อาวุธเลเซอร์ทำงานอย่างไร?

ประเทศต่างๆ ทั่วโลกกำลังพัฒนาอาวุธเลเซอร์กำลังสูงอย่างรวดเร็วสำหรับภารกิจ ทางทหาร บนบกและในทะเล บนอากาศและในอวกาศ

อาวุธเลเซอร์ที่ติดตั้งบนรถบรรทุก ภาพ: Popular Science — อาวุธเลเซอร์ที่ติดตั้งบนรถบรรทุก ภาพ: *Popular Science*

ภาพฝูงโดรนขนาดเล็กราคาถูกที่บินว่อนเต็มท้องฟ้าหรือบินผ่านคลื่นทะเลได้สร้างแรงบันดาลใจให้กองทัพพัฒนาและติดตั้งอาวุธเลเซอร์เป็นทางเลือกแทนระบบป้องกันราคาแพงอย่างขีปนาวุธ ตามที่ Iain Boyd ศาสตราจารย์ด้าน วิทยาศาสตร์ และวิศวกรรมการบินและอวกาศจากมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์กล่าว

เลเซอร์ใช้ไฟฟ้าในการสร้างโฟตอนหรืออนุภาคของแสง โฟตอนจะผ่านตัวกลางขยายสัญญาณ ทำให้จำนวนโฟตอนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โฟตอนทั้งหมดเหล่านี้จะถูกโฟกัสเป็นลำแสงแคบโดยเครื่องควบคุมลำแสงเลเซอร์ ตามรายงานของ The Conversation

ในช่วงหลายทศวรรษนับตั้งแต่มีการนำเลเซอร์ตัวแรกมาใช้ในปี 2503 วิศวกรได้พัฒนาเลเซอร์หลากหลายชนิดที่ผลิตโฟตอนในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ ตลอดช่วงสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ตั้งแต่อินฟราเรดไปจนถึงอัลตราไวโอเลต ระบบเลเซอร์กำลังสูงที่ใช้ในกองทัพนั้นใช้เลเซอร์โซลิดสเตตซึ่งใช้คริสตัลพิเศษในการแปลงพลังงานอินพุตเป็นโฟตอน คุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของเลเซอร์โซลิดสเตตกำลังสูงก็คือ โฟตอนจะถูกผลิตขึ้นในช่วงอินฟราเรดของช่วงสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า

เมื่อลำแสงเลเซอร์กระทบกับพื้นผิว ลำแสงจะก่อให้เกิดเอฟเฟกต์ที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น กำลังของลำแสง และวัสดุของพื้นผิว เลเซอร์กำลังต่ำจะสร้างโฟตอนในช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ และสามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงสำหรับตัวชี้และการสาธิตในงานสาธารณะ ลำแสงเลเซอร์เหล่านี้มีกำลังต่ำมากจนสามารถสะท้อนจากพื้นผิวได้โดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายใดๆ

ระบบเลเซอร์กำลังสูงใช้สำหรับตัดผ่านเนื้อเยื่อทางชีวภาพในขั้นตอนทางการแพทย์ต่างๆ เลเซอร์กำลังสูงสามารถให้ความร้อน ระเหย หลอมละลาย และเผาวัสดุต่างๆ ได้หลากหลาย และใช้ในกระบวนการอุตสาหกรรมสำหรับการเชื่อมและการตัด นอกจากระดับกำลังของเลเซอร์แล้ว ความสามารถในการส่งเอฟเฟกต์ต่างๆ ยังถูกกำหนดโดยระยะห่างระหว่างเลเซอร์และเป้าหมายอีกด้วย

อาวุธเลเซอร์

เนื่องมาจากการพัฒนาเลเซอร์อุตสาหกรรมกำลังสูง อาวุธเลเซอร์จึงถูกนำมาใช้ในกองทัพมากขึ้นเรื่อยๆ ข้อได้เปรียบพื้นฐานของอาวุธเลเซอร์กำลังสูงคือสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง แตกต่างจากอาวุธแบบดั้งเดิม เช่น ปืน ซึ่งมีกระสุนจำกัด เลเซอร์กำลังสูงสามารถยิงได้อย่างต่อเนื่องตราบเท่าที่มีแหล่งพลังงาน

กองทัพสหรัฐฯ กำลังติดตั้งเลเซอร์กำลังสูงบนรถบรรทุกเพื่อยิงเป้าหมายต่างๆ เช่น โดรน เฮลิคอปเตอร์ ปืนครก และขีปนาวุธ กองทัพเรือสหรัฐฯ กำลังใช้เลเซอร์กำลังสูงบนเรือเพื่อป้องกันเรือผิวน้ำขนาดเล็กที่เคลื่อนที่เร็ว รวมถึงขีปนาวุธและโดรน กองทัพอากาศสหรัฐฯ กำลังพัฒนาเลเซอร์กำลังสูงบนเครื่องบินสำหรับภารกิจทั้งรุกและรับ รัสเซียยังกำลังพัฒนาเลเซอร์กำลังสูงบนพื้นดินเพื่อ “ทำให้มองไม่เห็น” ดาวเทียมของศัตรูอีกด้วย

ข้อจำกัดของอาวุธเลเซอร์

ความท้าทายหลักสำหรับหน่วยที่ใช้เลเซอร์กำลังสูงคือปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการทำงานในระยะไกล ต่างจากเลเซอร์อุตสาหกรรมซึ่งอยู่ห่างจากเป้าหมายเพียงไม่กี่เซนติเมตร ปฏิบัติการทางทหารเกี่ยวข้องกับระยะทางที่ไกลกว่ามาก เพื่อป้องกันภัยคุกคามในระยะใกล้ เช่น ปืนครกหรือเรือขนาดเล็ก อาวุธเลเซอร์ต้องโจมตีเป้าหมายเสียก่อนจึงจะสร้างความเสียหายได้

แต่การเผาวัสดุในระยะปลอดภัยต้องใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีพลังงานในระดับสิบหรือหลายร้อยกิโลวัตต์ อาวุธเลเซอร์ต้นแบบที่เล็กที่สุดใช้ไฟฟ้า 10 กิโลวัตต์ ซึ่งเท่ากับรถยนต์ไฟฟ้า อาวุธเลเซอร์กำลังสูงล่าสุดที่อยู่ระหว่างการพัฒนาต้องใช้ไฟฟ้า 300 กิโลวัตต์ ซึ่งเพียงพอสำหรับให้พลังงานแก่บ้าน 30 หลัง เนื่องจากเลเซอร์กำลังสูงมีประสิทธิภาพเพียง 50 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น จึงก่อให้เกิดขยะจำนวนมหาศาล

นั่นหมายความว่าเลเซอร์กำลังสูงต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานด้านการผลิตพลังงานและการระบายความร้อน ซึ่งอาจจำกัดประสิทธิภาพของแพลตฟอร์มต่างๆ ได้ รถบรรทุกของกองทัพบกและเครื่องบินขับไล่ของกองทัพอากาศมีพื้นที่น้อยที่สุดสำหรับเลเซอร์กำลังสูง ดังนั้นระบบเหล่านี้จึงจำกัดเฉพาะเป้าหมายที่มีพลังงานค่อนข้างต่ำ เช่น โดรนที่จมน้ำหรือขีปนาวุธที่ทำลายล้าง เรือและเครื่องบินขนาดใหญ่สามารถรองรับเลเซอร์ที่มีพลังงานสูงกว่าซึ่งสามารถเผาทำลายเรือและยานพาหนะภาคพื้นดินได้ ระบบภาคพื้นดินมีข้อจำกัดน้อยที่สุด ดังนั้นจึงมีพลังงานมากที่สุดและสามารถยิงขีปนาวุธจากระยะไกลได้

ข้อจำกัดที่สำคัญอีกประการหนึ่งของอาวุธเลเซอร์กำลังสูงที่ต้องใช้แพลตฟอร์มนั้นเกี่ยวข้องกับระยะเวลาในการใช้งาน เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟสำหรับเลเซอร์จะต้องขนส่งโดยรถบรรทุก เรือ หรือเครื่องบิน แหล่งจ่ายไฟจึงจำกัดความจุของแหล่งจ่ายไฟ และเลเซอร์สามารถใช้งานได้เพียงช่วงเวลาจำกัดเท่านั้นก่อนที่จะต้องชาร์จใหม่ นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของอาวุธเลเซอร์จะลดลงเมื่อฝนตก หมอก และควัน ซึ่งอาจทำให้ลำแสงกระจายตัวได้ นอกจากนี้ ลำแสงเลเซอร์ยังต้องล็อกเป้าหมายเป็นเวลาหลายวินาทีจึงจะสร้างความเสียหายได้

ในอนาคตอาวุธเลเซอร์มีแนวโน้มที่จะพัฒนาต่อไปด้วยระดับพลังที่เพิ่มขึ้นและขยายระยะเป้าหมาย

อันคัง (ตาม บทสนทนา )

ลิงค์ที่มา