La tecnologia nella storia, oltre a portare miglioramenti nella qualità della vita delle persone, ha anche potenziato gli arsenali bellici dotando gli eserciti di armamenti sempre più letali. Basti pensare al passaggio epocale dalle armi cosiddette bianche a quelle con polvere da sparo. A volte però vi sono innovazioni in ambito militare che si muovono nella direzione opposta cercando di migliorare gli aspetti puramente bellici a fronte di un minore impatto sulla salute delle persone. Tra queste "nuove armi", il dipartimento della difesa americano, è oramai da decenni all'opera per lo sviluppo di laser ad alta energia in grado di colpire obiettivi terrestri o aerei su distanze di alcune miglia, e tali da essere montati sulle navi della marina militare con un piccolissimo ingombro. Il fatto che emettano luce permette di focalizzare l'attacco sui motori di altre navi o sui missili innescandone lo scoppio per eccessivo surriscaldamento limitando i danni collaterali diretti, tipici dei tradizionali sistemi d'armi. In questo articolo vedremo gli aspetti fondamentali della tecnologia laser per poi soffermarci sul sistema LaWS (Laser Weapon System) un prototipo installato sulla nave americana USS Ponce, in grado di fornire enormi vantaggi nei vari scenari di guerra.
Caratteristiche del laser
La parola LASER è un acronimo inglese che sta per "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", ossia amplificatore di luce per emissione stimolata da radiazione. Prima di descrivere la struttura e il funzionamento di un laser analizziamo le caratteristiche fondamentali che ne rendono la luce emessa cosi particolare:
- la luce laser è monocromatica, cioè presenta un'elevata purezza spettrale.
- La luce laser presenta direzionalità.
- La luce laser presenta coerenza.
Vediamo nel dettaglio cosa indicano le tre caratteristiche sopra elencate. La monocromaticità, come descritto dalla stessa parola, evindenzia il fatto che la luce laser presenti un solo colore alla volta. A differenza della luce emessa dalle lampade tradizionali non è rilevabile forse ad occhio nudo, ma soltanto analizzando lo spettro di emissione. Infatti come noto i colori non esistono, e sono solo un'interpretazione del nostro cervello di particolari intervalli di frequenze dello spettro elettromagnetico. Ad ogni colore è associata una frequenza centrale all'interno di un certo intervallo, quindi maggiore è l'energia che si concentra su una frequenza, migliore sarà la purezza spettrale della luce emessa. Nell'immagine in basso viene riportato un esempio in cui si possono notare le differenze in termini di purezza spettrale tra un laser e una lampada (entrambi luce rossa). Nella realtà lo spettro del laser non sarà mai una riga spettrale ma presenterà sempre un andamento a campana nell'intorno della frequenza centrale. La purezza spettrale non è fattore da trascurare soprattutto nelle applicazioni pratiche, ad esempio nelle fibre ottiche viaggia la luce laser, e una buona purezza spettrale permette a fasci di colore diverso di viaggiare sullo stesso mezzo senza interferenze tra loro e migliorando la ricezione di ognuno (Figura 1).
Figura 1: Intensità in funzione della lunghezza d'onda
La direzionalità è forse la più intuitiva delle caratteristiche poichè chiunque nella vita ha avuto tra le mani almeno una volta un puntatore laser con cui è possibile "puntare" precisamente piccoli oggetti anche a molti metri di distanza. A differenze delle lampadine domestiche (che irradiano luce in tutte le direzioni) o delle torcie elettriche (che irradiano in un cono frontale), i laser riescono ad addensare i raggi luminosi, idealmente, su un'unica retta.
Infine la coerenza, la più [...]
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Nel settore militare una possibile “arma da difesa”, se vogliamo chiamarla tale, è il laser CO2. A livello scientifico (soluzione migliore) è molto utilizzato, particolarmente impiegato nei rivelatori interferometrici per le onde gravitazionali come sorgente per compensare gli effetti termici. Il problema forse è l’ingombro: deve essere dotato di un sistema (chiller) idraulico di ricircolo dell’acqua per mantenere costante la temperatura. Di solito la temperatura è nell’intorno di 15-18 °C legata all’energia del laser. Tempo fa ho effettuato delle misure per determinare sperimentalmente una certa relazione tra temperatura ed energia del laser: è chiaro che a temperatura costante l’energia è costante, o comunque fluttua nell’intorno del valor medio con una piccolissima varianza, ma cambiando la temperatura, il valor medio ne risente con una conseguente piccola variazione a seconda dell’ambiente circostante. Quindi è consigliabile fissare la temperatura in accordo all’energia d’impiego. In tal caso per comandare i laser CO2 si utilizzano sistemi di controllo via seriale o USB, seriale è il principale bus di impiego per la semplicità anche perché non interessano velocità in gioco in questo caso. L’USB o altre porte (di solito il laser CO2 ad alte energie viene realizzato su ordinazione e ad hoc) per necessità di high speed.
Un arma con buoni propositi bellici… rivolta alla salvaguardia dei danni collaterali….. direi che è poco credibile come vera intenzione. La speranza è che sia realmente poi un’arma di difesa. Penso alle imbarcazioni assaltate dai pirati.
Molto interessante invece è il principio di funzionamento.