La maggior parte dei lettori conosce bene il concetto di "laser", formato dall'inglese "laser" (amplificazione della luce per emissione stimolata di radiazioni). I laser inventati a metà del XX secolo sono entrati completamente nella nostra vita, anche se il loro lavoro nella tecnologia moderna è spesso invisibile alla gente comune. Il principale divulgatore della tecnologia è diventato libri e film di fantascienza, in cui i laser sono diventati parte integrante dell'equipaggiamento dei combattenti del futuro.
In realtà, i laser hanno fatto molta strada, essendo usati principalmente come mezzi di ricognizione e designazione del bersaglio, e solo ora dovrebbero prendere il loro posto come arma del campo di battaglia, eventualmente cambiando radicalmente il suo aspetto e l'aspetto dei veicoli da combattimento.
Meno noto è il concetto di "maser" - un emettitore di onde elettromagnetiche coerenti nell'intervallo centimetrico (microonde), il cui aspetto ha preceduto la creazione dei laser. E pochissime persone sanno che esiste un altro tipo di fonti di radiazioni coerenti: "saser".
"Raggio" di suono
La parola "saser" è formata in modo simile alla parola "laser" - Amplificazione del suono mediante emissione stimolata di radiazioni e denota un generatore di onde sonore coerenti di una certa frequenza - un laser acustico.
Non confondere un saser con un "riflettore audio" - una tecnologia per creare flussi sonori direzionali, ad esempio possiamo ricordare lo sviluppo di Joseph Pompey del Massachusetts Institute of Technology "Audio Spotlight". Il faretto audio "Audio Spotlight" emette un fascio di onde nella gamma degli ultrasuoni, che, interagendo in modo non lineare con l'aria, aumentano la loro lunghezza al suono. La lunghezza del raggio di un proiettore audio può arrivare fino a 100 metri, tuttavia, l'intensità del suono in esso diminuisce rapidamente.
Se nei laser c'è una generazione di quanti di luce - fotoni, allora nei saser il loro ruolo è giocato dai fononi. A differenza di un fotone, un fonone è una quasiparticella introdotta dallo scienziato sovietico Igor Tamm. Tecnicamente, un fonone è un quanto di movimento vibrazionale di atomi di cristallo o un quanto di energia associato a un'onda sonora.
"Nei materiali cristallini, gli atomi interagiscono attivamente tra loro ed è difficile considerare tali fenomeni termodinamici come le vibrazioni dei singoli atomi al loro interno: si ottengono enormi sistemi di trilioni di equazioni differenziali lineari interconnesse, la cui soluzione analitica è impossibile. Le vibrazioni degli atomi del cristallo sono sostituite dalla propagazione di un sistema di onde sonore nella sostanza, i cui quanti sono fononi. Il fonone appartiene al numero dei bosoni ed è descritto dalla statistica Bose - Einstein. I fononi e la loro interazione con gli elettroni giocano un ruolo fondamentale nei concetti moderni della fisica dei superconduttori, dei processi di conduzione del calore e dei processi di diffusione nei solidi."
I primi saser sono stati sviluppati nel 2009-2010. Due gruppi di scienziati hanno presentato metodi per ottenere la radiazione laser, utilizzando un laser fononico su cavità ottiche e un laser fononico su cascate elettroniche.
Un prototipo di risonatore ottico saser progettato dai fisici del California Institute of Technology (USA) utilizza una coppia di risonatori ottici al silicio sotto forma di tori con un diametro esterno di circa 63 micrometri e un diametro interno di 12, 5 e 8, 7 micrometri, in cui viene alimentato un raggio laser. Modificando la distanza tra i risonatori, è possibile regolare la differenza di frequenza di questi livelli in modo che corrisponda alla risonanza acustica del sistema, che si traduce nella formazione di radiazioni laser con una frequenza di 21 megahertz. Modificando la distanza tra i risonatori, è possibile modificare la frequenza della radiazione sonora.
Scienziati dell'Università di Nottingham (Regno Unito) hanno creato un prototipo di saser su cascate elettroniche, in cui il suono passa attraverso un superreticolo contenente strati alternati di arseniuro di gallio e semiconduttori di alluminio dello spessore di diversi atomi. I fononi si accumulano come una valanga sotto l'influenza di energia aggiuntiva e si riflettono molte volte all'interno degli strati del superreticolo fino a quando lasciano la struttura sotto forma di radiazione saser con una frequenza di circa 440 gigahertz.
Si prevede che i Saser rivoluzioneranno la microelettronica e la nanotecnologia, paragonabili a quelle dei laser. La possibilità di ottenere radiazioni con una frequenza dell'intervallo dei terahertz consentirà di utilizzare i saser per misurazioni ad alta precisione, ottenendo immagini tridimensionali di macro, micro e nanostrutture, modificando le proprietà ottiche ed elettriche dei semiconduttori ad alta velocità.
L'applicabilità dei saser in campo militare. Sensori
Il formato dell'ambiente di combattimento determina la scelta del tipo di sensori più efficaci in ogni caso. Nell'aviazione, il tipo principale di attrezzatura da ricognizione sono le stazioni radar (radar), che utilizzano lunghezze d'onda millimetriche, centimetriche, decimetriche e persino metriche (per radar terrestri). Il campo di battaglia a terra richiede una risoluzione maggiore per l'identificazione accurata del bersaglio, che può essere ottenuta solo mediante ricognizione nel raggio ottico. Naturalmente, i radar sono utilizzati anche nella tecnologia di terra, così come i mezzi di ricognizione ottica sono utilizzati nell'aviazione, ma ancora, il pregiudizio a favore dell'uso prioritario di un determinato intervallo di lunghezze d'onda, a seconda del tipo di formato dell'ambiente di combattimento, è abbastanza ovvio.
Le proprietà fisiche dell'acqua limitano significativamente il raggio di propagazione della maggior parte delle onde elettromagnetiche nelle gamme ottiche e radar, mentre l'acqua fornisce condizioni significativamente migliori per il passaggio delle onde sonore, che hanno portato al loro utilizzo per la ricognizione e la guida delle armi dei sottomarini (PL) e navi di superficie (NK) nel caso in cui queste ultime stiano combattendo un nemico sottomarino. Di conseguenza, i complessi idroacustici (SAC) sono diventati il principale mezzo di ricognizione dei sottomarini.
I SAC possono essere utilizzati sia in modalità attiva che passiva. In modalità attiva, il SAC emette un segnale sonoro modulato e riceve un segnale riflesso da un sottomarino nemico. Il problema è che il nemico è in grado di rilevare il segnale dal SAC molto più lontano di quanto il SAC stesso catturi il segnale riflesso.
Nella modalità passiva, il SAC "ascolta" i rumori provenienti dai meccanismi di un sottomarino o di una nave nemica e rileva e classifica i bersagli in base alla loro analisi. Lo svantaggio della modalità passiva è che il rumore degli ultimi sottomarini è in costante diminuzione, e diventa paragonabile al rumore di fondo del mare. Di conseguenza, il raggio di rilevamento dei sottomarini nemici è notevolmente ridotto.
Le antenne SAC sono array discreti in fase di forme complesse, costituiti da diverse migliaia di trasduttori piezoceramici o in fibra ottica che forniscono segnali acustici.
In senso figurato, i moderni SAC possono essere paragonati ai radar con array di antenne a fase passiva (PFAR) utilizzati nell'aviazione militare.
Si può presumere che la comparsa di saser consentirà di creare SAC promettenti, che possono essere confrontati in modo condizionale con radar con array di antenne a fase attiva (AFAR), che sono diventati un segno distintivo degli ultimi aerei da combattimento
In questo caso, l'algoritmo di funzionamento dei SAC promettenti basati su emettitori Saser in modalità attiva può essere confrontato con il funzionamento dei radar aeronautici con AFAR: sarà possibile generare un segnale con un pattern di direttività stretto, garantire un tuffo nel pattern di direttività al jammer e auto-jamming.
Forse si realizzerà la costruzione di ologrammi acustici tridimensionali di oggetti, che possono essere trasformati per ottenere un'immagine e persino la struttura interna dell'oggetto in studio, estremamente importante per la sua identificazione. La possibilità della formazione di radiazioni direzionali renderà difficile per il nemico rilevare una sorgente sonora quando il SAC è in modalità attiva per rilevare ostacoli naturali e artificiali quando un sottomarino si muove in acque poco profonde, rilevando mine marine.
Resta inteso che l'ambiente acquatico influenzerà significativamente il "raggio sonoro" rispetto al modo in cui l'atmosfera influenza la radiazione laser, il che richiederà lo sviluppo di sistemi di guida e correzione laser ad alte prestazioni, e comunque non sarà come un "raggio laser" - la divergenza della radiazione laser sarà molto maggiore.
L'applicabilità dei saser in campo militare. Arma
Nonostante il fatto che i laser siano apparsi a metà del secolo scorso, il loro uso come armi per la distruzione fisica degli obiettivi sta diventando una realtà solo ora. Si può presumere che lo stesso destino attende i saser. Almeno, "cannoni sonori" simili a quelli raffigurati nel gioco per computer "Command & Conquer" dovranno aspettare molto, molto tempo (se la creazione di tali è possibile).
Tracciando un'analogia con i laser, si può presumere che sulla base dei saser, in futuro, si possano creare complessi di autodifesa, simili nel concetto al sistema di difesa aereo russo L-370 "Vitebsk" ("President-S"), progettato per contrastare i missili puntati su un aeromobile con teste di ricerca a infrarossi utilizzando una stazione di soppressione ottica-elettronica (OECS), che include emettitori laser che accecano la testa di ricerca del missile.
A sua volta, il sistema di autodifesa di bordo dei sottomarini basato su emettitori Saser può essere utilizzato per contrastare i siluri nemici e le armi da mine con guida acustica.
conclusioni
L'uso dei saser come mezzo di ricognizione e armamento di sottomarini promettenti è molto probabilmente almeno una prospettiva a medio termine, o addirittura lontana. Tuttavia, le basi di questa prospettiva devono essere gettate ora, creando una base per i futuri sviluppatori di promettenti attrezzature militari.
Nel XX secolo, i laser sono diventati parte integrante dei moderni sistemi di ricognizione e designazione dei bersagli. A cavallo tra il XX e il XXI secolo, un caccia senza radar AFAR non può più essere considerato l'apice del progresso tecnologico e sarà inferiore ai suoi concorrenti con radar AFAR.
Nel prossimo decennio, i laser da combattimento cambieranno radicalmente il volto del campo di battaglia su terra, acqua e aria. È possibile che i saser non abbiano meno influenza sull'aspetto del campo di battaglia sottomarino a metà e alla fine del 21° secolo.
