Wie funktionieren Laserwaffen?

Nationen auf der ganzen Welt entwickeln in rasantem Tempo Hochleistungslaserwaffen für militärische Missionen an Land und auf See, in der Luft und im Weltraum.

Laserwaffe auf einem LKW montiert. Foto: Popular Science

Bilder von Schwärmen kleiner, kostengünstiger Drohnen, die den Himmel füllen oder über die Wellen gleiten, haben das Militär dazu inspiriert, Laserwaffen als Alternative zu kostspieligen Verteidigungssystemen wie Raketen zu entwickeln und einzusetzen, so Iain Boyd, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik an der University of Colorado Boulder.

Laser nutzen Elektrizität, um Photonen, also Lichtteilchen, zu erzeugen. Die Photonen durchdringen ein Verstärkungsmedium, wodurch sich ihre Anzahl rapide erhöht. Laut The Conversation werden all diese Photonen anschließend mithilfe eines Laserstrahlleiters zu einem schmalen Strahl gebündelt.

Seit der Einführung des ersten Lasers im Jahr 1960 haben Ingenieure eine Vielzahl von Lasern entwickelt, die Photonen in verschiedenen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums – von Infrarot bis Ultraviolett – erzeugen. Hochleistungslasersysteme für militärische Anwendungen basieren auf Festkörperlasern, die mithilfe spezieller Kristalle die zugeführte Energie in Photonen umwandeln. Ein wesentliches Merkmal von Hochleistungs-Festkörperlasern ist, dass die Photonen im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums erzeugt werden und somit für das bloße Auge unsichtbar sind.

Wenn ein Laserstrahl auf eine Oberfläche trifft, entstehen je nach Wellenlänge, Strahlleistung und Oberflächenmaterial unterschiedliche Effekte. Laser mit geringer Leistung erzeugen Photonen im sichtbaren Spektralbereich und eignen sich als Lichtquelle für Zeigegeräte und Demonstrationen bei öffentlichen Veranstaltungen. Diese Laserstrahlen sind so leistungsschwach, dass sie von der Oberfläche reflektiert werden, ohne Schaden anzurichten.

Hochleistungslaser werden in vielen medizinischen Verfahren zum Schneiden von biologischem Gewebe eingesetzt. Die leistungsstärksten Laser können eine Vielzahl von Materialien erhitzen, verdampfen, schmelzen und verbrennen und werden in industriellen Prozessen zum Schweißen und Schneiden verwendet. Neben der Laserleistung hängt die Erzielbarkeit verschiedener Effekte auch vom Abstand zwischen Laser und Zielobjekt ab.

Laserwaffen

Teils aufgrund der Entwicklung von Hochleistungslasern für die Industrie nimmt der Einsatz von Laserwaffen durch das Militär immer weiter zu. Ein grundlegender Vorteil von Hochleistungslaserwaffen ist ihre Fähigkeit zum Dauerbetrieb. Im Gegensatz zu traditionellen Waffen wie Gewehren, deren Munition begrenzt ist, können Hochleistungslaser so lange ununterbrochen feuern, wie sie mit Strom versorgt werden.

Das US-Militär setzt Hochleistungslaser auf Lkw ein, um verschiedene Ziele wie Drohnen, Hubschrauber, Mörser und Raketen abzuschießen. Die US-Marine nutzt Hochleistungslaser auf Schiffen zur Verteidigung gegen kleine, schnelle Überwasserschiffe sowie Raketen und Drohnen. Die US-Luftwaffe entwickelt Hochleistungslaser für Flugzeuge, die sowohl für offensive als auch für defensive Missionen eingesetzt werden. Auch Russland baut Hochleistungslaser am Boden, um feindliche Satelliten zu stören.

Grenzen von Laserwaffen

Eine zentrale Herausforderung für Einheiten, die Hochleistungslaser einsetzen, ist die benötigte Energie für den Fernbetrieb. Im Gegensatz zu Industrielasern, die nur wenige Zentimeter von ihrem Ziel entfernt sind, finden militärische Operationen über deutlich größere Distanzen statt. Um sich gegen Bedrohungen aus nächster Nähe wie Mörser oder kleine Boote zu verteidigen, müssen Laserwaffen ihre Ziele treffen, bevor sie Schaden anrichten können.

Um Material aus sicherer Entfernung zu verbrennen, sind Laserstrahlen mit einer Leistung von mehreren zehn oder hundert Kilowatt erforderlich. Der kleinste Prototyp einer Laserwaffe verbraucht 10 Kilowatt Strom, etwa so viel wie ein Elektroauto. Die neueste in Entwicklung befindliche Hochleistungslaserwaffe benötigt 300 Kilowatt Strom – genug, um 30 Haushalte zu versorgen. Da Hochleistungslaser nur einen Wirkungsgrad von 50 Prozent aufweisen, erzeugen sie enorme Abfallmengen.

Hochleistungslaser benötigen daher eine Infrastruktur zur Energieerzeugung und Kühlung, was die Effektivität verschiedener Plattformen einschränken kann. Armeelastwagen und Kampfflugzeuge bieten am wenigsten Platz für Hochleistungslaserwaffen, weshalb diese Systeme auf relativ schwache Ziele wie das Versenken von Drohnen oder die Deaktivierung von Raketen beschränkt sind. Große Schiffe und Flugzeuge können leistungsstärkere Laser aufnehmen, die in der Lage sind, Löcher in Boote und Landfahrzeuge zu brennen. Bodengestützte Systeme sind am wenigsten eingeschränkt, verfügen daher über die größte Leistung und können Raketen aus der Distanz bekämpfen.

Eine weitere wichtige Einschränkung von Hochleistungslaserwaffen, die eine Plattform benötigen, betrifft die Betriebsdauer. Da die Stromversorgung des Lasers per LKW, Schiff oder Flugzeug transportiert werden muss, begrenzt sie die Ausgangsleistung, und der Laser kann nur für eine begrenzte Zeit eingesetzt werden, bevor er wieder aufgeladen werden muss. Zudem wird die Effektivität von Laserwaffen durch Regen, Nebel und Rauch beeinträchtigt, da diese den Strahl streuen. Der Laserstrahl muss außerdem mehrere Sekunden lang auf ein Ziel fokussiert sein, um Schaden anzurichten.

Zukünftig werden Laserwaffen voraussichtlich weiterentwickelt, mit steigender Leistung und damit größerer Reichweite.

An Khang (laut The Conversation )

Quellenlink: https://vnexpress.net/vu-khi-laser-hoat-dong-nhu-the-nao-4720686.html