2017 május 28

RSS Facebook

2011. november 04. péntek, 11:11

A lézer és a repülés

Értékelés:
(1 értékelés)


A repülőgép és a lézer egyaránt a huszadik század szülötte. A lézert 1960-ban találták fel Amerikában.  Történetük több ponton is keresztezi egymást – ezúttal ezek közül veszünk néhányat szemügyre.

Az alapelvek kidolgozásának elsősége körül még évtizedek múlva is elkeseredett pereskedés folyt, de az biztos, hogy az első működő berendezést a kaliforniai „Hughes” laboratóriumban helyezték üzembe. Ezzel létre is jött találkozása a repüléssel, hiszen ez a kutatóintézet az Aviátor című filmből is ismert Howard Hughes különc milliárdos által alapított repülőgépgyárhoz tartozott, és később a Boeing cég is érdekeltséget szerzett benne.





A lézer működésének lényege az, hogy egy speciális közegben külső energia hatására fotonok keletkeznek, és azok a közeg két végén lévő tükrök között oda-vissza verődve egyre szaporodnak, amíg csak elegen nem lesznek ahhoz, hogy az egyik tükrön, amelyet féligáteresztőre készítenek, lézersugár formájában kilépjenek a külvilágba. Mivel a lézerfény a szokásos fénnyel ellentétben teljesen egyszínű, hullámai azonos fázisban vannak, és a sugár alig szóródik, így kiválóan felhasználható számos különleges célra. Az első berendezések még igen nagyok és bonyolultak voltak, ám mai utódaik közül a DVD-írókban is használt félvezető lézerek alig néhány milliméteres méretük dacára is tiszteletre méltó energiával képesek sugározni.

Lézerek a pilótafülkében

Amióta az amerikaiak fékezhetetlen agyú mérnök-pilótája, James Doolittle az 1920-as évek végén a gyakorlatban is megvalósította a teljesen műszerek szerinti „vakrepülést”, a komolyabb gépek műszerei közül nem hiányozhatnak az olyan pörgettyűs műszerek, mint a kompasz vagy a műhorizont, de még a felhők közelébe merészkedő vitorlázógépek műszerfalán is találunk legalább egy elfordulásjelzőt. A pörgettyűk azonban nemcsak drágák és nehezek, de – mozgó-kopó alkatrészeik lévén – megbízhatóságuk is messze elmarad az ideálistól. A számos pörgettyűt tartalmazó tehetetlenségi navigációs rendszerek (INS) elterjedésével egyre nagyobb igény mutatkozott valami ügyesebb megoldásra. Márpedig aki nagyon keres, az előbb-utóbb talál is. Alig három évvel a lézer megalkotása után el is készült az első „lézergiroszkóp”, melyben két teljesen egyformán induló lézersugár háromszög alakban elhelyezett tükrök között egymással szemben futja a köröket, hogy végül egy speciális érzékelőben találkozzanak. Ez a berendezés jelzi a lézersugarak közötti eltérést, ami akkor jön létre, ha időközben a repülőgép a vele egybeépített szerkezettel együtt elfordul. Az egyik fénysugárnak ugyanis a forgással egyező irányba kell haladnia, míg a másiknak ezzel éppen szembe, így a sugárnyalábok találkozásakor fellépő interferencia az elfordulás következtében némileg megváltozik. A változás annál nagyobb, minél gyorsabb az elfordulás. Természetesen annyi giroszkópot kell beépíteni, ahány síkban mérni akarják az elfordulást.

Az így készült berendezések nem csupán jóval kisebb méretűek és fogyasztásúak mechanikus működésű pörgettyűs elődeiknél, de pontosságuk és megbízhatóságuk is nagyságrendekkel jobb. A műszer indokolatlan „elvándorlása” kevesebb, mint 0,01 fok/óra, ami azt jelenti, hogy a szabad szemmel alig észlelhető egyfokos hiba összegyűjtéséhez nem kevesebb mint 100 órát kellene repülni, és ezalatt egy sugárhajtású gép többször is megkerülheti a Földet. A mozgó alkatrészeket egyáltalán nem tartalmazó műszer megbízhatósága is csodálatra méltó. Két meghibásodás között átlagosan több mint 60 000 órát lehet vele probléma nélkül repülni, ami egy alaposan megdolgoztatott repülőgépnél is bő tíz év hibátlan működést jelent. A mérnökök azonban még ezzel sem elégedettek, és a komolyabb gépek tökéletes biztonsága érdekében megduplázzák, sőt nemritkán megháromszorozzák ezeket a berendezéseket, amit a kisebb méretnek és fogyasztásnak hála könnyen meg is tehetnek.


Lézerhuligánok

Sajnos ennek a csodálatos fénynek sem csak előnyei vannak. Egyik veszélye éppen abban a különleges tulajdonságában rejlik, hogy nyalábjai szinte teljesen párhuzamosan haladva nagyobb távolságban sem terülnek szét, és tiszta időben jól láthatóan megvilágítják az útjukba eső távoli tárgyakat is. Ezért lehet előadásokon fényes nappal is mutatópálcának használni, de ha közvetlenül éri valakinek a szemét, az még messziről is súlyos sérülést, de legalábbis nehezen múló káprázást szenvedhet. Számos koncert és diszkó vendégei szorultak már orvosi segítségre a túlzásba vitt lézershow utóhatásaként. Másfél évtizeddel ezelőtt jegyezték fel az amerikai Las Vegasban az első esetet, amikor ismeretlenek egy utasokat szállító repülőgépet is célba vettek lézersugárral. A sötét éjjel leszállni készülő gép elsötétített pilótafülkéjét hirtelen elöntő erős fény mindkét pilótát úgy elvakította, hogy jó ideig sem a külvilágot, sem a műszereket nem láthatták, és kis híján elveszítették uralmukat a gép felett. Szerencsére a kapitány még időben visszanyerte a látását annyira, hogy a katasztrófát el tudják kerülni, de a másodpilóta – akinek oldaláról a sugár érkezett – még a leszállás után sem jött rendbe teljesen.

A hatóságok az első időkben meglehetősen tanácstalanok voltak, hogy miként találják meg a súlyos veszélyt előidéző felelőtlen garázdákat, és miként bizonyítsák bűnösségüket. Eleinte még az is gondot okozott, hogy milyen cselekménynek minősítsék a pilóták elvakítását. Az első eseteket csupán gondatlan veszélyeztetésnek tekintették, de a cselekmények szaporodásával a megítélés is egyre súlyosbodott. Jelenleg számos országban a pilóták megtámadásának minősítik, akár egy gépeltérítést, ami akár tömegszerencsétlenséget is okozhat. A büntetés ezzel arányosan akár húsz év börtön plusz több tízmillió forintnak megfelelő pénzbüntetés is lehet. A bűnösök megtalálása sem jelent már megoldhatatlan feladatot. Számos légi járművet szereltek fel olyan berendezéssel, amely nem csupán a sugár forrásának helyét méri be, de rögzíti a lézerfény hullámhosszát és egyéb jellemzőit is, s ezek az adatok a súlyos ítélet kiszabásakor bizonyítékul szolgálhatnak a bíróság előtt.


Lézerágyú az óriásgépen

A ballisztikus rakéták elterjedése óta világszerte keresik a védekezés hatékony módját. Hatalmas sebességük miatt hagyományos rakétákkal és lövedékekkel nem könnyű eltalálni őket. A fénysebességgel terjedő lézersugárnak ez sokkal könnyebben sikerülhetne, csak éppen a földfelszínről induló rakétaelhárító lézernyalábokat a légkör alsóbb, sűrű rétegei az időjárási viszonyoktól függően túlságosan legyengíthetik. Mindjárt más lenne a helyzet, ha a lézersugarat egy magasan szálló repülőgépről bocsáthatnák ki. Ezúttal tehát nem a repülőgép-tervezők fordultak a lézerkészítőkhöz, hanem éppen fordítva, a lézerfegyver hordozásához kerestek megfelelő járművet. A repülőgép kiválasztása nem okozhatott túl nagy fejtörést, mivel egy hatalmas, megawattos teljesítményű lézerberendezés tömege és mérete miatt csakis a legnagyobb gépek jöhettek szóba.

Az amerikai hadügyminisztérium 1996-ban el is rendelte egy átalakított Boeing 747-es teherszállító Jumbóra telepített rakétaelhárító lézerfegyver kifejlesztését. A mérnököknek nem kevés nehézséget kellett leküzdeniük, amíg ez év elején (2010. február 11-én) a „YAL–1” névre keresztelt rendszer a gyakorlatban is bebizonyíthatta képességeit. A tízezer méteres magasságban nyolcas alakú pályán járőröző csillagháborús lézerfegyver röptében eltalált és megsemmisített egy felszállóban lévő ballisztikus rakétát.

Az akció első lépéseként a B 747-esen körös-körül elhelyezett infravörös érzékelők egyike észleli a felbocsátott rakéta hajtóművének hősugárzását. Ezután a törzs tetejére szerelt kis energiájú szén-dioxid-lézer befogja a célt, majd pontosan beméri annak irányát, távolságát és sebességét. Ennek alapján veszi célba a rakétát a gép orrát elfoglaló forgatható toronyba épített tükörrendszer, amelyen át előbb egy kisebb energiájú próbasugarat bocsátanak a kiszemelt áldozatra. Ennek visszaverődése révén meglehetősen pontos képet kaphatnak a sugár útjába eső különböző légtömegek eltérítő, torzító hatásáról. Az információ segítségével a vezérlőautomatikák a másodperc töredéke alatt korrigálják a tükör beállítását, sőt apró szervómotorok segítségével még a tükrök alakját is finomhangolják. Végül akcióba lendülhet az óriásgép rakterének nagy részét elfoglaló hat darab mikrobusz méretű kémiai lézerberendezés, és a több másodpercig tartó nagy energiájú lézersugárral annyira felmelegíti a felszállóban lévő ballisztikus rakéta üzemanyagtartályának vékony falát, hogy az legyengülve ne tudja elviselni a hatalmas sebesség következtében fellépő terheléseket.

Habár a világ legerősebb mozgó lézerfegyvere a gyakorlatban igen jól vizsgázott, mégsem tekinthető a tudományos-fantasztikus történetek mindenható sugárfegyverének. A rakétákat ugyanis a puha üzemanyagtartály meggyengítésével csak a gyorsítás szakaszában képes elpusztítani. A ballisztikus pályán repülő robbanófejek már túlságosan „kemények” számára. Hatótávolsága is legfeljebb 600 kilométer, ezért nem alkalmas az ellenséges terület mélységéből indított interkontinentális rakéták elfogására, mert ehhez be kellene repülnie a barátságtalan légtérbe. Földi célpontok pusztítására sem alkalmas, hiszen ahhoz a sugárnak át kellene törnie a sűrűbb légrétegeket, nem is beszélve az esetleges ködről vagy felhőtakaróról. Végül a sugárfegyverével fáradhatatlanul lövöldöző harci gép képét is nyugodtan a fantázia birodalmába sorolhatjuk. A valóságban a jó étvágyú kémiai lézerek húsz nagyobb erejű sugárcsapás során elhasználják a fedélzeten tárolt teljes vegyszerkészletet, akkor pedig muszáj leszállni, hogy újratölthessék a tartályokat. A világméretű pénzszűke mellett talán e fogyatékosságok is közrejátszhattak abban, hogy az eredetileg hétdarabos „rakétavadász” flottára szóló tervet a Pentagon időközben egyetlen kísérleti gépre karcsúsította.

A lézerek eddig említett felhasználásai mellett találhatunk még a repülőgépeken lézer-magasságmérőt, radarhoz hasonló Lidart, egyes harci gépeken lézer-távolságmérőt vagy lézersugárral működő célmegjelölő berendezést, és ennek alapján hajszálpontosan célba találó lézervezérlésű bombát. A legújabb Airbus különleges burkolatának hegesztéséhez is felhasználják a patyolattiszta lézersugarakat. Minderről lehetne még szólni, de ennyi fért egy cikk terjedelmébe.


Háy György