Hol vannak a lézerfegyverek?

A sci-fi filmek visszatérő szereplői a lézerfegyverek, a hadseregekben is már évtizedek óta várják őket, de hol késlekednek?

Lézerágyúk, elektromágneses gyorsítók, könnyű és szupererős testpáncélok, külső vázak (exo-skeleton), hiperszonikus rakéták, nukleáris meghajtású harckocsik és egyéb nyalánkságok. Ezek nem egy sci-fi film látványelemeinek felsorolása, hanem olyan katonai fejlesztések, amiknek már rendszerben kellene állniuk, vagy legalábbis hamarosan bevethetőnek kell(ene) lenniük. A hadviselés forradalmasítását ígérték, drága bukták lettek.


Lézerpisztolyok "tüzelés" közben az 1980-as Battlestar Galactica sorozatból
A legalapvetőbb, és talán legtöbbet emlegetett "szuperfegyver" a lézer. A lézernek sok olyan tulajdonsága van, amely miatt két kézzel kapnak a katonák utánuk. Előszöris a fény sebességével semmisít meg célokat, így földi katonai alkalmazás esetén gyakorlatilag azonnal eléri a célpontot. Tehát nincs szükség "előretartásra" (a cél sebességét figyelembe vett korrekció a célzásnál), a célnak nincs ideje kitérő manőverre, és elvben nem tud fedezékbe sem húzódni, vagy hatásos ellen-tevékenységet folytatni.

A lézer ráadásul gyakorlatilag láthatatlan, hacsak nem törik meg valamin, és a hullámhosszától függően - mivel a legtöbb katonai célú lézer a spektrum infravörös tartományába esik - általában szabad szemmel még így sem észlelhető. Vagyis a célpont megfelelő érzékelők hiányában még csak azt sem tudja pontosan, hogy honnan érte támadás egy lézercsapás után.


Ugyan a lézerekkel már sokan találkozhattak, mint látványelem, viszont valójában füstre is szükség van, hogy megtörjön rajta a sugár
Ezek az előnyök, ám a hátrányokra sem ártana kitérni, abból pedig akad bőven. A lézer esetén a kulcsmomentum a fókusz, vagyis hogy mekkora területre érkezik be a lézernyaláb. Minél kisebb, annál nagyobb az adott területre leadott energiamennyiség. Gyakorlatiasabban ha egy 1 kW-os lézersugár egy egy négyzetméteres területre van fókuszálva, akkor még egy papírhalmot se nagyon lehetne vele meggyújtani, ellenben ha egy négyzetmilliméternél kisebb területre fókuszáljuk, akkor akár fémet is lehet vágni vele.

A lézer elviekben úgy tűnik, hogy ideális hosszú távú fegyver, de a fókusz miatt mégis nagyon nehéz így kezelni. Ha sikerül a fókuszpontban kis helyre összpontosítani a lézer energiáját, nyert ügyünk van, csakhogy itt a gond az, hogy ehhez először pontosan meg kell állapítani a távolságot, utána pedig ennek megfelelően fókuszálni a sugarat. Ehhez nagyon precízen működtethető tükrökre, lencsékre van szükség.


A YAL-1A fő lézerének tornya, és ahogy a lézernyaláb halad benne, hogy végül a célpont felé induljon el
A lézerágyúban létrejövő hatalmas energiákat ugyanis valahogy a cél irányába kellene tornázni, erre pedig elviekben lencse és/vagy tükörrendszert kell igénybe venni. Ezek azonban akármennyire is tiszták, optikai szempontból, bizonyos szintű veszteséget jelentenek, ez az energiaveszteség pedig hővé alakul. Vagyis a lencséket és tükröket hűteni kell, avagy folyamatos tüzelésnél túlmelegedhetnek, ami a tükör/lencse torzulásához vezethet, tehát pontatlanabb lesz, illetve még több energiát nyelhet el. Gondoljunk bele: egy 100 kW-os lézernél az 1%-os veszteség 1 kW hőenergiát jelent!


Egy impulzusüzemű lézervágó berendezés munka közben. A látványos fényjelenséget a túlhevült fém kiterjedéséből keletkező apró fémdarabok okozzák

A lézereknél fontos megemlíteni, hogy a működési elvük alapján két fő változatuk létezik. A "hagyományos", folyamatos üzemű lézer egy nyalábban fejti ki az energiát, rövid idő alatt, ám ez például fémvágásnál hátrányos, hiszen a vágás során keletkező fémgőzök és füst elnyeli a lézer energiáját. Az impulzuslézer ehhez képest olyan, mint valami ütvefúró; egy adag energiát lead a céltárgyon, majd kis szünet, és újabb energialeadás (lézernyaláb) következik. A kétféle lézer hatása is ennek megfelelő. Ha a folyamatos sugárral sikerül nagy energiát kis felületre koncentrálni, akkor olyasmi a hatása, mint egy robbanásnak. Egy köbcenti acél hirtelen 10 000 fokosra hevítve mintegy egy köbméternyi fémgőzt és plazmát hoz létre, ami robbanásszerűen terjed ki. Az impulzuslézer ezzel szemben olyasmi mint egy vágószerszám, "darabolni" lehet vele.


A YAL-1A kémia lézerének működési elve
A létrehozás tekintetében lehetnek a lézerek kémiai reakcióból származóak (kémiai lézer), ahol azonban üzemanyagra van szükség a reakcióhoz. Előnye ennek a rendszernek, hogy már ma is tudunk velük viszonylag nagy energiát létrehozni, a másik előnye pedig az, hogy a reakció folyamán keletkező hő nagy részétől meg tudunk szabadulni úgy, hogy a felhevült reakcióterméket szépen "kidobjuk", kieresztjük.


Egy rubin szilárdtest lézer felépítése
A másik lehetőség a szilárdtest lézer, jelenleg a fejlesztések főleg ebbe az irányba haladnak a katonai lézerfegyverek terén. Itt villanófénnyel vagy lézerrel gerjesztenek valamilyen speciális üvegrudat vagy rubinrudat, amelyben a fotonok koherens fénysugárként kezdenek viselkedni. Ezzel a probléma jelenleg az, hogy az ilyen lézerek energiaszintje egy nagyságrenddel alacsonyabb a kémiai lézerekénél, és a hatásfokuk sem igazán jó, általában alig 10% körül mozog. Ez azt jelenti, hogy egy 100 kW optikai teljesítményű lézer esetén 1 MW elektromos energiát kell befektetni, és ebből 900 kW hővé alakul.

Léteznek még gázlézerek, festéklézerek, amik szintén gerjesztett lézerek, ám ezek katonai alkalmazása (néhány korai példát leszámítva) nem jellemző.


Az NKC-135A repülőgép, az ALL program tesztlaborja
Az ABL (Anti-Ballistic Laser ~ Ballisztikus rakétaelhárító lézer) program eredete az 1970-es évekre vezethető vissza. Az ALL (Airborne Laser Laboratory ~ Légi Lézerlabor), egy átalakított C-135 (a Boeing 707 gépcsalád mostohagyermeke) fedélzetére egy 10 tonnás, 456 kW optikai teljesítményű szén-dioxid lézerágyút szereltek, amellyel kis távolságon belül Sidewinder rakétákat és egy pilóta nélküli drónt sikerült megsemmisíteniük. Az eredmények elsőre tehát igen bizalomgerjesztőek voltak, ám mégis leállították az ALL programot, mert a kiküszöbölésre váró problémák listája bizony nem volt rövidnek nevezhető.

A lézernyaláb optikai rendszeren belül való kezeléskor abszolút tisztaságot követel meg, mivel a nyaláb által eltalált por és más szennyeződést a lencsén szinte felrobban, és megrongálja az optikát. A másik probléma az volt, hogy a légkörben lévő nedvesség és széndioxid egyszerűen elnyeli a lézernyalábot, így csökkenti annak energiáját. A már említett időjárás probléma is belépett: esőben, ködben, felhőben a lézer gyorsan elveszti az energiáját. A harmadik probléma a légkör torzítása; a levegőben lévő hőmérséklet-különbségek nagyon kis mértékben, de megtörik a sugarat, és minél nagyobb a távolság, annál nagyobb mértékű ez a hatás.


Hiába alig valamivel több, mint egy II. Vh-s V2, mégis a mai napig állandó téma a SCUD
Csak 1991 után került újra elő a légi lézer ötlete, immár a ballisztikus rakéták elleni védelemmel kapcsolatban, köszönhetően az Irak által Izraelre kilőtt Scud (illetve Scud-mutáns) rakéták tapasztalata miatt. (Ugyebár a Patriot légvédelmi rakétarendszer az első híradásokkal szemben korántsem volt hatékony vele szemben.)


Fantáziarajz a rakétákra vadászó YAL-1A gépekről. A lézer természetesen a látvány miatt láthatónak lett ábrázolva
Az ilyen helyzetekre az ABL program keretében hozták létre a YAL-1A gépet, amely egy átalakított Boeing 747-es, amelynek fedélzetén egy 1 megawatt energiára képes kémiai lézert helyeztek el. Ez a fegyver 400 kilométeres távolságból mintegy egy négyzetméteres fókuszra képes, melynek még a nagy energiája ellenére is egy vékony alumíniumból készült rakétatest átégetéséhez 3-5 másodperces folyamatos "bevilágításra" van szüksége - mindezt úgy, hogy közben a lézernek végig a rakéta ugyanazon pontjára kell érkeznie!

A célpont külső burkolatának strukturális meggyengülése elég ahhoz, hogy az ekkor már nagy sebességgel haladó, és még mindig gyorsuló rakéta a vibrációk, a gyorsulás ereje és az aerodinamikai hatások miatt a darabjaira tépje magát. Ehhez még hozzá kell tenni, hogy a YAL-1A a felhők szintje felett kell repüljön, és meg kell várnia, amíg az ellenséges területről indított rakéta kiérkezik a felhők takarásából.


A YAL-1A hasán ezeken a nyílásokon át távoznak a reakciótermék gázok
Ez már így sem egyszerű, de a dolgot tovább bonyolítja a lézer üzemanyaga, ami klórgáz, jód, hidrogén-peroxid és kálium-hidroxid. Már a felsorolás sem túl biztató, hiszen mérgező gázokról, erősen toxikus oxidokról beszélünk. Nem is csoda, hogy a YAL-1A személyzetét vegyvédelmi ruhába öltöztették az éleslövészetek alkalmával, ha esetleg egy kifutópályán történő balesetre kerülne sor. Ennél is nagyobb gond, hogy a 4 500 liternyi üzemanyag mindössze hét lövésre ad lehetőséget, és egy utántöltésre való üzemanyag szállításához két C-17A óriás-tehergépre van szükség.


A YAL-1A teljes pompájában - klikk a nagyobb képhez!
A programnak eredetileg 2008-ban hét bevethető YAL-1A hadrendbe állítható géppel kellett volna a csúcspontjára érnie, ám a folyamatos technikai akadályok (például az eredetileg tervezett kémiai reaktorokból egyszerűen nem fért el elegendő a repülőgép gyomrába, majd az üzemanyag-mennyiséget kellett megkurtítani) miatt a költségek elszabadultak, a határidők pedig tarthatatlanná váltak. A végső csapást az adta meg, hogy a hatótávolság is messze kisebb lett, mint eredetileg számolták. A program megálmodásakor úgy vélték, hogy legalább 800 km-ről képes lesz a célpontok megsemmisítésére.


Az első tesztlövés egy ballisztikus rakétára a YAL-1A-val, infravörös tartományban készült videón, így a levegő részecskéit felhevítve látható a lézernyaláb is
A már említett fókuszálás problémáját az ABL esetén a főlézer melletti két másik szilárdtest lézer hivatott orvosolni, az egyik a célpont távolságát méri pontosan, a másik pedig a légköri torzításokat, ezek alapján állapíthatják meg a főlézer fókuszát. A probléma az, hogy még így is csak mintegy 600 km távolságból képes a folyékony hatóanyagú ballisztikus rakétákat megsemmisíteni (ott az üzemanyag berobbanhat), míg a masszívabb szilárd hajtóanyagú rakéták ellen már csak 300 kilométeren belül hatásos. Ilyen közel a rakéták indítási pontjához járőröztetni állandóan egy YAL-1A gépet iszonyatosan kockázatos és költséges, így az egész koncepció összeomlott.


A YAL-1A orra, a nagy energiájú lézer tornya "tárolási" pozicíóban
Az ilyen programoknál "érdekes módon" mindig csak utólag lehet hallani kritikus hangokat. Miután a programot lelőtték, persze megkönnyebbülten nyilatkoztak a légierő tisztjei olyanokat, hogy igazából ők sose látták hogy lesz ebből bevethető, harcképes eszköz, pláne nem úgy, hogy darabja több, mint egymilliárd dollárba kerül, az üzemeltetése pedig évente 100 millió dollárnál is többe.

Lapozz!