Wo liegen die Grenzen von Laserwaffen im Weltraum?

Es hängt von der Macht ab, die auf Sie abgefeuert wird.

Herkömmliche Spiegel reflektieren nicht zu 100 %. Sie reflektieren normalerweise etwas mehr als 90 % des auftreffenden Lichts, was bedeutet, dass etwa 10 % dieser Leistung absorbiert oder übertragen werden.

Wenn Sie mit einem mW-Laser angegriffen werden, sind 10 % davon Peanuts, und Sie müssen sich keine Sorgen machen.

Wenn Sie mit einem Petawatt-Laser (10 bis 12 Watt) angegriffen werden, erhalten Sie so etwas wie Gigawatt Leistung, und Sie sollten sich darüber besser Sorgen machen.

Sie können das Reflexionsvermögen der Spiegel mit Metamaterialien wie DBR auf bis zu 99,999 ... % verbessern , aber diese haben eine starke Richtwirkung. Dies bedeutet, dass Sie entlang einer bestimmten Richtung 99,999 ... % des Lichts zurückreflektieren, aber wenn Sie von dieser Richtung abweichen, könnten Sie dem Laser so gut wie nackt gegenüberstehen.

Und vergessen Sie nicht, dass Sie auch den reflektierten Strahl mitnehmen müssen. Du willst nicht von einer Reflexion getroffen werden, oder?

Zu Ihren Gunsten haben Sie die Entfernung, aus der der Laser abgefeuert wird: Laserstrahlen sind trotz hoher Kollimation nicht perfekt kollimiert. Sie haben noch einige Milliradian Divergenz, was dafür sorgt, dass über kosmische Distanzen die Kraft über eine große Fläche verteilt wird. Als Referenz: Beim Lunar Ranging Experiment, bei dem ein Laser auf die Spiegel geschossen wird, die von den Apollo-Missionen auf der Mondoberfläche hinterlassen wurden (400.000 km Entfernung, etwas mehr als 1 Lichtsekunde), erreicht der Laser die Oberfläche des Mondes verteilt sich auf einer mehrere Kilometer breiten Scheibe und seine Leistung pro Flächeneinheit nimmt proportional ab.

Ich bin davon ausgegangen, dass ein Laser eine effektive Waffe auf kurze Distanzen wäre, dass ein Impuls die Hüllenpanzerung verdampfen kann.

"Kurze Reichweite" ist eine schwierige Sache zu quantifizieren. Es hängt sehr stark von Ihren eigenen Annahmen und Anforderungen auf dem technischen Niveau ab, und da Sie uns diese nicht mitgeteilt haben, kann ich nicht wirklich spekulieren. Je kürzer die Wellenlänge, desto schicker Ihre Optik, desto größer die Reichweite Ihrer Laser. Sie können dies mehr oder weniger per Hand winken, um es Ihren eigenen Zwecken anzupassen, und etwas zwischen Hunderten von Kilometern und Lichtsekunden auswählen.

Ein bombengepumpter Laser kann beispielsweise eine Reichweite von nur 100 km (was eher der Reichweite einer praktischen Casaba-Haubitze entspricht) oder bis zu 10000 km haben, abhängig von der Qualität und Effizienz Ihrer Laserstäbe und der Effektivität Ihrer Targeting-System.

Darüber hinaus war ich davon ausgegangen, dass ein Laser ziemlich wirkungslos wäre, da er nur das Ziel erhitzen könnte.

Eine sanfte Erwärmung durch Röntgenstrahlen ist möglicherweise nicht ganz dasselbe wie eine sanfte Erwärmung durch eine Wärmelampe. Ich sag bloß' ;-)

Ich erinnere mich, irgendwo gehört zu haben, dass etwa 20 % der Energie, die in einen Laser gesteckt wird, als Abwärme verloren geht,

Ein Laser mit einer Effizienz von 80 % ist nicht unplausibel, könnte aber durchaus als extrem effizient angesehen werden . Es gibt einige Diodenlaserdesigns, die diesen Wirkungsgrad erreichen, aber viele andere Arten von Lasern, insbesondere Designs mit sehr kurzer Wellenlänge oder sehr kurzen Impulsen, haben einen geringeren Wirkungsgrad. (Die oben erwähnten bombengepumpten Laser sind vielleicht nur zu 2% effizient, aber wenn Sie sie mit einer Megatonnenbombe pumpen und tausend davon verwenden, ist die Ineffizienz kein so großes Problem ...)

Kann ich reflektierende Hüllen als Verteidigung gegen Laser auf große Entfernung verwenden?

Es wird einen Bereich geben, in dem der einfallende Strahl juuuuuust intensiv genug ist, um Ihre Rüstung zu schmelzen, aber wenn Sie ihn zuerst ein wenig poliert haben, ist alles in Ordnung. Dies hängt natürlich davon ab, ob der Strahl tatsächlich reflektierend ist ... im fernen UV- und kürzeren Wellenlängenbereich (z. B. bombengepumpter Röntgenlaser) wird dies etwas schwierig, da Ihre Elektronen abfallen , aber für sichtbares Licht könnten Sie damit durchkommen.

Laser arbeiten definitionsgemäß mit einer einzigen Wellenlänge

Generell ja. Es ist möglich, die Wellenlänge eines Freie-Elektronen-Lasers um einen kleinen Betrag einzustellen, begrenzt durch die verfügbare Optik. Ein FEL für sichtbares Licht könnte zum Beispiel ziemlich einstellbar sein. Es ist auch möglich, mehr als einen Laser oder einen Laser mitzuführen, der frequenzverdoppelt werden kann (so wie heutige kommerzielle Nd:YAG-Laser im nahen IR einen KDP- Kristall verwenden können , um mit einiger Effizienz sichtbares grünes Licht zu erzeugen kosten). Die Ausgangsleistung von Ti-Saphir- Lasern kann bis zu einem gewissen Grad zwischen 650 und 1100 nm eingestellt werden.

Solange das Material diese bestimmte Wellenlänge reflektiert, würde ich davon ausgehen, dass dies der Fall ist.

Sie können hocheffiziente dielektrische Spiegel herstellen , aber sie neigen dazu, in einem sehr spezifischen Wellenlängenband effizient zu sein. Sie sind teuer (viel teurer als dumme Rüstungen) und empfindlich (Abrieb durch Mikrometeorit-Schäden macht sie unbrauchbar) und sind gegen Laserlicht einer ungeeigneten Wellenlänge weitgehend wirkungslos.

Darüber hinaus erhalten Sie bei effektiver Tötungsreichweite sehr hohe Laserintensitäten und interessante nichtlineare optische Effekte, was bedeutet, dass das Reflektieren von 99,99% des einfallenden Lichts einfach nicht ausreicht und Ihre Spiegeloberfläche in einer Nanosekunde explodiert und nutzlos sein.

Oh, und es könnte ausreichen, Sie mit ein paar bombengepumpten Lasern auf größere Reichweite einzufetten, um Ihre Panzerung gegen konventionelleres Laserfeuer unwirksam zu machen.

Aus diesen Gründen sind sie wahrscheinlich keine gute Wahl für die Panzerung von Kriegsschiffen.

Mit anderen Worten, hilft es, mein Schiff mit Alufolie zu tapezieren?

Es wird insofern helfen, als wenn Sie Sachen zwischen Sie und ihren Laser stellen, werden Sie ein kleines bisschen länger am Leben bleiben, wenn die Dinge anfangen, nach Süden zu gehen. Meistens möchten Sie etwas sehr Feuerfestes , weil Sie möchten, dass Ihre Rüstung auch aus nächster Nähe nützlich ist, wenn Sie einfach nicht genug von der Hitze reflektieren können, um sicher zu sein, und etwas brauchen, das vor dem Verdampfen so viel Energie wie möglich absorbiert .

Eine Form von Kohlenstoff ist wahrscheinlich am besten. Bor wird auch funktionieren, aber es ist viel seltener und Sie werden vielleicht feststellen, dass es andere, bessere Anwendungen dafür gibt. Ein Gewebe aus Kohlenstoffnanoröhrchen ist hier wahrscheinlich das Beste, da es einem Aufreißen durch Explosionseffekte widersteht. Auf jeden Fall werden diese Materialien auch gegen andere Arten von Energiewaffen nützlich sein. Vielleicht könnten einige härtere Einschlüsse (vielleicht irgendeine Form von Hyperdiamant) gegen kinetische Energiewaffen helfen, sofern alles hilft.

Reflektierende Oberflächen tragen immer dazu bei, einen Teil der Energie abzulenken, jedoch ist kein Material in der Lage, 100 % zu reflektieren, und ein Teil dieser Energie wird immer absorbiert. Selbst wenn Sie also eine zu 99,99999 % reflektierende Oberfläche haben, absorbieren Sie immer noch ein kleines bisschen Energie, was der Hauptpunkt ist.

Ein Laser ist leistungsstark, weil er eine anständige Energiemenge auf einen sehr sehr kleinen Bereich fokussieren kann. Sagen wir aus Gründen der Argumentation, ich habe 1 Watt (nicht sicher, ob dies die richtige Einheit ist) auf 1 m ^ 2 verteilt. Wenn ich das auf 0,5 m ^ 2 fokussieren kann, habe ich plötzlich das Äquivalent von 4 Watt Leistung an dieser Oberfläche. Wenn ich den Laser auf einen kleinen Punkt fokussiere, erhöhe ich exponentiell die Menge an Energie, die ich auf einen einzelnen Punkt aufbringe. Das Ziel ist es, einen einzelnen Punkt in Ihrer Verteidigung zum Versagen zu bringen oder die reflektierende Oberfläche zu verbrennen, was dann zu einem katastrophalen Versagen Ihres Verteidigungssystems führt. Sie können also Ihr gesamtes Schiff mit Folie abdecken, aber wenn mein Laser nur ein Loch kleiner als eine Stecknadel in diese Folie brennen muss, um Ihr System zu gefährden.

Das Tapezieren von Raumschiffen mit 2-5 mm Aluminium (Stahl wäre viel besser) und aktiver Kühlung erspart Ihnen jeden vernünftigen Laser, wenn Sie Abstand halten.

80 % Verlustleistung gelten nur für Laborlaser. Bei leistungsstarken "Kampflasern" gehen nur 0,1 % - 5 % der Energie an den Strahl. Und der Strahl selbst verliert aufgrund der Beugung mit der Reichweite stark an Energiedichte. Dies bedeutet, dass Morden-Laser im Weltraum mehr Chancen haben, sich selbst zu schmelzen als der Gegner, selbst wenn der Gegner keine Spiegel verwendet.

Ich würde sagen, Spiegel werden als Anti-Laser-Abwehr übertrieben. Eine bessere Verteidigung wäre schwarzes Material mit hohem Schmelzpunkt (wie Titan-Wolfram-Legierungen oder Keramik): Wärmeableitung aufgrund von Strahlung im "kalten" Raum würde es nicht erlauben, ein solches Material mit Laser überhaupt zu schmelzen (hier ist harte Wissenschaft erforderlich). einige feste Aussagen). Und aktive Kühlung und kreative Nutzung des Vakuums halten Sie auf normaler Innentemperatur. Sie können sogar die Energie des Laserstrahls nutzen!

Das, was Laser aus der Entfernung tötet, ist die Strahlstreuung.

Ein Laser breitet sich viel weniger aus als beispielsweise eine Taschenlampe, aber er breitet sich aus. Dadurch sinkt die Energiedichte. Es ist die Energiedichte, die ein Schiff durchbrennt. Wenn die Energiedichte nicht ausreicht, um die Hülle zu beschädigen, erhitzt sie nur das Ziel und, wie Sie bereits sagten, verlieren Sie den Hitzekrieg.

Also sind Dinge, die die Energiedichte verringern oder die zum Schaden benötigte Wärme erhöhen, gut.

Wenn Sie also das Schiff drehen (oder sich einfach viel bewegen), wird die Größe des "Flecks", auf den der Laser trifft, erhöht. Ein Rumpf aus Kurven erhöht auch die Größe des Patches. Nicht funktionierende, reflektierende Projektionen könnten den Schlag erleiden. Etwas Energie würde durch den Schaft der Projektion zum Schiff übertragen, aber ein Großteil der Energie wird zurück in den Weltraum abgeführt. Ich stelle mir ein Schiff vor, das mit Seifenblasen oder Regenschirmen bedeckt ist. :-)

Auch Substanzen mit einem hohen Schmelzpunkt und einer hohen Wärmeleitfähigkeit würden gut funktionieren. Ich denke an so etwas wie eine Diamantbeschichtung, die aber nicht zerbricht, wenn sie von einem Hochgeschwindigkeitsprojektil getroffen wird (obwohl es sehr hübsch aussehen würde, da das Ziel von Glitzern umgeben ist).

Traveler (ein altes Rollenspiel) setzte "Sandkanonen" defensiv gegen Laser ein. Sie würden eine Wolke aus glitzernden Partikeln zwischen sich und den Angreifer schleudern. Solange sie nicht zu viel manövrierten und die Wolke zwischen sich und dem Angreifer hielten, würde sie die Lasertreffer abschwächen.

Welcher Laser?

Es gibt viele Arten von Lasern mit Wellenlängen von Radio-"Masern" bis hin zu ultravioletten "Excimer"-Lasern, die mit dem technologischen Fortschritt potenziell verfügbarer werden. Und es gibt kein bekanntes Material, das all diese Wellenlängen vollständig reflektiert. Beispielsweise weist Aluminium im Infrarotspektrum von 700 nm bis 900 nm einen Abfall in seinem Reflexionsvermögen auf .

Am Funkende des Spektrums: Wenn ein feindliches Schiff oder seine Konstruktionselemente aus elektrisch leitfähigem Material bestehen, das ähnlich groß ist wie die verwendete Maserwellenlänge, wirken sie unweigerlich als Antenne, die Elektrizität erzeugt, was zu EM-Interferenzen, Erwärmung und Lichtbogenbildung führt.

Wenn Sie also ein Multi-Wellenlängen-Array für alle erdenklichen Arten von feindlicher Abschirmung oder einen weit abstimmbaren Laser haben, wäre dies sehr effektiv.

Ich denke, wenn Sie die Schiffswand aus Retroreflektoren bauen, mit einer Schicht aus Material mit hohem Schmelzpunkt darunter, dann haben Sie die perfekte Verteidigung gegen Angriffslaser. Jeder Laser, der auf Ihren Rumpf gerichtet ist, wird zu einem großen Prozentsatz der Energie direkt zurück auf das angreifende Schiff gelenkt. Und die Schicht darunter stellt sicher, dass die Wärme, die absorbiert wird, Ihrem Schiff keinen strukturellen Schaden zufügt.

Andererseits ist die Retroreflektor-Hülle ein Nachteil, wenn der Laser nicht zum Angriff, sondern zum Detektieren und Rangieren (Lidar) verwendet wird. Weil Sie Ihr Schiff für jede solche Technologie perfekt sichtbar machen. In diesem Fall wäre ein perfekt schwarzer Rumpf sinnvoller.

Vielleicht wäre die ideale Verteidigung eine äußere schwarze Schicht, die alle Lidar-Laser absorbiert, aber von angreifenden Lasern schnell weggebrannt wird, und dann darunter eine Retroreflektorschicht für einen automatischen, passiven Gegenangriff und dann als dritte Schicht ein hochhitzebeständiges Material um das Schiff zu schützen.

Die äußere Schicht macht Sie schwer zu finden (wird aber schnell weggebrannt, wenn Sie gefunden und angegriffen werden), die zweite Schicht macht Sie für Angriffe gefährlich (jeder, der Sie angreift, greift effektiv sich selbst an), und die dritte Schicht schützt Ihr Schiff.

Beachten Sie auch, dass es Ihnen nicht hilft, dass der Laser nur eine Wellenlänge hat, da der Angreifer frei wählen kann, welche Wellenlänge er verwendet. Wenn Sie Ihr Schiff vollkommen sicher gegen 400-nm-Laser machen können, hilft Ihnen das nicht, wenn der Angreifer stattdessen mit einem 600-nm-Laser angreift.

Anstelle einer reflektierenden Aluminiumschicht kann man technisch das Prinzip der Gradientenoptikfaser nutzen und mehrere Folien aus transparenten Materialien verwenden, um den Laser entlang der Oberfläche des Rumpfes zu führen und umzulenken. Der Gradient muss so sein, dass der Laser in jedem Winkel funktioniert.

Die einfachste Verteidigung gegen einen Laser wäre spininduzierte künstliche Schwerkraft. Sie bewegen den betroffenen Teil des Rumpfes schnell genug unter den Strahl, um bleibende Schäden zu verhindern oder zumindest zu verhindern, dass Pulslaser zu tief bohren. Denken Sie an einen Kohlenstoffschaum als äußere Schicht. Entweder es entgeht dem Strahl glühend und strahlt die Energie weg, aber ansonsten gut. Oder die poröse Struktur hilft, den Balken innerhalb der Panzerschicht zu halten.

Natürlich sollten Sie sich nicht zu sicher fühlen, wenn Ihre Verteidigung Sie erfolgreich gegen einen überraschend schwachen und schlecht fokussierten Laser verteidigt. Das wäre ein verräterisches Zeichen für einen lasergekoppelten kalten Teilchenstrahl , der Ihr Schiff kurz darauf in einen Korkenzieher schnitzt.