Verwenden von Lasern, um Kugeln zu stoppen

Es gibt zwei Möglichkeiten, die Kugel mit einem Laser zu stoppen, Verdampfung (wodurch die Kugel aufgrund des Luftwiderstands ihren Schwung verliert) und Ablation (wodurch Material von der Oberfläche gesprengt wird, um sie zu verlangsamen).

Für den Zweck dieser Antwort gehen wir davon aus, dass eine Kugel eine Geschwindigkeit von 1000 m/s hat und 4 Gramm wiegt ( 5,56 mm x 45 NATO ), und die Kugel muss innerhalb einer Entfernung von 100 m (0,1 s) gestoppt werden.

Verdampfung

Unter Verwendung der Verdampfungs-, Schmelz- und spezifischen Wärme von Blei aus dieser Seite werden ~ 3400 J benötigt, um die Kugel um 2000 Grad zu erhitzen, und weitere ~ 3,5 kJ, um die Kugel zu schmelzen und zu verdampfen. Wahrscheinlich wird ein weiterer Weg erforderlich sein, damit der Bleidampf seinen Impuls abbauen kann.

Dies erfordert eine Ausgangsleistung von$\text{6.9kJ/0.1s = 69kW}$der Kraft, die der Kugel zugeführt wird. Die tatsächlich erforderliche Laserleistung hängt von der Effizienz des Lasers und davon ab, wie gut die Wärmeübertragung erfolgt. Wenn es lange dauert, bis sich der Bleidampf aufgelöst hat, kann es erforderlich sein, mehr Leistung bereitzustellen, um ihm die Zeit zu geben, sich zu zerstreuen.

Abtragung

Dieses Papier gibt spezifische Geschwindigkeitsänderungen für Laser ablatierendes Material an. Es werden keine Werte für Kupfer (FMJ) oder Blei (Hohlspitze) angegeben, daher wurde Aluminium als nächstliegendes Material für die Laserablation verwendet.

Diese Veröffentlichung zitiert die vorherige Veröffentlichung und schlägt vor, dass die Ablationsraten in der Größenordnung von 0,01 bis 0,1 lagen$\text{J m}^{-1} \text{ s g}^{-1}$nach Einheitenumrechnung.

Unter der Annahme einer Ablationsrate von 0,1$\text{J m}^{-1} \text{ s g}^{-1}$, es wird dauern$\text{40kJ/0.1s = 400kW}$der gesamten Laserleistung, um die Kugel zu stoppen.

Die tatsächliche Art des Stoppens der Kugel scheint von der relativen Leistung des Lasers abzuhängen. Ein Puls mit hoher Intensität (MW-Bereich) begünstigt tendenziell die Ablation, während ein Puls mit relativ geringer Intensität/höhere Materialabsorption eher die Verdampfung begünstigt.

Mit einem ausreichend starken Laser können Sie die Kugel fast sofort verdampfen.

Abgesehen davon gibt es nicht viel zu sagen, jemand anderes könnte versuchen zu berechnen, wie viel Kraft Sie benötigen, um einen solchen Effekt auf einen Strahl mit dem Durchmesser zu erzeugen, der erforderlich ist, um die gesamte Kugel abzudecken. Aber anstelle eines Zauns könnten Sie so etwas wie einen kleinen Anti-Projektil-Laser ausprobieren. Sie benötigen eine Möglichkeit, Kugeln zu erkennen und zu verfolgen, und einen Laser auf einem Kardanring mit ausreichend schneller Reaktionszeit, um die Kugel zu verfolgen, und ausreichender Kraft über die Reichweite, um sie schnell zu verdampfen. Wenn Sie einen Zaun verwenden, müssen Sie die gesamte Höhe mit Laserstrahlen abdecken und Laserquellen übereinander stapeln. Dies bietet dem Laser möglicherweise nicht genügend Zeit, um es vollständig zu verdampfen, oder diese Einschränkung kann die Verwendung von weniger leistungsstarken Lasern ausschließen.