Agyő, ágyú! Pár év múlva a harctereken lesznek a lézerfegyverek

Lézerfegyverekkel vívott csata a Star Trekben. Közel az az idő... © PC Dome

Működő lézerfegyverek máris vannak, csak éppen nem alkalmasak rá, hogy harci körülmények között is használják őket. Egy 2004-ben végrehajtott kísérletben például az amerikai hadsereg az új-mexikói sivatagban katyúsa-rakéták (sorozatvető lövedékek) tucatjait lőtte le egy nagyenergiájú taktikai lézerágyúval, míg a légierő megbízásából egy Jumbo jetet fegyvereztek fel kémiai lézerekkel, s tettek eredményes kísérleteket ellenséges célpontok elpusztítására.

A lézerfegyverek legnagyobb problémája pillanatnyilag, hogy a rakéták vagy másfajta ellenséges eszközök elpusztításához szükséges akár több megawattnyi energiát hordozó lézersugár előállításához igen terjedelmes berendezések szükségesek. Az említett kísérletben szereplő kémiai lézerek működtetéséhez több ezer liternyi mérgező anyagra, etilénre és nitrogén-trifluoridra van szükség. Ráadásul néhány lövés után az eszközt fel kell tölteni újabb adag reagenssel. Ez már elég ok volt arra, hogy a jelenleg egyetlen hatásos megoldást fejlesztő programot a hadsereg törölje, s hasonló sors vár a légierő lézeresített Jumbojára is.

Ez azonban nem jelenti, hogy a lézerfegyvereknek is bealkonyult volna. A katonák fantáziáját ugyanis változatlanul birizgálja, amit a lézer lenne képes megadni nekik. A sugárfegyver ugyanis óriási távolságokból precízen pusztíthatna el ellenséges objektumokat, képes lenne a terroristákat úgy kilőni – akár akkor is ha tömegben vegyülnek el –, hogy másoknak nem okoznának sérülést, a robbanások nem okoznának felesleges anyagi károkat, ráadásul hosszú ideig lehetne magszakítás és újratöltés nélkül tüzelni.

De ha a kémiai lézerek nem használhatók a harctereken, vajon mi helyettesítheti sikeresen őket? A csillagháborús erőfeszítésekből két olyan technológia maradt fenn, amelyek sikeres katonai pályát futhatnak be: a szilárdtest-lézerek és a szabad elektron lézerek.

A nevükből is következően (laser – light amplification by stimulated emission of radiation – stimulált kibocsátásos sugárzással erősített fény) a lézerek mindegyike lényegében a következőképpen működik: Meghatározott fajtájú atomokat gerjesztenek, aminek következtében részecskéket, fotonokat sugároznak ki. Ez a fény visszaverődik a gerjesztett atomokra, amelyek még több fotont kezdenek ezáltal kisugározni, de szemben egy villanykörtével, amely mindenfelé szétszórja a fényt, itt a másodlagosan létrejövő sugárzás csak egy irányba indul el, s a fotonok mintegy libasorban követik egymást. Ráadásul ahelyett, hogy ez a fény minden spektrumában világítana, csak egyetlen hullámhosszon terjed, ami pedig a gerjesztett anyagtól, azt atom fajtájától függ. Az így keletkező sugár annyira fókuszált, hogy az útjába kerülő anyagokat – ha nem elég ellenállóak – képes elégetni.

Az első lézerkísérletekre az 1960-as években került sor rubin kristályok felhasználásával. De az effajta szilárdanyag-lézerek csak pár század watt energia hordozására voltak képesek. Ez például remekül szolgál a szemsebészetben, de nem a harctereken, ahol több millió wattos eszközök lehetnek csak hatásosak. Éppen ez vezette a kutatókat a már említett, de katonai célokra más okok miatt használhatatlan kémiai lézerek irányába.

Van azonban egy harmadik megoldás is, amihez nem kellenek sem kristályok, sem tartálykocsinyi mennyiségű mérgek. Az úgynevezett szabad elektron lézerek (free electron laser – FEL) szinte misztikus hatalmat ígértek a csillagháborús erőfeszítések kezdetekor. A Popular Science című amerikai folyóirat szerint e projekt két hérosza, George Neil és Bob Yamato a hadsereg beszállító cége, a TRW zászlója alatt igen messzire jutottak a kutatásokban. De a program két vezetőjének hite akkor nagyobb volt a sikerben, mint ez előrejutás realitása. Tíz év kutatás és félmilliárd dollár elköltése után a TRW laboratóriumában elkészült eszköz szánalmas 11 wattos fénynyalábot tudott előállítani. Ez tizede annak, amit egy közönséges villanykörte előállít.

Bár a szakemberek pár év további kutatás esetére 10-20 megawattos energianyalábot ígértek, a Pentagon 1989-ben mégis kirántotta a szőnyeget a program alól. Néhány évvel később egy konferencián Neil bevallotta, hogy a technológia a külső szemlélők számára megvalósíthatatlannak tűnt, s a tények alapján alighanem igazuk volt.

Bob Yamato a csillagháborús program fiaskója után a Lawrence Livermore laboratóriumban kapott lehetőséget munkája folytatására, s többek között olyan mágnesek kifejlesztésébe fogott, amelyekkel felerősíthette a szabad elektron lézerek sugárzási energiáját. Új projektjére 2003-ban 50 millió dollárt kapott a Pentagonon keresztül.

Csillagászati lézer munkában. Hamarosan a lövetornyokban is megjelenik © NASA

Yamato azonban mostanában leginkább egy újfajta szilárdtest lézerel hívta fel magára a figyelmet. Ennek „lőszere” egy mindössze tenyérnyi igen halványan bíborszínűre színezett, de átlátszó kerámia szerű anyagból készült táblácska. Első ránézésre senkinek sem jutna róla eszébe, hogy ez lenne a majdani csillaghajók kimeríthetetlen ellátmánya. De a tár majdnem végtelen mennyiségű lövésre alkalmas, tíz másodpercenként képes tüzelni, de időnként egyperces szüneteket kell tartania, hogy lehűlhessen.

A kerámialapokba neodímium részecskéket öntöttek bele, ezeket az atomokat gerjesztik, hogy megindítsák a fotonsugárzást, s kialakuljon a lézernyaláb. A lövések azonban sohasem lesznek képes lecsapolni a táblácskák sugárzási potenciálját. Mivel nincs szükség hatalmas tartályokban tárolt mérgező anyagokra a rendszer működtetéséhez, Yamato az egész szerkezetet könnyedén elhelyezhette egy mindössze 9 méter hosszú laboratóriumban. Ami azt jelenti, hogy végső formájában a lézerágyút akár egy teherautó is hordozhatja. A szilárdtest lézerek sohasem fogják elérni a több megawattnyi energiaszintet, ami ahhoz kellene, hogy egy rakétát több száz kilométerről lelőjön, de arra nagyon is alkalmas, hogy a harctéren egy tüzérségi üteget megsemmisítsen azáltal, hogy a környékén tárolt robbanóanyagokat felmelegíti. Ehhez ugyanis elegendő lehet 100 kilowattos energiaszint is.

Yamato kísérletei igen előrehaladottak már. Tavaly márciusban egy a korábbiaknál nagyobb méretű kerámiatáblával 45 kilowattos energia kibocsátást ért el, ami háromszorosa annak, amit a lézerek három évvel korában produkálni tudtak. Ez az energiamennyiség már elegendő ahhoz, hogy fémet olvasszon, vagy átüssön acél vagy alumínium lemezeket.

A további fejlesztések legnagyobb problémáját az energetizáló táblák körül felszerelt 2880 fénykibocsátó dióda hőkibocsátása jelenti. Minél több dióda ég ugyanis a kerámiakompozit-táblában lévő atomok gerjesztése és az erőteljesebb lézer- láncreakció érdekében, annál több hőt bocsátanak ki, ez viszont rontja a lézernyaláb minőségét, mert növekszik a szétszóródó fény mennyisége. Ha ezt a problémát sikerül megoldani, akkor elérhető közelségbe kerül a 100 kilowattos lézerágyú létrehozása.

A lézerfegyverek fejlesztésének másik úttörője George Neil a amerikai energiahivatal virginiai laboratóriumában Newport Newsban dolgozott tovább, s egy igen különös szerkezetet hozott létre. A szabad elektron lézer életre hívása egy összesen több mint 70 méter hosszú gumival borított réz- és tucatnyi különféle átmérőjű és hosszúságú acélcsőből álló bonyolult rendszerrel kezdődik, amelynek minden eleme egyetlen célt szolgál, hogy masszív elektronlöketeket hozzon létre, s az elektronokat felgyorsítsa a fénysebesség 99,999 százalékára. Az elektronok átszáguldanak precízen hangolt mikrohullámú tereken, s itt gyűjtik össze az energiát és a sebességet. Aztán a sugárzás áthalad egy 29 mágnesből álló szerkezeten, amely össze-vissza görbíti az elektronpászmát, s ennek következtében az elektronok fotonokat adnak le, s kialakul a lézer-láncreakció.

Az al-Kaida csónakos robbantásának eredménye az USS Cole oldalán. Lézerágyúval távoltarthatták volna őket © navy.mil

A hadseregnek azért tetszik ez a megoldás, mert a lézerfény a légkörön áthaladva veszít az erejéből, s ha az időjárási körülmények kedvezőtlenek, akár használhatatlanná is válik. A FEL azonban megoldja ezt a problémát, mert mindig olyan hullámhosszon sugározhat, ami az adott körülmények között a legjobb. S természetesen ebből sem fogy el a lőszer soha.

A Neil és csapata által kifejlesztett szabad elektron lézer 2003-ban elérte a 10 kilowattos energiaszintet Ez elég volt ahhoz, hogy a Pentagon évi 14 millió dolláros fejlesztési hozzájárulást folyósítson ez eszköz fejlesztésére. Az az elképzelésük, hogy a flotta következő generációs rombolóit már ilyen fegyverekkel szerelik fel. A hajóknak uyanis jelenleg nincs olyan precíziós fegyverük, amellyel megállíthatnának e rájuk kilótt rakétát, vagy elsüllyeszthetnének egy kics csónakot. Márpedig az al-Kaida 2000-ben végrehajtott eredményes csónakos támadása az adeni kikötőben a USS Cole hadihajó ellen azt mutatja, hogy erre szükség lenne. A FEL pedig a párás tengeri időjárási körülmények között is működőképes volna. Tavaly decemberben e megfontolások alapján a haditengerészet jóváhagyott egy nyolc évre szóló 180 millió dolláros költségvetésű projektet, amelynek a végén készen kellene állnia annak a lézerfegyvernek, amelyeket rendszerbe állíthatnak.

A szilárdtest lézerek fejlesztése is folytatódik, de a nagy pénzt egyelőre nem Yamato, hanem a világ egyik legnagyobb fegyvergyártó konszernje a Northrop Grumman kapja. Az általuk használt megoldás nem sokban különbözik Yamatóétól, de nem nagyobb kerámialapokat, hanem sok kisebb kristályt használnak. Mivel kevesebb energia koncentrálódik egy-egy kristályban, így a zavarok mértéke is kisebb, s jobb a lézernyaláb minősége. A programot egy másik lézertechnológiai veterán, Jeff Sollee vezeti, aki már a nagy energiájú kémiai taktikai lézerek fejlesztésén is dolgozott a csillagháborús programban. Solee mindössze 33 hónapot kapott, hogy előállítsa a harctéren is megfelelő erejű lézert.

Így aztán minden jel arra utal, hogy 2010 és 2013 között megjelenhetnek az első rendszerbeállított lézerfegyverek a szárazföldi és a tengeri harctereken egyaránt. Agyő ágyú!