Ray-Gun Reality: Inside Two 'Star Wars'-Projecten

{h1}

Tel laserwapens nog niet mee. Het potentieel van wapens die met precisie over enorme afstanden schieten, is veel te militair aantrekkelijk

Voor een visie op oorlog was het bijna elegant. De rook en stank en oorverdovende munitie zou worden vervangen door onzichtbare bundels gericht licht. Gewijzigde 747-jets, uitgerust met laserwapens, zouden ballistische raketten afvuren terwijl ze nog steeds honderden kilometers verwijderd waren van het raken van onze grond. Kanonnen met "gestuurde energie" zouden inkomende raketten met de snelheid van het licht onderscheppen, de explosieven in de ruimte opwarmen en ervoor zorgen dat ze uiteen barsten in de lucht.

En dit was geen overblijfsel van Star Wars visionairs uit het Reagan-tijdperk. Dit waren moderne plannen, amper tien jaar geleden gestart, die niet in een verre toekomst gerealiseerd zouden worden, maar binnenkort. In de woestijn van New Mexico bij de White Sands Missile Range heeft de Tactical High Energy Laser van het Amerikaanse leger tientallen Katyusha-raketten en -mortieren neergeschoten. In 2004 startten de aannemers van de luchtmacht met het testen van het chemisch aangedreven balkwapen voor een retrofit 747, de Airborne-laser.

Toen begon de realiteit en deze recente pogingen om slagveldlasers te gebruiken, zagen er plotseling zo verdoemd uit als Star Wars. Het genereren van de megawatt aan laservermogen die nodig was om een ​​raket te laten ontploffen vereiste honderden liters giftige chemicaliën - ethyleen, stikstoftrifluoride. De wapens werden omvangrijk. Erger nog, na een paar opnames zouden de lasers opnieuw moeten worden geleverd met een nieuwe batch reagentia. De logistiek van het transporteren van die gifstoffen door de lucht of over een slagveld maakte generaals rillingen. En vragen bleven hangen over hoe effectief de stralen in stof en regen zouden doordringen. Vorig jaar heeft het leger zijn Tactical High Energy Laser-project geannuleerd, en sommigen denken dat de wild-overgebleven 747-balk met een overschot de volgende keer kan zijn.

Maar reken nog geen laserwapens. Het straalpistoolpotentieel van wapens die met precisie over enorme afstanden schieten, is veel te militair aantrekkelijk, vooral in een tijd waarin Amerikaanse soldaten guerrilla-vijanden bevechten die snel naar de achtergrond smelten. "Als ik een menigte kon bereiken en een of twee doelen kon raken zonder een wolk stof of een geweer te schieten - als ik lange tijd kon schieten, zonder ooit opnieuw te moeten laden", zegt majoor generaal Bradley Lott van het korps, "dat is iets waar het Marine Corps van de Verenigde Staten heel, zeer geïnteresseerd in zou zijn."

Maar als chemische lasers het niet kunnen afsnijden, wat maakt straaloorlogvoering dan een realiteit? Het antwoord is tweeledig. Ten eerste beseft het Pentagon langzaam dat als het resultaten wil, het zijn verwachtingen moet verlagen. Schiet eerst mortels neer, bijvoorbeeld raketten. Maar belangrijker is dat in de energieke, beloftevolle laboratoria van twee voormalige collega's die dachten dat hun dromen over lasertriomie al jaren geleden waren gestorven, opnieuw twee technologieën van de Star Wars verleden-solid-state en vrije-elektronenlasers op de markt kwamen.

Springen naar lichtsnelheid

Lasers werken allemaal op ongeveer dezelfde manier: exciteer bepaalde soorten atomen en lichtpartikels - fotonen - stralen uit. Reflecteer dat licht terug in de opgewonden atomen en er verschijnen meer fotonen. Maar in tegenstelling tot een gloeilamp, die in elke richting gloeit, reist deze tweede reeks fotonen slechts in één richting en in de buurt van de eerste. En in plaats van te schijnen in elk deel van het spectrum, is laserlicht allemaal dezelfde golflengte, die afhankelijk is van het "versterkingsmedium" - het type atomen - dat u gebruikt om de straal te genereren. Schijn genoeg van het gefocuste licht en de dingen beginnen te branden.

De eerste laserproeven in de jaren 1960 gebruikten robijnrode kristallen als het versterkingsmedium. Maar solid-state lasers zoals deze konden oorspronkelijk niet meer produceren dan een paar honderd watt aan vermogen. Dat is prima voor oogchirurgie. Het neerhalen van een raket - zoals het leger eerst droomde om te doen - vergt miljoenen watt aan kracht, daarom hebben onderzoekers hun inspanningen gericht op de uiteindelijk mislukte chemisch aangedreven lasers.

Er is nog een andere soort laser, die geen grote kuipen met giftige chemicaliën vereist, geen kristallen - geen enkele hoeveelheid medium om zijn straal te genereren. Het wordt een vrije-elektronenlaser (FEL) genoemd en het gebruikt een turbocharged stroom van elektronen om zijn reactie te starten. Deze vorm van laser domineerde het Star Wars nationale raketafweerprogramma; het was het bijna mythische beest dat wetenschappers George Neil en Bob Yamamoto samen zwoegden voor defensie-aannemer TRW.

Het was verlamd door hoge vermogensverwachtingen. Maar Neil, de hoofdwetenschapper van het project, en Yamamoto, een projectingenieur, waren echte gelovigen. Ze dachten dat met voldoende onderzoek een vrije-elektronenlaser echt in staat zou zijn om een ​​rogue raket te stoppen. En de doorbraken die vereist zijn in atomaire fysica, optica en supergeleiding zouden verregaande voordelen hebben, zelfs als een ICBM nooit is opgevolgd. Maar na 10 jaar en een half miljard dollar aan investeringen piekte de vrije-elektronenlaser in het laboratorium van TRW met een schamele 11 watt - een tiende van wat een gloeilamp genereert.

Na nog een aantal jaar leidinggevenden te blijven beloven 10, 20 megawatt aan vermogen, trok het Pentagon uiteindelijk de stekker in 1989 en Star Wars ging in een vlam van legendarische proporties ten onder. Neil had vooral een hekel aan de manier waarop de roekeloze projecties het programma hadden verdoemd en zijn ideeën over gerichte energie veranderden in een lachertje. Op wetenschappelijke conferenties voor jaren daarna zou Neil pleiten voor het doen herleven van gratis-elektronenonderzoek. "Mensen dachten dat we gek waren en de technologie was niet haalbaar," zegt hij. "En op het blote bewijs, hadden ze gelijk."

Bob Yamamoto bleef intussen vijftien jaar na het fiasco van Star Wars uit de buurt van militaire projecten. Hij ging aan het werk voor Lawrence Livermore National Laboratory, TRW's partner in de vrije-elektronenlaser, en bouwde magneten voor hoogenergetische fysica-experimenten. Het lab stond in de buurt van Berkeley, Californië, waar hij was opgegroeid en naar de universiteit was gegaan, dus de omschakeling gaf hem de kans om te blijven racen en importauto's - Toyotas en Datsuns - te herbouwen met zijn oude maatjes. In de garage en in het lab ontwikkelde Yamamoto een reputatie voor het maken van dingen die hard konden worden uitgevoerd. Vanwege dit en zijn eerdere laserervaring werd hij in 2003 afgetapt om Livermore's $ 50 miljoen Pentagon-gefinancierde solid-state laserproject uit te voeren. De technologie, eens zo onhaalbaar bevonden, werd opgewekt met meer gemeten voortgangsverwachtingen. Yamamoto voelde zich net zo op zijn gemak met solid-state technologie als met vrije-elektronenlasers, en het bleek een intrigerende terugkeer in het veld. "Gerichte energiewapens, ze zijn al meer dan 30 jaar beloofd", zegt hij. "Ik wil de eerste zijn die zegt: 'We hebben ervoor gezorgd.' "

Onder het geweer

De munitie in Yamamoto's nieuwe solid-state laser is een set van vierkante vierkante vierkante vierkante platen getint met de geringste zweem van paars. Ze zijn precies wat je zou verwachten als je de kanonnen aan boord van de Enterprise of de Millennium Falcon aandrijft.

Een tijdschrift van deze transparante platen is echter niet bepaald oneindig; voor elke 10 seconden die ze afvuren, hebben ze minstens een minuut nodig om af te koelen. Maar de platen-keramiek doordrenkt met het element neodymium, de atomen die, wanneer ze worden geëxciteerd, de fotonen produceren die uiteindelijk de laserstraal worden - kunnen nooit worden leeggemaakt van hun potentie. En ze zijn een stuk minder gedoe dan grote, chemische kuipjes. Ze zijn een grote reden waarom de machine van Yamamoto in een enkel lab van 30 voet lang samendrukt. Het is niet moeilijk je voor te stellen dat het hele ding in een kleine vrachtwagen is verpakt en mortieren uit de lucht gooit. "Ik heb lang over implementatie nagedacht," zegt Yamamoto.

Een laser in vaste toestand zoals hij kan nu gedeeltelijk in een oorlogsgebied terechtkomen omdat de balk voor energiewapens is neergelaten. Het afstralen van een ICBM van 100 mijl verderop vereist megawatts aan licht. Solid-state lasers zullen misschien nooit zo krachtig worden. Maar een mortier van een kilometer verderop opwarmen tot de explosieven binnenin ontploffen - dat kost maar 100 kilowatt.

Yamamoto komt dichterbij. Hij pronkt met tientallen blokken van koolstofstaal en aluminium, elk twee centimeter lang en een centimeter dik. Overal brandwonden en gaten. Eén blok, gemarkeerd met "6-6-05", is bijna volledig verwrongen door een paar depressies van een halve dollar. Een touw van vroeger gesmolten metaal steekt uit de bodem. "Kun je het geloven?" Vraagt ​​Yamamoto met een dreunende teneur en een grote, jongensachtige grijns. Hij ziet er veel jonger uit dan zijn 50 jaar. "Het is net alsof je een zaklamp schijnt, en dingen smelten! Het is belachelijk!" De Livermore-laser, naar voren geschoven door grotere gain-medium platen en verhoogde pulssnelheden, trof in maart 2005 45 kilowatt aan vermogen. Dat is meer dan drie keer zoveel als de laser drie jaar eerder kon doen.

Maar er is een nerveuze spanning in het laboratorium op de dag dat ik op bezoek kom. Elk van de platen is omgeven door een reeks van 2.880 lichtgevende dioden, zoals die in een wekkerradio. Wanneer ze schijnen, wekken ze de atomen in de doorzichtige keramische composieten op en beginnen ze aan de laserkettingreactie. Het probleem is dat hoe meer de dioden gloeien, hoe meer de temperatuurverschillen de kwaliteit van de straal verslechteren. De infraroodstraal - onzichtbaar voor het blote oog - begint een deel van zijn kwaliteit te verliezen. Dat is slecht, omdat het Pentagon een mooie, strakke straal wil zien, evenals een krachtig exemplaar. En het team testers van het Ministerie van Defensie is hier aanstaande dinsdag. Het bezoek zal grotendeels bepalen of het Livermore-team het geld krijgt om de volgende laser te maken: een machine met een vermogen van 100 kilowatt en wapens.

Dus Yamamoto's team maakt last-minute aanpassingen aan de "adaptieve optieken" -spiegels met meer dan 200 actuators die ze buigen om te compenseren voor vervormingen in de straal. Yamamoto is beleefd verontschuldigend. "Het spijt me, maar we zitten onder het vuur", zegt hij terwijl onze vergadering ten einde loopt.

Wringt door

George Neil is niet zo gehaast als ik hem een ​​paar dagen later ontmoet. De dunne, 58-jarige 'death race'-hardloper - hij voltooide onlangs een 78-mijl ultramarathon door de Canadese Rockies - is al meer dan een kwart eeuw op zoek naar een laser met vrije elektronen. Het zal nog een paar jaar duren voordat hij er een heeft die zo sterk is als de solid-state machine van Yamamoto. Dus hij heeft tijd om me rond te leiden in zijn laboratorium in de Thomas Jefferson National Accelerator Facility van het Department of Energy in Newport News, Virginia.

Hij opent een paar magnetisch afgedichte deuren. Binnen is een 240-voet lange wirwar van koperen leidingen, rubberen slangen en stalen buizen van een dozijn verschillende maten. Bijna alles is ontworpen om één ding te doen: massaal krachtige elektronenpulsen genereren, met een snelheid van 99,999 procent de lichtsnelheid. De elektronen haasten zich door nauwkeurig getimede microgolfvelden en verzamelen onderweg kracht en snelheid. Vervolgens wordt de elektronenbundel door een "wiggler" gestuurd, een reeks van 29 magneten die de elektronenstroom op en neer buigen. In het proces emitteren de elektronen fotonen - en de laser kettingreactie begint. Dit is het versterkingsmedium van Neil, zijn antwoord op Yamamoto's platen en de giftige gassen van de chemische laser, en het is door het vermogen en de kwaliteit van deze elektronenbundel te vergroten dat Neil zijn technologie verder ontwikkelt.

De "afstembaarheid" van de FEL heeft het leger geïnteresseerd in de eerste plaats.De meeste lasers verliezen kracht als ze zich verplaatsen - en worden opgenomen door de atmosfeer. Een beetje regen maakt het alleen maar erger. Maar een FEL kan de beste golflengte door de lucht gebruiken. En het "oneindige tijdschrift" wordt niet leeggemaakt. Geen wonder dat Los Alamos National Laboratory associate director Doug Beason het de Heilige Graal van lasers noemt. Maar kan iemand het doen?

Na Star Wars, ultramarathonlid Neil zijn tijd afwachtend en zelfbewust, wachtend op de technologie in te halen. Vijf jaar lang werkte hij hier in Jefferson Lab aan een gigantische deeltjesversneller. De directeur van het lab beloofde dat hij de FEL nadien zou kunnen bouwen. Eindelijk, in 1995, toen het tijd was om de machine samen te stellen, ontwierpen Neil en zijn team een ​​nieuwe FEL die een enkele kilowatt licht zou produceren - niet de supersterke laserers die in de jaren '80 werden beloofd. In 1999 braken ze de recordvermogensniveaus van het Star Wars-model FEL honderdvoudig. In 2003 raakte de nieuwe FEL 10 kilowatt, nog een record. "Ik heb altijd geloofd dat de technologie daar zou komen", zegt Neil met een tevreden grijns, "als we hanteerbare stappen met redelijke doelen namen."

En nu heeft Neil de aandacht van het leger opnieuw. Het ministerie van Defensie investeert $ 14 miljoen per jaar in de machine. Er wordt gesproken over het uiteindelijk uitrusten van de volgende generatie destroyers van de marine met vrije-elektronenlasers. Tegenwoordig hebben de schepen niet het precisiewapensysteem om raketaanvallen en aanvallen van kleine boten te stoppen, zoals het soort Al-Qaeda dat tegen de VS wordt gebruikt. Cole in 2000. Een laser kan de klus wel aan. En alleen een vrije-elektronenlaser kon worden afgestemd om door de zilte zeelucht te snijden.

In december krijgt Neil goed nieuws. De marine heeft zich op een grote manier gecommitteerd aan de verbeterde FEL: $ 180 miljoen voor een achtjarige samenwerking met meerdere teams. "Er staat nog veel uitdaging te wachten", schrijft hij, "maar we zijn in ieder geval begonnen."

Toch zijn Neil's gevoelens een beetje bitterzoet. De resultaten kwamen ook voor de solid-state lasercompetitie van het Pentagon - en zijn oude vriend en collega Bob Yamamoto verloor het spel. Het geld om een ​​solid-state laser van het wapen in het lab te bouwen gaat in plaats daarvan naar een team bij Northrop Grumman.

Het ontwerp van Northrop was niet zo heel anders dan dat van Yamamoto, maar in plaats van de vier grote doorzichtige platen in de kern van Yamamoto's machine, baseert Northrop zich op verschillende kleinere kristallen. Minder energie concentreert zich op individuele kristallen, dus er zijn minder onvolkomenheden in de straal. "Ik sta er versteld van hoeveel kracht we krijgen van een stuk glas ter grootte van een stuk kauwgom", zegt Jeffrop-programmaleider Jeff Sollee, een 30-jarige geregisseerde energieveteraan, meest recentelijk met de laatste opdracht van de defensie-aannemer. groot chemisch-laserprogramma, de Tactical High Energy Laser. Het Pentagon heeft Sollee 33 maanden de tijd gegeven om zijn machine naar het slagveld te brengen.

Yamamoto, ondertussen, blijft rustig zijn laser tweaken, ondanks het besluit van het Pentagon tegen hem. Hij heeft geleerd dat er in dit bedrijf alles kan gebeuren. "Voorlopig houden we een extreem laag profiel aan," zegt hij. "Maar we zijn nog niet klaar."

Noah Shachtman bewerkt defensetech.org, een blog over militaire technologie.


Video Supplement: ★ Homemade Laser Death Star 20000mW Ray Gun.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com