Эффективность лазеров разной длины волны в космическом бою

Вопрос был немного отредактирован и уточнен в исходном сообщении и некоторых комментариях, поэтому мой исходный ответ был заменен, и вы можете найти его в истории редактирования, если вам интересно. Я проигнорировал некоторые части исходного вопроса, потому что он был слишком широким.

каковы преимущества и недостатки... [a] 100 МВт мазера, лазера или гразера?

Мазеры можно генерировать просто и эффективно. Мы можем сделать это достаточно хорошо в наши дни... что-то вроде гиротрона - это конструкция, которой уже несколько десятков лет, и я считаю, что мы можем получить эффективность не менее 50%, что довольно хорошо. Радиус действия мазера более ограничен, чем у устройств, излучающих более короткие волны, из-за проблем с дифракцией .

(обратите внимание, что в действительно старой научной фантастике мазеры могли использоваться просто потому, что еще не было лазеров, и было время, когда лазеры могли называться «оптическими мазерами»)

Лазеры (под которыми я подразумеваю «вещи, которые излучают видимый и почти видимый свет») труднее создать (читай: требуется более умная инженерия, выделяется больше тепла и т. д. и т. д.), но у них есть то преимущество, что они больший потенциальный диапазон, поскольку они меньше страдают от дифракции из-за более коротких длин волн. Мы также хорошо разбираемся в оптике, и есть множество способов преломить и сфокусировать видимый свет. Эффективность, вероятно, будет ниже, чем у мазеров, но не должна быть ужасной, особенно в причудливой научной фантастике будущего.

Гразеры не совсем научны... Ядерные лазеры с бомбовой накачкой теоретически существуют уже несколько десятилетий. Самая большая проблема с ними заключается в том, что, поскольку лучи не могут быть разумно отражены, и любая попытка их сфокусировать, вероятно, потребует чего-то вроде зоны зоны, что означает, что вам придется мириться с несфокусированными лучами (читай: ближним) или потеря по крайней мере 50% излучаемой вами мощности из-за непрозрачных битов на вашей зональной пластине. Эффективность, вероятно, будет очень низкой... может быть, всего несколько процентов. В качестве оружия их можно найти на ядерных ракетах, которые могут подобраться достаточно близко к цели, чтобы поразить ее, а не пытаться установить их на военный корабль.

в чем разница между, скажем, рентгеновским лазером мощностью 100 МВт и лазером видимого света мощностью 100 МВт, выпущенным по кораблю

Есть ряд важных отличий. Очевидным является потенциальный диапазон... радиус сфокусированного пятна на цели (которое вы хотите сделать как можно меньше) пропорционален длине волны света, излучаемого лазером. Рентгеновское излучение имеет менее одной двадцатой длины волны видимого света, что дает огромное преимущество в потенциальном диапазоне.

Оба лазера, когда они находятся на расстоянии поражения, будут генерировать плазму при попадании в цель. Для лазера видимого света это неудобно, потому что плазма будет непрозрачна для испускаемого ею излучения, и поэтому лазер должен будет останавливаться, ждать, пока плазма рассеется, а затем запускать снова, чтобы не тратить энергию на нагрев. плазма вместо поражения цели.

Рентгеновский лазер не имеет таких ограничений и может работать столько, сколько вам нужно, и пульсировать так быстро, как это практически возможно. Скорость сверления рентгеновского лазера на более коротких дистанциях, вероятно, превысит скорость звука в броне цели. Каждый импульс лазера будет генерировать ударную волну в броне, и все эти ударные волны сольются вместе на задней стороне брони, производя настоящий грохот.

В любом диапазоне рентгеновский лазер с достаточно короткой длиной волны будет ионизировать материал, на который он падает. Это повредит химическую и кристаллическую структуру цели (важно для ручных «тепловых сверхпроводников») и помешает работе электрических и электронных систем.

Очевидно, что рентгеновские лучи обладают высокой проникающей способностью. У них есть измеримая длина затухания в веществе, а это означает, что энергия, выделяемая в цели, экспоненциально падает с глубиной. Это означает, что луч может светить прямо сквозь тонкие материалы или материалы с низкой плотностью и поджаривать все, что находится под ними (например, мясные мешки, летящие на корабле), даже если на самом деле его мощности недостаточно, чтобы расплавить броню.

Наконец, и это, пожалуй, самое главное... Рентгеновские лазеры будут большими и неэффективными . Вы в значительной степени должны использовать лазер на свободных электронах , и эти вещи становятся довольно здоровенными, если вам нужны маленькие длины волн. У вас есть два варианта... линейный ускоритель частиц (он же LINAC) или синхротрон . Первый может быть очень, очень длинным... Европейский XFEL, например, имеет длину более 2 км, хотя вы, вероятно, могли бы обойтись и более скромным ускорителем длиной всего несколько сотен метров. Вы можете обернуть это в синхротрон в форме пончика , чтобы быть более компактным, но всякий раз, когда вы сгибаете электронный луч, вы теряете энергию, чтобысинхротронное излучение , а это означает меньший КПД, большую теплоотдачу и большую потребляемую мощность.

Можно подумать , что можно было бы использовать сверхкомпактный ускоритель с кильватерным полем (с ускорениями до уровней энергии ГэВ за метры, а не за сотни метров), но, увы, современные конструкции на самом деле не очень эффективны (уж точно не более 30%, не считая затравочного пучка). , ЛСЭ и потери в оптике) так что еще раз: больше тепла, выше требования к мощности, ниже мощность. ТАНСТАФЛ. Этого достаточно, чтобы вы просто опустили руки в отчаянии и вместо этого использовали обычный лазер.

Я хотел задать этот вопрос, но вы меня опередили.

У меня есть подозрение, что микроволновые лазеры тайно очень хороши, эффективны и критически недооценены, поскольку они хороши для поджаривания электроники и выведения корабля получателя из строя при низкой энергии на фотон. Если энергетические щиты и нужны, то в научно-фантастических видеоиграх общепринято, что ЭМИ наносят им ущерб.

Рентгеновские и гамма-лучи вполне могут быть ловушкой неэффективной энергии, если зеркальное покрытие не разрешено (в этом случае вы можете предпочесть более эффективный лазер видимого спектра или инфракрасный). Если проблема с зеркальным покрытием, то обязательно используйте рентгеновский лазер.

Распространенным заблуждением является то, что «более высокая частота = больше энергии = больше урона». На практике более важно, чтобы энергия взаимодействовала (поглощалась) с намеченной целью. Теоретически, если вы использовали чрезвычайно высокочастотное электромагнитное излучение, затраты энергии будут непомерно высокими, и большая мощность взрыва может просто пробить все, на что вы нацелены. Конечно, вы можете нанести большой урон, но это ужасная трата энергии, когда вы могли бы использовать простой микроволновый лазер и вывести из строя электронику врага.

Крайний пример «ввода энергии != урона»: нейтрино. Частицы, практически не взаимодействующие с веществом. У вас может быть пучок частиц, испускающий массивные всплески нейтрино, и есть вероятность, что они просто пройдут через получателя.

Мой общий ответ на этот вопрос: рентгеновский лазер в паре с микроволновым лазером. Это препятствует отражению защиты, давая вам возможность пробить дыры во враждебных кораблях или просто вывести их из строя.

Интересно, что в последнее время я много играю в Freespace 2 и часто сочетаю Aheton SDG (электромагнитный разряд/разрушение системы) с рентгеновскими лазерами Subach.