Содержание
Маленький лазер, способный прожечь насквозь тонкую пластмассу, взорвать надутый детский шарик, поджечь бумагу и ослепить человека. В свободной продаже. За вменяемые деньги. Войны на улицах? Изготовитель говорит – современное развлечение.
Продукция китайской компании Wicked Lasers лишь на беглый взгляд сходна с популярными сейчас лазерными указками, разве только корпуса тут малость покрупнее.
Однако если с крошечными цилиндриками, выдающими красный лазерный луч, нередко играют дети, то указки от Wicked Lasers — детям не игрушка. Ещё бы, их выходные мощности (в луче) в десятки, а топовых моделей — в сотни раз выше, чем у распространённых недорогих указок.
Тем не менее, в США (для рынка которых Wicked, главным образом, и старается) её карманные лазеры продаются свободно и легально, даром, что относятся к довольно опасному классу IIIB. Да и цены привлекательные. Примерно от $100 до нескольких тысяч. Много? Сначала посмотрите, что предлагает изготовитель.
Одной мощностью достоинства лазеров Wicked не исчерпываются. Эта компания поразила рынок тем, что первой выдала в продажу действительно карманные (помещаются на ладони) лазеры с лучами синего и зелёного цветов.
Лучи эти, к слову, видны даже сбоку (конечно, не в вакууме), в отличие от недорогих «красных» указок, которые себя обнаруживают лишь по яркому пятнышку на цели.
Мощность луча топ-модели синего лазера составляет 40 милливатт, а линейку зелёных карманных лазеров компании (серия Spyder) венчает версия за $2 тысячи (в цену входят прилагаемые защитные очки) со средней выходной мощностью в луче 0,3 ватта и пиковой — в 0,45 ватта!
И самое поразительное — всё это — в небольшом цилиндрическом корпусе диаметром всего 20 миллиметров и длиной 198 миллиметров (техники, оцените: никаких внешних блоков питания и тяжёлых систем охлаждения).
Компания говорит, что это — самый мощный карманный лазер, доступный на потребительском рынке.
Внутри корпуса, помимо, собственно, лазера, помещаются две батарейки типа CR-123A, от которых этот лазер и питается. Добавим, расхождение его луча составляет менее 1,2 миллирадиан.
Что можно сделать таким лазером? Например, за секунду-две экспозиции прожечь надутый шарик тёмного цвета, так чтобы он эффектно лопнул; за несколько секунд — перерезать чёрную изоленту или зажечь спичку. Можно постараться и поджечь бумагу.
Со всеми упомянутыми задачами, кстати, справляются даже «средние» модели компании с мощностью луча в 75-125 милливатт (а они стоят ощутимо меньше самой мощной модели). Разве только время удержания луча на месте будет уже секунд 5-10.
К слову, жёсткого крепления в таких опытах по поджиганию не требуется: точности направления луча достаточно той, что можно обеспечить руками.
Разумеется, смотреть на такой лазер нельзя. В общем-то, даже маленькие красные лазеры со слабым лучом (как правило, от 0,5 до 1-2, и реже – до 5 милливатт, что массово продаются в наших магазинах), опасны при прямом попадании в глаза.
Дело тут не столько в мощности, сколько в маленьком диаметре луча, который бесповоротно повреждает отдельные клетки сетчатки. Что уж говорить о зелёном лазере с выходом в 300 милливатт (правда, его луч имеет чуть больший диаметр, чем у маленьких моделей)?
Кстати, «классические» красные лазерные указки также есть в программе фирмы, и самая мощная из них тоже внушает – 100 милливатт на выходе.
Но что будет, если такой мощный луч направить на кожу? «Если не останавливать его надолго в одной точке — ровным счётом ничего не случится», – успокаивает Wicked Lasers. И на том спасибо.
Компания считает свои изделия серии Spyder настоящим техническим прорывом в данной области и, наверное, справедливо. Потому давайте знакомиться с их устройством.
Первичный источник света здесь — одноваттный (в топовой модели) инфракрасный лазерный диод с непрерывным излучением. Заметьте – это один ватт на выходе. В виде излучения.
Генерируемый диодом луч с длиной волны 808 нанометров проходит через линзу и попадает в кристалл из оксидов неодима, иттрия и ванадия, где преобразуется в излучение с длиной волны 1064 нанометра.
Далее идёт некий кристалл калий-титаново-фосфорный, который преобразует это инфракрасное излучение в видимый лазерный луч с длиной волны 532 нанометра.
Затем ещё лазер проходит инфракрасный фильтр и выходную линзу и вот, пожалуйста, «меч джедая» готов. Почти настоящий, несмертельный, но и небезопасный.
Интересно, что китайская фирма вовсе не считает развлечения единственной сферой применения своей продукции. Она заявляет широчайший диапазон применений: от военной сферы до медицины и научных исследований.
И напоследок. Продавцы лазерных указок любят приводить в рекламе их «дальнобойность».
Что понимать под дальнобойностью в случае лазерного луча, который очень мало расходится — дело туманное. Может быть расстояние, на котором можно заметить простым глазом пятнышко на цели (при низком окружающем освещении)?
Так или иначе, но для своей «зелёной супермодели» с мощностью в луче 0,3 ватта компания из Шанхая приводит «дальность действия» в 193 километра!
Вполне, наверное, можно подсветить спутник на низкой орбите. Если попадёшь.
Лазерное оружие: мифы и перспективы.
Аполлонов В.В // Журнал «Экспертный союз» № 1
«The Wall Street Journab» недавно опубликовал статью, в которой было высказано предположение о том, что разработка противоракетного лазера авиационного базирования (ABL) может пасть жертвой сокращения бюджета. Российские СМИ тут же с радостью сообщили, что Пентагон отказывается от разработки боевых лазеров. Однако в этой эйфории видится большое заблуждение, если не сказать жестче.
Сейчас на смену химическим лазерам идут твердотельные лазерные системы с полупроводниковой накачкой. Именно на них делает ставку Пентагон, поскольку они гораздо компактнее, проще и дешевле в эксплуатации, чем химические лазеры, долговечнее, легко (без трансформации выходного напряжения) совместимы с ядерной и солнечной энергетикой, позволяют обеспечить дальнейшее масштабирование выходных параметров, а эффективность их функционирования существенно выше. Компания «Нортроп» уже представила работоспособный твердотельный лазер мощностью 105 кВт и намерена существенно увеличить его мощность.
Разговоры о том, что «боевые лазеры разрабатываются уже сорок лет — значит, они безнадежны», свидетельствуют лишь о безграмотности в технических вопросах. Прорывные технологии всегда отрабатываются несколько десятков лет до вступления в фазу зрелости. Так, самолеты к моменту первого полета имели почти 60 лет предыстории — первые летающие модели были построены в 1840-х, полноразмерные аэропланы пытались строить с 1868-го. Это, по сути, классическая схема развития любой технологии, использующей новые физические принципы. Сначала — долгий «инкубационный период» без очевидных практических результатов, потом — «большой скачок».
Миф 2. «Лазеры невозможно использовать долго, обычно работа их кратковременна, буквально в течение нескольких секунд
Это далеко не так! В действительности химические и твердотельные боевые лазеры обеспечивают именно непрерывное излучение мощности — в течение минут и десятков минут. Следующим шагом в развитии мощных лазерных систем, несомненно, станет реализация варьируемой временной структуры излучения с целью поднятия пиковой мощности излучения для обеспечения механизма абляции и устранения эффекта экранировки мишени плазмой.
Миф 3. «Энергетика» лазерного оружия ничтожна по сравнению с огнестрельным. «Для сравнения: мощность 76-мм дивизионной пушки Ф-22 образца 1936 года оказывается на уровне 150 МВт. В 150 раз больше (чем у ABL)!… Это еще мы не учитываем энергию ВВ в самом снаряде. Там еще столько же. Вдумайтесь в этот простейший факт: маленькая древняя пушка времен второй мировой по цене металлолома в сотни раз мощнее ультрасовременного «боевого» лазера весом десятки тонн и стоимостью свыше $5 млрд. Один только выстрел из ABL стоит миллионы долларов. И этот выстрел по энергетике сравним с очередью крупнокалиберного пулемета».
Такое сравнение мощности, развиваемой в течение 0,01 сек, с мощностью постоянного излучения, и с помощью этого сравнения — «доказательство» неполноценности более «долгоиграющего» оружия противоречит даже курсу школьной физики. Попробуем провести сравнение корректным способом — подсчитав энергию, отправляющуюся к цели.
.«Здесь вступает в силу непреодолимый физически закон дифракции, который гласит — излучение лазера всегда расходится с углом, пропорциональным отношению длины волны к диаметру пучка. Если мы возьмем конкретно боевой инфракрасный лазер с длиной волны 2 мкм (на такой длине работают боевые лазеры « THEL» и т.п.) и диаметр пучка 1 см, то мы получим угол расхождения 0.2 мрад (это очень незначительное угловое расхождение — например, обычные лазерные указки/дальномеры расходятся на 5 мрад. и больше). Однако, расхождение 0.2 мрад. на дистанции 100 метров увеличит диаметр пятна с 1 см до примерно 3 см. То есть, плотность воздействия упадет пропорционально площади в 7 раз всего лишь на 100 метрах. А на километре плотность луча упадет уже в 300 раз».
На самом деле боевой лазер, излучающий пучок с исходным диаметром 1 см — это плод нездоровой фантазии, не отягощенной хотя бы минимальными знаниями в этой области. В действительности, при использовании фокусирующей оптики дифракционная расходимость равна примерно /D, где лямбда — длина волны, a D — диаметр зеркала, он же — исходный диаметр пучка, постепенно сужающегося к цели из-за фокусировки; большой стартовый диаметр пучка, а это метры, обеспечивает низкую дифракционную расходимость. В случае с ABL длина волны равна 1,315 мкм, а диаметр зеркала — 1,5 м, поделив одно на другое, получаем расходимость около 10 в минус 6-й степени радиан. Иными словами, луч лазерного «Боинга» «расплывется» на километровом расстоянии всего на… 1 мм. На расстоянии 200 км, дифракционная расходимость составит 20 см. Фактическая расходимость луча ABL превышает дифракционный предел всего лишь в 1,2 раза.
Миф 6. От лазерного оружия можно легко защититься — например, алюминиевым зеркалом. Это еще один перл.
Действительно, металлы могут иметь близкие к 100% коэффициенты отражения. Однако, во-первых, эти коэффициенты, тем не менее, не равны 100%. Так на длине волны в 1 мкм для большинства конструкционных металлов коэффициент отражения падает до 75%. Реальная ракета после старта, кроме того, будет иметь значительные загрязнения. Между тем, современные «гиперболоиды» излучают именно в «окрестностях» 1 мкм (ABL — 1,315 мкм). При этом 25% от сотен киловатт с лихвой хватит, даже в непрерывном режиме, чтобы разогреть и подплавить тонкий верхний слой обшивки, на чем отражение и закончится — поглощение лазерного излучения быстро растет вместе с ростом температуры, и резко подскакивает после начала плавления. В импульсно-периодическом режиме ситуация обостряется еще больше.
А как же с абсолютно «детским» вопросом — «если лазерный луч можно фокусировать и наводить зеркалом, то почему тем же зеркалом нельзя защититься»? В самих лазерах используются, как правило, многослойные диэлектрические зеркала, способные отражать очень много — но в крайне узком диапазоне и только под строго определенными углами. Кроме того, они охлаждаемые — а со всей поверхностью цели это проделать, как правило, невозможно. Иными словами, простой, эффективной и дешевой защиты от мощных лазеров не существует .
В реальности «утилизация» количеств тепла в единицы мегаватт сама по себе достаточно тривиальна. Кто-нибудь видел «раскалившийся докрасна» тепловоз? Между тем, приличный дизель мощностью 2 МВт сбрасывает в масло и систему охлаждения более 1 МВт. Куда менее проста задача вывода тепла из ограниченного объема собственно «орудия». В случае с химическим лазером ABL разогретые продукты реакции просто выдуваются из резонатора хорошо известным соплом Лаваля, а далее для охлаждения используется жидкий аммиак. Достаточно громоздкая система с проблемными криогенными компонентами — однако, она действительно способна «утилизировать» очень внушительные количества тепла. Тактические твердотельные лазеры, которым предстоит избавляться от 400 кВт тепла, вполне обходятся без криогенных «холодильников». Так, «HELLADS» — это продукт «скрещивания» нормального твердотельника и лазера с жидким рабочим телом; циркуляция последнего и выводит избыточное тепло за пределы «пушки». Примечателен и свежий продукт «General Atomic» — аккумулятор тепловой энергии, специально созданный для охлаждения лазеров. Модуль весом 35 кг способен поглотить 230 кВт, в этом случае тепло расплавляет энергоемкий материал, похожий на воск. В итоге режим « HELLADS» обеспечивает перехват в течение двух минут указанной мощности непрерывного излучения с последующим тридцатисекундным перерывом.
Миф 8. Мощных и компактных источников энергии для боевых лазеров не существует.
Отчасти это действительно так -100 кВт твердотельный лазер пока не представляется возможным взгромоздить на что-либо меньшее, чем грузовик из-за необходимости иметь под рукой генератор на 500 кВт и конденсаторы соответствующей мощности. Таковы реальные масштабы проблемы, не имеющие ничего общего с фантазиями. На практике гибридный вариант грузовика «НЕМТТ — НЕМТТ A3» даже в базовой комплектации имеет электрогенератор на 350 кВт, способный обеспечить до 200 кВт «экспортируемой» мощности. При повышении мощности двигателя до 505 л.с. A3 может обеспечить «внешнему» потребителю 400 кВт. Приятным дополнением является батарея конденсаторов на 1,5 МДж. Иными словами, там, где обитателям блогос-феры мерещатся электростанции -на самом деле маячит один грузовик, хотя и довольно высокотехнологичный. Вместе с тем, проблема энергетики в космосе может решаться и иными, более эффективными путями.
Так, например, хорошо отработаны ядерные источники питания, солнечная энергетика с ее неограниченными возможностями.
Миф 9. Каждый выстрел лазера стоит миллионы.
В действительности один выстрел ABL стоит $10 тыс.; отечественные «16 миллионов» — пропагандистское… преувеличение. Это примерная стоимость незатейливой носимой ПТУР вроде «Фагота». Более серьезные
противотанковые ракеты стоят десятки тысяч долларов, « Maverick» (ракета воздух-поверхность с дальностью в 28 км) — $154 тыс., одна ракета к «Patriot» — $3,8 млн. Стоимость выстрела тактических лазеров еще меньше, чем у ABL — даже у фторводородного ‘THEL» она составляла $2-3 тыс., при том, что фактически этот лазер использовал не водород, а достаточно дорогой дейтерий.
Миф 10. Все задачи, которые могут быть решены лазерным оружием, легче и дешевле решаются традиционными средствами.
Это умозаключение уже доказало свою несостоятельность.
Пример — попытки Израиля защититься от ракетных атак ХАМАС с помощью противоракет (система « Iron Dome»). Один пуск противоракеты обходится в $30- 40 тыс. Стоимость ракеты для «Града» составляет порядка $1 тыс., стоимость «Кассамов» не превышает $200. Таким образом, перехват будет обходиться в 40-200 раз дороже, чем само средство нападения. Как заметил по этому поводу представитель ХАМАС Тарик Абу Назар, «если каждый удар наших ракетчиков будет стоить израильтянам десятки тысяч долларов, мы будем считать, что цель достигнута». В итоге отдельные газетчики обвиняют в «распиле» не разработчиков лазеров, а тех, кто закрыл соответствующую израильско-американскую программу. Ограниченно применимой — из-за малого радиуса действия и огромного расхода боеприпасов — оказалась и система «Centurion».
Однако, вместо попыток догнать США у нас в России ограничиваются разработками идейно устаревших лазеров — неэффективных, громоздких и не позволяющих в обозримой перспективе достичь поставленных целей. Зато чрезмерно процветает анти-пропаганда. Причины такого развития обстановки вполне очевидны:
Во-первых, весьма успешная советская лазерная программа 70-80-х была буквально «зарезана» в начале 90-х как неперспективная — и персонажи, сделавшие это, по понятным причинам не слишком жаждут отвечать за свои конъюнктурные решения, и занимаются в значительной степени более прибыльным и безопасным для карьеры бизнесом.
Во-вторых, если за производством традиционных видов вооружения в нашей стране стоят вполне определенные бизнес-интересы, то лазерного лобби в нашей стране практически не существует, т. к. иных уж нет, а те далече.
В-третьих, значительная часть российской политической элиты всегда готова закрыть глаза на усиление возникающей «ассимметрии» в области стратегических вооружений — просто чтобы не раздражать «партнеров» и всегда иметь гарантированный доступ к своим счетам в западных банках.
В-четвертых, продолжать бороться за интересы обороноспособности страны сегодня не так уж и безопасно для личной карьеры и здоровья. Нужно обладать завидным мужеством, большим научным кругозором, интуицией и специальными знаниями в данной области высоких технологий, а также хорошим видением перспективы дальнейшего развития стратегической обстановки в мире для отстаивания своей позиции в современных условиях.
Послесловие. Уже очевидно, что в мире разворачивается новый виток технологической гонки. К сожалению, не от нас это зависит, не мы это начинаем. Наиболее развитые страны, опираясь на свое технологическое преимущество, направляют многомиллиардные средства на разработку высокотехнологичных лазерных систем следующих поколений. Их вложения в новые технологии создания лазерного оружия просто не сопоставимы с тем, что делаем мы. Они в десятки раз больше. Так в развитие полупроводниковой лазерной накачки твердотельных лазеров США по данным японских СМИ (на 2008г.) уже вложили более 85 млрд. долларов. Именно о необходимости ускоренного развития высоких технологий в своем выступлении на расширенном заседании Госсовета говорил Президент России Д. А. Медведев. В этой связи важно отметить и мнение американских специалистов, заключающееся в том, что сегодня одним из наиболее эффективных средств завоевания технологического превосходства в мире по-прежнему являются лазерные технологии. Россия усилиями Нобелевских лауреатов А. М. Прохорова, Н. Г. Басова и Секретаря ЦК КПСС Д. Ф. Устинова всегда была одним из мировых лидеров в этой области. И сегодня, именно в результате ускоренной разработки лазеров и технологий на их основе возможно:
— обеспечение качественно нового уровня развития промышленности, науки и технологии, возрождение научно-технической мощи России на базе современных высоких технологий;
— завоевание Россией лидирующей роли в ряде областей научно-технического и технологического прогресса;
— оживление значительного числа предприятий ряда отраслей российской промышленности, хорошо известных своими разработками в прежние годы;
— укрепление за Россией лидирующего положения в космической сфере деятельности и обеспечение стратегических и геополитических приоритетов страны в современном мире;
— обеспечение коммерческой выгоды от реализации широкого спектра лазерных программ, сравнимой с выгодой, получаемой сегодня от торговли природными ресурсами.
Классификация лазеров
лазерные устройства представляющие значительную опасность для кожи и опасность рассеянного отражения. К таким лазерам относятся УФ-(200-400 нм) и дальнего ИК-диапазонов (1,4 мкм – 1 мм), лазеры видимого (400-700 нм) и ближнего ИК-диапазонов (700-1400 нм) со средней мощностью более 0,5 Вт при tmax>0,25 с или дозой облучения более 10 Дж/см2; к таким лазерам также относят лазеры, у которых во время их работы могут возникать диффузные отражения излучения, превышающие предельные значения. Фактически, все хирургические лазеры и лазеры для обработки материалов, использующиеся для сварки и резки, если они не закрыты защитной оболочкой, относятся к классу 4. Все лазеры со средней выходной мощностью более 0.5 W также относятся к классу 4.
Если более мощный лазер класса 3 или 4 полностью закрыт защитной оболочкой, преграждающей путь опасной лучистой энергии, то вся система может быть отнесена к классу 1. Более опасный лазер внутри корпуса называется встроенным лазером. Лазерные устройства, которые могут работать на нескольких длинах волн, классифицируются по длинам волн, на которых можно ожидать наибольшую опасность.
Защита глаз от лазерного излучения
Как известно все лазерные лучи несут энергию и тепло, и чем мощнее луч света, тем больше тепла он передает и соответственно нагревают сетчатку и роговицу. Также не стоит забывать о длительности импульса, чем он короче, тем лазер опаснее. Короткие, сфокусированные лучи света проходят через роговицу, радужку и хрусталик, который фокусирует свет еще больше. Сформированный луч поражает крошечное пятно на вашей сетчатке и разрушает клетки фоторецептора. Лазерные лучи, как правило, ближе к синему или ультрафиолетовому спектру вызывают повреждение фотохимических реакций в рецепторах сетчатки, а хрусталик поглощая лазерный луч с длиной волны менее 400 нанометров, что приводит к риску возникновения катаракты. Если говорить о инфракрасных лазерных лучах, то такой луч может повредить Ваш глаз, даже не вызывая рефлекс моргания из-за отсутствия цвета.
Вред лазерного луча, прошедшего через глаз может быть также очень большим из-за оптического усиления. То есть, если до попадания в глаз излучение составляло от 1 мВт/см2, то после попадания в глаза и к моменту достижения сетчатки значение излучения увеличится до 100 мВт/см2, что приведет к термическому ожогу глаза и нарушению охлаждающей функции сосудов сетчатки. В результате такого термического воздействия может произойти кровоизлияние в стекловидное тело и последующее повреждение кровеносных сосудов. Не смотря на то, что сетчатка может восстановиться от незначительных повреждений, поражения могут привести к временной или постоянной потере остроты зрения или к полной слепоте. классификация лазеров
Выбираем очки
Очки должны быть прозрачными в диапазоне 400-700 нм, чтобы тот, кто их носит, мог видеть сквозь них и работать, но чем больше участков спектра должно быть блокировано, отфильтровано такими очками, тем менее прозрачными и приемлемыми для пользователя они делаются. Пик чувствительности глаза приходится на 530-550 нм, и чем ближе к этому интервалу подходит длина волны, которую нужно перекрыть, тем более темными становятся очки. Способ обойти эту принципиальную трудность ещё не придуман, и потому пользователям, работающим с различными лазерными источниками излучения, приходится запасаться не одними, а целым набором защитных очков, чтобы на любой используемой длине волны обеспечить баланс между надёжной защитой от лазерного излучения и хорошей прозрачностью используемых очков в видимом диапазоне.
Повышение мощности используемых лазеров является ещё одной «головной болью» для производителей защитных очков, но на практике безопасность для персонала обеспечивается обычно полным экранированием мощного лазера, переводом его в Класс 1.
Защитные очки делятся по диапазонам длины волны света, который они отфильтровывают. А именно 190-366nm — Ультрафиолетовый свет, 405 — Фиолетовый свет, 445-450 — Синий свет, 532 — Зелёный, 635-650 — Красный, 780-1064 и более — Инфракрасный свет. У некоторых очков такой диапазон защиты может быть один, как например у оранжевых(190-540nm), это значит, что они защищают и от ультрафиолетового, фиолетового, синего и зелёного света. Так же бывают и очки с двойным защитным диапазоном, например у очков чайного цвета диапазон раздваивается на 200-540nm и 800-1700nm. Это означает что их действие распространяется на синий, зелёный и свет инфракрасного лазера, что может быть полезно если у вас есть несколько различных лазеров. классификация лазеров
Ещё одним параметром очков является их оптическая плотность (OD-Optical density) ,бывает она OD4, OD5, OD5+, OD7, у каждых очков существует свой график распределения плотности по разным длинам волн, то есть у одних очков может быть разная оптическая плотность для разного света. Одни и те же защитные очки, могут к примеру иметь плотность OD5+ для синего света, но для зелёного OD4.
Важным аспектом лазерных защитных очков является оптическая плотность. Это в основном, насколько сильны очки. Чем сильнее ваш лазерный луч, тем выше OD оно требует, чтобы ваши глаза были в безопасности. Однако энергия пучка не является единственной переменной, которая влияет на OD.
Из всего сказанного выше можно сделать один единственный вывод: мы — обладатели всего одной пары глаз и в наших интересах продлить их целостность и здоровье как можно дольше. Поэтому не пренебрегаем самым простым правилом безопасности — не смотреть на лазерный луч. Если уж очень хочется, или в этом есть необходимость, то в этом случае предлагаем Вам прибегнуть к выбору защитных очков. Кстати, так как компания Gistroy заботится о безопасности Вашего зрения, в комплекте с каждым приобретенным гравером в обязательном порядке идут очки, а во всех моделях, кроме станков с диодом 5,5 Вт, также предусмотрены защитные шиберы для гашения лазерного излучения.