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    Como funcionam as armas laser
    Este jovem poderia usar sua arma laser para atordoar um oponente? Veja mais fotos de laser. Arquivo Lambert / Hulton / Imagens Getty p Você pode tê-los visto em "Star Wars, " "Jornada nas Estrelas, "e outros filmes e programas de ficção científica. The X-wing fighters, a Estrela da Morte, a Millennium Falcon e a Enterprise usaram armas a laser em grandes batalhas fictícias para conquistar e / ou defender o universo. E as naves estelares não são as únicas com calor de laser. Han Solo e outros carregaram o blaster em "Star Wars". E o capitão Kirk e outro pessoal da Frota Estelar usaram phasers em "Jornada nas Estrelas". Todas essas armas usavam energia dirigida, na forma de um feixe de laser, para desativar ou matar um oponente.

    p Mas quais são as vantagens de usar o laser como arma? É mesmo possível? Você poderia usar essa arma para atordoar um oponente? Essas questões estão sendo tratadas pela Direcção de Energia Direta do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea. Este programa está desenvolvendo lasers de alta energia, tecnologias de microondas e outros sistemas de armas futuristas, tais como o Laser Aerotransportado e a PHaSR .

    p Lasers e outras armas de energia direcionada têm muitas vantagens sobre as armas convencionais de projéteis, como balas e mísseis:

    • As saídas de luz das armas podem viajar na velocidade da luz.
    • As armas podem ser direcionadas com precisão.
    • Sua produção de energia pode ser controlada - alta potência para resultados letais ou corte e baixa potência para resultados não letais.
    p A Força Aérea já desenvolveu três sistemas de armas que estão sendo testados e, em alguns casos, usado. Esses sistemas incluem o Airborne Laser (Advanced Tactical Laser), o PHaSR e o Sistema de negação ativo . Continue lendo para descobrir como os lasers e esses sistemas de armas funcionam.

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    Galeria de vídeos:lasers

    O susto do antraz em Nova York e na Flórida, há alguns anos, ressaltou a necessidade de detecção rápida de armas biológicas. Os cientistas desenvolveram uma nova técnica de laser que pode detectar o antraz em tempo real. Veja como os lasers de antraz e a tecnologia de risco biológico funcionam neste vídeo da ScienCentral.

    p Pesquisadores da Intel e da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara demonstrou o primeiro laser de silício híbrido acionado eletricamente do mundo, abordando um dos últimos obstáculos para a produção de baixo custo, chips fotônicos de silício altamente integrados para uso dentro e ao redor de PCs, servidores e centros de dados.

    consulte Mais informação

    Conteúdo
    1. Como pode um laser ser uma arma?
    2. Lasers militares
    3. The Airborne Laser
    4. Armas a laser pessoais e não letais

    Como pode um laser ser uma arma?

    Este cortador industrial usa lasers para fazer o trabalho. Dick Luria / Photodisc / Getty Images p Em sua forma mais básica, um laser é uma fonte de luz. Para entender como isso pode se tornar uma arma, é útil pensar em como é diferente das fontes de luz que estão ao seu redor todos os dias. Comece com uma lâmpada incandescente comum. A lâmpada envia ondas de luz em todas as direções. Essas ondas, assim como as ondas na água, tenho picos e cochos , ou pontos altos e pontos baixos. Se você pudesse ver cada onda de luz proveniente de uma lâmpada incandescente, você veria muitos picos e depressões passando por você ao mesmo tempo. Existem também muitos frequências , ou cores, de luz proveniente de uma lâmpada, e todos eles se combinam para criar o que parece ser luz branca.

    p Agora, pense em uma lanterna. O feixe de uma lanterna é mais focado do que o de uma lâmpada nua. A maior parte de sua luz viaja em uma direção, dependendo de onde você aponta a lanterna. Ainda existem muitas frequências de luz que se combinam para criar luz branca, e os picos e vales das diferentes ondas de luz passam em momentos diferentes.

    p Um laser é ainda mais focalizado do que uma lanterna. Ele cria apenas um comprimento de onda, ou cor, de luz. Os picos e depressões das ondas de luz também são sincronizado pico a pico e vale a baixo. Isso significa que as diferentes ondas não interferem umas nas outras. Essa luz viaja apenas em uma direção. O feixe de luz pode ser fortemente focalizado e assim permanecer por grandes distâncias. Lasers podem produzir luz com poderes tremendos (1, 000 a 1 milhão de vezes mais forte do que uma lâmpada comum). Vários tipos de lasers podem produzir vários comprimentos de onda de luz, desde a faixa do infravermelho, passando pelos comprimentos de onda do visível, até a faixa do ultravioleta.

    p A luz é basicamente energia em movimento. Um laser produz energia muito intensa que pode viajar por distâncias muito longas. É por isso que um laser pode se tornar uma arma, enquanto a luz de uma lâmpada incandescente normalmente não.

    p Para fazer isso, um laser deve produzir luz de uma forma não convencional. "Laser" significa Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação . Em outras palavras, um laser produz luz estimulando a liberação de fótons , ou partículas leves. Um laser precisa de quatro partes básicas para fazer isso:

    • Meio Lasing:uma fonte de átomos que ficam excitados e emitem luz de um comprimento de onda específico. O meio pode ser um gás, líquido ou sólido.
    • Fonte de energia:inicia ou bombeia os átomos no meio emissor para um estado excitado
    • Espelhos:um espelho completo e um espelho meio prateado. Os espelhos permitem que a luz emitida salte para frente e para trás dentro da cavidade do meio laser e, finalmente, escape para o exterior
    • Lente:a maioria dos lasers possui algum tipo de lente para focar o feixe.
    p O processo de laser consiste em armazenar e liberar energia. Uma fonte de energia injeta energia no meio de geração de energia. A energia excita elétrons, que sobem para níveis de energia mais elevados. Quando os elétrons relaxam, eles emitem fótons . Os fótons se movem para frente e para trás entre os espelhos, excitando outros elétrons à medida que avançam. Isso produz poderosos, luz focalizada.

    p Próximo, vamos começar a ver alguns dos lasers usados ​​para os militares.

    Lasers militares

    Ilustração de um laser de elétrons livres. Um feixe de elétrons é enviado através de um ondulador - uma matriz de ímãs com pólos norte e sul alternados. O campo magnético no ondulador força cada grupo de elétrons a oscilar para frente e para trás, fazendo com que emitam um feixe de luz semelhante a um laser. Imagem cedida por Flavio Robles / Creative Services Office, Lawrence Berkeley National Lab p Existem muitos tipos diferentes de lasers:

    • Lasers de estado sólido tem um meio laser que é cristal sólido, como o laser de rubi ou o laser YAG de neodínio, que emite 1,06 micrômetro de comprimento de onda.
    • Lasers de gás tem um meio laser que é um gás ou combinação de gases, como laser de hélio-neon ou laser de dióxido de carbono, que emite comprimentos de onda de 10,6 micrômetros (infravermelho).
    • Lasers excimer tem um meio laser que é uma combinação de gases reativos, como cloro ou flúor, e gases inertes, como argônio ou criptônio. O laser de fluoreto de argônio emite luz ultravioleta de comprimentos de onda de 193 nanômetros.
    • Lasers de tinta tem um meio laser que é um corante fluorescente, como rodamina. Eles podem ser ajustados para uma variedade de comprimentos de onda dentro de um determinado intervalo. O laser de corante rodamina 6G pode ser ajustado em comprimentos de onda de 570 a 650 nanômetros.
    • Dióxido de carbono lasers estão sendo explorados pelos militares porque são poderosos lasers infravermelhos que podem ser usados ​​para cortar metal.
    p Existem vários lasers sendo usados ​​para fins militares. Um que está sendo pesquisado e desenvolvido é o laser de elétron livre (FEL). Na década de 1970, O físico de Stanford John Madey inventou e patenteou o FEL, que consiste em um injetor de elétrons, um acelerador de partículas e um magnético ondulador ou wiggler . Funciona assim:

    1. O injetor de elétrons injeta um pulso de elétrons livres no acelerador de partículas.
    2. O acelerador de partículas acelera os elétrons para perto da velocidade da luz (300, 000 km / s)
    3. Os elétrons se movem através do ondulador ou wiggler, que é uma série de ímãs com direções norte-sul alternadas.
    4. Dentro do wiggler, os elétrons oscilam para frente e para trás. A cada curva, eles emitem luz de um comprimento de onda específico.
    5. O espaçamento dos ímãs dentro do wiggler controla o comprimento de onda da luz emitida. Então, o laser FEL pode ser ajustado alterando o espaçamento do ímã.
    6. Em teoria, o FEL pode ser ajustado da região infravermelha para a região de raios-X do espectro eletromagnético.
    p Os FELs têm sido usados ​​para produzir luz infravermelha de alta energia e raios X síncrotron para fins de pesquisa. O FEL também foi um laser de interesse para a Iniciativa de Defesa Estratégica do Departamento de Defesa (programa "Guerra nas Estrelas" do presidente Reagan). Recentemente, a U.S. Naval Postgraduate School adquiriu o FEL original de Madey desenvolvido na Universidade de Stanford, para usar em pesquisas militares.

    p Em 1977, a Força Aérea dos EUA desenvolveu um laser químico de oxigênio-iodo (BOBINA). A fonte de energia da COIL é uma reação química, e o meio de laser é iodo molecular. É assim que funciona:átomos, calor e subprodutos, incluindo vapor de água e cloreto de potássio.

    1. Uma reação química ocorre entre o gás cloro e a mistura líquida de peróxido de hidrogênio e hidróxido de potássio.
    2. A reação química produz oxigênio único
    3. O iodo molecular é injetado no laser. O oxigênio singlete fornece a energia para fazer com que os átomos de iodo se dispersem e emitam luz infravermelha em um comprimento de onda de 1,3 micrômetro.
    4. O laser pode emitir luz continuamente ou a luz pode ser pulsada, o que aumenta a eficiência do laser.
    p O laser COIL é usado a bordo do Airborne Laser da Força Aérea, sobre o qual falaremos a seguir.

    The Airborne Laser

    O Airborne Laser da Força Aérea é uma aeronave equipada com um laser químico. Ele foi projetado para derrubar mísseis no início do vôo. Foto cedida por Kirtland AFB / U.S. Força do ar p Na Guerra do Golfo, As forças de Saddam Hussein dispararam mísseis SCUD contra bases israelenses e americanas no Oriente Médio. O sistema de defesa antimísseis Patriot foi implantado para proteger os interesses americanos. Mísseis patriotas podem destruir mísseis que se aproximam em seu caminho para baixo, mas e se você pudesse pegá-lo antes e destruir o míssil durante sua fase de impulso (o caminho ascendente próximo à sua origem)? Isso é o que a Força Aérea dos EUA Laser Aerotransportado (ABL) foi projetado para fazer - está sendo desenvolvido pela Boeing, Contratantes da Northrup Grumman e da Lockheed Martin.

    p O ABL é montado em um jato Boeing 747 modificado. Consiste em quatro lasers, óptica adaptativa avançada, sensores, e computadores para localizar, rastrear e destruir mísseis. Funciona assim:

    1. Sensores infravermelhos detectam a assinatura de calor de um míssil impulsionador e relatam informações a um Laser de rastreamento ativo .
    2. O Active Tracking Laser rastreia o míssil e relata informações de rastreamento relevantes (distância, Rapidez, altitude).
    3. o Rastreador Iluminador a Laser verifica o alvo e descobre onde melhor apontar o laser de alta energia.
    4. O Beacon Illuminator Laser brilha no alvo, determina a quantidade de turbulência atmosférica entre o ABL e o alvo, e retransmite essas informações para o sistema de óptica adaptativa no mecanismo de mira do laser de alta energia.
    5. O sistema Adaptive Optics é feito de espelhos deformáveis ​​que compensam a turbulência atmosférica. A torre montada no nariz abriga um telescópio de 1,5 metros como parte do sistema ótico.
    6. O laser COIL dispara um feixe de megawatt no alvo. O feixe sai do ABL pela torre montada no nariz.
    7. O feixe de laser de alta energia penetra na pele do míssil alvo e o desativa ou explode, dependendo de onde o feixe atinge.
    p Todas as operações são coordenadas por computador.

    p A Força Aérea está testando o ABL e diz que seu alcance é da ordem de centenas de quilômetros. O ABL exigirá uma tripulação de seis quando estiver totalmente operacional, e eles usarão óculos de segurança especiais para proteger seus olhos de possíveis reflexos dos feixes por gotas de água no ar.

    p Lasers de alta energia como os desenvolvidos para o ABL estão sendo projetados e desenvolvidos para uso em terra e no mar. Esses lasers seriam montados em caminhões ou navios e seriam capazes de derrubar mísseis que se aproximam, projéteis de artilharia e, possivelmente, aeronaves inimigas.

    Armas a laser pessoais e não letais

    O Active Denial System direciona radiofrequências milimétricas em um alvo e causa uma intensa sensação de queimação. Foto cedida pelo Departamento de Defesa dos EUA p Agora sabemos que lasers de alta energia são usados ​​para derrubar mísseis, mas eles têm usos não letais, também? sim. Na verdade, um desses sistemas foi testado e em breve estará operacional. É chamado de Sistema de negação ativo (PUBLICIDADES). O ADS não é um laser, mas um gerador de radiofrequência de alta energia montado em caminhão e uma antena direcional. Um gerador dentro cria um 95 GHz onda milimetrada . (As ondas milimétricas têm comprimentos de onda de 1 a 10 milímetros e frequências de 30 a 300 GHz.) A antena direcional focaliza as ondas milimétricas e permite que o operador aponte o feixe. O feixe milimétrico penetra na pele de qualquer pessoa em seu caminho a uma profundidade de 1/64 de polegada, aproximadamente a espessura de três folhas de papel. Como um forno de microondas, a energia do feixe aquece as moléculas de água do tecido cutâneo e provoca uma intensa sensação de queimação. O feixe não fere permanentemente porque não penetra muito longe, e quando uma pessoa sai do feixe, a sensação vai embora (veja Como funcionam os feixes de dor militares).

    p Suponha que você pudesse atordoar ou distrair momentaneamente um oponente. A Força Aérea desenvolveu um dispositivo que fará exatamente isso - o Resposta de estimulação e parada de pessoal (PHaSR). O PHaSR incorpora dois lasers de diodo de baixa potência, um visível e um infravermelho. Tem o tamanho de um rifle e pode ser disparado por um indivíduo. A luz laser distrai temporariamente ou "ofusca" a pessoa alvo sem cegá-la.

    p O Departamento de Defesa também está desenvolvendo outros dispositivos ópticos de distração que podem prejudicar temporariamente a visão de um alvo.

    p Você não precisa ser um fã de ficção científica para se perguntar se há alguma arma a laser pessoal no mercado para civis. Talvez algo como aqueles que você vê em programas de ficção científica? Uma pessoa comum pode comprar ou construir um? Uma empresa chamada Information Unlimited anuncia uma arma de raio laser. Depois de assinar uma declaração de equipamento perigoso e comprar os planos, você pode comprar o hardware e montar sua própria arma laser.

    A resposta de parada e estimulação de pessoal (PHaSR) é um sistema de arma a laser do tamanho de um rifle que usa dois comprimentos de onda de laser não letais para deter um adversário. Foto cedida por Kirtland AFB / U.S. Força do ar p A arma de raio laser da Information Unlimited é um laser de estado sólido que usa uma lâmpada de flash como um iniciador de energia e uma haste de vidro de neodínio como meio de laser. Ele funciona de forma muito semelhante ao laser de rubi descrito em Como funcionam os lasers. Requer 12 volts de energia DC, que vem de pilhas AA. Ele emite luz infravermelha de 1,06 micrômetro de comprimento de onda em pulsos curtos de 3 joules para um total de 500 joules de energia. O feixe é focado com um lente colimadora , que endireita as vigas e as torna paralelas. É classificado como um laser perigoso classe IV, e a empresa afirma que é capaz de fazer buracos na maioria dos materiais (lasers infravermelhos podem fazer essas coisas). Portanto, você pode não querer comprar um para o aniversário do seu filho de 9 anos.

    p Para saber mais sobre armas a laser, dê uma olhada nos links na próxima página.

    Muito mais informações

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    • Como funciona a Força Aérea dos EUA
    • Como a ficção científica não funciona
    • Como funcionam os musicais de ficção científica

    Mais ótimos links

    • Departamento de Defesa:Programa Conjunto de Armas Não Letais
    • Phasers:as armas de Star Trek
    • Ciência popular:ataque na velocidade da luz

    Fontes

    • Revista de Defesa Nacional, As armas de energia dirigida prometem "baixo custo por morte", 2001. http://www.nationaldefensemagazine.org/issues/2001/Sep/Directed-Energy.htm
    • Base da Força Aérea de Kirtland da Força Aérea dos EUA, Direção de Energia Dirigida. http://www.kirtland.af.mil/afrl_de/
    • Força aérea dos Estados Unidos, Breve História do Laser Aerotransportado. http://www.kirtland.af.mil/shared/media/document/AFD-070404-025.pdf
    • Força aérea dos Estados Unidos, Resposta pessoal de parada e estimulação (PHaSR). http://www.kirtland.af.mil/shared/media/document/AFD-070404-043.pdf
    • New Scientist online, "Militares dos EUA definem PhaSRs a laser para atordoar." Novembro de 2005. http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn8275
    • New Scientist online, Varrendo armas paralisantes para atingir as multidões, Junho de 2004.
    • Military.com:Cegueira:PhaSR. http://www.military.com/soldiertech/0, 14632, Soldiertech_PHASR, , 00.html
    • Departamento de Defesa:Programa Conjunto de Armas Não Letais. https://www.jnlwp.com/
    • Museu Virtual IEEE. "Ondas Milimétricas." http://www.ieee-virtual-museum.org/collection/tech.php?id=2345917&lid=1
    • Programa Conjunto de Armas Não Letais, Folha de dados do sistema de negação ativa. https://www.jnlwp.com/misc/fact_sheets/ADS%20Fact%20Sheet%20-%2015%20Oct%2007%20-%20FINAL.pdf
    • POPSCI.com. Ataque na velocidade da luz. http://www.popsci.com/military-aviation-space/article/2006-05/attack-speed-light
    • POPSCI.com, Como funciona:o canhão laser voador. http://www.popsci.com/military-aviation-space/article/2008-03/how-it-works-airborne-laser-cannon
    • Laboratório Lawrence Berkeley, Para o futuro na velocidade da luz:The Advanced Photon Science Intitiative. http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/sabl/2007/Nov/APSI.html
    © Ciência https://pt.scienceaq.com