Večina bralcev se dobro zaveda pojma "laser", ki je nastal iz angleškega "laserja" (ojačitev svetlobe s stimulirano emisijo sevanja). Laserji, izumljeni sredi 20. stoletja, so temeljito vstopili v naše življenje, čeprav je njihovo delo v sodobni tehnologiji pogosto nevidno za navadne ljudi. Glavni popularizator tehnologije so postale knjige in filmi znanstvene fantastike, v katerih so laserji postali sestavni del opreme borcev prihodnosti.
V resnici so laserji prišli daleč, saj so jih uporabljali predvsem kot izvidnice in sredstva za označevanje ciljev, šele zdaj bi morali zasesti svoje mesto kot orožje bojišča, kar bi lahko radikalno spremenilo njegov videz in videz bojnih vozil.
Manj znan je koncept "maserja" - oddajnika koherentnih elektromagnetnih valov v centimetrskem območju (mikrovalovi), katerega pojav je bil pred nastankom laserjev. In zelo malo ljudi ve, da obstaja še ena vrsta virov koherentnega sevanja - "saser".
"Žarek" zvoka
Beseda "saser" je oblikovana podobno kot beseda "laser" - ojačanje zvoka s stimulirano emisijo sevanja in označuje generator koherentnih zvočnih valov določene frekvence - akustični laser.
Ne zamenjujte saserja z "zvočnim žarometom" - tehnologijo za ustvarjanje usmerjenih zvočnih tokov, kot primer se lahko spomnimo razvoja Josepha Pompeya z Massachusettskega tehnološkega inštituta "Audio Spotlight". Zvočni reflektor "Audio Spotlight" oddaja žarek valov v ultrazvočnem območju, ki v nelinearni interakciji z zrakom poveča njihovo dolžino do zvoka. Dolžina žarka avdio projektorja je lahko do 100 metrov, vendar se intenzivnost zvoka v njem hitro zmanjšuje.
Če v laserjih obstaja generacija svetlobnih kvantov - fotonov, potem pri saserjih njihovo vlogo igrajo fononi. Za razliko od fotona je fonon kvazi delec, ki ga je predstavil sovjetski znanstvenik Igor Tamm. Tehnično je fonon kvant vibracijskega gibanja kristalnih atomov ali kvant energije, povezan z zvočnim valom.
»V kristalnih materialih atomi aktivno medsebojno delujejo in takšne termodinamične pojave, kot so tresljaji posameznih atomov v njih, je težko obravnavati - dobimo ogromne sisteme bilijonov medsebojno povezanih linearnih diferencialnih enačb, katerih analitična rešitev je nemogoča. Vibracije atomov kristala nadomesti širjenje sistema zvočnih valov v snovi, katerih kvanti so fononi. Fonon pripada številu bozonov in ga opisuje statistika Bose - Einstein. Fononi in njihova interakcija z elektroni igrajo temeljno vlogo v sodobnih konceptih fizike superprevodnikov, procesov toplotne prevodnosti in procesov razprševanja v trdnih snoveh."
Prvi saserji so bili razviti v letih 2009-2010. Dve skupini znanstvenikov sta predstavili metode pridobivanja laserskega sevanja - z uporabo fononskega laserja na optičnih votlinah in fononskega laserja na elektronskih kaskadah.
Prototip saserja za optični resonator, ki so ga oblikovali fiziki s Kalifornijskega tehnološkega inštituta (ZDA), uporablja par silicijevih optičnih resonatorjev v obliki torij z zunanjim premerom približno 63 mikrometrov in notranjim premerom 12, 5 in 8, 7 mikrometrov, v katerega se napaja laserski žarek. S spreminjanjem razdalje med resonatorji je mogoče frekvenčno razliko teh ravni prilagoditi tako, da ustreza zvočni resonanci sistema, kar povzroči nastanek laserskega sevanja s frekvenco 21 megahercev. S spreminjanjem razdalje med resonatorji lahko spremenite frekvenco zvočnega sevanja.
Znanstveniki z Univerze v Nottinghamu (Združeno kraljestvo) so ustvarili prototip saserja na elektronskih kaskadah, v katerem zvok prehaja skozi superrešetko, ki vsebuje izmenične plasti galijevega arzenida in aluminijevih polprevodnikov, debelih nekaj atomov. Fononi se pod vplivom dodatne energije kopičijo kot plaz in se večkrat odbijejo v plasteh nadrešaste rešetke, dokler ne zapustijo strukture v obliki svetlejšega sevanja s frekvenco približno 440 gigahercev.
Sasers naj bi revolucionirali mikroelektroniko in nanotehnologijo, primerljivo z laserji. Možnost pridobivanja sevanja s frekvenco terahertz območja bo omogočila uporabo saserjev za natančne meritve, pridobivanje tridimenzionalnih slik makro-, mikro- in nanostruktur, spreminjanje optičnih in električnih lastnosti polprevodnikov pri visoki hitrost.
Uporabnost saserjev na vojaškem področju. Senzorji
Oblika bojnega okolja določa izbiro vrste senzorjev, ki so v vsakem primeru najučinkovitejši. V letalstvu je glavna vrsta izvidniške opreme radarske postaje (radarji), ki uporabljajo milimetrske, centimetrske, decimetrske in celo metrske (za zemeljske radarje) valovne dolžine. Kopensko bojišče zahteva povečano ločljivost za natančno identifikacijo cilja, kar je mogoče doseči le z izvidovanjem v optičnem dosegu. Seveda se radarji uporabljajo tudi v zemeljski tehnologiji, prav tako pa se v letalstvu uporabljajo optična izvidniška sredstva, vendar je vseeno pristranskost v prid prednostne uporabe določenega območja valovnih dolžin, odvisno od vrste formata bojnega okolja, precej očitno.
Fizikalne lastnosti vode bistveno omejujejo območje širjenja večine elektromagnetnih valov v optičnem in radarskem območju, medtem ko voda zagotavlja bistveno boljše pogoje za prehod zvočnih valov, kar je privedlo do njihove uporabe za izvidovanje in vodenje orožja podmornic (PL) in površinske ladje (NK) v primeru, če se slednje borijo s podvodnim sovražnikom. V skladu s tem so hidroakustični kompleksi (SAC) postali glavno sredstvo za izvidovanje podmornic.
SAC se lahko uporabljajo tako v aktivnem kot v pasivnem načinu. V aktivnem načinu SAC oddaja moduliran zvočni signal in sprejema signal, ki se odbija od sovražnikove podmornice. Težava je v tem, da sovražnik lahko zazna signal iz SAC veliko dlje, kot bo sam SAC ujel odsevni signal.
V pasivnem načinu SAC "posluša" hrup, ki izvira iz mehanizmov podmornice ali sovražne ladje, ter na podlagi njihove analize zazna in razvrsti cilje. Pomanjkljivost pasivnega načina je, da se hrup najnovejših podmornic nenehno zmanjšuje in postaja primerljiv s hrupom ozadja morja. Posledično se obseg odkrivanja sovražnih podmornic znatno zmanjša.
SAC antene so fazni diskretni nizi kompleksne oblike, sestavljeni iz več tisoč piezokeramičnih ali optičnih pretvornikov, ki oddajajo zvočne signale.
Slikovito rečeno lahko sodobne SAC primerjamo z radarji s pasivnimi antenami s pasivno fazo (PFAR), ki se uporabljajo v vojaškem letalstvu.
Domnevamo lahko, da bo pojav saserjev omogočil ustvarjanje obetavnih SAC -jev, ki jih lahko pogojno primerjamo z radarji z aktivnimi faznimi antenskimi nizi (AFAR), ki so postali zaščitni znak najnovejših bojnih letal
V tem primeru lahko algoritem delovanja obetavnih SAC -jev, ki temeljijo na oddajnikih Saser v aktivnem načinu, primerjamo z delovanjem letalskih radarjev z AFAR: mogoče bo ustvariti signal z ozkim vzorcem usmerjenosti, zagotoviti padec vzorec usmerjenosti proti motilcu in samodejno zagozditev.
Morda se bo uresničila konstrukcija tridimenzionalnih akustičnih hologramov predmetov, ki jih je mogoče spremeniti, da dobimo podobo in celo notranjo strukturo predmeta, ki ga preučujemo, kar je izredno pomembno za njegovo identifikacijo. Možnost nastanka usmerjenega sevanja bo sovražniku otežilo odkrivanje vira zvoka, ko je SAC v aktivnem načinu za odkrivanje naravnih in umetnih ovir, ko se podmornica premika v plitvi vodi in zazna morske mine.
Treba je razumeti, da bo vodno okolje bistveno bolj vplivalo na "zvočni žarek" v primerjavi z vplivom ozračja na lasersko sevanje, kar bo zahtevalo razvoj visokozmogljivih laserskih sistemov vodenja in popravljanja, v nobenem primeru pa ne bo kot "laserski žarek" - razhajanje laserskega sevanja bo veliko večje.
Uporabnost saserjev na vojaškem področju. Orožje
Kljub temu, da so se laserji pojavili sredi prejšnjega stoletja, njihova uporaba kot orožje, ki zagotavlja fizično uničenje ciljev, postaja resničnost šele zdaj. Domnevamo lahko, da saserce čaka ista usoda. Vsaj "zvočni topovi", podobni tistim, ki so prikazani v računalniški igri "Command & Conquer", bodo morali čakati zelo, zelo dolgo (če je ustvarjanje takšnih sploh mogoče).
Če povzamemo analogijo z laserji, lahko domnevamo, da lahko na podlagi saserjev v prihodnosti nastanejo samoobrambni kompleksi, po zasnovi podobni ruskemu obrambnemu sistemu L-370 "Vitebsk" ("President-S")), ki je zasnovan za preprečevanje izstrelkov, namenjenih letalu z infrardečimi glavami za usmerjanje, z uporabo optično-elektronske postaje za zatiranje (OECS), ki vključuje laserske oddajnike, ki zaslepijo glavo za usmerjanje projektila.
Sistem samoobrambe podmornic na krovu, ki temelji na oddajnikih Saser, se lahko uporabi za nasprotovanje sovražnikovemu torpedu in minskemu orožju z zvočnim vodenjem.
sklepe
Uporaba saserjev kot sredstev za izvidovanje in oboroževanje obetavnih podmornic je najverjetneje vsaj srednjeročna ali celo oddaljena možnost. Kljub temu je treba zdaj oblikovati temelje te perspektive in ustvariti temelje za prihodnje razvijalce obetavne vojaške opreme.
V 20. stoletju so laserji postali sestavni del sodobnih izvidniških in sistemov za označevanje ciljev. Na prehodu iz 20. v 21. stoletje lovca brez radarja AFAR ni več mogoče šteti za vrhunec tehnološkega napredka in bo z radarjem AFAR slabši od konkurentov.
V naslednjem desetletju bodo bojni laserji korenito spremenili obraz bojišča na kopnem, vodi in zraku. Možno je, da saserji ne bodo imeli manjšega vpliva na videz podvodnega bojišča sredi in ob koncu 21. stoletja.
