Какая длина волны электромагнитной энергии лучше всего подходит для прожигания корпуса танка?

Шаг первый: впитывание. Выберите длину волны, которая не сильно поглощается атмосферой. Это примерно означает любую длину волны, которую может видеть какое-либо животное, потому что именно эти длины волн лучше всего распространяются через атмосферу.

Вот полезная диаграмма из этой статьи .

Большинство вещей, которые не видны, сильно поглощаются атмосферой... обычно кислород слева от диаграммы, а водяной пар справа.

Ультрафиолетовый и длинноволновый ИК (или дальний ИК) также несколько нежелательны, потому что они легко вызывают разрушение атмосферы, генерируя яркие полосы плазмы в воздухе, которые показывают ваше местоположение и высасывают всю энергию из луча.

Шаг второй: рассеивание . Рассеяние зависит от длины волны. Для рэлеевского рассеяния количество рассеянной энергии пропорционально четвертой степени длины волны, что настоятельно рекомендует красный и ближний ИК-свет для лазеров, используемых в атмосфере.

Существуют различные способы улучшить рассеяние с помощью хитрых трюков с лазером, но в качестве отправной точки это говорит вам о ключевом ограничении.

Шаг третий: диапазон и размер излучателя. Фокусирующая способность вашего лазера будет ограничена многими факторами, но в основе их всех лежит дифракция. Дифракционный предел можно смоделировать$S \propto \frac{R\lambda}{D}$где$S$размер пятна на мишени,$R$это дальность до цели и$D$диаметр конечного оптического элемента (вероятно, зеркала).

Чтобы убить свою цель, вы должны максимизировать поток излучения на цель... количество энергии на единицу площади. Используя зеленый лазер с длиной волны 500 нм вместо лазера ближнего ИК-диапазона с длиной волны 1000 нм, вы уменьшаете размер пятна на цели в два раза. Это уменьшает площадь пятна в 4 раза, а это означает, что при прочих равных условиях зеленый лазер наносит в четыре раза больше урона, чем инфракрасный лазер на заданном расстоянии, или имеет такую ​​же способность к повреждению на удвоенном расстоянии.

Таким образом, последний шаг состоит в том, чтобы сделать все необходимые компромиссы... увеличить радиус действия и лучистый поток с более короткими длинами волн против увеличения потерь энергии из-за рассеяния. Это сильно зависит от дистанций, на которых вы собираетесь сражаться, и от того, насколько большим вы готовы сделать дуло своего лазера.

14 мегаватт — это 14 мегаджоулей в секунду [snip] 14 мегаджоулей эквивалентны примерно двум третям детонации противотанковой мины или примерно 3 и 1/3 килограмма тротила.

Энергия детонации химического взрывчатого вещества высвобождается за очень короткий промежуток времени, а это означает, что уровень пиковой мощности очень высок. Вы не указали длительность импульса вашего лазера... те 14 МДж, которые доставляются в течение целой секунды (пиковая мощность 14 МВт), будут иметь значительно иной эффект, чем, скажем, 10 импульсов по 1,4 МДж каждый, доставляемых в течение миллисекунды (пиковая мощность 1,4 ГВт). ).

Люк Кэмпбелл написал калькулятор урона от лазера ... хотя он выглядит особенно старомодным и немного неудобным для пользователя, он довольно мощный. Я предлагаю вам поиграть с ним, чтобы выяснить, какая мощность луча или импульса вам нужна, насколько большой размер пятна необходим, а затем подумать о том, насколько большим должен быть ваш лазер, чтобы генерировать пятно такого размера на расстоянии 10 км.

Инфракрасный.

https://news.usni.org/2020/05/22/video-uss-portland-fires-laser-weapon-downs-drone-in-first-at-sea-test

Проблема для вашего усилия является разброс. 10 км это далеко. Более короткие волны имеют больше энергии, но рассеивают сильнее. Более длинные волны менее энергичны, но менее подвержены рассеянию. Инфракрасный использует длинные волны, которые поглощаются целями в виде тепла, и это то, что вам нужно, чтобы расплавить дыру. Инфракрасный — это то, что используют нынешние военные лазеры, хотя они гораздо менее мощные, чем то, что вы предлагаете.

Интересная вещь - одни частоты в инфракрасном диапазоне менее подвержены рассеянию, чем другие. Я не знал этого! Ваш лазер должен включать все эти частоты, я думаю, по теории не класть все яйца в одну корзину.

Корабельные лазеры ВМФ для наземной, воздушной и противоракетной обороны: предыстория и вопросы для Конгресса 12 июня 2015 г.

Существуют определенные длины волн света (т. е. «наилучшие участки» в электромагнитном спектре), при которых атмосферное поглощение водяным паром заметно снижается.8 Лазеры могут быть спроектированы таким образом, чтобы излучать свет в этих «наилучших» участках или вблизи них, чтобы максимизировать их потенциальную эффективность. . Поглощение обычно увеличивается с расстоянием до цели, что в целом делает его потенциальной проблемой для операций на коротких дистанциях меньше, чем для операций на больших дистанциях.

Лазеры, разрабатываемые для возможного использования на борту кораблей, излучают свет с длинами волн в ближней инфракрасной части спектра. Наилучшие точки в этой части спектра включают длины волн 0,87 мкм, 1,045 мкм, 1,24 мкм, 1,62 мкм, 2,13 мкм и 2,2 мкм. (В других источниках, таких как исследовательская работа, цитируемая в сноске 7, приводятся несколько иные цифры для длин волн зоны наилучшего восприятия, частично в зависимости от того, относится ли зона наилучшего восприятия только к водяному пару или к нескольким источникам атмосферного поглощения и рассеяния.)

Но почему ближний инфракрасный? Почему не в дальнем инфракрасном диапазоне? Уменьшается ли энергия с более длинными частотами и нет ли увеличения преимущества в отношении уменьшенного рассеяния? Я не знаю ответа на этот вопрос, но было бы интересно, если бы кто-нибудь знал.