Hầu hết độc giả đều biết rõ về khái niệm "laser", được hình thành từ tiếng Anh "laser" (khuếch đại ánh sáng bằng cách phát xạ kích thích của bức xạ). Tia laser được phát minh vào giữa thế kỷ 20 đã đi sâu vào cuộc sống của chúng ta, mặc dù công việc của chúng trong công nghệ hiện đại thường không thể nhìn thấy được đối với người bình thường. Việc phổ biến công nghệ chính đã trở thành sách và phim khoa học viễn tưởng, trong đó tia laser đã trở thành một phần không thể thiếu trong trang bị của các máy bay chiến đấu trong tương lai.
Trên thực tế, laser đã có một chặng đường dài, được sử dụng chủ yếu làm phương tiện trinh sát và xác định mục tiêu, và chỉ bây giờ chúng mới thay thế chúng như một vũ khí chiến trường, có thể thay đổi hoàn toàn diện mạo của nó và diện mạo của các phương tiện chiến đấu.
Ít được biết đến hơn là khái niệm "maser" - một chất phát ra các sóng điện từ kết hợp trong phạm vi centimet (vi sóng), mà sự xuất hiện của chúng trước khi tạo ra laser. Và rất ít người biết rằng có một loại nguồn bức xạ kết hợp khác - "saser".
"Chùm" âm thanh
Từ "saser" được hình thành tương tự như từ "laser" - Khuếch đại âm thanh bằng cách phát bức xạ kích thích và biểu thị một máy phát sóng âm thanh kết hợp ở một tần số nhất định - một laser âm thanh.
Đừng nhầm lẫn saser với "đèn chiếu âm thanh" - một công nghệ tạo ra các luồng âm thanh định hướng, như một ví dụ mà chúng ta có thể nhớ lại sự phát triển của Joseph Pompey từ "Đèn chiếu âm thanh" của Viện Công nghệ Massachusetts. Đèn chiếu âm thanh "Audio Spotlight" phát ra một chùm sóng trong phạm vi siêu âm, tương tác phi tuyến tính với không khí, làm tăng độ dài của chúng đối với âm thanh. Chiều dài chùm tia của máy chiếu âm thanh có thể lên đến 100 mét, tuy nhiên, cường độ âm thanh trong đó giảm nhanh chóng.
Nếu trong laze có sự tạo ra các lượng tử ánh sáng - photon, thì trong laze vai trò của chúng là do các phonon. Không giống như photon, phonon là một quasiparticle do nhà khoa học Liên Xô Igor Tamm giới thiệu. Về mặt kỹ thuật, phonon là một lượng tử chuyển động dao động của các nguyên tử tinh thể hoặc một lượng tử năng lượng liên kết với sóng âm.
“Trong vật liệu kết tinh, các nguyên tử tương tác tích cực với nhau, và rất khó để coi các hiện tượng nhiệt động lực học như dao động của các nguyên tử riêng lẻ trong chúng - hệ thống khổng lồ gồm hàng nghìn tỷ phương trình vi phân tuyến tính liên kết với nhau, giải pháp phân tích là không thể. Sự dao động của các nguyên tử trong tinh thể được thay thế bằng sự lan truyền của một hệ thống sóng âm trong chất, lượng tử của chúng là các phonon. Phonon thuộc về số lượng boson và được mô tả bởi thống kê Bose - Einstein. Phôtôn và sự tương tác của chúng với các điện tử đóng một vai trò cơ bản trong các khái niệm hiện đại về vật lý của chất siêu dẫn, quá trình dẫn nhiệt và quá trình tán xạ trong chất rắn."
Các sasers đầu tiên được phát triển vào năm 2009-2010. Hai nhóm nhà khoa học đã trình bày các phương pháp thu được bức xạ laser - sử dụng laser phonon trên các hốc quang học và laser phonon trên các tầng điện tử.
Một mẫu thử nghiệm máy cộng hưởng quang học saser do các nhà vật lý thuộc Viện Công nghệ California (Mỹ) thiết kế sử dụng một cặp cộng hưởng quang silicon dạng tori với đường kính ngoài khoảng 63 micromet và đường kính trong là 12, 5 và 8, 7 micromet., trong đó một chùm tia laze được đưa vào. Bằng cách thay đổi khoảng cách giữa các bộ cộng hưởng, có thể điều chỉnh sự chênh lệch tần số của các mức này sao cho tương ứng với cộng hưởng âm của hệ thống, dẫn đến hình thành bức xạ laser có tần số 21 megahertz. Bằng cách thay đổi khoảng cách giữa các bộ cộng hưởng, bạn có thể thay đổi tần số bức xạ âm thanh.
Các nhà khoa học từ Đại học Nottingham (Anh) đã tạo ra một nguyên mẫu của một saser trên các tầng điện tử, trong đó âm thanh đi qua một siêu mạng chứa xen kẽ các lớp gali arsenide và nhôm bán dẫn dày vài nguyên tử. Các photpho tích tụ giống như một trận tuyết lở dưới tác động của năng lượng bổ sung và bị phản xạ nhiều lần bên trong các lớp siêu mạng cho đến khi chúng rời khỏi cấu trúc dưới dạng bức xạ saser với tần số khoảng 440 gigahertz.
Sasers được kỳ vọng sẽ cách mạng hóa vi điện tử và công nghệ nano, có thể so sánh với laser. Khả năng thu được bức xạ với tần số của dải terahertz sẽ làm cho nó có thể sử dụng máy quét để đo độ chính xác cao, thu được hình ảnh ba chiều của các cấu trúc vĩ mô, vi mô và nano, thay đổi các đặc tính quang và điện của chất bán dẫn ở mức cao tốc độ, vận tốc.
Khả năng ứng dụng của sasers trong lĩnh vực quân sự. Cảm biến
Định dạng của môi trường chiến đấu quyết định việc lựa chọn loại cảm biến hiệu quả nhất trong từng trường hợp. Trong hàng không, loại thiết bị trinh sát chủ yếu là đài ra đa (radar), sử dụng bước sóng milimet, centimet, decimet và thậm chí mét (đối với radar trên mặt đất). Chiến trường mặt đất đòi hỏi phải tăng độ phân giải để xác định mục tiêu chính xác, điều này chỉ có thể đạt được bằng các phương tiện trinh sát trong phạm vi quang học. Tất nhiên, radar cũng được sử dụng trong công nghệ mặt đất, cũng như các phương tiện trinh sát quang học được sử dụng trong hàng không, nhưng vẫn có xu hướng ủng hộ việc ưu tiên sử dụng một dải bước sóng nhất định, tùy thuộc vào loại hình môi trường chiến đấu, là khá rõ ràng.
Các đặc tính vật lý của nước hạn chế đáng kể phạm vi lan truyền của hầu hết các sóng điện từ trong phạm vi quang học và radar, trong khi nước cung cấp các điều kiện tốt hơn đáng kể cho việc truyền sóng âm thanh, dẫn đến việc chúng được sử dụng để trinh sát và dẫn đường cho vũ khí của tàu ngầm (PL) và tàu nổi (NK) trong trường hợp nếu tàu này đang chiến đấu với kẻ thù dưới nước. Theo đó, các tổ hợp thủy âm (SAC) trở thành phương tiện trinh sát chính của tàu ngầm.
SAC có thể được sử dụng ở cả chế độ chủ động và bị động. Ở chế độ hoạt động, SAC phát ra tín hiệu âm thanh đã được điều chế và nhận được tín hiệu phản xạ từ tàu ngầm đối phương. Vấn đề là kẻ thù có thể phát hiện tín hiệu từ SAC xa hơn nhiều so với bản thân SAC sẽ bắt được tín hiệu phản xạ.
Trong chế độ thụ động, SAC "lắng nghe" tiếng động phát ra từ các cơ chế của tàu ngầm hoặc tàu đối phương, đồng thời phát hiện và phân loại mục tiêu dựa trên phân tích của chúng. Nhược điểm của chế độ thụ động là tiếng ồn của các tàu ngầm mới nhất liên tục giảm, và có thể so sánh với tiếng ồn nền của biển. Kết quả là phạm vi phát hiện của tàu ngầm đối phương bị giảm đáng kể.
Ăng-ten SAC là các mảng rời rạc theo từng giai đoạn có hình dạng phức tạp, bao gồm vài nghìn đầu dò piezoceramic hoặc sợi quang cung cấp tín hiệu âm thanh.
Nói một cách hình tượng, các SAC hiện đại có thể được so sánh với các radar có mảng ăng ten phân kỳ thụ động (PFAR) được sử dụng trong hàng không quân sự.
Có thể giả định rằng sự xuất hiện của máy bay chiến đấu sẽ giúp chúng ta có thể tạo ra các SAC đầy hứa hẹn, có thể so sánh một cách có điều kiện với các radar có mảng ăng ten hoạt động theo từng giai đoạn (AFAR), đã trở thành một dấu ấn của máy bay chiến đấu mới nhất
Trong trường hợp này, thuật toán hoạt động của các SAC đầy hứa hẹn dựa trên các bộ phát Saser ở chế độ hoạt động có thể được so sánh với hoạt động của các radar hàng không với AFAR: có thể tạo ra một tín hiệu có dạng định hướng hẹp, đảm bảo giảm kiểu định hướng tới bộ gây nhiễu và tự gây nhiễu.
Có lẽ, việc xây dựng hình ảnh ba chiều âm thanh ba chiều của các vật thể sẽ được thực hiện, có thể được biến đổi để thu được hình ảnh và thậm chí là cấu trúc bên trong của vật thể đang nghiên cứu, điều này cực kỳ quan trọng để xác định nó. Khả năng hình thành bức xạ định hướng sẽ khiến đối phương khó phát hiện nguồn âm thanh khi SAC đang ở chế độ hoạt động để phát hiện chướng ngại vật tự nhiên và nhân tạo khi tàu ngầm di chuyển ở vùng nước nông, dò tìm thủy lôi.
Cần phải hiểu rằng môi trường nước sẽ ảnh hưởng nhiều hơn đáng kể đến "chùm âm thanh" so với cách bầu khí quyển ảnh hưởng đến bức xạ laser, điều này sẽ đòi hỏi sự phát triển của các hệ thống hướng dẫn và hiệu chỉnh laser hiệu suất cao, và trong mọi trường hợp thì không. giống như một "chùm tia laser" - sự phân kỳ của bức xạ laser sẽ lớn hơn nhiều.
Khả năng ứng dụng của sasers trong lĩnh vực quân sự. Vũ khí
Mặc dù thực tế là tia laser đã xuất hiện vào giữa thế kỷ trước, việc sử dụng chúng làm vũ khí hủy diệt mục tiêu đang trở thành hiện thực chỉ bây giờ. Có thể giả định rằng số phận tương tự đang chờ đợi những kẻ giết người. Ít nhất, "khẩu đại bác âm thanh" tương tự như được mô tả trong trò chơi máy tính "Command & Conquer" sẽ phải đợi một thời gian rất, rất dài (nếu việc tạo ra nó là hoàn toàn có thể).
Tương tự với tia laser, có thể giả định rằng trên cơ sở tia laser, trong tương lai, các tổ hợp tự vệ có thể được tạo ra, có khái niệm tương tự như hệ thống phòng không Nga L-370 "Vitebsk" ("President-S"), được thiết kế để chống lại tên lửa nhằm vào một máy bay có đầu phóng hồng ngoại bằng cách sử dụng một trạm chế áp quang-điện tử (OECS), bao gồm các bộ phát laser làm mù phần đầu của tên lửa.
Đổi lại, hệ thống tự vệ trên tàu ngầm dựa trên bộ phát Saser có thể được sử dụng để chống lại ngư lôi và vũ khí thủy lôi của đối phương với hướng dẫn âm thanh.
kết luận
Việc sử dụng tàu ngầm làm phương tiện trinh sát và trang bị vũ khí cho các tàu ngầm triển vọng ít nhất chỉ là một viễn cảnh trung hạn, hoặc thậm chí là xa vời. Tuy nhiên, nền tảng của quan điểm này cần được hình thành ngay bây giờ, tạo cơ sở cho các nhà phát triển thiết bị quân sự triển vọng trong tương lai.
Trong thế kỷ 20, tia laser đã trở thành một phần không thể thiếu trong các hệ thống chỉ định mục tiêu và trinh sát hiện đại. Vào đầu thế kỷ 20 và 21, máy bay chiến đấu không có radar AFAR không còn có thể được coi là đỉnh cao của tiến bộ công nghệ và sẽ thua kém các đối thủ có radar AFAR.
Trong thập kỷ tới, laser chiến đấu sẽ thay đổi hoàn toàn cục diện chiến trường trên bộ, trên mặt nước và trên không. Có thể tàu chiến sẽ có ảnh hưởng không nhỏ đến diện mạo của chiến trường dưới nước vào giữa và cuối thế kỷ 21.
