Ray-Gun Realität: Innen zwei 'Star Wars'-Projekte

Für eine Vision des Krieges war es fast elegant. Rauch und Gestank und ohrenbetäubenden Riss der Munition wäre durch unsichtbare fokussierte Lichtstrahlen ersetzt werden. Modifizierte 747 Jets, ausgestattet mit Laserwaffen, würde ballistischer Raketen sprengen, während sie noch Hunderte von Meilen von unserer Böden auffällig waren. "Unter der Regie-Energie" Kanonen würde ankommende Raketen mit der Geschwindigkeit des Lichtes, der Sprengstoff im Inneren erwärmen und veranlaßt, in der Luft auseinander platzen abzufangen.

Und dies war nicht einige Überbleibsel der Reagan-Ära StarWars Visionäre. Es handelte sich um moderne Pläne, kaum ein Jahrzehnt vor, die nicht in irgendwann in der fernen Zukunft verwirklicht werden würde, aber bald eingeleitet. Heraus in der New-Mexico Wüste auf der White Sands Missile Range, der US-Army Tactical High Energy Laser Dutzende von Katjuscha-Raketen und Mörser abgeschossen. Im Jahr 2004 begann Luftwaffe Auftragnehmer Test-schießen die chemisch angetriebene Strahl Waffe für einen nachgerüsteten 747, Airborne Laser.

Dann inmitten von Wirklichkeit, und diese jüngsten Bemühungen, Schlachtfeld Laser schwingen plötzlich suchte, als Krieg der Sterne verurteilt. Die Laserleistung benötigt, um eine Rakete zünden Megawatt erzeugen Hunderte Gallonen von giftigen Chemikalien erforderlich – Ethylen, Stickstofftrifluorid. Die Waffen wuchs sperrig. Schlimmer noch, nach ein paar Schüsse, die Laser müsste mit eine neue Charge von Reaktanden versorgt werden. Die Logistik der schleppen diese Giftstoffe entweder durch die Luft oder über ein Schlachtfeld gemacht Generäle zittern. Und Fragen darüber, wie effektiv die Strahlen Staub und Regen dringen würde blieb. Im vergangenen Jahr die Armee das Tactical High Energy Laser-Projekt abgebrochen, und einige denken das Wild Arbeit Strahl-Firing 747 möglicherweise weiter zu gehen.

Aber zählen Sie nicht Laserwaffen aus noch. Die Strahlenkanone Potenzial von Waffen, die mit Präzision über enorme Entfernungen Feuer ist viel zu militärisch ansprechend, insbesondere in einer Zeit, als amerikanische Soldaten kämpfen Guerilla-Gegner, die schnell in den Hintergrund zu schmelzen. "Wenn ich könnte in eine Menschenmenge zu erreichen und Sie ein oder zwei Ziele ohne einen Hauch von Staub oder ein Riss eines Gewehrs nehmen — wenn ich für eine lange Zeit, Feuer könnte, ohne neu zu laden," Marine Corps Major General Bradley Lott, sagt "das ist etwas das United States Marine Corps wäre sehr, sehr daran interessiert bei der Verfolgung."

Aber wenn chemische Laser schneiden können nicht, was wird Strahl Kriegsführung verwirklichen? Die Antwort ist eine doppelte. Erstens ist das Pentagon langsam erkennen, dass wenn die Ergebnisse will, hat es seine Erwartungen zu senken. Schießen Sie Mörser zuerst, zum Beispiel, dann Raketen. Wichtiger jedoch ist die Wiederkehr der beiden Technologien der letzten Star Wars – Solid-State und freie-Elektronen-Laser – in den energetisiert, Versprechen gefüllten Labors von zwei ehemaligen Kollegen, die ihre Träume von Laser gedacht war Triumph vor Jahren gestorben.

Springen zur Lichtgeschwindigkeit

Laser alle in arbeiten ziemlich ähnlich: bestimmte Arten von Atomen und Lichtteilchen zu begeistern – Photonen – Strahlen heraus. Widerspiegeln Sie, dass Licht zurück in die aufgeregt Atome und mehr Photonen erscheinen. Aber im Gegensatz zu mit einer Glühbirne, die in jeder Richtung leuchtet, dieser zweite Charge von Photonen reist nur in eine Richtung und im Gleichschritt mit dem ersten. Und statt glänzend in jedem Teil des Spektrums, ist Laser-Licht der gleichen Wellenlänge, die abhängig von der "Verstärkungsmedium" – die Art der Atome – Sie verwenden, um den Strahl zu generieren. Genug von das gebündelte Licht glänzen, und Dinge zu brennen beginnen.

Der erste Laser-Experimente in den 1960er Jahren verwendet Rubin Kristallen als Gewinn Medium. Aber Festkörperlaser wie diese ursprünglich konnte nicht mehr als ein paar hundert Watt Leistung erzeugen. Das ist in Ordnung für die Augenchirurgie. Eine Rakete umzuwerfen — wie das Militär zuerst davon geträumt – Takes Millionen Watt Leistung, weshalb Forscher ihre Bemühungen in Richtung der letztlich gescheiterten chemisch aktiviert powered Laser.

Gibt es eine andere Art von Laser, der erfordert keine sperrigen Wannen von giftigen Chemikalien, keine Kristalle – kein Gewinn Medium überhaupt seinen Strahl erzeugen. Es nennt sich einen freie-Elektronen-Laser (FEL), und nutzt seine Reaktion einem aufgeladenen Strom von Elektronen in Gang bringen. Diese Form der Laser dominiert die Star Wars-Nationale Raketenabwehr-Programms; Es war das fast mythischen Tier, das Wissenschaftler George Neil und Bob Yamamoto auf zusammen Rüstungsunternehmen TRW schuftete.

Es wurde durch Hochleistungs-Erwartungen gelähmt. Aber Neil, Chef-Wissenschaftler des Projekts, und Yamamoto, Projektingenieur, waren wahre Gläubige. Sie dachte, dass mit genügend Forschung, ein freie-Elektronen-Laser wirklich in der Lage, eine Rogue-Rakete zu stoppen wäre. Und die Durchbrüche in der Atomphysik, Optik und Supraleitung weitreichende Vorteile hätte, selbst wenn ein ICBM nie gezappt habe. Aber nach 10 Jahren 1 Milliarde Dollar an Investitionen, der freie-Elektronen-Laser im TRW Lab seinen Höchststand erreicht eine magere 11 Watt – ein Zehntel eine Glühbirne erzeugt.

Nach mehrere Jahre von Führungskräften weiterhin Versprechen 10 20 Megawatt Leistung, das Pentagon schließlich den Stecker gezogen, im Jahr 1989, und Star Wars ging in einen Flammabriss des legendären Proportionen. Neil ärgerte sich besonders über die Art und Weise die rücksichtslosen Projektionen verurteilt das Programm hatte und verwandelte seine Regie-Energie-Ideen in eine Lachnummer. Bei wissenschaftlichen Konferenzen seit Jahren danach trete Neil für die Wiederbelebung der freie-Elektronen-Forschung. "Menschen dachte wir waren verrückt und die Technik war nicht machbar", sagt er. "Und auf die nackten beweisen, sie hatten Recht."

Bob Yamamoto, blieb unterdessen Weg von militärischen Projekten seit 15 Jahren nach dem Star-Wars-Fiasko. Er arbeitete für Lawrence Livermore National Laboratory, TRW Partner in der freie-Elektronen-Laser bauen Magnete für Hochenergiephysik-Experimente. Das Labor wurde in der Nähe von Berkeley, Kalifornien, wo er aufgewachsen war und College gegangen, also die Verschiebung ihm die Chance gab auf Rennen zu halten und den Wiederaufbau Importautos — Toyotas und Datsuns – mit seinen alten Kumpels. In der Garage und im Labor entwickelte Yamamoto einen Ruf für die Dinge, die schwer ausgeführt werden könnte. Aufgrund dessen und seiner vorherigen Laser-Erfahrung wurde er im Jahr 2003 Livermore $ 50 Millionen Festkörperlaser Pentagon finanzierten Projekt ausführen getippt. Die Technologie, die einst als so nicht machbar, erstand wird mit mehr Fortschritt Erwartungen gemessen. Yamamoto fühlten sich so wohl mit Solid-State-Technologie, wie er mit dem freie-Elektronen-Laser, und es erwies sich eine faszinierende Wiedereintritt in das Feld als. "Unter der Regie-Energiewaffen, sie seit mehr als 30 Jahren versprochen haben," sagt er. "Ich will der erste auf den Block zu sagen:"Wir es kümmerte." "

Under the GUN

Die Munition in Yamamotos neue Solid-State-Laser ist ein Satz von vier-Zoll-Quadrat transparente Platten mit den geringsten Hauch von violett gefärbt. Sie sind genau das, was man erwarten würde, Einschalten der Kanonen an Bord der Enterprise oder den Millennium Falken zu finden.

Eine Zeitschrift dieser durchsichtigen Platten ist jedoch nicht genau unendlich, für alle 10 Sekunden, die sie Feuer, benötigen sie mindestens eine Minute um sich abzukühlen. Aber die Platten – Keramik infundiert mit Element Neodym, die Atome, wenn Sie gereizt, produzieren die Photonen, die schließlich den Laserstrahl werden – nie ihre Potenz abgelassen werden. Und sie sind viel weniger Aufwand als sperrige chemische Wannen. Sie sind ein wichtiger Grund warum Yamamotos Maschine in einem einzigen 30-Fuß-langen-Labor drückt. Es ist nicht schwer vorstellbar, das ganze verpackt in einen kleinen Lastwagen, klopfen Mörser aus der Luft. "Ich habe über die Bereitstellung für eine lange Zeit nachgedacht," sagt Yamamoto.

Ein Festkörperlaser wie er konnte nun ein Kriegsgebiet teilweise machen weil die Messlatte für Energiewaffen gesenkt hat. Strahlen eine ICBM aus 100 Meilen Entfernung erfordert Megawatt des Lichts. Festkörperlaser könnte das nie mächtige bekommen. Aber einen Mörtel aus einer Meile Entfernung Aufheizen, bis der Sprengstoff im Innern zu zünden – das kostet nur 100 Kilowatt.

Yamamoto ist nahe dran. Er zeigt Dutzende von Blöcken aus c-Stahl und Aluminium, jeweils zwei Zoll groß und ein Zoll dick. Auf alle von ihnen sind Brandflecken und Löcher. Einen Block markiert "06.06.05," ist fast vollständig durch ein paar von half-dollar-Größe Depressionen verzogen. Ein Seil von ehemals geschmolzenen Metalls ragt aus dem Boden. "Kannst du das glauben?" Yamamoto fragt mit einem boomenden Tenor und ein großes, jungenhaften Grinsen. Er sieht viel jünger aus als seine 50 Jahre. "Es ist wie eine Taschenlampe Leuchten, und Zeug schmilzt! "Es ist lächerlich!" Livermore Laser, vorangetrieben durch größere Verstärkungsmedium Platten und pulsierende Geschwindigkeiten, traf 45 Kilowatt Leistung im März 2005 erhöht. Das ist mehr als verdreifacht, was drei Jahre vor der Laser tun könnte.

Aber es gibt eine nervöse Spannung im Labor am Tag komme ich zu besuchen. Jede der Platten ist umgeben von einer Reihe von 2.880 Leuchtdioden, wie in einem Radiowecker. Wenn sie leuchten, sie begeistern die Atome in den Transluscent keramischen Verbundwerkstoffen und die Laser-Kettenreaktion beginnen. Das Problem ist, dass die mehr Dioden leuchten, die mehr dieser Temperatur-Unterschiede beeinträchtigen die Qualität des Strahls. Der Infrarotstrahl — für das bloße Auge unsichtbar – beginnt, einige seiner Qualität zu verlieren. Das ist schlecht, weil das Pentagon einen schönen, engen Lichtstrahl sowie eine leistungsfähige zu sehen will. Und das Verteidigungsministerium Team von Testern soll hier nächsten Dienstag. Der Besuch wird weitgehend bestimmen, ob die Livermore-Team das Geld um seine nächste Laser erhalten: eine 100-Kilowatt-Waffenfähigkeit Maschine.

Also Yamamotos Team, kurzfristige Anpassungen an die "adaptive Optik unternimmt" – Spiegel ausgestattet mit mehr als 200 Aktoren, die sie zum Ausgleich von Verzerrungen in die Balken biegen. Yamamoto ist höflich entschuldigen. "Tut mir leid, aber wir sind under the Gun" sagt er, wie unser Treffen dem Ende zuneigt.

Durch Verwackeln

George Neil ist nicht so eilig, wenn ich ihn ein paar Tage später treffen. Der dünne, 58-j hrige "Death Race" Läufer – vor kurzem beendete er eine 78-Meile-Ultramarathon durch die kanadischen Rockies – treibt für eine freie-Elektronen-Laser für mehr als ein Viertel eines Jahrhunderts. Es wird ein anderes paar Jahre, bevor er man so stark wie Yamamotos Solid-State-Maschine hat sein. So hat er etwas Zeit, um mir zu zeigen, um sein Labor an das Department of Energy Thomas Jefferson National Accelerator Facility in Newport News, Virginia.

Er öffnet ein paar magnetisch verschlossenen Türen. Im Inneren befindet sich ein 240-Fuß-langen Durcheinander von Kupferleitungen, Gummischläuche und Stahlrohre ein Dutzend unterschiedlicher Größe. Fast alles davon wurde entwickelt, um eins zu tun: massiv leistungsfähige Impulse der Elektronen bei 99,999 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zu generieren. Die Elektronen eilen durch präzise getimten Mikrowelle Felder, Kraft und Schnelligkeit auf dem Weg zu sammeln. Anschließend wird der Elektronenstrahl durch einen "Wiggler", eine Reihe von 29 Magneten, die Elektron-Stream rauf und runter beugen gesendet. Dabei die Elektronen emittieren Photonen – und die Laser-Kettenreaktion beginnt. Dies ist Neils Verstärkungsmedium, seine Antwort auf Yamamotos Platten und der chemischen Laser giftige Gase und es ist durch eine Erhöhung der Leistung und Qualität dieser Elektronenstrahl, dass Neil seine technologische Fortschritte.

Die FEL "Einstellbarkeit" ist, was das Militär Interesse an erster Stelle. Die meisten Laser an Festigkeit verlieren während sie durchlaufen – und bekommen von aufgenommen – die Atmosphäre. Ein bisschen Regen macht nur noch schlimmer. Aber ein FEL könnte jeder Wellenlänge durchströmt die Luft am besten. Und es gibt keine Entleerung der "unendlichen Magazins." Kein Wunder, dass Los Alamos National Laboratory Associate Director Doug Beason nennt es Laser Heiligen Gral. Aber kann jemand sie abziehen?

Nach Star Wars Ultramarathoner Neil wartete seiner Zeit und Tempo selbst, wartet auf die Technologie, um aufzuholen. Fünf Jahre lang arbeitete er hier am Jefferson Lab auf einen riesigen Teilchenbeschleuniger. Der Laborleiter versprochen, dass er die FEL danach bauen konnte. Schließlich, im Jahr 1995, als es kam die Zeit, die Maschine zusammenzustellen, Neil und sein Team entwickelt eine neue FEL, die ein einziges Kilowatt Licht produzieren würde — nicht die Superkraft Laser versprochen in den 80ern. Im Jahr 1999 brachen sie die Rekord Leistungsstufen von Star Wars – Modell FEL durch 100-fache. Im Jahr 2003 traf die neue FEL 10 Kilowatt, ein weiterer Rekord. "Ich glaubte immer, dass die Technologie es erhalten würde,", sagt Neil mit einem zufriedenen Grinsen, "Wenn wir überschaubare Schritte mit angemessenen Ziele."

Und jetzt Neil hat das Militär Aufmerksamkeit wieder. Das Verteidigungsministerium investiert $ 14 Millionen pro Jahr in der Maschine. Man spricht von schließlich die Navy die nächste Generation der Zerstörer mit freie-Elektronen-Laser auszustatten. Die Schiffe haben heute nicht die Präzision Waffen zu stoppen, Rakete und klein-Boot-Angriffe, wie die Art, die Al Qaeda gegen die USS Cole im Jahr 2000 eingesetzt. Ein Laser kann der Auftrag verarbeitet werden können. Und nur ein freie-Elektronen-Laser könnte um die salzige Meeresluft durchschneiden abgestimmt werden.

Im Dezember wird Neil gute Nachrichten. Die Marine hat Im bewiesen FEL im großen Stil verpflichtet: $ 180 Millionen für acht Jahre, Multi-Team bemühen. "Es gibt viele Herausforderungen," schreibt er, "aber zumindest sind wir gestartet."

Neils Gefühle sind noch ein wenig bitter. Die Ergebnisse haben für das Pentagon Festkörperlaser Wettbewerb zu kommen – und seinem alten Freund und Kollegen Bob Yamamoto verloren. Das Geld, ein waffenfähiges Festkörperlaser im Labor zu bauen geht stattdessen an ein Team von Northrop Grumman.

Northrops Design war nicht so verschieden von Yamamotos, aber anstelle der vier großen durchsichtigen Platten das Herzstück von Yamamotos Maschine, Northrop stützt sich auf mehrere kleinere Kristalle. Weniger Energie konzentriert sich auf einzelne Kristalle, so gibt es weniger Mängel in den Strahl. "Ich erstaunt wie viel Strom wir aus einem Stück Glas die Größe eines Stockes Kaugummi bekommen", sagt Northrop-Programm-Manager Jeff Sollee, eine 30-jährige gerichtet-Energie Veteran, zuletzt mit der Rüstungsunternehmen letzte große chemische Laser Programm, der Tactical High Energy Laser. Das Pentagon hat Sollee 33 Monate bringen seine Maschine auf Schlachtfeld Stärke gegeben.

Yamamoto, unterdessen weiterhin ruhig seine Laser, trotz des Pentagons Entscheidung gegen ihn optimieren. Er erfährt, dass in diesem Geschäft alles passieren kann. "Im Moment halten wir ein extrem flaches Profil," sagt er. "Aber wir sind noch nicht fertig."

Noah Shachtman bearbeitet defensetech.org, ein Militär-Technologie-Blog.