Den militære anvendelse af LASER
Denne artikel, der er oversat fra det svenske Militårteknisk Tidsskrift, er skrevet af Tekn. lic. Erik Sundstrom, A B Bofors. Den redegør for den tekniske baggrund for Laser og for den anvendelse, der kan gøres af fænomenet.
Hvad er LASER?
Ordet er ligesom radar en amerikansk for kortelse, der står for > L i glit Am p lification by Stimulated Em ission of Radiation«, altså »forstærkning af lys ved accellereret bestråling«. Laser har nær tilknytning til det allerede længe kendte fluorescensfænomen, hvorved forstås, at et stof, der udsættes for kortbølgebestråling af stor energi — evt. partikelstråling, absorberer denne og i stedet udsender en stråling med en kendt, længere bølgelængde, karakteristisk for det pågældende stof. Udsendelsen af forskelligt slags lys fra et atom skyldes, at en af atomets elektroner på én eUer anden måde har fået tilført energi. Elektronen har da forladt sit grundniveau nær atomkernen og nået et energiniveau længere ude — med større energi. Efter påvirkningens ophør søger denne elektron igen ind mod sit grundniveau i større eller m indre spring. For hvert spring eller trin afgiver elektronen en tilsvarende energimængde, og mens m indre trin giver sig udslag i varmeafgivelse — giver større trin synligt lys, ultraviolet lys eller røntgenstråler. Norm alt har atomet i et fast legeme et stort antal tænkelige energiniveauer — og dermed et stort antal mulige trinlængder. Lyset herfra v il være fordelt over et større bølgeområde, hvor energifattig varmeudstråling og indre varmeudvikling v il have stor overvægt. (Fig. 1).
Man kan imidlertid finde bestemte n iveauer, som er ens inden for hele krystallet — og som er i stand t il at rumme mange elektroner. Fra disse niveauer fås et stort antal ens energitrin ind til grundniveauet, hvilket igen indebærer en overvægt af lys med den bølgelængde, der svarer t il trinet. For at opnå fluorescens benytter man altså en bestråling med så kort bølgelængde, at elektronerne bringes ud over fluorescensniveauet — og ved t ilbagefaldet opnås en stråling med længere bølgelængde. Overskuddet af energi bliver til varme. (Fig. 2).
Elektronerne har t il tider svært ved at forlade fluorescensniveauet og gør det først efter et vist tidsforløb. Herved opnås en udsendelse af lys i et vist tidsrum med gradvis aftagende lysstyrke. I fluorescensniveauet kan altså oplagres t ilstrækkelig energi til udsendelse af lys i flere sekunder. Im idlertid fandt man ud af, at »efterlysningstiden« kunne forkortes og lysintensiteten forøges ved bestråling af krystallet med lys af nøjagtig samme bølgelængde som fluorescenslyset. Bestrålingen kan ske med fluorescenslyset, der af spejle kastes tilbage i krystallet. I 1960 påviste videnskabsmændene ved Hughes A ircraft Company, at forstærkningen af lysstyrken ved bestråling under visse omstændigheder kunne opveje den naturlige aftagen, der betingedes af tiden. Herved f ik man en lysstyrke, der var hurtigt stigende, indtil den oplagrede energi var brugt. Lysstyrken kan opnå en så høj værdi, at energien udtømmes i en udladning af m indre end en m illiontede l sekunds varighed. Det er ikke nødvendigt at liave 100% reflektion af spejlene, det ene kan være halvgennemsigtigt og dermed lade en del af strålingen slippe ud. Ved en konstant tilførsel af energi, men uden forstærkning således, at udladning finder sted, kan man opnå en jævn lysstyrke — og hermed kan endnu en egenskab hos laserlyset anvendes. Idet den stråling, der frigøres af det reflekterede lys, har samme retning og fase som dette (fig. 3) og eftersom lyset løber frem og tilbage mellem spejlene, får man et lysbundt, der har samme faseleje inden for hele sit tværsnit — altså parallelt lys. Intensiteten er ikke stor, man kan næsten kalde det for ordnet eller rette fluorescens; på ameri-
kansk anvendes udtrykket CW-laser (CW = Continuous Wave). Det materiale, der anvendtes under de første forsøg, var syntetisk rub in placeret mellem to spejle og energien tilførtes gennem en elektrisk udladningslampe. Denne kombination gav rødt lys med en bølgelængde på 0,69 j^m, hvilket er blevet det normale for pulserende laser. Også andre materialer har vist sig anvendelige, krystaller eller glas med forskellig tilsætning. T i l CW-laser kan endog anvendes gasblandinger.
Q-omskifter
Ved pulserende laser bestemmes tidspunktet for udladning dels af den oplagrede energimængde — og dels af hvor stor en del af lyset, der kastes tilbage og ind i krystallet. Dette sidste udtrykkes ved Qværdien eller det optiske godhedstal. Ved en høj Q-værdi finder udladningen sled allerede ved en lille energimængde — og herved fås små udladninger. Drejer man im id lertid det ene spejl bort ved starten af energitilførslen, b liver Q-værdien lav, og der kan så tilføres store energimængder uden at en udladning finder sted. Når den oplagrede energimængde er maximal, kan man dreje spejlet ind i sin rette stilling igen. Sker bevægelsen — og dermed forhøjelsen af Q-værdien — hurtigt, opnår man en meget stor ud ladning af den samlede energi. Udladn ingerne, der opnås herigennem, er velegnede til afstandsmåling.
Energiforholdet
Virkningsgraden af laser forekommer lille, hvis man ser på energimængden i en udladning. Eksempelvis kan lyskildens kondensatorer i en laserafstandsmåler kræve 1000 W tilført i en form af 200 W i 5 sekunder. Heraf kan regnes med 150 W lyseffekt, resten, d. v. s. størstedelen, omsættes til varme i rør og ledninger. Laser energien bliver da kun til 0,1 W , men da den udlades på kun 0,025 m ikrosekund, b liver iniddeleffekten 4 MW . Disse værdier er gældende for Hughes C O L I D A R II, men må anses for gældende også for andre typer. Uden Q-omskiftere får man sammenlagt en noget højere laserenergi, idet tabet ved spontan stråling er m indre, men energien fordeles på mange m indre udladninger med en eksempelvis effekt på 0,02— 0,05 MW . Fo r begge lasertyper foregår en hurtig udvik ling i retning af større effekt, især påskyndet af interessen for at anvende laser til at opspore og følge satelletter. De store energitab er afgørende for, hvor ofte man kan lade en laserstråle udsende, idet den »indpumpedec lysenergi i krystallet må afkøles, ellers bevirker temperaturstigningen, at energien i udladn ingerne formindskes. I nogle tilfæ lde kan varmespændingerne b live så store, at krystallet revner eller splintres. A fkø lingen kan ske ved egenkøling og varmeafledning, ved trykluftskøling eller ved væskekøling. For en laserafstandsmåler med rub in må kræves følgende afkølingsintervaller mellem udladningerne: ved egenkøling 6— 10 sek., ved luftkø ling 3— 5 sek. og ved væskekøling 0,2— 1 sek. Væskekølingen befinder sig im idlertid endnu på eksperimentstadiet.
Bølgelængder
For øjeblikket kender man en halv snes forskellige stoffer med lasermuligheder, men rubin er stadig det mest anvendte. Man bruger lier syntetiske rubinkrystaller, bestående af alum iniumoxyd tilsat en smule krom . Det udsendte lys liar bølgelængden 0,69' hvilket ligger i spektrets røde del. Efterhånden v il man gå over til at anvende glas med en tilsætning af neodym, bølgelængden er her 1,06 j^m, hvilket ligger i den infrarøde del af spektret.
Laserafstandsmålere
At opnå laservirkning fra et anvendeligt krystal er meget enkelt, og forsøgsapparatur hertil kan idag købes mange steder, derimod kn iber det stadig med at fremskaffe teknisk apparatur, hvor laser anvendes. Man kan dog spore en væsentlig fremgang i anvendelsen af laser t il afstandsmåling, hvilket beror på de alvorlige svagheder konkurrerende metoder er behæftet med. Laserafstandsmåleren arbejder efter samme princip som radar, idet tiden mellem udsendelsen af en stråle og modtagelsen af sammes refleks måles og omregnes til afstand. De anvendte afstandsmålere er i reglen opdelt i to enheder, dels lyskildens kraftaggregat med batterier — og dels den aktive del, laserhovedet, som indeholder sender, modtager, retningskikkert og regnekreds. (Fig. 4 og 5 viser to udførelser). Kraftaggregatet kan eksempelvis transporteres på ryggen, og laserhovedet kan ved anvendelse holdes i hænderne eller anbringes i trefod. V ed indbygning kan kraftaggregatet monteres adskilt fra laserhovedet. Regnekredsen Målingen af tiden mellem udsendt og modtaget lys sker nemmest ved måling af
perioderne i en oscillator med tilstrækkelig høj frekvens. Frekvensen vælges således, at hver periode svarer t il en bestemt afstand. Oscillatoren startes af den udgående stråle og standses, når den reflekterede stråle rammer modtagerens fotomultiplikator. Den reflekterede stråle kan, som det ses af fig. 6, variere meget i udseende. Ved reflektion fra en genstand med plant ydre, ligner den reflekterede stråle helt den udsendte. Reflekteres lyset fra en genstand, som ikke dækkes helt af den udgåede stråles tværsnit, kan resten træffe bagved værende genstande og herved bevirke én e ll;r flere senere reflekser. Ved måling mod genstande med ujævne overflader, får man flere reflekser, som delvis dækker hinanden. M å ling mod et diffust mål, tåge eller røg, giver en længere, jævn puls med lavt toppunkt. E n vanlig årsag til at man får flere reflekser, kan være grene eller insekter, der kommer ind i strålen på kort afstand, og på grund al den korte afstand giver lige så stærke reflekser som »rigtige« mål på større afstande. Derfor tager man normalt ikke hensyn t il reflekser under 100— 300 m, grænsen kan dog ændres.
Selv på større afstande kan der forekomme dobbelt ekko. M an kan derfor forsyne afstandsmåleren med flere regnekredse, der angiver afstanden t il første, andet, tredie refleks o. s. v. — eller én regnekreds, der kan indstilles til at måle samtlige reflekser efter tur, hvilket medfører en gentagelse af målingen. Eftersom dobbelt ekko skyldes, at strålens diameter er for stor i forho ld t il målets udstrækning, er det i de fleste tilfæ lde det enkleste at m indske strålens bredde. Skulle man trods dette få ekko fra delvis dækkende genstande, hvilket mærkes på, at afstanden b liver kortere end ventet, må man flytte instrumentet og foretage en ny måling. Ved måling mod køretøjer eller mål af samme størrelse må en strålediameter på 1 m anses for bedst. E n laserstråle med bredden 1 Ts er altså tilfredsstillende op t il en afstand på 1 km, 0,5 Ts op til 2 km , etc. I regnekredsen findes afstandsangivelsen anbragt i numerisk orden, hvilket er ideelt for tilslutning til ildledelsessystemer, som indeholder datamaskiner af numerisk type.
Rækkevidde
I enhver laser- eller radarstråle aftager intensiteten med kvadratet på afstanden, eftersom tværsnittet forøges. Træ ffer strålen et mål, der er m indre end tværsnittet, bliver den totale reflekterede energi altså proportional med målstørrelsen og omvendt proportional med afstandens kvadrat. Også den reflekterede stråle aftager med kvadratet på afstanden fra den reflekterende flade, således at det modtagne signal b liver proportional med målstørrelsen og omvendt proportional med afstanden i fjerde potens. M ed en vel koncentreret laserstråle rammes målet im id lertid af alt lyset, hvorfor det modtagne signal kun v il aftage med kvadratet på afstanden uafhængigt af målstørrelsen. E n smal stråle giver altså stærkere reflekser og m indre variationer i disses styrke, hvilket letter konstruktionen af forstærkere og forbedrer muligheden for at udskille reflekserne fra baggrunden. E n bestemt største rækkevidde er svær at angive. Det røde lys har im id lertid samme forplantningsevne som alt andet synligt lys, hvorfor betingelsen for måling til en genstand må være, at den kan ses. I klart sigt har man kunnet måle mod mål på 16 km afstand, vel og mærke når målet har været stort nok. I praksis må man regne med en grænse, hvor strålens tværsnit er lige så stor som målets mindste tværsnit — ved længere afstande aftager signalets styrke meget hurtigt. Hv is man som normalt mål regner en kampvogn eller et køretøj med en højde på 2 m, får man med bredden 1 Ts en praktisk rækkevidde på 2 km, for 0,5 Ts 4 km o. s. v. A lle mål, som kan ses, reflekterer t ilstrækkeligt lys til måling, muligvis med undtagelse af mørke røgslør. Røg og dis i kampområdet nedsætter ofte sigtbarheden og giver laserreflekser med lavere intensitet, end de, der opnås fra faste genstande. Man kan derfor i modtagerens forstærker filtrere langsomt stigende, svage signaler væk, og på denne måde måle gennem dis og røg.
Anvendelsesområder for laserafstandsmålere
Laserafstandsmåleren kan anvendes af alle værn og de fleste våbenarter. Artilleri, Søværn og kystartilleri kan anvende laser i stedet for — eller i forbindelse med h idtil anvendte instrumenter. For luftværn og panservåben, som beskyder synlige mål, er det naturligt at montere laserafstandsmåleren på piecen eller kampvognen sammenkoblet med — eller indbygget i det normale optiske sigtemiddel. Kampvognssigte med indbygget laser er konstrueret både til den amerikanske bær og til NATO-enbeder. Her må det endvidere forventes, at udviklingen går mod øget automatisering, således at afstandsangivelsen via en datamaskine d ir igerer kampvognskanonens automatiske retning i side og højde. Nøjagtigheden er inden for det aktuelle område (500— 10 000 m) større end for optiske afstandsmålere — og anvendelsen af kun ét »sigtebul« gør laser m indre følsom over for evt. deformering af kampvognen på grund af beskydning.
FT.
Moderne kystforsvar
Som supplement til artiklen om de svenske bestemmelser for forsvar mod amfibieangreb i sidste nummer kan en artikel om »Neuzeitliche Küstenverteidigung« af Hans-Jörg Mon itor i »Wehrkunde«, februar 1965. have interesse. H er bringes artiklens k©nklusion: De for en kystsikring nødvendige foranstaltninger kan kort sammenfattes således:
— Forberedelse af alle forsvarsforanstaltninger i kystområdet i fredstid, ink lusiv forberedelse af mobile enheders indsættelse mod særligt truede kyststrækninger.
— Sikring og overvågning af kystlinien samt bevogtning af m ilitære objekter og andr3 objekter af m ilitær betydning i en spændt situation.
— Udbygn ing og indretning af forsvarsanlæg langs og inden for kysten, når forsvar kan blive aktuelt, inklusiv udlægning af landm iner og bygning af hindringer langs stranden og mod luftlandsætning.
— Melding til de respektive felthærsmyndigheder gennem de regionale myndigheder em situationen ved kysten.
— Forsvar mod fjendtlige kommandooperationer ved indsættelse af alle regionale styrker og af de i området værende styrker af felthæren og af de andre værn, alt under kommando af de regionale myndigheder.
— Gennemførelse af henholdende kamp over for en overlegen fjende, indtil felthærens indsættelse, hvorefter de regionale styrker underlægges felthæren og deltager i dennes kamp.
Formålet med denne kamp er tilintetgørelse af de fjendtlige hærstyrker, der fra sø og luft trænger ind i kystområdet. Herunder må udvidelse af brohovedet og forsøg på indbrud i landet indenfor kysten forhindres, og de fjendtlige styrker i brohovedet indkredses og tilintetgøres. Felthærsstyrkemes reserver må placeres således, at de hurtigt kan indsættes mod truede kyststrækninger. De planlagte forskydningsveje kræver særlig sikring. Fo rskydning af reserver over store afstande må ske ad luftvejen.
H . H.
Myt rotorprincip
Det tyske selskab B Ö L K O W E N TW I C K L U N G E N har bygget en 3-bladet meget stor forsøgsrotor. Bladenes længde er 15 m og deres bredde 2,4 m. Rotoren er beregnet t il at kunne løfte 36 tons og menes dermed dobbelt så bærekraftig som nogen i øjeblikket eksisterende rotor. Medens det normale system i en helikopter består i, at en motor driver en aksel, som rotorbladene er befæstet i, rundt, drives B Ö L K O W S rotorblade rundt på den måde, at en blanding af gas og luft under et tryk på 165 kg/cm2 ledes gennem de hule rotorblade og strømmer ud af en dyse på enden af disse (vinkelret på bladets længderetning). Udstrømningshastigheden er ca. 360 m/sek, hvorved rotorbladenes spids kommer op på en hastighed af ca. 190 m/sek. Ved dette system opstår der ikke noget drejningsmoment, således at den lille propel, der modvirker, at en helikopter roterer om sig selv, kan udelades her. M an håber at kunne bringe såvel anskaffelsespris som vedligeholdelsesomkostninger ned på ca. halvdelen af en alm indelig helikopters, hvorimod brændstofforbrug og hastighed bliver som for den konventionelle he likopters.
Nyt automatgevær i Sverige
Efter 5 års afprøvning har den svenske hær antaget det tyske gevær G 3 (også kaldt CETME-gevæ ret).Magasinet rummer 20 patroner, og det er bemærkelsesværdigt, at patronen er identisk med den 7,62 mm NATO -patron (som bekendt har det alm indelige svenske patronkaliber været 6,5 mm). Geværet skal fremstilles i Sverige på licens. (Soldat und Technik, 411965).
20 mm maskinkanon i helikopter
Det fremgår af fotos fra V ietnam , at amerikanske helikoptere udrustes med maskingeværer, der er monteret med stor sideretnings- og højderetnings- (man burde vel kalde det dybderetnings-) frihed, idet de er anbragt på dørens plads, evt. på en lille udbygget konsol. Som man kunne vente, er der fremsat ønske om et kraftigere våben, og der har derfor været afholdt forsøg med montering af forskellige 20 mm maskinkanoner i helikopteren B E L L U H 1. Bedst synes Hispano Suiza’s type 820 at have været, hvilket b l. a. kan føres tilbage til pjecens forholdsvis små rekyl- og fremløbskræfter. Maskinkanonen hv iler i en lille sokkellavet, der anbragt i døråbningen giver en sideretningsfrihed på 120° og et højderetningsområde skråt nedad fra — 9“ til -j- 50°.
Hvad fly koster
Det dyreste amerikanske fly er rekognosceringsversionen Y R B 58 A af flyet H U ST - L E R . Prisen er 260 m illioner kr. Bombeflyet B 52 A koster 200 m illioner kr., bombeflyet B 58 100 m illioner kr., F 105 B 38 m illioner kr. Udviklingsudgifterne t il flyet X B 70 er indtil nu opgjort til 10 m illiarder kr. Den australske forsvarsminister har oplyst, at Australien for 24 stk. amerikanske fly (med reservedele og forskelligt vedligeholdelsesmateriel) af typen 111 A skal betale 940 m illioner kr. eller ca. 40 m illioner kr. pr. stk. (Det er dette fly, som England v il anskaffe i stedet for det i England udviklede fly TSR-2, som ikke v il b live sat i produktion).
(Flugwehr und -technik, 4/1965).
Opgives mauler?
Den amerikanske forsvarsminister McNamara har udtalt, at der indtil videre ikke v il blive søgt nye bevillinger t il den fortsatte udvik ling af luftvæmsraketten M A U L E R , som han beskriver som en skuffelse. De bevillinger, der allerede er givet, v il blive anvendt på andre områder i luftforsvaret. Nogen endelig bestemmelse om, hvorvidt man skal opgive M A U L E R - projektet eller ikke, er endnu ikke truffet, men projektets fremtid synes mørk.
(Missiles and Rockets, 22. feb. 1965).
Kanoner
I Pentagonen i U S A benyttes i dag et magisk ord, nem lig ordet kanoner. Man er klar over, at ildstøtte må leveres af kanoner. Det var eksempelvis meget uhe ldigt for det amerikanske marinekorps, at slagskibene forsvandt, thi flyene er der ikke altid, når man har brug for dem. Den amerikanske flåde leder nu efter udveje for at kunne tilvejebringe artilleristøtte og nærer megen interesse for en ny 175 mm kanon med stor præcision. Måske v il destroyere og større skibe blive forsynet med et system (der er under udv ikling) Advanced Surface M issile System (ASMS) som flådens støtte ved landgang.
(Missiles and Rockets, 29. mar. 1965).
Kampvogne i Holland
Ho lland råder over 600 stk. C E N T U R IO N kampvogne. Ho lland har allerede nu bestemt, at disses afløser v il blive den nye tysk-amerikanske kampvogn, som ventes færdig i 19'70'erne. Der regnes med, at udskiftningen v il koste ca. 2 m illiarder kroner. Ho lland har ikke i sinde at udskifte C E N T U R I O N med en af de nye kampvogne såsom C H I E F T A IN , L E O P A R D eller AMX-30, men v il springe denne kampvognsgeneration over.
Kampvognen Leopard
I Tyskland v il de første 50 stk. kampvogne af typen L E O P A R D b live udleveret til tropperne omkring september 1965. Det ialt ønskede antal af denne kampvogn beløber sig til ca. 1500 stk., som man mener at kunne fabrikere i løbet af 3 år.
(Soldat und Technik, 1/1965).
Fransk atombevæbning
E n fransk k ilde — der er uoffic ie l — oplyser, at der i Frankrig ved begyndelsen af 1965 findes ca. 20 bombefly (det er fly af typen M I R A G E IV ) , der er bevæbnet med atombomber. Disse bomber er af størrelsen 60 kilotons (altså 3 gange kraftigere end Japanbomberne). M an sigter mod at forøge bombernes styrke t il 300 kilotons. A f flyet M I R A G E IV venter man at råde over 62 stk. ved udgangen af 1966. Franske atomundervandsbåde forsynet med raketter af typen P O L A R I S ventes taget i brug i 1971.
(Military Review, 11/1964).
Rakefudstyr M6?
Det 89 mm raketstyr har i U S A fået en afløser i det 90 mm raketstyr M 67. Det nye raketstyr er 135 cm langt og vejer 16 kg, altså ca. 10 kg mere end det 89 mm raketstyr. M 67 anvendes i øvrigt ligeledes fra skulderen. Det affyrer en hulladningsgranat, der vejer 3,1 kg, med en begyndelseshastighed på 220 m/sek, hvorved der kan regnes med en effektiv skudafstand på ca. 400 m, medens den maksimale rækkevidde er 2100 m. Viséret er inddelt til 750 m. Projektilet er finnestabiliseret, men roterer alligevel, idet raketstyret er forsynet med 74 små riffe lgange med en stigning på 180 cm. Der kan affyres ca. 5 skud pr. m inut. Efter 1 minuts skydning med denne kadence må der indlægges en afkølingspause på ca. 15 minutter. M 67 har ikke ringe lighed med det svenske 84 mm granatgevær C A R L G U S T A F , der er indført i flere lande.
(Soldat und Technik, 8/1964).
