Еще примеры Меньше примеров

Будущее, с которым мы сталкиваемся

Лазеры — это новая технология, которая в ближайшие десятилетия станет более мощной, доступной и портативной.Соединенные Штаты разрабатывают компактные лазеры, способные уничтожать беспилотные летательные аппараты и ракеты. Агентство военной разведки США прогнозирует, что в этом году Китай развернет наземные лазеры, способные выводить из строя спутники, и более мощные лазеры, способные физически уничтожать спутники, к концу 2020-х годов. Это означает, что потенциал для балансирования и эскалации будет расти. Силы, участвующие во все более ожесточенных противостоянии, могут увеличить интенсивность своих лазеров до точки, при которой они прожигают дыры в автомобилях друг друга или причиняют серьезный вред находящимся в них людям.

Лазеры — это нелетальный инструмент, который, казалось бы, представляет небольшой риск смертельной конфронтации, но такое восприятие может сделать их более опасными, чем смертоносные системы оружия. Восприятие того, что лазеры влекут за собой низкий риск эскалации, может побудить участников использовать их все более безрассудными способами, которые в конечном итоге менее безопасны, чем противостояние между участниками, вооруженными исключительно смертоносным оружием, которое они не желают использовать.

По мере того, как мощные лазеры становятся более компактными и доступными, их количество будет расти.Больше кораблей морской милиции будут нести лазеры, и столкновения станут более частыми. Суда ополчения проявили меньше профессионализма и сдержанности, чем их военные коллеги, о чем свидетельствуют несколько заслуживающих доверия обвинений в инцидентах, связанных с налетом и бегством (потопление филиппинского судна в 2019 году, потопление вьетнамского катера в 2019 году и неоднократные тараны патрульного катера Тайваньской береговой охраны. в 2020 году). Риск того, что эти морские ополченцы будут столь же безрассудно рассуждать, имея при себе лазеры, высок.

Лазеры — не единственные появляющиеся, менее смертоносные технологии, достигающие уровня готовности к развертыванию. Микроволновое оружие, такое как система активного отказа Raytheon, может разрушать неэкранированную электронику и причинять людям несмертельную боль, связанную с жарой. Более мощное микроволновое оружие, такое как американская ракета CHAMP и китайское экспериментальное мощное микроволновое оружие (HPM), может функционировать как неядерное электромагнитное импульсное оружие (NNEMP), которое выводит из строя или разрушает экранированную электронику. Эти системы будут нести схожий риск аварии и просчета, которые более опасны, чем современные тараны лодок и распыление водяных пушек.

Почему мы не должны играть в Laser Tag

Поскольку Китай уже использует лазеры против самолетов США, некоторые предлагали Соединенным Штатам ответить симметрично. Если Китай собирается направить лазеры на американских пилотов, американские войска должны начать использовать лазеры против китайских пилотов. Недавно в Instagram ВМС США намекнули на этот вариант, когда он предупредил китайских военных: «Вы не хотите играть с нами в лазертаг». Это предложение кажется пустой угрозой, но даже если бы это была политика, это было бы ошибкой.Симметричный ответ не будет способствовать интересам США.

Во-первых, цель США — убедить Китай прекратить использование лазеров против американских пилотов. Симметричный ответ, направленный на китайские самолеты, скорее всего, заставит Китай удвоить свой курс, а не изменить его курс. Военные, общественные и партийные кадры Китая гипер-националистичны, чувствительны к тому, чтобы казаться покорными иностранным державам, и находятся под влиянием пропаганды, повторяющей незаконные заявления о том, что Восточно-Китайское и Южно-Китайское моря являются историческими территориальными водами и воздушным пространством Китая.Если Соединенные Штаты окажут явное давление, правительство Китая не изменит своего курса или не признает правонарушений, опасаясь потерять лицо и внутреннюю поддержку. Соединенным Штатам необходимо использовать более тонкую комбинацию политики, чтобы направить правительство Китая к изменению своего поведения.

Во-вторых, Китай уже продемонстрировал региону, что он не соблюдает международное право — или, точнее, он соблюдает закон только тогда, когда этот закон поддерживает действия Китая. Он подписывает такие соглашения, как Конвенция ООН по морскому праву (UNCLOS) и добровольный Кодекс незапланированных встреч на море (CUES), но отказывается их соблюдать.CUES особо отмечает, что командирам следует избегать использования лазеров против других судов и самолетов. Другие государства понимают, что правительство Китая — ненадежный партнер, и отсутствие у Китая союзников отражает это.

Соединенные Штаты соблюдают международное право. Он придерживается руководящих принципов, определенных в CUES, и придерживается UNCLOS как обычного права. Соблюдение международного права — одно из ключевых различий между США и Китаем. Это одна из причин, по которой Соединенные Штаты являются более привлекательным союзником и партнером в регионе, и ключом к созданию многонациональных коалиций, которые увеличивают способность Соединенных Штатов добиваться результатов.

Соединенные Штаты подписали CUES, и в соглашении говорится, что «благоразумный командир может, как правило, избегать… освещения навигационных мостиков или кабины самолетов [и] использования лазера таким образом, чтобы причинить вред персоналу или нанести ущерб к обнаруженному оборудованию на борту судов или самолетов ». Соединенные Штаты должны следовать этим рекомендациям, потому что они демонстрируют приверженность США международному праву, безопасности и принципиально лучшему статус-кво. Это победа Соединенных Штатов с помощью мягкой силы.

Варианты политики США

Вам нравится эта статья? Нажмите здесь, чтобы подписаться на полный доступ. Всего 5 долларов в месяц.

К счастью, у США все еще есть возможность изменить расчет руководства Китая. США должны рассмотреть стратегию дипломатического давления, асимметричного возложения затрат и смягчения последствий. Цель должна заключаться в том, чтобы убедить Китай воздержаться от использования оружия направленной энергии против самолетов в мирное время и, если возможно, убедить Китай подписать обязательное к исполнению соглашение на этот счет.

Дипломатическое давление должно включать две стороны. Во-первых, США должны поднять вопрос о лазерных инцидентах на двустороннем высоком уровне через дипломатические каналы и каналы между военными. Существующие американо-китайские военные меморандумы о взаимопонимании в отношении надводного флота и воздушных операций были согласованы, потому что военные профессионалы согласовали правила дорожного движения. В то же время Вашингтон должен осознавать, что Китай будет использовать такие соглашения для ослабления международного права и нарушения конвенций, если переговоры не будут заключены четко и с соблюдением законности.Инциденты с лазером еще не привели к серьезному кризису, поэтому существует тенденция отодвигать проблему лазера на второй план, чтобы сосредоточиться на более насущных проблемах. Однако сейчас как раз тот момент, когда мы должны вести переговоры по вопросу о лазере. Если мы дождемся, когда Китай развернет большое количество лазеров, стоимость отката систем заставит Китай неохотно идти на компромиссы. Если мы дождемся кризиса, враждебность, вызванная фиаско, может затруднить достижение соглашения, особенно если Китай попытается отрицать причастность к инциденту лазеров, как это было во всех случаях до настоящего времени.

Во-вторых, дипломатическое давление может привести к заключению китайского соглашения путем заключения многостороннего соглашения с другими государствами региона, в котором стороны соглашаются воздерживаться от использования лазеров против других самолетов в мирное время. Ни одна другая страна региона не применяет систематически лазеры против самолетов. Их должно быть относительно легко убедить подписать соглашение. Соединенные Штаты, Япония, Южная Корея, Австралия, Индия, Великобритания, Франция и морские государства Юго-Восточной Азии могут объединиться вокруг формулировки запрета на использование лазеров для ослепления пилотов или водителей судов в море

Когда-то значительный часть региона подписала соглашение, повествование меняется.Вопрос больше не в том, «почему Китай и США не могут договориться?» Возникает вопрос: «Почему Китай отказывается присоединиться к соглашению, к которому присоединились все остальные в регионе?» Этот рассказ наносит гораздо больший ущерб репутации Китая и оказывает гораздо большее дипломатическое давление. Если этот метод окажется эффективным, его можно применить и для решения других проблем в Южно-Китайском море. Такое же созвездие стран могло бы составить более амбициозный обязательный кодекс поведения, который ускользнул от попыток Ассоциации государств Юго-Восточной Азии (АСЕАН) вести переговоры с Китаем.Эти соглашения, кроме того, могут быть представлены Вьетнамом, поскольку он принимает у себя Восточноазиатский саммит 2020 года в конце года.

Чтобы оказать дополнительное давление, Соединенные Штаты могут применять асимметричные затраты, не связанные с обратной лазерной обработкой. Вместо того чтобы противостоять тактике Китая, Соединенные Штаты могут противостоять его цели. Китай пытается получить больший контроль над Восточно-Китайским и Южно-Китайским морями. Лазеры якобы способствуют достижению этой цели, ограничивая свободу навигации и военных учений.Однако Соединенные Штаты могут противостоять этой цели, используя провокационную лазерную активность Китая в качестве законного оправдания для принятия мер, которые существенно ослабят контроль Китая над этим районом.

Эти асимметричные ступени могут быть косвенными или прямыми. Примером непрямого ответа может быть реакция Соединенных Штатов путем развертывания американского персонала для сопровождения союзников и партнеров на участках Южно-Китайского моря или на островах Сенакаку. Поскольку Китай отрицает ответственность за лазерную активность, Соединенные Штаты могут направить «наблюдателей» к объектам (с приглашением управляющего государства), чтобы попытаться разобраться в том, кто использует лазеры для наших самолетов.Если бы не наблюдатели, Соединенные Штаты могли бы направить гражданских исследователей погоды и окружающей среды для сопровождения союзников и партнеров, занимающих оспариваемые объекты, для проведения исследований и, в качестве дополнительного преимущества, усиления сдерживания против будущих попыток Китая захватить эти объекты.

Пример несимметричного прямого подхода может повлечь за собой ускорение развертывания обычных ракет большой дальности, как противокорабельных, так и баллистических ракет, в качестве средства нейтрализации так называемых возможностей Китая по предотвращению доступа и блокированию территорий.Прекращение действия Договора о промежуточных ядерных силах подчеркнуло тот факт, что Россия давно перестала соблюдать соглашение, и это соглашение не смогло остановить неуклонное наращивание ракетного потенциала Китая. Обычные ракеты поддержали бы оборонительную кампанию США по повышению распределенной летальности во всем Индо-Тихоокеанском регионе, напоминая союзникам и партнерам, что Соединенные Штаты не позволят Китаю играть в игры с нашей давней приверженностью свободе морей.

В качестве альтернативы Соединенные Штаты могли бы использовать провокационную лазерную активность, чтобы подкрепить аргумент о том, что Китай представляет собой угрозу свободе судоходства, и побудить государства региона к углублению сотрудничества, чтобы лучше противостоять давлению Китая.Сотрудничество также может включать в себя расширение военных учений и вербовку большего числа партнеров для совместных операций по обеспечению свободы навигации — именно это правительство Китая надеялось сдержать своей лазерной активностью.

Наконец, Соединенным Штатам следует застраховаться от возможности сохранения лазерного излучения и принять меры для уменьшения вреда, наносимого лазерами. Соединенные Штаты уже инвестируют в защитное оборудование, такое как защитные очки, козырьки и экраны, которые могут противостоять более мощному оружию.Настоятельно необходимо свести к минимуму затраты, чтобы Китай не извлек выгоду из развертывания небольшого количества относительно дешевых лазеров, чтобы заставить Соединенные Штаты покупать относительно дорогое защитное оборудование для всех своих самолетов. Одним из способов снижения затрат было бы сотрудничество с союзниками и партнерами для закупки большего количества и снижения затрат за счет масштабов.

Если дипломатия не увенчалась успехом, Соединенные Штаты должны быть готовы принять менее оптимальную политику развертывания менее смертоносного оружия, такого как лазеры или микроволновое оружие, чтобы ответить пропорционально.Соединенные Штаты, возможно, не смогут помешать Китаю использовать лазеры, но симметричный ответный удар может помешать злоумышленникам лазить по местам взлета и посадки США и снизить моральный дух среди китайских сил.

Более широкая конкуренция

Недавние инциденты с лазерным излучением и перспектива все более рискованных событий в будущем соответствуют более общей схеме, определяющей внешнюю политику Китая. Политика Китая становится все более открытой, более частой и опасной.Китай все больше полагается на злонамеренный подход к конкуренции, который определяется принуждением и «рискованностью». В недавнем отчете под названием Total Competition мы описали, как вся политика Китая сочетается в единую стратегию и как Соединенные Штаты должны реагировать. Соединенным Штатам нужна всеобъемлющая стратегия, чтобы превзойти Китай и изменить расчет Китая, когда дело доходит до принудительного поведения, такого как использование лазеров.

Instagram ВМС США предупредил, что Китаю не понравится играть в лазертаг с США.Это был остроумный пост, но он не должен предвещать реальной политики США. Китай не играет в игры в Индо-Тихоокеанском регионе. Соединенным Штатам необходимо реализовать всеобъемлющую конкурентную стратегию, которая превзойдет правительство Китая и использует сильные стороны США. Пока этого не сделают политики, они могут с таким же успехом проводить время, играя в лазертаг, в то время как остальные из нас наблюдают, как Индо-Тихоокеанский регион постепенно переходит под контроль Китая.

Д-р Патрик М. Кронин — заведующий кафедрой безопасности Азиатско-Тихоокеанского региона в Гудзоновском институте.

Райан Д. Нойхард — научный сотрудник Гудзоновского института.

Физики планируют создать лазеры настолько мощные, что они смогут разорвать пустое пространство | Наука

Лазер в Шанхае, Китай, установил рекорды мощности, но при этом помещается на столешницу.

Эдвин Картлидж Янв.24 января 2018 г., 9:00

В тесной лаборатории в Шанхае, Китай, физик Руксин Ли и его коллеги бьют рекорды с помощью самых мощных световых импульсов, которые когда-либо видел мир. В основе их лазера, получившего название Shanghai Superintense Ultrafast Laser Facility (SULF), лежит один цилиндр из легированного титаном сапфира шириной примерно с фрисби. После зажигания света в кристалле и его пропускания через систему линз и зеркал, SULF перегоняет его в импульсы ошеломляющей силы.В 2016 году он достиг беспрецедентного показателя в 5,3 миллиона миллиардов ватт, или петаватт (ПВт). Однако свет в Шанхае не гаснет каждый раз, когда срабатывает лазер. Хотя импульсы необычайно мощные, они также бесконечно короткие, длятся менее триллионной доли секунды. Сейчас исследователи модернизируют свой лазер и надеются побить собственный рекорд к концу этого года с мощностью выстрела 10 ПВт, что более чем в 1000 раз превышает мощность всех электрических сетей мира вместе взятых.

Амбиции группы на этом не заканчиваются. В этом году Ли и его коллеги намерены приступить к созданию лазера мощностью 100 ПВт, известного как Station of Extreme Light (SEL). К 2023 году он может посылать импульсы в камеру на глубине 20 метров, подвергая цели экстремальным температурам и давлению, которые обычно не наблюдаются на Земле, что станет благом как для астрофизиков, так и для материаловедов. Лазер также может стать источником демонстрации нового способа ускорения частиц для использования в медицине и физике высоких энергий.Но самым заманчивым, по словам Ли, было бы показать, что свет может вырывать электроны и их аналоги из антивещества, позитроны, из пустого пространства — явление, известное как «разрыв вакуума». Это было бы поразительной иллюстрацией того, что материя и энергия взаимозаменяемы, как утверждает знаменитое уравнение Альберта Эйнштейна E = mc ² . Хотя ядерное оружие свидетельствует о превращении материи в огромное количество тепла и света, сделать обратное не так-то просто. Но Ли говорит, что SEL справляется с этой задачей.«Это было бы очень интересно», — говорит он. «Это означало бы, что вы можете создать что-то из ничего».

Китайская группа «определенно движется вперед» к 100 PW, говорит Филип Баксбаум, физик-атомщик из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния. Но конкуренции много. В ближайшие несколько лет устройства на 10 ПВт должны включиться в Румынии и Чехии как часть инфраструктуры Extreme Light в Европе, хотя проект недавно отложил выполнение своей цели по созданию устройства мощностью 100 ПВт.Российские физики разработали проект лазера на 180 ПВт, известного как Центр исследований экстремального света Exawatt (XCELS), а японские исследователи выдвинули предложения по устройству на 30 ПВт.

в значительной степени пропали без вести американские ученые, которые отстали в гонке к высоким полномочиям. В исследовании содержится призыв к Министерству энергетики спланировать строительство по крайней мере одной мощной лазерной установки, и это дает надежду исследователям из Университета Рочестера в Нью-Йорке, которые разрабатывают планы по созданию лазера мощностью 75 ПВт, оптического параметрического усилителя. Линия (OPAL).Он будет использовать преимущества лучей ОМЕГА-ЭП, одного из самых мощных лазеров в стране. «Отчет [Академии] обнадеживает», — говорит Джонатан Зугель, возглавляющий OPAL.

Изобретенные в 1960 году, лазеры используют внешнюю «накачку», такую ​​как лампа-вспышка, для возбуждения электронов внутри атомов материала, излучающего лазер, — обычно газа, кристалла или полупроводника. Когда один из этих возбужденных электронов возвращается в исходное состояние, он излучает фотон, который, в свою очередь, побуждает другой электрон испустить фотон и так далее.В отличие от распространяющихся лучей фонарика, фотоны в лазере выходят плотно упакованным потоком на определенных длинах волн.

Поскольку мощность равна энергии, разделенной на время, в основном есть два способа максимизировать ее: либо увеличить энергию вашего лазера, либо сократить продолжительность его импульсов. В 1970-х годах исследователи из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) в Калифорнии сосредоточились на первом, увеличении лазерной энергии путем направления лучей через дополнительные лазерные кристаллы, сделанные из стекла, легированного неодимом.Однако лучи выше определенной интенсивности могут повредить усилители. Чтобы избежать этого, LLNL пришлось сделать усилители еще больше, во много десятков сантиметров в диаметре. Но в 1983 году Жерар Муру, который сейчас работает в Политехнической школе под Парижем, и его коллеги совершили прорыв. Он понял, что короткий лазерный импульс можно растянуть во времени — тем самым сделать его менее интенсивным — с помощью дифракционной решетки, которая распределяет импульс по составляющим его цветам. После безопасного усиления до более высоких энергий свет можно было повторно сжать с помощью второй решетки.Конечный результат: более мощный импульс и исправный усилитель.

Это «усиление чирпированных импульсов» стало основным продуктом мощных лазеров. В 1996 году это позволило исследователям LLNL сгенерировать первый в мире петаваттный импульс с помощью лазера Nova.С тех пор LLNL перешла на более высокие энергии в поисках термоядерного синтеза, управляемого лазером. Лаборатория National Ignition Facility (NIF) создает импульсы с гигантскими 1,8 мегаджоулей энергии, пытаясь нагреть крошечные капсулы с водородом до температур термоядерного синтеза. Однако эти импульсы сравнительно длинные, и они по-прежнему генерируют мощность всего около 1 ПВт.

Чтобы получить более высокие мощности, ученые обратились к временной области: сжатие энергии импульса в еще более короткие промежутки времени. Один из подходов заключается в усилении света в кристаллах сапфира, легированных титаном, которые излучают свет с большим разбросом частот.В зеркальной лазерной камере эти импульсы отражаются назад и вперед, и отдельные частотные компоненты могут подавлять друг друга на большей части своей длины импульса, усиливая друг друга в мимолетном импульсе длиной всего несколько десятков фемтосекунд. Накачайте эти импульсы несколькими сотнями джоулей энергии, и вы получите 10 ПВт пиковой мощности. Вот как лазеры на основе SULF и других сапфиров могут побить рекорды мощности с оборудованием, которое помещается в большом помещении и стоит всего десятки миллионов долларов, тогда как NIF стоит 3 доллара.5 миллиардов долларов и нуждается в 10-этажном здании, занимающем площадь трех футбольных полей США.

Увеличение мощности импульса на другой порядок, с 10 ПВт до 100 ПВт, потребует большего количества волшебства. Один из подходов — увеличить энергию импульса с сотен до тысяч джоулей. Но титан-сапфировые лазеры с трудом достигают этих энергий, потому что большие кристаллы, необходимые для безаварийного усиления, имеют тенденцию генерировать под прямым углом к ​​лучу, тем самым истощая энергию импульсов.Поэтому ученые из SEL, XCELS и OPAL возлагают надежды на так называемые оптические параметрические усилители. Они принимают импульс, растянутый оптической решеткой, и отправляют его в искусственный «нелинейный» кристалл, в котором энергия второго луча «накачки» может быть направлена ​​в импульс. Повторное сжатие результирующего импульса высокой энергии увеличивает его мощность.

Чтобы приблизиться к 100 ПВт, можно объединить несколько таких импульсов — четыре импульса по 30 ПВт в случае SEL и дюжину импульсов по 15 ПВт в XCELS.Но точно перекрыть импульсы длиной всего в несколько десятков фемтосекунд будет «очень и очень сложно», — говорит лазерный физик LLNL Константин Хефнер. Он утверждает, что они могут сбиться с курса даже из-за малейшей вибрации или изменения температуры. OPAL, напротив, будет пытаться генерировать 75 ПВт с использованием одного луча.

Mourou предлагает другой путь к 100 PW: добавление второго цикла сжатия импульсов. Он предлагает использовать тонкие пластиковые пленки для расширения спектра лазерных импульсов мощностью 10 ПВт, а затем сжимать импульсы до пары фемтосекунд, чтобы повысить их мощность примерно до 100 ПВт.

Как только создатели лазеров соберут силу, возникнет еще одна задача: добиться исключительно точной фокусировки лучей. Многих ученых больше волнует интенсивность — мощность на единицу площади — чем общее количество петаватт. Достигните более резкого фокуса, и интенсивность возрастет. Если импульс мощностью 100 ПВт может быть сфокусирован в пятно размером всего 3 микрометра в поперечнике, как Ли планирует для SEL, интенсивность в этой крошечной области будет поразительной 10 ²⁴ Вт на квадратный сантиметр (Вт / см ² ), что примерно на 25 порядков, или в 10 триллионов триллионов раз, более интенсивно, чем солнечный свет, падающий на Землю.

Эти интенсивности откроют возможность нарушения вакуума. Согласно теории квантовой электродинамики (КЭД), которая описывает, как электромагнитные поля взаимодействуют с материей, вакуум не так пуст, как нас уверяет классическая физика. В чрезвычайно коротких временных масштабах пары электронов и позитронов, их аналоги из антивещества, мерцают в результате квантово-механической неопределенности. Из-за своего взаимного притяжения они уничтожают друг друга почти сразу после образования.

Но очень интенсивный лазер в принципе мог бы разделить частицы до того, как они столкнутся. Как и любая электромагнитная волна, лазерный луч содержит электрическое поле, которое колеблется взад и вперед. По мере того, как увеличивается интенсивность луча, увеличивается и напряженность его электрического поля. При интенсивностях около 10 ²⁴ Вт / см ² поле будет достаточно сильным, чтобы начать разрушать взаимное притяжение между некоторыми электронно-позитронными парами, говорит Александр Сергеев, бывший директор Российской академии наук (РАН). ) Институт прикладной физики (ИПФ) в Нижнем Новгороде и ныне президент РАН.Затем лазерное поле будет встряхивать частицы, заставляя их излучать электромагнитные волны — в данном случае гамма-лучи. Гамма-лучи, в свою очередь, будут генерировать новые электронно-позитронные пары и так далее, что приведет к лавине частиц и излучения, которые можно будет обнаружить. «Это будет совершенно новая физика», — говорит Сергеев. Он добавляет, что фотоны гамма-излучения будут достаточно энергичными, чтобы перевести атомные ядра в возбужденное состояние, что положит начало новому разделу физики, известному как «ядерная фотоника» — использованию интенсивного света для управления ядерными процессами.

для OMEGA-EP Университета Рочестера, освещаемые лампами-вспышками, могут управлять мощным лазером США.

Один из способов разрушить вакуум — просто сфокусировать единственный лазерный луч на пустом месте внутри вакуумной камеры.Но столкновение двух лучей облегчает задачу, потому что это увеличивает импульс, необходимый для создания массы для электронов и позитронов. SEL будет сталкиваться с фотонами косвенно. Во-первых, импульсы выбрасывают электроны из мишени из газообразного гелия. Другие фотоны лазерного луча отрикошетят от электронов и превратятся в высокоэнергетические гамма-лучи. Некоторые из них, в свою очередь, столкнутся с оптическими фотонами луча.

Документирование этих лобовых столкновений фотонов само по себе было бы крупным научным достижением.В то время как классическая физика настаивает на том, что два световых луча будут проходить сквозь друг друга нетронутыми, некоторые из самых ранних предсказаний КЭД предусматривают, что сходящиеся фотоны иногда рассеиваются друг от друга. «Эти предсказания относятся к началу 1930-х годов, — говорит Том Хайнцл, физик-теоретик из Плимутского университета в Соединенном Королевстве. «Было бы хорошо, если бы мы могли подтвердить их экспериментально».

Исследователи хотят не только сделать лазеры более мощными, но и ускорить их стрельбу.Лампы-вспышки, которые нагнетают начальную энергию во многие лазеры, должны охлаждаться в течение нескольких минут или часов между выстрелами, что затрудняет проведение исследований, основанных на большом количестве данных, таких как исследование того, очень редко ли фотоны превращаются в частицы таинственного считается, что темная материя составляет большую часть массы Вселенной. «Скорее всего, вам понадобится много снимков, чтобы увидеть это», — говорит Мануэль Гегелих, физик из Техасского университета в Остине.

Более высокая частота повторения также является ключом к использованию мощного лазера для управления пучками частиц.В одной из схем интенсивный луч мог бы превратить металлическую мишень в плазму, высвобождая электроны, которые, в свою очередь, выбрасывали бы протоны из ядер на поверхности металла. Врачи могли бы использовать эти протонные импульсы для уничтожения раковых опухолей, а более высокая частота импульсов облегчила бы проведение лечения небольшими индивидуальными дозами.

Физики, в свою очередь, мечтают об ускорителях элементарных частиц, работающих на быстродействующих лазерных импульсах. Когда интенсивный лазерный импульс поражает плазму из электронов и положительных ионов, он толкает более легкие электроны вперед, разделяя заряды и создавая вторичное электрическое поле, которое тянет ионы за светом, как вода в кильватере катера.Это «ускорение лазерного кильватерного поля» может ускорять заряженные частицы до высоких энергий на расстоянии одного-двух миллиметров по сравнению с многими метрами для обычных ускорителей. Ускоренные таким образом электроны можно было бы раскачивать с помощью магнитов, чтобы создать так называемый лазер на свободных электронах (ЛСЭ), который генерирует исключительно яркие и короткие вспышки рентгеновских лучей, которые могут осветить кратковременные химические и биологические явления. ЛСЭ с лазерным питанием может быть намного компактнее и дешевле, чем те, которые работают на обычных ускорителях.

В долгосрочной перспективе электроны, ускоренные импульсами ПВ с большим числом повторений, могут существенно снизить стоимость машины мечты физиков элементарных частиц: электрон-позитронный коллайдер длиной 30 км, который станет преемником Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе, европейском лаборатория физики элементарных частиц недалеко от Женевы, Швейцария. По словам Стюарта Манглеса, физика плазмы из Имперского колледжа Лондона, устройство на основе лазера мощностью 100 ПВт может быть как минимум в 10 раз короче и дешевле, чем предполагаемая сейчас машина стоимостью примерно 10 миллиардов долларов.

Как для линейного коллайдера, так и для скорострельных ЛСЭ потребуются тысячи, если не миллионы, выстрелов в секунду, что намного превышает современные технологии. Одна из возможностей, которую изучают Муру и его коллеги, состоит в том, чтобы попытаться объединить выходные сигналы тысяч быстродействующих волоконных усилителей, которые не нужно накачивать импульсными лампами. Другой вариант — заменить лампы-вспышки диодными лазерами, которые дороги, но могут стать дешевле при массовом производстве.

На данный момент, однако, группа Ли в Китае и ее У.С. и российские коллеги концентрируются на власти. Ефим Хазанов, специалист по лазерной физике из IAP, говорит, что XCELS может быть запущен примерно к 2026 году, если правительство согласится на стоимость: примерно 12 миллиардов рублей (около 200 миллионов долларов). Между тем, OPAL будет относительно выгодной сделкой от 50 до 100 миллионов долларов, говорит Зугель.

Но первым лазером, который вскрыл вакуум, вероятно, будет SEL в Китае. Международный комитет ученых в июле прошлого года охарактеризовал концептуальный дизайн лазера как «недвусмысленный и убедительный», и Ли надеется получить одобрение правительства на финансирование — около 100 миллионов долларов — в начале этого года.Ли говорит, что другие страны не должны чувствовать себя брошенными в тени, когда включается самый мощный в мире лазер, потому что SEL будет работать как международный пользовательский объект. Зугель говорит, что ему «не нравится быть вторым», но признает, что китайская группа занимает сильную позицию. «У Китая много баксов», — говорит он. «И у него много действительно умных людей. Он все еще догоняет многие технологии, но быстро догоняет».

Китай близок к созданию самого мощного лазера в мире

По словам ученых, в короткой, но огромной вспышке света из ниоткуда появятся материалы.

Лазерный проект, известный как «Станция экстремального света» (SEL), обещает помочь пролить свет на современные научные теории.

Но Луи Цзюнь, один из китайских исследователей, сказал, что ученым пришлось преодолеть серьезные технические препятствия.

Требуется огромное количество потребляемой энергии, что приводит к сильному нагреву, который может повредить оптические части лазера, такие как линзы, кристаллы и зеркала.

Чтобы решить эту проблему, ученые направили входной луч на более мелкие, которые могло выдержать оборудование, а затем сжали их в один очень мощный луч.

Сжатие луча на протяжении десятилетий ставило разработчиков лазеров в тупик.

«Компрессор будет гореть при поступлении такого количества энергии», — сказал д-р Лю.

Коммунистическая партия Китая отмечает 100-летие

Проект SEL планируется завершить к 2023 году и должен способствовать новым научным достижениям.

В рабочем состоянии цель состоит в том, чтобы выстрелить из лазера короткими очередями в небо.

Хотя ученые проекта утверждают, что на Земле нет риска массового отключения электроэнергии, луч на короткое время разорвет открытое пространство-время и предоставит исследователям возможность взглянуть на физические явления, которые в настоящее время являются лишь теорией.

Но лазер также может помочь в разработке новых материалов, фармацевтических препаратов и термоядерной энергии.

Новый лазерный блок будет установлен на китайском самолете

Вот что вам нужно помнить: Для армии США воздушные лазеры — это больше, чем потенциально полезное оружие для поджаривания вражеских самолетов или защиты американских самолетов от зенитных ракет. Они также могут быть ключевым компонентом противоракетной обороны: пилотируемые самолеты или беспилотники, вооруженные мощными лазерами и летающие над Северной Кореей и другими странами, могут выводить из строя баллистические ракеты на начальном этапе своего полета.

Китай разрабатывает воздушное лазерное оружие.

Согласно государственной газете Global Times, на веб-сайте китайских военных недавно было опубликовано объявление о блоке для лазерной атаки. Детали проекта были указаны как конфиденциальные, что и делают американские военные, когда публикуют уведомления о конфиденциальных проектах на сайте закупок FedBizOps.

«При установке на самолет, лазер потенциально может защитить от приближающихся ракетных атак и доминировать в ближнем бою», — сообщает Global Times.

Китайские СМИ отметили, что модуль лазерной атаки указывает на то, что устройство, вероятно, было бортовым тактическим лазером: если бы это был лазерный целеуказатель для наведения умных бомб, его бы назвали модулем лазерного наведения.

Weihutang, программа по военным вопросам на китайском государственном телевидении, утверждала, что Китай уже разработал прототип 100-киловаттного авиационного лазерного оружия. Он указал на документ под названием «Исследование накопления энергии и источника питания для лазерного оружия в воздухе», подготовленный государственным институтом производственных технологий AVIC и Военным представительством специального оборудования Ракетных сил Народно-освободительной армии.

Воздушный лазер не станет первым лазерным оружием Китая. На авиасалоне в Китае в 2018 году государственная корпорация China Aerospace Science and Industry Corporation представила лазер для противовоздушной и противоракетной обороны LW-30, «который может использовать высокоэнергетический лазер направленного излучения для перехвата воздушных целей, таких как фотоэлектрическое оборудование наведения, дроны, управляемые бомбы и минометы », — сообщили Global Times в компании.

Другие страны работают над лазерным оружием. Россия заявляет, что ее будущий истребитель шестого поколения может быть вооружен лазерным оружием, а в 2017 году U.S. Air Force заключила с Lockheed Martin контракт на 26 миллионов долларов на разработку бортового лазера к 2021 году. Проект получил название Self-protect High Energy Laser Demonstrator, или SHiELD. будет состоять из лазера, блока питания и охлаждения и системы управления лучом для фокусировки лазера на цели.

Для армии США воздушные лазеры — это больше, чем потенциально полезное оружие для поджаривания самолетов противника или защиты американских самолетов от зенитных ракет. Они также могут быть ключевым компонентом противоракетной обороны: пилотируемые самолеты или беспилотники, вооруженные мощными лазерами и летающие над Северной Кореей и другими странами, могут выводить из строя баллистические ракеты на начальном этапе своего полета.

Но даже китайские СМИ признают сложность создания воздушной лазерной пушки. «Этот вид оружия еще не получил широкого распространения из-за остающихся технических трудностей, включая проблемы с электропитанием и потерей энергии», — сообщает Global Times.

Ярким примером того, как не разрабатывать бортовой лазер, является испытательный стенд YAL Airborne Laser Testing Агентства противоракетной обороны США, амбициозная попытка превратить авиалайнер Боинг 747 в летающую лазерную пушку. Вооруженный гигантским химическим лазером, работающим на очень летучем ракетном топливе, YAL должен был уничтожать баллистические ракеты.Однако это оказалось настолько дорогим и нереальным — 747-й должен был лететь близко к территории противника, — что тогдашний министр обороны Роберт Гейтс отказался от проекта в 2009 году.

Однако концепция YAL восходит к 1980-м годам и включает такие грандиозные идеи, как проект противоракетной обороны Рональда Рейгана «Звездные войны». Сегодняшнее внимание уделяется более компактному и более практичному лазерному оружию, которое может быть установлено на наземном транспортном средстве или на отсеке, переносимом самолетом.

Это все еще оставляет вопросы, например, можно ли достаточно долго сфокусировать достаточно мощный лазерный луч, чтобы уничтожить быстро движущиеся цели, такие как самолеты, ракеты и дроны.Тем не менее, воздушное лазерное оружие приближается к реализации.

Майкл Пек — писатель, работающий в интересах национальных интересов. Его можно найти в Twitter и Facebook . Эта статья впервые появилась в прошлом году.

Изображение: Reuters.

Механизмы образования дефектов при селективной лазерной плавке: обзор | Китайский журнал машиностроения