کاربردهای تکنولوژیکی لیزر در صنایع دفاعی

فناوری لیزر در چند دهه گذشته پیشرفت چشمگیری داشته است و از آن به طور گسترده ای در حوزه هایی از جمله علوم فضایی، طیف سنجی، علوم پزشکی، میکرو الکترونیک و قدرت، مهندسی صنایع و مهمتر از همه به عنوان سلاح های نظامی (انرژی هدایت شونده) استفاده می شود.

سیستم های لیزری به دلیل انتقال فعالشان تا حدی شبیه رادارهای مایکروویو هستند.

با این حال بر خلاف رادارهای معمولی، لیزر در فرکانس‌های بسیار بالا عمل می‌کند و در نتیجه آن را به یک سلاح قوی برای عملیات هوایی با پرتو باریک و انرژی بالا، هم در نقش‌های تهاجمی و هم در نقش‌های دفاعی تبدیل می‌کند.

در سیستم های اویونیک مدرن نشانگرهای لیزری هدف و پرتو سوارها رایج ترین وسایلی هستند که برای هدایت دقیق سلاح های هدایت شونده لیزری (LGW) به سمت اهداف زمینی استفاده می شوند.

علاوه بر این اندازه جمع و جور و وضوح زاویه ای فوق العاده سیستم های مبتنی بر لیزر انگیزه استفاده از آنها را برای هواپیماهای بدون سرنشین و عملیات های هوایی بدون سرنشین فراهم می کند.

علاوه بر این واگرایی پرتو باریک انتشار لیزر احتمال رهگیری پایینی را ارائه می دهد و آن را به رقیب مناسبی برای انتقال ایمن و عملیات حیاتی ایمنی تبدیل می کند، همچنین پیشرفت‌های علوم فضایی و فناوری لیزر نتایج بالقوه هم افزایی را برای استفاده از سیستم‌های لیزری در عملیات فضایی به ارمغان آورده است.

این مقاله به طور جامع برنامه ها و پروژه های لیزری را برای اقدامات دفاعی استراتژیک در زمین یا فضا بررسی می کند و علاوه بر این تجزیه و تحلیل دقیقی در مورد پیشرفت های اخیر فناوری لیزر برای نشانگرهای هدف و فاصله یاب ارائه می کند.

همچنین پیشرفت‌ها در زمینه ارتباطات لیزری برای نظارت، پیشرفت‌های پیشین آن، و تحقیقات علمی در حال انجام و پیشرفت‌ها در حوزه سلاح‌های لیزری هدایت‌شونده با انرژی بالا که تحولی در میدان نبرد نظامی ایجاد کرده است را بررسی می‌کند.

حوزه لیزر در گذشته شاهد پیشرفت های علمی و فنی فوق العاده ای بوده است که امکان استقرار آن را برای انواع کاربردهای بیولوژیکی، صنعتی، تجاری و علمی فراهم کرده است و کاربردهای کلیدی فناوری لیزر را می توان به حوزه های علوم بهداشتی، مهندسی و فناوری و امنیت و دفاع تقسیم کرد که در شکل 1 طبقه بندی شده است.

یکی از زمینه هایی که به سرعت در حال پیشرفت در بخش دفاعی است، استفاده تهاجمی از لیزر برای هوابرد است.

کاربردهای نظامی سلاح های لیزری مزایای زیادی نسبت به سلاح های سنتی دارند:

1. انتقال با سرعت نور به سلاح های مبتنی بر لیزر اجازه می دهد تا بلافاصله پس از شناسایی با اهداف دور درگیر شوند.

2. انرژی لیزر هدایت‌شده آسیب جانبی کمتر و قابلیت‌های عملیات مخفی و کم‌حساب را فراهم می‌کند، لیزر یک سلاح جراحی انتخابی است که انتخاب دقیق نقطه هدف را ارائه می دهد. هزینه‌های نصب اولیه زیاد است، اما پس از استقرار، سلاح‌های لیزری درگیری‌های مقرون‌به‌صرفه را فراهم می‌کنند.

در نهایت استقرار لیزر را می توان به طور انعطاف پذیر تنظیم کرد تا یک اثر گرادیان ارائه دهد تا دامنه نتایج را با نتایج غیر کشنده و مخرب تنظیم کند.

امروزه انواع زیادی از لیزرها با محدوده توان، طول موج، کارایی عملیاتی، پهنای باند طیفی و سایر ویژگی ها در دسترس هستند که افزایش بلوغ دستگاه های فشرده (سازی) نوری و لیزری، توانایی آنها را برای اهداف نظامی بهبود بخشیده است.

در نتیجه فناوری‌های لیزری پارادایم جنگ مدرن را با ایفای نقش‌های متنوعی مانند نشانگرها و تعیین‌کننده‌های هدف، دستگاه‌های حسگر، رله‌های داده، روشنایی فعال، فاصله‌یاب‌ها، تنظیم‌کننده‌های آب و هوا و سلاح‌های انرژی هدایت شده تغییر داده‌اند.

سیستم‌های لیزری که به عنوان سلاح‌های انرژی مستقیم (DE) در میدان نبرد مستقر می‌شوند پتانسیل ایجاد اثرات مخرب در مقیاس بسیار بزرگ را دارند و می توان از پرتو لیزر پر انرژی برای از بین بردن اهداف متحرک بیش از هزار مایل با دقت و  اثر بهینه استفاده کرد لذا در حوزه سلاح های لیزری با انرژی بالا سرمایه گذاری و تحقیقات عظیمی شده است.

طبق گفته وزارت دفاع ایالات متحده (DOD) سلاح‌های انرژی مستقیم یک اصطلاح کلی برای فناوری هایی است که تولید انرژی الکترومغناطیسی هماهنگ (EM) و ذرات هسته ای یا اتمی را پوشش می دهد.

سلاح های DE سیستم هایی هستند که از DE برای از کار انداختن، آسیب رساندن یا از بین بردن اهداف دشمن استفاده می کنند.

جنگ انرژی هدایت شده (DEW) یک عملیات نظامی است که شامل استفاده از تسلیحات DE می شود و هدف از نصب چنین تسلیحاتی در رویکرد دفاعی آسیب رساندن یا انهدام تجهیزات، امکانات، یا پرسنل دشمن، شناسایی و کاهش بهره برداری تجهیزات دشمن است.

کاربرد طیف الکترومغناطیسی (EMS) از طریق تخریب، اختلال و آسیب

همچنین شامل اقداماتی برای محافظت از تجهیزات، امکانات یا پرسنل خودی و استفاده صلح آمیز از EMS است، با بلوغ فن آوری DE، سیستم های DE تسلیحاتی بیشتر و قدرتمندتر شده اند و به زیرمجموعه مهم منطقه عملیاتی جنگ الکترونیک (EW) تبدیل شده اند.

نمونه‌هایی از DE شامل سلاح‌های فرکانس رادیویی (RF)، لیزرها، فناوری انکار فعال و سیستم‌های تسلیحاتی ضد ماهواره و مایکروویو پرقدرت DE (HPM) است.

در تاریخ جنگ نظامی تقریباً همه سلاح ها بر انتقال سریع انرژی به اهداف متکی هستند سپس پیشرفت‌های فن‌آوری به مکانیسم انتقال اجازه می‌دهد از ضربه‌های مستقیم به پرواز مبتنی بر ضربه و مدار (موشک‌های) بالستیک تغییر کند.

انرژی جنبشی ارسال شده به هدف توسط انرژی بیوشیمیایی ناشی از کلاهک هسته ای انفجاری افزایش می یابد، پدیده‌های فیزیکی اولیه ثابت می‌مانند و حتی پیچیدگی پلت‌فرم موشک‌های نظامی مدرن این واقعیت را رد نمی‌کند که مکانیسم‌های بالقوه خنثی همچنان برای دستیابی به اهداف خود مبتنی بر پرتابه‌های فیزیکی هستند.

این مقاله به بررسی و تحلیل کاربردهای فناوری لیزر در پیشرفت‌های علمی قبلی و در حال انجام آن می‌پردازد و دامنه این مقاله محدود به استفاده تهاجمی از لیزر برای کاربردهای نظامی هوابرد است که میدان‌های نبرد امروزی را متحول کرده است، این مقاله یک طبقه بندی جامع از چنین برنامه هایی را ارائه می دهد در حالی که آنها را با دیدگاه های تاریخی و همچنین پیشرفت های اخیر در قالب پروژه های دولتی مرتبط می کند.

در ادامه مطالعه می کنید:

• پیشینه عملیات لیزری و عوامل فیزیکی/محیطی 

• دیدگاه تاریخی استقرار لیزر اولیه و کاربردهای اولیه

• استقرار سیستم های لیزری برای کاربردهای نظامی

• مسائل باز و جهت گیری های تحقیقاتی

• نتیجه گیری

لیزر وسیله ای است که بر اساس اصل انتشار تحریک شده، نور تولید می کند، کیفیت نور تولید شده توسط لیزر به طور قابل توجهی با منابع نور معمولی مانند لوله های فلورسنت یا لامپ های رشته ای متفاوت است.

این بخش در ابتدا یک نمای کلی اولیه از تولید لیزر و عملیات در سطح سیستم ارائه می دهد و سپس به معرفی مختصری از برخی از عوامل محیطی موثر بر عملیات لیزر می پردازد.

یک پیکربندی کلی عمومی از اجزای عملکردی و کلیدی هر سیستم لیزری در شکل 2 نشان داده شده است که بلوک های تامین انرژی و پردازش انرژی برای منبع پمپ تولید می کنند که با استفاده از یک رسانه لیزر، پرتو لیزر فعال تولید می کند و سپس آن را به پرتو می دهد.

عملیات لیزری و عوامل فیزیکی/محیطی

سیستم کنترل تیر متشکل از جفت کننده تیر، تهویه کننده تیر و اجزایی است که تیر را تراز می کند و پس از آن پرتو به سمت هدف مورد نظر هدایت می شود.

برخورد پرتو لیزر بر روی هدف (های) مورد نظر معمولاً از طریق یک سیستم سنجش و کنترل ارزیابی می شود و چنین سیستمی آشفتگی ها و نادرستی های ناشی از شرایط جوی و حرکت نسبی یا تغییر حالت هدف (ها) را تشخیص می دهد و تکنیک های کنترلی مناسب را برای اعمال اصلاحات اجرا می کند.

فاکتورهای محیطی

عوامل محیطی زیادی وجود دارند که انتشار لیزر را هنگام حرکت در جو محدود یا تضعیف می کنند، عوامل کلیدی عبارتند از پراش، آشفتگی، پراکندگی و جذب.

پراش:
خم شدن یا پخش شدن پرتوهای لیزر از طریق لبه‌های ذرات ریز جو است، برای لیزرها، پراش را می توان به عنوان یک رفتار اجتناب ناپذیر به دلیل ماهیت انتشار نور در نظر گرفت و حتی از طریق خلاء ایده آل، انرژی با انتشار پرتو، پخش می شود.

برای کاربردهای دقیق هدف‌گیری لیزری، اثر پراش ذاتی محدودیت‌های فیزیکی را در سطح دقت یا تمرکز قابل دستیابی نشان می‌دهد.

آشفتگی:
بسیار شبیه به پراش است با این حال علاوه بر گسترش، یک راه رفتن تصادفی پرتو از محل مورد نظر را نیز القا می کند در نتیجه توان موثر تحویل شده به هدف را کاهش می دهد.

سطح تلاطم تجربه شده توسط یک پرتو لیزر به شدت به ارتفاع، سرعت باد و سایر پارامترهای جوی بستگی دارد.

پراکندگی:

به این دلیل است که ترکیب جو، پرتو را به طور کامل منتقل نمی کند، بلکه مسیر پرتو را تغییر می دهد و ذرات اتمسفر می توانند از طریق انکسار، انعکاس یا پراش لیزر تابشی به پراکندگی کمک می کنند.

سطح پراکندگی متناسب با اندازه ذره ای است که مسیر لیزر را مسدود می کند، در نتیجه لیزرهایی با طول موج بالاتر کمتر تحت تاثیر اثرات پراکندگی قرار می گیرند.

جذب:
یک پدیده محیطی است که با حذف انرژی از پرتو پس از تبدیل آن به شکل متناوب، عمدتاً انرژی حرارتی، توان تحویلی را کاهش می دهد و اجزای مختلف جوی بسته به شرایط آب و هوایی، ویژگی های جذب متفاوتی را برای طول موج ها و ارتفاعات مختلف نشان می دهند.

همه این تضعیفات جوی ممکن است به طور قابل توجهی بر عملکرد لیزر تأثیر بگذارند و بنابراین باید در مراحل طراحی، آزمایش و استقرار سیستم‌های هدف‌گیری لیزری، ناوبری و تسلیحاتی به دقت در نظر گرفته شوند و به طور مناسب جبران شوند.

دیدگاه تاریخی

از زمان نمایش اولیه لیزرها در سال 1960، زمانی که نوری از یک ساختار کریستالی در آزمایشگاه تحقیقاتی هیوز کالیفرنیا تابیده شد تقریباً پنجاه سال طول کشید تا لیزرها برای استفاده مؤثر ارائه شوند.

فناوری لیزر پیشرفت های مهندسی و پیشرفت های علمی پیشگامانه ای را ایجاد کرده است که برای کاربردهای علمی، صنعتی، نظامی، پزشکی و تجاری متعددی ساخته شده است و فناوری لیزر پیشرفت های زیادی در جراحی، ذخیره سازی داده ها، عکاسی، هولوگرافی، طیف سنجی و بسیاری از زمینه های دیگر به ارمغان آورده است.

انسجام، تک رنگی بالا و توانایی دستیابی به قدرت های فوق العاده بالا تعداد کمی از ویژگی های لیزر منحصر به فرد است که به کارگیری آن را برای این کاربردهای تخصصی تسهیل می کند و فناوری لیزر از فرآیند انتشار برانگیخته استفاده می کند که به تولید یک پرتو نوری منسجم با انرژی بسیار هدایت شده کمک می کند.

امروزه بسیاری از انواع لیزرها با سطوح توان، پهنای باند طیفی، طول موج، ویژگی های زمانی و بازده عملیاتی کاملاً متفاوت قابل دستیابی هستند.

این پیشرفت‌ها در سیستم‌های نوری فشرده و بلوغ لیزرها، قابلیت‌های عملیاتی نظامی را نیز افزایش داده است و از همان مراحل اولیه توسعه اولین لیزر عملیاتی که اختراع شد، بدون شک ارتش (آمریکا) همیشه به فناوری لیزر علاقه مند بوده است.

به خصوص از آنجایی که مسلم بود که این دستگاه‌های لیزری انقلابی را در جنگ تکنولوژیک به ارمغان می‌آورند، زمانی که به عنوان حسگر، مسافت یاب، تعدیل‌کننده هوا، سلاح‌های انرژی هدایت‌شده، دستگاه‌های رله داده، تعیین هدف، روشنایی فعال و چندین کاربرد دیگر استفاده می‌شدند.

در طول دهه 1970 تا 1990 فرکانس رادیویی (RF) همراه با پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) مفیدترین کاربرد برای جنگ نظامی بود.

اگرچه با توجه به افزایش مداوم تقاضا برای ظرفیت داده در جنگ الکترونیک، ارتباطات طیف گسترده‌تر و سیستم‌های راداری پهن‌باند مورد نیاز است و فرکانس رادیویی قادر به رسیدگی به چنین تقاضاهای بالایی نیست.

برای تمام این کاربردهای نظامی لیزرها به عنوان جایگزین مناسبی نسبت به سیگنال‌های فرکانس رادیویی در نظر گرفته می‌شوند.

فناوری لیزر می تواند قابلیت های بزرگ مورد نظر و پردازش محدوده دینامیکی بلادرنگ را مدیریت کند و در طول سال‌ها فناوری لیزر به اندازه کافی بالغ توانسته است سیستم‌های مقرون به‌صرفه با طول موج انعطاف‌پذیر و با سرعت بالا را عرضه کند که می‌تواند به طیف متنوعی از عملیات‌های نظامی مانند سنسورهای از راه دور، سلاح‌های انرژی هدایت‌شده و ارتباطات و غیره کمک کند.

مزیت اصلی دیگر این است که فناوری لیزر قادر به ارائه نرخ های بسیار بالای انتقال داده همتراز با پیوندهای فیبر نوری است و همچنین بدون هیچ گونه محدودیتی از رسانه فیزیکی همانطور که فیبر نوری مورد نیاز است.

همچنین اگر طول موج حامل پرتو لیزر در باند نامرئی انتخاب شود توانایی تشخیص، مشاهده یا رهگیری حتی سخت تر می‌شود مگر اینکه هر نوع سیستم الکترو اپتیکی در بین مسیر فرستنده‌های لیزری قرار گرفته باشد.

علاوه بر این توانایی ارائه دستاوردهای بزرگتر از طریق طول موج های حامل نوری، سیستم های ارتباطی مبتنی بر لیزر نسبت به سیستم های فرکانس رادیویی با توجه به اندازه، وزن، توان و هزینه کمتر (SWaP-C) عملکرد بهتری دارند.

ویژگی‌های مطلوب سیستم‌های مبتنی بر لیزر همانطور که در بالا مورد بحث قرار گرفت، دولت‌ها و ارتش‌های کشورهای توسعه یافته را جذب کرده است تا از آنها به عنوان یک نیروی قوی در قالب سلاح‌های انرژی هدایت‌شده (DEWs) استفاده کنند.

DEW ها توانایی آسیب رساندن به اهداف فیزیکی در محدوده چندین مایلی با دقت بالا را نشان داده اند و طی چند سال گذشته در زمینه سلاح‌های لیزری با انرژی بالا، چندین پروژه تحقیقاتی با بودجه، توسعه نمونه‌های اولیه و مطالعاتی برای بررسی قدرت مورد نیاز و میزان تخریب ناشی از این سلاح‌ها انجام شده است.

آژانس تجزیه و تحلیل پیشرفته دفاعی ایالات متحده و آزمایشگاه علمی نیروی هوایی یک پلت فرم لیزر هوابرد با قدرت بالا برای آزمایش‌ها و آزمایش‌های لیزری در هوا ایجاد کردند.

کشورهای دیگری مانند جمهوری چین، اتحاد جماهیر شوروی (در گذشته) و امروزه توسط روسیه، ژاپن و آلمان نیز در حال انجام تحقیقات و توسعه‌های فشرده برای استفاده تهاجمی از فناوری لیزر هستند.

پروژه ای که در سطح دولت تامین می شود توسط سهامداران اصلی سیستم های اویونیک نظامی مانند لاکهید مارتین، نورثروپ گرومن، ریتون، BAE Systems و بوئینگ حمایت می شود و علاوه بر سلاح‌های لیزری با انرژی بالا (HEL)، دیگر کاربردهای نظامی لیزرها شامل دستگاه‌های تصویربرداری فعال، روشن‌کننده‌ها، رله داده‌ها، سنجش از دور و بُرد (مسافت) یاب می‌شود.

تحقیقات پیرامون چندین سیستم مبتنی بر لیزر تهاجمی در حال پیشرفت است با این حال تا به امروز هیچ یک به طور آشکار برای استقرار در میدان نبرد اعلام نشده است.

شکل 3 جدول زمانی پروژه های لیزر نظامی مختلف را در چند سال گذشته نشان می دهد و معرفی مختصری از این پروژه ها، شامل محدوده، هدف و سازمان حامی آنها، در جدول 1 خلاصه شده است.

استقرار و کاربردهای نظامی مبتنی بر لیزر

فناوری لیزر کاربردهای نظامی متعددی دارد که ما این برنامه ها را به سه دسته یا دامنه اصلی به عنوان ارتباطات، سیستم های مخرب و ناوبری، راهنمایی و کنترل تقسیم می کنیم، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، هر یک از دامنه ها به زیر مجموعه های مختلفی تقسیم می شوند تا یک طبقه بندی از کاربردهای لیزر را تشکیل دهند.

ارتباط لیزری
با پیشرفت‌های اخیر در زیرساخت‌ها و پروتکل‌های ارتباطی که تبادل اطلاعات با سرعت بالا، مسافت طولانی و با تأخیر کم را ارائه می‌دهد، جنگ ارتباطی (ارتباطات) خود به یک نیروی قدرتمند در میدان جنگ تبدیل شده است.

با این حال با نیازهای نظامی روزافزون پهنای باند ارتباطی، سرعت و امنیت، که به عنوان مثال با نظارت تصویری هوابرد با کیفیت بالا، تجزیه و تحلیل داده ها در زمان واقعی و آگاه از زمینه و عملیات جنگ الکترونیک حساس مرتبط است، پیوندهای بی سیم موجود در RF کار می کنند.

حتی هنگام استفاده از تکنیک‌های فشرده‌سازی داده، نیاز به ارسال مقدار فزاینده‌ای از اطلاعات تاکتیکی بین حسگرهای هوابرد و واحدهای پردازش داده، محدودیت‌های پیوندهای داده‌های هوایی فعلی را بیشتر برجسته می‌کند.

ارتباطات داده با استفاده از لیزرهای با طول موج کوتاه، مزایای متعددی نسبت به سایر روش‌های سنتی دارد که در طیف RF کار می‌کنند که این مزایا شامل استفاده از توان کم، قدرت سیگنال بالاتر، تجهیزات فشرده تر و نفوذ ناپذیری تداخل بالا می باشد.

بنابراین استفاده از ارتباطات لیزری همچنین به عنوان اپتیک فضای آزاد (FSO) شناخته می‌شود و راه‌حل‌های امیدوارکننده‌ای برای چالش‌های ارتباطی نظامی ارائه می‌دهد.

FSO دارای سرعت و پهنای باند بالاتر، تاخیر بسیار کم، بدون محدودیت فشرده سازی، فرکانس حامل بالا و مصونیت در برابر تشعشعات EM است.

احتمال تشخیص لیزر به طیف فرکانس ساطع شده و واگرایی پرتو بستگی دارد.

عملیات نظامی پنهان نیازمند عملیات در نزدیکی باند مادون قرمز با استفاده از واگرایی پرتو باریک و انتشارات کاذب یا حداقل نشت، مانند لوب های جانبی است.

ارتباطات داده مبتنی بر لیزر را می توان در هر دو نوع پلت فرم، استاتیک و موبایل استفاده کرد. برای هوا/فضا، زیر آب یا زمین و در چند دهه گذشته بسیاری از سازمان های دفاعی شاهد پیشرفت های مختلفی در ارتباطات مبتنی بر لیزر بوده اند.

به منظور حمایت از نیازمندی های ادارات بازرگانی و دفاعی، مطالعات تجربی مختلفی بر روی لینک ارتباط لیزر زمینی، لینک لیزر در فضا، پیوند لیزر زمین به هوا و هوا به زمین، لیزر دریا به هوا و هوا به دریا انجام شده است. لینک، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است.

در طول سال‌های اخیر، تکنیک‌های کمی برای تقویت تبادلات لیزر در هوا تا حد اجرا ایجاد شده است. یک چارچوب ارتباط لیزری مبتنی بر فضا شامل یک شبکه بین ماهواره ای در چند سال گذشته توسعه یافته است.

پیشنهادی «اینترنت در آسمان به ارتباطات نوری فضایی ماهواره‌ای مدار پایین زمین (LEO) و مدار زمین سنکرون (GEO) نیاز دارد» [21]. پروژه های استانی مختلفی شامل چارچوب های ارتباطی لیزری ایجاد شده است که شامل بهبود ارتباطات متقابل ماهواره ای نیز می شود.

ناوبری، راهنمایی و کنترل

در طول تاریخ، ناوبری، هدایت و کنترل نقشی حیاتی برای تضمین ایمنی در میدان جنگ ایفا کرده است، در جنگ های مدرن که مدت زمان برای شناسایی تهدیدهای وارده، کلید حذف تهدید است برخی از این کاربردهای دفاعی مبتنی بر فناوری لیزر در زیر مورد بحث قرار گرفته است.

علاوه بر این اسکن زمین از طریق ماهواره یا وسیله نقلیه هوابرد یعنی سنجش از راه دور نیز قبل از انجام هر ماموریتی مطلوب است.

اگرچه سنجش از دور یک حوزه تحقیقاتی بسیار گسترده و خارج از محدوده مقاله است، اما برخی از نکات کلیدی به اختصار مورد بحث قرار می‌گیرند.

ردیابی هدف:
عنصر کلیدی جنگ مدرن زمان شناسایی، ردیابی و شکست هدف برای تضمین موفقیت است و این را می توان با بهبود دقت نقطه هدف و تعیین قابلیت ها به دست آورد.

تعیین‌کننده‌های لیزری (LTD) و فاصله یاب‌ها (LRF) از تکنیک‌های اسکن و نمایش با وضوح بالا برای ردیابی اهدافی که خارج از محدوده قرار دارند، استفاده می‌کنند.

LRF ها برای کنترل موقعیت و دید سه بعدی استفاده می شوند و محدوده اندازه گیری از چند متر تا ده ها کیلومتر را فراهم می کنند و LRF از نرخ های تکرار پالس پایین (PRF) و چنین طول موج های بصری استفاده می کند که حداقل تلفات جوی را به همراه دارد.

دستگاه LRF مجهز به سیستم های خنک کننده و اکولایزرهای حرارتی است که می تواند در حین کارکرد، دما را در محدوده های عملکردی وسیع جبران کند و علاوه بر این LRFها و LTD های توسعه یافته که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، مبتنی بر گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با نئودیمیم هستند که از طول موج های کوتاه در حدود 1.065 میکرومتر استفاده می کند و پالس های رمزگذاری شده کوتاه منتشر می کند تا خطر جعل و پارازیت را کاهش دهد.

طول پالس کوتاه را می توان با استفاده از لیزرهای حالت جامد هنگام سوئیچینگ Q به دست آورد، جایی که سطح توان آنها را می توان به طور قابل توجهی افزایش داد.

پرتو لیزر ساطع شده از نئودیمیم برای چشم انسان نامرئی است، فرکانس لیزرها را می توان با رساندن پرتو به سمت ناحیه مرئی یعنی سبز در 0.532 میکرومتر افزایش داد یا فرکانس را می توان حدود 3 تا 4 برابر تقسیم کرد.

برای حذف طیف از محدوده مادون قرمز (IR) تا محدوده فرابنفش (UV) یک نشانگر لیزری توسط لاکهید مارتین ساخته شده است، ناوبری در ارتفاع پایین و هدف قرار دادن مادون قرمز برای شب، معروف به LANTIRN، این پالس با عرض کوتاه با توان بسیار بالا، تقریبا تا 10000 کیلووات تولید می کند، که در حال حاضر توسط نیروی هوایی ایالات متحده (USAF) استفاده می شود.

برای محافظت از چشم سربازان در میدان نبرد طول موج لیزر 1.4 میکرومتر یا بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد زیرا تشعشعات ساطع شده جذب می شوند و نمی توانند به شبکیه چشم انسان برسند که می تواند باعث آسیب شود.

در نتیجه لیزرهای بی ضرر چشم، یعنی لیزر حالت جامد Er.Glass که در طول موج 1.5 میکرومتر یا CO2 که در طول موج 10.6 میکرومتر کار می کند، دارای انرژی پالسی کمتر از 10 میلی ژول است، بنابراین اینها انتخاب های ارجح برای عملیات در روز یا شب هستند.

سایر انواع لیزرهای ایمن چشم عبارتند از ER، نوع لیزر فیبر و نوع لیزر نئودیمیم با رامان شیفت شده که امروزه توسعه فناوری لیزر آبی تغییر عمده بعدی برای کاربردهای نظامی و همچنین صنعتی خواهد بود.

سنجش از دور:
سنجش از دور لیزری (LRS) یک اصطلاح عمومی است که برای توصیف روشی برای به دست آوردن اطلاعات فیزیکی سیستم از یک مکان از راه دور با کمک لیزر استفاده می شود.

این تکنیک با نام LIDAR یا تشخیص نور و محدوده نیز شناخته می شود و اصل این است که نور ساطع شده از لیزر به هدف برخورد می کند و سپس نور منعکس شده توسط تلسکوپ شناسایی و تجزیه و تحلیل می شود.

رایج ترین LRS برای مطالعات محیطی و جوی از هواپیما، وسایل نقلیه زمینی یا سیستم های ماهواره ای، اندازه گیری غلظت آلاینده ها، نقشه برداری از تشکیل ابر و نظارت بر مزارع کشاورزی استفاده می شود و همچنین شامل مطالعات علم آئروسل، طیف‌سنجی فلورسانس، اندازه‌گیری داپلر باد و حرکات آشفته جوی، و بازیابی سطوح غلظت CO2 در مقیاس محلی و جهانی است.

اخیراً یک پلت فرم سنجش از دور برای بررسی انتشار CO2 توسعه یافته است.

سنجش از دور لیزری اطلاعات استراتژیک دقیق تر و حتی ارزیابی آسیب بمب ارائه می دهد، این امر به طور قابل توجهی استفاده بهتر از دارایی های هوایی را فراهم می کند و قابلیت های نیروی هوایی را افزایش می دهد.

علاوه بر این سنجش از دور بسته به نوع و کاربرد آن می‌تواند به زیر دسته‌هایی تقسیم شود.

سیستم های تسلیحاتی

دقت بالا و قابلیت دسترسی ارائه شده توسط پرتو متمرکز انرژی لیزر نیز می تواند به عنوان یک سیستم تسلیحاتی استفاده شود همانطور که در پاراگراف های بعدی بحث خواهد شد، ما سلاح های لیزری را بر اساس تاثیر آنها به عنوان سیستم های غیر کشنده (ناتوان کننده) و مخرب طبقه بندی می کنیم.

سلاح های غیر کشنده (ناتوان کننده)

سلاح های غیر کشنده که به نام سلاح های غیر کشنده نیز شناخته می شوند، برای از کار انداختن یا بی حرکت کردن یک هدف زنده طراحی شده اند.

این سلاح‌ها اغلب برای وارد کردن آسیب کنترل‌شده (اغلب قابل برگشت) به افراد یا گروه‌های متجاوز مانند شورش‌گران، اوباش و سربازان در حال پیشروی استفاده می‌شوند و سلاح‌های لیزری غیرکشنده تاکتیکی می‌توانند باعث درد و آسیب یا ناتوانی موقت قربانیان شوند و در نتیجه باعث حواس‌پرتی، انحراف یا عقب‌نشینی ناشی از ناتوانی شوند.

چنین تسلیحات لیزری همچنین می توانند همراه یا قبل از استفاده از قدرت آتش کشنده استفاده شوند و بسیاری از کارشناسان بر این باورند که قربانیان چنین سلاح‌هایی به احتمال زیاد از آسیب‌های جبران‌ناپذیر یا آسیب‌های جبران‌ناپذیر رنج می‌برند، بنابراین برای دستیابی به اهداف مورد نظر بحث‌برانگیز می‌شوند.

درجه آسیب وارد شده توسط این لیزرها به طور قابل‌توجهی با زمان نوردهی، زاویه برخورد، قدرت لیزر و طول موج متفاوت است، گونتر طراحی یک سیستم سلاح لیزری غیر کشنده را برای ایجاد نابینایی گذرا برای گروه بزرگی از مردم پیشنهاد کرد.

به طور مشابه آیزنبرگ و همکارانش یک نورافکن دوربرد و با شدت بالا بر اساس منبع نوری همسو و نامنسجم برای ناتوانی موقت و برگشت پذیر انسان ها ارائه کرد.

علاوه بر این روبتسوف استفاده از استروبینگ نور بصری (ترکیبی از چشمک زدن زمانی و اسکن فضایی) با یک الگوی خاص را برای ایجاد اختلال یا حواس پرتی در انسان پیشنهاد کرد، بنابراین اثربخشی رزمی قربانی را به خطر انداخت.

اخیراً برنامه مشترک توسعه تسلیحات غیر کشنده ایالات متحده (JNLWD) همچنین سیستم اثرات پلاسمای القا شده با لیزر غیرکشنده (NL LIPE) را برای ایجاد انفجاری از انرژی صوتی که گوش را ناشنوا کرده است، معرفی کرده است.

سلاح های انرژی هدایت شده

تسلیحات لیزری یک پادزهر مؤثر، دقیق و تأثیرگذار در برابر هر نوع تهدیدی است که شامل تهدیدات هوایی و زمینی می شود.

لیزرها مزایای متعددی نسبت به سیستم های تسلیحاتی سنتی دارند و از آنجایی که سرعت انتشار یک پرتو لیزر معادل سرعت نور است، همچنین انتقال داده‌ها در زمان واقعی را هنگام مشاهده هدف ارائه می‌دهد.

پرتو لیزر به قدری منسجم است که با تبدیل لیزر به انرژی حرارتی، انرژی بسیار متمرکزی را فراهم می کند و باعث آسیب فیزیکی به ساختار یا مواد می شود و از آنجایی که این دستگاه‌های فعال به طور پیوسته با انرژی الکتریکی یا شیمیایی تغذیه می‌شوند، بنابراین می‌توانند اهداف متعددی را با اجزای مکانیکی کمتر متحرک درگیر کنند.

سلاح‌های لیزری عمدتاً بر اساس مفهوم سطوح قدرت/انرژی دسته‌بندی می‌شوند:

• سلاح‌های کم انرژی

• سلاح‌های انرژی متوسط

• سلاح‌های انرژی بالا

بر اساس برخی از تلاش‌های تحقیقاتی، سلاح‌های لیزری را می‌توان بر اساس تأثیر عملیاتی آن‌ها طبق شکل 6 طبقه‌بندی کرد.

 لیزر کم انرژی برای پارازیت یا تخریب فیزیکی سیستم حسگر استفاده می‌شود و زمانی که هدف یک انسان در میدان جنگ باشد، می توان از لیزر کم انرژی برای هدف قرار دادن نقاط حساس به تشعشع بدن مانند چشم ها استفاده کرد.

در صورتی که هدف ایجاد جراحات سوختگی برای سرباز باشد می توان از لیزر انرژی متوسط استفاده کرد.

با این حال لیزر انرژی متوسط نیز می تواند برای از بین بردن دستگاه های الکترونیکی نوری استفاده شود در حالی که لیزر پرانرژی زمانی استفاده می شود که هدف خنثی کردن (فعالیت) هلیکوپترها، موشک ها یا هر وسیله نقلیه هوایی یا زمینی دیگری باشد.

علاوه بر این قدرت مورد نیاز برای سلاح های انرژی هدایت شده را می توان با ترکیب لیزرهای مختلف با هم افزایش داد.

این لیزرهای انرژی دارای برخی الزامات خاص برای عملکرد مؤثر خود هستند از جمله نیازهای لیزری سوخت/قدرت، نیازهای خنک کننده/حرارتی، الزامات ردیابی و اشاره، الزامات ایمنی شخصی و محیطی از آنجایی که سلاح های DE به قدرت زیادی نیاز دارند.

برای قرار دادن سلاح های DE بر روی سکوی هوابرد، مطلوب است که اندازه سیستم های تسلیحاتی DE را کاهش دهیم تا آنها را روی هواپیماهای کوچکتر یا حتی بر روی سکوهای فضایی قرار دهیم.

علاوه بر این نیازهای خنک‌کننده برای این نوع لیزرها ضروری است تا بر مقدار زیادی از انرژی حرارتی ایجاد شده در هنگام تحریک لیزر غلبه کنند اگر چنین سیستم خنک‌کننده‌ای برای حفظ دمای مولد پرتو لیزر وجود نداشته باشد، منجر به عریض شدن پرتو لیزر می‌شود که باعث می‌شود پرتو لیزر با جسم مشکل داشته باشد.

سلاح های لیزری را می توان به دو دسته فضایی و زمینی تقسیم کرد: سلاح‌های لیزری مستقر زمینی از آینه‌های رله‌ای مختلف موجود در کشتی‌های هوایی در ارتفاع بالا در فضا برای از بین بردن تهدید موشک‌های بالستیک استفاده می‌کنند.

هدف از این آینه‌های رله ارتفاع بالا افزایش برد انتقال و تشخیص سلاح‌های لیزری با انرژی بالا (HEL) است زیرا از آنها برای جبران محدودیت‌های ناشی از تلاطم جوی، جذب و انحنای کره زمین استفاده می‌شود. جالب توجه است که هزینه عملیاتی HEL تقریباً صفر است و زمان پرواز پرتو لیزر آنی است که برای جلوگیری از حمله اول، هدف را بدون فضایی باقی می‌گذارد.

سیستم لیزر هوابرد دارای دو بخش اصلی است، بخش زمینی دارای تمام اجزای سنگین‌تر است در حالی که بخش فضایی یا هوابرد دارای اجزای نسبتا سبک‌تر است، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است.

جهت گیری های تحقیقاتی آینده

طراحی و آزمایش تسلیحات لیزری پر انرژی مستلزم تولید مقدار کافی توان، ترجیحاً بر حسب مگاوات است تا آسیب قابل توجهی به اهداف دور وارد کند.

چنین انتقال‌هایی با قدرت بالا چالش‌های ایمنی جدی را در طول آزمایش‌های آزمایشگاهی/میدانی ایجاد می‌کنند، جایی که عملکرد چنین سیستم‌هایی باید تحت یک محیط کنترل‌شده ارزیابی شود.

از آنجایی که این حوزه در حال رسیدن به بلوغ است، توسعه و پیکربندی امکانات تست ایمن، مقرون‌به‌صرفه و جامع برای آزمایش‌های لیزری با انرژی بالا به عنوان یک چالش تحقیقاتی مهم ظاهر شده است.

همانطور که قبلاً بحث شد سیستم‌های تولید لیزر با انرژی بالا به مکانیسم‌های خنک‌کننده کارآمد نیز نیاز دارند که دارای قابلیت‌هایی برای حفظ دمای پایدار در طول چرخه‌های انتقال هستند.

یکی دیگر از ملاحظات مهم هنگام برخورد با انتقال لیزر پرقدرت، به حداقل رساندن آسیب های جانبی و تهدیدات برای سنسورها و تجهیزات نزدیک است تحقیقات در این حوزه شامل کاوش روش‌های قوی برای سخت‌کردن الکترونیکی و فیزیکی الکترونیک دوستانه برای اطمینان از عملکرد و قابلیت اطمینان بهینه آنها است.

نتیجه گیری

این مقاله مروری بر فناوری‌های لیزری پیشرفته ارائه می‌کند و راه‌های استقرار آن‌ها را در حوزه‌های کاربردی مختلف، به‌ویژه در بخش نظامی مورد بحث قرار می‌دهد.

این مقاله همچنین یک مرور کلی از پروژه‌های مبتنی بر لیزر متنوع در دهه گذشته را پوشش می‌دهد، علاوه بر پیشنهاد یک طبقه‌بندی کاربردی گرا برای سیستم‌های مبتنی بر لیزر، همراه با جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده و ابتکارات نظامی مربوطه برای پر کردن این شکاف‌های تحقیقاتی.

فناوری لیزر پتانسیل‌های قوی برای متحول کردن سناریوهای میدان نبرد مدرن را از طریق کاربردهای چند جانبه حمایتی، دفاعی و تهاجمی/مخرب نشان داده است. در نقش پشتیبانی، لیزرها هنگامی که به عنوان مسافت یاب و تعیین کننده هدف، پرتوهای برق، LIDAR و سیستم های ارتباطی برد بلند، سرعت بالا و ایمن به کار می روند، به عنوان یک دستگاه بسیار قدرتمند برای جنگنده ها عمل می کنند.

استفاده تهاجمی از فناوری لیزر، طیف وسیعی از تسلیحات هوابرد و زمینی را با قابلیت‌هایی برای وارد کردن دقیق آسیب در مقیاس بزرگ (و در عین حال کنترل‌شده) به سیستم‌های الکترونیکی، نیروهای رزمی، دستگاه‌های نوری، موشک‌های نزدیک به سرعت بالا و حتی تاسیسات فیزیکی معرفی کرده است، بنابراین کل پارادایم سلاح های مخرب را متحول کرد.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.