USA mereväe futuristlik laserrelv sai võimalikuks alles läbimurdega vanamoodses telefonisides

USA merevägi demonstreeris hiljuti uut laserrelva, mis on projekteeritud vaenlase mehitamata õhulennumasinaid e droone taevast alla tulistama. Esitlus kinnitas, et vastavad süsteemid pole tõepoolest enam pelgalt ulmelised unistused. Kuidas need nn suunatud energiat rakendavad relvad (ingl directed-energy weapons) aga üldse töötavad?

Mõte laserrelvadest on rohkem kui sajandi vanune; ulmekirjanik Herbert George Wells kujutas „kuumuskiiri“ juba 1897. aastal romaanis „Maailmade sõda“.

Praktiliste tarbeaserite loomisel polnud esimeseks ajendiks siiski relvastuse arendamine, vaid hoopis telekommunikatsioon. N-ö relvaküpseks ei saanud tehnika ekspertide osutusel areneda enne, kui kättesaadavaks muutusid kiudoptika ja odavad laserdioodid. Seega, läbimurret oli vaja esmalt telekommunikatsiooni ja arvutiühenduste parendamisel, ehk nn vanamoodsetes sidekanalites.

Sõna „laser“ on tegelikult lühend fraasist „valguse võimendamine stimuleeritud kiirguse kaudu“ (ingl light amplification by stimulated emission of radiation).

Laseri valmistamiseks on vaja laservalguse kandekeskkonda (ingl lasing medium) — mingisugust materjali, mis energiaga stimuleerimisel kiirgab valgust. Lisaks peab too valgus olema ühelainsal lainepikkusel ning kõik valguslained peavad olema sünkroonis ehk koherentsed. Nimelt on koherentsed valguslained reeglina fokuseeritumad. Teisisõnu — laserkiirt moodustavad valguslained hajuvad märksa vähem kui nt taskulambist kiirgav valgus, koondades seetõttu rohkem energiat ühte punkti.

Esimesed laserkiired tekitati 1960. aastatel rubiinkristallidega, millesse „pumbati“ võimsast välklambist valguskiirgust. Selliseid kristalle nimetatakse juurdekasvukeskkonnaks (ingl gain medium). Ere valgus ergastas kristalli moodustavaid aatomeid, mis seejärel tekitasid laseri tarbeks footoneid e valguspakette. Kristalli vastastippudesse paigutati peeglid, millest üks oli läbipaistev. Valgus peegeldati ühest tipust tagasi, nii et see väljus läbi teise, poolläbipaistva peegli.

Nüüdisaegsemates laserites rakendatakse juurdekasvukeskkonnana gaase, nt süsinikdioksiidi, heeliumit või neooni. Need kõik tekitavad eri lainepikkustel laserkiiri, millel on erilaadseid rakendusi. Süsinikdioksiid-laserid kiirgavad infrapunast valgust ja neid kasutatakse sageli materjalide lõikamiseks. Veel hiljem leiutati keemiline laser, kuid laevade pardale paigaldatavate relvade kontekstis pole see oluline.

Laserdiood oli murranguline uuendus. Ehkki esimesi dioode demonstreeriti juba 1960. aastatel, ehitati esimesed toatemperatuuril pidevalt töökõlbulikud pooljuhtlaserid alles 1970. aastatel.

Laserrelvad peavad suutma enamat kui lihtsalt laservalgust genereerida — need peavad saama hakkama valguse toimetamisega sihtmärgini sellise energiaga, et kiir sihtmärki kahjustaks. Laserite võimsust mõõdetakse enamasti vattides. Laser-kaardikepi võimsus piirdub mõne millivatiga, kuid sellestki piisab inimsilma kahjustamiseks. Tööstuslike laserlõikurite võimsus küündib juba kilovattides mõõdetavasse vahemikku. Sõjavägi vajab aga veel palju võimsamaid lasereid — selliseid, mille võimsus on vähemalt mitukümmend kilovatti.

USA mereväe uus laserrelv, mis hetkel paikneb amfiib-transportaluse USS Ponce pardal, on kuuldavasti 33 kilovatise võimsusega ning suudab korraga välja tulistada mitu kiirt, mille võimsuste summa küündib 100 kilovatini. Merevägi andis jaanuaris teada, et kavatseb aasta jooksul testida 150 kilovatist laserit. (Mereväe pressiesindaja nentis, et seda, kui võimas uus laser täpselt on, ei saa ta avaldada.)

Suur võimsus on vajalik sellepärast, et ehkki laservalgus koondub väiksesse punkti, hajuvad laserkiiredki pikkade vahemaade läbimisel, mis tähendab, et sihtmärgini toimetatakse vähem energiat. Laserkiir tekitab kahjustusi sellega, et kuumutab enda energia abil materjali, mida tabab. Seetõttu peab laserkiir sihtmärgil püsima teatud aja, kusjuures suurem võimsus lühendab seda perioodi, mis teebki võimsamast laserist võimsama relva.

Laserkahurite arendamise juures on üheks suuremaks probleemiks küsimus, kust võtta energia nende käitamiseks. 30 kilovatti energiat ühe sekundi jooksul on nii suur kogus, et sellega annaks „ära toita“ terve asula (keskmine Ameerika Ühendriikide elamu kulutab aastas kümme kilovatt-tundi energiat). See tähendab, et laeval, millele laserrelv paigaldatakse, peab olema oma elektrijaam, mis relva energiavajaduse rahuldamisega hakkama saab.

Laserite eeliseks — ja põhjuseks, miks sõjavägi nende vastu huvi tunneb — on kiirus. Laserkiir levib valguse kiirusel. Praktiliselt tähendab see, et kui laserrelv on midagi sihikule võtnud, saab ta sellele kohe pihta. Samuti on lasereid mereväe osutusel odavam kasutada, kuna ainus kulutus on nende käitamisest johtuv energiakulu.

Küll aga seondub laserrelvade kasutamisega ka mõningaid kitsaskohti. Massachusettsi tehnikainstituudi MIT uurija Subrata Ghoshroy, kes 1980. aastatel varajaste laserrelvade loomises osales, märkis, et komistuskiviks võivad kujuneda ilmastikutingimused. Lasekiired koosnevad ju valgusest, mis tähendab, et udu ja muud häirivad atmosfäärinähtused saavad seda valgust hajutada. See omakorda vähendab relva laskeraadiust ja sihtmärgile koondatava energia hulka.

Oluliseks teguriks on ka kuumus. „Soojusenergia haldamine on tohutu probleem,“ rõhutas Ghoshroy. Põhjus on selles, et kõik need dioodi läbistavad kilovatid ajavad selle kuumaks, mis tähendab, et ajapikku laserkiire kvaliteet kahaneb. Tema osutusel ei selgunud demonstratsioonist, kui sageli saab USS Ponce laserist tulistada, ega ka see, kui kaua relv vastu peab, enne kui riistvara tõrkuma hakkab.