Informații despre articol

Administrația Bush dorește ca sistemul Airborne Laser (ABL) să facă parte din sistemul său național de apărare antirachetă. Planificată inițial pentru a fi utilizată ca sistem de apărare antirachetă de teatru, se speră că ABL va putea identifica și dezactiva rachetele inamice împușcate de departe în timpul fazei lor de creștere (ascensiunea inițială înainte de intrarea în spațiu) folosind un laser chimic de mare putere un avion Boeing 747 modificat. În loc să ardă o gaură într-o rachetă, laserul este conceput pentru a provoca defecțiuni structurale.

oh-so-late

În teorie, laserele au proprietăți excelente care le-ar face utile într-un sistem de apărare antirachetă. Un fascicul laser se deplasează cu viteza luminii, mult mai rapid decât un vehicul cinetic, pentru a furniza o cantitate mare de energie pe distanțe mari într-un fascicul îngust și concentrat de lumină monocromatică. Lumina laser poate fi, de asemenea, focalizată pe un punct, iar fasciculul poate parcurge distanțe mari cu o disipare foarte mică de energie. În ciuda acestor trăsături utile, ABL se confruntă cu multe provocări tehnice în implementarea sa.

Nu sunt încă gata

Fasciculul ABL va fi generat de mai multe module laser. Când lumina din aceste module este amplificată cu un rezonator (un set de oglinzi care trebuie să poată rezista la energia intensă a unui fascicul laser), ieșirea combinată este un fascicul unic, puternic. Există alte oglinzi și optici prin care trece fasciculul care îl modifică pentru a călători prin atmosferă. Toți trebuie să poată rezista puterii fasciculului.

Designul original ABL necesită 14 module laser pentru a obține puterea necesară pentru a dezactiva o rachetă inamică, potrivit unui raport din iulie 2002 al Office General Accounting Office (GAO), „Apărarea rachetelor: luarea deciziilor bazate pe cunoștințe necesare pentru reducerea riscurilor în dezvoltarea laserului aerian . ” Echipa ABL - care include marii contractori Boeing, TRW și Lockheed Martin, precum și agenția de apărare antirachetă a Pentagonului - lucrează în prezent la un sistem cu mai mult de șase module decât 14 module, pe care îl va testa în 2004 pentru a demonstra tehnologiile vitale ale ABL. . Cu toate acestea, nu este clar când va fi demonstrat un ABL cu 14 module.

Echipa ABL a anunțat în martie 2002 că unul dintre modulele laser a demonstrat 118% din puterea necesară. Cu toate acestea, raportul GAO din iulie a susținut că sistemul de testare nu reprezenta laserul operațional, deoarece era fundamental diferit de laserul operațional propus. Pe baza designului și performanței laserului, GAO a concluzionat că doar părți ale sistemului - mai degrabă decât sistemul care funcționează în ansamblu - au fost demonstrate. Ei au susținut că tehnologia chimică a laserului cu iod de oxigen (COIL) rămâne imatură, în parte deoarece nu a fost demonstrată cu rezonatorul necesar pentru funcționare.

Probleme tehnice

Pentru a testa un sistem implementabil, echipa ABL trebuie să facă mai multe modificări fundamentale și provocatoare din punct de vedere tehnologic, dintre care cel mai mic este reducerea greutății laserului, astfel încât să poată fi transportat în aeronava ABL. Sistemul cu șase module care va fi utilizat în testele inițiale programate pentru sfârșitul anului 2004 este estimat să cântărească 180.000 de lire sterline - 5.000 de lire sterline mai mult decât limita maximă de greutate a unui întreg sistem de 14 module.

Depășirea problemei greutății este esențială. Deoarece fiecare modul contribuie la puterea de ieșire, reducerea numărului de module din sistemul operațional din planul inițial de 14 ar putea reduce sau elimina capacitățile distructive ale laserului. ABL este proiectat pentru a încălzi și a slăbi suprafața metalică a unei rachete inamice, provocând ruperea rezervorului de combustibil sub presiune. Dacă puterea laserului nu este suficient de mare, laserul nu va putea efectua în timpul limitat pe care îl are pentru a identifica, urmări și dezactiva racheta inamicului. De asemenea, un laser cu putere mai mică nu ar avea aceeași rază și ar necesita ca avionul să zboare mai aproape de teritoriul ostil în timpul unei interceptări.

Miezul problemei

COIL este un laser chimic - derivă energie din atomi excitați de o reacție chimică. Când acești atomi revin la starea lor fundamentală, ei emit energie suplimentară sub formă de fotoni. Lumina laser din interiorul unei bobine începe atunci când un atom excitat emite un foton spontan, declanșând o reacție în lanț cu alți atomi, care apoi eliberează fotoni cu aceeași cantitate de energie. Fotonii produși în acest proces de amplificare formează lumina coerentă a fasciculului laser.

Pentru a avea suficienți fotoni pentru un fascicul util, unii dintre fotoni trebuie să facă mai multe treceri prin „câștig mediu”, spațiul umplut cu atomi excitați, stimulând emisia de mai mulți fotoni. Acest lucru se realizează cu un rezonator. Rezonatorul laser al ABL contribuie la puterea și calitatea fasciculului și, prin urmare, la letalitatea sistemului. Rezonatoarele constau din două oglinzi poziționate pentru a reflecta și amplifica lumina laser între ele înainte ca lumina să părăsească laserul ca fascicul de ieșire. De fiecare dată când lumina face o trecere între cele două oglinzi, ea generează mai multă lumină, câștigând în cele din urmă suficientă energie pentru a produce un fascicul puternic. Tipul și designul rezonatorului afectează concentrația de energie din fascicul și uniformitatea fasciculului, o măsură a calității sale. Dacă fasciculul nu este suficient de concentrat, va dura prea mult timp pentru a dezactiva o rachetă. Neuniformitățile fasciculului degradează, de asemenea, eficacitatea acestuia și pot provoca puncte fierbinți care deteriorează sau chiar distrug oglinzile și alte elemente optice.

Rezonatorul utilizat în test a fost un rezonator „stabil” care funcționează în mod multiplu, iar acești rezonatori produc în general un fascicul de calitate mai slabă decât este necesar. Un ABL operațional va necesita un rezonator „instabil” care rulează în mod unic. (Termenii „stabil” și „instabil” se referă la modul în care lumina părăsește unitatea; modul unic și multiplu se referă la modul în care energia este distribuită în rezonator.)

Un rezonator stabil, ca cel folosit de Team ABL în testul său, este format din două oglinzi de aceeași dimensiune. Unul este aproape perfect reflexiv, iar al doilea reflectă doar majoritatea fotonilor care intră. Fotonii generați de reacția chimică sunt reflectați înainte și înapoi între oglinzi. Cei care nu sunt reflectați de a doua oglindă trec prin ea și devin fasciculul de ieșire al laserului.

Redarea de către artist a zborului de test ABL.

Dar pentru ca un rezonator stabil să atingă cea mai mare putere de ieșire, acesta trebuie să funcționeze în mod multiplu, unde există diferite distribuții de energie în rezonator. Laserele care funcționează în moduri multiple au o calitate slabă a fasciculului. Într-un rezonator instabil, cum ar fi cel propus pentru sistemul ABL final, fotonii nu scapă printr-o oglindă mai puțin reflectorizantă. În schimb, cele două oglinzi sunt de dimensiuni diferite, iar fotonii scapă pentru a forma fasciculul de ieșire în jurul marginilor oglinzii mai mici.

Rezonatoarele instabile sunt proiectate pentru a funcționa în mod unic. În teorie, un rezonator instabil poate extrage în mod eficient aceeași cantitate de energie din mediul de câștig ca un rezonator stabil în multi-mod - și poate produce o bună calitate a fasciculului. Ieșiri similare de energie de la rezonatoare echivalente stabile și instabile au fost, de asemenea, prezentate experimental. Cu toate acestea, dacă s-a făcut o comparație între puterea de ieșire în rezonatoarele stabile și instabile pentru laserele COIL, autorul nu a putut să o găsească în literatura științifică neclasificată.

În ciuda succeselor teoretice și unele experimentale cu rezonatoare instabile, unii experți în laser susțin în continuare că, în practică, lasere de mare putere cu rezonatoare instabile nu vor produce cât mai multă putere posibil teoretic din cauza dificultăților de proiectare și construcție. Aceasta înseamnă că, deși echipa ABL a demonstrat o putere de 118% cu un rezonator stabil, este posibil să nu recupereze toată acea putere cu rezonatorul corect.

Deși rezonatoarele instabile sunt mai ușor de proiectat decât cele stabile și pot capta aproape toată energia de ieșire a unui laser, schimbarea designului rezonatorului ABL va fi o provocare tehnologică. De exemplu, este mai dificil să aliniați un rezonator instabil decât să aliniați unul rezonabil. Și dacă oglinzile sunt aliniate greșit, modurile pot comuta înainte și înapoi (numit comutare de mod), ceea ce degradează calitatea fasciculului. Echipa ABL intenționează să utilizeze „optica deformabilă”, o serie de mici oglinzi mobile, pentru a corecta fasciculul. Comutarea modului ar face dificilă corectarea fasciculului pentru distorsiunile cauzate de variațiile de temperatură din atmosferă folosind aceste optice. Calitatea slabă a fasciculului poate distorsiona și distruge optica unui sistem laser. Neuniformitățile din fascicul pot împinge straturile optice dincolo de limitele lor, provocând distorsiuni sau „burnouts”. În plus, distorsiunile preexistente din acoperirile optice pot distorsiona fasciculul și pot deteriora și mai mult suprafața opticii.

Implicațiile constatărilor GAO

Când echipa ABL a anunțat că a obținut 118% din puterea necesară, testul a fost efectuat cu un singur modul laser într-un mediu nereprezentativ, utilizând un design de rezonator diferit decât va fi necesar în versiunea operațională. Dar nu este la fel de simplu ca scoaterea rezonatorului vechi și înlocuirea acestuia cu unul nou. Modulele vor trebui integrate, noile date vor trebui colectate și vor fi descoperite noi probleme în acest proces.

Unele probleme de calitate a fasciculului pot fi rezolvate pur și simplu prin trecerea la un rezonator instabil care funcționează în mod unic. Cu toate acestea, problemele de aliniere cu rezonatoarele instabile și alte probleme care afectează sistemele laser de mare putere, în general, nu au fost încă rezolvate. Și odată ce noul rezonator a fost integrat, există încă provocarea de a integra noi optici adaptive, oglinzi și ferestre. Doar atunci poate fi testat un laser utilizabil în condiții reale de zbor. Complicații suplimentare ar putea apărea, de asemenea, atunci când sistemul este testat în afara unui cadru de laborator controlat.

Desigur, problemele prezentate aici sunt doar câteva dintre provocările cu care se confruntă ABL, dar ele demonstrează importanța înțelegerii contextului în care contractanții ABL și agenția de apărare antirachetă au pretins succes. Dacă agenția de apărare împotriva rachetelor își continuă tendința de a clasifica tot mai multe informații despre teste și rezultate, va împiedica agențiile independente să plaseze anunțurile în context. Prin urmare, deciziile de finanțare pot fi luate fără o înțelegere reală a provocărilor tehnologice ale programului, a neajunsurilor sau a probabilității de succes.