Questo giovane potrebbe usare la sua pistola laser per stordire un avversario? Guarda altre immagini laser. Lambert/Hulton Archive/Getty Images Potresti averli visti in "Star Wars, " "Star Trek, " e altri film e spettacoli di fantascienza. I caccia Ala-X, la Morte Nera, il Millennium Falcon e l'Enterprise usarono armi laser in grandi battaglie immaginarie per conquistare e/o difendere l'universo. E le astronavi non sono le uniche a imballare calore laser. Han Solo e altri portavano il blaster in "Star Wars". E il capitano Kirk e altro personale della Flotta Stellare hanno usato i phaser in "Star Trek". Tutte queste armi usavano energia diretta, sotto forma di raggio laser, per disabilitare o uccidere un avversario.
Ma quali sono i vantaggi nell'usare un laser come arma? È anche possibile? Potresti usare un'arma del genere per stordire un avversario? Queste domande vengono affrontate dal Directed Energy Directorate dell'Air Force Research Laboratory. Questo programma sta sviluppando laser ad alta energia, tecnologie a microonde e altri sistemi d'arma futuristici, come il Laser aereo e il PHaSR .
I laser e altre armi a energia diretta hanno molti vantaggi rispetto alle armi a proiettile convenzionali come proiettili e missili:
L'Air Force ha già sviluppato tre sistemi d'arma che sono in fase di test e, in alcuni casi, Usato. Questi sistemi includono Airborne Laser (Advanced Tactical Laser), il PHaSR e il Sistema di negazione attivo . Continua a leggere per scoprire come funzionano i laser e questi sistemi d'arma.
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La paura dell'antrace a New York e in Florida alcuni anni fa ha sottolineato la necessità di un rapido rilevamento delle armi biologiche. Gli scienziati hanno sviluppato una nuova tecnica laser in grado di rilevare l'antrace in tempo reale. Guarda come funzionano i laser all'antrace e la tecnologia a rischio biologico in questo video di ScienCentral.
Ricercatori di Intel e dell'Università della California, Santa Barbara ha dimostrato il primo laser al silicio ibrido azionato elettricamente al mondo, affrontare uno degli ultimi ostacoli alla produzione a basso costo, chip fotonici in silicio altamente integrati per l'uso all'interno e intorno ai PC, server e data center.
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Questa taglierina industriale utilizza i laser per portare a termine il lavoro. Dick Luria/Photodisc/Getty Images Nella sua forma più elementare, un laser è una sorgente di luce. Per capire come può diventare un'arma, è utile pensare a come è diverso dalle fonti di luce che ti circondano ogni giorno. Inizia con una normale lampadina a incandescenza. La lampadina invia onde luminose in ogni direzione. Queste onde, proprio come le onde nell'acqua, avere picchi e abbeveratoi , o punti alti e punti bassi. Se potessi vedere ogni onda luminosa proveniente da una lampadina a incandescenza, vedresti un sacco di picchi e avvallamenti che ti passano allo stesso tempo. Ce ne sono anche tanti frequenze , o colori, di luce proveniente da una lampadina, e tutti si combinano per creare quella che sembra una luce bianca.
Ora, pensa a una torcia. Il raggio di una torcia è più focalizzato di quello che esce da una lampadina nuda. La maggior parte della sua luce viaggia in una direzione, dipende da dove punti la torcia. Ci sono ancora molte frequenze di luce che si combinano per creare luce bianca, e i picchi e gli avvallamenti delle diverse onde luminose passano in momenti diversi.
Un laser è ancora più a fuoco di una torcia. Crea una sola lunghezza d'onda, o colore, di luce. Anche i picchi e gli avvallamenti delle onde luminose sono sincronizzato picco a picco e da depressione a depressione. Ciò significa che le diverse onde non interferiscono tra loro. Questa luce viaggia solo in una direzione. Il raggio di luce può essere ben focalizzato e rimanere tale su grandi distanze. I laser possono produrre luce di enormi poteri (1, da 000 a 1 milione di volte più forte di una normale lampadina). Vari tipi di laser possono produrre varie lunghezze d'onda della luce, dalla gamma infrarossa attraverso le lunghezze d'onda visibili alla gamma ultravioletta.
La luce è fondamentalmente energia in movimento. Un laser produce un'energia molto intensa che può viaggiare su distanze molto lunghe. Ecco perché un laser può diventare un'arma mentre la luce di una lampadina a incandescenza in genere non può.
Per fare questo, un laser deve produrre luce in modo non convenzionale. "Laser" sta per Amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazione . In altre parole, un laser produce luce stimolando il rilascio di fotoni , o particelle leggere. Un laser ha bisogno di quattro parti fondamentali per fare questo:
Il processo laser consiste nell'immagazzinare e rilasciare energia. Una fonte di energia inietta energia nel mezzo laser. L'energia eccita elettroni, che si spostano verso livelli energetici più elevati. Quando gli elettroni si rilassano, emettono fotoni . I fotoni si muovono avanti e indietro tra gli specchi, eccitando altri elettroni mentre vanno. Questo produce potenti, luce focalizzata.
Prossimo, inizieremo a guardare alcuni dei laser utilizzati per i militari.
Illustrazione di un laser a elettroni liberi. Un fascio di elettroni viene inviato attraverso un ondulatore, una serie di magneti con poli nord e sud alternati. Il campo magnetico nell'ondulatore costringe ogni gruppo di elettroni a oscillare avanti e indietro, facendoli emettere un raggio di luce simile a un laser. Immagine per gentile concessione di Flavio Robles/Ufficio Servizi Creativi, Lawrence Berkeley National Lab Esistono diversi tipi di laser:
Ci sono diversi laser attualmente utilizzati per scopi militari. Uno che è oggetto di ricerca e sviluppo è il laser a elettroni liberi (FEL). Negli anni '70, Il fisico di Stanford John Madey ha inventato e brevettato il FEL, che consiste in un iniettore di elettroni, un acceleratore di particelle e un magnetico ondulatore o agitatore . Funziona così:
I FEL sono stati utilizzati per produrre luce infrarossa ad alta energia e raggi X di sincrotrone per scopi di ricerca. Il FEL è stato anche un laser di interesse per l'Iniziativa di difesa strategica del Dipartimento della Difesa (programma "Star Wars" del presidente Reagan). Recentemente, la US Naval Postgraduate School ha acquisito il FEL originale di Madey sviluppato alla Stanford University, da utilizzare per la ricerca militare.
Nel 1977, la US Air Force ha sviluppato un laser chimico ossigeno-iodio (BOBINA). La fonte di energia per la BOBINA è una reazione chimica, e il mezzo laser è lo iodio molecolare. Ecco come funziona:atomi, calore e sottoprodotti, compreso il vapore acqueo e il cloruro di potassio.
Il laser COIL viene utilizzato a bordo dell'Airborne Laser dell'Aeronautica Militare, di cui parleremo di seguito.
L'Airborne Laser dell'Air Force è un aereo dotato di un laser chimico. È progettato per abbattere i missili nelle prime fasi del volo. Foto per gentile concessione di Kirtland AFB/STATI UNITI aeronautica militare Nella guerra del Golfo, Le forze di Saddam Hussein hanno lanciato missili SCUD contro Israele e le basi statunitensi in Medio Oriente. Il sistema di difesa missilistico Patriot è stato schierato per proteggere gli interessi americani. I missili Patriot possono distruggere i missili in arrivo nel loro percorso verso il basso, ma se potessi prenderlo prima e distruggere il missile durante il suo? fase di spinta (il sentiero ascendente vicino alla sua origine)? Questo è quello che fa l'aeronautica americana Laser aereo (ABL) è progettato per fare -- è sviluppato da Boeing, Appaltatori Northrup Grumman e Lockheed Martin.
L'ABL è montato su un jumbo jet Boeing 747 modificato. Si compone di quattro laser, ottica adattiva avanzata, sensori, e computer per localizzare, traccia e distruggi i missili. Funziona così:
Tutte le operazioni sono coordinate da computer.
L'Air Force sta attualmente testando l'ABL e afferma che la sua autonomia è dell'ordine di centinaia di chilometri. L'ABL richiederà un equipaggio di sei persone quando sarà pienamente operativo, e indosseranno speciali occhiali di sicurezza per proteggere i loro occhi dai possibili riflessi dei raggi provocati dalle gocce d'acqua nell'aria.
I laser ad alta energia come quelli sviluppati per l'ABL sono in fase di progettazione e sviluppo per l'uso a terra e in mare. Questi laser sarebbero montati su camion o navi e in grado di abbattere missili in arrivo, proiettili di artiglieria e possibilmente aerei nemici.
L'Active Denial System dirige frequenze radio millimetriche verso un bersaglio e provoca un'intensa sensazione di bruciore. Foto per gentile concessione del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti Ora sappiamo che i laser ad alta energia sono usati per abbattere i missili, ma hanno usi non letali, pure? Sì. Infatti, uno di questi sistemi è stato testato e sarà presto operativo. Si chiama Sistema di negazione attivo (ANNUNCI). L'ADS non è un laser, ma un generatore di radiofrequenza ad alta energia montato su un camion e un'antenna direzionale. Un generatore all'interno crea un 95 GHz onda millimetrica . (Le onde millimetriche hanno lunghezze d'onda da 1 a 10 millimetri e frequenze da 30 a 300 GHz.) L'antenna direzionale focalizza le onde millimetriche e consente all'operatore di puntare il raggio. Il raggio millimetrico penetra nella pelle di chiunque si trovi sul suo cammino fino a una profondità di 1/64 di pollice, circa lo spessore di tre fogli di carta. Come un forno a microonde, l'energia del raggio riscalda le molecole d'acqua nel tessuto cutaneo e provoca un'intensa sensazione di bruciore. Il raggio non danneggia in modo permanente perché non penetra molto lontano, e quando una persona esce dalla trave, la sensazione scompare (vedi How Military Pain Beams Will Work).
Supponi di poter stordire o distrarre momentaneamente un avversario. L'Air Force ha sviluppato un dispositivo che farà proprio questo:il Arresto del personale e risposta alla stimolazione (PHaSR). Il PHaSR incorpora due laser a diodi a bassa potenza, uno visibile e uno infrarosso. Ha le dimensioni di un fucile e può essere sparato da un individuo. La luce laser distrae o "abbaglia" temporaneamente la persona bersaglio senza accecarla.
Il Dipartimento della Difesa sta anche sviluppando altri dispositivi di distrazione ottici che potrebbero compromettere temporaneamente la visione di un bersaglio.
Non devi essere un fan della fantascienza per chiederti se ci sono armi laser personali sul mercato per i civili. Forse qualcosa come quelli che vedi negli spettacoli di fantascienza? Una persona media può acquistarne o costruirne uno? Una società chiamata Information Unlimited pubblicizza una pistola a raggi laser. Dopo aver firmato una dichiarazione giurata sulle attrezzature pericolose e aver acquistato i piani, puoi acquistare l'hardware e assemblare la tua pistola laser.
Il Personal Halting and Stimulation Response (PHaSR) è un sistema di armi laser delle dimensioni di un fucile che utilizza due lunghezze d'onda laser non letali per scoraggiare un avversario. Foto per gentile concessione di Kirtland AFB/STATI UNITI aeronautica militare La pistola a raggi laser di Information Unlimited è un laser a stato solido che utilizza una lampada flash come innesco di energia e una bacchetta di vetro al neodinio come mezzo laser. Funziona in modo molto simile al laser a rubino descritto in Come funzionano i laser. Richiede 12 volt di alimentazione CC, che proviene da batterie AA. Emette luce infrarossa di lunghezza d'onda di 1,06 micrometri in brevi impulsi di 3 joule per un totale di 500 joule di energia. Il raggio è focalizzato con a lente di collimazione , che raddrizza le travi e le rende parallele. È classificato come un laser pericoloso di classe IV, e la società afferma che è in grado di bruciare buchi nella maggior parte dei materiali (i laser a infrarossi possono fare queste cose). Quindi potresti non volerne prendere uno per il compleanno di tuo figlio di 9 anni.
Per saperne di più sulle armi laser, dai un'occhiata ai link nella pagina successiva.
