Πώς λειτουργούν τα όπλα λέιζερ;

Έθνη σε όλο τον κόσμο αναπτύσσουν με γοργούς ρυθμούς όπλα λέιζερ υψηλής ισχύος για στρατιωτικές αποστολές στην ξηρά και στη θάλασσα, στον αέρα και στο διάστημα.

Όπλο λέιζερ τοποθετημένο σε φορτηγό. Φωτογραφία: Popular Science

Εικόνες από σμήνη μικρών, χαμηλού κόστους drones που γεμίζουν τον ουρανό ή προσπερνούν τα κύματα έχουν εμπνεύσει τον στρατό να αναπτύξει και να αναπτύξει όπλα λέιζερ ως εναλλακτική λύση σε δαπανηρές άμυνες όπως οι πύραυλοι, σύμφωνα με τον Iain Boyd, καθηγητή αεροδιαστημικής επιστήμης και μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Boulder του Κολοράντο.

Τα λέιζερ χρησιμοποιούν ηλεκτρισμό για να δημιουργήσουν φωτόνια ή σωματίδια φωτός. Τα φωτόνια ταξιδεύουν μέσα από ένα μέσο ενίσχυσης, αυξάνοντας γρήγορα τον αριθμό των φωτονίων. Όλα αυτά τα φωτόνια εστιάζονται σε μια στενή δέσμη από έναν οδηγό δέσμης λέιζερ, σύμφωνα με το The Conversation .

Στις δεκαετίες που έχουν περάσει από την κυκλοφορία του πρώτου λέιζερ το 1960, οι μηχανικοί έχουν αναπτύξει μια ποικιλία λέιζερ που παράγουν φωτόνια σε διαφορετικά μήκη κύματος σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, από υπέρυθρη έως υπεριώδη. Τα συστήματα λέιζερ υψηλής ισχύος που χρησιμοποιούνται σε στρατιωτικές εφαρμογές βασίζονται σε λέιζερ στερεάς κατάστασης, τα οποία χρησιμοποιούν ειδικούς κρυστάλλους για να μετατρέψουν την ενέργεια εισόδου σε φωτόνια. Ένα βασικό χαρακτηριστικό των λέιζερ στερεάς κατάστασης υψηλής ισχύος είναι ότι τα φωτόνια παράγονται στην υπέρυθρη περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και είναι αόρατα με γυμνό μάτι.

Όταν μια δέσμη λέιζερ αλληλεπιδρά με μια επιφάνεια, παράγει διαφορετικά αποτελέσματα με βάση το μήκος κύματος, την ισχύ της δέσμης και το υλικό της επιφάνειας. Τα λέιζερ χαμηλής ισχύος παράγουν φωτόνια στην ορατή περιοχή του φάσματος και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή φωτός για δείκτες και για επιδείξεις σε δημόσιες εκδηλώσεις. Αυτές οι δέσμες λέιζερ είναι τόσο χαμηλής ισχύος που ανακλώνται από την επιφάνεια χωρίς να προκαλούν καμία ζημιά.

Τα συστήματα λέιζερ υψηλότερης ισχύος χρησιμοποιούνται για την κοπή βιολογικών ιστών σε πολλές ιατρικές διαδικασίες. Τα λέιζερ υψηλότερης ισχύος μπορούν να θερμάνουν, να εξατμίσουν, να λιώσουν και να κάψουν μια ποικιλία υλικών και χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές διεργασίες για συγκόλληση και κοπή. Εκτός από το επίπεδο ισχύος του λέιζερ, η ικανότητα να παρέχει μια ποικιλία αποτελεσμάτων καθορίζεται επίσης από την απόσταση μεταξύ του λέιζερ και του στόχου.

Όπλα λέιζερ

Εν μέρει λόγω της ανάπτυξης βιομηχανικών λέιζερ υψηλής ισχύος, η χρήση όπλων λέιζερ από τους στρατούς γίνεται ολοένα και πιο διαδεδομένη. Ένα θεμελιώδες πλεονέκτημα των όπλων λέιζερ υψηλής ισχύος είναι ότι μπορούν να λειτουργούν συνεχώς. Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά όπλα όπως τα πυροβόλα, τα οποία έχουν περιορισμένα πυρομαχικά, τα λέιζερ υψηλής ισχύος μπορούν να βάλλουν συνεχώς εφόσον διαθέτουν πηγή ενέργειας.

Ο αμερικανικός στρατός αναπτύσσει λέιζερ υψηλής ισχύος τοποθετημένα σε φορτηγά για να καταρρίπτει μια σειρά στόχων, όπως drones, ελικόπτερα, όλμους και πυραύλους. Το Πολεμικό Ναυτικό των ΗΠΑ χρησιμοποιεί λέιζερ υψηλής ισχύος σε πλοία για να αμυνθεί έναντι μικρών, ταχέως κινούμενων σκαφών επιφανείας, καθώς και πυραύλων και drones. Η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ αναπτύσσει λέιζερ υψηλής ισχύος σε αεροσκάφη για επιθετικές και αμυντικές αποστολές. Η Ρωσία κατασκευάζει επίσης λέιζερ υψηλής ισχύος στο έδαφος για να «τυφλώνει» τους εχθρικούς δορυφόρους.

Περιορισμοί των όπλων λέιζερ

Μια βασική πρόκληση για τις μονάδες που χρησιμοποιούν λέιζερ υψηλής ισχύος είναι η ποσότητα ισχύος που απαιτείται για να επιχειρήσουν σε απόσταση. Σε αντίθεση με τα βιομηχανικά λέιζερ που απέχουν λίγα εκατοστά από τον στόχο τους, οι στρατιωτικές επιχειρήσεις περιλαμβάνουν πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις. Για την άμυνα ενάντια σε μια κοντινή απειλή, όπως όλμους ή μικρά σκάφη, τα όπλα λέιζερ πρέπει να χτυπήσουν τους στόχους τους πριν προκληθούν ζημιές.

Αλλά η καύση υλικού σε ασφαλή απόσταση απαιτεί δέσμες λέιζερ με ισχύ δεκάδων ή εκατοντάδων κιλοβάτ. Το μικρότερο πρωτότυπο όπλο λέιζερ χρησιμοποιεί 10 κιλοβάτ ηλεκτρικής ενέργειας, περίπου όσο ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Το τελευταίο όπλο λέιζερ υψηλής ισχύος που βρίσκεται υπό ανάπτυξη απαιτεί 300 κιλοβάτ ηλεκτρικής ενέργειας, αρκετά για να τροφοδοτήσουν 30 νοικοκυριά. Επειδή τα λέιζερ υψηλής ισχύος έχουν απόδοση μόνο 50%, δημιουργούν τεράστια απόβλητα.

Αυτό σημαίνει ότι τα λέιζερ υψηλής ισχύος απαιτούν υποδομή παραγωγής ενέργειας και ψύξης, η οποία μπορεί να περιορίσει την αποτελεσματικότητα των διαφόρων πλατφορμών. Τα στρατιωτικά φορτηγά και τα μαχητικά αεροσκάφη της αεροπορίας έχουν τον λιγότερο χώρο για όπλα λέιζερ υψηλής ισχύος, επομένως αυτά τα συστήματα περιορίζονται σε στόχους σχετικά χαμηλής ισχύος, όπως βυθιζόμενα drones ή εξουδετέρωση πυραύλων. Τα μεγάλα πλοία και αεροσκάφη μπορούν να φιλοξενήσουν πιο ισχυρά λέιζερ ικανά να καίνε τρύπες σε σκάφη και επίγεια οχήματα. Τα επίγεια συστήματα είναι τα λιγότερο περιορισμένα, επομένως έχουν τη μεγαλύτερη ισχύ και μπορούν να αντιμετωπίσουν πυραύλους από απόσταση.

Ένας άλλος σημαντικός περιορισμός των όπλων λέιζερ υψηλής ισχύος που απαιτούν πλατφόρμα σχετίζεται με τον χρόνο λειτουργίας. Επειδή η τροφοδοσία του λέιζερ πρέπει να μεταφέρεται από φορτηγό, πλοίο ή αεροπλάνο, η τροφοδοσία περιορίζει την ισχύ εξόδου και το λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για περιορισμένο χρονικό διάστημα πριν χρειαστεί επαναφόρτιση. Επιπλέον, η αποτελεσματικότητα των όπλων λέιζερ μειώνεται από τη βροχή, την ομίχλη και τον καπνό, τα οποία προκαλούν τη σκέδαση της δέσμης. Η δέσμη λέιζερ πρέπει επίσης να κλειδώσει σε έναν στόχο για αρκετά δευτερόλεπτα για να προκαλέσει ζημιά.

Στο μέλλον, τα όπλα λέιζερ είναι πιθανό να συνεχίσουν να αναπτύσσονται με αυξημένα επίπεδα ισχύος, διευρύνοντας την εμβέλεια στόχου.

Αν Χανγκ (Σύμφωνα με το The Conversation )

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