С создания первых лазеров в начале 60-х годов прошлого века непрерывно ведется поиск новых принципов построения источ­ников когерентного оптического излучения, расширяющих область их применения как в научных и прикладных исследованиях, так и в военной технике. При этом, как пра­вило, стремятся к увеличению энергии еди­ничного импульса с одновременным сокра­щением его длительности и к увеличению средней мощности оптического излучения за счет высокой частоты повторения его генерации.

Создание мощных лазеров открыло новую эпоху в развитии, как фундамен­тальных исследований, так и в появлении новых технологий в различных обла­стях практического использования. Это обусловлено уникальными качествами лазерных источников мощного когерент­ного излучения. К ним относятся:

а) высокая монохроматичность (т.е. малая ширина линии излучения), что открывает новые пути в спектроскопии высокого разрешения;

б) высокая пространственная и временная когерентность, что дало мощный толчок развитию голографии и оптическим методам обработки информации;

в) большая энергия, которую может излучать рабочее тело лазера в течение длительного времени;

г) возможность варьировать отрезок времени, в течение которого запасенная в рабочем теле лазера энергия может быть выделена в широком диапазоне длительностей;

д) возможность вариации временной структуры мощного излучения от десятков Гц. до десятков ГГц;

е) малая расходимость, дающая возможность острой фокусировки.

Благодаря этим свойствам, плотность мощности лазерного излучения, которой можно воздействовать на вещество, дости­гает гигантской величины порядка 1020 Вт/ см². Эта фантастическая возможность детально исследуется последние десяти­летия учеными разных стран.

Создание мощных лазеров с большим интегральным сечением выходного пучка на основе усилительных каналов пред­ставляет сложную научно-техническую задачу. В настоящий момент в США созданы и активно тестируются многока­нальные твердотельные лазеры с уровнем выходной мощности до ста киловатт. Это чрезвычайно сложные устройства, требу­ющие постоянной технической поддержки. С другой стороны, твердотельные лазеры с диодной накачкой, построенные по тра­диционным оптическим схемам, имеющие выходную мощность порядка 1-3 кВт, являются уже достаточно обыденными приборами. Имеющиеся физико-техниче­ские решения позволяют выпускать такие лазеры серийно, они практически не тре­буют обслуживания в пределах всего срока эксплуатации (десятки тысяч часов).

Очевидно, что одно из наиболее эффек­тивных решений создания высокомощных твердотельных лазеров состоит в много­канальном принципе их построения. Лазер в этом случае «набирается» в виде решетки идентичных каналов, в каждом из которых происходит лазерная генерация. Малое поперечное сечение каналов позволяет эффективно и просто осуществить накачку энергии в активную среду и отвод тепла из ее объема. По такой схеме построен 100-кило-ваттный лазер фирмы «NorthropGrumman». Дальнейшее увеличение выходной мощности и улучшение выходных параметров многока­нальных лазерных систем возможно за счет значительного сокращения оптической толщины усилителя и, следовательно, пере­хода к дисковой геометрии усилительных каналов. В этой связи «моно-модульный дисковый лазер» представляет собой рево­люционный шаг в развитии физико-техни­ческих основ и технологии дисковых лазеров и открывает новые перспективы их дальней­шего развития и эффективного применения для решения нового класса задач, как граж­данского, так и военного применения.

Еще в начале прошлого века великий К. Э. Циолковский предрекал в своих мему­арах, что запуски космических аппаратов будущего, несомненно, будут осущест­вляться с помощью электромагнитных волн, направляемых от внешнего источника энергии. Лазер еще не был известен миру, но потенциал дальней передачи энергии уже был предметом научного поиска и предви­дения. В настоящий момент мы рассматри­ваем новый подход к проблеме создания лазерного реактивного двигателя (ЛРД). Он основан на использовании механизма резонансного объединения ударных волн, генерируемых оптическим пульсирующим

разрядом (ОПР), создаваемым лазером. Для получения ОПР нами было предложено использовать мощное импульсно-периоди-ческое (И-П) лазерное излучение.

Реактивная тяга предлагаемого про­ектом устройства, осуществляется под действием мощного высокочастотного И-П лазерного излучения. Для этих целей могут использоваться лазеры на двуокиси угле­рода, химические лазеры и твердотельные лазерные системы.

В будущем высокочастотные мощные И-П лазеры найдут применение в сфере экологии, для передачи энергии на значи­тельные расстояния, получения мощного плазменного источника излучения в диа­пазоне десятков-сотен ангстрем и др.

Новый класс лазерных ракетных дви­гателей (ЛРД) объективно относится к наиболее перспективным двигателям обозримого будущего. Он существенно экономичнее традиционных, работающих на химическом топливе. На начальном этапе полета в качестве рабочего тела ЛРД использует атмосферный воздух, а за пре­делами атмосферы — незначительный бор­товой запас газа или легко возгоняемого вещества. В этом случае удельные затраты на выведение грузов в космос могут суще­ственно сократиться до 5000-10000 руб/кг.

Прогнозируется также решение на базе высокочастотных И-П лазеров ряда весьма интересных и важных задач, в частности:

1.Создание перехватчика космиче­ского мусора и других опасных космиче­ских объектов, таких как астероиды, мете­ориты и т. п.

2.Запуск макрообъектов со сверхвы­соким ускорением на порядки большей массы.

3.Реализация сверхдлинных прово­дящих каналов орбитального масштаба для решения глобальных задач экологии и энергетики.

4.Получение пучков тяжелых многоза­рядных ионов.

5.Создание источника энергии, благодаря управляемому термоядерному синтезу (УТС) с помощью лазерного источника излучения.

Из идеи лазерного термоядерного син­теза, связанной с возможностью создания условий протекания термоядерной реакции в области фокусировки лазерного излучения на твердотельной мишени, возникла новая область исследований — физика взаимодей­ствия мощных лазерных импульсов с веществом. А плазме, получаемой таким методом, дали название «лазерная плазма». Это направ­ление за последние несколько десятков лет бурно прогрессировало на основе стреми­тельного развития лазерной физики и тех­ники. Многолетние усилия по эксперимен­тальному и теоретическому исследованию свойств и характеристик лазерной плазмы расширили область эффективных при­ложений, связанную первоначально лишь с лазерным термоядерным синтезом.

Вместо лазерного излучения при решении проблемы УТС можно исполь­зовать также и пучки высокоэнергичных частиц, что обеспечивает значительно более эффективную передачу энергии дейтерий-тритиевой капле. Наиболее перспективным является пучок тяжелых многозарядных ионов. По причине высо­кого заряда частиц их легче разогнать до высоких энергий. Во-вторых, легче получить более высокие значения тока. В-третьих, пучки тяжелых многозарядных ионов с максимальной эффективностью будут передавать энергию мишени. В этом случае становится существенным вопрос о способах получения первичных пучков тяжелых многозарядных ионов для их последующего ускорения. Представляется более простым способом получение сна­чала, с помощью серии импульсов, мощ­ного лазерного излучения пучков тяжелых многозарядных ионов и их дальнейшее воз­действие на дейтерий-тритиевую мишень для достижения УТС.

И-П лазерно-плазменный генератор (ЛПГ) многозарядных ионов позво­ляет получать большое число тяжелых ионов в режиме периодических коротких импульсов, что как раз и представляет интерес для ускорителей ионов. Источник такого типа перспективен также для иссле­дований в области тяжело-ионного термо­ядерного синтеза. Принципиальная идея ЛПГ многозарядных ионов была пред­ложена много лет назад. ЛПГ основан на явлении генерации высокоионизо-ванных состояний атомов при воздействии мощных сфокусированных лазерных импульсов на поверхность твердотельной мишени. При расширении в вакууме высо­котемпературной лазерной плазмы созда­ется мощный поток заряженных частиц. К преимуществам высокочастотного И-П ЛПГ по сравнению с другими типами гене­раторов ионных импульсов относятся:

— создание пучков многозарядных ионов практически любых элементов пери­одической таблицы Менделеева,

— генерация интенсивных, коротких (1-100 мкс) ионных импульсов с рекордно высокой яркостью.

Главным отличием лазерной плазмы от других высокотемпературных плаз­менных объектов является высокая плот­ность энергии в веществе.

К настоящему времени в результате большой серии экспериментальных и тео­ретических исследований удалось выявить роль и характер поглощения лазерного излучения в образующейся плазме, меха­низмов передачи энергии между различ­ными компонентами, основные закономер­ности кинетики ионизационного состояния и динамики разлета лазерно-плазменного факела. Существенный вклад в эксперимен­тальные исследования внесло, в частности, развитие и применение метода лазерной масс-спектрометрии. В результате много­численных исследований установлено, что лазерная плазма является интенсивным эмит­тером заряженных и нейтральных частиц: электронов, ионов и атомов. По результатам исследований лазерной плазмы совместными усилиями с ОИЯИ (г. Дубна), разработаны и успешно апробированы И-П лазерные источники атомов и ионов для коллектив­ного ускорителя тяжелых ионов, с помощью которого осуществлена загрузка и нако­пление ионов при инжекции в электронные кольца. В совместных работах реализо­ваны низкофоновый лазерно-плазменный источник ионов для высокочувствительного масс-спектрометра для поиска сверхтяжелых элементов в природе и источники для цикло­тронов. Эти работы нашли свое эффективное продолжение в Церне (Швейцария).

В заключение важно отметить, что спектр возможных применений мощ­ного высокочастотного И-П лазерного излучения, ставших возможными благо­даря значительным успехам, в том числе и силовой оптики, расширяется с каждым днем. Предложенные нами — ООО «ЭНЕРГОМАШТЕХНИКА» — инноваци­онные разработки — это комплекс новых физико-технических и технологических решений, которые и сегодня опережают мировой уровень, но по-прежнему не востребованы в России.

  Необходимо        ущественное — НА ДЕЛЕ — изменение отношения к высоким технологиям, созданным и все еще поддерживаемым с огромным трудом российскими энтузиастами. К техноло­гиям, которые востребованы на мировом рынке и способны приносить огромную прибыль нашей стране.

СПРАВОЧНО. В ООО «Энерго-маштехника», созданном академиком А. М. Прохоровым, разработан и осущест­влен высокочастотный импульсно — пери­одический (И-П) режим работы мощных лазеров. Созданы лабораторные прото­типы газодинамического и твердотельного лазеров, работающих в высокочастотном И-П режиме. Разработаны основы при­менения указанного режима для создания технологий «функционального» пора­жения целей. Проведены успешные экспе­рименты по практическому использованию данного режима для создания лазерного ракетного двигателя и проводящего канала орбитального масштаба, разработки лазерной системы для борьбы с косми­ческим мусором. Найдено решение про­блемы реализации моно-модульного дис­кового лазера, масштабируемого до уровня выходной мощности в несколько десятков МВт. Выполнен большой объем НИОКР по другим перспективным направлениям использования мощных И-П лазеров с высокой частотой повторения импульсов.

Для дальнейшего развития фунда­ментальных и прикладных прорывных направлений Российской науки в области лазерной физики необходимо создать Национальный Лазерный Центр (НЛЦ), в котором можно будет сосредоточить все еще активные научно-технические кадры, способные создать принципиально новые и высокоэффективные образцы новой техники, как военного, так и граж­данского назначения. К первоочередным проектам НЛЦ следует отнести:

—технологии «функционального» воздействия оптического пульсирующего разряда лазерной плазмы на объекты военной техники;

—лазерный двигатель для запуска нового класса объектов в космос и соз­дания управляемого перехватчика цели;

—лазерный канал орбитального масштаба для создания оружия нового класса и передачи энергии, как из кос­моса на землю, так и с земли на борт кос­мической станции;

—системы для борьбы с космическим мусором и опасными объектами есте­ственного внеземного происхождения;

—моно-модульный  высокоча­стотный И-П дисковый лазер большой мощности.

Указанные проекты, в рамках НЛЦ, могут быть доведены до состо­яния опытных образцов изделий уже к 2017 году.

В. В. Аполлонов,

д-р физ.-мат. наук, профессор,

Ген. директор ООО «Энергомаштехника»