USS Portland execută foc de antrenament cu arme-laser. Fasciculul este în infraroșu, evidențiat în imagine în lumină vizibilă.
Credit: Staff Sgt. Donald Holbert/Marine Corps via AP
Națiunile din întreaga lume dezvoltă rapid arme cu laser de mare energie pentru misiuni militare pe uscat și pe mare, în aer și spațiu. Scenariile cu roiuri de drone mici și ieftine care umplu cerul sau care zboară razant cu valurile sunt stimuli puternici pentru armatele lumii să dezvolte și să utilizeze arme cu laser ca alternativă la apărarea bazată pe rachete, care este costisitoare și poate fi copleșită de ținte multiple.
Armele cu laser au fost un element de bază în „science-fiction” cu mult înainte ca laserele să fie inventate. Recent, acestea au fost, de asemenea, invocate în unele teorii ale conspirației. Ambele tipuri de ficțiune evidențiază necesitatea de a înțelege cum funcționează de fapt armele cu laser și pentru ce sunt folosite.
Cum funcționează laserele
Un laser folosește electricitatea pentru a genera fotoni (particule de lumină). Fotonii trec printr-un „mediu de creștere”, adică un material care creează o cascadă de fotoni suplimentari, care crește rapid numărul de fotoni. Toți acești fotoni sunt apoi focalizați într-un fascicul îngust.
În deceniile de când primul laser a fost dezvăluit în 1960, inginerii au dezvoltat o varietate de lasere care generează fotoni la diferite lungimi de undă ale spectrului electromagnetic, de la infraroșu la ultraviolet.
Sistemele laser de înaltă energie care sunt utilizate în domeniul militar se bazează pe lasere „solid-state”, care folosesc cristale speciale pentru a converti energia electrică de intrare în fotoni. Un aspect cheie al laserelor de tip „solid-state” de mare putere este că fotonii sunt creați în segmentul infraroșu a spectrului electromagnetic și, prin urmare, nu pot fi văzuți de ochiul uman.
Atunci când interacționează cu o suprafață, un fascicul laser generează diferite efecte, bazate pe lungimea de undă a fotonului, puterea fasciculului și materialul suprafeței.
Laserele de putere redusă care generează fotoni în partea vizibilă a spectrului electromagnetic sunt utile ca surse de lumină pentru indicatoare („pointers”) și spectacole de lumină la evenimente publice. Aceste fascicule au o putere atât de mică, încât se reflectă dintr-o suprafață fără a o deteriora.
Sistemele laser de putere mai mare sunt folosite pentru a tăia țesut biologic în cadrul unor proceduri medicale.
Laserele de cea mai mare putere pot încălzi, vaporiza, topi și arde diverse tipuri de materiale și sunt utilizate în procesele industriale pentru sudare și tăiere.
Pe lângă nivelul de putere al laserului, capacitatea de a furniza aceste efecte diferite este determinată de distanța dintre laser și ținta acestuia.
Arme cu laser
Pe baza progreselor înregistrate în laserele industriale de mare putere, militarii găsesc un număr tot mai mare de utilizări pentru laserele de înaltă energie.
Un avantaj cheie pentru armele cu laser de înaltă energie este că oferă un „încărcător inepuizabil”. Spre deosebire de armele tradiționale, cum ar fi pistoalele și tunurile, care au o cantitate finită de muniție, un laser de înaltă energie poate continua să tragă atâta timp cât are energie electrică.
Forțele terestre ale SUA a montat lasere de înaltă energie pe mașini de luptă, pentru a doborî o serie de ținte, inclusiv drone, elicoptere, obuze de mortar și rachete. Laserul de 50 de kilowați este montat pe vehiculul de luptă al infanteriei Stryker, patru astfel de sisteme fiind dislocate pentru testarea pe câmpul de luptă în Orientul Mijlociu în februarie 2024.
Vehicul de luptă blindat, dotat cu laser de mare energie.
Credit: Jim Kendall, U.S. Army
Marina SUA utilizează un laser de înaltă energie pe nave pentru a se apăra împotriva navelor oceanice de suprafață mici și rapide, precum și împotriva rachetelor și a dronelor. Marina a instalat o armă laser de 60 de kilowați pe distrugătorul USS Preble în august 2022.
Forțele Aeriene al SUA dezvoltă lasere de înaltă energie pentru aeronave, pentru misiuni defensive și ofensive. În 2010, Forțele Aeriene au testat un laser cu putere de megawați, montat pe un Boeing 747 modificat, lovind o rachetă balistică în timp ce era lansată. Forțele Aeriene lucrează în prezent la un sistem de arme mai mic pentru avioanele de luptă.
Rusia pare să dezvolte un laser de înaltă energie la sol pentru a „orbi” sateliții adversarilor.
Limitările armelor cu laser
O provocare cheie pentru militarii care folosesc lasere de înaltă energie o reprezintă nivelurile ridicate de putere necesare pentru a crea efecte utile la distanță. Spre deosebire de un laser industrial care poate fi la doar câțiva centimetri de țintă, operațiunile militare implică distanțe semnificativ mai mari. Pentru a se apăra împotriva unei amenințări, cum ar fi o obuze de mortar sau o barcă mică, armele laser trebuie să angajeze țintele înainte de a putea provoca daune.
Dar pentru a distruge materiale la distanțe mari este nevoie de zeci până la sute de kilowați pentru alimentarea fasciculului laser.
Cel mai mic prototip de armă laser consumă 10 kilowați , aproximativ echivalentul unei mașini electrice.
Cea mai recentă armă laser de mare putere în curs de dezvoltare consumă 300 de kilowați, suficientă pentru a alimenta 30 de gospodării.
Și pentru că laserele de înaltă energie au o eficiență de utilizare a energiei de cel mult 50%, generează o cantitate enormă de căldură reziduală care trebuie gestionată.
Aceasta înseamnă că laserele de înaltă energie necesită o infrastructură extinsă de generare a energiei și de răcire, care limitează tipurile de efecte care pot fi generate de pe diferite platforme militare.
Camioanele armatei și avioanele de luptă ale Forțelor Aeriene au cel mai puțin spațiu pentru armele cu laser de înaltă energie, astfel încât aceste sisteme sunt limitate la ținte care necesită o putere relativ scăzută, cum ar fi doborârea dronelor sau dezactivarea rachetelor.
Navele și aeronavele mai mari pot găzdui lasere de înaltă energie mai mari, cu potențialul de a provoca găuri în bărci și vehicule terestre.
Sistemele fixe cu baza la sol au cele mai puține constrângeri și, prin urmare, cea mai mare putere, ceea ce face posibilă „orbirea” unui satelit îndepărtat.
O altă limitare importantă pentru armele laser de înaltă energie montate pe diverse tipuri de platforme se referă la conceptul de încărcător inepuizabil. Pentru că, în fapt, camionul, nava sau avionul trebuie să transporte sursa de energie pentru laser, iar asta va limita capacitatea sursei de energie, laserele pot fi folosite doar pentru o perioadă limitată înainte de a fi necesară reîncărcarea bateriilor.
Există, de asemenea, limite fundamentale pentru armele cu laser de înaltă energie, inclusiv eficiența redusă în condiții de ploaie, ceață și fum, care împrăștie raze laser. De asemenea, fasciculele laser trebuie să rămână fixate pe ținta lor timp de câteva secunde pentru a provoca daune.
Mentenanța prototipurile actuale de arme cu laser se dovedește, de asemenea, o provocare serioasă în zonele de luptă.
Focul aprins din cer
Un nou tip de teorie a conspirației a apărut în ultimii ani, susținând că entități malefice au folosit lasere de înaltă energie din aer pentru a declanșa incendii în California, Hawaii și Texas. Acest lucru este foarte puțin probabil din mai multe motive.
În primul rând, nivelul de putere necesar pentru a aprinde vegetația cu un laser de înaltă energie din cer ar necesita o sursă mare de energie instalată pe o aeronavă mare. Un avion de asemenea dimensiuni ar fi fost foarte vizibil chiar înainte de a se aprinde orice incendiu. În al doilea rând, în unele imagini care pretind că arată că incendiile sunt declanșate, fasciculele laser sunt verzi. Fasciculele laserelor de înaltă energie sunt invizibile.
Ce urmează
În viitor, armele laser de înaltă energie vor continua să evolueze, cu niveluri de putere crescute, care vor extinde gama de ținte împotriva cărora pot fi folosite.
Amenințările emergente reprezentate de dronele ieftine, cum ar fi cele utilizate în conflictele din Orientul Mijlociu și Ucraina, fac mai probabil ca laserele de înaltă energie să găsească și aplicații non-militare, cum ar fi apărarea populației împotriva atacurilor teroriste.
Traducere după High-energy laser weapons: how they work and what they are used for
Autorul, Iain Boyd, este director al Center for National Security Initiatives și profesor pentru disciplina științele ingineriei aerospațiale la University of Colorado Boulder
