A maioria dos leitores conhece bem o conceito de "laser", formado a partir do inglês "laser" (amplificação de luz por emissão estimulada de radiação). Lasers inventados em meados do século 20 entraram completamente em nossa vida, embora seu trabalho em tecnologia moderna seja frequentemente invisível para as pessoas comuns. O principal divulgador da tecnologia tornou-se os livros e filmes de ficção científica, nos quais os lasers se tornaram parte integrante do equipamento dos lutadores do futuro.
Na realidade, os lasers já percorreram um longo caminho, sendo utilizados principalmente como meio de reconhecimento e designação de alvos, e só agora devem ocupar seu lugar como arma de campo de batalha, possivelmente mudando radicalmente sua aparência e a aparência dos veículos de combate.
Menos conhecido é o conceito de "maser" - um emissor de ondas eletromagnéticas coerentes na faixa de centímetros (microondas), cujo aparecimento precedeu a criação dos lasers. E muito poucas pessoas sabem que existe outro tipo de fontes de radiação coerente - "saser".
"Feixe" de som
A palavra "saser" é formada de forma semelhante à palavra "laser" - Amplificação de Som por Emissão Estimulada de Radiação e denota um gerador de ondas sonoras coerentes de uma certa frequência - um laser acústico.
Não confunda um saser com um "holofote de áudio" - uma tecnologia para criar fluxos de som direcionais, por exemplo, podemos lembrar o desenvolvimento de Joseph Pompey do Massachusetts Institute of Technology "Audio Spotlight". O holofote de áudio "Audio Spotlight" emite um feixe de ondas na faixa ultrassônica, que, interagindo de forma não linear com o ar, aumenta sua duração ao som. O comprimento do feixe de um projetor de áudio pode ser de até 100 metros, no entanto, a intensidade do som diminui rapidamente.
Se nos lasers há uma geração de quanta - fótons de luz, então nos sasers seu papel é desempenhado pelos fônons. Ao contrário de um fóton, um fônon é uma quasipartícula introduzida pelo cientista soviético Igor Tamm. Tecnicamente, um fônon é um quantum de movimento vibracional de átomos de cristal ou um quantum de energia associado a uma onda sonora.
“Em materiais cristalinos, os átomos interagem ativamente uns com os outros, e é difícil considerar fenômenos termodinâmicos como vibrações de átomos individuais neles - são obtidos enormes sistemas de trilhões de equações diferenciais lineares interconectadas, cuja solução analítica é impossível. As vibrações dos átomos do cristal são substituídas pela propagação de um sistema de ondas sonoras na substância, cujos quanta são fônons. O fônon pertence ao número de bósons e é descrito pela estatística de Bose-Einstein. Os fônons e sua interação com os elétrons desempenham um papel fundamental nos conceitos modernos da física dos supercondutores, processos de condução de calor e processos de espalhamento em sólidos."
Os primeiros sasers foram desenvolvidos em 2009-2010. Dois grupos de cientistas apresentaram métodos de obtenção de radiação laser - usando um laser de fônon em cavidades ópticas e um laser de fônon em cascatas eletrônicas.
Um protótipo de ressonador óptico saser projetado por físicos do California Institute of Technology (EUA) usa um par de ressonadores ópticos de silício na forma de toros com um diâmetro externo de cerca de 63 micrômetros e um diâmetro interno de 12, 5 e 8,7 micrômetros, no qual um feixe de laser é alimentado. Alterando a distância entre os ressonadores, é possível ajustar a diferença de frequência desses níveis para que corresponda à ressonância acústica do sistema, o que resulta na formação de radiação laser com frequência de 21 megahertz. Ao alterar a distância entre os ressonadores, você pode alterar a frequência da radiação do som.
Cientistas da Universidade de Nottingham (Reino Unido) criaram um protótipo de saser em cascatas eletrônicas, no qual o som passa por uma superrede contendo camadas alternadas de arsenieto de gálio e semicondutores de alumínio com vários átomos de espessura. Os fônons se acumulam como uma avalanche sob a influência de energia adicional e são refletidos muitas vezes dentro das camadas da superrede até saírem da estrutura na forma de radiação saser com uma frequência de cerca de 440 gigahertz.
Espera-se que os Sasers revolucionem a microeletrônica e a nanotecnologia, comparáveis às dos lasers. A possibilidade de obtenção de radiação com frequência da faixa de terahertz possibilitará o uso de sasers para medições de alta precisão, obtenção de imagens tridimensionais de macro, micro e nanoestruturas, alterando as propriedades óticas e elétricas de semicondutores em alta. Rapidez.
A aplicabilidade dos sasers no campo militar. Sensores
O formato do ambiente de combate determina a escolha do tipo de sensores mais eficazes em cada caso. Na aviação, o principal tipo de equipamento de reconhecimento são as estações de radar (radares), utilizando comprimentos de onda milimétricos, centimétricos, decímetros e até metros (para radares terrestres). O campo de batalha terrestre requer maior resolução para a identificação precisa do alvo, o que só pode ser obtido por meio de reconhecimento no alcance óptico. Claro, os radares também são usados na tecnologia de solo, assim como os meios de reconhecimento óptico são usados na aviação, mas ainda assim, o viés a favor do uso prioritário de uma determinada faixa de comprimento de onda, dependendo do tipo de formato do ambiente de combate, é bastante óbvio.
As propriedades físicas da água limitam significativamente o alcance de propagação da maioria das ondas eletromagnéticas nas faixas ótica e de radar, enquanto a água oferece condições significativamente melhores para a passagem das ondas sonoras, o que levou ao seu uso para reconhecimento e orientação de armas de submarinos (PL) e navios de superfície (NK), no caso de estes últimos estarem lutando contra um inimigo subaquático. Nesse sentido, os complexos hidroacústicos (SAC) tornaram-se o principal meio de reconhecimento de submarinos.
Os SACs podem ser usados nos modos ativo e passivo. No modo ativo, o SAC emite um sinal de som modulado e recebe um sinal refletido de um submarino inimigo. O problema é que o inimigo é capaz de detectar o sinal do SAC muito mais longe do que o próprio SAC irá capturar o sinal refletido.
No modo passivo, o SAC "escuta" ruídos provenientes dos mecanismos de um submarino ou navio inimigo, e detecta e classifica os alvos com base em suas análises. A desvantagem do modo passivo é que o ruído dos submarinos mais recentes diminui constantemente e se torna comparável ao ruído de fundo do mar. Como resultado, o alcance de detecção de submarinos inimigos é significativamente reduzido.
As antenas SAC são matrizes discretas em fases de formatos complexos, consistindo em vários milhares de transdutores piezocerâmicos ou de fibra óptica que fornecem sinais acústicos.
Falando figurativamente, os SACs modernos podem ser comparados aos radares com arranjos de antenas de fase passiva (PFAR) usados na aviação militar.
Pode-se presumir que o surgimento de sasers possibilitará a criação de SACs promissores, que podem ser condicionalmente comparados a radares com arranjos de antenas de fase ativa (AFAR), que se tornaram uma marca registrada das aeronaves de combate mais recentes
Neste caso, o algoritmo de operação de SACs promissores baseados em emissores Saser no modo ativo pode ser comparado com o funcionamento de radares de aviação com AFAR: será possível gerar um sinal com um padrão de diretividade estreito, garantir um mergulho no padrão de diretividade para o jammer e self-jamming.
Talvez seja realizada a construção de hologramas acústicos tridimensionais de objetos, os quais podem ser transformados para obter uma imagem e até mesmo a estrutura interna do objeto em estudo, o que é extremamente importante para sua identificação. A possibilidade de formação de radiação direcional dificultará ao inimigo detectar uma fonte sonora quando o SAC estiver em modo ativo para detectar obstáculos naturais e artificiais quando um submarino se move em águas rasas, detectando minas marinhas.
Deve ser entendido que o ambiente aquático influenciará significativamente mais o "feixe de som" em comparação com a forma como a atmosfera afeta a radiação laser, o que exigirá o desenvolvimento de sistemas de orientação e correção a laser de alto desempenho e, em qualquer caso, não será como um "feixe de laser" - a divergência da radiação do laser será muito maior.
A aplicabilidade dos sasers no campo militar. Arma
Apesar de os lasers terem surgido em meados do século passado, seu uso como arma de destruição física de alvos só agora está se tornando realidade. Pode-se presumir que o mesmo destino aguarda os sasers. Pelo menos, "canhões sonoros" semelhantes aos descritos no jogo de computador "Command & Conquer" terão que esperar por muito, muito tempo (se é que a criação de tais é possível).
Fazendo uma analogia com lasers, pode-se supor que com base em sasers, no futuro, complexos de autodefesa podem ser criados, semelhantes em conceito ao sistema de defesa aerotransportado russo L-370 "Vitebsk" ("Presidente-S"), projetado para contra-atacar mísseis dirigidos a uma aeronave com cabeças de homing infravermelho usando uma estação de supressão ótico-eletrônica (OECS), que inclui emissores de laser que cegam a cabeça de homing do míssil.
Por sua vez, o sistema de autodefesa de submarinos a bordo baseado em emissores Saser pode ser usado para conter torpedos inimigos e minar armas com orientação acústica.
conclusões
O uso de sasers como meio de reconhecimento e armamento de submarinos promissores é muito provavelmente, pelo menos, a médio prazo, ou mesmo uma perspectiva distante. No entanto, as bases dessa perspectiva precisam ser formadas agora, criando uma base para futuros desenvolvedores de equipamentos militares promissores.
No século 20, os lasers tornaram-se parte integrante dos sistemas modernos de reconhecimento e designação de alvos. Na virada dos séculos 20 e 21, um caça sem radar AFAR não pode mais ser considerado o auge do progresso tecnológico e será inferior a seus concorrentes com radar AFAR.
Na próxima década, os lasers de combate mudarão radicalmente a face do campo de batalha em terra, água e ar. É possível que os sasers não tenham menos influência no surgimento do campo de batalha subaquático em meados e no final do século XXI.
