Vũ khí laser hoạt động như thế nào?
| 04/11/2011 05:00 PM
Công nghệ Laser ngày càng phổ biến, với hàng ngàn tiện ích trong các ứng dụng khác nhau trên mọi lĩnh vực của xã hội hiện đại.
Có thể bạn đã thấy vũ khí laser trong những bộ phim điện ảnh như “Star Wars”.”Star Trek” hay trong những bộ phim khoa học giả tưởng, những loại vũ khí sử dụng năng lượng dưới dạng chùm ánh sáng nhằm vô hiệu hóa đối thủ.Vậy đâu là lợi thế khi sử dụng laser như một loại vũ khí? Điều đó có thể không? Nó sẽ là vũ khí tiêu diệt đối thủ? Những câu hỏi này đang được giải đáp bởi Phóng nghiên cứu Không lực và cục Năng lượng Mỹ. Chương trình này đang nghiên cứu và phát triển laser năng lượng cao, công nghệ vi sóng, cùng các loại vũ khí tương lai khác.
Laser và các loại vũ khí năng lượng định hướng khác có nhiều lợi thế hơn so với các loại vũ khí thông thường như tên lửa, đạn vì :
+ Tốc độ vũ khí laser có thể bằng với tốc độ ánh sáng.
+ Khả năng chính xác cao.
+ Mức độ năng lượng sử dụng có thể kiểm soát, phù hợp với từng mục đích.
Lực lượng không quân Mỹ đã phát triển 3 loại vũ khí – đã được thử nghiệm và sử dụng, chúng là : Hệ thống laser diệt tên lửa, PhaSR và Active Denial System (vũ khí không gây thương tích lâu dài).
Làm sao để biến Laser thành vũ khí?
Cơ bản mà nói Laser chính là chùm ánh sáng, tuy vậy để có thể nắm rõ được laser biến thành vũ khí ra sao thì ta hãy xem xét về sự khác biệt giữa laser và ánh sáng thường. Hãy bắt đầu với bóng đèn sợi đốt bình thường. Sóng ánh sáng trong đèn di chuyển theo mọi hướng, giống như sóng nước, chúng cũng có đỉnh và đáy sóng. Nếu bạn có thể thấy sóng ánh sáng từ đèn thì bạn sẽ thấy có rất nhiều đỉnh đáy sóng cùng một lúc, cộng thêm nhiều yếu tố khác kết hợp tạo nên ánh sáng trằng mà bạn nhìn thấy. Bây giờ hay xem xét về chiếc đèn pin. Chùm ánh sáng của đèn pin tập trung hơn so với đèn thường, ánh sáng được định hướng, phụ thuộc vào nơi bạn chiếu đèn. Đỉnh và đáy sóng khác nhau đi qua tại những thời điểm khác nhau. Ánh sáng laser tập trung hơn nhiều so với ánh sáng đèn pin, nó tạo ra một bước sóng duy nhất, đơn sắc, khả năng chiếu xa hàng nghìn km mà không bị phân tán, chúng có thể tạo ra các bước sóng khác nhau từ hồng ngoại đến cực tím.
Ánh sáng chính là sự chuyển động của năng lượng. Laser sản sinh ra năng lượng cường độ cao chính vì vậy nó có thể trở thành vũ khí. Laser nghĩa là khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích, nói cách khác là kích thích các hạt proton. Để làm điều đó cần có:
+ Môi trường hoạt chất (chất rắn, lỏng, khí): một chất đặc biệt có khả năng khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra laser.
+ Nguồn năng lượng : tác động lên nguyên tử trong môi trường hoạt chất để đạt trạng thái kích thích.
+ Gương phản xạ : một gương toàn phần và bán phần, phản xạ lại làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn.
+ Thấu kính : giúp tập trung các chùm tia laser.
Bước cuối cùng là chứa và phát năng lượng. Một nguồn năng lượng được truyền vào môi trường hoạt chất, kích thích các electron, đẩy mức năng lượng lên cao. Khi đó nó phát ra photon, các hạt photon này sẽ toả ra nhiều hướng khác nhau, va phải các nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử này, sinh thêm các photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền khuyếch đại dòng ánh sáng.
Laser Quân sự
Laser có rất nhiều loại như :
+ Laser trạng thái rắn : với tinh thể rắn dùng làm môi trường hoạt chất như ruby hay YAG-Neodym - hoạt chất là Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cộng thêm 2-5% Neodym, có bước sóng 1060nm thuộc phổ hồng ngoại gần.
+ Laser khí : môi trường hoạt chất là chất khí như He-Ne (Heli và Neon), Co2 - bước sóng 10.600nm thuộc phổ hồng ngoại xa.
+ Laser Excimer : là sự kết hợp của các chất khí phản ứng như clo, flo hoặc khí trơ argon hay kryton
+ Laser màu : Môi trường hoạt chất là chất lỏng như rhodamine.
+ Laser CO : được tìm ra bởi quân đội, nó được sử dụng để cắt kim loại.
Một vài loại laser được sử dụng cho mục đích quân sự, một trong số đó là FEL(free electron laser). Trong những năm 70, nhà vật lý học Stanford John Madey đã phát minh và được cấp bằng sáng chế máy FEL: gồm một vòi phun điện tử, một máy gia tốc hạt và máy gợn sóng(undulator) hoặc máy lắc((wiggler). Cơ chế hoạt động của nó như sau:
1. Vòi phun điện tử tiêm một chuỗi e tự do vào máy gia tốc.
2. Máy gia tốc tăng tốc e lên gần vận tốc ánh sáng (300,000k/h).
3. Các e sẽ di chuyển qua máy gợn sóng (một chuỗi nam châm có từ trường sắp xếp xen kẽ hướng bắc nam).
4. Ở trong máy lắc, các e dao động qua lại, phát ra các bước sóng cụ thể.
5. Khoảng cách các nam châm trong wiggler sẽ thay đổi độ dài bước sóng, vì vậy tia laser FEL sẽ được điều chỉnh thông qua việc thay đổi khoảng cách nam châm.
6. Về lý thuyết, FEL có thể thay đổi từ hồng ngoại đến vùng X-quang trong quang phổ điện tử.
Năm 1977, Không quân Mỹ đã phát triển laser hóa học oxy-iod (COIL), nguồn năng lượng của nó là phản ứng hóa học với môi trường hoạt chất là phân tử i-ot. Cơ chế hoạt động của nó như sau :
1. Phản ứng hóa học xảy ra giữa khí clo và hỗn hợp chất lỏng hydrogen peroxide và hydroxit kali.
2 .Phản ứng này sẽ tạo ra oxy.
3. Phân tử iốt sẽ được bơm vào laser, oxy sẽ cung cấp năng lượng kích thích phân tử iot phát ra ánh sáng hồng ngoại với bước sóng 1,3 micromet.
4. Laser sẽ phát ra ánh sáng liên tục hoặc ánh sáng sẽ được kích xung giúp tăng mức độ hiệu quả.
COIL được sử dụng trên các máy bay chống tên lửa.
Airborne Laser
Chương trình ABL (vũ khí laser chống tên lửa lắp trên máy bay) được thực hiện bởi Boeing, Northrup Grumman và Lockheed Martin. Chiếc Boeing 747 được trang bị laser quang học, cảm biến, máy tính để định vị trí theo dõi và tiêu diệt tên lửa. Cơ chế hoạt động của ABL như sau : Hệ thống quét hồng ngoại bằng các cảm biến liên tục phát ra các tia tìm kiếm và cảnh báo mục tiêu. Khi các cảm biến phát hiện dấu hiệu mục tiêu tên lửa, một hệ thống chùm tia laser năng lượng yếu được phát ra để theo dõi hành trình của tên lửa, đo các số liệu về tên lửa, tốc độ di chuyển và tình trạng chuyển động của không khí. Sau khi thu được các số liệu về mục tiêu, hệ thống máy tính sẽ có chức năng xử lý và ra chỉ thị cho thiết bị bắn chuẩn bị các số liệu chuẩn để phát ra một chùm tia laser hướng tới mục tiêu. Chùm laser năng lượng cao lên đến megawat sẽ vô hiệu hóa hoặc phá hủy hoàn toàn tên lửa.
ABL vấn đang được tiến hành thử nghiệm, tầm bắn của nó lên đến vài trăm km. Laser năng lượng cao được sử dụng cho ABL cũng sẽ được dùng trên biển và đất liền, gắn vào xe cơ giới và tàu để chống lại tên lửa.
Vũ khí laser cá nhân và vũ khí không gây hại
Laser không gây nguy hiểm hay còn gọi là Hệ thống Từ chối chủ động(ADS), nó là một chiếc xe được gắn máy phát điện tần số vô tuyến năng lượng cao và anten định hướng. ADS sử dụng một tia vô hình hội tụ phóng xa hơn 500m để gây ra cảm giác nóng không chịu nổi, nhưng chỉ xuyên qua da một chút (cỡ 3 tờ giấy xếp sát nhau) và khi tránh khỏi luồng sáng thì sẽ không còn cảm giác.
Giả sử trong giây lát bạn có thể làm choáng hoặc gây phân tâm quân địch, điều đó có thể thực hiện với PhaSR- một thiết bị laser cá nhân. PhaSR kết hợp 2 đi-ốt laser năng lượng thấp, một có thể nhìn được và một hồng ngoại, nó có kích thước của một khẩu súng trường, ánh sáng laser phát ra sẽ gây choáng, lóa mục tiêu trong một lúc mà không làm mù mắt, tạo điều kiện thuân lợi khi làm nhiệm vụ.
Ngoài ra, nhiều loại vũ khí quang học khác cũng đang được nghiên cứu và phát triển.
Tham khảo: .howstuffworks.