De meeste lezers kennen het begrip "laser", afgeleid van het Engelse "laser" (lichtversterking door gestimuleerde emissie van straling) goed. Lasers, uitgevonden in het midden van de 20e eeuw, zijn ons leven grondig binnengekomen, ook al is hun werk in moderne technologie vaak onzichtbaar voor gewone mensen. De belangrijkste popularisator van de technologie zijn sciencefictionboeken en -films geworden, waarin lasers een integraal onderdeel zijn geworden van de uitrusting van de jagers van de toekomst.
In werkelijkheid hebben lasers een lange weg afgelegd, voornamelijk gebruikt als verkennings- en doelaanduidingsmiddel, en pas nu zouden ze hun plaats moeten innemen als een wapen van het slagveld, waarbij mogelijk het uiterlijk en het uiterlijk van gevechtsvoertuigen radicaal veranderen.
Minder bekend is het concept van een "maser" - een zender van coherente elektromagnetische golven in het centimeterbereik (microgolven), waarvan het uiterlijk voorafging aan de creatie van lasers. En heel weinig mensen weten dat er een ander type bronnen van coherente straling is - "saser".
"Beam" van geluid
Het woord "saser" wordt op dezelfde manier gevormd als het woord "laser" - geluidsversterking door gestimuleerde emissie van straling en duidt een generator aan van coherente geluidsgolven met een bepaalde frequentie - een akoestische laser.
Verwar een saser niet met een "audiospot" - een technologie voor het creëren van directionele geluidsstromen, als voorbeeld kunnen we ons de ontwikkeling herinneren van Joseph Pompey van het Massachusetts Institute of Technology "Audio Spotlight". De audiospot "Audio Spotlight" zendt een straal van golven in het ultrasone bereik uit, die, niet-lineair in wisselwerking met lucht, hun lengte tot geluid vergroten. De bundellengte van een audioprojector kan tot 100 meter bedragen, maar de geluidsintensiteit daarin neemt snel af.
Als er in lasers een generatie van lichtquanta - fotonen is, dan wordt hun rol in sasers gespeeld door fononen. In tegenstelling tot een foton is een fonon een quasideeltje geïntroduceerd door de Sovjetwetenschapper Igor Tamm. Technisch gezien is een fonon een kwantum van vibrerende beweging van kristalatomen of een kwantum van energie geassocieerd met een geluidsgolf.
"In kristallijne materialen interageren atomen actief met elkaar, en het is moeilijk om dergelijke thermodynamische verschijnselen te beschouwen als trillingen van individuele atomen erin - enorme systemen van biljoenen onderling verbonden lineaire differentiaalvergelijkingen worden verkregen, waarvan de analytische oplossing onmogelijk is. De trillingen van de atomen van het kristal worden vervangen door de voortplanting van een systeem van geluidsgolven in de substantie, waarvan de quanta fononen zijn. De fonon behoort tot het aantal bosonen en wordt beschreven door de Bose-Einstein-statistieken. Fononen en hun interactie met elektronen spelen een fundamentele rol in moderne concepten van de fysica van supergeleiders, warmtegeleidingsprocessen en verstrooiingsprocessen in vaste stoffen."
De eerste sasers werden ontwikkeld in 2009-2010. Twee groepen wetenschappers presenteerden methoden voor het verkrijgen van laserstraling - met behulp van een fonon-laser op optische holtes en een fonon-laser op elektronische cascades.
Een prototype optische resonator saser ontworpen door natuurkundigen van het California Institute of Technology (VS) maakt gebruik van een paar silicium optische resonatoren in de vorm van tori met een buitendiameter van ongeveer 63 micrometer en een binnendiameter van 12, 5 en 8, 7 micrometer, waarin een laserstraal wordt toegevoerd. Door de afstand tussen de resonatoren te veranderen, is het mogelijk om het frequentieverschil van deze niveaus aan te passen zodat het overeenkomt met de akoestische resonantie van het systeem, wat resulteert in de vorming van laserstraling met een frequentie van 21 megahertz. Door de afstand tussen de resonatoren te wijzigen, kunt u de frequentie van de geluidsstraling wijzigen.
Wetenschappers van de Universiteit van Nottingham (VK) hebben een prototype gemaakt van een saser op elektronische cascades, waarbij geluid door een superrooster gaat dat afwisselend lagen galliumarsenide en aluminiumhalfgeleiders van enkele atomen dik bevat. Fononen accumuleren als een lawine onder invloed van extra energie en worden vele malen gereflecteerd in de superroosterlagen totdat ze de structuur verlaten in de vorm van saserstraling met een frequentie van ongeveer 440 gigahertz.
Van Sasers wordt verwacht dat ze een revolutie teweeg zullen brengen in de micro-elektronica en nanotechnologie, vergelijkbaar met die van lasers. De mogelijkheid om straling te verkrijgen met een frequentie van het terahertz-bereik zal het mogelijk maken om sasers te gebruiken voor zeer nauwkeurige metingen, het verkrijgen van driedimensionale beelden van macro-, micro- en nanostructuren, het veranderen van de optische en elektrische eigenschappen van halfgeleiders bij een hoge snelheid.
De toepasbaarheid van sasers op militair gebied. Sensoren
Het formaat van de gevechtsomgeving bepaalt de keuze van het type sensoren dat in elk geval het meest effectief is. In de luchtvaart is het belangrijkste type verkenningsapparatuur radarstations (radars), die millimeter-, centimeter-, decimeter- en zelfs metergolflengten (voor grondradar) gebruiken. Het slagveld op de grond vereist een verhoogde resolutie voor nauwkeurige doelidentificatie, wat alleen kan worden bereikt door middel van verkenning in het optische bereik. Natuurlijk worden radars ook gebruikt in grondtechnologie, evenals optische verkenningsmiddelen in de luchtvaart, maar toch is de voorkeur voor het prioriteitsgebruik van een bepaald golflengtebereik, afhankelijk van het type gevechtsomgevingsformaat, behoorlijk overduidelijk.
De fysieke eigenschappen van water beperken het voortplantingsbereik van de meeste elektromagnetische golven in het optische en radarbereik aanzienlijk, terwijl water aanzienlijk betere omstandigheden biedt voor de doorgang van geluidsgolven, wat leidde tot het gebruik ervan voor verkenning en geleiding van wapens van onderzeeërs (PL) en oppervlakteschepen (NK) in het geval dat deze een onderwatervijand bevechten. Dienovereenkomstig werden hydro-akoestische complexen (SAC) het belangrijkste middel voor verkenning van onderzeeërs.
SAC's kunnen zowel in actieve als passieve modus worden gebruikt. In de actieve modus zendt de SAC een gemoduleerd geluidssignaal uit en ontvangt een signaal dat wordt weerkaatst door een vijandelijke onderzeeër. Het probleem is dat de vijand het signaal van de SAC veel verder kan detecteren dan de SAC zelf het gereflecteerde signaal zal opvangen.
In de passieve modus "luistert" de SAC naar geluiden die afkomstig zijn van de mechanismen van een onderzeeër of vijandelijk schip, en detecteert en classificeert doelen op basis van hun analyse. Het nadeel van de passieve modus is dat het geluid van de nieuwste onderzeeërs steeds minder wordt en vergelijkbaar wordt met het achtergrondgeluid van de zee. Als gevolg hiervan wordt het detectiebereik van vijandelijke onderzeeërs aanzienlijk verminderd.
SAC-antennes zijn gefaseerde discrete arrays van complexe vormen, bestaande uit enkele duizenden piëzo-keramische of glasvezeltransducers die akoestische signalen leveren.
Figuurlijk gesproken kunnen moderne SAC's worden vergeleken met radars met passieve phased antenne-arrays (PFAR) die worden gebruikt in de militaire luchtvaart.
Aangenomen mag worden dat het verschijnen van sasers het mogelijk zal maken om veelbelovende SAC's te creëren, die voorwaardelijk kunnen worden vergeleken met radars met actieve phased antenne arrays (AFAR), die een kenmerk zijn geworden van de nieuwste gevechtsvliegtuigen
In dit geval kan het algoritme van de werking van veelbelovende SAC's op basis van Saser-zenders in de actieve modus worden vergeleken met de werking van luchtvaartradars met AFAR: het zal mogelijk zijn om een signaal te genereren met een smal richtingspatroon, een dip in de richtingspatroon naar de stoorzender en zelfstoring.
Misschien zal de constructie van driedimensionale akoestische hologrammen van objecten worden gerealiseerd, die kunnen worden getransformeerd om een beeld en zelfs de interne structuur van het bestudeerde object te verkrijgen, wat uiterst belangrijk is voor de identificatie ervan. De mogelijkheid van de vorming van gerichte straling zal het voor de vijand moeilijk maken om een geluidsbron te detecteren wanneer de SAC in actieve modus is om natuurlijke en kunstmatige obstakels te detecteren wanneer een onderzeeër zich in ondiep water beweegt en zeemijnen detecteert.
Het moet duidelijk zijn dat het aquatisch milieu de "geluidsbundel" aanzienlijk meer zal beïnvloeden dan de manier waarop de atmosfeer laserstraling beïnvloedt, wat de ontwikkeling van krachtige lasergeleidings- en correctiesystemen vereist, en in elk geval zal het niet worden zoals een "laserstraal" - de divergentie van de laserstraling zal veel groter zijn.
De toepasbaarheid van sasers op militair gebied. Wapen
Ondanks het feit dat lasers in het midden van de vorige eeuw verschenen, wordt het gebruik ervan als wapens voor fysieke vernietiging van doelen nu pas realiteit. Aangenomen kan worden dat de sasers hetzelfde lot wacht. Tenminste, "geluidskanonnen" die lijken op die afgebeeld in het computerspel "Command & Conquer" zullen heel, heel lang moeten wachten (als het maken ervan al mogelijk is).
Door een analogie met lasers te maken, kan worden aangenomen dat op basis van sasers in de toekomst zelfverdedigingscomplexen kunnen worden gecreëerd, vergelijkbaar in concept met het Russische luchtverdedigingssysteem L-370 "Vitebsk" ("President-S"), ontworpen om raketten tegen te gaan die gericht zijn op een vliegtuig met infrarood geleidekoppen met behulp van een optisch-elektronisch onderdrukkingsstation (OECS), dat laserzenders omvat die de geleidekop van de raket verblinden.
Op zijn beurt kan het zelfverdedigingssysteem aan boord van onderzeeërs op basis van Saser-zenders worden gebruikt om vijandelijke torpedo- en mijnwapens met akoestische begeleiding tegen te gaan.
conclusies
Het gebruik van sasers als middel voor verkenning en bewapening van veelbelovende onderzeeërs is hoogstwaarschijnlijk op zijn minst een middellange termijn, of zelfs een ver vooruitzicht. Desalniettemin moeten de fundamenten van dit perspectief nu worden gelegd, zodat een basis wordt gelegd voor toekomstige ontwikkelaars van veelbelovende militaire uitrusting.
In de 20e eeuw zijn lasers een integraal onderdeel geworden van moderne verkennings- en doelaanduidingssystemen. Aan het begin van de 20e en 21e eeuw kan een jager zonder AFAR-radar niet langer worden beschouwd als het toppunt van technologische vooruitgang en zal hij inferieur zijn aan zijn concurrenten met een AFAR-radar.
In het komende decennium zullen gevechtslasers het aanzien van het slagveld op land, water en lucht radicaal veranderen. Het is mogelijk dat sasers niet minder invloed zullen hebben op het uiterlijk van het onderwaterslagveld in het midden en het einde van de 21e eeuw.
