تکنولوژی لیزر
لیزر (Laser) به معنای تقویت نور به روش گسیل القایی تابش است. لیزر ابزاری است که نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می‌کنند. این دستگاه از ماده‌ای جمع کننده یا فعال کنده نور تشکیل شده که درون محفظه تشدید نور قرار دارد. این ماده پرتو نور را که به وسیله یک منبع انرزی بیرونی (از نوع الکتریسیته یا نور) به وجود آمده، تقویت می‌کند.
نخستین بار طرح اولیه لیزر (میزر) را انیشتن داد. کار لیزر به این گونه‌است که با تابش یک فوتون به یک ذره (اتم یا مولکول یا یون) برانگیخته، یک فوتون دیگر نیز آزاد میشود که این دو فوتون با هم، هم فرکانس هستند. با ادامه این روند شمار فوتون‌ها افزایش می‌یابد که می‌توانند باریکه‌ای از فوتون‌ها را به وجود بیاورند.
لیزر از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر، آن را از نورهای ایجاد شده از دیگر منابع متمایز می‌سازد. از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر، به خواص ویژه آن پی برده شد. و ما بطور گزینشی به این خواص از ماهیت فرآیند لیزر می‌پردازیم که خود این خواص بستری عظیم برای کاربردهای وسیع این پدیده در علوم گوناگون به ویژه صنعت و پزشکی ایجاد کرده‌است. پیشرفت دانش بدون تکنولوژی لیزر امکان پذیر نیست.
شاید مهم‌ترین بخش فیزیک اتمی، بحث فیزیک لیزر باشد. با دادن انرژی به الکترون‌های یک اتم می‌توان آنها را به مدارهای بالاتر برد. اما این خانه جدید برای الکترون‌ها جایگاه چندان پایداری نیست و الکترون‌ها ترجیح می‌دهند با پس دادن انرژی به مدار اصلی خود برگردند. این انرژی به صورت یک فوتون با فرکانس مشخص آزاد میشود. یعنی یک واحد انرژی. نور از همین فوتون‌ها ساخته میشود. پس اگر با تعداد زیادی از اتم‌ها هم زمان این کار را انجام دهیم، می‌توانیم پرتو نوری تک فرکانس ایجاد کنیم. علاوه بر اینکه با روش‌ها و دقت‌هایی می‌توان پرتوهای هم فاز تولید کرد. این پدیده اساس تولید پرتوهای لیزر است. ویژگی‌های منحصربفرد لیزر آن را از نورهای دیگر متمایز می‌سازد که در هیچ منبع نور دیگری یافت نمی‌شود. لیزر چهار ویژگی دارد:
همدوسی ، تک رنگی ، واگرایی کم ، موازی بودن پرتو
کاربردهای لیزر
فیزیک و شیمی
همجوشی هسته‌ای
ارتباطات نوری
فرآوری اطلاعات نوری و ضبط آنها
فرآوری مواد
تمام نگاری (هولوگرافی)
اندازه‌گیری و بازرسی
لایه نشانی به روش لیزر پالسی
صنایع نظامی: ردیاب لیزری، تفنگ لیزری و ...
آزمایشگاهی و پژوهشی: اندازه گیری، سنتز مواد و ...
زیست شناسی و پزشکی: چاقوی لیزری، مته لیزری، فیزیوتراپی و ...
صنعت: جوشکاری لیزری، برش‌های لیزری، برش الماس، مسافت یاب لیزری، صنایع ساختمانی
اما آنچه باعث نگرانی بشر شده است اینست که تمام فیلمهای تخیلی که در آنها از لیزر و اسلحه های مرگبار استفاده میشد دارند به واقعیت می پیوندند و این یعنی نوید آینده ای هولناک در جنگهای پیش روی بشریت در قرن بیست و یک را میدهد. البته این سیستم ها به دلیل پیچیدگی های تکنولوژیک ، هزینه های بالا در مراحل طراحی و ساخت و تعمیر و نگهداری مشکل ، خصوصا در شرایط عملیاتی به مانند مناطق کویری و یا کوهستانی با مشکلات زیادی برای رسیدن به وضعیت عملیاتی رو به رو هستند.
سلاح های انرژی مستقیم به طور کلی سلاح هایی هستند که تاباندن پرتوی اشعه هایی مثل لیزر و یا مایکروویو و یا اشعه های الکترو مغناطیسی سعی در آسیب و یا نابودی کردن اهداف خود را دارند.
سلاحهای انرژی هدایت شونده، به خصوص به شکل تسلیحات لیزری با انرژی بالا، در آستانه به کار گیری به صورت عملیاتی هستند. تسلیحات اشعه پر قدرت ماکروویو که کمتر در باره آن صحبتی شده نیز در حال رسیدن به وضعیت عملیاتی می باشند.
هدف و قصد نهایی تمامی سلاح های DEW تاباندن اشعه نیرومند الکترو مغناطیسی به میزان کافی برای نابود کردن و یا آسیب رساندن به یک هدف می باشد. به دو دلیل این سلاح ها برای کاربران بالقوه اش جذاب می باشند.
اولین دلیل قابلیت هدف قرار دادن یک هدف با سرعت نور در مقایسه با زمانی است که یک گلوله و یا موشک برای رسیدن به هدف خود صرف می کند. با توجه به این که سیستم های راداری و شناسایی عموما متکی به سیستم های نوری و اپتیکی در امر شناسایی و تعقیب اهداف هستند ، لذا استفاده از این گونه تسلیحات می تواند بشدت زمان درگیری را کاهش دهد.
دلیل دوم بحثی با عنوان تاثیر خشاب عمیق می باشد. به زبان ساده ، پرتاب گرهای موشکی و مسلسلها و یا توپهای اتوماتیک دارای ظرفیت خشاب محدودی هستند و در زمان حمله موشکی و یا بمباران های سنگین بر اثر شلیک زیاد خشاب آنها خالی میشود و بایستی دوباره مهمات گذاری گردد. در زمان مهمات گذاری مجدد این سیستم ها قابلیت شلیک مجدد را ندارند و نسبت به حمله آسیب پذیر می باشند. یک DEW ، مخصوصا آنهایی که با انرژی الکتریکی کار می کنند از این نظر کمتر آسیب پذیر می باشند. مسئله دیگر بحث تدارکات است. مهمات و بمب های هوشمند و موشکهای هدایت شونده نیاز به منابع و زمان زیادی برای تولید دارند و با توجه به حجم آتش و نرخ بالای استفاده از این جنگ افزارها که در جنگهای اخیر دیده شده است ، هیچ کشوری نتوانسته است این جنگ افزارها را در این تیراژ بالا تولید کند.
اینها همه دلایل خوبی برای تولید سلاح های سری DEW و چشم پوشی از ضعفهای آنها مثل : توانایی پایین نفوذ در ابر ، باران ، مه و گرد غبار و سایر پیچیدگی های سلاح های لیزری و آسیب الکترونیکی به سایر دستگاه در سلاح های الکترومغناطیسی می باشد. با توجه به تبلیغات و اطلاع رسانی که درباره این گونه سلاح ها در سال اخیر انجام شده بسیاری از افراد تصور می کنند که تکنولوژی مربوط به این سلاح ها بسیار جدید هستند.اما حقیقت این است که تاریخچه بسیاری از علوم و تکنولوژیهای کلیدی در مورد این سلاح ها به دهه 60 و حتی به اواخر دهه 40 میلادی بازمی گردد. اما موضوعی که باعث تغییر شده است رشد و بلوغ علوم و رسیدن به فاز قابل استفاده در شرایط عملیاتی واقعی و پشت سر گذاشتن مرحله ،بستر آزمایشهای تکنولوژیک می باشد.
تاریخچه اولیه سلاح های لیزری
تسلیحات لیزری قبل از تسلیحات اشعه مایکرویو ساخته شدند و پیش از آن که تکنولوژی های اساسی درباره آنها به پیشرفت و پختگی برسد در میان عموم با نامهایی مثل توپ لیزری، اشعه مرگ و یا سلاح تشعشعی شناخته می شدند. تاریخچه نظریات پایه ای در این مورد به اوایل قرن بیستم باز می گردد. اولین تجربه موفق در این زمینه مربوط به میزر MASER که یک اشعه مایکرویو مشابه لیزر بود باز می گردد. اولین آزمایش موفقیت آمیز میزر در 1954 میلادی توسط چارز توونس و آرتور شاولو انجام شد. 4 سال بعد اونها نظریه خودشان را درباره لیزر را منتشر کردند.اولین لیزر به وسیله گوردوم گولد در سال 1958 ساخته شد، گر چه که اکثر این امر به تئودور میامن در سال 1960 نسبت داده می شود. جزییات تاریخی به کنار، مشخص است که لیزر چیزی در حدود 50 سال پیش به وجود آمد. این لیزرهای اولیه قادر بودند که سوراخی را در سطوح فلزی در محیط آزمایشگاهی ایجاد کنند اما توانایی ایجاد نیروی لازم برای سلاح های اصلی را نداشتند. لیزرهایی با توانایی آسیب زدن به چشم انسان و یا حسگرهای نظامی الکترواپتیکال در طی سال ها تکمیل شدند و در طی دهه های 70 و 80 میلادی به عنوان تجهیزات عملیاتی ظاهر شدند. این سلاح های لیزری که از آنها با عنوان سلاح های کور کننده یاد می شود توسط نهادهای حقوق بشر به عنوان سلاح هایی غیر انسانی که قابلیت کورکردن همیشگی قربانیان خود را دارد،مورد انتقاد بوده است. اولین استفاده رزمی شناخته شده از این تسلیحات به وسیله نیروی دریایی سلطنتی انگلستان در جنگ فالکلند بود که به وسیله سامانه کورکننده موقت دید لیزری سعی در کوری موقت خلبانان آرژانتینی که سعی در بمباران کشتی های جنگی انگلیسی را در حملات ارتفاع پایین را داشتند بوده است.
این نوع طراحی بعدا توسط آمریکایی ها ادامه پیدا کرد و منجر به طراحی و ساخت سیستم هایی به منظور از کار انداختن سیستم های الکترواپتیکال دشمن و نقش ثانویه ضد نفر منجر شد. یکی از شناخته شده ترین نمونه ها در این سلاح ها سیستم کور کننده ای بود که بر روی سلاح نصب شده و توسط نیروهای ویژه ایالات متحده آمریکا استفاده میشد بود.
طراحی بسیار پیشرفته تر که به منظور مقابله با سیستم های توپخانه ضد هوایی هدایت شونده به وسیله سیستم های الکترواپتیکال در اواخر جنگ سرد سیستم آمریکایی ALQ_179 ملقب به تاج شاهزاده بود. در یک آزمایش از یک جنگنده F-4 فانتوم برای حمل این سیستم استفاده شد و زمانی که منبع نور سیستم اپتیکی توپ ضد هوایی کشف شد یک نور لیزر دو بخشی شامل دو نور سبز و فروسرخ را به منبع نور تابیده شد تا به صورت موقت و یا دائم آن را از کار بیاندازد. از این طرح در طراحی سیستم های اقدامات متقابل فروسرخ هدایت شونده که امروزه بر روی هواپیما های بال ثابت و بالگردها به منظور کور کردن و یا مختل کردن جستجو گرهای فروسرخ که بر روی موشکهای دوش پرتاب ضد هوایی به کار می رود، استفاده شده است. در حالی که این سیستم ها فاقد قدرت لیزری و نرم افزارهای پایه ای بوده اند برای بیشتر نمودن قدرت اثر بخشی نیاز به ارتقاء در این طرح ها را داشتند.در حالی که بعد از معرفی اشعه مرگ که قابلیت سوراخ کردن یک صفحه فلزی از فاصله چند کیلومتری را داشت تلاش های زیادی در امر تحقیقات در این زمینه انجام شد که در دهه 1960 میلادی منجر به طراحی و ساخت شکل جدیدی از لیزر که به لیزرهای دینامیک گازی معروف هستند شدند و یا اخیرا از آنها با عنوان لیزر شیمیایی نیز یاد میشود. این لیزرها گاز پر انرژی را به عنوان لیزر متوسط با به حالت انبساطی با سرعت مافوق صوت تولید می کند. از دیدگاه یک سازنده سلاح مشکل اصلی سلاح های لیزری پایین بودن توان موثر تبدیل انرژی ، که محاسبه می کند که چند کیلو وات نیروی بایستی برای به حرکت درآوردن لیزر در مقابل نیروی خود لیزر بایستی تولید شود ، می باشد. برای نمونه اگر قرار باشد که یک اشعه لیزر نیرویی بیش از 100 کیلووات را تولید کند ، چیزی در حدود 20 در صد این انرژی بایستی صرف خنک کردن شود و در صورتی که نتوان به این انرژی رسید با یک مشکل بر طرف نشدنی رو به رو خواهیم شد. لیزرهای گازی و کریستالی اولیه اثر بخشی مناسبی نداشتند و به سادگی برای ساخت سلاح مناسب نبودند. نظریه زیربنایی لیزرهای دینامیک و شیمیایی در 1962 به جود آمد و اولین لیزر لیزر دینامیک گازی کربن دی اکسید با توان 135 کیلو وات اولین بار به وسیله تحقیقات آوکو اورت در آمریکا به سال 1966 میلادی آزمایش شد. با ظهور این نسل از لیزرها ایالات متحده و اتحاد جماهیر سابق شوروی تلاش های تحقیقاتی گسترده ای را در زمینه خلق طرح های موثر عملیاتی آغاز کردند.
به منظور تحقیق درباره مشکلات حمل این گونه لیزرها بر روی هواپیما و همین طور توسعه تعدادی از تکنولوژی های پشتیبانی کننده در این بخش مثل: سیستم های تعقیب کننده و هدف گیری ، برجک متحرک اپتیکی و آینه های مرتبط ، نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا در سال 1976 آزمایشگاه لیزر هوابرد ( ALL) را فعال نمود. مطابق با آنچه که در مطبوعات در سال 1979 میلادی درباره برنامه ALL منتشر شد ، این لیزر در یک آزمایش در مدت 8 ثانیه لیزری با توان اولیه 456 کیلو وات و در آزمایش دیگر با یک سیستم هدف گیری اپتیک لیزری با توان اولیه 380 کیلو وات تولید شد. برنامه ALL به مدت 11 سال ادامه پیدا کرد و در طی آزمایشاتی که در طی آن 5 موشک AIM-9 و یک پرنده بدون سرنشین BQM-34A ملقب به زنبور آتشین منهدم شدند به اوج رسید.
شوروی ها نیز همسو با برنامه آزمایشگاه لیزر هوابرد نیروی هوایی آمریکا برنامه مشترک A-60را به وسیله دو شرکت آلماز و بریو به منظور نمایش توانایی های یک سیستم لیزر هوابرد و تامین کردن دانش مورد نیاز برای یک سلاح عملیاتی را آغاز کردند. دو نمونه A-60 ساخته شد که اولی در 1981 و دومی در 1991 به پرواز درآمدند. بیشتر اطلاعاتی که از منابع باز روسی در دسترس اطلاعات دقیق از میزان پیشرفت و دستاوردهای دقیق این پروژه را بیان نمی کند. تمام تصاویر این منابع یک برجک هدایت امواج غیر متحرک را که بر روی دماغه نصب شده است و متفاوت از سیستم نصب شده بر روی هواپیماهای تغییر یافته NKC-135A نیروی هوایی آمریکا مرتبط با پروژه ALL می باشد را نشان می دهد. این مسئله که دقیقا از چه نوع لیزری در برنامه A-60 استفاده شده مشخص نمی باشد ، اما با توجه به تلاش های گسترده شرکت آلماز در زمینه لیزرهای دینامک گازی با گاز CO2 برای یک سیستم متحرک زمین پایه دفاع نقطه ای ، می توان نتیجه گرفت که در این سیستم هم از این نوع لیزر بهره گرفته می شود. در بخش انتهایی بدنه هواپیما یک منبع خروجی برای لیزر شیمیایی و یا لیزر دینامیک گازی در نظر گرفته شده است. تلاشهای نیروی هوایی آمریکا به وسیله نیروی دریایی آمریکا که به دنبال یک سلاح لیزری برای نابودی موشکهای کروز ضد کشتی بود دنبال شد. لیزر مورد علاقه نیروی دریایی آمریکا ،برخلاف لیزر کربن دی اکسید نیروی هوایی لیزر دوتریم فلوراید بود. لیزر پیشرفته مادون قرمز و برجک هدایت کننده امواج لیزر ساخت شرکت Sealilte ساخته و به منظور اثبات تکنولوژی آزمایش شد. یک از آزمایشهای این سیستم که نتایج آن منتشر شد ، بر روی یک صفحه فلزی به شکل استوانه بود که فشرده شده و به نوعی تداعی کننده یک موشک بالستیک بود ، انجام شد و با نفوذ لیزر به درون آن ، استوانه منفجر شد. سیستم کمتر شناخته شده اما بسیار موفق دیگر مربوط به تلاش روسها در اواخر جنگ سرد مبنی بر ساخت یک سیستم پدافند لیزری متحرک برای دفاع از نیروی زمینی و پایگاه های هوایی شوروی بر ضد هواپیماهای تهاجمی ناتو بود. این پروژه که توسط شرکت آلماز انجام می شد بر پایه لیزر گازی دینامیک از جنس کربن دی اکسید و شبیه به برنامه ALL نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا بود و تا جایی پیشرفت داشت که در آخرین گزارش سالیانه پنتاگون درباره توان نظامی شوروی از آن نام برده شده بود. شرکت آلماز در سایت اینترنتی خود تصاویری از این سیستم را در حالی که بر روی یک کشنده 8*8 مدل MAZ_7910 ملقب به کاشهالوت که به عنوان خودروی پرتاب گر موشک اسکاد نیز شناخته می شود ، قرار دارد را منتشر کرده است. نکته جالب واکنش خشمگینانه کارشناس روس به اظهارات یک پیمانکار دفاعی آمریکایی در ستایش از پیشرفتهای آمریکا در زمینه سلاح های لیزری بود. این کارشناسان مدعی شدند که 20 سال قبل به نتایج مشابهی رسیده بوده اند.
برنامه لیزر تاکتیکی پر انرژی (THEL) که توسط نیروی زمینی ایالات متحده آمریکا رهبری می شد ، در طی آزمایشاتی که بین سالهای 2000 تا 2004 میلادی ارزش روش شرکت آلماز در ساخت یک سیستم دفاع نقطه ای لیزری با تحرک بالا را به اثبات رسانید. سیستم THEL یک سیستم ثابت با یک لیزر بزرگ و سنگین برپایه دوتریم فلوراید و چیزی بیش از یک بن بست تکاملی نبود. این سیستم با نسل جدید لیزرهای که به وسیله نیروی الکتریسیته فعال شده و از لیزر جامد که خود از لیزر شیمیایی اکسیژنی که توسط آزمایشگاه تسلیحاتی نیروی هوایی آمریکا در 1977 میلادی ساخته شده است و امروزه بر روی سیستم لیزر هوابرد ضد موشک بالستیک YAL-1A استفاده می شود ، بهره می برد.
سلاح های لیزری به جهت مطالعه سیر زمان که از تبدیل شدن نظرات قابل رشد که با علوم روز پشتیبانی می شدند به سلاح های عملیاتی مورد خوبی برای بررسی و مطالعه می باشد. همین موارد در مورد سلاح های انفرادی و هواپیماهای رزمی نیز صدق می کند. برای نمونه حدود نیم قرن طول کشید تا از هواپیمای برادران رایت به بمب افکن B-52 که امروزه نیز در خدمت است برسیم. موشکهای هدایت شونده هوا پرتاب اولین بار توسط آلمانها در دهه 40 میلادی ساخته شد و چیزی در حدود نیم قرن به طول انجامید تا این موشکها به دقت و قدرت تخریب قابل قبولی برسند و هنوز هم بحث های داغی میان کارشناسان درباره این موشکها جریان دارد. بمبهای هوشمند نیز در دهه 40 میلادی به ظهور رسیدند اما تا دهه 90 برای رسیدن به بلوغ زمان صرف کردند.
حقیقت عمیق تر این است که این تکنولوژی های نظامی به تکنولوژی های پشتیبانی کننده تکیه دارند و تا زمانی که این تکنولوژی ها به خوبی کار نکنند خود آن سیستم نمی تواند کاری انجام دهد. به نظر می رسد که این حقیقت تا حد زیادی در نظام دیوان سالاری و کاغذبازی دفاعی غرب به فراموشی سپرده شده است. دهه گذشته شاهد بیشترین بیشترین شکست در زمینه امور دفاعی به همین دلیل بوده است. در گذشته نچندان دور تفکری بر این مبنا به وجود آمد که که می توان به وسیله سیستم ها و تکنولوژی های نابالغ و تکمیل نشده سیستم های اصلی را فعال کرد. به نظر می رسد این نظر که به وسیله تکنولوژی های تکمیل نشده می توان یک سیستم تسلیحاتی را تکمیل و فعال نمود ناشی از یک مشکل غیر معمول ذر سیستم دیوان سالاری می باشد. در حالی که تاریخ علم و تکنولوژی دقیقا سیر پیشرفت ها در زمینه تسلیحات DEW را به خوبی نشان می دهد می توان به این نتیجه رسید که از یک ایده علمی تا یک حقیقت عملیاتی می تواند دهه ها فاصله باشد.
