Όπλα Λέιζερ Υψηλής Ενέργειας και Ελληνική πραγματικότητα

Γράφει ο
Υποπλοίαρχος Αντώνιος Λιώνης ΠΝ
Διευθυντής Ηλεκτρονικών Φ/Γ Νικηφόρος Φωκάς

ΕιΣΑΓΩΓΗ
Η ίδεα της ανάπτυξης και χρήσης της τεχνολογίας των λέιζερ για στρατιωτικές εφαρμογές έχει τις ρίζες της στην δεκαετία του 1960, αμέσως μετά την κατασκευή της πρώτης συσκευής λέιζερ Ruby από τον T.H Maiman. Ήταν η εποχή του ψυχρού πολέμου κατά την οποία ο σοβιετικός ναύαρχος Σεργκέι Γκόρσκοφ δήλωνε ότι ‘ο επόμενος πόλεμος θα κερδηθεί από εκείνον που θα αξιοποιήσει το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα [1]. Πράγματι, τις επόμενες δεκαετίες δαπανήθηκαν υπέρογκα ποσά και δόθηκε πολύ μεγάλη έμφαση στην έρευνα και ανάπτυξη όπλων λέιζερ, κυρίως από τις Η.Π.Α, με σκοπό της αξιοποίηση τους στο πεδίο της μάχης προς απόκτηση ποιοτικού πλεονεκτήματος έναντι του αντιπάλου. Κατά τη διάρκεια αυτών των δοκιμών, χρησιμοποιήθηκαν διάφοροι τύποι λέιζερ (αερίων, χημικά, στερεά κατάστασης κ.α.) σε πολλά διαφορετικά σενάρια και αποστολές.
Προγράμματα όπλων λέιζερ υψηλής ενέργειας περιλαμβάνουν την εγκατάστασή τους επί όλων των πιθανών ειδών πλατφόρμας σε θάλασσα, στεριά, αέρα και διάστημα, τόσο με επιθετικές όσο και αμυντικές ικανότητες.
Σκοπός του παρόντος άρθρου είναι μια συνοπτική παρουσίαση των εξελίξεων επί θεμάτων όπλων λέιζερ, των βασικών κατηγοριών λέιζερ που χρησιμοποιούνται διεθνώς, των πλεονεκτημάτων και περιορισμών των όπλων λέιζερ και τέλος των πιθανών τρόπων εφαρμογής τους στην ελληνική πραγματικότητα.

Πλεονεκτήματα και Περιορισμοί των Όπλων Λέιζερ
Τα όπλα λέιζερ υπόσχοντα πολύ σημαντικά ποιοτικά πλεονεκτήματα στον χρήστη τους και αυτός είναι ο κύριος λόγος που δεν έχει εγκαταλειφθεί η προσπάθεια ανάπτυξης τους, παρά τις μεγάλες τεχνικές και οικονομικές δυσκολίες του εγχειρήματος. Συγκεκριμένα τα όπλα λέιζερ υπόσχονται:
Να προσδώσουν αμυντικές και επιθετικές μη-κινητικές δυνατότητες καταστροφής στόχου.
Να χρησιμοποιηθούν ως πολλαπλασιαστές ισχύος με πολύ ελκυστική σχέση κόστους – αποτελέσματος.
Να προσδώσουν επιχειρησιακή ευελιξία.
Οι παραπάνω ελπίδες που γεννούν τα όπλα λέιζερ απορρέουν από συγκεκριμένα πλεονεκτήματα τα οποία διαθέτουν και είναι τα κάτωθι [5]:

Πολύ χαμηλό κόστος ανά βολή: Τα όπλα λέιζερ μπορούν να αντιμετωπίσουν μια σειρά από πιθανούς στόχους με πάρα πολύ χαμηλό κόστος ανά βολή. Στην πραγματικότητα το μόνο που απαιτείται είναι η απαραίτητη ηλεκτρική ενέργεια για να βάλλει το όπλο η οποία όπως χαρακτηριστικά λέγεται κοστίζει λιγότερο από ένα δολάριο. Εύκολα επομένως μπορεί να γίνει η σύγκριση κόστους με κατευθυνόμενα βλήματα ή πυροβόλα, των οποίων το κόστος ανά βολή μπορεί να κοστίζει τουλάχιστον μερικές χιλιάδες δολάρια. Αυτό τα κάνει μία εξαιρετική επιλογή για αντιμετώπιση στόχων το κόστος των οποίων είναι πολύ χαμηλότερο σε σχέση με αυτό που απαιτείται για να καταστραφούν.

Μεγάλο απόθεμα πυρομαχικών: Οποιαδήποτε στρατιωτική πλατφόρμα (αεροσκάφος, πλοίο κ.α.) έχει περιορισμένη δυνατότητα μεταφοράς πυρομαχικών και βλημάτων. Παράλληλα όμως, μετά την χρήση των όπλων, συνήθως απαιτείται ένας ικανός χρόνος επαναγέμισης του πριν να είναι έτοιμο εκ νέου για βολή. Αυτό αποτελεί έναν ακόμα εγγενή περιορισμό των συμβατικών όπλων ο οποίος μπορεί να ξεπεραστεί με την χρήση όπλων λέιζερ. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το απαραίτητο ‘’πυρομαχικό’’ για ένα όπλο λέιζερ είναι η απαιτούμενη (ανάλογη της ισχύος εξόδου) ηλεκτρική ενέργεια με την οποία πρέπει να τροφοδοτήσουμε το όπλο. Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι όσο η πλατφόρμα είναι σε θέση να παρέχει αυτήν την ηλεκτρική ενέργεια το όπλο είναι διαθέσιμο για βολή χωρίς να απαιτείται επιπλέον χρόνος επαναφόρτωσής του.

Γρήγοροι χρόνοι εγκλωβισμού: Ένα όπλο λέιζερ, κατευθύνει την ενέργεια που θα καταστρέψει ή θέσει εκτός μάχης τον στόχο, με την ταχύτητα του φωτός. Συνεπώς δεν μεσολαβεί ο παραμικρός χρόνος μεταξύ βολής και καταστροφής του στόχου παρά μόνο ό χρόνος που χρειάζεται ώστε η μεταφερόμενη ενέργεια στην επιφάνεια του στόχου επιφέρει το επιθυμητό αποτέλεσμα. Αυτό επιτρέπει σε μια πλατφόρμα όπλου λέιζερ, να μπορεί να αμυνθεί επιτυχώς έναντι πολλαπλών στόχων. Για παράδειγμα, ένα πλοίο επιφανείας μπορεί να δεχθεί ταυτόχρονη επίθεση ασύμμετρης απειλής από διαφορετικές διευθύνσεις και να απαιτείται η ταυτόχρονη και άμεση αντιμετώπισή τους.

Δυνατότητα αντιμετώπισης δραστικώς μεταβαλλόμενων στόχων αέρος: Σε αντίθεση με κατευθυνόμενα βλήματα τα οποία έχουν ένα ανώτατο όριο ελιγμών, ένα όπλο λέιζερ μπορεί να παραμένει εγκλωβισμένο και να βάλλει εναντίον στόχου χωρίς να περιορίζεται από τους ελιγμούς του.

Μεγάλη ακρίβεια βολής – Περιορισμό παράπλευρων απωλειών: Τα όπλα λέιζερ θεωρούνται όπλα υψηλής ακρίβειας. Κατά κανόνα η καταστροφή που επιφέρουν στους πιθανούς στόχους προέρχεται από την πολύ στενή δέσμη που κατευθύνουν προς αυτούς, χωρίς να προξενούν καμία ζημιά σε παράπλευρους στόχους. Συνεπώς είναι ιδανικά για χρήση σε περιβάλλον αυξημένου κινδύνου παραπλεύρων απωλειών, όπως για παράδειγμα εντός κατοικημένων περιοχών.

Επιπρόσθετες χρήσεις: Τα όπλα λέιζερ προσφέρουν το πλεονέκτημα εναλλακτικών – πλην καταστροφής στόχου – χρήσεων όπως ανίχνευσης και παρακολούθησης στόχου καθώς και αντίστροφης παρεμβολής ηλεκτρο-οπτικών αισθητήρων. Παράλληλα έχουν την δυνατότητα βαθμιαίας χρήσης τους, ξεκινώντας από απλή προειδοποίηση, προχωρώντας σε παρεμβολή και καταλήγοντας σε καταστροφή.

Πέραν των ανωτέρω πλεονεκτημάτων που διαθέτουν τα λέιζερ όπλα, υπόκεινται σε κάποιους περιορισμούς, οι οποίοι υπό ορισμένες προϋποθέσεις μπορούν να καταστήσουν το όπλο πλήρως μη επιχειρησιακό:

Οπτικός ορίζοντας (Line of sight): Η μετάδοση της ενέργειας από το όπλο λέιζερ προς τον στόχο γίνεται σε ευθεία τροχιά. Συνεπώς ένα όπλο λέιζερ δεν δύνανται να εμπλακεί με στόχο ο οποίος καλύπτεται πίσω από κάποιο εμπόδιο. Για παράδειγμα ένα μικρό σκάφος το οποίο καλύπτεται πίσω από το κύμα. Παρόλα αυτά θα είναι σε θέση να εμπλακεί άμεσα όταν αυτό αποκαλυφθεί. Παλαιότερα είχαν δοκιμασθεί τεχνικές αερομεταφερόμενων καθρεπτών οι οποίοι να αντανακλούν την δέσμη του λέιζερ και να επιτρέπουν εμπλοκές στόχων πέραν του ορίζοντα. Αυτή η ιδέα τελικώς εγκαταλείφθηκε για λόγους κόστους και τεχνικών δυσκολιών.
Ατμοσφαιρική απορρόφηση και διάχυση: Η διάδοση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας από το όπλο στον στόχο υπόκεινται στο φαινόμενο της ατμοσφαιρικής απορρόφησης και διάχυσης. Αυτό συμβαίνει κυρίως με την ύπαρξη υδρατμών αλλά και από σκόνης, άμμου ή καπνού με αποτέλεσμα η τελικώς μεταφερόμενη ενέργεια στον στόχο να είναι σημαντικά μειωμένη και να μην επιφέρει το επιθυμητό αποτέλεσμα. Πολύ σημαντικό παράγοντα αντιμετώπισης αυτών των φαινομένων είναι η επιλογή του μήκους κύματος λειτουργίας του όπλου. Αυτό συμβαίνει καθώς υπάρχουν συγκεκριμένα ‘’παράθυρα’’ (βλ. Σχήμα 2) στα οποία η ατμοσφαιρική απορρόφηση παίρνει πολύ χαμηλές τιμές, επιτρέποντας την καλύτερη λειτουργία του όπλου. Παράλληλα υπάρχουν και άλλα φαινόμενα όπως οι ατμοσφαιρικές διαταραχές και η θερμική αλλοίωση της δέσμης, τα οποία ελαττώνουν δραστικά την αποτελεσματικότητα του όπλου (βλ. Σχήμα 3 και 4).

Ο μηχανισμός καταστροφής του στόχου από την δέσμη λέιζερ, προϋποθέτει την διατήρηση της επί του στόχου για ορισμένα δευτερόλεπτα (dwell time) μέχρι η συσσωρευμένη ενέργεια να επιφέρει το επιθυμητό καταστρεπτικό αποτέλεσμα. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν σημαντικά την απόδοση του όπλου με κυριότερη ίσως την ισχύ εξόδου του λέιζερ. Με βάση λοιπόν αυτό το σχεδιαστικό χαρακτηριστικό κάθε λέιζερ όπλου μπορεί να εκτιμηθεί προσεγγιστικά η φονική του δυνατότητα. Τυπικά παραδείγματα ισχύων εξόδου όπλων λέιζερ ξεκινούν από μερικά (~10) κιλοβάτ των οποίων η δυνατότητες περιορίζονται στην αντιμετώπιση ‘’μαλακών’’ στόχων, σε αποστάσεις περί τα 2 χιλιόμετρα και κινούμενα με χαμηλές ταχύτητες. Αυξάνοντας την ισχύ εξόδου του όπλου, μέχρι και το επίπεδο των μεγαβάτ (~ MW), οι δυνατότητες του όπλου μπορούν να φτάσουν στην αντιμετώπιση υπερταχέως κινουμένων στόχων σε μεγάλες αποστάσεις (π.χ. βαλλιστικούς πυραύλους). Στο Σχήμα 5 παρουσιάζονται ενδεικτικά επίπεδα ισχύος και οι αντίστοιχοι τύποι στόχων που μπορούν να καταστραφούν.

Υποσυστήματα Όπλου Λέιζερ
Ένα όπλο λέιζερ είναι ένα ολοκληρωμένο σύστημα το οποίο αποτελείται από τα κάτωθι υποσυστήματα (Σχήμα 6):
Το υποσύστημα ενεργειακής υποστήριξης του λέιζερ. Η απαίτηση για παροχή τεράστιας ισχύος για πολύ λίγα δευτερόλεπτα δημιουργεί την ανάγκη αποθηκευμένης και διαθέσιμης ενέργειας (energy storage).
Το υποσύστημα λέιζερ (Σχήμα 7), όπου παράγεται και ενισχύεται η ηλεκτρομαγνητική δέσμη και αποτελείται από: α) τον ενισχυτή (gain medium), την πηγή άντλησης (pumping source), τον καθρέπτη ολικής ανάκλασης (high reflecting mirror) και τον καθρέπτη μερικής ανάκλασης (partially reflecting mirror).
Το υποσύστημα κατεύθυνσης και ελέγχου της δέσμης. Αποτελείται από τον καθοδηγητή δέσμης (beam director), το σύστημα υπόδειξης και εγκλωβισμού (pointing and tracking) και το σύστημα adaptive optics, το οποίο προσπαθεί να εξαλείψει τις αρνητικές συνέπειες του φαινομένου της ατμοσφαιρικής διάθλασης (turbulence).

ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΟΠΛΩΝ ΛΕΪΖΕΡ ΥΨΗΛΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Ο βασικός επινοητής της ιδέας της λειτουργίας του λέιζερ – εξαναγκασμένη εκπομπή φωτός – είναι ο Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1916. Όπως φαίνεται και στο Σχήμα 8, η εξαναγκασμένη εκπομπή ενός ατόμου συμβαίνει όταν ένα προσπίπτον φωτόνιο σε ένα άτομο που βρίσκεται σε μία υψηλότερη ενεργειακή στάθμη, έχει ως αποτέλεσμα αυτό το άτομο να μεταπίπτει σε ενεργειακή στάθμη χαμηλότερης ενέργειας με ταυτόχρονη εκπομπή ενός νέου φωτονίου με ενέργεια, φάση και διεύθυνση ίδια με εκείνη του προσπίπτοντος φωτονίου. Η ομοιότητα αυτή του νέου φωτονίου έχει ως αποτέλεσμα να αλληλοεπιδρούν προσθετικά μεταξύ τους αυξάνοντας έτσι την ένταση του παραγόμενου φωτός. Η λειτουργία του λέιζερ βασίζεται θεμελιωδώς σε αυτήν την εξαναγκασμένη εκπομπή φωτονίων.
Αρκετά αργότερα, επετεύχθη και η δημιουργία της πρώτης συσκευής λέιζερ, περί το 1960. Άμεσα γεννήθηκε και η ιδέα της χρήσης μιας τέτοιας συσκευής ως όπλο, το οποίο θα χρησιμοποιεί την κατευθυντική του ενέργεια ώστε να καταστρέψει έναν πιθανό στόχο. Για την παραγωγή ενός τέτοιου όπλου, όλες αυτές τις δεκαετίες προσπαθειών, έχουν χρησιμοποιηθεί διαφορετικά συστήματα λέιζερ, τα οποία διαφέρουν ως προς τους μηχανισμούς παραγωγής του λέιζερ και συνεπώς έχουν και διαφορετικά εγγενή χαρακτηριστικά. Οι βασικοί τύποι που έχουν αναπτυχθεί είναι α) τα χημικά λέιζερ, β) τα λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων και γ) τα λέιζερ στερεάς κατάστασης. Παρακάτω δίνεται μια σύντομη παρουσίαση του καθενός καθώς και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά του.

Χημικά Λέιζερ (Chemical Laser)

Τα χημικά λέιζερ μεταβάλλουν την αποθηκευμένη ενέργεια που βρίσκεται μέσα σε χημικούς δεσμούς σε μια σχεδόν μονοχρωματική ηλεκτρομαγνητική δέσμη. Οι δύο πιο κοινοί τύποι χημικών λέιζερ είναι α) deuterium fluoride και β) chemical oxygen-iodine laser (COIL). Ο πρώτος τύπος έχει μήκος κύματος λειτουργίας περί τα 4 μm. Αντιπροσωπευτικό παράδειγμα οπλικού συστήματος του τύπου αυτού, είναι το Mid-Infrared Advanced Chemical Laser (MIRACL) που αναπτύχθηκε την δεκαετία του 1980. Ο δεύτερος τύπος (COIL) λειτουργεί σε ένα μήκος κύματος περί το 1.3 μm και χρησιμοποιήθηκε στο περίφημο πρόγραμμα Airborne Laser (ABL) που αποσκοπούσε στην ενσωμάτωση ενός χημικού λέιζερ, πολύ υψηλής ισχύος (~ΜW), σε ένα ειδικά διαμορφωμένο αεροσκάφος Boeing 747 (Σχήμα 9), με αποστολή την κατάρριψη διηπειρωτικών πυραύλων στην αρχική φάση πτήσεώς τους (boost phase). Στα πλεονεκτήματα των χημικών λέιζερ συγκαταλέγονται η δυνατότητα απαλλαγής της παραγόμενης θερμότητας μέσω των εξαγωγών, η δυνατότητα επίτευξης πολύ υψηλής ισχύος εξόδου, η ώριμη τεχνολογία και η καλή παραγόμενη ποιότητα δέσμης λέιζερ. Τα μειονεκτήματα του τύπου είναι το μεγάλο βάρος και μέγεθος τους, η περιορισμένη δυνατότητα βολών βάσει των αποθεμάτων της χημικής ουσίας και η υψηλή τοξικότητα των χημικών παραγώγων.

Λέιζερ Ελεύθερων Ηλεκτρονίων (Free Electron Laser)
Το λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων χρησιμοποιεί ελεύθερα ηλεκτρόνια για την παραγωγή του φωτός (Σχήμα 10). Τα ηλεκτρόνια αυτά επιταχύνονται σε υψηλές ταχύτητες σε έναν γραμμικό επιταχυντή και ακολούθως εισέρχονται στον undulator στον οποίο εφαρμόζεται ένα διαρκώς εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο από μια διάταξη μαγνητών με εναλλασσόμενους πόλους. Αυτό έχει ως συνέπεια την κατακόρυφη ως προς την κατεύθυνσή τους ταλάντωση των ηλεκτρονίων διαγράφοντας τελικά έτσι μία ημιτονοειδή πορεία. Αυτή η ταλάντωση των ηλεκτρονίων έχει ως αποτέλεσμα την εκπομπή μονοχρωματικής ακτινοβολίας [3]. Το πιο σημαντικό πλεονέκτημα του λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων είναι η δυνατότητα μεταβολής του μήκους κύματος λειτουργίας (εξαιρετικά σημαντικό για καλύτερη ατμοσφαιρική διάδοση ιδιαίτερα σε θαλάσσιο περιβάλλον), η καλή ποιότητα δέσμης του και η δυνατότητα επίτευξης πολύ υψηλής ισχύος εξόδου. Το μέγεθος, κόστος και η σχετικά πρώιμη τεχνολογία τους είναι προς το παρόν αποτρεπτικοί παράγοντες για την περαιτέρω ανάπτυξη τους.

Λέιζερ Στερεάς Κατάστασης (Solid State Laser)
Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης χρησιμοποιούν αυτό που ονομάζεται οπτική άντληση μέσω λάμπας φωτός ή διόδου. Επίσης χρησιμοποιούν ως μέσο ενίσχυσης κάποιο διηλεκτρικό υλικό, κρυσταλλικό ή απλό γυαλί, το οποίο φέρει προσμίξεις ιόντων [3]. Το σύνηθες μήκος κύματος λειτουργίας είναι 1.064 μm και σε αντίθεση με τους προηγουμένως αναφερθέντες τύπους, είναι πολύ μικρότερα σε μέγεθος και ελαφρύτερα. Παράλληλα είναι και πολύ πιο αποδοτικά, με την έννοια ότι το ποσοστό ηλεκτρικής ενέργειας που εξάγεται σε σχέση με αυτό με το οποίο τροφοδοτήθηκε είναι μεγαλύτερο και κυμαίνεται περί το 25-30%. Επίσης δεν παράγουν επιβλαβείς χημικές ουσίες ή ιονισμένη ακτινοβολία. Το κύριο μειονέκτημά τους είναι η χαμηλή θερμική αγωγιμότητα του μέσου ενίσχυσης το οποίο απαιτεί πολύ καλή διαχείριση της απορρίπτουσας θερμότητας κάτι που μεταφράζεται σε επιπλέον απαιτούμενη ενέργεια. Επίσης, η επιστημονική κοινότητα θεωρεί ότι δεν μπορούν να φτάσουν σε πολύ υψηλά επίπεδα ισχύος εξόδου και συγκεκριμένα της τάξης των μεγαβάτ. Μια λύση που χρησιμοποιείται για την αύξηση της ισχύος εξόδου ενός όπλου λέιζερ στερεάς κατάστασης, είναι ο συνδυασμός πολλαπλών δεσμών. Αυτή η μέθοδος όμως, καθιστά πολύ δύσκολη την επίτευξη καλής ποιότητας δέσμης, παράγοντα πολύ σημαντικού για την απόδοση του. Ως τέτοιο παράδειγμα μπορεί να αναφερθεί το Maritime Laser Demonstrator (MLD), ενός πρωτοτύπου λέιζερ όπλου το οποίο συνδυάζει εφτά δέσμες λέιζερ στερεάς κατάστασης, με 15kW ισχύ εξόδου το καθένα, επιτυγχάνοντας έτσι συνολική ισχύ 105 kW.

Μία ειδική κατηγορία λέιζερ στερεάς κατάστασης είναι τα λέιζερ οπτικών ινών (fiber laser). Αυτός ο τύπος λέιζερ διατηρεί παρόμοια σχεδίαση με το λέιζερ στερεάς κατάστασης με την διαφορά ότι σαν μέσο ενίσχυσης χρησιμοποιεί οπτική ίνα (fiber optic). Αυτό που τα κάνει ελκυστικά είναι η ευρεία εφαρμογή και χρήση τους σε εμπορικές και βιομηχανικές εφαρμογές. Η ισχύς εξόδου που μπορούν να επιτύχουν είναι της τάξης των λίγων κιλοβάτ, επομένως είναι απαραίτητος ο συνδυασμός πολλών δεσμών ώστε να επιτευχθεί ικανή ισχύς για στρατιωτικές εφαρμογές (>10kW). Όπως προαναφέρθηκε αυτό θα έχει επίπτωση στην ποιότητα της δέσμης και συνεπακόλουθα στην απόδοση του όπλου. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 12, το λέιζερ οπτικών ινών χρησιμοποιεί μία ή περισσότερες διόδους ως μέσο άντλησης φωτός. Εφαρμόζεται η τεχνική της διπλής επένδυσης (εσωτερική-εξωτερική), όπου η εσωτερική έχει μεγαλύτερο δείκτη διάθλασης από την εξωτερική (n1>n2). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το προσπίπτον φως να εγκλωβίζεται στην οπτική ίνα λόγω ολικής εσωτερικής ανάκλασης. Η μέγιστη γωνία πρόσπτωσης του εισερχόμενου φωτός (numerical aperture) για να συμβεί αυτό καθορίζεται από τον νόμο του Snell:

Μεγαλύτερη μέγιστη γωνία διευκολύνει την εισδοχή του φωτός στο εσωτερικό της οπτικής ίνας, στο εσωτερικό της οποίας επιτρέπεται η διάδοση μόνο διακριτών ρυθμών. Για να πετύχουμε καλύτερη ποιότητα δέσμης, πρέπει η οπτική ίνα να σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να υπάρχει διάδοση μόνο ενός ρυθμού. Αυτό απαιτεί την χρήση διπλής επένδυσης όπου μαζί με τον πυρήνα δημιουργούν τρία στρώματα. Ο πυρήνας έχει τον μέγιστο δείκτη διάθλασης κι έτσι πετυχαίνουμε μεγάλη μέγιστη γωνία πρόσπτωσης μεταξύ εξωτερικής και εσωτερικής επένδυσης. Αυτό διευκολύνει την άντληση στην οπτική ίνα και την ύπαρξη ενός μόνο ρυθμού μεταξύ πυρήνα και εσωτερικής επένδυσης κι έτσι πετυχαίνουμε καλύτερη ποιότητα δέσμης.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΟΠΛΩΝ ΛΕΪΖΕΡ
Τα όπλα λέιζερ έχουν την δυνατότητα να ενσωματωθούν και να αξιοποιηθούν από πλατφόρμες τόσο στην στεριά, την θάλασσα, τον αέρα ακόμα και το διάστημα. Ο βασικός παράγοντας που καθορίζει την σχεδίαση του όπλου είναι η επιθυμητή αποστολή του και κατ’ επέκταση η φονική του δυνατότητά. Οι βασικές παράμετροι που καθορίζουν την φονική δυνατότητα ενός όπλου λέιζερ και σχετίζονται με την σχεδίαση του είναι: α) η ισχύς εξόδου του, β) η ποιότητα της δέσμης λέιζερ (beam quality), γ) το μήκος κύματος λειτουργίας, και δ) η διάμετρος του καθοδηγητή της δέσμης (beam director). Για την καλύτερη απόδοση του όπλου χρειαζόμαστε την μεγαλύτερη δυνατή ισχύ, την χαμηλότερη δυνατή ποιότητα δέσμης (ίση με την μονάδα η βέλτιστη τιμή), μήκος κύματος λειτουργίας εντός κάποιου ‘’παραθύρου’’ μειωμένης ατμοσφαιρικής απορρόφησης (βλ. Σχήμα 2) και μεγαλύτερη διάμετρο καθοδηγητή. Παρόλα αυτά, η βελτιστοποίηση των παραπάνω παραμέτρων, πέραν των όποιων τεχνολογικών δυσκολιών, αυξάνει κατά πολύ το κόστος, βάρος, μέγεθος και τις ενεργειακές ανάγκες του όπλου.
Παράλληλα υπάρχουν πολύ άλλοι εξωτερικοί παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση ενός λέιζερ όπλου, όπως διάφοροι ατμοσφαιρικοί παράγοντες (βροχή, ομίχλη, υγρασία, σκόνη κ.α.), η απόσταση του στόχου, η διάρκεια ‘’φωτισμού’’ του στόχου (dwell time) και τέλος η σταθερότητα της δέσμης λόγω της κίνησης ή των κραδασμών της πλατφόρμας (platform jitter).

Ναυτικές Εφαρμογές Όπλων Λέιζερ
Τα μεγάλα σκάφη επιφανείας του πολεμικού ναυτικού (ΦΓ, ΠΓΥ) μπορούν να θεωρηθούν κατάλληλες πλατφόρμες για ενσωμάτωση ενός όπλου λέιζερ, κυρίως λόγω των δυνατοτήτων τους σε παροχή επαρκούς ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και της δυνατότητάς τους να ενσωματώσουν ένα όπλο λέιζερ από άποψης βάρους και μεγέθους. Ενδεικτική τάξη μεγέθους του βάρους ενός όπλου λέιζερ συναρτήσει της ισχύος εξόδου του είναι περί τα 50kg/kW, κάτι που στο προσεχές μέλλον αναμένεται να μειωθεί κατά πολύ, επιτρέποντας έτσι και την ενσωμάτωση τους σε ιπτάμενες πλατφόρμες. Συγκεκριμένα, έχει τεθεί ως στόχος η επίτευξη λόγου βάρους προς ισχύ να αγγίξει το 5!
Επίσης, το υφιστάμενο αντιπυραυλικό σύστημα εγγύς προστασίας (Phallanx) των φρεγατών θα μπορούσε να παρέχει την βάση του καθοδηγητή (beam director) της δέσμης λέιζερ και παράλληλα να γίνει εκμετάλλευση του υφιστάμενου συστήματος υπόδειξης και εγκλωβισμού ώστε να αποφευχθεί η χρήση ξεχωριστού συστήματος για αποκλειστική χρήση από το λέιζερ όπλο, κάτι το οποίο θα ανέβαζε κατά πολύ το κόστος και τις τεχνικές δυσκολίες του εγχειρήματος.
Τέλος, η ύπαρξη ευρέως διαδεδομένων συστημάτων λέιζερ στο εμπόριο, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για στρατιωτικές εφαρμογές, επιτρέπει την άμεση εκμετάλλευση τους για την παραγωγή ενός πρωτοτύπου λέιζερ όπλου σε πειραματικό στάδιο στα πρότυπα του αμερικανικού Laser Weapon System (LaWS) το οποίο χρησιμοποιεί συνολικά πέντε λέιζερ οπτικών ινών από το εμπόριο, κατασκευασμένα για βιομηχανικές εφαρμογές, ισχύος 5.5kW έκαστο, επιτυγχάνοντας έτσι συνολική ισχύ 33kW.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Η συνεχώς αυξανόμενη έρευνα και ανάπτυξη στον χώρο των όπλων λέιζερ τα έχει καταστήσει πολύ ελκυστικά για τις περισσότερες προηγμένες τεχνολογικά χώρες του κόσμου. Με πρωτοπόρες τις Η.Π.Α και τις Ρωσία, Βρετανία, Γερμανία, Ισραήλ, Κίνα και Ινδία να ακολουθούν, τα όπλα λέιζερ και οι δυνατότητές τους πλέον γνωρίζουν όλο και αυξανόμενη αναγνώριση και η πλήρης επιχειρησιακή τους αξιοποίηση στο πεδίο της μάχης δεν είναι μακριά.
Η Ελλάδα οφείλει και μπορεί να ακολουθήσει αυτήν την προοπτική εντάσσοντας στο οπλοστάσιο της ένα όπλο που αλλάζει τους κανόνες του παιχνιδιού στην περιοχή μας και αποτελεί την ιδανική επιλογή για την αντιμετώπιση ασύμμετρων απειλών και ‘’μαλακών’’ στόχων σε ένα πιθανώς πολύ κορεσμένο θέατρο επιχειρήσεων στην περιοχή του Αιγαίου Πελάγους. Επιπλέον, οι δυνατότητες των όπλων λέιζερ τα καθιστούν ιδανικά για αντιμετώπιση μικρών και ελαφρών τηλεκατευθυνόμενων αεροχημάτων τα οποία από την μία πλευρά συνιστούν δυνητική απειλή για ευαίσθητες εγκαταστάσεις αλλά που το μέγεθος τους και η ύπαρξη κατοικημένων περιοχών δεν επιτρέπουν την χρήση πυροβόλων όπλων ή κατευθυνόμενων βλημάτων.

References

Jason D. Ellis. 2015. Directed-Energy Weapons: Promise and Prospects. Washington DC: Center for a New American Security.

Jerome Bilet. 2015. DIRECTED-ENERGY WEAPONS, THE ONGOING REVOLUTION IN WEAPONRY.

Mπένης Μ. 2013. Φυσική των Laser. Σημειώσεις Μαθήματος.

O’Rourke, Ronald. 2016. Νavy Lasers, Railgun, and Hypervelocity Projectile: Background and Issues for Congress. CRS Report No RL44175. Washington, DC: Congressional Research Service. https://fas.org/sgp/crs/weapons/R44175.pdf

O’Rourke, Ronald. 2015. Navy Shipboard Lasers for Surface, Air, and Missile Defense: Background and Issues for Congress. CRS Report No RL41526. Washington, DC: Congressional Research Service. https://fas.org/sgp/crs/weapons/R41526.pdf

Kiel H. D., Ziv M., and Marcell F. 2010. A Vision for Directed Energy and Electric Weapons In the Current and Future Navy.

Valiani, Joshua H. 2016. “Power and energy storage requirements for ship integration of solid-state lasers on naval platforms.” Master’s thesis, Naval Postgraduate School.
Lionis, A. 2016. “Experimental Design of a UCAV-based High Energy Laser Weapon.” Master’s thesis, Naval Postgraduate School.
Perram, G. P., Cusumano S. J., Hengehold R.L. and Fiorino S.T. 2009. Introduction to Laser Weapon Systems, 1st ed. Albuquerque, NM: Directed Energy Professional Society.
Motes, Andrew R. and Richard W. Berdine. 2009. Introduction to High-Power Fiber Lasers. 1st ed. Albuquerque, NM: Directed Energy Professional Society.
Team Bravo, Cohort 19 2013. “Viable Directed-Energy Weapon Naval Solutions: A Systems Analysis of Current Prototypes.” Capstone Project Report, Naval Postgraduate School.
Blau, Joe 2015. PH4858 Electric Ship Weapon Systems. Lecture, Naval Postgraduate School, Monterey.