Vũ khí laser của khoa học viễn tưởng liệu có thể sử dụng trong thực tế?

Bạn có thể thấy vũ khí laser được sử dụng như thế nào trong các bộ phim khoa học viễn tưởng như Star Wars hay Star Trek. Phi thuyền, tàu không gian, các loại súng sử dụng năng lượng trực tiếp, dưới hình thức một chùm tia laser để tiêu diệt kẻ thù. Thậm chí một chùm tia laser có thể được kiểm soát trong một giới hạn nhất định để tạo nên một thanh light saber (kiếm ánh sáng) với khả năng chém sắt như chém bùn.

Đó là trong phim viễn tưởng, vậy còn trong thực tế, liệu có thể sử dụng tia laser như một thứ vũ khí? Câu hỏi này đang được giải quyết bởi Phòng nghiên cứu năng lượng của Không quân Mỹ. Dự án nhằm nghiên cứu các công nghệ laser năng lượng cao, sóng siêu âm và hệ thống các vũ khí tương lai khác.

Vũ khí laser và các dạng năng lượng định hướng khác có nhiều lợi thế hơn so với các vũ khí thông thường sử dụng đầu đạn hoặc tên lửa. Chúng có vận tốc rất lớn, có thể đạt vận tốc ánh sáng, độ chính xác cao, năng lượng có thể được kiểm soát ở các mức độ khác nhau – từ phá hủy cho đến gây thương vong nhẹ.

Dự án của Không quân Mỹ hiện đang nghiên cứu và phát triển ba loại vũ khí năng lượng mới là Airbone Laser, PHaSR và Active Denial System.

Biến tia laser thành vũ khí

Về cơ bản, một tia laser là một nguồn phát ánh sáng. Để hiểu làm thế nào biến một tia laser thành một vũ khí hủy diệt, chúng ta cần hiểu về nguyên lý các nguồn sáng xung quanh chúng ta. Ví dụ như một bóng đèn sợi đốt, nó sẽ truyền các sóng ánh sáng vào không gian theo mọi hướng, sóng này có điểm cực đại và cực tiểu. Nếu bạn có thể nhìn thấy các sóng ánh sáng này, nó có rất nhiều màu sắc, tần số và tất cả hợp lại tạo ra một thứ ánh sáng giống ánh sáng trắng.

Trong khi đó, ánh sáng từ một chiếc đèn pin tập trung hơn, nó tạo thành một chùm tia sáng và chiếu theo đường thẳng. Tuy nhiên nguyên lý về các sóng ánh sáng là tương tự và nó vẫn là ánh sáng trắng.

Một tia laser lại có chùm tia tập trung hơn cả một chiếc đèn pin, nó chỉ tạo ra một bước sóng nhất định, một màu sắc nhất định, một loại ánh sáng nhất định. Chùm sáng tập trung và chỉ đi theo một đường thẳng trên một khoảng cách lớn, nó có thể tạo ra nguồn năng lượng lớn gấp 1 triệu lần so với bóng đèn sợi đốt. Các tia laser cũng có thể tạo ra các bước sóng khác nhau, từ phạm vi hồng ngoại đến các bước sóng nhìn thấy được cho đến các tia cực tím.

Ánh sáng về cơ bản là sự truyền năng lượng. Một tia laser tạo ra năng lượng rất lớn khiến nó có thể truyền đi với khoảng cách lớn. Đó cũng là lý do tại sao một tia laser có thể trở thành vũ khí trong khí ánh sáng từ bóng đèn sợi đốt không thể làm điều tương tự.

Laser là sự khuếch đại ánh sáng bằng cách kích thích các bức xạ, nói cách khách một tia laser tạo ra ánh sáng bằng cách kích thích và tạo ra các hạt photon – hạt ánh sáng. Một tia laser cần 4 thành phân cơ bản:

Môi trường tạo laser: chứa các nguyên tử có khả năng bị kích thích và phát ra ánh sáng với bước sóng cụ thể, có thể là chất khí, lỏng hoặc thậm chí chất rắn.

- Nguồn năng lượng: tác động các nguyên tử trong môi trường đến trạng thái kích thích.
- Gương: gương cho phép ánh sáng phản hồi trong môi trường trước khi ra bên ngoài.
- Thấu kính: tập trung các chùm tia ánh sáng trước khi phát ra ngoài.

Nguồn năng lượng sẽ kích thích các nguyên tử trong môi trường tạo laser. Các nguyên tử bị kích thích và chuyển lên mức năng lượng cao hơn. Chúng phát ra các hạt photon giải phóng năng lượng, chúng phản hồi lại qua các tấm gương và được tập trung thành một tia sáng nhất định trước khi truyền ra ngoài.

Laser trong quân sự

Có khá nhiều dạng của tia laser khác nhau:

- Laser trạng thái rắn: có môi trường tạo laser là chất rắn như Ruby hoặc Neodymi, phát ra bước sóng 1,6 micromet.
- Laser khí: có môi trường tạo laser là chất khí hoặc hợp chất khí, như heli – neon hoặc cacbon dioxin, phát ra bước sóng 10,6 micromet (hồng ngoại).
- Laser excimer: có môi trường laser là sự kết hợp của các khí clo hoặc flo với các khí trơ như argon hoặc krypton. Laser argon florua phát ra ánh sáng tia cực tím với bước sóng 193 nanomet.
- Laser hóa màu: có môi trường là thuốc nhuộm huỳnh quang, ví dụ như rhodamine. Có thể điều chỉnh bước sóng trong một phạm vi nhất định. Laser rhodamine có bước sóng trong khoảng 570 – 650nm.

Một số tia laser hiện được sử dụng trong mục đích quân sự, cũng có một số được nghiên cứu và phát triển như tia laser electron tự do (FEL). Trong những năm 1970, nhà vật lý John Madey đã phát minh ra tia laser FEL, trong đó có một máy gia tốc hạt, một nguồn phát electron và một thiết bị đo bước sóng. Nó hoạt động theo cơ chế sau:

- Máy phát electron sẽ đưa các electron tự do vào máy gia tốc hạt.
- Máy gia tốc hạt tăng tốc cho các electron đến gần tốc độ ánh sáng (300.000km/s).
- Sau đó các electron chạy qua một loạt các nam châm điện xoay chiều.
- Các electron bị tác động bởi lực từ, khiến chúng bị dao động qua lại và tạo ra ánh sáng với bước sóng cụ thể.
- Khoảng cách giữa các nam châm ảnh hướng đến bước sóng phát ra. Do đó thay đổi khoảng cách giữa các nam châm có thể kiểm soát bước sóng.
- FEL có thể điều chỉnh bước sóng từ tia hồng ngoại đến tia X quang.
Năm 1977, Không quân Mỹ đã phát triển một loại tia laser hóa học (COIL) với nguồn năng lượng được cung cấp từ một phản ứng hóa học và môi trường là các phân tử i-ốt. Nó hoạt động theo cớ chế sau:
- Một phản ứng hóa học xảy ra giữa khí clo và hỗn hợp chất lỏng hydrogen peroxide (H2O2) và kali hydroxit (KOH).
- Phản ứng tạo ra các nguyên tử oxy đơn.
- Các nguyên tử oxy đơn cung cấp năng lượng cho phân tử I-ốt và khiến chúng phát ra ánh sáng với bước sóng 1,3 micromet.

COIL đang được áp dụng trong dự án Airbone laser của Không quân Mỹ, chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn trong phần tiếp theo.

Dự án Airborne Laser

Trong chiến tranh vùng Vịnh, lực lượng của Saddam Hussein đã bắn các tên lửa đạn đạo SCUD vào Isarel và các căn cứ của Mỹ ở Trung Đông. Các tên lửa Patriot đã được sử dụng để đánh chặn các tên lửa của Hussein, bảo vệ các căn cứ của Mỹ. Các tên lửa đánh chặn chỉ có thể phá hủy tên lửa đạn đạo ở cự ly gần, khi chúng gần đến mục tiêu do đó vần có rát nhiều rủi ro. Dự án Airborne Laser (ABL) được thiết kế để vô hiệu hóa các tên lửa đạn đạo ngay khi chúng vừa được phóng lên không trung.

ABL được đặt trong một máy bay Boeing747 cải tiến, bao gồm bốn máy phát tia laser COIL, cảm biến quang học và các thiết bị giúp theo dõi, xác định vị trí của các tên lửa đạn đạo. Chúng hoạt động theo cơ chế sau:

- Cảm biến hồng ngoại sẽ phát hiện dấu hiệu nhiệt của một vụ phóng tên lửa, sau đó truyền thông tin đến một thiết bị có nhiệm vụ theo dõi.
- Thiết bị theo dõi thu thập thông tin liên tục về quả tên lửa đạn đạo (khoảng cách, tốc độ, độ cao …).
- Các máy tính bắt đầu tính toán và đưa ra vị trí tốt nhất để tấn công.
- Một tia laser xác định được chiếu vào mục tiêu, đo sự biến động khí quyển giữa ABL và mục tiêu.
- Hệ thống quang học của ABL sẽ tính toán để bù đắp sự biến động khí quyển.
- COIL bắn một chùm tia laser đến mục tiêu, thông qua tháp pháp laser gắn ở đầu chiếc máy bay.
- Chùm tia laser năng lượng cao xuyên qua lớp vỏ tên lửa, vô hiệu hóa hoặc khiến tên lửa phát nổ, tùy thuộc vào vị trí và tia laser tấn công.

Không quân vẫn đang thử nghiệm dự án ABL, cho biết phạm vi hoạt động của nó có thể lên đến hàng trăm km. ABL sẽ yêu cầu một phi hành đoàn gồm 6 người tham gia tác chiến, họ sẽ phải đeo loại kính bảo vệ đặc biệt để tránh tác động từ sự phản xạ của chùm tia laser qua những giọt nước trong không khí.

Không chỉ được áp dụng trong dự án ABL đánh chặn tên lửa đạn đạo, các tia laser năng lượng cao còn được quân đội Mỹ nghiên cứu và áp dụng cho các xe tải hoặc tàu chiến, nhằm vô hiệu quá tên lửa tầm gần và tiêu diệt máy bay và xe cơ giới.

Tương lai của vũ khí laser

Như chúng ta đã biết, vũ khí laser có khả năng điều chỉnh bước sóng để tạo ra loại vũ khí hủy diệt, tuy nhiên cũng có thể trở thành loại vũ khí không gây thương vong. Trên thực tế một hệ thống vũ khí không gây thương vong đã được thử nghiệm và sẽ sớm đưa vào hoạt động trong tương lai, nó được gọi là hệ thống vô hiệu hóa (ADS).

ADS không hẳn là một chùm tia laser, hoặc có thể là tia laser nhưng ở bước sóng không nhìn thấy được. ADS được gắn trên một xe tải, với một ăng-ten chảo lớn để tập trung các sóng phát ra theo hướng nhất định. Các sóng này thường có bước sóng từ 1-10 mm và tần số 30-300 GHz. Các chùm tia này sẽ xuyên qua da của kẻ địch với độ sâu khoảng 0,3mm. Năng lượng của nó làm nóng các phân tử nước trong tế bào da và gây cảm giác đau dữ dội (giống như bị đốt cháy). Tuy nhiên nó không gây tổn thương vĩnh viễn bởi nó không thâm nhập sâu bên trong. Khi tắt nguồn phát hoặc kẻ địch di chuyển ra khỏi vùng phát sóng, cảm giác đau đớn đó cũng sẽ biến mất. Loại vũ khí này còn được gọi là tia gây đau đớn, một loại vũ khí không gây sát thương đã từng xuất hiện trong các tiểu thuyết khoa học viễn tưởng.

Một loại vũ khí khác trông khá giống một sản phẩm của khoa học viễn tưởng, đó là vũ khí laser cá nhân PHaSR. Nó có kích thước giống một khẩu súng trường, với hai chùm tia laser (một hồng ngoại và một nhìn thấy được). Có tác dụng làm choáng, khiến kẻ địch không thể nhìn thấy, tuy nhiên nó không làm mục tiêu bị mù vĩnh viễn.

Có thể thấy tầm quan trọng của vũ khí laser trong tương lai của quân sự. Nhanh gọn và chính xác, với tầm hoạt động rất lớn, nó có thể ngăn chặn một sự hủy diệt ngay trong trứng nước. Bên cạnh đó nó còn giúp giảm thiểu thương vong, mục đích là kiểm soát trứ không phải tiêu diệt kẻ địch. Hơn thế nữa, trong tương lai công nghệ laser cũng sẽ được áp dụng rất nhiều trong cuộc sống bình thường.


[b class="fwb" style="margin: 0px; padding: 0px; text-decoration: none; color: rgb(141, 138, 138); font-weight: bold;"][b class="fwb" style="margin: 0px; padding: 0px; text-decoration: none; color: rgb(141, 138, 138); font-weight: bold;"]TVD [/b][/b]- Theo Trí Thức Trẻ | GenK