Hoe werken laserwapens?

Landen over de hele wereld ontwikkelen in hoog tempo krachtige laserwapens voor militaire missies te land en ter zee, in de lucht en in de ruimte.

Laserwapen gemonteerd op een vrachtwagen. Foto: Popular Science — Laserwapen gemonteerd op een vrachtwagen. Foto: *Popular Science*

Beelden van zwermen kleine, goedkope drones die de lucht vullen of over de golven scheren, hebben het leger geïnspireerd om laserwapens te ontwikkelen en in te zetten als alternatief voor dure verdedigingsmiddelen zoals raketten, aldus Iain Boyd, hoogleraar lucht- en ruimtevaartwetenschappen en -techniek aan de Universiteit van Colorado Boulder.

Lasers gebruiken elektriciteit om fotonen, oftewel lichtdeeltjes, te creëren. Fotonen verplaatsen zich door een versterkend medium, waardoor het aantal fotonen snel toeneemt. Al deze fotonen worden door een laserstraalgeleider gebundeld tot een smalle bundel, aldus The Conversation .

In de decennia sinds de introductie van de eerste laser in 1960 hebben ingenieurs een verscheidenheid aan lasers ontwikkeld die fotonen produceren met verschillende golflengten in het elektromagnetische spectrum, van infrarood tot ultraviolet. Krachtige lasersystemen die in militaire toepassingen worden gebruikt, zijn gebaseerd op vastestoflasers, die speciale kristallen gebruiken om de ingevoerde energie om te zetten in fotonen. Een belangrijk kenmerk van krachtige vastestoflasers is dat fotonen worden geproduceerd in het infrarode deel van het elektromagnetische spectrum en onzichtbaar zijn voor het blote oog.

Wanneer een laserstraal in contact komt met een oppervlak, produceert deze verschillende effecten, afhankelijk van de golflengte, het vermogen van de straal en het materiaal van het oppervlak. Lasers met een laag vermogen produceren fotonen in het zichtbare deel van het spectrum en kunnen worden gebruikt als lichtbron voor aanwijzers en demonstraties bij openbare evenementen. Deze laserstralen hebben een zo laag vermogen dat ze op het oppervlak reflecteren zonder schade aan te richten.

Lasersystemen met een hoger vermogen worden gebruikt om biologisch weefsel te doorsnijden bij veel medische procedures. Lasers met het hoogste vermogen kunnen diverse materialen verhitten, verdampen, smelten en verbranden en worden gebruikt in industriële las- en snijprocessen. Naast het vermogen van de laser wordt het vermogen om diverse effecten te bereiken ook bepaald door de afstand tussen de laser en het doel.

Laserwapens

Mede dankzij de ontwikkeling van krachtige industriële lasers worden laserwapens door legers steeds vaker gebruikt. Een fundamenteel voordeel van krachtige laserwapens is dat ze continu kunnen werken. In tegenstelling tot traditionele wapens zoals vuurwapens, die een beperkte munitievoorraad hebben, kunnen krachtige lasers continu vuren zolang ze een energiebron hebben.

Het Amerikaanse leger gebruikt krachtige lasers op vrachtwagens om diverse doelen neer te schieten, waaronder drones, helikopters, mortieren en raketten. De Amerikaanse marine gebruikt krachtige lasers op schepen om zich te verdedigen tegen kleine, snel bewegende oppervlakteschepen, raketten en drones. De Amerikaanse luchtmacht ontwikkelt krachtige lasers op vliegtuigen voor offensieve en defensieve missies. Rusland bouwt ook krachtige lasers op de grond om vijandelijke satellieten te "verblinden".

Beperkingen van laserwapens

Een belangrijke uitdaging voor eenheden die krachtige lasers gebruiken, is de hoeveelheid vermogen die nodig is om op afstand te opereren. In tegenstelling tot industriële lasers, die zich slechts enkele centimeters van hun doelwit bevinden, vinden militaire operaties plaats op veel grotere afstanden. Om zich te verdedigen tegen een bedreiging van dichtbij, zoals mortieren of kleine boten, moeten laserwapens hun doelwit raken voordat ze schade kunnen aanrichten.

Maar om materiaal op een veilige afstand te laten branden, zijn laserstralen nodig met een vermogen van tientallen tot honderden kilowatts. Het kleinste prototype laserwapen verbruikt 10 kilowatt elektriciteit, ongeveer net zoveel als een elektrische auto. Het nieuwste krachtige laserwapen dat in ontwikkeling is, verbruikt 300 kilowatt elektriciteit, genoeg om 30 huishoudens van stroom te voorzien. Omdat krachtige lasers slechts 50 procent efficiënt zijn, produceren ze enorm veel afval.

Dit betekent dat krachtige lasers een infrastructuur voor energieopwekking en koeling nodig hebben, wat de effectiviteit van verschillende platforms kan beperken. Legervrachtwagens en straaljagers van de luchtmacht hebben de minste ruimte voor krachtige laserwapens, waardoor deze systemen beperkt zijn tot doelen met relatief laag vermogen, zoals het laten zinken van drones of het uitschakelen van raketten. Grote schepen en vliegtuigen kunnen krachtigere lasers huisvesten die gaten in boten en grondvoertuigen kunnen branden. Grondsystemen kennen de minste beperkingen, hebben dus het meeste vermogen en kunnen raketten op afstand bestrijden.

Een andere belangrijke beperking van krachtige laserwapens die een platform nodig hebben, heeft betrekking op de gebruiksduur. Omdat de stroomvoorziening voor de laser door een vrachtwagen, schip of vliegtuig moet worden vervoerd, beperkt de stroomvoorziening het geleverde vermogen en kan de laser slechts een beperkte tijd worden gebruikt voordat hij moet worden opgeladen. Bovendien wordt de effectiviteit van laserwapens verminderd door regen, mist en rook, waardoor de straal verstrooid raakt. De laserstraal moet bovendien enkele seconden op een doelwit gericht zijn om schade te veroorzaken.

In de toekomst zullen laserwapens waarschijnlijk steeds krachtiger worden en een groter bereik krijgen.

An Khang (volgens The Conversation )

Bronlink