Hvězda smrti inspiruje vědce při tvorbě laserů budoucnosti

MAGAZÍN - Technologie autor: Ladislav Loukota

Vývoj laserové technologie na první pohled ustrnul na mrtvém bodě. Zatímco jiné futuristické nápady jako genetické úpravy, robotika, umělá inteligence a v poslední době dokonce i znovu obnovitelné rakety či létající auta pádí po ose pokroku stále výrazněji kupředu, s lasery se to má podobně bídně jako s jadernou fúzí. 

Hvězdné války jako vědecká inspirace?

Hvězdné války jako vědecká inspirace?,zdroj: Archiv

Nová studie však slibuje vyřešit hned několik možných problémů, které brání odemknutí laserové revoluce – sází přitom na skládání laserových paprsků podobně jako u Hvězdy smrti ve Star Wars.

Není tomu samozřejmě tak, že současná laserová technologie stála zcela na místě. Mnohá specializovaná pracoviště na světě na vývoji efektivnějších laserů pracují, významnější posun je ale stále velmi daleko. Za vše mluví třeba jen skutečnost, že americké letectvo, tradičně po nových technologiích velmi hladová instituce, před necelými třemi lety zrušilo projekt YAL-1/Airborne Laser. Šlo o přitom o dlouho vyvíjený velký letoun, který měl být teoreticky schopný svým palubním laserem sestřelovat balistické rakety. Důvod zrušení projektu? Testovaný laser, nesený na palubě obřího Boeingu 747-400F, byl vzdor nosnosti svého mateřského letounu příliš slabý. YAL-1 by pro efektivní obranu musel létat prakticky nad raketovými sily protivníka, aby byl schopný jejich střely zlikvidovat.

Kde je moje laserová puška?

Slabší lasery mají uplatnění v armádě i vědeckém výzkumu – z ranku prvního patří značkovače a zaměřovače, z druhého pak nejrůznější experimentální využití.

Například pod Hamburkem je nyní dokončován obrovský rentgenový laser XFEL, který bude schopen pozorovat chemické reakce odehrávající se na úrovni molekul. Denně používané malé lasery jsou však nasazeny jenom díky jejich malému hladu po energii, a obrovské vědecké projekty pak naopak vznikají za miliardy eur po celé dekády.

Důvodů zpoždění laserové revoluce je vícero. Mezi ty nejvýznamnější patří absence dostatečně velkého zdroje energie a absence efektivního chlazení. Velkým problémem je i rozptyl a odklonění paprsku dílem atmosféry i použité technologie - lasery tak musejí operovat s energetickým limitem 10 kW.

Tým pod vedením Aarona McKaye z Macquarie University však nyní tvrdí, že díky průlomu na poli skládání laserových paprsků může dojít ke kritickému průlomu v řešení všech tří nešvarů.

Jako Hvězda smrti

McKayův tým se totiž zaměřil na možnost efektivního skládání jediného paprsku z několika menších paprsků skrze skládání paprsků v diamantu. S trochou nadsázky lze tento nápad přirovnat k tomu, jak ve Star Wars buduje Hvězda smrti jeden masivní paprsek z několika menších. Teorie této disciplíny je jednoduchá - možná, že kdybychom skládali jediný paprsek velké energie z vícera menších, vyřešilo by to všechny dosavadní problémy výkonných laserů. Chlazení by bylo realizováno jenom pro jednotlivé menší lasery, stejně tak bychom si u nich vystačili i s již existujícími zdroji energie. Skládaný paprsek by navíc byl natolik silný, že by jej rozptyl natolik nezatěžoval.

Klíčem k McKayovu laseru byl vývoj ultra-čistého krystalu diamantu, který byl použit v bodu skládání trojice paprsků. Díky extrémní čistotě materiálu v něm nedochází na narušení tvaru paprsku typického pro jiné metody spojování laseru, a naopak diamant sám dobře odvádí přebytečné teplo. Nejedná se o první pokus podobného druhu, novinkou je však právě spojování skrze diamant - podle vědců samotných jde o kritický krok v dalším vývoji laserů. "Specifická vlnová délka zaměřeného paprsku je rozhodující pro efektivní přenos skrze atmosféru a snížení rizika pro zrak lidí i zvířat, kteří by se mohli nacházet v blízkosti paprsku," sdělil jeden z autorů studie.

Sám McKay je ještě optimističtější. "Náš objev je významný kvůli tomu, že vědci zaměření na lasery zápolí se zvýšení používaných energií přes jistou mez kvůli nahromaděnému odpadnímu teplu," sdělil v prohlášení ke studii, "Kombinování paprsků z více zdrojů skrze diamant je nejslibnějším řešením problému, jak tuto bariéru významně překonat."

Skládání jediného paprsku z více laserů má samozřejmě i své kritiky. Krom samotné náročnosti proveditelnosti by v praxi lasery pravděpodobně čelily přílišným nárokům na údržbu – bylo by totiž nutné spravovat namísto jednoho velkého laseru množinu menších, a to včetně decentralizovaného zdroje energie a chlazení. Ačkoliv se tak podle McKaye jedná o velký skok ve vývoji laserů pro velké energie, praxe se od nadšených prohlášení může nakonec lišit. Absence centrální jednotky ovšem může v určitých podmínkách být i výhodou - pokud se rozbije jeden nebo více menších laserů, výsledný paprsek může být slabší, ale přesto bude vygenerován. To jsou však už otázky pro další studie případně pilující nynější práci.

Válka i mír

Bude-li McKayova práce mít pravdu, během dvou dekád bychom se mohli dočkat aplikace prvních vysokoenergetických laserů pro vojenské i mírové účely. Vojenské využití by paradoxně nejspíše sázelo hlavně na defenzivní systémy chránící tanky či letadla s pomocí přesných laserů před nepřátelskými střelami či dělostřelectvem. Rovněž protiletadlové a protiraketové jednotky by díky laserům mohly držet krok s vyvíjenými hypersonickými letouny a střelami. Pracují na nich přitom letectva USA, Ruska i Číny. Po roce 2030 a více by pak hypersonika mohla přímo vést i k prvním suborbitálním či dokonce vesmírným zbraním, protože některé vyvíjené typy scramjetových motorů, jako je britský SABRE, by díky přepínání mezi atmosférickým a kapalným kyslíkem mohly stroje pohánět až na oběžnou dráhu. Hlavní výhodou hypersoniky je však především obejití dnešních protiletadlových raket – právě zde by lasery dovolily obráncům udržet krok.

Vysokoenergetické lasery by ale našly uplatnění i mimo bojiště budoucí studené války. Krom aplikací v ověřování závěrů teoretické fyziky by lasery mohly i významné pro průlom na poli jaderné fúze jako efektivního a ekologického zdroje energie. Na lasery pro pohánění solárních plachetnic spoléhají i některé vize budoucích vesmírných výprav na okraj sluneční soustavy a dále.

Například projekt Starshot, který oficiálně posvětil i fyzik Stephen Hawking, by rád do 30 let vyslal "nanosondu" o velikosti chytrého telefonu k našim nejbližším exoplanetám. Prvním cílem by byla zřejmě Proxima B, k níž by sonda při dostatečném urychlení mohla doletět ještě do konce století. Celý nápad však stojí a padá na dostatečně výkonném pozemním laseru, který by "externě" uděloval reflexní plachtě sondy rychlost – ta by se tak mohla obejít bez paliva i motorů, což by akcelerování výrazně usnadnilo. Stejný pohon navrhovala pro rapidní urychlení průzkumu sluneční soustavy i NASA. Největším problémem Starshotu, na jehož vyřešení si iniciativa dala právě tři dekády, je však právě zdokonalení laserové technologie. Její dnešní podoba totiž dostačuje sotva na desetinu kýžené rychlosti – jenže to by pak nanosonda naší nejbližší hvězdy dosáhla až na konci tohoto milénia.

Jenom čas ukáže, zdali právě McKayova studie alespoň dílem napomohla naplnění podobných vizí. Její závěry však projednou dávají důvod k optimismu.

Tagy: zahraničí moderní válka laser inovace a technologie

Zdroje: vlastní