Technika

Wojny gwiezdne

Autor: Mcorp

Częścią programu SDI (później BMD) jest projekt satelitarnych promienników wysokiej energii, popularnie nazywany programem "Wojen Gwiezdnych". Tak naprawdę "Wojny Gwiezdne" obejmują również pozostałe podsystemy SDI, ale zostały one omówione w wykładzie pierwszym, dlatego skoncentruję się na popularnym znaczeniu projektu "Star Wars". Dla tego projektu najważniejsze są trzy warstwy systemu, odpowiadające trzem fazom lotu nieprzyjacielskiego pocisku balistycznego:

1. faza przyspieszania
2. faza swobodnego lotu
3. faza końcowa (opadania).

1. Faza przyspieszania

Ta faza to ok. 2 do 5 minut lotu pocisku z pracującym silnikiem rakietowym. W tym czasie ICBM stale przyspiesza, aby osiągnąć prędkość, pozwalającą na wyjście ponad atmosferę na wysokość ok. 200 km. Ta warstwa systemu jest chyba najbardziej rozbudowana, z prostego powodu. W pierwszej fazie lotu ICBM jest względnie łatwy do unieszkodliwienia, gdyż stanowi całość (nie uwolnił jeszcze głowic i celów pozornych) - wystarczy więc jedno trafienie, aby go zniszczyć. Założenia systemu mówią o zniszczeniu przynajmniej 80% pocisków z salwy w tej fazie. Dlatego najwięcej projektów powstało właśnie dla niej:

Lasery chemiczne

Laser chemiczny działa na zasadzie jednoczesnej emisji fotonów przez wzbudzone elektrony atomów jednego pierwiastka.
UWAGA: przypomnienie z czasów szkoły średniej:

Jak zapewne pamiętacie wszystkie atomy w naturalnym stanie posiadają elektrony. Te małe żyjątka posiadają pewien poziom energetyczny (dla uproszczenia mówimy, że mają przydzieloną ORBITĘ wokół jądra atomowego), jeśli takiemu elektronowi dostarczymy energię w postaci kopa - ten przemieszcza się na orbitę wyższą. Na tej wyższej orbicie pozostaje przez chwilę (krótszą, niż otwarcie butelki piffa), po czym wraca na swoją orbitę pierwotną, emitując nadwyżkę energii w postaci kwantu promieniowania EM (długość fali takiego promieniowania jest zależna od wysokości orbity, z której "spada" elektron), jeśli więc zbierzemy dużą ilość atomów jednego pierwiastka (duża liczba atomów jest zawarta nawet w niewielkiej ilości materii) i damy im jednocześnie odpowiedniego kopa, to niektóre z ich elektronów zostaną wzbudzone, żeby po chwili jednocześnie oddać energię kopa w postaci spójnej fali EM. Ta fala jest kolimowana w wiązkę promieniowania o wysokiej energii, która może być bronią.

Istnieją dwie koncepcje wykorzystania laserów do obrony antybalistycznej:

1. laserowe stacje orbitalne, które mogłyby być umieszczone na geostacjonarnej orbicie nad terytorium nieprzyjaciela (ówcześnie Związek Radziecki). Problem polega na tym, że taka stacja musiałaby być dość duża i ciężka, a więc koszt jej umieszczenia na orbicie byłby wysoki, do tego taka stacja musiałaby wytwarzać wiązkę o energii ok. 25 MW, a obecnie wytwarzane lasery produkują energie rzędu 800 kW. Co ważniejsze - duża stacja jest łatwa do zestrzelenia przy pomocy broni ASAT, zaproponowano więc:

2. laserowe stacje naziemne, które mogłyby produkować wiązki o potrzebnej energii i wystrzeliwać je z powierzchni ziemi w kierunku satelitarnych luster, które z kolei kierowałyby wiązkę na cel nawet spoza horyzontu. To rozwiązanie ma kilka dobrych stron: droga stacja laserowa jest umieszczona bezpiecznie na ziemi, niewielkie i tanie zwierciadła laserowe mogą być umieszczane na orbicie w miarę tanio i bezpiecznie. Niestety, są też i złe strony projektu: jest tylko kilka typów laserów chemicznych, których wiązki nie są rozpraszane w atmosferze ziemskiej, poza tym odpowiednie zwierciadła wymagałyby precyzji wykonania o wiele większej, niż te, używane np. w teleskopach astronomicznych (nawet niewielka nierówność powierzchni zwierciadła mogłaby rozproszyć i pochłonąć ilość energii wiązki wystarczającą do jego stopienia).

Ponadto, atmosfera ziemska odznacza się dużą niestabilnością, wszelkie zmiany gęstości powietrza mogą odchylać wiązkę, powodując niedokładności celowania (ten problem, być może zostanie rozwiązany przy użyciu technik "optyki adaptacyjnej" (zwierciadło jest wykonane wtedy z materiału elastycznego, kształt zwierciadła w każdej chwili jest kontrolowany przez tysiące mikrosiłowników sterowanych potężnym komputerem, który analizuje celność wiązki i, w razie potrzeby w ułamku sekundy koryguje kształt zwierciadła).

Emitery cząstek

Projekt wykorzystania wiązek wysokoenergetycznych cząstek elementarnych, opiera się na założeniu, że trafienie pocisku taką wiązką może w poważny sposób zakłócić działanie systemów naprowadzania pocisku i zdezaktywować go, przy użyciu większych energii, mogłoby nawet spowodować eksplozję konwencjonalnych materiałów wybuchowych w głowicy (używanych do sprężania ładunku jądrowego)i w efekcie przedwczesny wybuch głowic.

Niestety, nie można użyć najbardziej efektywnych cząstek naładowanych (takich, jak np. protony, czy elektrony), gdyż są one silnie odchylane przez ziemskie pole magnetyczne. Z kolei cząstki nienaładowane (np. neutron) są silnie rozpraszane na atomach atmosfery. Można sobie z tym poradzić używając "strzału laserowego", który toruje drogę wiązce cząstek, wystrzelonej tuż za nim. Jakkolwiek akceleratory cząstek są znane od prawie czterdziestu lat, ta technika wymaga niezwykle zaawansowanej technologii, którą jeszcze nie dysponujemy, ale kto wie, co przyniesie przyszłość. W każdym razie, badania nad tą bronią są kontynuowane.

Lasery rentgenowskie

Laser rentgenowski jest chyba najbardziej obiecującą z nowych broni programu. W zasadzie jest to niewielka orbitująca bomba jądrowa, która detonuje po wykryciu nieprzyjacielskiego pocisku. Na chwilę przed wybuchem nakierowuje ona zestaw "soczewek", wykonanych z materiałów skupiających promieniowanie rentgenowskie na cel. Następnie detonuje ładunek jądrowy małej mocy umieszczony w jej wnętrzu. Na ułamek sekundy przez zniszczeniem satelity ulewa promieni X jest skupiana i wystrzeliwana w kierunku celu, którego systemy elektroniczne zostają bezpowrotnie zniszczone. Taki satelita nie wymaga potężnego źródła zasilania (wystarczy mu energia z baterii słonecznych), jest więc relatywnie lekki (czyt.: tani do wyniesienia na orbitę). Może być jednak używany do niszczenia jedynie celów lecących wyżej, niż ok. 110 km (powyżej górnych warstw atmosfery, która skutecznie rozprasza promieniowanie rentgenowskie).

Oprócz zaawansowanej technologii, koniecznej do uruchomienia systemu, najwięcej problemów przysparza "czynnik nieprzyjaciela", który może uruchomić różne środki przeciwdziałania:

• uruchomienie broni ASAT do zestrzelenia obiektów satelitarnych (stacji, przekaźników laserowych)



• zastosowanie mniejszych silników rakietowych, które zmniejszają czas trwania fazy przyspieszania z 3-5 minut, do ok. 50 sekund. Pocisk osiąga wtedy wysokość tylko 80-90 km, co oznacza, że może przenieść mniejszy ładunek, ale za to podczas całego lotu pozostaje w atmosferze ziemskiej, co chroni go przed laserami rentgenowskimi i ultrafioletowymi a także emiterami cząstek. Co prawda nadal narażony jest na atak w paśmie widzialnym i podczerwieni, ale efektywne okno ataku jest dużo węższe, co oznacza, że mniej, niż 80% salwy ICBM zostanie unieszkodliwione w tej fazie lotu



• zastosowanie pancerzy rozpraszających, które pod wpływem trafienia ulegają odparowaniu, rozpraszając dużą część energii cieplnej. Robert Cooper - asystent sekretarza obrony USA zdradził niedawno, że USA dysponują już odpowiednimi materiałami. Co prawda pokrycie pocisku takim materiałem powoduje wzrost wagi, ale można nim pokryć tylko jedną stronę kadłuba i obrócić go frontem w stronę ataku



• odpalanie pocisków w kilku dużych salwach, których żaden system obrony satelitarnej nie będzie mógł efektywnie zatrzymać



• zastosowanie techniki FOBS (Fractional Orbital Bombardment System), która polega na wprowadzaniu pocisków na niską orbitę południową, po czym, po okrążeniu Ziemi w ok. 70 minut, pociski byłyby sprowadzane na cel przy pomocy niewielkich silników rakietowych - taki atak byłby wielkim zaskoczeniem, gdyż nadchodziłby z zupełnie nieoczekiwanej strony



• użycie innych środków do przenoszenia broni jądrowej, np. pocisków manewrujących, czy bombowców strategicznych. Środki te są całkowicie zabezpieczone przed atakiem stacji orbitalnych, ponadto mogą pozostać niezauważone, dzięki bardzo niskiemu pułapowi lotu i zastosowaniem technologii stealth.

2. Faza swobodnego lotu

Po wypaleniu silników rakietowych pocisk przechodzi do fazy swobodnego lotu. Pocisk uwalnia 20-30 niezależnych, samonaprowadzających głowic MIRV (Multiple Independently-targettable Reentry Vehicles), które kontynuują lot w kierunku celu. W tej fazie głowice MIRV, kilkadziesiąt pozoratorów i skrawki metalizowanej folii (odbijającej fale radarowe) tworzą rozległą chmurę, która wspina się na wysokość ok. 1000 km, zanim zacznie opadać w kierunku Ziemi. Głowice są wtedy przez 20-30 minut narażone na atak. Jako broń, najczęściej rozpatruje się wtedy różne warianty laserów, emiterów cząstek, ale także specjalne elektromagnetyczne działa szynowe, czyli wielkie elektromagnesy, rozpędzające metalowy pocisk kinetyczny do dużych prędkości.

Największym problemem jest jednak pokonanie taniej i skutecznej technologii wytwarzania pozoratorów. Wiele pomysłów koncentruje się więc na rozpoznaniu, które z celów są rzeczywiście głowicami bojowymi, a które tylko je udają. Większość z nich wymaga jednak zastosowania nadprzewodnictwa, a więc techniki na dzień dzisiejszy drogiej i będącej wciąż w fazie badań. Problem komplikuje się wraz z zastosowaniem "antysymulacji". W tej dziedzinie przoduje Rosja, jej głowice stosują szereg działań, mających na celu zmylenie przeciwnika, co do przeznaczenia obiektu, na przykład rzeczywiste głowice są ukrywane w metalizowanych balonach i udają pozoratory, które z kolei mają kształt identyczny z MIRV-em, co więcej, wyposażone są często w emitery radiowe i podczerwone, aby do złudzenia przypominać głowice.

Jednym z najpoważniej rozważanych środków przeciwdziałania, który może być zastosowany do obezwładnienia systemu obrony satelitarnej przez przeciwnika, jest zdetonowanie w przestrzeni dużego ładunku nuklearnego, w wyniku którego potężny impuls EMP oślepi orbitalne systemy obrony. Ogólnie rzecz biorąc przechwycenie głowic w tej fazie jest trudne, być może za trudne, aby zrobić wrażenie na przeciwniku.

3. Faza końcowa (opadania)

Jest to końcowa faza lotu pocisku (a właściwie już głowic MIRV). Obrona może rozpocząć się na wysokości ok. 150 km, kiedy głowice ponownie wchodzą w atmosferę. Pozoratory ulegają zniszczeniu przez tarcie o atmosferę, pozostawiając tylko prawdziwe głowice. Można więc zastosować wysokoenergetyczne lasery oraz pociski przechwytujące z głowicami jądrowymi, lub pociski kinetyczne. Te ostatnie mają przed sobą prawdziwą przyszłość, gdyż wybuch głowicy jądrowej w wysokich warstwach atmosfery niesie ze sobą różne niebezpieczeństwa, jak np. radioaktywny opad, czy impuls EMP, zagrażający satelitom.

Tak, czy inaczej obrona w tej fazie może być uznana, za ostatnią linię obrony, najmniej skuteczną i najbardziej zawodną - ocenia się, że skuteczność obrony w tej fazie wynosi zaledwie 5-15%. Sytuacja może się zmienić po udoskonaleniu programu ERINT, o którym wspomniałem w wykładzie o SDI.