¿Qué longitud de onda de energía electromagnética es la más adecuada para quemar el casco de un tanque?

Paso uno: absorción. Elija una longitud de onda que no sea fuertemente absorbida por la atmósfera. Esto significa aproximadamente cualquier longitud de onda que algún tipo de animal pueda ver, porque esas longitudes de onda son las que mejor se propagan a través de una atmósfera.

Aquí hay un diagrama útil de este documento .

La mayoría de las cosas que no son visibles son fuertemente absorbidas por la atmósfera... generalmente oxígeno a la izquierda del gráfico y vapor de agua a la derecha.

Los rayos ultravioleta y los infrarrojos de longitud de onda más larga (o infrarrojos lejanos) también son algo indeseables porque provocan fácilmente la descomposición atmosférica, generando brillantes rayos de plasma en el aire que revelan su posición y absorben toda la energía del haz.

Paso dos: dispersión . La dispersión depende de la longitud de onda. Para la dispersión de Rayleigh , la cantidad de energía dispersada es proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda, lo que recomienda encarecidamente la luz roja y cercana al IR para los láseres utilizados en una atmósfera.

Hay varias formas de mejorar la dispersión con trucos láser inteligentes, pero como punto de partida, esto le indica la limitación clave.

Paso tres: rango y tamaño del emisor. La capacidad de enfoque de su láser estará limitada por muchos factores, pero la base de todos ellos es la difracción. El límite de difracción puede ser modelado por$S \propto \frac{R\lambda}{D}$dónde$S$es el tamaño del punto en el objetivo,$R$es la distancia al objetivo y$D$es el diámetro del elemento óptico final (probablemente un espejo).

Para matar a su objetivo, desea maximizar el flujo radiante en el objetivo... la cantidad de energía por unidad de área. Al usar un láser verde de 500 nm en lugar de un láser de IR cercano de 1000 nm, está reduciendo el tamaño del punto en el objetivo por un factor de dos. Esto reduce el área del punto en un factor de 4, lo que significa que, en igualdad de condiciones, el láser verde es cuatro veces más dañino que el láser infrarrojo en un rango determinado, o tiene la misma capacidad de daño al doble del rango.

El paso final, por lo tanto, es hacer todas las compensaciones necesarias... mayor alcance y flujo radiante con longitudes de onda más cortas frente a mayores pérdidas de energía debido a la dispersión. Esto se ve fuertemente afectado por los rangos a los que esperas luchar y qué tan grande estás preparado para hacer la boca de tu láser.

14 megavatios son 14 megajulios por segundo [recorte] 14 megajulios equivalen a unos dos tercios de la detonación de una mina antitanque, o unos 3 kilogramos y 1/3 de TNT.

La energía de la detonación de un explosivo químico se libera en un período de tiempo muy corto, lo que significa que el nivel de potencia máxima es muy alto. No ha especificado la duración del pulso de su láser... esos 14 MJ entregados durante un segundo completo (potencia máxima de 14 MW) tendrán efectos significativamente diferentes a, digamos, 10 pulsos de 1,4 MJ cada uno entregado durante un milisegundo (potencia máxima de 1,4 GW). ).

Luke Campbell ha escrito una calculadora de daños por láser ... aunque parece particularmente anticuada y es un poco hostil para el usuario, es bastante poderosa. Le sugiero que juegue con él para averiguar qué tipo de haz o potencias de pulso necesita, qué tan grande es el tamaño de punto necesario, y luego piense qué tan grande debe ser su láser para generar ese tamaño de punto a 10 km.

Infrarrojo.

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

El problema para su esfuerzo es la dispersión. 10 km es un largo camino. Las longitudes de onda más cortas tienen más energía pero se dispersan más. Las longitudes de onda más largas son menos energéticas pero menos propensas a la dispersión. El infrarrojo usa longitudes de onda largas que son absorbidas por los objetivos como calor, y eso es lo que quieres para derretir un agujero. Infrarrojos es lo que usan los láseres militares actuales, aunque estos son mucho menos potentes de lo que propones.

Algo interesante: ciertas frecuencias en el infrarrojo están menos sujetas a la dispersión que otras. ¡No sabía eso! Creo que su láser debería incluir todas estas frecuencias, en la teoría de no poner todos los huevos en una canasta.

Láseres de a bordo de la Marina para la defensa de superficie, aire y misiles: antecedentes y problemas para el Congreso 12 de junio de 2015

Hay ciertas longitudes de onda de luz (es decir, "puntos dulces" en el espectro electromagnético) donde la absorción atmosférica por el vapor de agua se reduce notablemente.8 Los láseres pueden diseñarse para emitir luz en o cerca de esos puntos dulces, para maximizar su efectividad potencial. . La absorción generalmente crece con la distancia al objetivo, por lo que en general es menos un problema potencial para operaciones de corto alcance que para operaciones de largo alcance.

Los láseres que se están desarrollando para su uso potencial a bordo de barcos producen luz con longitudes de onda en la porción del espectro del infrarrojo cercano. Los puntos dulces en esta parte del espectro incluyen longitudes de onda de 0,87 micras, 1,045 micras, 1,24 micras, 1,62 micras, 2,13 micras y 2,2 micras. (Otras fuentes, como el artículo de investigación citado en la nota al pie 7, citan cifras algo diferentes para las longitudes de onda del punto óptimo, dependiendo en parte de si el punto óptimo es solo para el vapor de agua o para múltiples fuentes de absorción y dispersión atmosférica).

Pero, ¿por qué infrarrojo cercano? ¿Por qué no infrarrojo lejano? ¿Se reduce la energía con las frecuencias más largas y no aumenta la ventaja en cuanto a la dispersión reducida? No sé la respuesta a eso, pero estaría interesado si alguien lo sabe.