Większość czytelników doskonale zdaje sobie sprawę z pojęcia „lasera”, utworzonego z angielskiego „lasera” (wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania). Lasery wynalezione w połowie XX wieku na stałe wkroczyły w nasze życie, mimo że ich praca w nowoczesnej technologii jest często niewidoczna dla zwykłych ludzi. Głównym popularyzatorem tej technologii stały się książki i filmy science fiction, w których lasery stały się integralną częścią wyposażenia myśliwców przyszłości.
W rzeczywistości lasery przeszły długą drogę, służąc głównie jako środki rozpoznania i wyznaczania celów, a dopiero teraz powinny zająć ich miejsce jako broń na polu bitwy, być może radykalnie zmieniając swój wygląd i wygląd wozów bojowych.
Mniej znana jest koncepcja „masera” – emitera spójnych fal elektromagnetycznych w zakresie centymetrowym (mikrofal), których pojawienie się poprzedzało powstanie laserów. I mało kto wie, że istnieje inny rodzaj źródeł promieniowania koherentnego – „saser”.
„Promień” dźwięku
Słowo „saser” powstaje podobnie do słowa „laser” – Wzmocnienie Dźwięku przez Stymulowaną Emisję Promieniowania i oznacza generator spójnych fal dźwiękowych o określonej częstotliwości – laser akustyczny.
Nie myl sasera z „reflektorem audio” – technologią tworzenia kierunkowych strumieni dźwięku, jako przykład możemy przywołać opracowanie Josepha Pompeya z Massachusetts Institute of Technology „Audio Spotlight”. Reflektor audio „Audio Spotlight” emituje wiązkę fal w zakresie ultradźwiękowym, która oddziałując nieliniowo z powietrzem, zwiększa swoją długość do dźwięku. Długość wiązki projektora audio może wynosić do 100 metrów, jednak natężenie dźwięku w nim gwałtownie spada.
Jeśli w laserach występuje generacja kwantów światła - fotonów, to w saserach ich rolę odgrywają fonony. W przeciwieństwie do fotonu, fonon jest quasi-cząstkami wprowadzonymi przez radzieckiego naukowca Igora Tamma. Technicznie rzecz biorąc, fonon to kwant ruchu wibracyjnego atomów kryształu lub kwant energii związany z falą dźwiękową.
„W materiałach krystalicznych atomy aktywnie oddziałują ze sobą i trudno jest brać pod uwagę takie zjawiska termodynamiczne, jak drgania poszczególnych atomów w nich - uzyskuje się ogromne układy bilionów połączonych liniowych równań różniczkowych, których rozwiązanie analityczne jest niemożliwe. Drgania atomów kryształu zostają zastąpione przez propagację w substancji systemu fal dźwiękowych, których kwantami są fonony. Fonon należy do liczby bozonów i jest opisany statystyką Bose-Einstein. Fonony i ich oddziaływanie z elektronami odgrywają fundamentalną rolę we współczesnych koncepcjach fizyki nadprzewodników, procesów przewodzenia ciepła i procesów rozpraszania w ciałach stałych.”
Pierwsze sasery powstały w latach 2009-2010. Dwie grupy naukowców zaprezentowały metody otrzymywania promieniowania laserowego - z wykorzystaniem lasera fononowego na wnękach optycznych oraz lasera fononowego na kaskadach elektronicznych.
Prototypowy rezonator optyczny saser zaprojektowany przez fizyków z California Institute of Technology (USA) wykorzystuje parę krzemowych rezonatorów optycznych w postaci tori o średnicy zewnętrznej około 63 mikrometrów i średnicy wewnętrznej 12,5 i 8,7 mikrometrów, do którego podawana jest wiązka laserowa. Zmieniając odległość między rezonatorami można dostosować różnicę częstotliwości tych poziomów tak, aby odpowiadała rezonansowi akustycznemu układu, co powoduje powstawanie promieniowania laserowego o częstotliwości 21 megaherców. Zmieniając odległość między rezonatorami, możesz zmienić częstotliwość promieniowania dźwięku.
Naukowcy z Uniwersytetu w Nottingham (Wielka Brytania) stworzyli prototyp sasera na kaskadach elektronicznych, w których dźwięk przechodzi przez supersieć zawierającą naprzemienne warstwy półprzewodników z arsenku galu i aluminium o grubości kilku atomów. Fonony gromadzą się jak lawina pod wpływem dodatkowej energii i wielokrotnie odbijają się wewnątrz warstw supersieci, aż opuszczą strukturę w postaci promieniowania saser o częstotliwości około 440 gigaherców.
Oczekuje się, że Sasery zrewolucjonizują mikroelektronikę i nanotechnologię, porównywalną z laserami. Możliwość uzyskania promieniowania o częstotliwości z zakresu terahercowego umożliwi zastosowanie saserów do pomiarów o wysokiej precyzji, uzyskiwania trójwymiarowych obrazów makro-, mikro- i nanostruktur, zmiany właściwości optycznych i elektrycznych półprzewodników z dużą prędkość.
Zastosowanie saserów na polu wojskowym. Czujniki
Format środowiska walki determinuje wybór rodzaju czujników, które w każdym przypadku są najskuteczniejsze. W lotnictwie głównym rodzajem sprzętu rozpoznawczego są stacje radarowe (radary), wykorzystujące fale milimetrowe, centymetrowe, decymetrowe, a nawet metrowe (w przypadku radarów naziemnych). Naziemne pole bitwy wymaga zwiększonej rozdzielczości dla dokładnej identyfikacji celów, co można osiągnąć jedynie za pomocą rozpoznania w zasięgu optycznym. Oczywiście radary są również wykorzystywane w technice naziemnej, a w lotnictwie wykorzystuje się środki rozpoznania optycznego, ale mimo to przesądzenie na rzecz priorytetowego wykorzystania określonego zakresu fal, w zależności od rodzaju formatu środowiska bojowego, jest dość duże. oczywiste.
Właściwości fizyczne wody znacznie ograniczają zasięg propagacji większości fal elektromagnetycznych w zakresach optycznych i radarowych, natomiast woda zapewnia znacznie lepsze warunki do przejścia fal dźwiękowych, co doprowadziło do ich wykorzystania do rozpoznania i naprowadzania uzbrojenia okrętów podwodnych (PL) oraz okręty nawodne (NK) w przypadku, gdy te ostatnie walczą z podwodnym wrogiem. W związku z tym kompleksy hydroakustyczne (SAC) stały się głównym środkiem rozpoznania okrętów podwodnych.
SAC mogą być używane zarówno w trybie aktywnym, jak i pasywnym. W trybie aktywnym SAC emituje modulowany sygnał dźwiękowy i odbiera sygnał odbity od wrogiej łodzi podwodnej. Problem polega na tym, że wróg jest w stanie wykryć sygnał z SAC znacznie dalej, niż sam SAC przechwyci odbity sygnał.
W trybie pasywnym SAC „nasłuchuje” dźwięków pochodzących z mechanizmów okrętu podwodnego lub wrogiego statku oraz wykrywa i klasyfikuje cele na podstawie ich analizy. Wadą trybu pasywnego jest to, że hałas najnowszych okrętów podwodnych stale się zmniejsza i staje się porównywalny z szumem tła morza. W rezultacie zasięg wykrywania wrogich okrętów podwodnych jest znacznie zmniejszony.
Anteny SAC to dyskretne układy fazowane o złożonych kształtach, składające się z kilku tysięcy przetworników piezoceramicznych lub światłowodowych, które dostarczają sygnały akustyczne.
Mówiąc obrazowo, współczesne SAC można porównać z radarami z pasywnymi układami anten z fazami (PFAR) stosowanymi w lotnictwie wojskowym.
Można przypuszczać, że pojawienie się saserów umożliwi tworzenie obiecujących SAC, które warunkowo można porównać z radarami z aktywnymi antenami fazowanymi (AFAR), które stały się znakiem rozpoznawczym najnowszych samolotów bojowych
W tym przypadku algorytm działania obiecujących SAC opartych na emiterach Saser w trybie aktywnym można porównać z działaniem radarów lotniczych z AFAR: możliwe będzie generowanie sygnału o wąskim wzorze kierunkowości, zapewnienie zapadu w wzór kierunkowości do jammera i samozagłuszania.
Być może zrealizowana zostanie budowa trójwymiarowych hologramów akustycznych obiektów, które można przetworzyć w celu uzyskania obrazu, a nawet struktury wewnętrznej badanego obiektu, co jest niezwykle ważne dla jego identyfikacji. Możliwość powstania promieniowania kierunkowego utrudni przeciwnikowi wykrycie źródła dźwięku, gdy SAC jest w trybie aktywnym wykrywania naturalnych i sztucznych przeszkód, gdy okręt podwodny porusza się w płytkiej wodzie, wykrywając miny morskie.
Należy rozumieć, że środowisko wodne będzie znacznie bardziej wpływać na „wiązkę dźwiękową” w porównaniu do sposobu, w jaki atmosfera wpływa na promieniowanie laserowe, co będzie wymagało opracowania wysokowydajnych systemów naprowadzania i korekcji laserowej, a w żadnym wypadku nie będzie jak „wiązka laserowa” – rozbieżność promieniowania laserowego będzie znacznie większa.
Zastosowanie saserów na polu wojskowym. Broń
Pomimo tego, że lasery pojawiły się w połowie ubiegłego wieku, ich użycie jako broni do fizycznego niszczenia celów staje się rzeczywistością dopiero teraz. Można przypuszczać, że ten sam los czeka saserów. Przynajmniej „działa dźwiękowe” podobne do tych przedstawionych w grze komputerowej „Command & Conquer” będą musiały czekać bardzo, bardzo długo (o ile stworzenie takich będzie w ogóle możliwe).
Czerpiąc analogię z laserami, można założyć, że na bazie saserów w przyszłości mogą powstać kompleksy samoobrony, podobne w koncepcji do rosyjskiego systemu obrony powietrznej L-370 „Witebsk” („Prezydent-S”), przeznaczony do zwalczania pocisków wymierzonych w samolot z głowicami naprowadzającymi na podczerwień za pomocą optyczno-elektronicznej stacji tłumienia (OECS), która zawiera emitery laserowe oślepiające głowicę naprowadzającą pocisk.
Z kolei pokładowy system samoobrony okrętów podwodnych oparty na emiterach Saser może służyć do zwalczania wrogich broni torpedowych i minowych za pomocą wskazówek akustycznych.
wnioski
Użycie saserów jako środka rozpoznania i uzbrojenia obiecujących okrętów podwodnych jest najprawdopodobniej perspektywą co najmniej średnioterminową, a nawet odległą. Niemniej jednak podwaliny tej perspektywy muszą powstać już teraz, tworząc podwaliny dla przyszłych twórców obiecującego sprzętu wojskowego.
W XX wieku lasery stały się integralną częścią nowoczesnych systemów rozpoznania i oznaczania celów. Na przełomie XX i XXI wieku myśliwiec bez radaru AFAR nie może już być uważany za szczyt postępu technologicznego i będzie gorszy od swoich konkurentów z radarem AFAR.
W następnej dekadzie lasery bojowe radykalnie zmienią oblicze pola bitwy na lądzie, wodzie i powietrzu. Niewykluczone, że sasery będą miały nie mniejszy wpływ na wygląd podwodnego pola bitwy w połowie i pod koniec XXI wieku.
