Μας έρχεται από το κοντινό παρελθόν, το γνωρίζουμε όλοι μας από τις ταινίες του Χόλυγουντ - 'Πόλεμος των Άστρων'. Στη πραγματικότητα, το ευρύ κοινό, όπως συνήθως με όλες τις άλλες τεχνολογίες, κάνει χρήση αυτών, χωρίς επίγνωση για το πως δουλεύουν, τι είναι στην πραγματικότητα αυτές οι τεχνολογίες. Για παράδειγμα-το λέιζερ. Τα προϊόντα λέιζερ έχουν εισχωρήσει στην καθημερινότητά μας εδώ και καιρό. Εκτυπωτές λέιζερ, τα δισκάκια (CD), σκάνερ, θερμόμετρα, δείκτες λέιζερ, ολογράμματα, οθόνες λέιζερ...Το λέιζερ είναι μια οπτική συσκευή που εκπέμπει την δέσμη φωτός σε μια συγκεκριμένη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Εκείνο που προέχει είναι η συνοχή της εξόδου του λέιζερ, που είναι χαρακτηριστικό της διατρητικότητος της δεσμίδας φωτός λέιζερ. Οι περισσότερες άλλες πηγές φωτός εκπέμπουν 'ασυνάρτητο' φως, το οποίο έχει μία φάση που μεταβάλλεται 'τυχαία' με το χρόνο και τη θέση. Βέβαια τίποτε δεν είναι 'τυχαίο' διότι εάν το φως μας ερχόταν σαν λέιζερ από τον ήλιο, τότε η ανθρωπότητα, αλλά ούτε καν ο αγαπημένος μας Μπλέ Πλανήτης δεν θα υπήρχε.
Στην βιομηχανική κατασκευή, χρησιμοποιούνται λέιζερ για την κοπή, κάμψη και συγκόλληση μετάλλων και άλλων υλικών, καθώς και για την σήμανση, δηλαδή την παραγωγή ορατών μοτίβων, όπως επιστολές, αλλάζοντας τις ιδιότητες ενός υλικού ή χαράσσοντας την επιφάνειά του. Στην επιστήμη τα λέιζερ χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές, μια από τις περισσότερο γνωστές είναι η φασματοσκοπία. Το λέιζερ χρησιμοποιείται στην ιατρική, για την αναίμακτη επέμβαση στην χειρουργική, στην οδοντιατρική, στην οφθαλμιατρική, ως διαγνωστικό ή σε θεραπευτικές εφαρμογές. Η περαιτέρω έρευνα συνεχίζεται με έμφαση σε ενα ευρύ πεδίο, όπως στην φασματοσκοπία, στην αφαίρεση με λέιζερ, ανόπτηση με λέιζερ, στην τεχνολογία της συμβολομετρίας, αλλά και στην διασκέδαση με λέιζερ. Το λέιζερ χρησιμοποιείται σε στρατιωτικές εφαρμογές, όπως στην τηλεμετρία, στην στοχοποίηση, στον φωτισμό, ως όπλο συστημάτων κατευθυνόμενης ενέργειας (Directed Energy Weapons - DEW), στην καθοδήγηση πυρομαχικών, στην αντιπυραυλική άμυνα, στα ηλεκτρο-οπτικά αντίμετρα (EOCM), ως εναλλακτική λύση για ραντάρ LIDAR (Light Detection And Ranging). Συστηματικά πλέον, η τεχνολογία λέιζερ βρίσκει την θέση της σε πρακτικές εφρμογές στρατιωτικού επιπέδου. Η αναπτυσσόμενη συνέργεια των διαφόρων τεχνολογιών επιτρέπει την σχεδίαση και κατασκευή σε μικρότερα δυναμικά συμπαγή συστήματα, όπως τα τουφέκια.
Συστήματα Λέιζερ: Έρχονται Εφαρμογές Μαχητικών Αεροσκαφών;
Το μαχητικό αεροσκάφος F-35 JSF παρέχει ίσως μια ιδανική πλατφόρμα δοκιμών ανάπτυξης και αξιολόγησης του λέιζερ. Αυτή η ευκαιρία απορρέει από τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί μέρος του συστήματος κάθετης απογειώσεως για το λέιζερ. Αυτό είναι εφικτό όπως ο χώρος της θέσεως του κάθετου ανελκυστήρα τροποποιηθεί, αφαιρώντας τον ανελκυστήρα και χρησιμοποιώντας την ενέργεια από τον εμπρός άξονα του κύριου κινητήρα για την παραγωγή ηλεκτρισμού που μεταφέρεται σε ειδικά πηνία (μπαταρίες), φορτίζοντας και αποφορτίζοντας το φορτίο σκαλωτά και ψηφιακά σε χρόνο Δt. Το σύστημα λέιζερ μπορεί να έχει όλη την δυνατότητα για περιστροφή 360 μοίρες με ημισφαιρική δομή - πάνω της άνω επιφάνειας της ατράκτου, αλλά και στην κάτω επιφάνεια της ατράτου, επιτρέποντας την στοχοποίηση και βολή σε 3600 από οποιαδήποτε θέση του αεροσκάφους. Ο υάλινος θόλος υπάρχει τόσο στην άνω, όσο και στην κάτω πλευρά της ατράκτου, ο οποίος θα λάβει την θέση που έχουν οι θύρες του συστήματος κάθετης απογείωσης, όταν αυτές είναι κλειστές, έτσι ώστε να μην μεταβληθεί καθόλου η αεροδυναμική του αεροσκάφους. Αυτή η δυναμική λειτουργία του συστήματος λέιζερ έχει την δυνατότητα να ελίσσεται με 5g, σύμφωνα με τα 'δημόσια' στοιχεία, ουσιαστικά το αεροσκάφος σε λίγες περιπτώσεις θα χρειαστεί να λειτουργεί σε ένα υψηλό περιβάλλον g.
Η ιδέα να χρησιμοποιηθεί ένα σύστημα λέιζερ στο F35 δεν είναι καινούρια. Η εταιρία Lockheed Martin έχει καταβάλλει προσπάθειες να εγκαταστήσει ένα υψηλής ενέργειας λέιζερ στο F-35 Joint Strike Fighter (JSF), έχοντας ως αρχικό στόχο την επαγωγή του συστήματος στο έτος 2012 με το F-35 Block4. Επί του παρόντος, δεν υπάρχουν πληροφορίες για πραγματικές δοκιμές ενός επιτυχούς συστήματος σε λειτουργία, βασιζόμενου στην εγκατάσταση ενός θόλου ή πυργίσκου. Φυσικά, το σύστημα λέιζερ παράγει περίσσεια θερμότητα που μπορεί να μετατεθεί στον κύριο κινητήρα JSF119-611 εκ του οποίου παράγεται και η ηλεκτρική ενέργεια για το λέιζερ, ανεβάζοντας την θερμοκρασία εξόδου στα ακροφύσια περίπου κατά έναν βαθμό. Ένα λέιζερ 100 KW είναι το ελάχιστο επίπεδο ισχύος που απαιτείται για να είναι ένα αποτελεσματικό όπλο το οποίο παρέχει δυνατότητα επιτυχούς βολής γύρω στα 10 χλμ. (6 μίλια). Ωστόσο, για να παραχθούν 100 KW φωτός, χρειάζεται 1 MW ηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή πρέπει να επεξεργαστούν περίπου 900 ΚW για την διατήρηση της ψύξης της θερμοκρασίας του λέιζερ. Η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί στο καύσιμο του αεροσκάφους και μετέπειτα για καύση, ένα συστημα 'παρόμοιο' με ένα ψυκτικό σύστημα αυτοκινήτου. Η Lockheed Martin έχει συνεργαστεί με το ερευνητικό κέντρο Air Force Research Laboratory (AFRL) πάνω στην έρευνα και την τεχνική παραγωγής υψηλής τεχνολογίας λέιζερ, με την εταιρία να επικεντρώνεται στην ενσωμάτωσή του στο αεροσκάφος. Μια μέθοδος για λέιζερ είναι η χρήση στερεάς κατάστασης (Solid State), η οποία χρησιμοποιεί ένα στερεό υλικό, όπως ύαλο κρύσταλλο, ως μέσo.
Στερεάς κατάστασης λέιζερ χρησιμοποιείται ήδη από τα μαχητικά αεροσκάφη - μέτρηση απόστασης και προσδιορισμός στόχου. Επιπλέον, σε ένα αεροσκάφος το οποίο λειτουργεί σε μεγάλες ταχύτητες, λόγω της αεροδυναμικής της ροής του αέρος γύρω και πάνω στην επιφάνεια του αεροσκάφους, θα υπάρχει παραμόρφωση και εν συνεχεία στρέβλωση της ακτίνας λέιζερ. Η προσαρμοσμένη οπτική διάταξη, η τεχνολογία που αναπτύχθηκε από το ερευνητικό κέντρο AFRL είναι ήδη σε χρήση στο Airborne Laser (ABL), και σε πολλά παρατηρητήρια-αστεροσκοπεία σε όλο τον κόσμο. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί παρέχοντας σε ένα προσαρμοζόμενο σύστημα οπτικής διάταξης την δυνατότητα να εκτελεί σε πραγματικό χρόνο την διόρθωση για την ατμοσφαιρική παραμόρφωση χρησιμοποιώντας κάτοπτρα που μπορεί να 'προ-στρεβλώνουν' τη δέσμη κατά τέτοιον τρόπο ώστε η ίδια η ατμόσφαιρα να βοηθά να 'ισιώσει' (διορθώσει) την ακτίνα λέιζερ. Η τεχνολογία αυτή δεν είναι καινούργια - είναι ήδη υπαρκτή. Ο ενδιαφερόμενος αναγνώστης μπορεί να αναζητήσει στο διαδίκτυο αρκετά παραδείγματα αυτής της τεχνολογίας. Παραλλήλως, μια άλλη πηγή για την συμπεριφορά του λέιζερ στην ατμόσφαιρα είναι η διεθνή βιβλιογραφία, όπως: Laser Beam Propagation in the Atmosphere του J.W. Strohbehn et al.
Είναι πολύ ενδιαφέρον ότι το λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλαπλούς ρόλους, εφόσον ενσωματώνεται στο αεροσκάφος. Ο αναγνώστης 'μαχητής' ίσως σκέπτεται μόνον την 'κατάρριψη' άλλων αεροσκαφών, αλλά στην πραγματικότητα αλλάζοντας την συχνότητα και το φάσμα του λέιζερ, υπάρχει η δυνατότητα χρήσης της δέσμης λέιζερ για την μεταφορά πληροφοριών μέσω κωδικού με ταχύτητα του φωτός σε άλλα αεροσκάφη, στους δορυφόρους στο διάστημα ή στις επίγειες δυνάμεις. Αλλάζοντας πάλι την ακτίνα λέιζερ, είναι δυνατόν αυτή είτε να περάσει μέσα από σύννεφα ή να χρησιμοποιηθούν τα σύννεφα για αντανάκλαση της ακτίνος -ένας 'ειδικός καθρέφτης'- και να σταλεί η ακτίνα σε άλλο μακρινό στόχο. Με μια νέα αλλαγή της συχνότητας του λέιζερ μπορεί να επιτραπεί η χρήση ως πηγή ενέργειας άλλων ιπτάμενων αεροσκαφών ή επίγειων οχημάτων. Δεν είναι σκοπός του παρόντος άρθρου να παρουσιαστούν οι μαθηματικές εξισώσεις και η φυσική που απαιτείται να ξεπεραστεί, για να γίνουν πραγματικότητα όλα αυτά. Βέβαια, μαζί με την ανάπτυξη τεχνολογίας λέιζερ απαραίτητη είναι και η ανάπτυξη της τεχνολογίας φωτοανιχνευτών και φιλτραρίσματος, η οποία ήδη υπάρχει στην τηλεμεταφορά μέσω καλωδίων.
Το λέιζερ έχει ήδη χρησιμοποιηθεί για την απευθείας παραγωγή ενέργειας σε κινητήρες ιπτάμενων οχημάτων: ένα μικρό παράδειγμα είναι η ιδέα του Lightcraft. Ένα ισχυρό λέιζερ στο έδαφος συγκεντρώνεται στο όχημα που θερμαίνει τον αέρα σε υψηλές θερμοκρασίες δημιουργώντας μίνι-εκρήξεις που κινούν το όχημα. Αυτό εξαρτάται από ένα λέιζερ επί του εδάφους, ενώ άλλα μελλοντικά σχέδια θα μπορούσαν να έχουν το λέιζερ επί του οχήματος. Μιά άλλη μέθοδος για την παραγωγή του λέιζερ βασίζεται στο Δυναμικό Λέιζερ με Αέριο (Gas Dynamic Laser). Για το προαναφερθέν τουφέκιο προτείνται μια ράβδος από το ραδιενεργό υλικό Polonium 210 παράγοντας υψηλή θερμοκρασία 21730Κ με πίεση 272 Atm για το μείγμα αποτελούμενο από CO2,N, He το οποίο διέρχεται μέσω ειδικού σχεδιασμού ακροφυσίων εξόδου (nozzles) και αναπτύσσονται μεγάλες ταχύτητες Mach 5,98 ενώ ταυτόχρονα η θερμοκρασία μειώνεται σε 288,10Κ και πίεση σε 0,1122 Atm προκαλώντας ένα 'θερμικό πιστόνι' και την ακτίνα λέιζερ. Φυσικά υπάρχουν και άλλοι μέθοδοι για την παραγωγή της απαιτούμενης αντίστροφης θερμοκρασίας σε μικρό χρόνο Δt. Στο εξαιρετικό βιβλίο Gas Dynamic Lasers: An Introduction από τον John D, Anderson, παρέχονται όλα τα βασικά μαθηματικά για αυτό τον τύπο λέιζερ.
Στην απεικόνιση-διάγραμμα, βλέπουμε ένα σχεδιάγραμμα που μας δείχνει ότι η παραγώμενη δέσμη λέιζερ εκπέμπεται 90 μοίρες απο την ροή των αερίων, τα οποία διέρχονται από μια σειρά 'nozzles' που αυξάνουν την ταχύτητά τους μέχρι Mach 6, ή Mach 8 κτλ, και μετέπειτα εξέρχονται από τον διαχυτή (diffuser) ο οποίος μειώνει την ταχύτητα κτλ. Δηλαδή το σύστημα παρομοιάζει μια κλασσική υπερυπερηχητική σήραγγα (Hypersonic tunnel) ή σήραγγα κραδασμών ('shock tube'). Τα πλεονεκτήματα της υψηλής παραγωγής που αντλήθηκαν από μια μεταγενέστερη ανάμειξη του αερίου δυναμικής λέιζερ υπήρξαν ενθαρρυντικά. Μια σχηματική αναπαράσταση της υπερηχητικής μίξης CO2 + He με ταχύτητα Mach 1,5 με Ν2 με ταχύτητα Mach 5. Η βασική ιδέα των αεροδυναμικών παραθύρων είναι ότι η επέκταση σε κύματα (expansion waves) και σε κρουστικά κύματα (shock waves) μπορεί σαφώς να λειτουργήσει ως ένα όριο μεταξύ της πίεσης στο εσωτερικό της κοιλότητας ενός δυναμικού λέιζερ με αέριο και της περιβάλλουσας πίεσης. Τα ακόλουθα απεικονίζουν σχηματικά τρεις τύπους των συγκλίνοντων και αποκλίνοντων ακροφυσίων, ώστε να επεκετείνεται η ροή σε υπερηχητικές ταχύτητες. Και στους τρεις τύπους, η δέσμη λέιζερ διαδίδεται έξω από την χαμηλής πίεσης κοιλότητα μέσω κυμάτων επέκτασης ή και κρουστικών κυμάτων, και σε ατμοσφαιρικό αέρα 1 atm. Δεδομένου ότι ο αέρας είναι σχεδόν 'διαφανής' στα 10,6 μm η ένταση του λέιζερ δεν εξασθενεί. Με προσεκτική επιλογή ενός συστήματος και την ενσωμάτωση στο σχεδιασμό των αεροσκαφών, που μπορούν να υποστηρίξουν την απαιτούμενη διαφορά πιέσεως, είναι δυνατόν να έχουμε μια πολύ μικρή επίδραση του περιβάλλοντα ροής επί της δέσμης λέιζερ.
Ένα μικρό παράδειγμα από τα συστήματα λέιζερ που υπάρχουν και έχουν δει το μάτι του κοινού έχει παρουσιαστεί. Bραχυπρόθεσμα, ίσως συστήματα αποτελούμενα απο πυραύλους και λέιζερ, θα εργαστούν από κοινού για να ολοκληρωθεί μια αποστολή. Στο μέλλον η πλειοψηφία των αποστολών θα μπορούσε να ολοκληρωθεί με οπλικά συστήματα λέιζερ. Δεδομένου ότι η διαθέσιμη ισχύς για λέιζερ συνεχίζει να αυξάνεται και δεδομένου ότι τα συστήματα λέιζερ γίνονται πιο συμπαγής και πιο ελαφριά στο βάρος, είναι κατανοητός ο λόγος που κάθε δεξαμενή σκέψης (think tank) σε κάθε μεγάλη χώρα επιθυμεί να έχει τη δυνατότητα να υπερασπίσει το έδαφός της με τα συστήματα που ανταποκρίνονται με την ταχύτητα του φωτός. Το όνομα του F35 Lightning II, ίσως να μην είναι τυχαίο. Ίσως είναι μια πλατφόρμα που συστήματα λέιζερ μπορούν να εξεταστούν είτε για το ίδιο το αεροσκάφος, είτε για μελλοντικά συστήματα, επανδρωμένα ή ανεπάνδρωτα. Ίσως πιο γρήγορα από το αναμενόμενο τα λέιζερ και τα όπλα πλάσματος κάνουν την εμφάνισή τους - ελπίζουμε μόνο μέσα στις αίθουσες των διεθνών εκθέσεων, με παρουσιάσεις και επιδείξεις, και όχι σε έναν μεγάλο καταστροφικό πόλεμο, διότι η δυνατότητα της εξαπολύσεως ενός αρμαγγεδώνα ταχύτητος του φωτός έρχεται - με μεγάλη υπευθυνότητα που αφορά πλέον όλη την ανθρωπότητα.
Chris Yiannas, Proton Aerospace, Jupiter, FL USA www.protonaerospace.com
Πηγές:
1. Gas Dynamic Lasers: An Introduction by John D Anderson Quantum Electronics
2. Laser Beam Propagation in the Atmosphere Edited by J.W. Strohbehn NY 1978
3. Safety with Lasers and Other Optical Sources A Comprehensive Handbook by David Sliney and Myron Wolbarsht Plenum Press
Τεχνική επιμέλεια fox2magazine.net, κατόπιν σχετικής άδειας
Στην βιομηχανική κατασκευή, χρησιμοποιούνται λέιζερ για την κοπή, κάμψη και συγκόλληση μετάλλων και άλλων υλικών, καθώς και για την σήμανση, δηλαδή την παραγωγή ορατών μοτίβων, όπως επιστολές, αλλάζοντας τις ιδιότητες ενός υλικού ή χαράσσοντας την επιφάνειά του. Στην επιστήμη τα λέιζερ χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές, μια από τις περισσότερο γνωστές είναι η φασματοσκοπία. Το λέιζερ χρησιμοποιείται στην ιατρική, για την αναίμακτη επέμβαση στην χειρουργική, στην οδοντιατρική, στην οφθαλμιατρική, ως διαγνωστικό ή σε θεραπευτικές εφαρμογές. Η περαιτέρω έρευνα συνεχίζεται με έμφαση σε ενα ευρύ πεδίο, όπως στην φασματοσκοπία, στην αφαίρεση με λέιζερ, ανόπτηση με λέιζερ, στην τεχνολογία της συμβολομετρίας, αλλά και στην διασκέδαση με λέιζερ. Το λέιζερ χρησιμοποιείται σε στρατιωτικές εφαρμογές, όπως στην τηλεμετρία, στην στοχοποίηση, στον φωτισμό, ως όπλο συστημάτων κατευθυνόμενης ενέργειας (Directed Energy Weapons - DEW), στην καθοδήγηση πυρομαχικών, στην αντιπυραυλική άμυνα, στα ηλεκτρο-οπτικά αντίμετρα (EOCM), ως εναλλακτική λύση για ραντάρ LIDAR (Light Detection And Ranging). Συστηματικά πλέον, η τεχνολογία λέιζερ βρίσκει την θέση της σε πρακτικές εφρμογές στρατιωτικού επιπέδου. Η αναπτυσσόμενη συνέργεια των διαφόρων τεχνολογιών επιτρέπει την σχεδίαση και κατασκευή σε μικρότερα δυναμικά συμπαγή συστήματα, όπως τα τουφέκια.
Συστήματα Λέιζερ: Έρχονται Εφαρμογές Μαχητικών Αεροσκαφών;
Το μαχητικό αεροσκάφος F-35 JSF παρέχει ίσως μια ιδανική πλατφόρμα δοκιμών ανάπτυξης και αξιολόγησης του λέιζερ. Αυτή η ευκαιρία απορρέει από τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί μέρος του συστήματος κάθετης απογειώσεως για το λέιζερ. Αυτό είναι εφικτό όπως ο χώρος της θέσεως του κάθετου ανελκυστήρα τροποποιηθεί, αφαιρώντας τον ανελκυστήρα και χρησιμοποιώντας την ενέργεια από τον εμπρός άξονα του κύριου κινητήρα για την παραγωγή ηλεκτρισμού που μεταφέρεται σε ειδικά πηνία (μπαταρίες), φορτίζοντας και αποφορτίζοντας το φορτίο σκαλωτά και ψηφιακά σε χρόνο Δt. Το σύστημα λέιζερ μπορεί να έχει όλη την δυνατότητα για περιστροφή 360 μοίρες με ημισφαιρική δομή - πάνω της άνω επιφάνειας της ατράκτου, αλλά και στην κάτω επιφάνεια της ατράτου, επιτρέποντας την στοχοποίηση και βολή σε 3600 από οποιαδήποτε θέση του αεροσκάφους. Ο υάλινος θόλος υπάρχει τόσο στην άνω, όσο και στην κάτω πλευρά της ατράκτου, ο οποίος θα λάβει την θέση που έχουν οι θύρες του συστήματος κάθετης απογείωσης, όταν αυτές είναι κλειστές, έτσι ώστε να μην μεταβληθεί καθόλου η αεροδυναμική του αεροσκάφους. Αυτή η δυναμική λειτουργία του συστήματος λέιζερ έχει την δυνατότητα να ελίσσεται με 5g, σύμφωνα με τα 'δημόσια' στοιχεία, ουσιαστικά το αεροσκάφος σε λίγες περιπτώσεις θα χρειαστεί να λειτουργεί σε ένα υψηλό περιβάλλον g.
Η ιδέα να χρησιμοποιηθεί ένα σύστημα λέιζερ στο F35 δεν είναι καινούρια. Η εταιρία Lockheed Martin έχει καταβάλλει προσπάθειες να εγκαταστήσει ένα υψηλής ενέργειας λέιζερ στο F-35 Joint Strike Fighter (JSF), έχοντας ως αρχικό στόχο την επαγωγή του συστήματος στο έτος 2012 με το F-35 Block4. Επί του παρόντος, δεν υπάρχουν πληροφορίες για πραγματικές δοκιμές ενός επιτυχούς συστήματος σε λειτουργία, βασιζόμενου στην εγκατάσταση ενός θόλου ή πυργίσκου. Φυσικά, το σύστημα λέιζερ παράγει περίσσεια θερμότητα που μπορεί να μετατεθεί στον κύριο κινητήρα JSF119-611 εκ του οποίου παράγεται και η ηλεκτρική ενέργεια για το λέιζερ, ανεβάζοντας την θερμοκρασία εξόδου στα ακροφύσια περίπου κατά έναν βαθμό. Ένα λέιζερ 100 KW είναι το ελάχιστο επίπεδο ισχύος που απαιτείται για να είναι ένα αποτελεσματικό όπλο το οποίο παρέχει δυνατότητα επιτυχούς βολής γύρω στα 10 χλμ. (6 μίλια). Ωστόσο, για να παραχθούν 100 KW φωτός, χρειάζεται 1 MW ηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή πρέπει να επεξεργαστούν περίπου 900 ΚW για την διατήρηση της ψύξης της θερμοκρασίας του λέιζερ. Η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί στο καύσιμο του αεροσκάφους και μετέπειτα για καύση, ένα συστημα 'παρόμοιο' με ένα ψυκτικό σύστημα αυτοκινήτου. Η Lockheed Martin έχει συνεργαστεί με το ερευνητικό κέντρο Air Force Research Laboratory (AFRL) πάνω στην έρευνα και την τεχνική παραγωγής υψηλής τεχνολογίας λέιζερ, με την εταιρία να επικεντρώνεται στην ενσωμάτωσή του στο αεροσκάφος. Μια μέθοδος για λέιζερ είναι η χρήση στερεάς κατάστασης (Solid State), η οποία χρησιμοποιεί ένα στερεό υλικό, όπως ύαλο κρύσταλλο, ως μέσo.
Στερεάς κατάστασης λέιζερ χρησιμοποιείται ήδη από τα μαχητικά αεροσκάφη - μέτρηση απόστασης και προσδιορισμός στόχου. Επιπλέον, σε ένα αεροσκάφος το οποίο λειτουργεί σε μεγάλες ταχύτητες, λόγω της αεροδυναμικής της ροής του αέρος γύρω και πάνω στην επιφάνεια του αεροσκάφους, θα υπάρχει παραμόρφωση και εν συνεχεία στρέβλωση της ακτίνας λέιζερ. Η προσαρμοσμένη οπτική διάταξη, η τεχνολογία που αναπτύχθηκε από το ερευνητικό κέντρο AFRL είναι ήδη σε χρήση στο Airborne Laser (ABL), και σε πολλά παρατηρητήρια-αστεροσκοπεία σε όλο τον κόσμο. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί παρέχοντας σε ένα προσαρμοζόμενο σύστημα οπτικής διάταξης την δυνατότητα να εκτελεί σε πραγματικό χρόνο την διόρθωση για την ατμοσφαιρική παραμόρφωση χρησιμοποιώντας κάτοπτρα που μπορεί να 'προ-στρεβλώνουν' τη δέσμη κατά τέτοιον τρόπο ώστε η ίδια η ατμόσφαιρα να βοηθά να 'ισιώσει' (διορθώσει) την ακτίνα λέιζερ. Η τεχνολογία αυτή δεν είναι καινούργια - είναι ήδη υπαρκτή. Ο ενδιαφερόμενος αναγνώστης μπορεί να αναζητήσει στο διαδίκτυο αρκετά παραδείγματα αυτής της τεχνολογίας. Παραλλήλως, μια άλλη πηγή για την συμπεριφορά του λέιζερ στην ατμόσφαιρα είναι η διεθνή βιβλιογραφία, όπως: Laser Beam Propagation in the Atmosphere του J.W. Strohbehn et al.
Είναι πολύ ενδιαφέρον ότι το λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλαπλούς ρόλους, εφόσον ενσωματώνεται στο αεροσκάφος. Ο αναγνώστης 'μαχητής' ίσως σκέπτεται μόνον την 'κατάρριψη' άλλων αεροσκαφών, αλλά στην πραγματικότητα αλλάζοντας την συχνότητα και το φάσμα του λέιζερ, υπάρχει η δυνατότητα χρήσης της δέσμης λέιζερ για την μεταφορά πληροφοριών μέσω κωδικού με ταχύτητα του φωτός σε άλλα αεροσκάφη, στους δορυφόρους στο διάστημα ή στις επίγειες δυνάμεις. Αλλάζοντας πάλι την ακτίνα λέιζερ, είναι δυνατόν αυτή είτε να περάσει μέσα από σύννεφα ή να χρησιμοποιηθούν τα σύννεφα για αντανάκλαση της ακτίνος -ένας 'ειδικός καθρέφτης'- και να σταλεί η ακτίνα σε άλλο μακρινό στόχο. Με μια νέα αλλαγή της συχνότητας του λέιζερ μπορεί να επιτραπεί η χρήση ως πηγή ενέργειας άλλων ιπτάμενων αεροσκαφών ή επίγειων οχημάτων. Δεν είναι σκοπός του παρόντος άρθρου να παρουσιαστούν οι μαθηματικές εξισώσεις και η φυσική που απαιτείται να ξεπεραστεί, για να γίνουν πραγματικότητα όλα αυτά. Βέβαια, μαζί με την ανάπτυξη τεχνολογίας λέιζερ απαραίτητη είναι και η ανάπτυξη της τεχνολογίας φωτοανιχνευτών και φιλτραρίσματος, η οποία ήδη υπάρχει στην τηλεμεταφορά μέσω καλωδίων.
Το λέιζερ έχει ήδη χρησιμοποιηθεί για την απευθείας παραγωγή ενέργειας σε κινητήρες ιπτάμενων οχημάτων: ένα μικρό παράδειγμα είναι η ιδέα του Lightcraft. Ένα ισχυρό λέιζερ στο έδαφος συγκεντρώνεται στο όχημα που θερμαίνει τον αέρα σε υψηλές θερμοκρασίες δημιουργώντας μίνι-εκρήξεις που κινούν το όχημα. Αυτό εξαρτάται από ένα λέιζερ επί του εδάφους, ενώ άλλα μελλοντικά σχέδια θα μπορούσαν να έχουν το λέιζερ επί του οχήματος. Μιά άλλη μέθοδος για την παραγωγή του λέιζερ βασίζεται στο Δυναμικό Λέιζερ με Αέριο (Gas Dynamic Laser). Για το προαναφερθέν τουφέκιο προτείνται μια ράβδος από το ραδιενεργό υλικό Polonium 210 παράγοντας υψηλή θερμοκρασία 21730Κ με πίεση 272 Atm για το μείγμα αποτελούμενο από CO2,N, He το οποίο διέρχεται μέσω ειδικού σχεδιασμού ακροφυσίων εξόδου (nozzles) και αναπτύσσονται μεγάλες ταχύτητες Mach 5,98 ενώ ταυτόχρονα η θερμοκρασία μειώνεται σε 288,10Κ και πίεση σε 0,1122 Atm προκαλώντας ένα 'θερμικό πιστόνι' και την ακτίνα λέιζερ. Φυσικά υπάρχουν και άλλοι μέθοδοι για την παραγωγή της απαιτούμενης αντίστροφης θερμοκρασίας σε μικρό χρόνο Δt. Στο εξαιρετικό βιβλίο Gas Dynamic Lasers: An Introduction από τον John D, Anderson, παρέχονται όλα τα βασικά μαθηματικά για αυτό τον τύπο λέιζερ.
Στην απεικόνιση-διάγραμμα, βλέπουμε ένα σχεδιάγραμμα που μας δείχνει ότι η παραγώμενη δέσμη λέιζερ εκπέμπεται 90 μοίρες απο την ροή των αερίων, τα οποία διέρχονται από μια σειρά 'nozzles' που αυξάνουν την ταχύτητά τους μέχρι Mach 6, ή Mach 8 κτλ, και μετέπειτα εξέρχονται από τον διαχυτή (diffuser) ο οποίος μειώνει την ταχύτητα κτλ. Δηλαδή το σύστημα παρομοιάζει μια κλασσική υπερυπερηχητική σήραγγα (Hypersonic tunnel) ή σήραγγα κραδασμών ('shock tube'). Τα πλεονεκτήματα της υψηλής παραγωγής που αντλήθηκαν από μια μεταγενέστερη ανάμειξη του αερίου δυναμικής λέιζερ υπήρξαν ενθαρρυντικά. Μια σχηματική αναπαράσταση της υπερηχητικής μίξης CO2 + He με ταχύτητα Mach 1,5 με Ν2 με ταχύτητα Mach 5. Η βασική ιδέα των αεροδυναμικών παραθύρων είναι ότι η επέκταση σε κύματα (expansion waves) και σε κρουστικά κύματα (shock waves) μπορεί σαφώς να λειτουργήσει ως ένα όριο μεταξύ της πίεσης στο εσωτερικό της κοιλότητας ενός δυναμικού λέιζερ με αέριο και της περιβάλλουσας πίεσης. Τα ακόλουθα απεικονίζουν σχηματικά τρεις τύπους των συγκλίνοντων και αποκλίνοντων ακροφυσίων, ώστε να επεκετείνεται η ροή σε υπερηχητικές ταχύτητες. Και στους τρεις τύπους, η δέσμη λέιζερ διαδίδεται έξω από την χαμηλής πίεσης κοιλότητα μέσω κυμάτων επέκτασης ή και κρουστικών κυμάτων, και σε ατμοσφαιρικό αέρα 1 atm. Δεδομένου ότι ο αέρας είναι σχεδόν 'διαφανής' στα 10,6 μm η ένταση του λέιζερ δεν εξασθενεί. Με προσεκτική επιλογή ενός συστήματος και την ενσωμάτωση στο σχεδιασμό των αεροσκαφών, που μπορούν να υποστηρίξουν την απαιτούμενη διαφορά πιέσεως, είναι δυνατόν να έχουμε μια πολύ μικρή επίδραση του περιβάλλοντα ροής επί της δέσμης λέιζερ.
Ένα μικρό παράδειγμα από τα συστήματα λέιζερ που υπάρχουν και έχουν δει το μάτι του κοινού έχει παρουσιαστεί. Bραχυπρόθεσμα, ίσως συστήματα αποτελούμενα απο πυραύλους και λέιζερ, θα εργαστούν από κοινού για να ολοκληρωθεί μια αποστολή. Στο μέλλον η πλειοψηφία των αποστολών θα μπορούσε να ολοκληρωθεί με οπλικά συστήματα λέιζερ. Δεδομένου ότι η διαθέσιμη ισχύς για λέιζερ συνεχίζει να αυξάνεται και δεδομένου ότι τα συστήματα λέιζερ γίνονται πιο συμπαγής και πιο ελαφριά στο βάρος, είναι κατανοητός ο λόγος που κάθε δεξαμενή σκέψης (think tank) σε κάθε μεγάλη χώρα επιθυμεί να έχει τη δυνατότητα να υπερασπίσει το έδαφός της με τα συστήματα που ανταποκρίνονται με την ταχύτητα του φωτός. Το όνομα του F35 Lightning II, ίσως να μην είναι τυχαίο. Ίσως είναι μια πλατφόρμα που συστήματα λέιζερ μπορούν να εξεταστούν είτε για το ίδιο το αεροσκάφος, είτε για μελλοντικά συστήματα, επανδρωμένα ή ανεπάνδρωτα. Ίσως πιο γρήγορα από το αναμενόμενο τα λέιζερ και τα όπλα πλάσματος κάνουν την εμφάνισή τους - ελπίζουμε μόνο μέσα στις αίθουσες των διεθνών εκθέσεων, με παρουσιάσεις και επιδείξεις, και όχι σε έναν μεγάλο καταστροφικό πόλεμο, διότι η δυνατότητα της εξαπολύσεως ενός αρμαγγεδώνα ταχύτητος του φωτός έρχεται - με μεγάλη υπευθυνότητα που αφορά πλέον όλη την ανθρωπότητα.
Chris Yiannas, Proton Aerospace, Jupiter, FL USA www.protonaerospace.com
Πηγές:
1. Gas Dynamic Lasers: An Introduction by John D Anderson Quantum Electronics
2. Laser Beam Propagation in the Atmosphere Edited by J.W. Strohbehn NY 1978
3. Safety with Lasers and Other Optical Sources A Comprehensive Handbook by David Sliney and Myron Wolbarsht Plenum Press
Τεχνική επιμέλεια fox2magazine.net, κατόπιν σχετικής άδειας
No comments :
Post a Comment