IT Tales: Supervýkonné lasery – pro válku a mír / Analytics

Lidstvo se přizpůsobuje některým novým technologiím s ohromující rychlostí. Zde je například stejný laser. Od prvního vydání slavného článku Zur Quantentheorie der Strahlung (O kvantové teorii záření), v němž Albert Einstein předpověděl možnost existence tohoto typu záření, neuplynulo ani sto let; Od prvního předvedení fungujícího laseru v květnu 1960 v laboratoři Hughes Research ještě neuplynulo ani půl století, ale pro nás se různé implementace laserů staly běžnou záležitostí jako žehlička nebo šálek kávy. Málokdo si hned vzpomene, že samotné slovo „laser“ je zkratka – LASER, pod kterou se skrývá slovní spojení zesílení světla stimulovanou emisí záření. Tedy „zesílení světla stimulovanou emisí záření“. „Maser“, připomenu, je téměř totéž, jen místo světla mluvíme o mikrovlnném záření.

Není potřeba a myslím, že ani není důvod ztrácet čas převyprávěním historie vynálezu a popisováním principu fungování laseru, to všechno jsou běžné školní pravdy. Další věc je, že ne všechny lasery jsou stejné. V poslední době se objevilo velké množství různých metod vyzařování koherentního monochromatického světla a způsobů využití vlastností laseru v praxi je prostě nespočet. Dnes se pouze povrchně dotkneme problematiky použití výkonných laserů v nejzřejmější oblasti použití, vojenství, pouze nastíníme a ponecháme na hlubší výzkum v následujících publikacích a povšimneme si i aplikovaných oblastí aplikace vysokovýkonného laserového záření pro vědecké a průmyslové účely. Snad žádný jiný typ zbraně nebyl předmětem více fikcí, hororových příběhů a obyčejných nesmyslů než laserové zbraně. Laser s biologickým čerpáním, popsaný v M. Bulgakovově „Fatal Eggs“; hyperboloid inženýra Garina, od roku 1927 ničící města; James Bond a jeho kouzelné hodinky, které prořezávají řetězy laserovým paprskem; okouzlující supermutanti ze vzdálených galaxií s okouzlujícími laserovými pistolemi typu bang-bang z kabelky. Ve skutečnosti je laser v bojovém kontextu považován za jeden z typů takzvané „zbraně přímé energie“ (DEW). Tedy zbraň, která vyzařuje energii určitým směrem a aniž by k jejímu zásahu používala létající předměty – kulky, šípy atd. Kromě laserů, maserů a dalších elektromagnetických zářičů je tento typ zbraní reprezentován např. zářiči paprsků libovolných částic, které mají hmotnost, a také zbraněmi zvukovými. Pamatujete si na akustickou ránu v historické bitvě s Godzillou (Příběh trojky bratří Strugackých), kterou Slavík Odikhmantyevič nakonec ukončil opilého Beowulfa? Z historických i ne tak historických postav, které ovládaly „vlnovou zbraň“, můžeme kromě loupežníka Slavíka zmínit takové kamarády, jako je Zeus, starořecký milovník vrhání blesků, Jupiter, jeho starořímská obdoba, starověký skandinávský Thor se svým bleskovým kladivem Mjolnir a Indra, staroindický vrhač elektromagnetických šipek. Pohádka je, jak víme, lež, ale obsahuje náznak toho, že i když soudruzi Zeus, Jupiter, Thor a Indra nebyli veliteli bojových posádek laserových děl skutečných mimozemšťanů, ale byli vynalezeni ze strachu před pozemskými živly, myšlenku elektromagnetických nebo dokonce laserových zbraní a jejich účinnost oceňovali lidé v nepaměti. Jak je to tedy s používáním bojových laserů v dnešní době? Pomineme-li tradiční doplňková použití laserů s nízkým výkonem, jako je určování cílů, i přes všechny výhody bojových laserů (jako je střelba rychlostí světla, žádný zpětný ráz a žádná korekce gravitace/větru, obtížnost detekce nepřítelem) se praktická implementace laserových zbraní stále potýká s řadou úskalí.

Přečtěte si více

Kalorický obsah TĚSTOVIN na 100 g (vařených, tvrdých, v námořnickém stylu)

V první řadě mluvíme o vysoké ceně a nízké spolehlivosti zrcadlových systémů některých typů moderních laserů. Ale sebemenší závada na takových zrcadlech nebo dokonce prach na jejich povrchu může vést k pohlcení energie samotnou instalací se všemi důsledky, které z toho plynou. Je třeba vzít v úvahu i efekt rozostření paprsku a rozptylu laserové energie v atmosféře, který je umocněn přítomností mlhy, kouře nebo prachu (v tomto ohledu byl zajímavý vesmírný program SDI pod Reaganem, ale tam se mluvilo o úplně jiných, jednorázových rentgenových laserech). A konečně nejdůležitějším problémem je „obžerství“ laserových zbraní, potřeba mít „po ruce“ výkonný zdroj energie, který by je poháněl. Většina praktických konstrukcí laserových zbraní obvykle zahrnuje generování krátkých pulzních výbojů energie. Konkrétněji řečeno, energie laserového pulsu 1 milionu joulů je zhruba ekvivalentní explozi přibližně 200 gramů moderních výbušnin. Princip dopadu takového pulsu na cíl je mimochodem přibližně podobný výbušnému: hlavní mechanismus destrukce má povahu mechanické smykové deformace. Milion joulů je vážná věc; taková energie zatím není vhodná pro použití jako kapesní laserové pistole a jiné osobní střelné zbraně, jejichž popisy jsou ve sci-fi tak hojné. Jedna věc je pracovat s 1 kilowattem za hodinu jako „analogem“ 3,6 kilojoulů a něco jiného je vyrobit tento kilowatt nebo dokonce jeho čtvrtinu za zlomek sekundy. Jakou sílu by měla mít laserová instalace, aby se dalo mluvit o jejím potenciálním využití jako laserové zbraně? Encyklopedie naznačují, že CO₂ V moderní chirurgii se poměrně úspěšně používají lasery o výkonu asi 30–100 W. Jinými slovy, takový laser může nepřítele pouze „poškrábat“. Typická průmyslová CO₂ Lasery, které se obvykle používají pro vrtání a přesné řezání různých materiálů, mají výkon asi 100–3000 W. Pro polní laserové dělostřelectvo to možná bude stačit. Vojenská zařízení podobné síly již byla skutečně testována v americké armádě. Jedním z jasných příkladů je testování prototypu paprskové zbraně založené na pevnolátkovém laseru vyráběném společností Boeing, které proběhlo již v roce 2007 na jednom z vojenských zkušebních polygonů v Alabamě. Jako platformu použili specialisté Boeingu upravené protiletadlové dělo založené na Humvee, speciální modifikaci džípu Hummer, a laserová zbraň měla výkon asi 1 kW. Neviditelný paprsek s odchylkou v průměru několika centimetrů v zasažené oblasti již může propálit granát dělostřeleckého nebo minometného granátu a způsobit detonaci nepřátelského arzenálu. Samozřejmě je nepravděpodobné, že takový laser bude schopen proříznout letící letadlo, natož zachytit raketu. Potřebný je výkon záření v řádu desítek kilowattů. Vojenští experti Pentagonu vypočítali, že ke zničení řízených střel je zapotřebí laserová instalace o výkonu 100 kW. Ačkoli mnoho praktických úkolů pro bojové laserové zbraně je stále dosažitelných při výkonu 25–50 kW, bariéra 100 kW byla tradičně považována za základní práh pro dosažení úrovně výkonu „zbraní“ pro vysokoenergetické lasery. Kdysi, v roce 2002, Pentagon za účelem dosažení limitu výkonu 100 kW založil program vývoje bojových pevnolátkových laserů nazvaný Joint High Power Solid State Laser (JHPSSL). Pro názornost, aby bylo s čím porovnávat, uvedu ještě pár čísel: laser v ukazovátku klíčenky má výkon maximálně 1 mW; Vypalovačka DVD je vybavena laserem o výkonu asi čtvrt wattu; U holografických disků se předpokládá použití laserů o výkonu cca 1W. Ale vraťme se k programu JHPSSL. Přechod do druhé fáze vývoje v roce 2005 si stanovil za cíl dosáhnout výkonu asi 2 kW pro dvoujednotkový bojový laser Northrop Grumman. Poslední fáze 25 programu, zahájená v roce 3, začala předvedením prototypu o výkonu 2007 kW generujícího paprsek po dobu 3,9 sekund s účinností asi 500 %. Pevné lasery společnosti Northrop Grumman se poté poměrně rychle zlepšily: v březnu 20,6 bylo hlášeno dosažení 15,3 kW výkonu a v září 2008 dosáhlo 30 kW.

Přečtěte si více

Jak se vypořádat s neplodnými květy na cuketách

Kýžené stokilowattové úrovně bylo dosaženo teprve v březnu 2009, kdy Northrop Grumman oznámil úspěšné testování pevnolátkového elektrického yttrium-neodymového (YAG) laseru o výkonu více než 105 kW. Hlavní „fígl“ a zároveň výhoda vývoje Northrop Grumman se skrývá v blokovém provedení bojového laseru, který zaručuje škálovatelnost systému na celkový výkon 100 kW a více. Faktem je, že stovky kilowattů jsou „sbírány“ „řetězci“ jednotlivých blokových laserových zesilovačů, z nichž každý má výkon asi 15 kW.

Výsledkem spojení sedmi laserových řetězů je systém s paprskem o celkovém výkonu 105,5 kW a ve zdech společnosti, jak uvádí tisková zpráva, již byl testován systém s 8 laserovými řetězy o celkovém výkonu 120 kW.

Rekordní výkon laseru Northrop Grumman, zaznamenaný během březnového testu, doprovázejí následující parametry: dosažení plného výkonu za 0,6 sekundy, stabilní provoz systému po dobu delší než pět minut, elektrooptická účinnost 19,3 %, zaostření paprsku s faktorem větším než 3.0 a maximální doba provozu při výkonu vyšším než 100 kW po dobu delší než 85 minut. Laserový paprsek o síle 100 kilowattů je již vážný, a to i přes řadu zjevných provozních potíží, jako je rozptyl tepla a rozptyl paprsku v atmosféře. Northrop Grumman říká, že její pevnolátkové lasery budou použity k vytvoření vzdušné, námořní a pozemní bojové obrany a systémů protiraketové obrany. Soudě podle rozměrů instalace na oficiální fotografii by takový systém mohl být klidně založen na palubě dopravního letadla.

S velkou lítostí, když končím „vojenské“ téma v dnešním článku (je nemožné pojmout to nesmírnost!), bych rád poznamenal, že ne všechny vývojové technologie laserových zbraní se ukázaly být dostatečně slibné, aby jejich financování pokračovalo. Zdá se tedy, že slavná létající laserová zbraň Boeing YAL-1 Airborne Laser (ABL), založená na multimegawattovém chemickém kyslíko-jodovém laseru (COIL), namontovaná na palubě upraveného Boeingu 747-400F a vyvíjená více než deset let, se v příštích letech do výzbroje americké armády nedostane. Alespoň jedna věc je jistá: na tiskové konferenci v dubnu 2009 americký ministr obrany Robert Gates oznámil zrušení druhého letounu ABL a vrácení programu k revizi kvůli „nákladům a technologickým problémům a také skutečnosti, že proveditelnost programu je v současné době „ve velké otázce“.

Nezáviděníhodný osud čekal také společný americko-izraelský pozemní projekt THEL (Tactical High-Energy Laser) využívající deuterium-fluoridový laser, známý také jako laserový systém Nautilus nebo Demonstrátor. Přes pozitivní výsledky testů systému v roce 2002 a dokonce i úspěšné testy mobilní verze systému – MTHEL (Mobile Tactical High-Energy Laser), kdy byly sestřeleny jak jednotlivé minometné cíle, tak salvy, byl projekt zcela odstaven. Otázka obnovení práce na projektu byla vznesena Izraelem během izraelsko-libanonské války v roce 2006, ale zřejmě se nikdy nedočkala dalšího rozvoje.

Pokud jde o sovětský a ruský vývoj v oblasti laserových (a plazmových) zbraní, existuje více záhad a tajemství než přesných informací. Například v dubnu 1995 časopis Ogonyok psal o „plazmovém štítu“, který by mohl poskytnout protiraketovou obranu země. Zmínil také podrobnosti o setkání prezidentů Ruské federace a Spojených států ve Vancouveru v roce 1993, během kterého Boris Jelcin navrhl Američanům v rámci experimentu „Trust“ provést společné testy globálního protiraketového systému založeného na ruských plazmových zbraních poblíž atolu Kwajalein. Tehdy se hovořilo o pozemním laserovém záření, jehož paprsky údajně dosahovaly do horních vrstev atmosféry – až 50 km a mohly zasáhnout jakékoli hypersonické objekty. Podle akademika Ramila Avramenka, vývojáře „plazmoidu“, by takové zařízení, jakmile by bylo uvedeno do provozu, bylo relativně levné a mohlo by se stát příkladem duální technologie, protože kromě vojenského použití by takové zařízení mohlo být použito například k „zatracení“ ozonových děr a dokonce k ničení vesmírného odpadu. Myšlenka, jak nyní víme, nebyla nikdy uvedena do praxe, jako mnoho jiných myšlenek perestrojky. Studie osudu ruského „plazmoidu“ a osudu vývoje ruských laserových zbraní obecně si jednoznačně zaslouží samostatný článek. Snad se k této problematice vrátíme v našich budoucích publikacích a pro ty, kteří se chtějí o sovětsko-ruském programu dozvědět více, mohu nyní doporučit odkaz na Wikipedii: Terra – program pro vývoj laserových zbraní, nebo si název programu vygooglovat – „Terra-3“.

Přečtěte si více

5 důvodů, proč klimatizace vašeho auta nechladí a fouká teplý vzduch / Auto a doprava / iXBT Live

Důvodem, proč se objevila druhá, „mírová“ část tohoto článku, bylo oznámení o vypuštění nejvýkonnějšího laseru na Zemi. Oficiální vypuštění se uskutečnilo 29. května 2009 v National Ignition Facility (NIF) v Lawrence Livermore National Laboratory. Lawrence Livermore Laboratory, Kalifornie. Věřím, že v nejbližších dnech, týdnech, měsících můžeme očekávat ty nejneočekávanější zprávy z této laboratoře.

Je těžké popsat vyhlídky, které se otevřou, jakmile bude tento obří laserový systém spuštěn. Kombinovaná energie 192 laserů, které generují miliony joulů infračerveného světla a následně je převádějí na ultrafialové světlo, je přibližně 40krát větší než energie nejvýkonnějšího předchůdce NIF, laseru Nova. Pro srovnání, jeden megajoule je energie, kterou spotřebuje 10 100 XNUMXwattových žárovek za jednu sekundu.

700 TW (terawatt!) – to je výkon 192-laserové instalace na NIF, která generuje celkem 1,8 MJ energie. Třípatrová stavba, která zabírá plochu o velikosti fotbalového hřiště, je vybavena 120tunovou cílovou komorou o průměru 10 metrů. Každý ze 192 jednotlivých laserů NIF dokáže zaměřit svůj paprsek (asi 40 centimetrů čtverečních) na bod ve středu cíle o průměru pouhého půl milimetru v pulzech trvajících desítky nanosekund, což je stále zhruba 500 bilionů wattů špičkového výkonu nebo ekvivalent tisícinásobku množství energie generované ve Spojených státech za stejnou desetimiliardu sekund.

S pomocí instalace NIF se tak naskýtá jedinečná příležitost koncentrovat gigantické objemy energie s největší přesností v miliardtinách sekundy. Systém přesného paprskového zaostřování využívá 6206 400 vysoce kvalitních opticko-mechanických modulů a XNUMX počítačů zpracovávajících miliony řádků kódu řídicího systému.

Vlastnosti, netřeba dodávat, jsou působivé. Obrovská budova, supervýkonné laserové paprsky zasahující malinký cíl méně než palec hluboký. Legitimní otázka zní, proč je to všechno nutné? Odpověď je v magické kombinaci slov řízená termonukleární reakce. Pomocí laserového systému NIF mají vědci v úmyslu zahájit termonukleární reakci v laboratorních podmínkách. Pomocí této instalace se poprvé v praxi otestuje mnoho vědeckých teorií a výpočtů, které byly dosud z důvodu nedostatku vhodných výzkumných nástrojů prováděny výhradně v rámci počítačového modelování procesů. Během experimentů budou laserové paprsky z nastavení tlačit na dutou skořápku obsahující izotopy vodíku, deuterium a tritium, umístěnou ve středu terče, a stlačit je na hustotu 100krát větší než hustota olova. Termonukleární spalování při teplotách přes 100 milionů stupňů a tlacích přes 100 miliard atmosfér, srovnatelných s podmínkami ve středu hvězd a v jádrech velkých planet (nebo při termonukleárním výbuchu), by mělo zajistit udržení konstantního spalování termojaderného paliva a poskytnout tak větší energetický výdej, než je vynaloženo na napájení laseru. Nová laserová instalace nám samozřejmě umožní získat neocenitelné informace o vlastnostech různých materiálů, o struktuře a struktuře Vesmíru, i když se samozřejmě nikdo netají tím, že primárním cílem projektu je získat levnou a „čistou“ energii z termonukleární fúze, abychom v budoucnu dosáhli energetické bezpečnosti Spojených států. Podle vědců zapojených do projektu začnou experimenty se spuštěním termonukleární reakce v zařízení NIF blíže k druhé polovině roku 2010,

Přečtěte si více

Příkon pračky v kW

National Ignition Facility (NIF) v Lawrence Livermore National Laboratory je pokladnicí nápadů a jednoduše dechberoucích projektů, jejichž testování je v praxi zcela svázáno s funkčností nového supervýkonného laserového systému. Pokud vás zajímá výzkum v oblasti termojaderné energie, astrofyziky, hydrodynamiky, nelineární optické fyziky, nauky o materiálech, atomové fyziky a fyziky plazmatu, nebuďte líní a najděte si čas na prozkoumání tohoto projektu, určitě pro sebe najdete spoustu zajímavostí.

Například série experimentů využívajících zařízení NIF během let 2009-2010 má poskytnout řadu objasnění v pochopení procesů tvorby černých děr a supernov, evoluce hvězd a velkých planet, vysokoenergetických stavů atomů a povahy plazmatu.

Zvláštní místo v seznamu připravovaných experimentů zaujímá výzkum procesu tzv rychlé zahájení (rychlé zapálení, FI) termonukleární reakce, kterou provedli vědci z Kalifornské univerzity v San Diegu. V tomto scénáři spuštění termonukleární reakce je použit princip odpálení kulové kapsle stlačené tlakem. Za tímto účelem je terč deuterium-tritium nejprve stlačen lasery a poté je v krátkém pulzu dodána energie k zahájení termonukleární reakce ve stlačeném jádru.