Useimmat lukijat ovat hyvin tietoisia käsitteestä "laser", joka on muodostettu englannin sanasta "laser" (valon vahvistus stimuloidulla säteilyemissiolla - valon vahvistus stimuloidulla emissiolla). XNUMX-luvun puolivälissä keksityt laserit ovat tulleet perinpohjaisesti elämäämme, vaikka niiden työ nykytekniikassa on usein tavallisille ihmisille näkymätöntä. Tekniikan pääasiallinen popularisoija oli tieteiskirjallisuuden kirjat ja elokuvat, joissa lasereista tuli olennainen osa tulevaisuuden hävittäjien varusteita.
Todellisuudessa laserit ovat edenneet pitkän tien, sillä niitä käytetään ensisijaisesti tiedustelu- ja kohteen määrittämiskeinona, ja vasta nyt niiden pitäisi ottaa paikkansa aseet taistelukentillä ehkä muuttaa sen ulkonäköä radikaalisti и taisteluajoneuvojen ulkonäkö.
Vähemmän tunnettu on käsite "maser" - koherenttien sähkömagneettisten aaltojen lähettäjä senttimetrialueella (mikroaallot), jonka esiintyminen edelsi laserien luomista. Ja hyvin harvat ihmiset tietävät, että on olemassa toisenlainen koherentti säteilylähde - "sazer".
Äänen "säde".
Sana "sazer" on muodostettu samalla tavalla kuin sana "laser" - Sound Amplification by Stimulated Emission of Radiation (äänen vahvistus stimuloidun emission vuoksi) ja tarkoittaa koherenttien ääniaaltojen generaattoria tietyllä taajuudella - akustista laseria.
Älä sekoita sazeria "ääniprojektoriin" - tekniikkaan suunnattujen äänivirtojen luomiseen, esimerkkinä voimme muistaa Joseph Pompeyn kehityksen Massachusetts Institute of Technologysta "Audio Spotlight". Audioprojektorissa "Audio Spotlight" lähetetään ultraäänialueen aaltosäde, joka vuorovaikutuksessa epälineaarisesti ilman kanssa lisää niiden pituutta ääneen. Audioprojektorin säteen pituus voi nousta 100 metriin, mutta äänen voimakkuus siinä laskee nopeasti.
Jos lasereissa syntyy valokvantteja - fotoneja, niin sazereissa niiden roolia ovat fononit. Toisin kuin fotoni, fononi on kvasihiukkanen, jonka esitteli Neuvostoliiton tiedemies Igor Tamm. Teknisesti fononi on kideatomien värähtelyliikkeen kvantti tai ääniaaltoon liittyvä energiakvantti.
Fonon - kideatomien värähtelyliikkeen kvantti
"Kiteisissä materiaaleissa atomit ovat aktiivisesti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, ja tällaisia termodynaamisia ilmiöitä on vaikea pitää yksittäisten atomien värähtelyinä niissä - saadaan valtavia biljoonien lineaaristen differentiaaliyhtälöiden järjestelmiä, joiden analyyttinen ratkaisu on mahdotonta. Kideatomien värähtelyt korvataan etenemisellä ääniaaltojärjestelmän substanssissa, jonka kvantit ovat fononeja. Fononi kuuluu bosonien lukumäärään ja sitä kuvaavat Bose-Einsteinin tilastot. Fononeilla ja niiden vuorovaikutuksella elektronien kanssa on keskeinen rooli nykyaikaisissa ideoissa suprajohteiden fysiikasta, lämmönjohtavuusprosesseista ja sirontaprosesseista kiintoaineissa.
Ensimmäiset sazerit kehitettiin vuosina 2009-2010. Kaksi tutkijaryhmää on esittänyt menetelmiä lasersäteilyn tuottamiseksi - käyttämällä fononlaseria optisissa onteloissa ja fononlaseria elektronisissa kaskadeissa.
Kalifornian teknologiainstituutin (USA) fyysikkojen suunnittelemassa optisten resonaattoreiden prototyypissä on pari optista piiresonaattoria tori-muodossa, jonka ulkohalkaisija on noin 63 mikrometriä ja sisähalkaisija 12,5 ja 8,7 mikrometriä. käytetään, johon syötetään lasersäde. Resonaattoreiden välistä etäisyyttä muuttamalla voidaan näiden tasojen taajuuseroa säätää niin, että se vastaa järjestelmän akustista resonanssia, jolloin muodostuu 21 megahertsin taajuudella olevaa sasser-säteilyä. Muuttamalla resonaattorien välistä etäisyyttä on mahdollista muuttaa äänisäteilyn taajuutta.
Nottinghamin yliopiston (Yhdistynyt kuningaskunta) tutkijat ovat luoneet prototyypin saserin elektronisille kaskadeille, joissa ääni kulkee superhilan läpi, joka sisältää vuorotellen useita atomeja paksuisia galliumarsenidi- ja alumiinipuolijohteita. Fononit kerääntyvät lumivyörynä lisäenergian vaikutuksesta ja heijastuvat toistuvasti superhilan kerrosten sisään, kunnes ne poistuvat rakenteesta sazer-säteilyn muodossa taajuudella noin 440 gigahertsiä.
Kaavio sazerista, joka perustuu galliumarsenidin ja alumiinin vuorottelevien kerrosten superhilaan
Prototyyppi sazer-tutkijat Nottinghamin yliopistosta
Saserien odotetaan mullistavan mikroelektroniikan ja nanoteknologian, verrattavissa lasereihin. Mahdollisuus saada säteilyä terahertsialueen taajuudella mahdollistaa sasersin käytön erittäin tarkkoihin mittauksiin, kolmiulotteisten kuvien saamiseen makro-, mikro- ja nanorakenteista, puolijohteiden optisten ja sähköisten ominaisuuksien muuttamisesta suurella nopeudella.
Sazerien sovellettavuus sotilaallisella alalla. Anturit
Taisteluympäristön muoto määrittää kunkin tapauksen tehokkaimpien anturityyppien valinnan. AT ilmailu Tiedustelulaitteiden päätyyppi ovat tutka-asemat (RLS), jotka käyttävät millimetrin, senttimetrin, desimetrin ja jopa metrin (maatutka) aallonpituuksia. Maataistelukenttä vaatii suurempaa resoluutiota kohteen tarkkaan tunnistamiseen, mikä voidaan saada aikaan vain optisen kantaman tiedustelulla. Tietysti tutkat käytetään myös maateknologiassa, samoin kuin optisia tiedustelulaitteita käytetään ilmailussa, mutta silti puolueellisuus tietyn aallonpituusalueen ensisijaiselle käytölle taisteluympäristömuodon tyypistä riippuen on aivan ilmeistä.
Veden fysikaaliset ominaisuudet rajoittavat merkittävästi useimpien sähkömagneettisten aaltojen etenemisaluetta optisella ja tutka-alueella, kun taas vesi tarjoaa huomattavasti paremmat olosuhteet ääniaaltojen kulkua varten, mikä johti niiden käyttöön sukellusveneiden aseiden tiedusteluun ja ohjaamiseen (PL ) ja pinta-alukset (NK), jos viimeksi mainitut taistelevat vedenalaista vihollista vastaan. Näin ollen hydroakustisista järjestelmistä (HAC) tuli sukellusveneiden pääasiallinen tiedustelukeino.
HAC:ta voidaan käyttää sekä aktiivisessa että passiivisessa tilassa. Aktiivitilassa SAC lähettää moduloidun äänisignaalin ja vastaanottaa signaalin, joka heijastuu vihollisen sukellusveneestä. Ongelmana on, että vihollinen pystyy havaitsemaan HAC:n signaalin paljon pidemmälle kuin HAC itse saa heijastuneen signaalin.
Passiivisessa tilassa SAC "kuuntelee" sukellusveneen tai vihollisaluksen mekanismeista tulevia ääniä ja havaitsee ja luokittelee kohteet niiden analyysin perusteella. Passiivisen tilan haittana on, että uusimpien sukellusveneiden melu vähenee jatkuvasti ja on verrattavissa meren taustameluun. Tämän seurauksena vihollisen sukellusveneiden havaintoalue pienenee merkittävästi.
HAC-antennit ovat monimutkaisen muotoisia vaiheistettuja erillisiä ryhmiä, jotka koostuvat useista tuhansista pietsokeraamisista tai valokuitumuuntimista, jotka vastaanottavat akustisia signaaleja.
Vasemmalla on venäläisten monikäyttöisten ydinsukellusveneiden (MSAPL) Irtysh-Amfora SJSC:n pallomainen vastaanottoantenni projektin 885 (M), oikealla hevosenkengän muotoinen SJSC-antenni, jossa on laaja aukko LAB (Large Aperture Bow). ) Virginia-tyyppisiä modernisoituja amerikkalaisia ydinsukellusveneitä (NPS).
Kuvaannollisesti sanottuna nykyaikaisia HAC-laitteita voidaan verrata taisteluilmailussa käytettäviin tutkoihin, joissa on passiiviset vaiheistetut antenniryhmät (PFAR).
Voidaan olettaa, että sazerien ilmestyminen mahdollistaa lupaavien HAC:ien luomisen, joita voidaan karkeasti verrata AFAR-tutkoihin, joista on tullut uusimpien taistelulentokoneiden tunnusmerkki.
Tässä tapauksessa lupaavien SAC:ien toiminta-algoritmia, jotka perustuvat sather-säteilijöihin aktiivisessa tilassa, voidaan verrata lentokoneiden tutkien toimintaan AFAR:lla: on mahdollista luoda signaali, jolla on kapea säteilykuvio, tarjota notkahdus säteilykuvio häiriön ja häiriöiden lähteeseen.
Ehkä toteutetaan esineiden kolmiulotteisten akustisten hologrammien rakentaminen, jotka voidaan muunnella siten, että saadaan kuva ja jopa tutkittavan kohteen sisäinen rakenne, joka on erittäin tärkeä sen tunnistamisen kannalta. Suuntasäteilyn tuottamisen mahdollisuus vaikeuttaa vihollisen havaitsemista äänilähteen ollessa SAC:n aktiivisessa tilassa luonnollisten ja keinotekoisten esteiden havaitsemiseksi sukellusveneen liikkuessa matalassa vedessä ja merimiinojen havaitsemiseksi.
On ymmärrettävä, että vesiympäristö vaikuttaa merkittävästi enemmän "ääninsäteeseen" verrattuna siihen, miten ilmakehä vaikuttaa lasersäteilyyn, mikä edellyttää tehokkaiden järjestelmien kehittämistä saterisäteilyn ohjaamiseen ja korjaamiseen, ja joka tapauksessa se ei ole kuin "lasersäde" – saterisäteilyn hajoaminen on paljon suurempi.
Sazerien sovellettavuus sotilaallisella alalla. Ase
Huolimatta siitä, että laserit ilmestyivät viime vuosisadan puolivälissä, niiden käyttö aseena, joka mahdollistaa kohteiden fyysisen tuhoamisen, on tulossa todellisuutta vasta nyt. Voidaan olettaa, että sama kohtalo odottaa Sazersia. Ainakin tietokonepelissä "Command & Conquer" kuvatut "ääniaseet" joutuvat odottamaan erittäin, hyvin pitkän ajan (jos sellaisen luominen on edes mahdollista).
Sonic-tykit tietokonepelistä "Command & Conquer"
Lasereihin verrattaessa voidaan olettaa, että sazerien pohjalta voidaan tulevaisuudessa luoda itsepuolustuskomplekseja, jotka ovat konseptiltaan samanlaisia kuin venäläinen ilmapuolustusjärjestelmä L-370 Vitebsk (President-S), joka on suunniteltu torjumaan ohjuksia. suunnattu lentokoneeseen, jossa on infrapuna-kohdistuspäät, jotka käyttävät optis-elektronista vaimennusasemaa (SOEP), joka sisältää lasersäteilijät, jotka sokeavat ohjuksen kohdistuspään.
Ilmapuolustuskompleksi L-370 "Vitebsk" ("President-S") SOEP:n kanssa
Sather-säteilijöihin perustuvaa sukellusveneiden itsepuolustuskompleksia puolestaan voidaan käyttää vihollisen torpedo- ja miinaaseiden vastustamiseen akustisella ohjauksella.
Tulokset
Sazerien käyttö tiedusteluvälineenä ja aseina lupaaville sukellusveneille on mitä todennäköisimmin ainakin keskipitkällä aikavälillä tai jopa kaukainen mahdollisuus. Tämän näkökulman perusta on kuitenkin muodostettava jo nyt, jolloin luodaan reservi lupaavien sotatarvikkeiden tuleville kehittäjille.
XNUMX-luvulla lasereista tuli olennainen osa nykyaikaisia tiedustelu- ja kohdemerkintäjärjestelmiä. XNUMX- ja XNUMX-lukujen vaihteessa hävittäjä, jossa ei ole AFAR-tutkaa, ei enää voi olla teknisen kehityksen huippu, ja se on huonompi kuin kilpailijansa, joissa on AFAR-tutka.
Seuraavan vuosikymmenen aikana taistelulaserit muuttavat radikaalisti taistelukentän kasvot maassa, vedessä ja ilmassa. On mahdollista, että Sasersilla ei ole vähemmän vaikutusta vedenalaisen taistelukentän ulkonäköön keskellä - XXI-luvun lopussa.