ỨNG DỤNG CỦA TIA LASER TRONG QUÂN SỰ

II.ỨNG DỤNG TRONG QUÂN SỰ Từ khi tia laze ra đời,thì một thế hệ vũ khí mới xuất hiện ,các cường quốc thì nhau phát triển những vũ khí có ứng dụng tia laser mà chỉ tiêu diệt đối thủ trong

Danh sách nhóm :

1 PHẠM TRẦN PHÚC THỊNH

2 LÊ DUY

3 VÕ ANH KHOA

4 NGÔ VĂN CƯỜNG

5 ĐỖ VĂN PHỤNG

KHOA KHOA CƠ BẢN

BỘ MÔN: VẬT LÝ 3

TIỂU LUẬN:

GV: Th.s ĐỖ QUỐC HUY

Thành Phố Hồ Chí Minh ngày 4 tháng 4 năm 2009

07701271 07702471 07702161 07715051 08103241

BỘ MÔN: VẬT LÝ 3

ĐỀ TÀI:

GV: TH.S ĐỖ QUỐC HUY

Thành Phố Hồ Chí Minh ngày 4 tháng 4 năm 2009

MỤC LỤC

Danh sách nhóm :

1 PHẠM TRẦN PHÚC THỊNH

2 LÊ DUY

3 VÕ ANH KHOA

4 NGÔ VĂN CƯỜNG

5 ĐỖ VĂN PHỤNG

07701271 07702471 07702161 07715051 08103241

I.TỔNG QUAN VỀ LAZER TRANG

I.3.Ngyên lý tạo ra lazer và cơ chế họat động 2 II.ỨNG DỤNG TRONG QUÂN SỰ

II.1 HỆ THỐNG LAZER ABL

II.1.1 Cấu tạo của hệ thống Lazer ABL 4

II.1.3.Hệ thống ABL trong phòng thủ từ xa 6 II.2.Vũ khí laser( THEL) phòng thủ chống đạn pháo 8 III SỬ DỤNG LAZER TRONG TIÊU DIỆT ĐỐI THỦ ( JDAM )

III.2 Nhược điểm & ưu điểm 11

III.2.1 Nhược điểm

III.2.2 Ưu điểm

I.TỔNG QUAN VỀ LAZER

I.1Khái niệm:

Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation trong tiếng anh , và có nghĩa là "khuếch đại ánh sang bằng phát xạ ánh sáng "

Electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt trong một nguyên tử Các mức năng lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân Electron ở bên ngoài sẽ có mức năng lượng cao hơn những electron ở phía trong Khi có sự tác động vật lý hay hóa học

từ bên ngoài, các hạt electron này hấp thụ năng lượng và nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao và tồn tại ở trạng thái kích thích trong thời gian rất ngắn sau đó các elcetron này nhảy về mức năng lượng thấp đồng thời phát ra các photon có một bước sóng nhất định tọa thành bức xạ dưới dạng sóng điện từ

Có nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí, ví dụ He-Ne hay dạng chất lỏng, song có độ bức xạ lớn nhất vẫn là tia laser tạo bởi các thành phần từ trạng thái chất rắn

I.2.Tính chất

• Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm song song do

đó khả năng chiếu xa hàng nghìn km mà không bị phân tán

• Tính đơn sắc rất cao: chùm sáng chỉ có một màu (hay một bước sóng) duy nhất Do vậy chùm laser không bị tán xạ khi đi qua mặt phân cách của hai môi trường có chiết suất khác nhau Đây là tính chất đặc biệt nhất mà không nguồn sáng nào có

• Tính đồng bộ của các photon trong chùm tia laser

• Có khả năng phát xung cực ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung năng lượng tia laser cực lớn trong thời gian cực ngắn

I.3.Ngyên lý tạo ra lazer và cơ chế họat động

Nguyên lý cấu tạo chung của một máy laser gồm có: buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, nguồn nuôi và hệ thống dẫn quang Trong đó buồng cộng hưởng với hoạt chất laser là bộ phận chủ yếu

Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó là một chất đặc biệt có khả năng khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra laser Khi 1 photon tới va chạm vào hoạt chất này thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tới mặt khác buồng công hưởng có 2 mặt chắn ở hai đầu, một mặt phản xạ toàn phần các photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một phần phản xạ lại làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật

độ photon lớn Vì thế cường độ chùm laser được khuếc đại lên nhiều lần Tính chất của laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, do đó người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser

II.ỨNG DỤNG TRONG QUÂN SỰ

Từ khi tia laze ra đời,thì một thế hệ vũ khí mới xuất hiện ,các cường quốc thì nhau phát triển những vũ khí có ứng dụng tia laser mà chỉ tiêu diệt đối thủ trong giấy lát Như súng Laser dùng cho bộ binh thường hướng vào: làm thế nào vô hiệu hoá được chiến binh của đối phương, cản trở sự triển khai vũ khí và phương tiện chiến tranh của đối phương Ví dụ, ta biết rằng,

hệ tiêu hoá của chúng ta luôn có

tần số tự nhiên khoảng dưới 10

hertz Do vậy vào những năm sau

1960, người Mỹ đã chế tạo ra

“súng âm thanh trầm” có tần số

tương ứng như vậy Khi súng

hướng vào bụng, dạ dầy của đối

phương tạo ra sự cộng hưởng với

biên độ tăng dần, làm cho đối

phương buồn nôn kèm theo chóng mặt, hoa mắt mà không sao cưỡng lại được Người trúng loại “đạn âm thanh” đó tức khắc bị loại ra khỏi cuộc chiến Cũng như vậy, người ta đã dùng sóng radio xấp xỉ với sóng của não

Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt động của laser.

1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích) 2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích) 3) Gương phản xạ toàn phần

4) Gương bán mạ 5) Tia laser

người để gây rối loạn đầu óc của đối phương Những loại súng này thường gọn nhẹ (chỉ bằng cây bút chì) Có khi dùng tia laze làm mù mắt của đối phương Mỹ đã trang bị vũ khí laser trên máy bay chiến đấu để có thể phát hiện ra mục tiêu khi vừa mới bước vào lãnh thổ , hoặc tiêu diệt các tên lửa đạn đạo khi vừa mới ở giai đoạn đầu tiên là giai đoạn bắn Để hiểu rõ hơn

về vũ khí laser chúng ta tìm hiểu kĩ hơn ở hệ thống phòng thủ LASER ABL

II.1 HỆ THỐNG LAZER ABL

II.1.1 Cấu tạo của hệ thống Lazer ABL

Loại vũ khí laser năng lượng cao nói trên do hãng Northrop Grumman chế tạo với mục tiêu phá hủy mọi loại tên lửa đạn đạo, bao gồm tên lửa đạn đạo chiến thuật (TBM) và tên lửa đạn đạo xuyên lục địa (ICBM) Năng lượng cho nó hoạt động gồm các hóa chất có thể tìm thấy trong chất tẩy thông thường là hydrogen peroxide và potassium hydroxide, kết hợp với khí clo và nước Nền tảng của hệ thống là laser hoá học oxy-iod (COIL - Chemical Oxygen Iodine Laser), - một biến thể của laser hoá học hồng ngoại, bao gồm 6 module và có công suất ra ở chế độ phát liên tục đạt mức

MW 2 laser thể rắn công suất mức kW đang được dùng để chiếu xạ mục tiêu

II.1.2.Đặc tính

ABL có hiệu quả nhất khi đối phó với tên lửa nhiên liệu lỏng vì vỏ các tên lửa này có độ cứng kém hơn Tia laser khi đập vào vỏ thùng nhiên liệu tên lửa sẽ làm thân tên lửa nóng lên và tăng áp suất bên trong của nhiên liệu, điều đó dẫn tới những hậu quả nguy hiểm Trong những trường hợp khác, thân tên lửa bị suy yếu do bị nung quá nóng sẽ bị phá huỷ bởi tải trọng phát sinh khi bay và cơ động với tốc độ cao hoặc tải trọng tạo ra bởi lực cản chính diện của khí quyển Như vậy là có thể tiêu diệt tên lửa mà không phải thiêu cháy toàn bộ thân tên lửa

Tia laser hành trình dọc theo chiều dài của chiếc máy bay hạng nặng với tốc độ khủng khiếp là một tỷ km/h Nó chạy từ phía đoạn đầu của hệ thống đặt ở phía đuôi máy bay, qua hệ thống kiểm soát chùm laser, hệ thống kiểm soát phóng và bắn ra từ phần tháp pháo đặc biệt gắn ở mũi máy bay để tới mục tiêu và việc bắn vũ khí laser bằng đường không tiêu diệt tên lửa đạn đạo đang bay

Vũ khí laser tiêu diệt các tên lửa đạn đạo trong giai đoạn tăng tốc của chúng nên có nhiều lợi thế Khi đó các hỏa tiễn đang tỏa nhiệt cực mạnh để

Chiếc Boeing 747 của không quân Mỹ mang vũ khí laser ABL Ảnh: USAF.

phóng và tạo điều kiện cho tia laser tìm đến mục tiêu chính xác ,vũ khí laser ABL có thể tiêu diệt một quả tên lửa đạn đạo xuyên lục địa dùng nhiên liệu lỏng (ICBM) từ khoảng cách 600 km Nhưng sẽ khó khăn hơn khi chúng đánh chặn tên lửa dùng nhiên liệu rắn và đây cũng là nhược điểm của nó

II.1.3 Hệ thống ABL trong phòng thủ từ xa:

Vũ khí laser ABL được thiết kế với mục đích tiêu diệt các loại tên lửa đạn đạo của đối phương ngay từ giai đoạn đầu chúng được phóng đi Tại giai đoạn bay này, tên lửa dễ bị phát hiện và bắn hạ nhất vì động cơ hoạt động làm bộc lộ tên lửa Hệ thống ABL sử dụng các sensor hồng ngoại để phát hiện sơ bộ mục tiêu

Sau khi phát hiện mục tiêu, hệ thống sử dụng ba tia laser năng lượng yếu sẽ được phóng để tính toán hướng bay và tốc độ bay của tên lửa, xác định điểm ngắm bắn và đo sự chảy rối của không khí Do sự chảy rối không khí làm lệch hướng và biến dạng tia laser nên hệ thống quang học thích ứng

sử dụng các số liệu nhận được để nạp vào các phần tử hiệu chỉnh để thích ứng với nhiễu khí quyền Dựa vào những thông tin thu được, hệ thống ABL

sẽ tính toán để phóng ra chùm tia laser với năng lượng thích hợp Sau đó laser chính đặt ở mũi máy bay phát 1 xung dài 3-5s, đủ để tiêu diệt 1 tên lửa

Xung này nhờ kính viễn vọng mạnh lắp trên ụ ở mũi máy bay, được

tụ tiêu và giữ trên điểm ngắm Toàn bộ quá trình từ phát hiện cho đến lúc tiêu diệt mục tiêu kéo dài không quá 8-12 s trong đó bắn tia laser từ một tháp pháo gắn trên mũi chiếc máy bay Boeing 747 chuyên dụng và nhằm vào mục tiêu

Theo thiết kế, cơ chế hoạt động của vũ khí ABL là chiếu sáng tên lửa của đối phương bằng một tia laser dò

tìm, trong khi hệ thống máy tính

đo khoảng cách và tính toán

đường đi của nó Sau khi tia laser

này chạm tới mục tiêu, tia laser

thứ hai cực mạnh cũng được

phóng ra từ mũi chiếc Boeing

747 Sức nóng của nó gây sức ép

lên khoang nhiên liệu của quả tên

lửa đang bay khiến nó nổ tung

ABL sử dụng nhiên liệu hóa học để tạo ra tia laser năng lượng cao Chiếc máy bay 747 hiện nay có thể mang đủ nhiên liệu phục vụ cho 20 phát bắn năng lượng cao hoặc 40 phát bắn năng lượng thấp chống lại các TBM với lớp vỏ mỏng và yếu hơn Tia laser của ABL có khả năng bắn thẳng vào khu vực chứa nhiên liệu của tên lửa và khiến nó phát nổ Ngoài ra ABL có thể được điều khiển để nung nóng lớp vỏ lên lửa, làm suy yếu phần vỏ này, khiến tên lửa bị phân rã trong tốc độ rất cao do thời gian đầu của quá trình phóng, tên lửa đang tăng tốc Do tấn công với tốc độ ánh sáng nên ABL được cho là có thể tiêu diệt mục tiêu với tỉ lệ thành công rất cao

Mô phỏng cơ chế hoạt động của hệ thống vũ khí laser ABL chống tên lửa đạn đạo trên một chiếc

Boeing 747 Ảnh: Ausairpower.

Các máy bay mang ABL sẽ cất cánh tuần tra chiến đấu và tuần tra ở

độ cao lớn, ở cách các khu vực đối phương có thể triển khai tên lửa đến 600

km trong một khoảng thời gian khá dài Có thể kéo dài thời gian trực chiến trên không của máy bay ABL bằng cách tiếp dầu trên không cho máy bay

Để yểm trợ và bảo đảm hoạt động của các máy bay ABL, người ta sẽ huy động các máy bay tiêm kích và máy bay tác chiến điện tử

II.2.Vũ khí laser( THEL) phòng thủ chống đạn pháo

Hãng sản xuất Northrop Grumman muốn LQ Mỹ sử dụng hệ thống laser chiến thuật năng lượng cao THEL (Tactical High Energy Laser) trong chiến đấu tiếp sau những vụ thử thành công mới đây đối với hệ thống này khi nó bắn rơi loạt đạn cối bắn đến

Riêng radar của hệ THEL đã ở trạng thái hoàn thiện, sử dụng radar của THEL để phát hiện đạn rocket trong điều kiện chiến đấu Hệ THEL được thiết kế để bắn hạ các đạn rocket lớn hơn và được chế tạo tốt hơn các đạn rocket Kassam Hệ thống THEL có thể bám các rocket Kassam nhỏ và bắn hạ chúng bằng laser THEL có thể bám và phá huỷ các mục tiêu nhỏ hơn đang bay như đạn cối

Hệ thống laser và radar có thể bám đồng thời tới 60 mục tiêu (đạn pháo, cối, rocket) và phá huỷ các quả đạn này ở tầm tới 5 km THEL có thể

Hình mô phỏng một máy bay lắp hệ thống ABL

Có thể tiêu diệt mọi loại tên lửa đạn đạo

Ngoài vấn đề kích thước và chi phí của hệ thống THEL, còn có vấn đề tia laser bị suy yếu bởi mây, sương mù, thậm chí là khói nhân tạo Vì thế hiện chưa có nhiều sự ủng hộ cho việc bắt đầu sử dụng một hệ thống THEL cồng kềnh và đắt tiền ngay vào thời điểm này Nhưng vào cuối thập kỷ này, một biến thể

nhỏ gọn hơn

và rẻ tiền hơn

của THEL sẽ

hấp dẫn hơn

và có thể sẽ

được đặt mua

Hiện tại, THEL còn cồng kềnh và không thật sự cơ động Mỗi hệ thống cần có 6 chiếc xe kéo trở lên để chở radar, tiếp nhiên liệu và thiết bị laser

THEL đánh chặn mục tiêu

Biến thể mới MTHEL (Mobile Tactical High-Energy Laser - hệ thống laser chiến thuật năng lượng cao cơ động) đã được thiết kế, sử dụng 3 xe kéo;hệ thống MTHEL lắp vừa trên 1 xe ôtô đa năng hạng nhẹ cơ động cao HMWV

III SỬ DỤNG LAZER TRONG TIÊU DIỆT ĐỐI THỦ (JDAM )

III.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Trái bom sau đó sẽ phối hợp với hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GPS) tìm diệt mục tiêu Bộ não của bom chính là một thiết bị nhận tín hiệu GPS, được lập trình trước Thiết bị nhỏ này điều chỉnh hướng bay nhờ các

"vây" trên đuôi quả bom, theo các dữ liệu về toạ độ mà hệ thống vệ tinh cung cấp

Được dẫn đường nhờ các tín hiệu GPS, JDAM hoạt động hiệu quả cả trong thời tiết xấu Trong khi đó, bom định vị bằng laser, rất dễ đi lạc nếu gần mặt đất có khói hay sương mù

Khâu xác định mục tiêu được tiến hành khá công phu Các vệ tinh và máy bay do thám thu thập rất nhiều thông số về hình ảnh, tia xạ, sự thay đổi

về nhiệt để tìm hang động, các đường hầm và binh lính Những dữ liệu này, cùng với các tin tức tình báo, được tổng hợp lại Một sai sót nhỏ trong quá trình thu thập và xử lý thông tin có thể khiến toạ độ mục tiêu không chính xác

MTHEL

III.2.1 Nhược điểm

Tia laser có thể bị lệch đi do ảnh hưởng của các tác nhân thời tiết hay khói dày đặc thường có ở các trận địa Do vậy, trái bom có thể bị chệch hướng vào những phút cuối cùng

"bom chính xác" đôi khi vẫn để tuột mất con mồi, chủ yếu do phân tích toạ độ mục tiêu sai ngay từ ban đầu

III.2.2 Ưu điểm

JDAM không đòi hỏi phi công phải xác định mục tiêu tấn công cụ thể

Do vậy, máy bay được phép thả bom từ độ cao an toàn Theo thiết kế, bom

có thể tới gần mục tiêu định sẵn trong khoảng bán kính 1m Chính vì thế, JDAM còn được gọi là "bom chính xác"

Dựa vào tín hiệu từ vệ tinh, JDAM có thể bị đánh lừa nếu như đối phương xây dựng một đài phát làm nhiễu các tín hiệu GPS Dĩ nhiên, điều này đòi hỏi trình độ công nghệ cao với các điều kiện nghiên cứu tốt