レーザー兵器はどのように機能するのでしょうか?

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世界各国は、陸、海、空、宇宙での軍事任務のために高出力レーザー兵器を急速に開発しています。

トラックに搭載されたレーザー兵器。写真：ポピュラーサイエンス — トラックに搭載されたレーザー兵器。写真：*ポピュラーサイエンス*

コロラド大学ボルダー校の航空宇宙科学および工学教授であるイアン・ボイド氏によると、空を埋め尽くしたり波間をかすめたりする小型で安価なドローンの群れの画像が、ミサイルのような高価な防衛手段の代替として、軍がレーザー兵器を開発し配備するきっかけとなったという。

レーザーは電気を使って光子、つまり光の粒子を生成します。光子は増幅媒体を通過し、光子の数が急速に増加します。The Conversationによると、これらの光子はすべてレーザービームステアラーによって細いビームに集束されます。

1960年に最初のレーザーが導入されて以来、数十年にわたり、エンジニアたちは赤外線から紫外線まで、電磁スペクトル全体にわたる様々な波長の光子を生成する様々なレーザーを開発してきました。軍事用途で使用される高出力レーザーシステムは、特殊な結晶を用いて入力エネルギーを光子に変換する固体レーザーをベースとしています。高出力固体レーザーの重要な特徴は、光子が電磁スペクトルの赤外線領域で生成され、肉眼では見えないことです。

レーザー光線が表面と相互作用すると、波長、ビームの出力、そして表面の材質に応じて様々な効果が生じます。低出力レーザーは可視スペクトル領域の光子を生成し、ポインターや公共イベントでのデモンストレーションの光源として使用できます。これらのレーザー光線は非常に低出力であるため、表面から反射されても損傷を与えることはありません。

高出力レーザーシステムは、多くの医療処置において生体組織の切断に使用されています。最高出力のレーザーは、様々な材料を加熱、気化、溶融、燃焼させることができ、溶接や切断といった工業プロセスで使用されています。レーザーの出力レベルに加えて、様々な効果をもたらす能力は、レーザーと対象物との距離によっても左右されます。

レーザー兵器

高出力産業用レーザーの開発もあって、レーザー兵器は軍隊でますます使用されるようになっています。高出力レーザー兵器の根本的な利点は、連続作動が可能であることです。弾薬数が限られている銃などの従来の兵器とは異なり、高出力レーザーは電源がある限り連続的に発射することができます。

米軍は、無人機、ヘリコプター、迫撃砲、ミサイルなど、様々な標的を撃墜するため、トラックに搭載された高出力レーザーを配備している。米海軍は、小型で高速移動する水上艦艇やミサイル、無人機からの防御のため、艦艇に搭載された高出力レーザーを使用している。米空軍は、攻撃と防御の両方の任務に使用できる航空機搭載型の高出力レーザーを開発している。ロシアもまた、敵の衛星を「盲目」にするための地上設置型高出力レーザーを開発している。

レーザー兵器の限界

高出力レーザーを使用する部隊にとっての大きな課題は、遠距離での運用に必要な出力の大きさです。標的からわずか数センチの距離で運用できる産業用レーザーとは異なり、軍事作戦でははるかに長い距離を扱います。迫撃砲や小型船舶といった近距離の脅威から身を守るには、レーザー兵器は損傷を与える前に標的に命中させる必要があります。

しかし、安全な距離で物質を燃焼させるには、数十キロワットから数百キロワットの出力を持つレーザービームが必要です。最小の試作型レーザー兵器は10キロワットの電力を消費しますが、これは電気自動車とほぼ同じです。開発中の最新の高出力レーザー兵器は300キロワットの電力を必要とし、これは30世帯分の電力を賄うのに十分です。高出力レーザーの効率はわずか50%しかないため、膨大な量の廃棄物が発生します。

つまり、高出力レーザーには発電と冷却のためのインフラが必要となり、それが様々なプラットフォームの有効性を制限する可能性があります。陸軍のトラックや空軍の戦闘機は高出力レーザーを搭載できるスペースが最も限られているため、これらのシステムはドローンの撃沈やミサイルの無効化といった比較的低出力の標的に限定されます。大型艦艇や航空機には、ボートや地上車両に穴を開けるほどの強力なレーザーを搭載できます。地上配備型システムは制約が最も少ないため、最大の出力を持ち、遠距離からミサイルを迎撃することができます。

プラットフォームを必要とする高出力レーザー兵器のもう一つの重要な制約は、動作時間です。レーザーの電源はトラック、船舶、または航空機で運搬する必要があるため、電源によって電源の電力容量が制限され、レーザーは限られた時間しか使用できず、再充電が必要になります。さらに、雨、霧、煙などによりビームが散乱する環境では、レーザー兵器の有効性が低下します。また、レーザービームがダメージを与えるには、標的に数秒間ロックオンする必要があります。

今後、レーザー兵器は出力レベルを高めながら開発が進み、標的の範囲が拡大していくものと思われます。

アン・カン（ The Conversationによると）

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