Welche Wellenlänge elektromagnetischer Energie eignet sich am besten zum Einbrennen in den Rumpf eines Panzers?

Schritt eins: Absorption. Wählen Sie eine Wellenlänge, die von der Atmosphäre nicht stark absorbiert wird. Dies bedeutet ungefähr jede Wellenlänge, die ein Tier sehen kann, da sich diese Wellenlängen am besten durch eine Atmosphäre ausbreiten.

Hier ist ein hilfreiches Diagramm aus diesem Papier .

Die meisten Dinge, die nicht sichtbar sind, werden stark von der Atmosphäre absorbiert ... im Allgemeinen Sauerstoff auf der linken Seite des Diagramms und Wasserdampf auf der rechten Seite

UV und längerwelliges IR (oder fernes IR) sind ebenfalls etwas unerwünscht, da sie leicht einen atmosphärischen Zusammenbruch verursachen und helle Plasmastreifen in der Luft erzeugen, die Ihre Position verraten und die gesamte Energie aus dem Strahl saugen.

Schritt zwei: Streuung . Streuung ist wellenlängenabhängig. Bei der Rayleigh-Streuung ist die Menge der gestreuten Energie proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge, was rotes und nahes IR-Licht für Laser, die in einer Atmosphäre verwendet werden, dringend empfiehlt.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Streuung mit cleveren Lasertricks zu verbessern, aber als Ausgangspunkt zeigt Ihnen dies die entscheidende Einschränkung.

Schritt drei: Reichweite und Emittergröße. Die Fokussierfähigkeit Ihres Lasers wird durch viele Faktoren begrenzt, aber sie alle untermauern die Beugung. Die Beugungsgrenze kann modelliert werden durch$S \propto \frac{R\lambda}{D}$Wo$S$ist die Punktgröße am Ziel,$R$ist die Reichweite zum Ziel und$D$ist der Durchmesser des endgültigen optischen Elements (wahrscheinlich ein Spiegel).

Um Ihr Ziel zu töten, möchten Sie den Strahlungsfluss am Ziel maximieren ... die Menge an Energie pro Flächeneinheit. Durch die Verwendung eines grünen 500-nm-Lasers anstelle eines 1000-nm-Nah-IR-Lasers reduzieren Sie die Punktgröße am Ziel um den Faktor zwei. Dadurch wird die Punktfläche um den Faktor 4 verringert , was bedeutet, dass der grüne Laser bei einer bestimmten Entfernung viermal schädlicher ist als der Infrarotlaser oder bei doppelter Entfernung die gleiche Schadenskapazität hat.

Der letzte Schritt besteht daher darin, alle notwendigen Kompromisse einzugehen ... erhöhte Reichweite und Strahlungsfluss bei kürzeren Wellenlängen gegenüber erhöhten Energieverlusten aufgrund von Streuung. Dies wird stark von den Entfernungen beeinflusst, auf denen Sie kämpfen möchten, und davon, wie groß Sie bereit sind, die Mündung Ihres Lasers zu machen.

14 Megawatt sind 14 Megajoule pro Sekunde [snip] 14 Megajoule entsprechen etwa zwei Dritteln der Detonation einer Panzerabwehrmine oder etwa 3 1/3 Kilogramm TNT.

Die Energie eines chemischen Sprengstoffs wird in sehr kurzer Zeit freigesetzt, was bedeutet, dass der Spitzenleistungspegel sehr hoch ist. Sie haben die Pulslänge Ihres Lasers nicht angegeben ... diese 14 MJ, die über eine ganze Sekunde abgegeben werden (Spitzenleistung 14 MW), haben deutlich andere Auswirkungen als beispielsweise 10 Pulse mit jeweils 1,4 MJ, die über eine Millisekunde abgegeben werden (Spitzenleistung 1,4 GW). ).

Luke Campbell hat einen Laser-Schadensrechner geschrieben ... obwohl er besonders altmodisch aussieht und etwas benutzerunfreundlich ist, ist er ziemlich leistungsfähig. Ich schlage vor, Sie spielen damit, um herauszufinden, welche Art von Strahl- oder Impulsleistung Sie benötigen, wie groß eine Punktgröße erforderlich ist, und überlegen Sie dann, wie groß Ihr Laser sein muss, um diese Punktgröße bei 10 km zu erzeugen.

Infrarot.

https://news.usni.org/2020/05/22/video-uss-portland-fires-laser-weapon-downs-drone-in-first-at-sea-test

Das Problem für Ihr Unterfangen ist Streuung. 10 km sind ein langer Weg. Kürzere Wellenlängen haben mehr Energie, aber sie streuen mehr. Längere Wellenlängen sind weniger energiereich, aber weniger anfällig für Streuung. Infrarot verwendet lange Wellenlängen, die von Zielen als Wärme absorbiert werden, und genau das möchten Sie, um ein Loch zu schmelzen. Infrarot ist das, was die derzeitigen Militärlaser verwenden, obwohl diese viel weniger leistungsstark sind als das, was Sie vorschlagen.

Eine interessante Sache - bestimmte Frequenzen im Infrarotbereich streuen weniger als andere. Das wusste ich nicht! Ihr Laser sollte alle diese Frequenzen enthalten, denke ich, nach der Theorie, nicht alle Eier in einen Korb zu legen.

Navy Shipboard Lasers for Surface, Air, and Missile Defense: Background and Issues for Congress, 12. Juni 2015

Es gibt bestimmte Lichtwellenlängen (dh „Sweet Spots“ im elektromagnetischen Spektrum), bei denen die atmosphärische Absorption durch Wasserdampf deutlich reduziert ist.8 Laser können so konstruiert werden, dass sie Licht an oder in der Nähe dieser Sweet Spots emittieren, um ihre potenzielle Wirksamkeit zu maximieren . Die Absorption wächst im Allgemeinen mit der Entfernung zum Ziel, was sie im Allgemeinen weniger zu einem potenziellen Problem für Operationen mit kurzer Reichweite als für Operationen mit größerer Reichweite macht.

Laser, die für den potenziellen Einsatz an Bord von Schiffen entwickelt werden, erzeugen Licht mit Wellenlängen im nahen Infrarotbereich des Spektrums. Sweet Spots in diesem Teil des Spektrums umfassen Wellenlängen von 0,87 Mikrometer, 1,045 Mikrometer, 1,24 Mikrometer, 1,62 Mikrometer, 2,13 Mikrometer und 2,2 Mikrometer. (Andere Quellen, wie das in Fußnote 7 zitierte Forschungspapier, geben etwas andere Zahlen für Sweet-Spot-Wellenlängen an, teilweise abhängig davon, ob der Sweet-Spot nur für Wasserdampf oder für mehrere Quellen atmosphärischer Absorption und Streuung gilt.)

Aber warum nahes Infrarot? Warum nicht fernes Infrarot? Ist es bei den längeren Frequenzen eine geringere Energie und kein erhöhter Vorteil hinsichtlich einer geringeren Streuung? Ich weiß die Antwort darauf nicht, würde mich aber interessieren, wenn es jemand weiß.