Свободата през 21-ви век е на върха на лазера

Свободата през 21-ви век е на върха на лазера, а не на копието, както твърди прочутият герой на Сервантес – Дон Кихот. В орбита около земята беше изстрелян най-малкият космически кораб, създаван досега. Той е с размери 3,5 на 3,5 см. На практика това е една малка печатна платка, с няколко електронни елемента. Това е прототип от серията миникорабчета, наречени  „Sprites”. Няколко такива „корабчета“ бяха изведени в околоземна орбита за първи изпитания. Те са част от мащабната и дългосрочна международна програма Breakthrough Starshot. Програмата е създадена за реализиране на междузвездни космически мисии. „Sprites” са най-малките космически сонди в света, които ще предават информация от разстояние няколко светлинни години от Земята. 

Спрайтчетата тежат само 4 г, но имат слънчеви панели, компютри, сензори и радиостанции. Те са новата стъпка в миниатюризацията на космическите кораби. Главният им разработчик е Зак Манчестър, чиято компания „KickSat” преди няколко години инвестира първите средства в разработването на проекта Breakthrough Starshot. Корабчетата са изработени в лабораториите на университета „Корнел“ в Итака, щата Ню Йорк, САЩ, и изведени в околоземна орбита от два сателита. Първите резултати от техния полет показват, че засега те изпълняват набелязаната програма. Главната цел е да се провери надеждността на комуникацията със Спрайтчетата, което е ключово условие за осъществяване на мисията им в дълбините на космическото пространство.

Програмата  Breakthrough Starshot е стартирана на 12 април 2016 г. от руския милиардер Юри Милнър и Стивън Хокинг, като първоначално в нея са вложени 100 милиона долара. Основната цел на програмата е да докаже, че е възможно създаването на свръхлеки космически кораби, които да летят с 20 процента от скоростта на светлината, което прави 60 000 км в сек. След преминаването на експерименталните полети в околоземната орбита те ще полетят към най-ярката звезда от съзвездието Кентавър – Алфа Кентавър, която се намира на 4,37 светлинни години от Земята. Това е около 40 000 млрд. км. Най-бързият от сега действащите космически кораби ще лети дотам 30 000 години. Полетът на Спрайтчетата до Алфа Кентавър ще отнеме малко повече от 20 г. Малките космически корабчета ще предават изображения и ще направят някои измервания на всички планети, „които видят“.  Към програмата  Breakthrough Starshot се присъедини и създателят на Фейсбук Марк Зукърбърг, докато Хокинг беше още жив. 

Особено въодушевен от програмата е Милнър, който е завършил теоретична физика в Московския държавен университет. Той е запален по идеята да се търси извънземен живот и има намерение да разпрати хиляди малки космически корабчета по различни направления във Вселената.  Наричат тези малки космически апарати и нанокораби, защото са много дребни и тежат няколко грама. Състоят се от две части – електронен чип и платно от светлина. За две минути мощните лазери, монтирани на Земята, трябва да ускорят нанокорабчето до пределната му скорост от 60 000 километра в секунда. Радиусът на светлинното платно на корабчето е 2 м. В случая мощните лазери, излъчвани от Земята, играят ролята на вятъра в платната на дървените платноходи от епохата на големите географски открития. В същото време всичко това ни напомня и за мечтата на писателите фантасти от миналия век за създаването на фотонни космически кораби, които да се движат със скоростта на светлината. 
Новата концепция за създаването на нанокораби за междузвездни полети изисква решаване на редица сложни технически въпроси, като най-важният от тях е устойчивостта на корабчето, което се събира дори в детска длан. С една дума, ако корабчето „се отплесне“ от лазерните лъчи, които го тласкат навътре в космоса, и кривне някъде встрани, няма как да бъде върнато или от него да се получи информация. Затова в екипа на програмата са привлечени няколко от най-големите физици на планетата в момента. Те трябва да решат какви да бъдат типът на лазерния лъч и размерът и формата на „платното“ на корабчето, за да не излезе то от зоната на действие на лъча в процеса на ускоряване. Например учените стигат до извода, че плоското платно е твърде ненадеждно и с него корабчето лесно би „поело по кривия път“. При експериментите става ясно, че платното трябва да е конус или полусфера. При непостижимата досега скорост от 60 000 км в сек тези корабчета могат да преодолеят разстоянието  от Земята до Луната за 7 секунди.
 

Всичко дотук ни дава основание да си мислим, че човечеството прави нова крачка към осъществяване на една от големите си мечти – навлизане в непознатите дълбини на Вселената и търсене на следи от извънземен живот. В същото време една група изтъкнати военни експерти, след като се запознава подробно с програмата  Breakthrough Starshot и провеждайки поредица от предварителни разчети, стига до извода, че ако се използва по аналогичен начин принципът на задвижване на Спрайтчетата от мощните лазери на Земята, то това може да се превърне в нов вид кинетично оръжие, което да не отстъпва по мощност на ядреното. Лазерите настъпват много мощно във военното дело през последните години. Както става ясно, съвсем скоро – през 2021 г., САЩ ще въведат лазерно оръжие на някои типове бойни изтребители. Освен това лазерът се използва вече и като бойно средство за противовъздушна отбрана. Американската компания Локхийд Мартин вече провежда изпитания на портативни наземни лазерни установки с мощност до 30 кВт. Тези установки успешно унищожават безпилотни летателни апарати с размах на крилата 3,3 м. Бордовият лазер за изтребителите ще бъде разработен на базата на този портативен наземен лазер. Сложността и при тази разработка е фокусирането на лазерния лъч достатъчно дълго време върху набелязаната цел. Специалистите по лазерни оръжия в Локхийд Мартин вече са подложили на изпитания и нови 60-киловатови лазерни системи.

От квантовите радари и стелт не може да се скрие

Учените вече разработват т. нар. квантови радари, чийто принцип на работа се основава на особеностите на фотоните като квантови частици. Сигналът, излъчван от такива радари, е високо устойчив на смущения. При традиционните радари лесно могат да се създават смущения чрез замърсяване на пространството с частици от метално фолио, излъчване на обратни лъжливи сигнали или замърсяване с шумове на работните честоти на радара. Разбира се, и съвременните радари се справят не лошо със смущенията, освен това при тях е налице възможността да се монтират устройства, които да генерират смущения, както и да изпращат лъжливи сигнали. 

Изследователите, които се занимават с разработването на квантовите радари, са установили, че дори прочутата стелт технология „не може да се скрие от тях“.В списанието на Масачузетския технологичен институт Technology Review се обяснява, че новият тип радар е базиран на идеята, че всяко измерване, проведено над фотоните, се отразява на тяхната квантова характеристика. Затова се предлага да се използват поляризирани потоци от фотони за откриване на обектите и за получаване на тяхното изображение на екрана. Ако стелт самолет се опита да прехване потока от фотони или да заблуди преследвачите си по някакъв начин, то той ще се издаде сам, защото трябва да промени свойствата на фотоните. За да се получи лъжливо изображение на екрана на системата, която го наблюдава, самолетът трябва да промени квантовото състояние на тези фотони, но подобни действия веднага издават истинското му местонахождение. Затова квантовият радар не може да бъде „излъган“. Квантовите характеристики на фотоните се променят при всяко вмешателство и системата го разбира веднага.

Ако се спуснем в морските дълбини, вероятно ще срещнем един много странен апарат без екипаж на борда, който по форма е нещо средно между кит и т. нар. морски скат. Това е базовата подводница от най-ново поколение „Наутилус“ 100. Днешните подводници се модернизираха много в последните 40 години, но тяхната основна конструкция, технологията на строителство и тактика на използването не са се променили съществено. Учените предполагат, че през първото столетие на 21-ви век в Световния океан може да започне глобално съперничество, свързано с използването на морските богатства. А за това ще бъдат необходими пилотируеми и безпилотни подводни апарати. В тази връзка британският Кралски флот възлага на група инженери да разработи серия от футуристични подводници. Техните прототипи са живи морски същества, чиито организми са усъвършенствани от природата в продължение на стотици хиляди години.
 
Така те създават най-напред базовата подводница „Наутилус“ 100. Всъщност подводницата е създадена така, че по-скоро да бъде нещо като подводен команден пункт. На борда й има информационен център, както и голямо количество различни типове подводни оръжия. Тъй като подводницата е „натъпкана“ с най-високи съвременни технологии, тя може да се обслужва само от 20 души екипаж. Корпусът й е направен по триизмерна технология от пластмаса, а на повърхността му е нанесен слой от свръхздрава сплав. Това покритие дава възможност на „Наутилус“ да издържа на налягането и при 1000 м дълбочина. Гъвкавите краища на „крилата“ на подводницата им позволяват да променят формата си също като при морското чудовище скат. Повърхността й е обвита в нещо като кожа, която представлява покритие със структура в нанометровия размер и е от пиезоелектрически материал. Тъй като повърхностната структура на подводницата може да се променя, това силно намалява съпротивлението и шума при движението й под вода, както и осигурява ефективно поглъщане на акустичните сигнали от хидролокаторите. 

За да видим това чудо обаче сред вълните на Световния океан, ще трябва да почакаме до 2050 г. На този етап се предполага, че подводницата ще използва водородно-електрически двигатели за постигане на крейсерската скорост и тунелен проход, който ще позволява на морската вода да преминава свободно през конструкцията на плавателния съд, когато е необходимо да се постигне по-висока скорост. При това положение подводницата ще може да развива до 278 км в ч. 
„Летящата риба“ е на практика торпедо, създадена на принципа на истински летящите морски риби. Както знаем, те могат да плуват в дълбините и да летят над повърхността на океана. „Летящата риба“ ще носи на борда си твърде впечатляващ комплект от въоръжение за унищожаване на противникови цели. Ще бъдат разработени и други модификации автономни подводни кораби за разузнаване и за пренасяне на оръжие за водещия кораб. На борда си автономните подводници ще носят микроподводни апарати. Те ще изпълняват главно разузнавателни функции. Освен това тези апарати ще могат да създават около главните подводници защитен кордон.

Неотдавна американската компания „Боинг“ участва в конкурс на ВМС на САЩ и спечели поръчка за създаване на безпилотен летателен апарат за зареждане на бойни самолети с гориво във въздуха MQ-25 Stingray. В „Боинг“ успяха да създадат конструкцията на бъдещия летателен апарат и да изработят опитен образец, който сега преминава първите изпитания. Полетите на новия безпилотник ще започнат през следващата година. Той ще снабдява в бъдеще палубните изтребители за самолетоносачи F-18 Super Hornet, EA-18G Growler и F-35C Lightning II.