Самый мощный в мире лазер: В США создали самый мощный лазер в мире |

Содержание

Сухопутные войска США получат самое мощное в мире лазерное оружие

В США разрабатывают новое импульсное лазерное оружие. По ожиданиям американских военных, оно должно стать более мощным, чем все существующие в настоящий момент образцы, причем сразу на три порядка.

На сайте департамента Пентагона, занимающегося исследованиями инвестиций в малый бизнес, появилась информация о перспективном оружии, работающем на новых физических принципах. Новое средство поражения названо тактическим ультракоротким импульсным лазером для армейских платформ. В сухопутных войсках США считают, что подобный лазер может нанести тяжелые повреждения беспилотному летательному аппарату и «поджарить его электронные кишки» — так об этом пишет американское издание Popular Mechanics.

Большинство военных лазеров — это лазеры непрерывного действия или лазеры, которые поражают цель воздействием луча энергии в течение некоторого времени. Лазеры непрерывного действия эффективно работают как «паяльные лампы», нагревая поверхность цели, к примеру, беспилотного летательного аппарата, до тех пор, пока какая-либо деталь не расплавится, что вызовет сбой в системе управления аппаратом и его последующую аварию, либо взрыв топлива или боевых частей средств поражения, загруженных на БЛА.

При этом американские обозреватели видят в реализации этой идеи ряд проблем. Как говорится в статье, иногда лазеры непрерывного действия, часто даже киловаттного класса, должны фокусироваться на одной точке цели в течение нескольких секунд для достижения нужного результата.

Однако ультракороткие импульсные лазеры (Ultrashort Pulse Lasers, USPL) меняют продолжительность воздействия по противнику на мощность, вырабатывая импульс лазерной энергии мощностью 1 тераватт и длительностью 200 фемтосекунд (один тераватт равен одному триллиону ватт, а одна фемтосекунда эквивалентна одной квадриллионной секунды).

Сухопутные войска США заявляют, что в отличие от традиционных лазеров, системы USPL смогут нейтрализовать угрозы с помощью трех различных механизмов: физического разрушения цели; ослепления датчиков посредством генерации широкополосного суперконтинуума (когерентное электромагнитное излучение со сверхшироким спектром) в воздухе и генерации локальных электронных помех, используемых для перегрузки внутренней электроники.

Особенно интересен последний способ нейтрализации угрозы, пишет PM. Электромагнитный импульс (ЭМИ) обычно считается побочным эффектом при взрыве ядерного боеприпаса, процесса, при котором ядерная бомба высвобождает электромагнитную энергию. Поражающее действие электромагнитного импульса обусловлено возникновением наведенных напряжений и токов в различных проводниках. Действие ЭМИ проявляется, прежде всего, по отношению к электрической и радиоэлектронной аппаратуре. Наиболее уязвимы линии связи, сигнализации и управления.

Но природные явления также могут вызывать ЭМИ. Например, это случилось в так называемом Кэррингтонском событии 1859 года. Тогда Солнце произвело необычно большой выброс корональной массы, высвободившей электромагнитную энергию, которая подожгла телеграфные провода по всему миру.

Однако фактор ЭМИ в лазере Сухопутных войск США полезен, так как он поможет гарантировать поражение вражеских беспилотных летательных аппаратов. Даже если лазер не прожигает элементы конструкции БЛА, чтобы вызвать его падение, или если дрон полагается на датчики, которые не могут быть ослеплены лазерным лучом, ЭМИ может полностью ликвидировать дрон как летательный аппарат.

«Лазеры сверхкоротких (предельно коротких) импульсов, лазеры УКИ (ПКИ), фемтосекундные лазеры — оптические квантовые генераторы, способные генерировать импульсы лазерного излучения, которые содержат достаточно малое число колебаний оптического поля», — пояснил «Газете.Ru» замдиректора Центра анализа стратегий и технологий Константин Макиенко.

По словам специалиста, фемтосекундные лазерные системы известны уже давно. Другое дело, если Сухопутным войскам США удастся довести уровень мощности до тех значений, о которых они заявляют.

Ранее «Газета.Ru» неоднократно писала о разработке различных образцов лазерного оружия.

В частности, в соответствии с Законом об ассигнованиях на национальную оборону на 2021 финансовый год в сфере ведения боевых действий на сухопутных театрах предполагается развитие системы высокоточного огня дальнего действия и комплексной противовоздушной и противоракетной обороны, включая высокоточные ударные ракеты, гиперзвуковые ракеты, высокоэнергетические лазеры.

Вместе с тем в сфере разработки лазерного оружия не все идет гладко. Давно запланированные испытания лазерного оружия воздушного базирования на борту истребителя ВВС США отложены до 2023 года из-за возникших технических проблем и осложнений, вызванных продолжающейся пандемией COVID-19.

Согласно Программе лазерных демонстраторов высокой энергии, предназначенных для самообороны летательных аппаратов ВВС США, первое испытание боевого лазера воздушного базирования на борту истребителя планировалось осуществить в 2021 году. Однако теперь оно сдвинуто на два года «вправо».

Высокими темпами идет создание лазерного оружия и в ВМС США. Считается, что военно-морские силы США получат высокоэнергетический лазер и интегрированный оптический ослепитель, а также сопряженную с ними систему разведки уже в 2021 году.

В частности, HELIOS представляет собой 60-киловаттный лазер с возможностью увеличения его мощности до 150 киловатт. Боевой лазер разрабатывается компанией Lockheed Martin, которая также занимается оснащением боевой информационно-управляющей системой «Иджис» (Aegis) эсминцев и крейсеров УРО (DDG)». Лазер будет полностью интегрирован в БИУС «Иджис», а также в систему электропитания корабля.

О том, что американцы планируют выйти именно на этот уровень мощности боевого лазера — 150 кВт — «Газета.Ru» писала еще в 2017 году.

Определенные достижения отмечаются и в Сухопутных войсках США. К примеру, в марте 2018 года боевая бронированная машина Армии США «Страйкер», оснащенная мобильным высокоэнергетическим лазером мощностью 5 кВт, поразила небольшой БЛА на полигоне Графенвер в Германии (земля Бавария). Тем самым американцы продемонстрировали своим европейским союзникам, насколько эффективно оружие на новых физических принципах.

Лазерное оружие, по мнению американских специалистов, защитит бронетранспортеры «Страйкер» во время ведения боевых действий, на марше и при дислокации на передовых базах США. Предполагается, что лазеры смогут поражать управляемые ракеты, БЛА, мины от минометов и снаряды ствольной артиллерии вероятного противника.

Лазерное оружие, по мнению разработчиков в США, позволяют минимизировать затраты по поражению объектов противника. Один выстрел лазерной установки относительно недорог. А альтернатива — многомиллионная по стоимости управляемая ракета.

HAPLS, самый мощный в мире лазер с полупроводниковой накачкой, начал работу в непрерывном импульсном режиме

Новости

15 февраля 2017

—

Совсем недавно новая лазерная система High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Laser System (HAPLS), разработанная и созданная в Ливерморской Национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livemore National Laboratory, LLNL) впервые начала работать в непрерывном импульсном режиме. Этим самым был установлен новый мировой рекорд для фемтосекундных петаваттных лазеров с лазерной полупроводниковой накачкой. Энергия каждого выработанного импульса составила 16 Джоулей при его длительности в 28 фемтосекунд и частоте повторения 3.3 герца.

До последнего времени на свете существовали подобные лазеры, способные вырабатывать лишь одиночные импульс с подобными характеристиками импульса. И даже наличие таких лазеров позволило ученым совершить множество открытий и прорывов в области материаловедения, медицины и фундаментальной физики. Наличие же лазера, способного работать в непрерывном импульсном режиме с достаточно высокой частотой, переведет вышеупомянутые области науки на качественно новый уровень.

Следует отметить, что проект HAPLS можно считать одним из самых успешных за всю истории масштабных научных проектов. Ведь всего за несколько лет этот проект прошел весь путь от первоначальной идеи до создания высокоинтегрированного и сложнейшего конечного устройства.

Высокая мощность импульса, его малая длительность и большая частота повторения стали возможными благодаря использованию всех самых последних достижений науки и техники. Ключевым узлом лазера HAPLS является его матрица лазерных диодов, которая используется для накачки основного лазера, представляющего собой сапфировый стержень с титановым покрытием. Эти импульсная энергетическая система в перспективе сможет обеспечить энергию импульса в 200 Джоулей при частоте повторения 10 Герц. Помимо этого в конструкции лазера HAPLS использовано множество инновационных решений, имеющих отношение к скоростной силовой электронике и электротехнике, к системам управления и синхронизации работы отдельных узлов.

Успешный запуск лазера HAPLS в непрерывном импульсном режиме означает готовность этого устройства к отправке к его месту назначения, которым является установка European Extreme Light Infrastructure Beamlines, расположенная в Чехии. Отправка будет осуществлена в ближайшие месяцы, после чего будет проведен монтаж лазера на новом месте, интеграция в состав установки и его запуск в полном рабочем режиме. Петаваттный луч лазера HAPLS будет ударять в специальные сменные мишени, что будет использоваться для получения различного рода вторичного электромагнитного излучения или для ускорения заряженных частиц до субсветовых скоростей. Ожидается, что лазер HAPLS будет введен в эксплуатацию в 2018 году и станет доступен для проведения всевозможных международных исследований.

Отправить

Твитнуть

Отправить

Научный портал «Атомная энергия 2. 0“ – это открытое к сотрудничеству прогрессивное цифровое СМИ с элементами управления ядерными знаниями, семантического анализа и ценностного лидерства, ставящее своей целью решение ключевых социально-ориентированных задач фундаментальной системообразующей атомной отрасли:

– образования и общения широкой общественности и специалистов об инновационном развитии экологически устойчивых, эффективных и полезных ядерных и радиационных наук и технологий в России и мире,

– формирования популярного сообщества ученых, инноваторов, деловых, государственных, общественных и экологических лидеров, открыто поддерживающих их дальнейшее развитие и изучение,

– формирования популярного сообщества компаний и организаций, открыто обменивающихся передовым опытом, знаниями, культурой, возможностями, инновациями и инициативами,

– и поддержки и привлечения талантливой и амбициозной молодежи к реализации длительных и успешных профессиональных карьер в атомной и смежных индустриях.

Мы предлагаем Вашей организации стать одним из партнеров нашего просветительского проекта и получить уникальный пакет профессиональных коммуникационных и рекламных услуг.

Почему нужна атомная энергетика?

Какой самый большой лазер в мире?

Джессика Холл, 4 октября 2021 г., 7:30

Этот сайт может получать партнерские комиссионные от ссылок на этой странице. Условия эксплуатации.

(Фото: sakkmesterke/Getty Images) Здесь, в ET, мы иногда углубляемся в темы без особых причин, кроме любопытства. В данном случае это лазеры. На потребительском уровне нас окружают продукты, использующие лазеры — распространены оптические носители, сканеры штрих-кодов, оптоволокно и принтеры, — но для этой статьи мы решили немного увеличить масштабы. Есть пара претендентов на звание самого большого в мире лазера, и все они занимаются какой-то действительно интересной наукой.

Почетное упоминание: Большой адронный коллайдер

Большой адронный коллайдер технически не является лазером, но это физически самый большой пучок частиц — и я включаю его сюда, потому что это не только неосязаемый высокоэнергетический пучок, но и на БАК происходит какая-то (буквально!) очень крутая лазерная наука. Эксперимент CERN ALPHA на самом деле использует рентгеновские лазеры для охлаждения антивещества до дрожи выше абсолютного нуля.

Ученые АЛЬФА используют реакционную камеру прибора для захвата антиводорода в магнитной бутылке. Затем они настраивают лазер так, чтобы его луч составлял всего на не совпадает по фазе с энергетическими состояниями антиводорода, немного похоже на то, как кто-то «крадет ваш прыжок», когда вы на батуте. Импульс фотонов в лазере замедляет антиводород, а поскольку тепло — это форма молекулярного движения, это замедление имеет охлаждающий эффект. Исследователям удалось охладить антиводород до 0,012К.

Лазер ZEUS

В то время как в эксперименте ALPHA проводится лазерное охлаждение, трехпетаваттный лазер ZEUS в Мичиганском университете сталкивается с электронным лучом для изучения экстремальной плазмы. ZEUS — самый мощный лазер в США. На самом деле он разработан, чтобы бить сверх своего веса: хотя ZEUS не обеспечивает такой большой мощности, его конструкция имитирует лазер, который примерно в миллион раз мощнее, чем то, что написано на банке. Это позволяет лазеру петаваттного класса имитировать зетаваттный луч.

Полномощные лазерные импульсы ZEUS мощностью 3 петаватт будут использоваться для генерации электронного луча мощностью 10 миллиардов электрон-вольт. Изображение предоставлено: Стив Алви / Мичиганский университет инженерии, коммуникаций и маркетинга.

После того, как он будет полностью включен, лазер будет направлен в вакуумную камеру и сфокусирован на своей газовой цели, где он начнет доставлять сверхкороткие импульсы света. Затем на ту же мишень направляется электронный луч, так что лазерный и электронный лучи пересекаются в объеме газа. Вся эта энергия превращает газ в плазму, и из-за геометрии пересекающиеся лучи имитируют гораздо более мощный лазер зетаваттного класса. Фактически, буква Z в зетаваттах — это то, откуда Зевс получил свое название: «Лазерная система ультракоротких импульсов, эквивалентная зетаваттам».

Инфраструктура экстремального освещения — ядерная физика (ELI-NP)

Это скачок с трех до десяти петаватт, но амбициозный проект инфраструктуры экстремального освещения (ELI) в Европе запустил свой флагманский ELI-NP, двойной десять петаватт ИК лазер. ELI-NP испускает когерентный пучок инфракрасного света на длине волны 820 нм с запланированным диаметром до пятидесяти сантиметров, что, ребята, равносильно тепловому излучению в полтора фута и мощностью в десять петаватт. Я знаю, что мы шутим о Звезде Смерти, но это настоящая штука. Он обладает исключительно тонкими возможностями таргетинга. Внутри реакционной камеры этот 50-сантиметровый луч может сфокусироваться на площади в один квадратный миллиметр. Это 10 ²² Вт/см ² Интенсивность представляет собой заметную долю общего солнечного усиления Земли, сфокусированного на крошечной точке.

Лазерная комната ЭЛИ-НП. Предоставлено: ELI-NP

ELI-NP был построен для изучения физики чрезвычайно высоких энергий, например, образования тяжелых металлов при взрыве сверхновых. Но он также занимается более практическими исследованиями, такими как протонная терапия рака или новые способы обращения с радиоактивными отходами.

Единственная причина, по которой это не более близкое соотношение к первому месту, заключается в том, что ELI-NP не завершена и сильно отстает от графика. Объект столкнулся со скандалом из-за выбора директора, а источник гамма-излучения был задержан на несколько лет. Новый контракт с Lyncean Technologies в Калифорнии предусматривает поставку источника гамма-излучения в 2023 году9.0007

Центр релятивистских лазерных исследований (CoReLS)

Победителем прорыва стал гигантский титан-сапфировый лазер мощностью четыре петаватт под названием CoReLs, расположенный в Южной Корее. С тех пор, как в 2004 году УМич достиг мощности 10 ²² Вт/см ², физики пытались поднять ее еще на одну ступень выше, и они, наконец, осуществили свою мечту. Хотя четыре петаватт — это, безусловно, меньшая выходная мощность, CoReLS использует физическую оптику, чтобы ограничить луч крошечной областью. Поскольку он очень точно сфокусирован, количество фотонов, которые поражают цель этого лазера размером в микрон, на самом деле превосходит количество фотонов, которые поражают квадратный миллиметр ELI-NP, даже несмотря на то, что ELI-NP может излучать больше фотонов. В апреле этого года группа исследователей достигла интенсивности 10 ²³ Вт/см ² , что примерно эквивалентно концентрации всей мощности Sun на пространстве размером с небольшой офисный стол. За исключением того, что они сфокусировали его на площади около квадратного микрона, что меньше, чем E. coli . Пью-пью.

Чтобы сфокусировать 28-сантиметровый луч, в лазере используется очень тонкая стеклянная оптика и параболические зеркала. Первоначально CoReLS использовала Pyrex в своих оптических компрессионных решетках, но от луча исходит так много тепла, что даже Pyrex не может достаточно равномерно его рассеять, что приводит к искажениям волнового фронта и флуктуациям луча. В конце концов исследователям пришлось использовать плавленый кварц, тот же материал, из которого сделаны окна шаттла. 92», Оптика, (2021).

(Примечание автора: жители северной части штата Нью-Йорк могут посмеяться над этим. Pyrex производится Corning, той же компанией, которая производит посуду под названием Corelle. Serendipity?)

Цель CoReLS — изучить, что происходит в большинстве Известные нам экстремальные условия, когда во взаимодействиях преобладают релятивистские эффекты. Одним из направлений исследований является квантовая электродинамика сильного поля. Интенсивность этого лазера позволяет физикам проводить реальные эксперименты с шатающимися квантовыми веществами, которые до сих пор были чисто теоретическими.

Пока эти почти неописуемо мощные лазеры делают свою работу, другие проекты продолжают раздвигать границы человеческого понимания, создавая все более и более мощные инструменты. Планируется или строится несколько других установок для сверхвысокоэнергетических лазеров, в том числе одна в Аполлоне (Франция), проект EP-OPAL в Университете Рочестера (США) и китайский источник экстремального света мощностью 100 петаватт. Если вам нравятся гигантские лазеры, следите за этим пространством: по мере продвижения претендентов в ряды мы будем обновлять наш список.