הרוסים בונים לייזר מסנוור לוויינים – מומחה מסביר את הטכנולוגיה

אם ממשלת רוסיה מסוגלת לבנות את הלייזר, היא תהיה מסוגלת להגן על חלק גדול מהמדינה מפני תצפית של לוויינים עם חיישנים אופטיים. הטכנולוגיה גם מכינה את הקרקע לאפשרות המאיימת יותר של נשק לייזר שיכול להשבית לוויינים לצמיתות

מאת איאן בויד’ פרופסור למדעי הנדסת אווירונאוטיקה וחלל, אוניברסיטת קולורדו בולדר

רוסיה בונה מתקן לייזר קרקעי חדש להתערבות בלוויינים שחגים מעליה, כך על פי דיווח שפורסם לאחרונה ב-The Space Review. הרעיון הבסיסי יהיה לסנוור את החיישנים האופטיים של לווייני הריגול של מדינות אחרות על ידי הצפתם באור לייזר.

טכנולוגיית הלייזר התפתחה עד כדי כך שסוג זה של הגנה מפני לוויינים מתקבל על הדעת, אם כי יש ראיות מוגבלות לכך שמדינות הצליחו לבחון בהצלחה לייזר כזה.

אם ממשלת רוסיה מסוגלת לבנות את הלייזר, היא תהיה מסוגלת להגן על חלק גדול מהמדינה מפני תצפית של לוויינים עם חיישנים אופטיים. הטכנולוגיה גם מכינה את הקרקע לאפשרות המאיימת יותר של נשק לייזר שיכול להשבית לוויינים לצמיתות.

כיצד לייזרים פועלים

לייזר הוא מכשיר ליצירת קרן צרה של אנרגיה מכוונת. הלייזר הראשון פותח בשנת 1960, ומאז נוצרו מספר סוגים המשתמשים במנגנונים פיזיקליים שונים כדי ליצור פוטונים, או חלקיקי אור.

לייזרי גז מזרימים כמויות גדולות של אנרגיה למולקולות ספציפיות כמו פחמן דו-חמצני. לייזרים כימיים מופעלים על ידי תגובות כימיות ספציפיות המשחררות אנרגיה. לייזרים במצב מוצק משתמשים בחומרים גבישיים מותאמים ספציפית  להמרת אנרגיה חשמלית לפוטונים. בכל הלייזרים, הפוטונים מוגברים לאחר מכן על ידי העברתם דרך סוג מיוחד של חומר הנקרא מדיום הרווח ולאחר מכן ממוקדים לקרן קוהרנטית על ידי מנהל קרן.

בהתאם לעוצמת הפוטון שנקבעת ע”י אורך הגל, קרן האנרגיה המכוונת הנוצרת על ידי לייזר יכולה ליצור טווח של אפקטים על מטרתו. לדוגמה, אם הפוטונים נמצאים בחלק הנראה של הספקטרום, לייזר יכול להעביר אור לעבר המטרה שלו.

בהינתן זרימה גבוהה מספיק של פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה, לייזר יכול לחמם, לאדות, להמיס ואפילו לשרוף את החומר של מטרתו. היכולת לספק אפקטים אלה נקבעת על ידי רמת העוצמה של הלייזר, המרחק בין הלייזר למטרה שלו והיכולת למקד את הקרן על המטרה.

יישומי לייזר

ההשפעות השונות הנוצרות על ידי לייזרים מוצאות יישומים נרחבים בחיי היומיום, כולל מצביעי לייזר, מדפסות, נגני DVD, הליכי ניתוחי רשתית וניתוחים רפואיים אחרים, ותהליכי ייצור תעשייתיים כגון ריתוך וחיתוך לייזר. חוקרים מפתחים לייזרים כחלופה לטכנולוגיית גלי רדיו כדי להגביר את התקשורת בין החלליות לקרקע.

לייזרים מוצאים יישום נרחב גם בפעולות צבאיות. אחד הידועים ביותר הוא הלייזר המוטס (ABL), שצבא ארצות הברית התכוון להשתמש בו כדי ליירט טילים בליסטיים. ABL כללה לייזר גדול מאוד, בעל הספק גבוה, שהורכב על מטוס בואינג 747. התוכנית נזנחה  בסופו של דבר בגלל האתגרים הקשורים לניהול תרמי ותחזוקה של הלייזר הכימי שלה.

יישום צבאי מוצלח יותר הוא מערכת אמצעי הנגד האינפרא אדום של מטוסים גדולים (LAIRCM), המשמשת להגנה על מטוסים מפני טילי נ”מ מחפשי חום. LAIRCM מאירה אור מלייזר במצב מוצק לתוך חיישן הטילים כשהוא מתקרב למטוס, מה שגורם לנשק להסתנוור ולאבד את יכולת המעקב אחר מטרתו.

הביצועים המתפתחים של לייזרים במצב מוצק הובילו לריבוי של יישומים צבאיים חדשים. צבא ארה”ב מתקין לייזרים על משאיות של הצבא ועל ספינות חיל הים כדי להתגונן מפני מטרות קטנות כמו מל”טים, פצצות מרגמה ואיומים אחרים. חיל האוויר חוקר את השימוש בלייזרים במטוסים למטרות הגנתיות והתקפיות.

הלייזר הרוסי

מתקן הלייזר הרוסי החדש נקרא קלינה. הוא נועד לסנוור, ולכן לעוור באופן זמני, את החיישנים האופטיים של לוויינים שאוספים מודיעין ממעל. כמו ב-LAIRCM האמריקאי, הסנוור כרוך בהרווית החיישנים באור חזק כדי למנוע מהם לתפקד. השגת מטרה זו דורשת העברה מדויקת של כמות מספקת של אור לתוך חיישן הלוויין. זה לא הישג קל בהתחשב במרחקים הגדולים מאוד המעורבים ובעובדה שקרן הלייזר חייבת לעבור תחילה דרך האטמוספרה של כדור הארץ.

הפניה מדויקת של לייזרים למרחקים גדולים לחלל אינה חדשה. לדוגמה, משימת אפולו 15 של נאס”א ב- 1971 הציבה מחזירי אור בגודל מטר על הירח, אליהם  מכוונים לייזרים על כדור הארץ כדי לספק מידע על מיקומו המדוייק ובכך גם על קצב תנועת התרחקות הירח מכדור הארץ. אספקת מספיק פוטונים למרחקים גדולים באה לידי ביטוי בהספק הלייזר ובמערכת האופטית שלו.

על פי הדיווחים, מתקן הלייזר קלינה פועל במצב פולס באינפרא אדום ומייצר כ- 1,000 ג’אול לסנטימטר מרובע. לשם השוואה, לייזר פועם המשמש לניתוח רשתית הוא בעל עוצמה של כ- 1/10,000 בלבד. קלינה מספק חלק גדול מהפוטונים שהוא מייצר למרחקים הגדולים שבהם לוויינים חגים מעליו. הוא מסוגל לעשות זאת מכיוון שלייזרים יוצרים אלומות משולבות מאוד, כלומר הפוטונים נעים במקביל כך שהקרן לא מתפשטת.  קלינה ממקד את הקרן שלו באמצעות טלסקופ בקוטר של כמה מטרים.

לווייני ריגול המשתמשים בחיישנים אופטיים נוטים לפעול במסלול נמוך סביב כדור הארץ בגובה של כמה מאות קילומטרים. בדרך כלל לוקח ללוויינים האלה כמה דקות לעבור מעל כל נקודה ספציפית על פני כדור הארץ. זה דורש מקלינה להיות מסוגלת לפעול ברציפות במשך כל כך הרבה זמן תוך שמירה על מסלול קבוע מול החיישן האופטי. פונקציות אלה מתבצעות על ידי מערכת הטלסקופים.

בהתבסס על הפרטים המדווחים של הטלסקופ, קלינה יוכל לעוור לוויינים לאורך מאות קילומטרים ממסלולם. זה יאפשר להגן על שטח גדול מאוד – בסדר גודל של 40,000 מיילים רבועים (כ-100,000 קמ”ר) – מפני איסוף מודיעין על ידי חיישנים אופטיים על לוויינים. ארבעים אלף מיילים רבועים הוא בערך שטחה של מדינת קנטקי.

רוסיה טוענת כי בשנת 2019 היא הפעילה מערכת מסנוורת לייזר פחות מוכשרת במשאית בשם Peresvet. עם זאת, אין אישור לכך שנעשה בה שימוש מוצלח.

סביר להניח שרמות כוח הלייזר ימשיכו לעלות, מה שיאפשר לחרוג מההשפעה הזמנית של מסנוור לפגיעה קבועה בחומרת ההדמיה של החיישנים. בעוד שפיתוח טכנולוגיית הלייזר הולך בכיוון זה, ישנם שיקולי מדיניות חשובים הקשורים לשימוש בלייזרים בדרך זו. הרס קבוע של חיישן בחלל על ידי מדינה כלשהי יכול להיחשב מעשה של תוקפנות, המוביל להסלמה מהירה של המתיחות.

לייזרים בחלל

דאגה גדולה עוד יותר היא הפריסה הפוטנציאלית של נשק לייזר בחלל. מערכות כאלה יהיו יעילות מאוד מכיוון שהמרחקים ליעדים צפויים להיות מופחתים באופן משמעותי, ואין אטמוספירה שתחליש את הקרן. רמות ההספק הדרושות ללייזרים מבוססי חלל כדי לגרום נזק משמעותי לחלליות פחותות משמעותית בהשוואה למערכות קרקעיות.

בנוסף, לייזרים הנמצאים בחלל יכולים לשמש כדי לתקוף כל לוויין על ידי הכוונת לייזרים על מיכלי ההנעה ומערכות כוח, אשר, אם ייפגעו, ישביתו לחלוטין את החללית.

ככל שהטכנולוגיה מתקדמת, השימוש בנשק לייזר בחלל הופך להיות סביר יותר. ואז נשאלת השאלה: מהן ההשלכות?

למאמר ב-The Conversation

הערת העורך: בהקשר זה צריך כמובן להזכיר את מערכת הלייזר מגן אור, שאמורה להיות מותקנת על מערכות כיפת ברזל ולהשלים אותה. מערכת זו היא גלגול של מערכת נאוטילוס מהעשור הראשון של המאה ה-20 שהתחרתה באותם ימים עם מערכת הטילים של כיפת ברזל.

עוד בנושא באתר הידען:

• שומרים על השמים
• לייזרים יוכלו לשלוח משימות למאדים ב-45 ימים בלבד
• מערך של לייזרים קטנים הפועלים כמקור אור בודד
• תחנת תצפית בלייזר תאפשר לזהות סכנות של התנגשויות לוויינים ופסולת חלל
• פרס וולף בפיזיקה לשנת 2022 למפתחי הפיזיקה של אטו-שניות