Cei mai mulți cititori sunt bine conștienți de conceptul de „laser”, format din engleza „laser” (amplificarea luminii prin emisie stimulată de radiații). Laserele inventate la mijlocul secolului al XX-lea au pătruns cu adevărat în viața noastră, chiar dacă munca lor în tehnologia modernă este adesea invizibilă pentru oamenii obișnuiți. Principalul popularizator al tehnologiei a devenit cărțile și filmele de science fiction, în care laserele au devenit o parte integrantă a echipamentului luptătorilor viitorului.
În realitate, laserele au parcurs un drum lung, fiind utilizate în principal ca mijloace de recunoaștere și desemnare a țintei și abia acum ar trebui să-și ia locul ca armă a câmpului de luptă, schimbându-și radical aspectul și aspectul vehiculelor de luptă.
Mai puțin cunoscut este conceptul de „maser” - un emițător de unde electromagnetice coerente în intervalul de centimetri (microunde), a cărui apariție a precedat crearea de lasere. Și foarte puțini oameni știu că există un alt tip de surse de radiații coerente - „saser”.
„Fascicul” de sunet
Cuvântul „saser” se formează similar cu cuvântul „laser” - Amplificarea sunetului prin emisie stimulată de radiații și denotă un generator de unde sonore coerente de o anumită frecvență - un laser acustic.
Nu confundați un saser cu un „spot audio” - o tehnologie pentru crearea de fluxuri de sunet direcționale, ca exemplu putem aminti dezvoltarea lui Joseph Pompey de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts „Audio Spotlight”. Spotul audio „Audio Spotlight” emite un fascicul de unde din gama cu ultrasunete, care, interacționând neliniar cu aerul, își măresc lungimea până la sunet. Lungimea fasciculului unui proiector audio poate fi de până la 100 de metri, cu toate acestea, intensitatea sunetului din acesta scade rapid.
Dacă în lasere există o generație de cuante de lumină - fotoni, atunci în sasere rolul lor este jucat de fononi. Spre deosebire de un foton, un fonon este o cvasiparticulă introdusă de omul de știință sovietic Igor Tamm. Din punct de vedere tehnic, un fonon este o cuantică a mișcării vibraționale a atomilor de cristal sau o cuantică de energie asociată cu o undă sonoră.
„În materialele cristaline, atomii interacționează activ între ei și este dificil să se ia în considerare astfel de fenomene termodinamice precum vibrațiile atomilor individuali din ele - se obțin sisteme uriașe de trilioane de ecuații diferențiale liniare interconectate, a căror soluție analitică este imposibilă. Vibrațiile atomilor cristalului sunt înlocuite de propagarea unui sistem de unde sonore în substanță, ale cărei cuante sunt fononi. Fononul aparține numărului de bosoni și este descris de statisticile Bose-Einstein. Fononii și interacțiunea lor cu electronii joacă un rol fundamental în conceptele moderne ale fizicii superconductorilor, proceselor de conducere a căldurii și proceselor de împrăștiere în solide."
Primele sasere au fost dezvoltate în 2009-2010. Două grupuri de oameni de știință au prezentat metode de obținere a radiațiilor laser - folosind un laser fonon pe cavități optice și un laser fonon pe cascade electronice.
Un prototip de rezonator optic saser proiectat de fizicieni de la Institutul de Tehnologie din California (SUA) folosește o pereche de rezonatoare optice din siliciu sub formă de tori cu un diametru exterior de aproximativ 63 micrometri și un diametru interior de 12, 5 și 8, 7 micrometri, în care este alimentat un fascicul laser. Prin modificarea distanței dintre rezonatoare, este posibil să se regleze diferența de frecvență a acestor niveluri astfel încât să corespundă rezonanței acustice a sistemului, ceea ce duce la formarea radiației laser cu o frecvență de 21 megahertz. Prin modificarea distanței dintre rezonatoare, puteți modifica frecvența radiației sonore.
Oamenii de știință de la Universitatea din Nottingham (Marea Britanie) au creat un prototip de saser pe cascade electronice, în care sunetul trece printr-o super-rețea care conține straturi alternante de arsenidă de galiu și semiconductori de aluminiu cu câțiva atomi groși. Fononii se acumulează ca o avalanșă sub influența energiei suplimentare și se reflectă de multe ori în interiorul straturilor de superrețea până când părăsesc structura sub formă de radiație saser cu o frecvență de aproximativ 440 gigahertz.
Se așteaptă ca Sasers să revoluționeze microelectronica și nanotehnologia, comparabile cu cele ale laserelor. Posibilitatea de a obține radiații cu o frecvență a intervalului terahertz va face posibilă utilizarea saserelor pentru măsurători de înaltă precizie, obținând imagini tridimensionale ale macro-, micro- și nanostructurilor, schimbând proprietățile optice și electrice ale semiconductoarelor la un nivel ridicat. viteză.
Aplicabilitatea saserilor în domeniul militar. Senzori
Formatul mediului de luptă determină alegerea tipului de senzori care sunt cei mai eficienți în fiecare caz. În aviație, principalul tip de echipament de recunoaștere este stațiile radar (radare), folosind lungimi de undă de milimetru, centimetru, decimetru și chiar metru (pentru radarul de la sol). Câmpul de luptă de la sol necesită o rezoluție sporită pentru identificarea precisă a țintei, care poate fi realizată numai prin recunoaștere în domeniul optic. Desigur, radarele sunt utilizate și în tehnologia solului, precum și mijloacele de recunoaștere optică sunt utilizate în aviație, dar totuși, tendința în favoarea utilizării prioritare a unui anumit interval de lungimi de undă, în funcție de tipul formatului mediului de luptă, este destul de evident.
Proprietățile fizice ale apei limitează semnificativ gama de propagare a majorității undelor electromagnetice în intervalele optice și radar, în timp ce apa oferă condiții semnificativ mai bune pentru trecerea undelor sonore, ceea ce a condus la utilizarea lor pentru recunoașterea și ghidarea armelor submarinelor (PL) și nave de suprafață (NK) în cazul în care acestea din urmă luptă cu un inamic subacvatic. În consecință, complexele hidroacustice (SAC) au devenit principalul mijloc de recunoaștere a submarinelor.
SAC-urile pot fi utilizate atât în modurile active, cât și în cele pasive. În modul activ, SAC emite un semnal sonor modulat și primește un semnal reflectat de la un submarin inamic. Problema este că inamicul este capabil să detecteze semnalul de la SAC mult mai departe decât SAC-ul în sine va capta semnalul reflectat.
În modul pasiv, SAC „ascultă” zgomotele emanate de mecanismele unei nave submarine sau inamice și detectează și clasifică ținte pe baza analizei lor. Dezavantajul modului pasiv este că zgomotul celor mai recente submarine scade constant și devine comparabil cu zgomotul de fundal al mării. Drept urmare, raza de acțiune a submarinelor inamice este redusă semnificativ.
Antenele SAC sunt matrici discrete fazate de forme complexe, constând din câteva mii de traductoare piezoceramice sau din fibră optică care furnizează semnale acustice.
Figurativ vorbind, SAC-urile moderne pot fi comparate cu radarele cu matrice de antene pasive cu fază (PFAR) utilizate în aviația militară.
Se poate presupune că apariția saserelor va face posibilă crearea SAC-urilor promițătoare, care pot fi comparate condiționat cu radarele cu matrice de antene cu fază activă (AFAR), care au devenit un semn distinctiv al ultimelor avioane de luptă
În acest caz, algoritmul de funcționare a SAC-urilor promițătoare bazate pe emițătoare Saser în modul activ poate fi comparat cu funcționarea radarelor de aviație cu AFAR: va fi posibil să se genereze un semnal cu un model de directivitate îngust, să se asigure o scădere în model de directivitate la jammer și auto-blocare.
Poate că se va realiza construcția hologramelor acustice tridimensionale ale obiectelor, care pot fi transformate pentru a obține o imagine și chiar structura internă a obiectului în studiu, ceea ce este extrem de important pentru identificarea acestuia. Posibilitatea formării radiațiilor direcționale va face dificilă detectarea de către inamic a unei surse de sunet atunci când SAC este în modul activ pentru a detecta obstacolele naturale și artificiale atunci când un submarin se deplasează în apă puțin adâncă, detectând minele marine.
Trebuie înțeles că mediul acvatic va influența semnificativ mai mult „fasciculul sonor” în comparație cu modul în care atmosfera afectează radiația laser, ceea ce va necesita dezvoltarea unor sisteme de ghidare și corecție laser de înaltă performanță și, în orice caz, nu va fi ca un „fascicul laser” - divergența radiației laser va fi mult mai mare.
Aplicabilitatea saserilor în domeniul militar. Armă
În ciuda faptului că laserele au apărut la mijlocul secolului trecut, utilizarea lor ca arme care oferă distrugerea fizică a țintelor devine o realitate abia acum. Se poate presupune că aceeași soartă îi așteaptă pe saseri. Cel puțin, „tunurile sonore” similare cu cele descrise în jocul pe computer „Command & Conquer” vor trebui să aștepte foarte mult (dacă crearea acestora este posibilă).
Făcând o analogie cu laserele, se poate presupune că, pe baza saserelor, în viitor, pot fi create complexe de auto-apărare, similare ca concept cu sistemul rusesc de apărare aerian L-370 "Vitebsk" ("Președintele-S"), conceput pentru a contracara rachetele care vizează o aeronavă cu capete de acționare în infraroșu utilizând o stație de suprimare optico-electronică (OECS), care include emițătoare laser care orbesc capul de acționare a rachetelor.
La rândul său, sistemul de auto-apărare de la bordul submarinelor bazat pe emițătoare Saser poate fi utilizat pentru a contracara torpila inamică și armele de mină cu ghidare acustică.
concluzii
Utilizarea saserilor ca mijloace de recunoaștere și armament a submarinelor promițătoare este cel mai probabil cel puțin pe termen mediu, sau chiar o perspectivă îndepărtată. Cu toate acestea, bazele acestei perspective trebuie formate acum, creând o bază pentru viitorii dezvoltatori de echipamente militare promițătoare.
În secolul al XX-lea, laserele au devenit o parte integrantă a sistemelor moderne de recunoaștere și de identificare a țintelor. La începutul secolelor 20 și 21, un luptător fără radar AFAR nu mai poate fi considerat culmea progresului tehnologic și va fi inferior concurenților săi cu un radar AFAR.
În următorul deceniu, laserele de luptă vor schimba radical fața câmpului de luptă pe uscat, apă și aer. Este posibil ca saserii să nu aibă o influență mai mică asupra apariției câmpului de luptă subacvatic la mijlocul și sfârșitul secolului XXI.
