Цитата: Доброслав от 19.03.2016 10:11:03Собственно выжимка из дискуссии на ветке: "Наука-которая-продолжает-как-то-тикать-хотя-количество-идиотов-только-растет":
Камрад,
Вопрос распространения лазерного излучения через атмосферу весьма непрост и заслуживает не одной лекции. Извиняюсь за научное занудство, но истина требует жертв (С - не моё). Если же кратко и тезисно, то примерно так:
1) Удачные испытания Боингом лазера самолётного базирования в 2010-2011 годах уже должно намекать на то, что лазерный луч таки доходит до цели, причём с мощностью, достаточной для сжигания пикапа. А это уже не мало. Хотя для бронетехники не достаточно - вполне переживёт продемонстрированные в 2010 и 2011 годах мощности, и даже экипаж не поджарится.
2) Очень важный момент - длительность лазерного излучения. Когда разговор заходит о запредельных мощностях типа МВт и выше, то это - для импульсного излучения (при длительностях импульса как минимум в наносекундном диапазоне, а то и короче). Когда мощности зимеряются десятками сотнями кВт, то это - непрерывное излучение, когда лазер светит столько времени, сколько оператор держит нажатой кнопку пуска. Так вот, военные лазеры - как правило, непрерывного действия.
3) Диаметр лазерного пуска определяется многими параметрами. Я указал 5 см в моём комментарии к посту камрада Урфина, но это - нереально малый даиметр. Как правило, лазерные пучки для военных приложений - от 10 см в диаметре и более. Отсюда получаем при максимуме в 200 кВт мощности, что плотность мощности (она же - интенсивность на жаргоне лазерных дел мастеров) не превышает примерно 2,55 кВт на кв. см. Запомним пока эту цифру.
4) При прохождении через атмосферу есть несколько главных эффектов, снижающих мощность лазерного пуска: линейное (не зависит от интенсивности лазерного излечения) рассеяние и поглощение; нелинейное (зависит от интенсивности лазерного излучения) рассеяние; нелинейные эффекты типа самофокусировки; пробой воздуха. Давайте пройдёмся по ним кратко.
4А) Нелинейное рассеяние, а также всякие самофокусировки при интенсивности 2,55 кВт на вк. см настолько пиписечные, что можно о них забыть. Например, коэффициент керровской нелинейности воздуха (он командует самофокусировкой) - порядка 10 в минус 14 степени вкадратных см на Вт. Сами умножите его на полученную в пункте 3 плотность мощности и получите поправку к показателю преломления. Чтобы набрать необходимую для самофокусировки поправку к фазе (порядка Пи/2) при таких нелинейных добавках к показателю преломления, пучку надо пройти в воздухе расстояние около 10000000000 см = 100000000 м = 100000 км. Нет, это не до Луны, это всего в 3 раза ближе, чем до Луны. Размеры поля боя прикинете сами и можете их сопоставить с этим расстоянием. Боинг в 2011 году стрелял с высоты не более 10 км - в 10 раз меньше того, что надо для самофокусировки.
4Б) Для пробоя воздуха и формирования плазменного канала нужны плотночти мощности порядка ГВт на кв. см. Сравниваем с цифирькой в пункте 3 и видим, что военный лазер непрерывного действия даёт почти в миллион раз меньше интенсивности. Так что пробой воздуха по Райзеру тоже откладываем в сторону.
4Г) Остались линейные эффекты поглощения и рассеяния от туманов, флуктуаций плотности паров воды, от дыма горящих покрышек и пр. А вот эти эффекты как раз и будут наиболее эффективно работать и снижать доставляемую к цели мощность. Но есть и против них некоторые приёмы - см. пункт 5.
5) Важный момент - пучок, дойдя до цели, должен не расплыться в десятки раз, а должен остаться сфокусированным и достаточно небольшого диаметра (чтобы не понижать и так небольшую плотность мощности). Для этих целей работает адаптивная оптика, бум которой прошёл в 1990-е года, в том числе, и за счёт вывезенных из развалившегося СССР разработок советских учёных и инженеров. Современные адаптивные зеркала могут подстаивать свою кривизну и форму так, чтобы компенсировать искажения пучка, причём делается это довольно быстро - с разрешением по времени на уровне десятков наносекунд как минимум. То есть, скомпенсировать локальное облачко тумана такая система сможет. НО у любой адаптивной оптики есть ограничение по абсолютной величине компенсируемых искажений лазерного пучка. То есть, против дыма горящих покрышек адаптивная оптика бессильна.
6) Проблема разрушения оптических элементов лазера по ходу его работы остаётся самой главной из проблем, ограничивающих мощность военных лазерных систем. В США с 1969 года проходит ежегодная конференция, посвящённая сугубо проблеме разрушения оптических компонентов лазерных систем лазерным же излучением (примерно тогда же началась аналогичная конференция и в СССР). За последние 48 лет достигнут существенный прогресс в этой области, но окончательное решение этой проблемы уже 40 с лишком лет успешно ускользает от учёных и инженеров.
ТАк что Локхиды с Боингами обещают 60 кВт, а не 200 кВт от того, что пока так и не получается сделать линзы и зеркала, которые выдерживали бы такие мощности непрерывного лазерного излучения.
Как-то так получается, если коротЕнько на одну страничку.
По Вашей ссылке я понял, что спецам на ветке "Как оно тикает" все эти технические мелочи давным-давно известны.
ТАк что туда даже и не рискую скопировать этот пост - опасаюсь, что закидают тапками.
ПыСы. Забыл добавить. Самофокусировка, которая описана в цитате комрада Добронрава, называется мелкомасштабной. Она может развиться, если в сечении пуска возникнет правильная неоднородность оптического отклика, например, капелька влаги. Но механизмы самофокусировки при интенсивностях в несколько кВт на квадратный см будут медленными, поэтому адаптивная оптика их отловит и успешно скомпенсирует на ранней стадии развития самофокусировки. Это как бы раз. И как бы два. Формирование пучков для распространения на большие расстояния (больше лабораторных 2-3 метров) происходит с помощью фазовых масок (это такие специальные стекляные пластины, на которые нанесены некие загадочно выглядящие кружочки
), которые дают так называемые супер-гауссовы пуски. В них распределение интенсивности по сечению пуска сильно близко к букве П (вместо традиционного пуска с пиком интенсивности в центре сечения), что сурово снижает вероятность самофокусировок. Правда, эти самые фазовые маски являются одним из самых слабых оптических элементов в лазерах. В общем, сплошная засада на пути создания световых мечей а-ля "звёздные войны".
Отредактировано: Любопытствующий4 - 21 мар 2016 05:12:22
Во многия мудрости - многия печали.