Suther: ¿Tecnología submarina del futuro?
La mayoría de los lectores conocen bien el concepto de "láser", derivado del inglés "láser" (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación - amplificación de luz por radiación estimulada "). Inventado a mediados del siglo XX, los láseres entraron en nuestras vidas, incluso si su trabajo en la tecnología moderna a menudo es invisible para la gente común. El principal divulgador de la tecnología se ha convertido en libros y películas en el género de ciencia ficción, en el que los láseres se han convertido en una parte integral del equipo de los luchadores del futuro.
En realidad, los láseres han recorrido un largo camino, utilizándose principalmente como herramientas de reconocimiento y designación de objetivos, y solo ahora deberían ocupar su lugar como armas campo de batalla tal vez cambiando radicalmente su apariencia и aparición de vehículos de combate.
Menos conocido es el término "maser", un emisor de ondas electromagnéticas coherentes del rango de centímetros (microondas), cuya apariencia precedió a la creación de láseres. Y muy pocas personas saben que existe otro tipo de fuente de radiación coherente: "Saser".
Rayo de sonido
La palabra "saser" se forma de manera similar a la palabra "láser" - Amplificación de sonido por emisión estimulada de radiación (amplificación de sonido debido a emisión estimulada) y significa un generador de ondas de sonido coherentes de cierta frecuencia: un láser acústico.
No confunda un saser con un "proyector de audio", una tecnología para crear flujos de sonido direccionales, como ejemplo podemos recordar el desarrollo de Joseph Pompey del Instituto de Tecnología de Massachusetts "Audio Spotlight". En el foco de audio "Proyector de audio" se emite un haz de ondas en el rango ultrasónico, que, interactuando de forma no lineal con el aire, aumenta su longitud al sonido. La longitud del haz del proyector de audio puede alcanzar los 100 metros, sin embargo, la fuerza del sonido disminuye rápidamente.
Si la generación de fotones de cuantos de luz ocurre en los láseres, entonces los fonones juegan su papel en los sasers. A diferencia del fotón, el fonón es una cuasipartícula introducida por el científico soviético Igor Tamm. Técnicamente, un fonón es una cantidad de movimiento vibratorio de átomos de cristal o una cantidad de energía asociada con una onda de sonido.
Fonón: una cantidad de movimiento vibratorio de los átomos de cristal
“En los materiales cristalinos, los átomos interactúan activamente entre sí, y es difícil considerar fenómenos termodinámicos como las vibraciones de átomos individuales en ellos: se obtienen sistemas enormes a partir de billones de ecuaciones diferenciales lineales conectadas entre sí, cuya solución analítica es imposible. Las oscilaciones de los átomos de cristal son reemplazadas por la propagación en una sustancia de un sistema de ondas de sonido, cuyos cuantos son fonones. El fonón pertenece al número de bosones y está descrito por las estadísticas de Bose - Einstein. Los fonones y su interacción con los electrones juegan un papel fundamental en los conceptos modernos de la física de los superconductores, los procesos de conducción de calor y los procesos de dispersión en sólidos ".
Los primeros sazers se desarrollaron en 2009-2010. Dos grupos de científicos presentaron métodos para producir radiación saser, utilizando un láser de fonón en resonadores ópticos y un láser de fonón en cascadas electrónicas.
Un prototipo de láser óptico saser, diseñado por físicos del Instituto de Tecnología de California (EE. UU.), Utiliza un par de resonadores ópticos de silicio en forma de tori con un diámetro externo de aproximadamente 63 micrómetros y un diámetro interno de 12,5 y 8,7 micrómetros en el que se alimenta el haz láser. Al cambiar la distancia entre los resonadores, es posible ajustar la diferencia de frecuencia de estos niveles para que corresponda a la resonancia acústica del sistema, como resultado de lo cual se genera una radiación láser de frecuencia de 21 MHz. Al cambiar la distancia entre los resonadores, puede cambiar la frecuencia de la radiación sonora.
Científicos de la Universidad de Nottingham (Gran Bretaña) crearon un prototipo de caser de etapa electrónica, en el que el sonido pasa a través de una superrejilla que incluye capas alternas de semiconductores de arseniuro de galio y aluminio con un espesor de varios átomos. Los fonones se acumulan como una avalancha bajo la influencia de energía adicional y se reflejan repetidamente dentro de las capas de superredes hasta que salen de la estructura en forma de radiación saser con una frecuencia del orden de 440 gigahercios.
Esquema de un saser basado en una superrejilla de capas alternas de arseniuro de galio y aluminio.
Saser prototipo de científicos de la Universidad de Nottingham
Se espera que los Sasers revolucionen la microelectrónica y la nanotecnología, comparables a las producidas por los láseres. La posibilidad de obtener radiación con una frecuencia del rango de terahercios permitirá usar sasers para mediciones de alta precisión, obtener imágenes tridimensionales de macro, micro y nanoestructuras, cambiando las propiedades ópticas y eléctricas de los semiconductores a alta velocidad.
Aplicabilidad de los sazers en el campo militar. Sensores
El formato del entorno de guerra determina la elección del tipo de sensores que son más efectivos en cada caso. En aviación El principal tipo de equipo de reconocimiento es el radar (radar), que utiliza longitudes de onda milimétricas, centimétricas, decimétricas e incluso de metros (para radares terrestres). El campo de batalla terrestre requiere una alta resolución para la identificación precisa de objetivos, que solo se puede obtener mediante un rango óptico de reconocimiento. Por supuesto, los radares también se usan en la tecnología terrestre, así como los medios de reconocimiento óptico se usan en la aviación, pero sin embargo, el sesgo a favor del uso prioritario de un cierto rango de longitud de onda, dependiendo del tipo de formato del medio de guerra, es bastante obvio.
Las propiedades físicas del agua limitan significativamente el rango de propagación de la mayoría de las ondas electromagnéticas en el rango óptico y de radar, mientras que el agua proporciona condiciones significativamente mejores para el paso de las ondas de sonido, lo que llevó a su uso para el reconocimiento y la orientación de armas de submarinos (submarinos) y buques de superficie (NK) en el caso de si estos últimos están luchando contra un enemigo submarino. En consecuencia, los principales medios de reconocimiento de los submarinos se convirtieron en sistemas de sonar (SAC).
HAC puede usarse tanto en modo activo como pasivo. En modo activo, el GANCHO emite una señal de sonido modulada y recibe una señal reflejada por un submarino enemigo. El problema es que el adversario puede detectar la señal del HACK mucho más lejos de lo que el HAC mismo captará la señal reflejada.
En modo pasivo, el HAC "escucha" los ruidos que emanan de los mecanismos de un barco submarino o enemigo, y detecta y clasifica objetivos en función de su análisis. La desventaja del modo pasivo es que el ruido de los últimos submarinos disminuye constantemente y se vuelve comparable al ruido de fondo del mar. Como resultado, el alcance de detección de los submarinos enemigos se reduce significativamente.
Las antenas HAC son conjuntos discretos por fases de forma compleja, que consisten en varios miles de convertidores piezocerámicos o de fibra óptica que proporcionan la recepción de señales acústicas.
A la izquierda está la antena receptora esférica del Irtysh-Amphora SAC del Proyecto ruso 885 (M) Submarinos nucleares multipropósito (ICAPM), a la derecha hay una antena HAC en forma de herradura con un LAB (arco de gran apertura) de submarinos nucleares modernizados tipo Virginia (NPS) modernizados.
Hablando en sentido figurado, los HAC modernos se pueden comparar con radares con matrices de antenas pasivas en fase (PFAR) utilizadas en aviones de combate.
Se puede suponer que la aparición de sasers permitirá la creación de HAC prometedores, que se pueden comparar condicionalmente con radares con antenas de matriz en fase activa (AFAR), que se han convertido en un sello distintivo de los últimos aviones de combate.
En este caso, el algoritmo de operación de SAC prometedores basados en emisores láser en modo activo se puede comparar con la operación de radares de aviación con AFAR: será posible generar una señal con un patrón de radiación estrecho, para garantizar una falla en el patrón de radiación de la fuente de interferencia y su propia interferencia.
Quizás, se implementará la construcción de hologramas acústicos tridimensionales de objetos que pueden transformarse para obtener una imagen e incluso la estructura interna del objeto en estudio, lo cual es extremadamente importante para su identificación. La capacidad de generar radiación dirigida dificultará que un adversario detecte una fuente de sonido cuando el HAC esté en modo activo para detectar obstáculos naturales y artificiales al mover submarinos en aguas poco profundas y detectar minas marinas.
Debe entenderse que el entorno acuático afectará significativamente el "haz de sonido" en comparación con la forma en que la atmósfera afecta la radiación láser, lo que requerirá el desarrollo de sistemas de alto rendimiento para la orientación y corrección de la radiación láser, y esto en cualquier caso no será como un "haz láser" - La divergencia de la radiación saser será mucho mayor.
Aplicabilidad de los sazers en el campo militar. Arma
A pesar de que los láseres aparecieron a mediados del siglo pasado, su uso como armas para la destrucción física de objetivos se está convirtiendo en una realidad solo ahora. Se puede suponer que el mismo destino espera a los sasers. Al menos, los "cañones de sonido" similares a los que se muestran en el juego de computadora "Command & Conquer" tendrán que esperar mucho, mucho tiempo (si es que la creación de tales es posible).
Cañones de sonido del juego de computadora "Command & Conquer"
Dibujando una analogía con los láseres, se puede suponer que los complejos de autodefensa se pueden crear en el futuro sobre la base de sasers, similares en concepto al complejo de defensa de la aviación rusa L-370 "Vitebsk" ("Presidente-S"), diseñado para contrarrestar misiles dirigidos a la aeronave con cabezales de referencia infrarrojos utilizando una estación de supresión optoelectrónica (SES), que incluye emisores láser, cegando el misil de referencia.
Complejo de defensa aerotransportada L-370 "Vitebsk" ("Presidente-S") con un diodo emisor de luz
A su vez, el complejo de autodefensa aerotransportado de submarinos basado en emisores láser se puede utilizar para contrarrestar el torpedo y las armas mineras del enemigo con guía acústica.
Hallazgos
El uso de sazers como medio de reconocimiento y armamento de submarinos prometedores es muy probable que sea al menos a mediano plazo, e incluso distante. Sin embargo, los fundamentos de esta perspectiva deben formarse ahora, creando una reserva para futuros desarrolladores de equipos militares prometedores.
En el siglo XX, los láseres se convirtieron en una parte integral de los sistemas modernos de reconocimiento y designación de objetivos. A comienzos de los siglos XX y XXI, un luchador sin radar con AFAR ya no puede considerarse el pináculo del progreso tecnológico y será inferior a sus competidores con un radar con AFAR.
En la próxima década, los láseres de combate cambiarán radicalmente la cara del campo de batalla en tierra, agua y aire. Es posible que los sazers no tengan menos impacto en la apariencia del campo de batalla submarino a mediados del siglo XXI.
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