История лазера. Научное издание
Шрифт:
В 1984 г. глобальный рынок лазеров превышал более чем два миллиона евро в коммерческой области в добавок к одному миллиону в военных целях. А в 1994 г. общий объем продаж лазеров составил 1 млрд. евро. В течение этой эскалации успехов и применений не обошлось без забавных недоразумений. Например, в 1970-х гг. дин работник американской таможни решил, что лазеры безопасны, и могут без ограничений импортироваться и экспортироваться, но это не относится к лазерным пучкам!
Здесь мы хотим упомянуть о некоторых огромных возможностях лазеров, описав некоторые из применений, имеющих большой интерес, как с исторической, так и с современной точек зрения.
Лазер для военных
Даже РґРѕ того, как были созданы первые лазеры, РѕРЅРё уже вызвали определенный интерес военных РёР·-Р·Р° принципиальной возможности СЂСЏРґР° применений. Было понятно, что высокая направленность лазерного пучка может обеспечить секретность передачи информации, которая получается путем модуляции его интенсивности. РљСЂРѕРјРµ того, возможность фокусирования Рё формирования пучка позволяет снизить потери РїСЂРё распространении, С‚.Рµ. избежать недостатка, присущего радиоволнам. РўРѕРіРґР° казалось, что лазер сможет обеспечить уникальный СЃРїРѕСЃРѕР± коммуникаций или даже передачи энергии. Однако первые же эксперименты, выполненные, как только появились лазеры, показали, что атмосфера Земли оказывает вредное влияние РЅР° распространение света, РѕРЅ поглощается или рассеивается. Если идет дождь или снег, Р° также РІ тумане, распространение невозможно. РќРѕ даже РїСЂРё СЏСЃРЅРѕР№ РїРѕРіРѕРґРµ распространение существенно ухудшается. Например, интенсивность РЅРµ остается постоянной РІРѕ времени, Р° начинает беспорядочно флуктуировать РёР·-Р·Р° явления, которое известно как турбулентность атмосферы. Рто хорошо известно астрономам, которые наблюдают, что изображения звезд флуктуируют РІРѕ времени (РѕРЅРё называют этот эффект сцинтилляциями). Однако такого ограничения можно избежать РІ вакууме, например, между спутниками или РЅР° Луне, Р° также существенно ослабить его РїСЂРё сравнительно коротких дистанциях.
Прекрасный СЃРїРѕСЃРѕР± распространения световых сигналов без существенных потерь был получен РїСЂРё использовании оптических волокон. Ртот СЃРїРѕСЃРѕР± заменяет распространение электрических сигналов РїРѕ проводам или радиоволнами. РЎ помощью специальных стеклянных волокон удается быстро передавать большие объемы информации между континентами. Характеристики волоконно-оптической СЃРІСЏР·Рё лучше, чем радиосвязь Рё СЃРІСЏР·СЊ РїРѕ проводам. Сами волокна весят меньше Рё дешевле, чем медная проволока.
Военные также держали в голове и другие применения, например радар. Радар на оптической частоте может в принципе улучшить точность и разглядеть детали мишени, что невозможно даже при использовании миллиметровых радиоволн. Также возможно измерять скорость мишени. С другой стороны, возмущающие эффекты атмосферы на пучки оптических радаров можно использовать для измерений свойств самой атмосферы (такой прибор называется лидаром), таких, как концентрация озона, загрязнения и турбулентности, информация о которых очень важна для авиасообщений.
Первым военным применением новой лазерной технологии стали дальномеры. Они появились в середине 1960-х гг. Короткий импульс лазерного излучения (около 1030 нс) посылается на цель, и измеряется интервал времени между посылкой и приходом отраженного сигнала. Так как импульс распространяется со скоростью света, это позволяет определить величину дистанции.
С помощью лазеров можно управлять снарядами. В 1965 г. специализированное издание сообщило об испытаниях ручного лазерного устройства для наведения снаряда на цель. Вскоре были описаны эксперименты, в которых лазер использовался для подсветки целей малого размера и точного наведения сверхзвуковых ракетных снарядов. Первые системы лазерного наведения на цель были использованы в 1972 г. в конце вьетнамской войны. Умные бомбы, наводимые лазерами, явились предвестниками появление оружия
Большинство оборонных систем спроектировано с целью уничтожения боеголовок ракет, прежде чем они достигнут цели. Уже разработаны такие системы, которые перехватывают ракеты на конечной траектории, после вхождения в атмосферу. Другие системы будут стараться перехватить ракету вне атмосферы или даже на начальном участке траектории, сразу же после запуска.
Как только баллистическая ракета запускается, включаются следующие действия системы РѕР±РѕСЂРѕРЅС‹. Прежде всего, инфракрасные датчики, установленные РЅР° спутниках, находящихся РЅР° геостационарных орбитах, обнаруживают струю горячего газа ракеты, РєРѕРіРґР° РѕРЅР° минует облака. Спутник посылает сигнал тревоги военному командованию Рѕ том, что произошел запуск, СЃ указаниями области, РєСѓРґР° направлена ракета. Рта информация используется, чтобы направить датчики системы РѕР±РѕСЂРѕРЅС‹ РІ нужные координаты для сопровождения. Рти датчики прослеживают цель, определяют боеголовку Рё передают данные перехватчику. Обычно такими датчиками являются радары, установленные РЅР° Земле, РЅРѕ РІ будущем вместе СЃ РЅРёРјРё Р±СѓРґСѓС‚ задействованы спутники РЅР° РЅРёР·РєРёС… орбитах, оборудованные инфракрасными датчиками. РќР° РѕСЃРЅРѕРІРµ этих данных запускается перехватчик, который летит РІ место, координаты которого рассчитаны РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ полученных данных. Затем РѕС‚ перехватчика отделяется заряд для уничтожения, который использует СЃРІРѕСЋ систему наведения РІ центр мишени.
Ртот сложный танец, который РјС‹ изложили РІ простой форме. Его хореография должна включать крайне изощренные боевые системы СЃ исключительно быстрыми временами срабатывания. Полное время полета ракеты Скад СЃ радиусом действия 300 РєРј составляет РЅРµ более 4 РјРёРЅ. Ракеты СЃ большим радиусом действия остаются РІ полете РЅРµ более 15 РјРёРЅ.
РћРґРЅРёРј РёР· возможных сценариев работы системы является уничтожение баллистической ракеты РЅР° стадии ее запуска. Преимуществом является то, что двигатели РЅР° старте выпускают РѕРіСЂРѕРјРЅРѕРµ количество раскаленного газа, испускающего интенсивное РРљ-излучение. Рто позволяет легко обнаружить запускаемую ракету. Однако необходимо располагаться достаточно близко РѕС‚ ракеты, чтобы перехватить ее, поскольку двигатели работают лишь несколько РјРёРЅСѓС‚. Р’ этот короткий период времени система РѕР±РѕСЂРѕРЅС‹ должна установить Рё определить факт запуска, провести расчет траектории Рё затем перехватить цель.