تسلیحاتی لیزری چگونه عرصه جنگ را متحول می‌کنند؟ / ایران پیشتاز علوم لیزر و فوتونیک

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، در جهان پر از تهدید که قدرت‌های قلدر علنی دیگر ملت‌ها را تحریم و برای پذیرش خواسته‌هایشان وادار کرده و با اعمال زور به سوءاستفاده از دانش و فناوری در جهت تحمیل ارده خودشان می‌پردازند؛ ملت‌هایی که استعداد خدادی لازم در جهت فراگیری علوم را دارند برای ساخت امکان دفاع برپایه دانش تلاش می‌کنند.

استفاده از علوم و فناوری‌های نوین از جمله در عرصه فوتونیک، هوش مصنوعی و کوانتوم مثل یک راه میانبر زمینه را برای جبران مسیر عقب‌مانده گذشته جبران خواهد کرد. یکی از زیرشاخه‌های فوتونیک، فناوری لیزر است. در این گزارش به کابردهای آن در حوزه نظامی خواهیم پرداخت.

لیزر (Laser) که مخفف عبارت «تقویت نور توسط تابش تحریک شده» است، یک فناوری است که در آن نور با ویژگی‌های خاص تولید می‌شود. در لیزر، نور معمولاً به صورت پرتو‌های متمرکز و با طول موج خاص تولید می‌شود که برای کاربرد‌های مختلفی از جمله درمان‌های پزشکی، برش و جوشکاری، ارتباطات و حتی در دستگاه‌های رایانه‌ای استفاده می‌شود.

در ایران پنجم دی روز لیزر به نام علی جوان نامگذاری شده است. مناسبتی که برای نامگذاری این روز در نظر گرفته شد، مصادف با روز تولد وی می‌باشد.

جالب است بدانید که اولین لیزر گازی جهان توسط یک دانشمند فیزیکدان ایرانی به نام علی جوان در سال ١٩۶١ اختراع شد. فعالیت در حوزه علوم طبیعی و فیزیک در تمام این سال‌ها در میان دانشمندان ایرانی پیوسته ادامه داشته است.

برپایی نخستین سمینار لیزر جهان در ایران

در سال ۱۹۷۱ بسیاری از فیزیکدانان جهان، از جمله علی جوان، چارلز هارد تاونز (برنده جایزه نوبل فیزیک)، الکساندر میخایلوویچ پروخورف، (برنده جایزه نوبل فیزیک)، سرجیو پریرا پورتو، نیکولاس برومن برگن، بوریس استوچف، پییریاکویی نوت، رایموند کیدر، آرتور لئونارد شالو… و ده‌ها فیزیکدان دیگر به ایران آمدند و در نخستین سمپوزیوم لیزر (سمپوزیوم در فیزیک بنیادی و کاربردی لیزر)، شرکت نمودند.

نخستین سمپوزیوم لیزر جهان در ایران، سپتامبر ۱۹۷۱، اجتماع ۷۰ نفری فیزیکدانان جهان

ایران هموراه در عرصه علوم طبیعی و فیزیک جزو نقاط کانونی تربیت دانشمندانی بوده که خدمات متقابل بسیاری به این عرصه ارائه کرده‌اند.

در ادامه این گزارش از نزدیک نگاهی به یکی از دستارهای دانش فیزیک یعنی «لیزر» خواهیم انداخت.

نحوه کار لیزر چگونه است؟

۱. پمپ انرژی: ابتدا انرژی (معمولاً از یک منبع خارجی مانند برق یا نور) به ماده فعال لیزر منتقل می‌شود. این ماده می‌تواند از نوع‌های مختلفی باشد، مانند گاز، مایع یا جامد.

۲. تحریک اتم‌ها یا مولکول‌ها: انرژی وارد شده باعث تحریک اتم‌ها یا مولکول‌های ماده فعال می‌شود، به طوری که الکترون‌ها در داخل اتم‌ها از حالت پایه (کم انرژی) به حالت برانگیخته (پر انرژی) منتقل می‌شوند.

۳. پراکندگی فوتون‌ها: وقتی این الکترون‌ها به حالت برانگیخته رسیدند، به سرعت انرژی اضافی خود را به صورت فوتون (ذره نور) منتشر می‌کنند. این فوتون‌ها می‌توانند دیگر الکترون‌های برانگیخته را تحریک کنند، که به این ترتیب فوتون‌های بیشتری تولید می‌شود.

۴. تقویت نور: در داخل محفظه لیزر، این فوتون‌ها به صورت مکرر از دو آینه در انتهای محفظه بازتاب داده می‌شوند. یکی از آینه‌ها کاملاً بازتاب‌دهنده است و دیگری نیمی از فوتون‌ها را از خود عبور می‌دهد، بنابراین پرتو لیزر از آن خارج می‌شود. این فرایند باعث تقویت نور می‌شود.

۵. انتقال پرتو لیزر: در نهایت، پرتو نور تقویت‌شده از محفظه لیزر خارج می‌شود و به صورت متمرکز و با شدت بالا، آماده استفاده می‌شود.

ویژگی‌های نور لیزر:

- همگن بودن: تمامی فوتون‌ها دارای طول موج یکسان و فاز مشابه هستند.

- متمرکز بودن: پرتو لیزر معمولاً متمرکز و باریک است.

- شدت بالا: نور لیزر به طور معمول شدت بالایی دارد.

کاربرد‌های لیزر شامل پزشکی، برش و جوشکاری، ارتباطات فیبر نوری، خواندن و نوشتن در دیسک‌های نوری و بسیاری از زمینه‌های دیگر است.

لیزر می‌تواند کاربرد‌های نظامی داشته باشد و در حال حاضر در حال توسعه و استفاده در زمینه‌های مختلف نظامی است. برخی از کاربرد‌های لیزر در نیرو‌های نظامی عبارتند از:

۱. سلاح‌های لیزری (Directed Energy Weapons)

سلاح‌های لیزری با انرژی مستقیم (DEWs) یکی از مهم‌ترین کاربرد‌های لیزر در حوزه نظامی هستند. این سلاح‌ها از پرتو‌های لیزری با توان بالا برای تخریب یا از کار انداختن اهداف دشمن استفاده می‌کنند. این کاربرد‌ها می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

- سرنگونی موشک‌ها و پهپادها: لیزر‌های با توان بالا می‌توانند موشک‌ها یا پهپاد‌های دشمن را در مسیر پروازشان هدف قرار دهند و آنها را نابود کنند. این نوع سلاح‌ها می‌توانند تهدیدات هوایی را بدون نیاز به مهمات فیزیکی از بین ببرند.

- آسیب به تجهیزات نظامی: لیزر می‌تواند به سیستم‌های الکترونیکی دشمن آسیب برساند. برای مثال، یک لیزر با انرژی بالا می‌تواند سیستم‌های راداری، دوربین‌ها یا حتی سیستم‌های ارتباطی دشمن را تخریب کند.

۲. دفاع هوایی

در دفاع هوایی، لیزر‌های با قدرت بالا می‌توانند به عنوان ابزاری برای مقابله با تهدیدات هوایی مانند موشک‌های بالستیک یا هواپیما‌های بدون سرنشین (پهپادها) استفاده شوند. این سلاح‌ها می‌توانند در مدت زمانی کوتاه به هدف اصابت کنند و آن را از بین ببرند.

۳. سیستم‌های دفاعی علیه موشک‌های بالستیک

یکی از مهم‌ترین کاربرد‌های لیزر در نیروی دفاعی، استفاده از آن در سیستم‌های ضد موشک است. سیستم‌های لیزری می‌توانند با شلیک به سمت موشک‌های بالستیک، آنها را در طول مسیر پروازی نابود کنند. این نوع سیستم‌ها قادرند تهدیدات را با سرعت بسیار بالا و دقت زیاد شناسایی و از بین ببرند.

۴. رابط‌های ارتباطی امن

لیزر می‌تواند برای برقراری ارتباطات نظامی امن نیز استفاده شود. ارتباطات لیزری، به دلیل تمرکز بالای نور، می‌توانند سیگنال‌هایی با پهنای باند بالا و امنیت زیاد ایجاد کنند. این نوع ارتباطات می‌تواند در سیستم‌های ارتباطی نظامی حساس استفاده شود.

۵. لیزر برای شبیه‌سازی و آموزش نظامی

لیزر‌ها در شبیه‌سازی‌های آموزشی و رزمایش‌های نظامی برای شبیه‌سازی شلیک سلاح‌ها و آموزش‌های هدف‌گیری استفاده می‌شوند. این شبیه‌سازی‌ها می‌توانند در ارزیابی عملکرد سربازان و تجهیزات مختلف نظامی به کار روند.

۶. کمک به سیستم‌های راداری و هدف‌یابی

لیزر‌ها در سیستم‌های راداری و هدف‌یابی نیز کاربرد دارند. لیزر‌های با طول موج خاص می‌توانند به عنوان بخشی از سیستم‌های شناسایی و هدف‌یابی برای شلیک دقیق به سمت اهداف مورد استفاده قرار گیرند. لیزر‌ها می‌توانند دقت در شلیک را بهبود دهند و کمک کنند تا هدف به طور صحیح شناسایی و نابود شود.

مزایای لیزر در کاربرد‌های نظامی:

- دقت بالا: لیزر به دلیل متمرکز بودن نور، می‌تواند به دقت بالایی به اهداف برخورد کند.

- سرعت بالا: لیزر با سرعت نور حرکت می‌کند، بنابراین زمان پاسخ بسیار کوتاه است.

- هزینه پایین برای استفاده مجدد: برخلاف مهمات معمولی که باید دوباره تأمین شوند، لیزر‌ها می‌توانند بار‌ها و بار‌ها مورد استفاده قرار گیرند.

- عدم نیاز به مهمات: سلاح‌های لیزری نیازی به مهمات فیزیکی ندارند، که این امر هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد.

- توانایی استفاده در شرایط مختلف: لیزر‌ها می‌توانند در شرایط مختلف مانند شب و روز، یا در محیط‌های دشوار عملکرد کنند.

چالش‌ها و محدودیت‌ها:

- نیاز به انرژی بالا: یکی از چالش‌های بزرگ سلاح‌های لیزری نیاز به تأمین انرژی زیاد است. برای عملکرد مؤثر این سلاح‌ها، باید منابع انرژی عظیمی فراهم شود.

- محدودیت‌های جوی: لیزر‌ها در شرایط خاص جوی مانند مه، گرد و غبار یا باران ممکن است کارایی کمتری داشته باشند، زیرا پرتو لیزر می‌تواند پراکنده شود.

- تکنولوژی در حال توسعه: بسیاری از سلاح‌های لیزری هنوز در مرحله تحقیق و توسعه هستند و در حال حاضر در میدان جنگ به طور گسترده استفاده نمی‌شوند، هرچند که پیشرفت‌هایی در این زمینه صورت گرفته است.

لیزر‌ها به عنوان سلاح‌های نوین در حال تبدیل شدن به یکی از ابزار‌های مهم در دنیای نظامی هستند. با توجه به ویژگی‌هایی مانند دقت، سرعت، و هزینه‌های پایین عملیاتی، این تکنولوژی می‌تواند آینده‌ی نبرد‌ها را دگرگون کند، هرچند که همچنان نیاز به توسعه و رفع چالش‌های فنی وجود دارد.

سلاح‌های لیزری و دانش پلاسما ارتباط نزدیکی دارند، زیرا لیزر‌ها و پلاسما در بسیاری از کاربرد‌های نظامی و علمی از اصول فیزیکی مشابهی استفاده می‌کنند.