Vũ khí laser hoạt động như thế nào?

Hình ảnh những cụm drone nhỏ giá rẻ bay đầy trời hay lướt trên ngọn sóng thôi thúc quân đội phát triển và triển khai vũ khí laser để thay thế biện pháp phòng ngự tốn kém như tên lửa, theo Iain Boyd, giáo sư kỹ thuật khoa học hàng không vũ trụ ở Đại học Colorado Boulder.

Laser sử dụng điện để tạo ra photon hay hạt ánh sáng. Photon truyền qua môi trường khuếch đại, làm tăng nhanh chóng số lượng photon. Tất cả những hạt photon này tập trung vào một chùm hẹp nhờ bộ phận điều hướng laser, theo The Conversation.

Trong nhiều thập kỷ từ khi máy laser đầu tiên được giới thiệu vào năm 1960, giới kỹ sư phát triển hàng loạt máy laser sản sinh photon ở những bước sóng khác nhau trong quang phổ điện từ, từ hồng ngoại tới cực tím. Hệ thống laser công suất cao được ứng dụng trong quân sự dựa trên laser thể rắn, sử dụng tinh thể đặc biệt để biến đổi năng lượng đầu vào thành photon. Một đặc điểm chủ chốt của laser thể rắn công suất cao là photon được tạo ra ở vùng hồng ngoại của quang phổ điện từ và không thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Khi tương tác với một bề mặt, chùm laser tạo ra những ảnh hưởng khác nhau dựa trên bước sóng, công suất của chùm và vật liệu ở bề mặt. Laser công suất thấp sản sinh photon ở vùng khả kiến của quang phổ, có thể dùng như nguồn sáng cho con trỏ và dùng để biểu diễn tại sự kiện công cộng. Những chùm laser này có công suất thấp đến mức phản chiếu từ bề mặt mà không gây bất kỳ thiệt hại nào.

Hệ thống laser công suất cao hơn được dùng để cắt qua mô sinh học trong nhiều quá trình y khoa. Laser công suất cao nhất có thể nung nóng, bốc hơi, tan chảy và đốt cháy nhiều vật liệu khác nhau, sử dụng trong quá trình công nghiệp để hàn và cắt. Ngoài mức công suất của laser, khả năng đem đến tác động đa dạng còn được quyết định bởi khoảng cách giữa máy laser và mục tiêu.

Vũ khí laser

Một phần dựa vào sự phát triển của máy laser công nghiệp công suất cao, quân đội các nước ngày càng sử dụng nhiều vũ khí laser. Một lợi thế cơ bản của vũ khí laser công suất cao là chúng có thể hoạt động liên tục. Khác với vũ khí truyền thống như súng có số đạn dược hạn chế, laser công suất cao có thể bắn không ngừng chừng nào có nguồn điện.

Quân đội Mỹ đang triển khai laser công suất cao đặt trên xe tải để bắn hạ một loạt mục tiêu bao gồm drone, trực thăng, đạn súng cối và tên lửa. Hải quân Mỹ sử dụng laser công suất cao trên tàu thủy để tự vệ trước những tàu nhỏ di chuyển nhanh trên mặt biển cũng như tên lửa và drone. Không quân Mỹ đang phát triển laser công suất cao trên máy bay cho các nhiệm vụ tấn công và phòng ngự. Nga cũng đang chế tạo laser công suất cao trên mặt đất để “che mắt” vệ tinh của quân địch.

Hạn chế của vũ khí laser

Một thách thức chủ yếu đối với các đơn vị sử dụng laser công suất cao là lượng điện cần thiết để phát huy tác dụng từ xa. Khác với laser công nghiệp chỉ cách mục tiêu vài centimet, hoạt động quân sự bao gồm khoảng cách lớn hơn nhiều. Để tự vệ trước mối đe dọa đến gần như đạn súng cối hoặc thuyền nhỏ, vũ khí laser cần nhắm trúng mục tiêu trước khi chúng gây ra thiệt hại.

Tuy nhiên, đốt cháy vật liệu ở khoảng cách an toàn đòi hỏi chùm laser công suất hàng chục tới hàng trăm kilowatt. Vũ khí laser nguyên mẫu nhỏ nhất sử dụng 10 kilowatt điện, tương đương một chiếc xe điện. Vũ khí laser công suất cao mới nhất đang phát triển đòi hỏi 300 kilowatt điện, đủ để cung cấp cho 30 hộ gia đình. Do laser công suất cao chỉ hiệu quả 50%, chúng tạo ra lượng hao phí cực lớn.

Điều này có nghĩa laser công suất cao cần cơ sở hạ tầng sản xuất điện và làm mát, có thể hạn chế tác dụng tạo ra từ các nền đỡ khác nhau. Xe tải quân đội và máy bay chiến đấu của không quân có ít không gian nhất cho vũ khí laser công suất cao, vì vậy những hệ thống này bị hạn chế ở những mục tiêu đòi hỏi công suất tương đối thấp như nhấn chìm drone hoặc vô hiệu hóa tên lửa. Tàu thủy và máy bay lớn có thể chứa máy laser công suất lớn hơn với khả năng đốt thủng thuyền và phương tiện trên mặt đất. Các hệ thống trên mặt đất ít bị hạn chế nhất, do đó có công suất cao nhất và có thể đối phó tên lửa ở xa.

Một hạn chế quan trọng khác đối với vũ khí laser công suất cao cần nền đỡ liên quan tới thời gian hoạt động. Do xe tải, tàu thủy hoặc máy bay phải chở nguồn điện cho máy laser, dẫn tới hạn chế công suất của nguồn điện, máy laser chỉ dùng được trong thời gian hạn chế trước khi cần sạc pin. Ngoài ra, hiệu quả của vũ khí laser cũng giảm đi khi trời mưa, có sương mù và khói khiến chùm tia bị phân tán. Chùm laser cũng cần khóa mục tiêu vài giây để gây ra tổn thất.

Trong tương lai, vũ khí laser nhiều khả năng tiếp tục phát triển với mức công suất tăng lên, giúp mở rộng phạm vi mục tiêu.

AK (Theo The Conversation)