Armes à laser Get Real

Silencieusement, l'avion drone plane au-dessus du terrain aride du Nouveau-Mexique jusqu'à ce qu'il pivote brusquement hors de contrôle et plonge vers le sol.

Puis un mortier monte ronde de ses lanceurs, des arcs de haut et commence à descendre vers sa cible uniquement à flamber et exploser en plein vol.

Sur le sol du désert, au-dessus d'un grand camion de couleur sable, un cube pivots du mécanisme et déclenche un faisceau infrarouge invisible pour zapper une cible après l'autre. Cette énergie laser pointeur 200mw mobile Demonstrator High (HEL MD) est une arme laser prototype développé pour l'armée américaine en aérospatiale géant Boeing de Chicago, Illinois. A l'intérieur du camion, ingénieur Electrophysics Boeing Stephanie Blount regarde les cibles sur l'écran de son ordinateur portable et dirige le laser à l'aide d'un contrôleur de jeu portable. "Il a un jeu comme la sensation même," dit-elle.

Cela semble naturel: les armes à laser sont un aliment de base des jeux vidéo modernes, et ray-armes de toutes sortes étaient communs dans la science-fiction pendant des décennies avant le premier laser de la vie réelle a été démontrée en 1960. Mais ils ne sont pas un fantasme plus. Le prototype Boeing est juste un de plusieurs de ces armes développées ces dernières années aux États-Unis et en Europe, en grande partie grâce à l'avènement des lasers relativement bon marché, portables et robustes qui génèrent leurs faisceaux en utilisant des fibres optiques.

La réalité militaire des armes à laser

La sortie de ces armes de fibres est mesurée en kilowatts (kW), les ordres de grandeur de moins que les dispositifs mégawatt-classe une fois envisagés pour l'Initiative d'une défense stratégique des États-Unis le plan de la guerre froide ont finalement échoué qui a cherché à utiliser des lasers pour désactiver les missiles balistiques porteurs ogives nucléaires.

Mais les modernes moins ambitieux, les armes, sont sur le point de déploiement dans le monde réel. Des tests tels que ceux du système Boeing montrent que les lasers ont assez de puissance pour surmonter les menaces de terreur des groupes à une fraction du prix des défenses classiques. «Il est une solution très rentable de prendre des armes bon marché fait comme de petits mortiers ou des roquettes fabriquées à partir d'un tuyau d'égout», dit Blount.

À la fin de 2014, par exemple, l'US Navy a montré qu'un système gant a led laser d'armes navire monté appelé Laws pourrait cibler les petits bateaux, tels que ceux utilisés par les terroristes et les pirates. Cette arme expérimentale est actuellement installé sur l'USS Ponce, un navire de soutien amphibie dans le Golfe.

De nombreux défis à déploiement à grande échelle restent, avertissent les développeurs, de la nécessité de renforcer le pouvoir des armes à la difficulté de fonctionnement d'un laser dans le brouillard et les nuages. Mais les spécialistes de la défense et de la sécurité commencent à prendre au sérieux les lasers. "Après une quête presque un demi-siècle, l'armée américaine d'aujourd'hui est sur le point de finalement Fielding armes d'énergie dirigée pertinentes sur le plan opérationnel», a écrit Paul Scharre, un spécialiste de technologie avancée au Centre basé à Washington DC pour une nouvelle sécurité américaine ( CNAS), dans le rapport sur les armes à laser sorti en Avril.

viseur laser 5mw viseur pour pistolet

La situation de puissance

Les armes laser ont armes longtemps fasciné les développeurs-plus particulièrement lors de l'apogée de l'Initiative de défense stratégique, surnommé Star Wars, dans les années 1980 et 1990. les dépenses des États-Unis sur la recherche laser armes a culminé en 1989, selon le rapport CNAS, le gouvernement a dépensé l'équivalent de 2,4 milliards $ US en 2014 dollars. Le financement a continué à des niveaux inférieurs depuis. Pourtant, l'objectif initial, d'être en mesure d'abattre des missiles balistiques entrants, a prouvé hors de portée.

Le truc avec une arme laser est de concentrer son énergie dans un endroit qui est assez petit pour chauffer et endommager la cible et de le faire avec une machine qui est suffisamment compact et portable pour le champ de bataille. C'est plus facile à dire qu'à faire. En 1996, par exemple, l'US Air Force a lancé le projet Airborne Laser comme l'un de ses contributions à la défense contre les missiles balistiques. Parce qu'il était impossible au moment de générer les mégawatts requis de puissance optique électriquement, les développeurs ont choisi un laser d'iode chimique en oxygène (COIL) qui pourrait être alimentée par une réaction chimique. Mais le COIL était si volumineuse qu'elle ne pouvait être effectué sur un Boeing 747, et a laissé peu d'espace pour le carburant laser. "Il faut des unités et des produits chimiques de mélange à distance pesant des dizaines de milliers de livres», dit Paul Shattuck, responsable des systèmes d'énergie dirigée pour Lockheed Martin Space Systems, qui a fourni la technologie de faisceau de contrôle du projet.

Un autre problème majeur était l'atmosphère, dit Phillip Sprangle, scientifique principal pour la physique-énergie dirigée au Naval Research Laboratory à Washington DC. Non seulement le faisceau diffusé par la poussière et de la turbulence naturelle, dit-il, mais son passage a provoqué «floraison thermique». Lorsque le faisceau propagé à des puissances très élevées, Sprangle explique, «l'atmosphère absorbe la lumière laser, le chauffage de l'air et amener le faisceau laser pour étaler". Cette propagation, à son tour, dissipée l'énergie du laser.

Les bonnes nouvelles pour le projet Airborne Laser était que cette question, au moins, avait une solution: la technologie d'optique adaptative similaire à celle utilisée par les astronomes pour clarifier leur vision des étoiles (voir Nature517, 430-432; 2015). La technologie utilise des miroirs pour déformer automatiquement le faisceau laser d'une manière qui annule les effets de la turbulence, avec le même résultat que celui d'une paire de lunettes de correction pour les aberrations dans l'oeil. "Comme le faisceau laser traverse l'atmosphère», dit Shattuck, "il nettoie, et il est agréable et serré quand il arrive à la cible."

En 2010, l'optique adaptative était assez bon pour le laser aéroporté de détruire un missile balistique en vol. D'ici là, cependant, les problèmes logistiques tels que le problème de taille ont conduit le ministère de la Défense à perdre son enthousiasme pour les armes d'énergie en général. Il a annulé le programme Airborne Laser pure et simple au début de 2012. Dans le même temps, les dépenses du ministère sur les lasers à haute énergie en général, a été en baisse; il est passé de 961 millions $ en 2007 à 344 M $ en 2014.

Les fibres à l'honneur

L'argent n'a pas disparu entièrement: attention était déjà en train de changer pour les lasers à fibre comme un moyen de fournir des résultats plus économique. lasers à fibre ont été inventés en 1963, et depuis les années 1990, ils ont été avancés presque entièrement par IPG Photonics à Oxford, Massachusetts. Alors que d'autres lasers à semi-conducteurs utilisent des tiges rigides, des dalles ou des disques de cristal pour générer le faisceau, et doivent donc être assez grande, les lasers à fibre utilisent des fibres optiques minces qui peuvent être enroulées en bobines compactes (voir «Fiber Power»). Les fibres peuvent recueillir leur énergie optique à partir de versions plus brillantes des diodes laser 3000mw bon marché utilisés dans les lecteurs de DVD, puis amplifier la lumière à une puissance plus élevée, avec des rendements électriques-optique globale conversion supérieurs à 30%. Ceci est au moins le double du rendement typique des autres lasers à l'état solide, et proche de celui des lasers chimiques tels que COIL. Et, étant intrinsèquement long et mince, les fibres ont une surface spécifique élevée au rapport de volume et peut rayonner loin la chaleur des déchets très rapidement, une capacité qui permet de donner les lasers une longue durée de vie et les besoins d'entretien.

Ces avantages ont d'abord attiré l'attention au cours des années 1990, lorsque les lasers à fibre ont commencé à être utilisé pour renforcer des signaux optiques transportant des données Internet par câbles sous-marins. Mais depuis le début des années 2000, IPG a mis l'accent sur le développement de kilowatt-classe lasers industriels pour le soudage, le perçage et coupe-dispositifs qui ont également attiré l'attention des chercheurs militaires.

Autour de 2010, rappelle Shattuck, lui et ses collègues de Lockheed Martin a entendu des civils israéliens ciblés par des roquettes lancées depuis la bande de Gaza. "Le maire d'un village se leva et dit:« S'il vous plaît, donnez-moi une sorte de défense, »dit Shattuck. Ce inspiré Lockheed Martin pour développer le système de la région de défense anti-Munitions (ADAM), qui utilise un off-the-shelf 10 kW laser d'IPG pour réduire les coûts. Depuis 2012, la société a montré que ADAM peut désactiver des cibles telles que des bateaux, des drones et des roquettes de petit calibre simulées à partir à environ 1,5 kilomètre. Bien que ne voulant pas divulguer le prix d'ADAM ou si quelqu'un a acheté un Lockheed Martin dit qu'il est maintenant prêt à fournir le système aux clients.

Blount est moins réticent à HEL MD prototype de Boeing, qui utilise également 10 kW laser à fibre commerciale. Avec le tirant sa puissance du moteur du véhicule ou un générateur séparé système, dit-elle, «il faut moins de deux tasses de carburant au feu le laser assez longtemps pour désactiver de nombreuses cibles." Cela rend beaucoup moins cher à utiliser pour la défense que projectiles conventionnels. "Un missile bon marché est de 100.000 $ et qui est d'un seul coup», dit David DeYoung, directeur de Boeing des systèmes à énergie dirigée. "Pour tirer un système laser d'armes est une fois de moins de 10 $."

Blount souligne que la résurgence des armes à laser doit au moins autant à l'image de reconnaissance avancée et systèmes de ciblage que le laser lui-même. "Le meilleur système de pointage et de suivi," dit-elle, «le mieux vous êtes de mettre le faisceau sur le point le plus vulnérable d'une cible."

Merci à informatisé visant, HEL MD peut fonctionner en mode totalement autonome, qui Boeing a testé avec succès mai 2014-bien que les essais ont découvert un défi inattendu. Le faisceau laser de l'arme est silencieuse et invisible, et non pas toutes les cibles exploser car ils sont détruits, alors une bataille automatisé peut être terminée avant les opérateurs ont remarqué quoi que ce soit. "Les engagements se produisent rapidement, et à moins que vous regarder un écran 24-7, vous ne les verrez jamais», dit Blount. "Nous avons donc construit son en pour chaque fois que nous tirons le laser. Nous prévoyons tirer parti des lots de Star Trek et Star Wars extraits sonores ".

collimateur de réglage

La force du nombre

Viser et le ciblage peut être prêt au combat, mais le pouvoir est toujours un problème. La production de 10 kW d'un laser commercial est à l'extrémité inférieure de ce qui est utile pour les armes laser. Et en utilisant des fibres impose des limites sur la puissance du faisceau et de la qualité, pas moins parce que, à des puissances élevées, la cascade de photons flambée à travers la fibre peut chauffer plus vite qu'il peut émettre l'énergie, et peut ainsi causer des dommages. Pour éviter cela, les chercheurs travaillent à combiner la sortie de plusieurs lasers.

Le moyen idéal pour faire cela serait «combinaison cohérente», dans lequel les ondes de chaque laser marchent ensemble dans la formation étroitement synchronisés. Cette technique est largement utilisée dans les applications de radio et de micro-ondes, dit Tso Yee Fan, un scientifique laser 10000mw prix au Massachusetts Institute of axée sur la défense Lincoln Laboratory Technology à Lexington. Mais la cohérence est beaucoup plus difficile à réaliser avec la lumière visible et infrarouge. Les ondes de chaque laser doivent avoir des longueurs d'onde presque identiques, les plans de leurs oscillations doivent précisément aligner, et les pics et les creux de chaque vague doivent coïncider. "Dans la radio-fréquence ou micro-ondes, la longueur d'onde est de quelques centimètres», dit Fan. "Dans l'optique, la longueur d'onde de l'ordre du micromètre, afin d'être en mesure de faire ce genre de contrôles a été vraiment difficile."

Mais cela ne peut pas beaucoup d'importance, dit Sprangle. En 2006, lui et son équipe a rapporté des simulations informatiques suggérant qu'une «combinaison incohérente» de plusieurs faisceaux de fibres laser de frapper un seul endroit serait presque aussi efficace qu'une combinaison cohérente. Avec l'autre approche, dit-il, "quand vous propager sur de longues distances grâce à la turbulence atmosphérique, vous obtenez à peu près la même puissance sur la cible". En 2009, son groupe a confirmé cette théorie en utilisant des miroirs pour combiner 4 faisceaux de fibres laser dans une tache de 5 centimètres sur une cible à plus de 3 kilomètres.

Se fondant sur le travail de Sprangle, le Bureau américain de Naval Research a développé les lois de 30 kW, qui combine six fibres incohérente-lasers commerciaux. Laws a été installé sur l'USS Ponce depuis Septembre 2014, et a été testé sur des objets tels que des petits bateaux et des drones.

Le missile spécialiste MBDA Allemagne Schrobenhausen a développé une approche similaire. En Octobre 2012, l'entreprise utilisé avec succès son système de fibres de faisceau combiné de 40 kW pour détruire le modèle des obus d'artillerie remorqués à travers l'air à quelque 2 km. Les tests de MBDA ont également contribué à démystifier l'idée de science-fiction que l'armure de réflexion défendrait contre les armes laser. Ils ont constaté que la poussière sur la surface en miroir obtiendrait brûlé dans, et conduire à la destruction de la cible encore plus rapide que d'une surface non réfléchissante.

Markus Martinstetter de la Direction des futurs systèmes de MBDA fait valoir que le ciblage de haute précision minimise les chances de blesser accidentellement des passants tout en essayant d'abattre des cibles, surtout en comparaison avec des explosifs conventionnels. «Il n'y a pas de risque de fragmenter les munitions et nous commençons seulement l'irradiation lorsque le point de vue est exactement sur la cible», dit-il.

Lockheed Martin travaille également sur les armes à laser qui peuvent prendre sur les cibles qui sont plus complexes ou plus loin que ce qui peut être abordé par son système d'ADAM à faible coût. En Mars, par exemple, la société a déclaré que son système avancé de test High Energy Asset (ATHENA) pourrait désactiver le moteur en marche d'un petit camion monté sur une plate-forme de test. ATHENA utilise un système optique adaptative similaire au laser aéroporté, couplé avec l'Initiative Laser de démonstration accélérée de Lockheed (ALADIN) système laser en fibres.

ALADIN combine la sortie de plusieurs lasers à fibres optiques, chacune ayant une longueur d'onde légèrement différente, en un seul faisceau de 30 kW. Ce «faisceau de longueur d'onde combinant 'approche origine au Laboratoire Lincoln et est similaire aux méthodes que le trafic canal Internet dans les câbles à fibres optiques. Fan note que cette méthode est plus facile que la combinaison cohérente, mais donne des faisceaux de meilleure qualité que incohérente combinant, de sorte qu'il peut plus facilement atteindre des cibles plus petites de plus longues distances.

Jason Ellis, chercheur invité à l'auteur CNAS et le plomb du laser d'armes du rapport du groupe de réflexion, dit que de tels développements le convaincre que les armes fibre laser arrivent à maturité et que les progrès émergents pourraient les conduire à des centaines de kilowatts et d'étendre leur gamme à des centaines de kilomètres.

En dépit de ces avancées, un Février 2014 sondage auprès des spécialistes américains de sécurité nationale a révélé que seulement un cinquième pense que les technologies d'armes à énergie dirigée seraient matures dans une décennie.

Michael Carter, un gestionnaire de programme pour la science des photons au Lawrence Livermore National Laboratory à Livermore, Californie, met en garde les lasers d'aujourd'hui sont très loin de leurs homologues de science-fiction. "Ils ne sont pas encore le phaser Star Trek," dit-il. "Les gens parlent de la vitesse de la lumière l'engagement, mais il faut encore du temps pour démolir des cibles. Au niveau le plus fondamental, si vous ne pouvez pas le voir, s'il y a trop de pluie ou de brouillard votre laser ne peut pas frapper. »Il suggère que la plus grande valeur de la génération actuelle des systèmes de démonstration peut être à travailler sur la façon dont pour gérer ces défis plus larges avant de meilleurs lasers émergent. "Ne confondez pas ce qu'ils font sur le USS Ponce pour une nouvelle supériorité stratégique», prévient Carter. "Il peut être la première étape dans cette direction, mais il ne va pas changer le jeu en lui-même."

Même les entreprises d'armement sont prudents pour ne pas exagérer leur cas. Par exemple, MBDA prévoit qu'il faudra 3-5 ans pour les systèmes véritablement opérationnels apparaissent même dans les dizaines de gamme de kilowatts. Et dans certaines circonstances telles que une arme d'un jour classique brumeuses seront toujours plus efficaces. "Vous donnez le défenseur de l'avenir à la fois, et de mettre le choix entre leurs mains», recommande DeYoung.

En dépit de leurs capacités modestes, Scharre prétend que les armes fibre laser pourraient trouver un créneau dans la défense militaire américaine en 5-10 ans. "Ils ne peuvent pas être aussi grande et stratégique que le concept Star Wars," dit-il, "mais ils pourraient sauver des vies, protéger les bases américaines, les navires et les membres du service."

Référence à d'autres articles: https://jackxun.quora.com/lapplication-de-la-technologie-laser

http://www.girlscene.nl/blog/55411/laser_technology





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