, его перезарядка осуществляется долго и в неудобном взаимном расположении машин комплекса.Low survivability of this combat complex. He does not have his own armor, cannon and small arms for conducting close combat after firing rockets. The combat readiness and firepower of the complex is very low, its reloading takes a long time and in the inconvenient relative position of the complex's vehicles.
Известен лазер с ядерной накачкой по патенту РФ №1140668, МПК H01S 3/09, опубл. 30.06.1994. Далее приведено краткое описание и анализ его недостатков.Known laser pumped by a patent of the Russian Federation No. 1140668,
Этот газовый лазер с ядерной накачкой, полость цилиндрической трубки которого заполнена смесью НЕ+Хе (в отношении 200:1) с начальной плотностью ρ1=0,9256·103 г/см3. Внешний радиус урансодержащего слоя - 2 r2=1 см, его толщина δ=0,518·10-3 см. Материал слоя - двуокись урана, характеризующая плотность ρ2=10,96 г/см3 и концентрация ядер урана 235U N1=2,47·1022 яд/см3. Внешний радиус цилиндрической трубки - 3 r3=1,1 см, ее толщина Δr3=0,1 см; трубка сплошная. Материал трубки - сплав: цирконий с добавкой урана 235U, его плотность ρ3=6,44 г/см3. Начальная температура всей системы То=303 К. Выполнены термогазодинамические расчеты на ЭВМ при нарастании потока тепловых нейтронов накачки по закону ϕ(t)=ϕoet/τн с заданным периодом τн=1,5 с. ϕо полагалась равной 1013 н/см2 с. В расчетах варьировалась концентрация 235U в материале стенки трубки. Кривая 5 на фиг.2 изображает зависимость координаты границы активной области генерации от концентрации ядер урана-235 в стенке трубки. Таким образом, прямые расчеты подтверждают, что приведенные выше формулы определяют оптимальное значение концентрации ядер урана в трубке лазерной кюветы, которое необходимо обеспечить для эффективной компенсации влияния неоднородностей температуры и плотности, возникающих в рабочем газе.This is a nuclear-pumped gas laser, the cavity of a cylindrical tube of which is filled with a mixture of HE + Xe (in a ratio of 200: 1) with an initial density of ρ 1 = 0.9256 · 10 3 g / cm 3 . The outer radius of the uranium-containing layer is 2 r 2 = 1 cm, its thickness is δ = 0.518 · 10 -3 cm. The material of the layer is uranium dioxide, characterizing the density ρ 2 = 10.96 g / cm 3 and the concentration of uranium nuclei 235 UN 1 = 2 4710 22 poison / cm 3 . The outer radius of the cylindrical tube is 3 r 3 = 1.1 cm, its thickness Δr 3 = 0.1 cm; the tube is continuous. The tube material is alloy: zirconium with the addition of uranium 235 U, its density ρ 3 = 6.44 g / cm 3 . The initial temperature of the entire system is T o = 303 K. Thermogasdynamic calculations were performed on a computer with an increase in the flux of thermal pump neutrons according to the law ϕ (t) = ϕ o e t / τ n with a given period τ n = 1.5 s. ϕ о was assumed equal to 10 13 n / cm 2 s. In the calculations, the concentration of 235 U in the tube wall material was varied.
Эффективность действия такого лазера с оптимальной концентрацией ядер 235U в трубке проверена в расчетах термогазодинамических и оптических характеристик при работе его в режиме накачки потоком тепловых нейтронов, имеющим временную зависимость, близкую по форме к прямоугольной, с длительностью τ=1 с. Величина ϕm=0,683·1014 н/см2·с есть максимальное значение потока тепловых нейтронов. На основе полученных пространственно-временных распределений температуры и плотности газовой смеси с использованием временной зависимости импульса накачки тепловых нейтронов и известных соотношений, описывающих связь между плотностью газа и его показателем преломления, распределением показателя преломления и расходимостью оптического излучения и т.п., рассчитано изменение во времени относительной средней интенсивности лазерного излучения.The efficiency of such a laser with an optimal concentration of 235 U nuclei in the tube was verified by calculating the thermogasdynamic and optical characteristics when it was operated in the pumped mode by a thermal neutron flux having a time dependence close in shape to a rectangular one with a duration of τ = 1 s. The value ϕ m = 0.683 · 10 14 n / cm 2 · s is the maximum value of the thermal neutron flux. Based on the obtained spatio-temporal distributions of the temperature and density of the gas mixture using the time dependence of the thermal neutron pump pulse and the known relations describing the relationship between the gas density and its refractive index, the distribution of the refractive index and the divergence of optical radiation, etc., the change in time relative average intensity of laser radiation.
Оптимальная концентрация ядер урана 235 в трубке кюветы лазера определяется геометрическими размерами и теплофизическими параметрами самой трубки, урансодержащего слоя и рабочей газовой среды. При изменении концентрации ядер урана 235 в материале трубки от нуля до оптимальной величины выходная энергия излучения лазера монотонно растет до максимально возможного значения. При дальнейшем увеличении концентрации выходная энергия излучения остается неизменной.The optimal concentration of 235 uranium nuclei in the tube of the laser cell is determined by the geometric dimensions and thermophysical parameters of the tube itself, the uranium-containing layer and the working gas medium. When the concentration of uranium 235 nuclei in the tube material changes from zero to the optimal value, the output laser radiation energy monotonically increases to the maximum possible value. With a further increase in concentration, the output radiation energy remains unchanged.
Таким образом, внедрение ядер урана 235 с оптимальной концентрацией N в стенку трубки лазера с ядерной накачкой позволяет существенно в 15-30 раз (при длительности накачки τ≈1 с) увеличить энергию выходного излучения лазера по сравнению с прототипом. Кроме того, такое устройство полностью исключает возможность отказа нагрева стенки трубки и обеспечивает синхронность слежения разогрева трубки за разогревом рабочей газовой среды.Thus, the introduction of uranium 235 nuclei with an optimal concentration of N into the wall of a nuclear-pumped laser tube allows a significant 15–30-fold increase (with a pump duration of τ≈1 s) to increase the energy of the laser output radiation compared to the prototype. In addition, such a device completely eliminates the possibility of failure of heating of the tube wall and provides synchronization of tracking heating of the tube for heating the working gas medium.
Таким образом известный газовый лазер с ядерной накачкой по патенту РФ №1140668, МПК H01S 3/09, опубл. 30.06.1994 г. также обладает недостатками, основные из которых низкий КПД и мощность лазерного излучения, что недопустимо для боевого лазера, так как это не только уменьшит поражающие свойства лазера, но и приведет к огромному расходу газа.Thus, the well-known nuclear-pumped gas laser according to the patent of the Russian Federation No. 1140668,
За последние несколько лет большую популярность в мире завоевали системы глобального позиционирования (определения точного местоположения) GPS. Это, действительно, очень перспективный рынок. Объем мирового рынка услуг глобального позиционирования в 2003 г. составил $500 млн, а по прогнозу Ovum, в 2005 г. его объем составит $9.75 млрд (при 376 млн абонентов). Некоторым основам функционирования систем глобального позиционирования и их применению в мире и посвящена данная статья. Первые системы глобального позиционирования GPS (Global Positioning System) разрабатывались исключительно для военных целей. Глобальная навигационная система GPS предназначена для передачи навигационных сигналов, которые могут одновременно приниматься во всех регионах мира. Инициатором создания GPS-системы стало Министерство Обороны США. Ее разработка началась в 1973 г., когда Министерство Обороны США перестала устраивать радионавигационная система, состоящая из наземных навигационных систем Loran-C и Omega, и спутниковой системы Transit. Проект создания спутниковой сети для определения координат в режиме реального времени в любой точке земного шара был назван NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System - навигационная система определения времени и дальности). Используемая сейчас аббревиатура GPS появилась позднее, когда система стала использоваться не только для военных, но и для мирных целей. Первая штатная орбитальная группировка системы разворачивалась с июня 1989 г. по март 1994 г. На орбиту были выведены 24 навигационных спутника Block II. Окончательно GPS-система была введена в эксплуатацию в 1995 г. В настоящее время она эксплуатируется и обслуживается Министерством Обороны США. В состав GPS-системы входят 3 основных сегмента: космический, наземный и пользовательский. Космический сегмент состоит из 28 автономных спутников, равномерно распределенных по орбитам с высотой 20350 км (для полнофункциональной работы системы достаточно 24 спутников). Каждый спутник излучает на 2 частотах специальный навигационный сигнал, в котором зашифровано 2 вида кода. Один из них доступен лишь немногим пользователям, среди которых, конечно же, военные и федеральные службы США. Кроме этих 2 сигналов спутник излучает и третий, информирующий пользователя о дополнительных параметрах (состоянии спутника, его работоспособности и др.). Параметры орбит спутников периодически контролируются сетью наземных станций слежения (всего 5 станций, находящихся в тропических широтах), с помощью которых (не реже 1-2 раз в сутки): вычисляются баллистические характеристики, регистрируются отклонения спутников от расчетных траекторий движения, определяется собственное время бортовых часов спутников, осуществляется мониторинг исправности навигационной аппаратуры и др. При этом для обнаружения отказов оборудования спутников с помощью наземных станций обычно требуется несколько часов. Третий сегмент GPS-системы - это GPS-приемники, выпускаемые и как самостоятельные приборы (носимые или стационарные), и как платы для подключения к ПК, бортовым компьютерам и другим аппаратам. Основные возможности GPS-системы (при наличии приемника GPS-сигнала):Over the past few years, global positioning systems (GPS) have gained great popularity in the world. This is, indeed, a very promising market. The volume of the global market for global positioning services in 2003 amounted to $ 500 million, and according to Ovum forecast, in 2005 its volume will be $ 9.75 billion (with 376 million subscribers). This article is devoted to some fundamentals of the functioning of global positioning systems and their application in the world. The first Global Positioning System (GPS) systems were developed exclusively for military purposes. The global GPS navigation system is designed to transmit navigation signals that can be simultaneously received in all regions of the world. The initiator of the GPS-system was the US Department of Defense. Its development began in 1973, when the US Department of Defense stopped arranging a radio navigation system consisting of Loran-C and Omega ground-based navigation systems and the Transit satellite system. The project of creating a satellite network for determining coordinates in real time anywhere in the world was called NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System - a navigation system for determining the time and range). The GPS abbreviation used now appeared later, when the system began to be used not only for the military, but also for peaceful purposes. The first full-time orbital constellation of the system unfolded from June 1989 to March 1994. 24 Block II navigation satellites were put into orbit. The GPS system was finally put into operation in 1995. Currently, it is operated and maintained by the US Department of Defense. The GPS-system includes 3 main segments: space, ground and user. The space segment consists of 28 autonomous satellites uniformly distributed in orbits with an altitude of 20,350 km (24 satellites are enough for a fully functional system). Each satellite emits at 2 frequencies a special navigation signal in which 2 kinds of code are encrypted. One of them is available only to a few users, among which, of course, are the US military and federal services. In addition to these 2 signals, the satellite emits a third, informing the user about additional parameters (satellite status, its operability, etc.). The parameters of the satellite’s orbits are periodically monitored by a network of ground-based tracking stations (a total of 5 stations located in tropical latitudes), with the help of which (at least 1-2 times a day): ballistic characteristics are calculated, deviations of the satellites from the calculated motion paths are recorded, the own time of the airborne hours of satellites, the health of navigation equipment is monitored, etc. At the same time, it usually takes several hours to detect satellite equipment failures using ground stations . The third segment of the GPS system is GPS receivers, manufactured both as stand-alone devices (wearable or stationary), and as boards for connecting to PCs, on-board computers and other devices. Key features of the GPS-system (in the presence of a GPS-signal receiver):
- определение местонахождения мобильного абонента;- determination of the location of the mobile subscriber;
- определение наиболее короткого и удобного пути до пункта назначения;- determination of the shortest and most convenient way to the destination;
- определение обратного маршрута;- determination of the return route;
- определение скорости движения (максимальной, минимальной, средней);- determination of speed (maximum, minimum, average);
- определение времени в пути (прошедшего и сколько потребуется еще) и др.- determination of travel time (past and how much more is needed), etc.
Основные характеристики GPS-системы приведены в таблице 1.The main characteristics of the GPS system are shown in table 1.
Основы функционирования GPS-системыGPS system basics
Теория дальнометрии основана на вычислении расстояния распространения радиосигнала от спутника к приемнику по временной задержке. Если знать время распространения радиосигнала, то пройденный им путь легко вычислить, просто умножив время распространения радиосигнала на скорость света. Каждый спутник GPS-системы непрерывно генерирует радиоволны 2 частот - (L1=1575.42 МГц и L2=1227.60 МГц). Навигационный сигнал представляет собой фазоманипулированный псевдослучайный PRN-код (Pseudo Random Number code). PRN-код бывает 2 типов. Первый - С/А-код (Coarse Acquisition code - грубый код) используется в гражданских приемниках. Он позволяет получать лишь приблизительную оценку местоположения, поэтому и называется «грубым» кодом. С/А-код передается на частоте L1 с использованием фазовой манипуляции псевдослучайной последовательности длиной 1023 символа. Защита от ошибок обеспечивается посредством кода Гоулда. Период повторения С/А-кода - 1 мс. Другой код - Р (precision code - точный код) - обеспечивает более точное вычисление координат, но доступ к нему ограничен. В основном, Р-код предоставляется военным и (иногда) федеральным службам США (например, для решения задач геодезии и картографии). Этот код передается на частоте L2 с применением сверхдлинной псевдослучайной последовательности с периодом повторения 267 дней. Этот код доступен, в принципе, и гражданским лицам. Но алгоритм его обработки гораздо более сложен, поэтому и аппаратура стоит дороже. В свою очередь, частота L1 модулируется как С/А, так и Р-кодом. В сигнале GPS может присутствовать и так называемый Y-код, являющийся зашифрованной версией Р-кода (в военное время система шифровки может меняться).The theory of ranging is based on the calculation of the propagation distance of a radio signal from a satellite to a receiver using a time delay. If you know the propagation time of the radio signal, then the path traveled by it is easy to calculate by simply multiplying the propagation time of the radio signal by the speed of light. Each satellite of the GPS-system continuously generates radio waves of 2 frequencies - (L1 = 1575.42 MHz and L2 = 1227.60 MHz). The navigation signal is a phase-manipulated pseudo-random PRN code (Pseudo Random Number code). There are 2 types of PRN code. The first is the C / A code (Coarse Acquisition code), which is used in civilian receivers. It allows you to get only a rough estimate of the location, which is why it is called a “rough” code. The C / A code is transmitted at the frequency L1 using phase manipulation of a pseudo-random sequence of 1023 characters in length. Error protection is provided through the Gould code. The repetition period of the C / A code is 1 ms. Another code - P (precision code) provides a more accurate calculation of coordinates, but access to it is limited. Basically, the P-code is provided to the US military and (sometimes) federal services (for example, to solve problems of geodesy and cartography). This code is transmitted at L2 using an extra-long pseudo-random sequence with a repetition period of 267 days. This code is available, in principle, to civilians. But the algorithm for processing it is much more complicated, therefore, the equipment is more expensive. In turn, the frequency L1 is modulated by both C / A and P code. The GPS signal may also contain the so-called Y-code, which is an encrypted version of the P-code (in wartime, the encryption system may change).
Кроме навигационных сигналов спутник непрерывно передает различного рода служебную информацию. Пользователь GPS-приемника информируется о состоянии спутника и его параметрах: системном времени; эфемеридах (точных данных об орбите спутника); прогнозируемом времени задержки распространения радиосигнала в ионосфере (т.к. скорость света меняется при прохождении разных слоев атмосферы), работоспособности спутника (в так называемом «альманахе» содержатся обновляемые каждые 1…5 мин сведения о состоянии и орбитах всех спутников).In addition to navigation signals, the satellite continuously transmits various kinds of overhead information. The user of the GPS receiver is informed about the status of the satellite and its parameters: system time; ephemeris (accurate satellite orbit data); the predicted propagation delay time of the radio signal in the ionosphere (since the speed of light changes with the passage of different layers of the atmosphere), the satellite’s operability (the so-called “almanac” contains information on the status and orbits of all satellites updated every 1 ... 5 min).
В основе определения координат GPS-приемника лежит вычисление расстояния от него до нескольких спутников, расположение которых считается известным (эти данные находятся в принятом с GPS-спутника «альманахе»). В геодезии метод вычисления положения объекта по измерению его удаленности от точек с заданными координатами называется «трилатерацией».The basis for determining the coordinates of the GPS receiver is the calculation of the distance from it to several satellites, the location of which is considered known (these data are in the "almanac" received from the GPS satellite). In geodesy, the method of calculating the position of an object by measuring its distance from points with given coordinates is called "trilateration".
Если известно расстояние до одного спутника, то координаты приемника определить нельзя (он может находиться в любой точке сферы радиусом, описанным вокруг спутника). Пусть известна удаленность приемника от второго спутника. В этом случае определение координат также не представляется возможным - объект находится на окружности, которая является пересечением двух сфер. Расстояние до третьего спутника сокращает неопределенность в координатах до двух точек. Этого уже достаточно для однозначного определения координат - дело в том, что из двух возможных точек расположения приемника лишь одна находится на поверхности Земли (или в непосредственной близости от нее), а вторая, ложная, оказывается либо глубоко внутри Земли, либо очень высоко над ее поверхностью. Таким образом, для трехмерной навигации теоретически достаточно знать расстояния от приемника до 3 спутников.If the distance to one satellite is known, then the coordinates of the receiver cannot be determined (it can be located anywhere in the sphere with a radius described around the satellite). Let the receiver distance from the second satellite be known. In this case, the determination of coordinates is also not possible - the object is on a circle, which is the intersection of two spheres. The distance to the third satellite reduces the uncertainty in coordinates to two points. This is already enough to uniquely determine the coordinates - the fact is that of the two possible points of location of the receiver, only one is on the surface of the Earth (or in the immediate vicinity of it), and the second, false, is either deep inside the Earth or very high above surface. Thus, for three-dimensional navigation it is theoretically sufficient to know the distance from the receiver to 3 satellites.
Глобальная Навигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС) - советская и российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации[1]. Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трех орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой 19100 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Федеральное космическое агентство (Роскосмос) и ОАО «Российские космические системы»[2].Global Navigation Satellite System (GLONASS) - Soviet and Russian satellite navigation system, developed by order of the USSR Ministry of Defense. One of two currently functioning global satellite navigation systems [1]. The basis of the system should be 24 satellites moving above the Earth's surface in three orbital planes with an inclination of orbital planes of 64.8 ° and a height of 19100 km. The measurement principle is similar to the American NAVSTAR GPS navigation system. Currently, the GLONASS project is being developed by the Federal Space Agency (Roscosmos) and Russian Space Systems OJSC [2].
Российская глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Доступ к гражданским сигналам ГЛОНАСС в любой точке земного шара на основании указа Президента РФ предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.The Russian Global Navigation Satellite System (GLONASS) is designed for operational navigation and temporal support for an unlimited number of land, sea, air and space-based users. Access to civilian GLONASS signals anywhere in the world on the basis of a decree of the President of the Russian Federation is provided to Russian and foreign consumers free of charge and without restrictions.
Для обеспечения коммерциализации и массового внедрения технологий ГЛОНАСС в России и за рубежом Постановлением Правительства РФ в июле 2009 г. был создан «Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности», функции которого были возложены на ОАО «Навигационно-информационные системы».In order to ensure the commercialization and mass introduction of GLONASS technologies in Russia and abroad, in July 2009, by the Decree of the Government of the Russian Federation, a “Federal Network Operator in the Field of Navigation Activities” was created, the functions of which were assigned to OJSC Navigation and Information Systems.
Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность. Таким образом, группировка КА ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.The main difference from the GPS system is that the GLONASS satellites in their orbital motion have no resonance (synchronization) with the rotation of the Earth, which provides them with greater stability. Thus, the GLONASS spacecraft grouping does not require additional adjustments during the entire period of active existence. Nevertheless, the service life of GLONASS satellites is noticeably shorter.
Задачи создания изобретения - улучшение живучести комплекса, его боеготовности, огневой мощи автономности в управлении и ускорение перезаправки горючим.The objective of the invention is to improve the survivability of the complex, its combat readiness, the firepower of autonomy in management and accelerate refueling.
Решение указанных задач достигнуто в мобильном боевом лазерном комплексе, содержащем боевую машину с боевым лазером в верхней части, и, по меньшей мере одну вспомогательную машину на многоколесном шасси, тем, что согласно изобретению боевая машина выполнена на гусеничной ходовой части, на которой установлена в бронеотсеке по меньшей мере одна емкость горючего, боевой лазер установлен выше бронеотсека в вертикальном бронецилинде на поворотной платформе и содержит газотурбинный двигатель с реактивным соплом, установленный вертикально с возможностью выхлопа продуктов сгорания вертикально вверх и по меньшей мере один резонатор, установленный на нем под углом к оси реактивного сопла, в верхней части бронецилиндр закрыт верхним бронеторцом, в центре которого выполнено отверстие, по размеру и форме соответствующее выходу реактивного сопла, в самом бронецилиндре выполнены отверстия для размещения в них объективов резонаторов, а вспомогательные машины выполнены в виде, по меньшей мере, одного заправщика горючего. Боевая машина может содержат источник электроэнергии и систему управления, в которую входит бортовой компьютер. Боевая машина может содержать ядерный реактор, установленный в бронецилиндре. Выше боевого лазера на опоре, установленной на гусеничном основании, может быть установлен зенитный пулемет с дистанционным управлением. Боевая машина может содержать источник электроэнергии, а поворотная платформа оборудована приводом, соединенным силовыми кабелями через коммутатор с источником электроэнергии. Заправщик горючего может быть оборудован по меньшей мере одной цистерной. Заправщик горючего может быть в верхней части оборудован зенитным пулеметом с дистанционным управлением и крупнокалиберными авиационными пулеметами, установленными на многоколесном шасси и имеющими дистанционное управление.The solution of these problems was achieved in a mobile combat laser complex containing a combat vehicle with a combat laser in the upper part, and at least one auxiliary vehicle on a multi-wheeled chassis, in accordance with the invention the combat vehicle is made on a tracked undercarriage mounted on an armored compartment at least one fuel tank, a combat laser is mounted above the armored compartment in a vertical armored cylinder on a rotary platform and contains a gas turbine engine with a jet nozzle mounted vertically with the possibility of exhausting the combustion products vertically upwards and at least one resonator mounted on it at an angle to the axis of the jet nozzle, in the upper part of the armored cylinder is closed by an upper armored carrier, in the center of which there is a hole in size and shape corresponding to the output of the jet nozzle, in the armored cylinder itself openings for accommodating resonator lenses in them, and auxiliary machines are made in the form of at least one fueling device. A combat vehicle may contain a source of electricity and a control system, which includes an on-board computer. The combat vehicle may comprise a nuclear reactor mounted in an armored cylinder. Above the combat laser, a mount with a remote control can be mounted on a support mounted on a caterpillar base. The combat vehicle may contain a source of electricity, and the turntable is equipped with a drive connected by power cables through a switch to a source of electricity. The fuel tanker may be equipped with at least one tank. The fuel tanker in the upper part can be equipped with an anti-aircraft machine gun with remote control and large-caliber aviation machine guns mounted on a multi-wheeled chassis and having remote control.
Решение указанных задач достигнуто в способе повышения боевой эффективности мобильного боевого лазерного комплекса тем, что согласно изобретению в каждый комплекс включают, по меньшей мере, две машины: боевую машину с боевым лазером, установленным в бронецилиндре, и по меньшей мере один заправщик горючего, боевая машина ведет бой с применением одного или одновременно нескольких лучей боевого лазера, используя в качестве источника энергии тепловую энергию продуктов сгорания ГТД, до полного израсходования горючего, после этого заправщик горючего осуществляет заправку горючего и боевая машина снова вступает в бой. Продукты сгорания ГТД дополнительно можно подогревать при помощи ядерного реактора. Во время боевых действий бронецилиндр можно непрерывно вращать, при этом контролировать частоту вращения и угловое положение бронецилиндра.The solution to these problems has been achieved in a method of increasing the combat effectiveness of a mobile combat laser complex by the fact that according to the invention, at least two vehicles are included in each complex: a combat vehicle with a combat laser mounted in an armored cylinder, and at least one fueling tank, a combat vehicle fights with the use of one or several beams of a combat laser, using the thermal energy of the gas turbine engine combustion products as a source of energy, until the fuel is completely consumed, after which the tanker fuel refueling and the combat vehicle enters the battle again. GTE combustion products can additionally be heated using a nuclear reactor. During the fighting, the armored cylinder can be continuously rotated, while controlling the rotational speed and angular position of the armored cylinder.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1…13, где:The invention is illustrated in figure 1 ... 13, where:
- на фиг.1 приведен чертеж боевой машины с боевым лазером,- figure 1 shows a drawing of a combat vehicle with a combat laser,
- на фиг.2 приведен вид А,- figure 2 shows a view A,
- на фиг.3 приведен вид Б,- figure 3 shows a view of B,
- на фиг.4 - чертеж боевой машины с зенитным пулеметом и крупнокалиберными авиационными пулеметами,- figure 4 is a drawing of a combat vehicle with an anti-aircraft machine gun and heavy machine guns,
- на фиг 5 приведен чертеж бронецилиндра с установленным внутри него боевым лазером,- Fig. 5 is a drawing of an armored cylinder with a combat laser installed inside it,
- на фиг.6 приведен чертеж бронецилиндра с установленным внутри него боевым лазером и с ядерным реактором,- figure 6 shows a drawing of an armored cylinder with a combat laser installed inside it and with a nuclear reactor,
- на фиг.7 приведен вид В,- figure 7 shows a view In
- на фиг.8 приведен вид Г,- Fig.8 shows a view of G,
- на фиг.9 приведен вид Д,- figure 9 shows a view of D,
- на фиг.10 приведен чертеж заправщика горючего,- figure 10 shows a drawing of a gas tanker,
- на фиг.11 приведен чертеж заправщика горючего с зенитным и крупнокалиберными авиационными пулеметами,- figure 11 shows a drawing of a fuel tanker with anti-aircraft and large-caliber aviation machine guns,
- на фиг.12 приведена конструкция боевой машины с диффузором,- Fig.12 shows the design of a combat vehicle with a diffuser,
- на фиг.13 приведена схема ведения боевых действий с самолетами противника с применением заявленного боевого комплекса.- Fig.13 shows a diagram of the conduct of hostilities with enemy aircraft using the declared combat complex.
Мобильный боевой комплекс (фиг.1…13) содержит боевую машину 1 и по меньшей мере один заправщик горючего 2.Mobile combat complex (figure 1 ... 13) contains a
При этом боевая машина 1 (фиг.1…6) содержит гусеничную ходовую часть 3, двигательный отсек 4 с установленным на нем бронеотсеком 5, в свою очередь имеющим боковую броню 6 и верхний бронелист 7. В бронеотсеке 5 установлена по меньшей мере одна емкость горючего 8 с заправочной горловиной 9, краном 10 и расходомером 11. Над верхним бронелистом 7 установлена поворотная платформа 12, которая связана с приводом 13. С приводом 13 соединен датчик угла поворота 14. На поворотной платформе 12 установлен бронецилиндр 15, имеющий верхний бронированный торец 16.Moreover, the combat vehicle 1 (Fig. 1 ... 6) contains a tracked
Внутри бронецилиндра 15 установлен боевой лазер 17. Боевой лазер 17 содержит как источник энергии газотурбинный двигатель ГТД 18, установленный на центральном шарнире 19 и по меньшей мере один резонатор 20, установленный на ГТД 18 под острым углом α к продольной оси его реактивного сопла (по направлению выхлопной струи продуктов сгорания), т.е. с наклоном вверх.A
Резонаторы 20 содержат каждый корпус 21, цилиндрической формы, выполненный из двух соосно установленных частей первой 22 и второй 23. В первой части 22 корпуса 21 установлено зеркало 24, во второй части 23 корпуса 21 установлены диафрагма 25 и объектив 26. ГТД 18 содержит турбокомпрессор 27 и реактивное сопло 28.The
Турбокомпрессор 27 содержит воздухозаборник 29, компрессор 30, камеру сгорания 31, турбину 32. Топливная система содержит топливопровод 33, насос 34 и форсунки 35. Реактивное сопло 28 может быть дозвуковым или сверхзвуковым. В дальнейшем описан пример сверхзвукового реактивного сопла 28, которое содержит дозвуковую часть 36 и сверхзвуковую часть 37, установленную в отверстии 38, которое выполнено в верхнем бронированном торце 16. Такая конструкция описанного выше соединения сделана для предотвращения огромных температурных напряжений в деталях ГТД 18 и для исключения попадания на узлы ГТД атмосферных осадков.The
На боковой поверхности бронецилиндра 15 выполнены в верхней части отверстия 39, в которых установлены вторые части 23 корпусов 21 резонаторов 20 (фиг.5). Части 23 могут быть уплотнены для исключения попадания атмосферных осадков внутрь бронецилиндра 15 при помощи уплотнений 40.On the side surface of the
Внутри бронецилиндра выполнена радиальная перегородка 41, которая разделяет его полость на нижнюю 42 и верхнюю 43. В стенке бронецилиндра 15 в его нижней части выполнены отверстия 44, сообщающие нижнюю полость 42 с атмосферой для забора атмосферного воздуха перед поступлением в воздухозаборник 29, а в верхней части - отверстия 45 для сброса охлаждающего воздуха. Охлаждающий воздух в верхнюю полость 43 в количестве от 1% до 3% от суммарного расхода через ГТД 18 отбирается из-за промежуточной ступени компрессора 30 при помощи трубопровода 46 с клапаном 47. Клапан 47 позволяет отключать охлаждение в зимнее время при очень низких температурах окружающей среды. На валу 48 ГТД 18 установлен датчик частоты вращения 49. ГТД 18 содержит стартер 50, соединенный при помощи кинематического механизма 51 с валом 48.A
Возможен вариант исполнения боевой машины с ядерным реактором 52 и установленным внутри камеры сгорания 31 теплообменником 53 (фиг.6), которые трубопроводами рециркуляции 54 и 55, в одном из которых установлен насос 56, соединены между собой. Это не только увеличит энергию лазерных лучей за счет использования тепловой энергии ядерного реактора 52, но и повысит его КПД за счет радиоактивной накачки продуктов сгорания и, самое главное, во много раз увеличит время непрерывной работы боевого лазера 17 за свет снижения расхода горючего (примерно в 10…20 раз) и сжигания горючего при низкой (минимально-возможной) температуре. Особенностью ядерного реактора 52 является то, что он выполнен по упрощенной схеме, имеет минимальные габариты и вес и облегченную антирадиационную защиту для повышения КПД боевого лазера 17.An embodiment of a combat vehicle with a
Над боевым лазером 17 может быть на опоре 57, установленной на гусеничном шасси 3 (фиг.4), установлен зенитный пулемет 58 с системой дистанционного управления 59 и крупнокалиберные авиационные пулеметы 60 с системой дистанционного управления 61. Оружие предназначено для обороны комплекса на марше и при израсходовании компонентов ракетного топлива: окислителя и горючего.Above the
Как сужающаяся 32, так и расширяющаяся часть 33 реактивного сопла 28 выполнены с возможностью регенеративного охлаждения (фиг.7 и 9) и содержат две стенки; внутреннюю стенку 62 и наружную стенку 63 с зазором между ними 64. На внутренней поверхности внутренней стенки 62 нанесен слой урана 235-65, а в саму внутреннюю стенку 62 внедрены частицы урана 238-66. (фиг.9).As tapering 32 and expanding
Боевая машина 1 (фиг.1 и 4) содержит источник электроэнергии 67, силовой кабель 68, соединяющий источник электроэнергии 67 с коммутатором 69, к которому присоединены также силовыми кабелями 68 все потребители электроэнергии, в частности привод 13. На боевой машине 1 установлен бортовой компьютер 70, к которому электрическими связями 71 присоединены приемник системы ГЛОНАСС 72 с антенной 73 и приемно-передающее устройство 74 с антенной 75. Связь приемника системы ГЛОНАСС 72 со спутниками 76 осуществляется при помощи антенны 73 по радиоканалу 77.The combat vehicle 1 (Figs. 1 and 4) contains an
Боевой лазер 17 (фиг.7 и 11) содержит баллон сжатого воздуха 78, с которым соединен трубопровод высокого давления 79, имеющий клапан 80 и редуктор 81. Другой конец трубопровода высокого давления 79 соединен со стартером 50.The combat laser 17 (FIGS. 7 and 11) comprises a
Части 22 и 23 резонатора 20 соосно закреплены на реактивном сопле 28. ГТД 18 под острым углом к продольной оси реактивного сопла 28, по отношению к срезу сопла (в сторону выхлопа) и в местах стыковки с камерой сгорания 31 выполнены эллипсные отверстия, а именно, выходное 82 и входное 83 для прохождения луча лазера. Для улучшения охлаждения резонаторов 20 их корпуса 21 выполнены двойными и содержат наружную стенку 84 и внутреннюю стенку 85 с зазором между ними 86. На частях 22 и 23 выполнены входной и выходной коллекторы 87 и 88. К входному коллектору 87 присоединен трубопровод 89 для подвода охлаждающего воздуха из-за промежуточной ступени компрессора 30, например, через клапан 90 (фиг.1).
Заправщик горючего 2 (фиг.10) может содержать многоколесное шасси 91 и по меньшей мере одну емкость горючего 92 и имеет заправочные шланги 93.The fuel tanker 2 (FIG. 10) may comprise a
На заправщиках горючего 2 на поворотном основании 94 может быть размещен зенитный пулемет 95 с дистанционным управлением 96 и крупнокалиберные авиационные пулеметы 97 с дистанционным управлением 98 (от 2-х до 4-х на одном заправщике горючего 2 (фиг.13).On fueling
Заправщики горючего 2 также максимально автоматизированы (фиг.11), на них применены бортовые компьютеры 99, приемник системы Глонасс 100, антенна 101, приемно-передающее устройство 102 с антенной 103. Все электронные компоненты соединены электрическими связями 104. На заправщиках горючего 2 могут быть установлены источники электрической энергии 105, соединенные силовыми кабелями 106 с коммутатором 107. Коммутатор 107 соединен силовыми кабелями 106 с приводом 13, с дистанционным управлением 96 и 98 и другими потребителями энергии.
На фиг.12 приведена конструкция боевой машины 1 с диффузором 108, закрепленным над верхним бронеторцом 16 соосно с реактивным соплом 28 на кронштейнах 109On Fig shows the design of the
На фиг.13 приведена схема ведения боевых действий боевой машины 1 с самолетами противника 110 и показан результат пересечения луча лазера самолета противника 110, в результате которого он разрезан на две части 111 и 112.On Fig shows a diagram of the conduct of hostilities combat
БОЕВОЕ ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСАBATTLE APPLICATION OF THE COMPLEX
Боевой комплекс спроектирован только для обороны участка неба в радиусе прямой видимости по радиусу и высоте до 30000 м со стороны боевой машины 1. Вертикальное расположение ГТД 18 выходом из реактивного сопла 28 вверх исключает влияние реактивной тяги ГТД 18 на точность стрельбы. А большое количество резонаторов 20 и быстрое вращение бронецилиндра 15 исключат проникновение на защищаемую территорию самолетов и ракет противника.The combat complex is designed only for the defense of the sky in radius of direct visibility along the radius and height of 30,000 m from the side of the
При запуске боевого лазера 17 сначала запускают газотурбинный двигатель 18, потом ядерный реактор 52 при его наличии. Для запуска ГТД 18 открывают клапан 80, и сжатый воздух по трубопроводу высокого давления 79 поступает в стартер 50, который раскручивает вал 48, который приводит в действие компрессор 30. Компрессор 30 подает воздух в камеру сгорания 31. Одновременно насос 34 по топливопроводу 33 подает горючее в форсунки 35, где оно воспламеняется при помощи электрозапальника. Электрозапальник на фиг.1-12 не показан. Продукты сгорания срабатывая на турбине 32 увеличивают скорость вращения вала 48, что позволяет отключить стартер 50.When starting the
Горючее в камере сгорания 31 при включенном ядерном реакторе 52 сгорает при относительно низкой температуре до 500 град. С. Дальнейший подогрев продуктов сгорания до 1500 град. С осуществляется ядерным реактором 52 с использованием теплообменника 53 и циркуляции теплоносителя. Кроме значительного нагрева продукты сгорания подвергаются радиоактивному облучению, это способствует повышению мощности боевого лазера 17.The fuel in the
Управление боевой машиной 1 выполняет бортовой компьютер 70 при помощи привода 13, который создает вращательное движение с максимально-возможной скоростью, обеспечивая защиту пространства на расстоянии до 30 км и высоте до 30 км по конусу, вершина которого совпадает с местом расположения боевой машины 1 (фиг.12). В результате самолеты противника 110 лучами лазера разрезаются на две части 111 и 112 и, учитывая большую вероятность разрезания топливного бака или боеприпасов, взрываются, что полностью исключает выполнение ими боевой задачи. То же самое касается и ракет. Управление комплексом выполняется, используя данные о собственных координатах, полученные через приемник системы ГЛОНАСС 72 или по радиоканалу 77 приемно-передающим устройством с командного пункта. (На фиг.1-12 командный пункт не показан). Возможно ручное управление с пультов, находящихся в боевой машине 1 (этот вариант на фиг.1-12 также не показан).The
Выключение боевого лазера 17 осуществляется в обратном порядке.Turning off the
Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое изобретение отличается от прототипа тем, что в каждый комплекс боевой транспортной колоны на марше включают как минимум один заправщик горючего на многоколесном шасси для ускорения передвижения и перезарядки и одну боевую машину на гусеничном ходу. Причем заправщик горючего 2 перед маршем заправляют полностью, при этом боевую машину 1 с боевым лазером в колонне располагают впереди по ходу заправщика горючего 2 и сохраняют между ними безопасное расстояние за все время движения этого комплекса по любым дорогам, а при прибытии на боевую позицию боевая машина 1 сразу вступает в бой и лазерными лучами защищает территорию, потом в ее боку размещают заправщик горючего 2 своим задним торцом, затем производят зарядку горючим боевой машины 1, а после этого производят повторный запуск боевого лазера 17, а заправщик горючего 2 сразу направляют за горючим для продолжения ведения оборонительного боя.Comparative analysis shows that the claimed invention differs from the prototype in that each complex of military transport columns on the march includes at least one fuel tanker on a multi-wheeled chassis to accelerate movement and reload and one combat vehicle on a caterpillar track. Moreover, the
Поэтому данное техническое решение отвечает критерию «новизна». Для определения соответствия предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» проведен анализ признаков выявленных аналогов. Учитывая, что предлагаемое техническое решение обладает новой совокупностью признаков, которые для специалиста явным образом не следуют из существующего уровня техники, оно соответствует критерию «изобретательский уровень». Предлагаемый способ повышения боевой эффективности мобильного лазерного комплекса позволяет обеспечить:Therefore, this technical solution meets the criterion of "novelty." To determine whether the proposed invention meets the criterion of "inventive step", an analysis of the characteristics of the identified analogues is carried out. Given that the proposed technical solution has a new set of features that for a specialist do not explicitly follow from the existing level of technology, it meets the criterion of "inventive step". The proposed method of increasing the combat effectiveness of a mobile laser complex allows you to provide:
- автономную топопривязку и навигацию, что позволяет вести стрельбу с неподготовленной в топогеодезическом отношении огневой позиции, наведение лучей лазера;- autonomous topographic location and navigation, which allows firing from an unprepared firing position in the topographic and geodetic relation, guidance of laser beams;
- одновременную стрельбу несколькими лучами мощного лазера,- simultaneous firing of several beams of a powerful laser,
- заправку горючим;- refueling;
- максимальную скорость движения комплекса по дорогам с твердым покрытием порядка 100 км/час;- the maximum speed of the complex on paved roads is about 100 km / h;
- проходимость по снегу, болоту и пескам пустыни,- cross in snow, swamp and desert sand,
- запас хода по топливу - 2000 км,- range in fuel - 2000 km,
- количество лучей лазера - 1…40 шт,- the number of laser beams - 1 ... 40 pcs,
- полное время перезаправки - до 5 мин,- full refueling time - up to 5 minutes,
- время непрерывной обороны без применения ядерного реактора до 2 час,- time of continuous defense without the use of a nuclear reactor up to 2 hours,
с применением ядерного реактора до 40 час.using a nuclear reactor up to 40 hours.
По прибытии на боевую позицию боевая машина 1 сразу вступает в бой, заправщик горючего 2 при этом ставят в укрытие. Но при израсходовании боевой машиной 1 всего собственного запаса горючего ее устанавливают на позиции таким образом, что в ее боку можно разместить заправщик горючего 2 своим боком, и из него перекачивают горючее, одновременно измеряя объем заправки для управления боем. После отхода заправщика горючего 2 на безопасное расстояние боевая машина 1 производит необходимую стрельбу лазером по атакуемой сверху цели, самолетам всех типов, летящих на высоте от 50 м до 30000 м. После заправки боевой машины 1 заправщик горючего 2 направляют за очередной порцией горючего и так до окончания боевых действий. Боевые действия боевая машина 1 ведет либо без участия человека в связи с вредным действием звукового потока работающего ГТД 18 и ядерного реактора 52 на экипаж, или используя защитные средства.Upon arrival at the combat position, the
Применение изобретения позволит:The application of the invention will allow:
Повысить дальность стрельбы лучами лазера до 30 км.Increase the firing range of laser beams to 30 km.
Повысить огневую мощь установки в 20…30 раз.To increase the firepower of the installation by 20 ... 30 times.
Обеспечить надежную и полную автоматизацию процесса перезаправки боевой машины горючим.Provide reliable and complete automation of the process of refueling a combat vehicle with fuel.
Улучшить неуязвимость боевого комплекса.Improve the invulnerability of the combat complex.
Сделать ресурс стрельбы до капитального ремонта безграничным и ресурс ходовой части равным ресурсу танка или САУ, на базе ходовой части которой изготовлена боевая машина.To make the shooting resource before capital repairs unlimited and the resource of the chassis equal to the resource of the tank or self-propelled guns, on the basis of the chassis of which the combat vehicle was made.
Предлагаемый способ повышенной боевой эффективности стрельбы боевым комплексом одновременно несколькими лучами лазера (от 1 до 40 лазерных лучей мощностью от 1 МВт до 10 МВт каждый) позволяет длительное время держать оборону участка радиусом около 30000 м и поражать:The proposed method of increased combat effectiveness of firing a combat system with several laser beams simultaneously (from 1 to 40 laser beams with a power of 1 MW to 10 MW each) allows for a long time to hold the defense of a site with a radius of about 30,000 m and hit:
- самолеты всех типов: бомбардировщики, истребители, штурмовики, разведчики и транспортные самолеты,- aircraft of all types: bombers, fighters, attack aircraft, reconnaissance and transport aircraft,
- ракеты противника любого класса в радиусе прямой видимости.- missiles of the enemy of any class in the line of sight radius.
Боевые возможности установки таковы, что она способна за 1 мин разрезать от 100 до 300 атакующих самолетов в радиусе до 30 км.The combat capabilities of the installation are such that it can cut from 100 to 300 attacking aircraft in a radius of up to 30 km in 1 min.
Основной отличительной способностью предложенного боевого комплекса является наличие не одного, а нескольких резонаторов, использование ГТД в качестве источника энергии позволяет вести непрерывный бой несколько часов без дозаправки, а с применением дозаправки время возможного ведения боя соизмеримо с ресурсом газотурбинного двигателя и составляет 10000 час - 20000 час. Отличие способа ведения боя заключается в том, что при ведении оборонительного боя может быть задействован один или несколько лучей лазера. Естественно, если применяется только один луч лазера, его мощность возрастает. Также бой может вестись с применением ядерного реактора, это не только повысит мощность лазерных лучей, но и на порядок увеличит время активного использования лазера. Дозаправка боевой машины делает время ее работы практически безграничным. Сверхмощная броневая защита и дистанционно-управляемое стрелковое вооружение элементов комплекса делает комплекс практически неуязвимым для всех видов стрелкового оружия, атак самолетов, десанта и артиллерийского и минометного обстрела.The main distinguishing ability of the proposed combat complex is the presence of not one, but several resonators, the use of a gas turbine engine as an energy source allows continuous combat for several hours without refueling, and with the use of refueling, the time of a possible battle is comparable with the resource of a gas turbine engine and is 10,000 hours - 20,000 hours . The difference in the method of warfare is that when conducting a defensive battle, one or more laser beams can be involved. Naturally, if only one laser beam is used, its power increases. Also, a battle can be conducted using a nuclear reactor, this will not only increase the power of laser beams, but also increase the time of active use of the laser by an order of magnitude. Refueling a combat vehicle makes its operating time virtually unlimited. The heavy-duty armor protection and remote-controlled small arms of the elements of the complex make the complex virtually invulnerable to all types of small arms, aircraft attacks, landing and artillery and mortar shelling.
Боевая машина 1 обычно работает без экипажа с использованием систем ГЛОНАСС и радиоуправления. В исключительных случаях экипаж может использоваться для перемещения боевой машины 1 и ее обороны от десанта противника. В случае использования ядерного реактора 52 (естественно только при неработающем ядерном реакторе 52), допустимо только кратковременное пребывание около ГТД 18 обслуживающего персонала в специальных защитных скафандрах. Заправщики горючего 2 имеют экипаж по 2 или 3 человека для управления движением, подстыковки и отстыковки шлангов и самообороны. Но в случае гибели всего экипажа заправщики горючего 2 способны автономно вести бой с использованием дистанционноуправляемого стрелкового оружия и перемещаться с применением радиоуправления, принимая максимально возможные меры для спасения материальной части и после смены экипажа для дальнейшего выполнения поставленных задач.Fighting
На фиг.12 приведена схема ведения боевых действий боевой машины 1 с самолетами противника 108 и показан результат пересечения луча лазера самолета противника, в результате которого он разрезан на две части 109 и 110.On Fig shows a diagram of the conduct of hostilities combat
Имея такой патент на изобретение, предприятиям России, изготавливающим такие комплексы, кроме обеспечения обороноспособности страны, будет значительно легче продавать их за рубеж, одновременно можно повысить цену реализации единицы продукции в 5…10 раз, при более низкой себестоимости, так как включение подобного устройства и способа в техническую и рекламную документацию сразу даст отражение в ней повышенной боевой эффективности стрельбы этими продаваемыми комплексами и их абсолютную неуязвимость. При этом можно быстро и легко наладить серийное производство этого нового вида оружия, учитывая передовые позиции СССР в танкостроении и огромное количество танков, произведенных в СССР и РФ. При этом доходы нашего государства от экспорта оружия возрастут в десятки и сотни раз.Having such a patent for an invention, it will be much easier for Russian enterprises manufacturing such complexes, besides ensuring the country's defense capability, to sell them abroad, at the same time, it is possible to increase the unit price of a product by 5 ... 10 times, at a lower cost, since the inclusion of such a device and the method in the technical and advertising documentation will immediately reflect in it the increased combat effectiveness of the firing of these sold complexes and their absolute invulnerability. At the same time, it is possible to quickly and easily establish mass production of this new type of weapon, given the advanced positions of the USSR in tank construction and the huge number of tanks produced in the USSR and the Russian Federation. At the same time, the income of our state from arms exports will increase tens and hundreds of times.
ЛитератураLiterature
1. Конюхов В.К., Прохоров А.М. Второе начало термодинамики и квантовые генераторы с тепловым возбуждением, "УФН", 1976, т.119, с.541.1. Konyukhov V.K., Prokhorov A.M. The second law of thermodynamics and quantum generators with thermal excitation, UFN, 1976, v.119, p.541.
2. Лосев С.А. Газодинамические лазеры, М., 1977; Андерсон Д., Газодинамические лазеры: введение, пер. с англ., М., 1979.2. Losev S.A. Gas-dynamic lasers, M., 1977; Anderson D., Gas-dynamic lasers: introduction, trans. from English., M., 1979.
3. Бирюков А.С., Щеглов В.А. Газовые лазеры на каскадных переходах линейных трехатомных молекул, "Квантовая электроника", 1981, т.8, с.2371.3. Biryukov A.S., Scheglov V.A. Gas lasers on cascade transitions of linear triatomic molecules, "Quantum Electronics", 1981, v. 8, p. 231.
4. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике, М., 1983. А.С.Бирюков.4. Karlov N.V. Lectures on quantum electronics, M., 1983. A.S. Biryukov.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011133845/11A RU2478178C1 (en) | 2011-08-11 | 2011-08-11 | Mobile combat laser complex and method of increasing its combat efficiency |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011133845/11A RU2478178C1 (en) | 2011-08-11 | 2011-08-11 | Mobile combat laser complex and method of increasing its combat efficiency |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011133845A RU2011133845A (en) | 2013-02-20 |
RU2478178C1 true RU2478178C1 (en) | 2013-03-27 |
Family
ID=49119797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011133845/11A RU2478178C1 (en) | 2011-08-11 | 2011-08-11 | Mobile combat laser complex and method of increasing its combat efficiency |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2478178C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4928286A (en) * | 1988-07-21 | 1990-05-22 | Grumman Corporation | Hypersonic gasdynamic laser system |
US5384802A (en) * | 1992-10-20 | 1995-01-24 | Lockheed Corporation | Laser apparatus |
RU2366593C1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-09-10 | Николай Борисович Болотин | Military-space airplane with aviation-based fighting laser |
-
2011
- 2011-08-11 RU RU2011133845/11A patent/RU2478178C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4928286A (en) * | 1988-07-21 | 1990-05-22 | Grumman Corporation | Hypersonic gasdynamic laser system |
US5384802A (en) * | 1992-10-20 | 1995-01-24 | Lockheed Corporation | Laser apparatus |
RU2366593C1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-09-10 | Николай Борисович Болотин | Military-space airplane with aviation-based fighting laser |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Оружие. - 2010, №10, с.10-15. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011133845A (en) | 2013-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102748996A (en) | Land-based array type defense system for high-energy laser weapons | |
Hruby | Russia’s new nuclear weapon delivery systems | |
Forden | The airborne laser | |
RU2482581C2 (en) | Combat laser | |
RU2478178C1 (en) | Mobile combat laser complex and method of increasing its combat efficiency | |
RU2478179C1 (en) | Mobile combat laser complex and method of increasing its combat efficiency | |
RU2495352C2 (en) | Mobile weapon laser system | |
RU2479900C1 (en) | Combat laser | |
RU2477830C1 (en) | Mobile combat laser | |
RU2481544C1 (en) | Combat laser | |
RU2473039C1 (en) | Mobile combat laser system, and method for improving combat effectiveness of that system | |
RU2475906C1 (en) | Attack orbital nuclear pumping laser | |
RU2477448C1 (en) | Universal torpedo | |
RU2484418C1 (en) | Ground-to-air missile | |
RU2496078C2 (en) | Mobile combat laser complex | |
Hnatenko et al. | The usage of lasers in military equipment. Part1. | |
RU2477445C1 (en) | Antiaircraft missile | |
RU2586436C1 (en) | Bogdanov method for target destruction and device therefor | |
RU2571664C1 (en) | Torpedo | |
RU2227892C1 (en) | Space-air defense complex | |
RU2466292C1 (en) | Liquid-propellant engine | |
Tsipis | The Long-Range Cruise Missile | |
Ramsey | Tools of War: History of Weapons in Modern Times | |
Fowler IV | Space-Based Countermeasure for Hypersonic Glide Vehicle | |
RU2477446C1 (en) | Antiaircraft missile |