История зеркал. От отражения в воде до космической оптики

Создание реального лазера в 50-х – 60-х годах XX века вновь подняло тему лазерного оружия. На протяжении десятилетий оно стало непременным атрибутом фантастических фильмов. Реальные успехи были гораздо скромнее. Да, лазеры заняли важную нишу в системах разведки и целеуказания, широко применяются в промышленности, но для использования в качестве средства поражения их мощность по-прежнему была недостаточной, а массогабаритные характеристики неприемлемыми.

Гелиостат можно использовать для геодезических целей и сигнализации

Первый действующий лазер был создан в 1960 году. Это был импульсный твердотельный лазер на искусственном рубине. На момент создания это были самые высокие технологии. В наше время такой лазер можно собрать в домашних условиях, при этом энергия его импульса может достигать 100 дж.

С момента создания первого лазера найдено огромное количество способов получения лазерного излучения. Существуют твердотельные лазеры, газовые лазеры, лазеры на красителях, лазеры на свободных электронах, волоконные лазеры, полупроводниковые и другие лазеры. Также лазеры различаются по способу возбуждения. Например, в газовых лазерах различных конструкций, возбуждение активной среды может осуществляться оптическим излучением, разрядом электрического тока, химической реакцией, ядерной накачкой, тепловой накачкой (газодинамические лазеры, ГДЛ). Появление полупроводниковых лазеров породило лазеры типа DPSS (твердотельный лазер с диодной накачкой).

Различные конструкции лазеров позволяют получить на выходе излучение разных длин волн, от мягкого рентгеновского излучения, до излучения инфракрасного спектра. В разработке находятся лазеры, излучающие жесткое рентгеновское излучение и гамма-лазеры. Это позволяет подбирать лазер исходя из решаемой задачи. Относительно военного применение, это означает, к примеру, возможность выбора лазера, с излучением такой длины волны, которая минимально поглощается атмосферой планеты.

С момента разработки первого прототипа, непрерывно росла мощность, улучшались массогабаритные характеристики и коэффициент полезного действия (КПД) лазеров.

Без зеркал лазерных гироскопов, этих уникальных приборов, не создать высокоточного оружия.

В гироскопах устанавливают зеркала двух типов: плоские и сферические. Диаметр одного может быть 5 мм, а другого – в тысячу раз больше. Дух захватывает от одной мысли, как из тысячи сферических зеркал составить одно большое диаметром 5 метров. При этом сферичность каждого «пятачка» должна быть частью 5-метровой сферы.

Но и это еще не все. В нашем представлении зеркало – что-то простое, однородное, как хорошо отполированная пластина серебра. В гироскопе зеркало представляет собой специальное многослойное покрытие. Оно одновременно должно идеально отражать лазерный луч с минимизацией потерь и вместе с тем обладать пропускной способностью.

Зеркальное покрытие наносится методом ионного напыления на специальный стеклокристаллический материал – ситалл. Каждый из слоев имеет толщину порядка 100 нанометров, в зависимости от материала.

Коэффициент отражения зеркала определяется количеством напыляемых слоев и регулируется необходимой величиной пропускаемой оптической энергии. Качественное зеркало должно рассеивать и поглощать не более десяти из миллиона частей отраженного лазерного излучения.

Лазерный луч распространяется в гелий-неоновой газовой среде низкого давления. Ее характеристики должны оставаться неизменными на протяжении всего срока эксплуатации гироскопа. Попадание в газовую среду даже ничтожного количества примесей приводит сначала к изменению характеристик гироскопа, а затем – к его отказу.

На форуме «Армия-2020» впервые были представлены снаряды для реактивной системы залпового огня «Торнадо-С». 300-мм управляемый реактивный снаряд сочетает в себе огневую мощь и высокую точность поражения.

Зеркало применяется в термоядерном оружии с целью фокусировки излучения от запала и для запуска процесса термоядерного синтеза.

Военные применяют различные устройства со сложными оптическими схемами, в которых зеркальная поверхность является главным элементом. Используя отражающие свойства, собирают солнечную энергию, благодаря которой можно приготовить еду, согреть воду и даже увеличить урожай.

Зеркало в космонавтике

Солнечные зеркала

Ученые давно задумывались о создании альтернативного источника солнечного света с помощью огромных зеркал в космосе. Такой источник был бы особенно востребованным экономикой в осенне-зимний период. Очевидно, что до полноценного искусственного Солнца еще далеко, однако многое человечеству под силу уже сейчас.