De meeste lezers kennen het begrip "laser", afgeleid van het Engelse "laser" (lichtversterking door gestimuleerde emissie van straling - lichtversterking door gestimuleerde emissie). Uitgevonden in het midden van de XNUMXe eeuw, zijn lasers grondig in ons leven gekomen, zelfs als hun werk in moderne technologie vaak onzichtbaar is voor gewone mensen. De belangrijkste popularisator van de technologie waren boeken en films in het science fiction-genre, waarin lasers een integraal onderdeel werden van de uitrusting van de jagers van de toekomst.
In werkelijkheid hebben lasers een lange weg afgelegd, voornamelijk gebruikt als een middel voor verkenning en doelaanduiding, en pas nu zouden ze hun plaats moeten innemen als armen slagvelden, misschien? het uiterlijk radicaal veranderen и uiterlijk van gevechtsvoertuigen.
Minder bekend is het concept van "maser" - een zender van coherente elektromagnetische golven in het centimeterbereik (microgolven), waarvan het uiterlijk voorafging aan de creatie van lasers. En heel weinig mensen weten dat er een ander type coherente stralingsbron is - "sazer".
"Beam" van geluid
Het woord "sazer" wordt op dezelfde manier gevormd als het woord "laser" - geluidsversterking door gestimuleerde emissie van straling (geluidsversterking als gevolg van gestimuleerde emissie) en duidt een generator aan van coherente geluidsgolven met een bepaalde frequentie - een akoestische laser.
Verwar een sazer niet met een "audioprojector" - een technologie voor het creëren van directionele geluidsstromen, we kunnen ons bijvoorbeeld de ontwikkeling herinneren van Joseph Pompey van het Massachusetts Institute of Technology "Audio Spotlight". In de audioprojector "Audio Spotlight" wordt een straal van golven in het ultrasone bereik uitgezonden, die, niet-lineair in wisselwerking met lucht, hun lengte tot geluid vergroten. De bundellengte van een audioprojector kan 100 meter bereiken, maar de geluidsintensiteit daarin neemt snel af.
Als in lasers het genereren van lichtquanta - fotonen plaatsvindt, wordt hun rol in sazers gespeeld door fononen. In tegenstelling tot het foton is het fonon een quasideeltje dat is geïntroduceerd door de Sovjetwetenschapper Igor Tamm. Technisch gezien is een fonon een kwantum van trillingsbeweging van kristalatomen of een energiekwantum geassocieerd met een geluidsgolf.
Phonon - kwantum van trillingsbeweging van kristalatomen
"In kristallijne materialen interageren atomen actief met elkaar, en het is moeilijk om dergelijke thermodynamische verschijnselen te beschouwen als trillingen van individuele atomen erin - enorme systemen van biljoenen onderling verbonden lineaire differentiaalvergelijkingen worden verkregen, waarvan de analytische oplossing onmogelijk is. Trillingen van kristalatomen worden vervangen door de voortplanting in de substantie van een systeem van geluidsgolven, waarvan de quanta fononen zijn. De fonon behoort tot het aantal bosonen en wordt beschreven door de Bose-Einstein-statistieken. Fononen en hun interactie met elektronen spelen een fundamentele rol in moderne ideeën over de fysica van supergeleiders, thermische geleidingsprocessen en verstrooiingsprocessen in vaste stoffen.”
De eerste sazers werden ontwikkeld in 2009-2010. Twee groepen wetenschappers hebben methoden gepresenteerd voor het produceren van laserstraling - met behulp van een fonon-laser op optische holtes en een fonon-laser op elektronische cascades.
In een prototype saser op optische resonatoren, ontworpen door natuurkundigen van het California Institute of Technology (VS), wordt een paar silicium optische resonatoren gebruikt in de vorm van tori met een buitendiameter van ongeveer 63 micrometer en een binnendiameter van 12,5 en 8,7 micrometer, waarin een laserstraal wordt toegevoerd. Door de afstand tussen de resonatoren te veranderen, is het mogelijk om het frequentieverschil van deze niveaus aan te passen zodat het overeenkomt met de akoestische resonantie van het systeem, wat resulteert in de vorming van sazerstraling met een frequentie van 21 megahertz. Door de afstand tussen de resonatoren te veranderen, is het mogelijk om de frequentie van geluidsstraling te veranderen.
Wetenschappers van de Universiteit van Nottingham (Groot-Brittannië) hebben een prototype sazer gemaakt op elektronische cascades, waarbij geluid door een superrooster gaat dat afwisselend lagen galliumarsenide en aluminiumhalfgeleiders van enkele atomen dik bevat. Fononen stapelen zich op als een lawine onder invloed van extra energie en worden herhaaldelijk gereflecteerd in de lagen van het superrooster totdat ze de structuur verlaten in de vorm van sazerstraling met een frequentie van ongeveer 440 gigahertz.
Schema van een sazer op basis van een superrooster van afwisselende lagen galliumarsenide en aluminium
Prototype sazer-wetenschappers van de Universiteit van Nottingham
Van Sasers wordt verwacht dat ze een revolutie teweeg zullen brengen in de micro-elektronica en nanotechnologie, vergelijkbaar met die van lasers. De mogelijkheid om straling met een frequentie van het terahertz-bereik te verkrijgen, maakt het mogelijk om sasers te gebruiken voor zeer nauwkeurige metingen, om driedimensionale afbeeldingen van macro-, micro- en nanostructuren te verkrijgen, en om de optische en elektrische eigenschappen van halfgeleiders met hoge snelheid te veranderen.
De toepasbaarheid van sazers op militair gebied. Sensoren
Het formaat van de gevechtsomgeving bepaalt de keuze van het type sensoren dat in elk specifiek geval het meest effectief is. BIJ luchtvaart Het belangrijkste type verkenningsapparatuur zijn radarstations (RLS) die millimeter, centimeter, decimeter en zelfs meter (voor grondradar) golflengten gebruiken. Het slagveld op de grond vereist een verhoogde resolutie voor nauwkeurige doelidentificatie, die alleen kan worden verschaft door middel van verkenning van het optische bereik. Natuurlijk worden radars ook gebruikt in grondtechnologie, evenals optische verkenningsapparatuur in de luchtvaart, maar toch is de voorkeur voor het prioritair gebruik van een bepaald bereik van golflengten, afhankelijk van het type gevechtsomgevingsformaat, nogal duidelijk.
De fysieke eigenschappen van water beperken het verspreidingsbereik van de meeste elektromagnetische golven in het optische en radarbereik aanzienlijk, terwijl water aanzienlijk betere omstandigheden biedt voor de doorgang van geluidsgolven, wat leidde tot het gebruik ervan voor verkenning en geleiding van wapens van onderzeeërs (onderzeeërs ) en oppervlakteschepen (NS) in het geval dat deze een onderwatervijand bevechten. Dienovereenkomstig werden hydro-akoestische systemen (HAC) het belangrijkste middel voor verkenning van onderzeeërs.
HAC kan zowel in actieve als passieve modus worden gebruikt. In de actieve modus zendt de HAC een gemoduleerd geluidssignaal uit en ontvangt een signaal dat wordt weerkaatst door een vijandelijke onderzeeër. Het probleem is dat de vijand het signaal van de HAC veel verder kan detecteren dan de HAC zelf het gereflecteerde signaal zal opvangen.
In passieve modus "luistert" de SAC naar geluiden afkomstig van de mechanismen van een onderzeeër of vijandelijk schip, en detecteert en classificeert doelen op basis van hun analyse. Het nadeel van de passieve modus is dat het geluid van de nieuwste onderzeeërs steeds minder wordt en vergelijkbaar wordt met het achtergrondgeluid van de zee. Als gevolg hiervan wordt het detectiebereik van vijandelijke onderzeeërs aanzienlijk verminderd.
HAC-antennes zijn gefaseerde discrete arrays met een complexe vorm, bestaande uit enkele duizenden piëzo-keramische of glasvezeltransducers die akoestische signalen ontvangen.
Aan de linkerkant is de bolvormige ontvangstantenne van de Irtysh-Amfora SJSC van Russische multifunctionele nucleaire onderzeeërs (MSAPL) van project 885 (M), aan de rechterkant is de hoefijzervormige SJSC-antenne met een groot diafragma LAB (Large Aperture Bow ) van gemoderniseerde Amerikaanse kernonderzeeërs (NPS) van het type Virginia
Figuurlijk gesproken kunnen moderne HAC's worden vergeleken met radars met passieve phased antenne-arrays (PFAR) die worden gebruikt in de gevechtsluchtvaart.
Aangenomen mag worden dat het verschijnen van sazers het mogelijk zal maken om veelbelovende HAC's te creëren, die grofweg te vergelijken zijn met radars met actieve phased antenne arrays (AFAR), die een kenmerk zijn geworden van de nieuwste gevechtsvliegtuigen.
In dit geval kan het algoritme voor de werking van veelbelovende SAC's op basis van satellietzenders in de actieve modus worden vergeleken met de werking van vliegtuigradars met AFAR: het zal mogelijk zijn om een signaal te genereren met een smal stralingspatroon, een dip in het stralingspatroon naar de bron van interferentie en zelfinterferentie.
Misschien zal de constructie van driedimensionale akoestische hologrammen van objecten worden geïmplementeerd, die kunnen worden getransformeerd om een beeld en zelfs de interne structuur van het bestudeerde object te verkrijgen, wat uiterst belangrijk is voor de identificatie ervan. De mogelijkheid om gerichte straling te genereren maakt het voor de vijand moeilijk om een geluidsbron te detecteren wanneer de SAC in actieve modus is om natuurlijke en kunstmatige obstakels te detecteren wanneer een onderzeeër in ondiep water beweegt, en om zeemijnen te detecteren.
Het moet duidelijk zijn dat het aquatisch milieu de "geluidsbundel" aanzienlijk meer zal beïnvloeden dan hoe de atmosfeer de laserstraling beïnvloedt, wat de ontwikkeling van krachtige systemen voor het geleiden en corrigeren van saterstraling zal vereisen, en in ieder geval zal het niet als een "laserstraal" zijn - de divergentie van de saterstraling zal veel groter zijn.
De toepasbaarheid van sazers op militair gebied. Wapen
Ondanks het feit dat lasers in het midden van de vorige eeuw verschenen, wordt hun gebruik als wapen dat fysieke vernietiging van doelen mogelijk maakt, pas nu realiteit. Het kan worden aangenomen dat de Sazers hetzelfde lot wacht. Op zijn minst zullen "sonische geweren" vergelijkbaar met die afgebeeld in het computerspel "Command & Conquer" heel, heel lang moeten wachten (als het maken ervan zelfs mogelijk is).
Sonic kanonnen uit het computerspel "Command & Conquer"
Door een analogie met lasers te maken, kan worden aangenomen dat in de toekomst zelfverdedigingscomplexen kunnen worden gecreëerd op basis van sazers, vergelijkbaar in concept met het Russische luchtverdedigingscomplex L-370 Vitebsk (President-S), ontworpen om raketten te bestrijden gericht op een vliegtuig met infrarood geleidekoppen met behulp van een opto-elektronisch onderdrukkingsstation (SOEP), dat laserzenders bevat die de geleidekop van de raket verblinden.
Luchtverdedigingscomplex L-370 "Vitebsk" ("President-S") met SOEP
Op zijn beurt kan het zelfverdedigingscomplex aan boord van onderzeeërs op basis van satellietzenders worden gebruikt om vijandelijke torpedo- en mijnwapens te bestrijden met akoestische begeleiding.
Bevindingen
Het gebruik van sazers als verkenningsmiddel en wapens voor veelbelovende onderzeeërs is hoogstwaarschijnlijk op zijn minst een middellange termijn en zelfs een ver vooruitzicht. Toch moet de basis van dit perspectief nu al gelegd worden, zodat er een reserve ontstaat voor toekomstige ontwikkelaars van veelbelovend militair materieel.
In de XNUMXe eeuw werden lasers een integraal onderdeel van moderne verkennings- en doelaanduidingssystemen. Aan het begin van de XNUMXe en XNUMXe eeuw kan een jager zonder radar met AFAR niet langer worden beschouwd als het toppunt van technische vooruitgang en zal hij inferieur zijn aan zijn concurrenten met radar met AFAR.
In het komende decennium zullen gevechtslasers het aanzien van het slagveld op het land, op het water en in de lucht radicaal veranderen. Het is mogelijk dat Sasers niet minder invloed zal hebben op het uiterlijk van het onderwaterslagveld in het midden - het einde van de eenentwintigste eeuw.