La mayoría de los lectores conocen bien el concepto de "láser", formado a partir del inglés "láser" (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación). Los láseres inventados a mediados del siglo XX han entrado completamente en nuestra vida, a pesar de que su trabajo en la tecnología moderna a menudo es invisible para la gente común. El principal divulgador de la tecnología se ha convertido en los libros y películas de ciencia ficción, en los que los láseres se han convertido en una parte integral del equipamiento de los luchadores del futuro.
En realidad, los láseres han recorrido un largo camino, siendo utilizados principalmente como medios de reconocimiento y designación de objetivos, y solo ahora deberían ocupar su lugar como arma del campo de batalla, posiblemente cambiando radicalmente su apariencia y la apariencia de los vehículos de combate.
Menos conocido es el concepto de "máser", un emisor de ondas electromagnéticas coherentes en el rango de centímetros (microondas), cuya aparición precedió a la creación de los láseres. Y muy poca gente sabe que existe otro tipo de fuentes de radiación coherente: "saser".
"Haz" de sonido
La palabra "saser" se forma de manera similar a la palabra "láser" - Amplificación de sonido por emisión estimulada de radiación y denota un generador de ondas sonoras coherentes de cierta frecuencia - un láser acústico.
No confunda un saser con un "foco de audio" - una tecnología para crear flujos de sonido direccionales, como ejemplo podemos recordar el desarrollo de Joseph Pompey del Instituto de Tecnología de Massachusetts "Audio Spotlight". El foco de audio "Audio Spotlight" emite un haz de ondas en el rango ultrasónico que, al interactuar de forma no lineal con el aire, aumentan su longitud al sonido. La longitud del haz de un proyector de audio puede ser de hasta 100 metros, sin embargo, la intensidad del sonido disminuye rápidamente.
Si en los láseres hay una generación de cuantos fotones de luz, entonces en los satélites su papel lo desempeñan los fonones. A diferencia de un fotón, un fonón es una cuasipartícula introducida por el científico soviético Igor Tamm. Técnicamente, un fonón es un cuanto de movimiento vibratorio de átomos de cristal o un cuanto de energía asociado con una onda de sonido.
“En los materiales cristalinos, los átomos interactúan activamente entre sí, y es difícil considerar fenómenos termodinámicos como vibraciones de átomos individuales en ellos: se obtienen enormes sistemas de billones de ecuaciones diferenciales lineales interconectadas, cuya solución analítica es imposible. Las vibraciones de los átomos del cristal son reemplazadas por la propagación de un sistema de ondas sonoras en la sustancia, cuyos cuantos son fonones. El fonón pertenece al número de bosones y se describe en las estadísticas de Bose-Einstein. Los fonones y su interacción con los electrones juegan un papel fundamental en los conceptos modernos de la física de superconductores, procesos de conducción de calor y procesos de dispersión en sólidos.
Los primeros sasers se desarrollaron en 2009-2010. Dos grupos de científicos presentaron métodos para obtener radiación láser: utilizando un láser de fonón en cavidades ópticas y un láser de fonón en cascadas electrónicas.
Un prototipo de resonador óptico saser diseñado por físicos del Instituto de Tecnología de California (EE. UU.) Utiliza un par de resonadores ópticos de silicio en forma de toros con un diámetro exterior de aproximadamente 63 micrómetros y un diámetro interior de 12, 5 y 8, 7 micrómetros., en el que se alimenta un rayo láser. Al cambiar la distancia entre los resonadores, es posible ajustar la diferencia de frecuencia de estos niveles para que corresponda a la resonancia acústica del sistema, lo que da como resultado la formación de radiación láser con una frecuencia de 21 megahercios. Al cambiar la distancia entre los resonadores, puede cambiar la frecuencia de la radiación del sonido.
Científicos de la Universidad de Nottingham (Reino Unido) han creado un prototipo de saser en cascadas electrónicas, en el que el sonido pasa a través de una superrejilla que contiene capas alternas de arseniuro de galio y semiconductores de aluminio de varios átomos de espesor. Los fonones se acumulan como una avalancha bajo la influencia de energía adicional y se reflejan muchas veces dentro de las capas de superrejilla hasta que abandonan la estructura en forma de radiación saser con una frecuencia de aproximadamente 440 gigahercios.
Se espera que los sasers revolucionen la microelectrónica y la nanotecnología, comparable a la de los láseres. La posibilidad de obtener radiación con una frecuencia del rango de los terahercios permitirá utilizar sasers para medidas de alta precisión, obteniendo imágenes tridimensionales de macro, micro y nanoestructuras, cambiando las propiedades ópticas y eléctricas de los semiconductores a un alto velocidad.
La aplicabilidad de los sasers en el campo militar. Sensores
El formato del entorno de combate determina la elección del tipo de sensores más efectivos en cada caso. En la aviación, el tipo principal de equipo de reconocimiento son las estaciones de radar (radares), que utilizan longitudes de onda milimétricas, centimétricas, decimétricas e incluso métricas (para los radares terrestres). El campo de batalla terrestre requiere una mayor resolución para una identificación precisa del objetivo, lo que solo se puede lograr mediante el reconocimiento en el rango óptico. Por supuesto, los radares también se usan en tecnología terrestre, así como los medios de reconocimiento óptico se usan en la aviación, pero aún así, el sesgo a favor del uso prioritario de un cierto rango de longitud de onda, dependiendo del tipo de formato de entorno de combate, es bastante obvio.
Las propiedades físicas del agua limitan significativamente el rango de propagación de la mayoría de las ondas electromagnéticas en los rangos óptico y de radar, mientras que el agua proporciona condiciones significativamente mejores para el paso de las ondas sonoras, lo que llevó a su uso para el reconocimiento y guía de armas de submarinos (PL). y buques de superficie (NK) en el caso de que estos últimos estén luchando contra un enemigo submarino. En consecuencia, los complejos hidroacústicos (SAC) se convirtieron en el principal medio de reconocimiento de los submarinos.
Los SAC se pueden utilizar tanto en modo activo como pasivo. En modo activo, el SAC emite una señal de sonido modulada y recibe una señal reflejada de un submarino enemigo. El problema es que el enemigo es capaz de detectar la señal del SAC mucho más lejos de lo que el SAC mismo captará la señal reflejada.
En el modo pasivo, el SAC "escucha" los ruidos que emanan de los mecanismos de un submarino o barco enemigo, y detecta y clasifica los objetivos en función de su análisis. La desventaja del modo pasivo es que el ruido de los últimos submarinos disminuye constantemente y se vuelve comparable al ruido de fondo del mar. Como resultado, el rango de detección de los submarinos enemigos se reduce significativamente.
Las antenas SAC son arreglos discretos en fase de formas complejas, que constan de varios miles de transductores piezocerámicos o de fibra óptica que proporcionan señales acústicas.
Hablando en sentido figurado, los SAC modernos se pueden comparar con los radares con conjuntos de antenas pasivas en fase (PFAR) utilizados en la aviación militar.
Se puede suponer que la aparición de los sasers permitirá crear SAC prometedores, que se pueden comparar condicionalmente con los radares con conjuntos de antenas en fase activa (AFAR), que se han convertido en un sello distintivo de los últimos aviones de combate
En este caso, el algoritmo de operación de SAC prometedores basados en emisores Saser en el modo activo se puede comparar con la operación de radares de aviación con AFAR: será posible generar una señal con un patrón de directividad estrecho, asegurar una caída en el patrón de directividad al bloqueador y autoatasco.
Quizás se realice la construcción de hologramas acústicos tridimensionales de objetos, los cuales pueden ser transformados para obtener una imagen e incluso la estructura interna del objeto en estudio, lo cual es sumamente importante para su identificación. La posibilidad de la formación de radiación direccional dificultará que el enemigo detecte una fuente de sonido cuando el SAC está en modo activo para detectar obstáculos naturales y artificiales cuando un submarino se mueve en aguas poco profundas, detectando minas marinas.
Debe entenderse que el medio acuático influirá significativamente más en el "haz de sonido" en comparación con la forma en que la atmósfera afecta la radiación láser, lo que requerirá el desarrollo de sistemas de corrección y guía láser de alto rendimiento, y en cualquier caso no será así. como un "rayo láser", la divergencia de la radiación láser será mucho mayor.
La aplicabilidad de los sasers en el campo militar. Arma
A pesar de que los láseres aparecieron a mediados del siglo pasado, su uso como armas para la destrucción física de objetivos se está convirtiendo en una realidad solo ahora. Se puede suponer que el mismo destino aguarda a los sasers. Al menos, los "cañones de sonido" similares a los representados en el juego de computadora "Command & Conquer" tendrán que esperar mucho, mucho tiempo (si es que la creación de tales es posible).
Haciendo una analogía con los láseres, se puede suponer que sobre la base de los sasers, en el futuro, se pueden crear complejos de autodefensa, similares en concepto al sistema ruso de defensa aerotransportada L-370 "Vitebsk" ("President-S"), diseñado para contrarrestar misiles dirigidos a una aeronave con cabezales de retorno infrarrojos utilizando una estación de supresión óptico-electrónica (OECS), que incluye emisores láser que ciegan el cabezal de retorno del misil.
A su vez, el sistema de autodefensa a bordo de submarinos basado en emisores Saser se puede utilizar para contrarrestar torpedos enemigos y armas de minas con guía acústica.
conclusiones
Es muy probable que el uso de sasers como medio de reconocimiento y armamento de submarinos prometedores sea al menos una perspectiva a medio plazo, o incluso lejana. Sin embargo, las bases de esta perspectiva deben formarse ahora, creando una base para los futuros desarrolladores de equipos militares prometedores.
En el siglo XX, los láseres se han convertido en una parte integral de los sistemas modernos de reconocimiento y designación de objetivos. A la vuelta de los siglos XX y XXI, un caza sin un radar AFAR ya no puede ser considerado el pináculo del progreso tecnológico y será inferior a sus competidores con un radar AFAR.
En la próxima década, los láseres de combate cambiarán radicalmente la faz del campo de batalla en tierra, agua y aire. Es posible que los sasers no tengan menos influencia en la apariencia del campo de batalla submarino a mediados y finales del siglo XXI.
