машины-монстры

Машины-монстры: HAPLS - самая большая в мире матрица полупроводниковых лазеров, способная выдать 3.2 МВт пиковой мощности

Специалисты Ливерморской Национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) изготовили и ввели в эксплуатацию самую большую на сегодняшний день матрицу из полупроводниковых лазерных диодов, которая способна вырабатывать импульсы света с пиковой мощностью 3.2 МВт. Эта матрица является ключевым компонентом системы накачки High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Laser System (HAPLS), разработка которой ведется в лаборатории LLNL и которая будет установлена на будущем самом мощном лазере в миреExtreme Light Infrastructure (ELI), сооружение которого ведется в настоящее время в Чешской Республике.

Система HAPLS способна вырабатывать импульсы света, длительностью 30 фемтосекунд, мощностью более одного петаватта и повторяющиеся с частотой в 10 Гц (10 раз в секунду). Такая высокая частота следования импульсов является ключевым моментом для любой современной высокоэнергетической лазерной системы, которые раньше накачивались при помощи множества мощных импульсных ламп, которые, в свою очередь, могут срабатывать не чаще одного раза в секунду. Диодные матрицы HAPLS могут срабатывать 10 раз в секунду, накачивая килоджоулями своих импульсов основной усилитель мощности лазера ELI, который начнет вырабатывать первые импульсы в 2017 году.

"Европейская система Extreme Light Infrastructure, в создании которой задействованы участники со всего мира, станет вместилищем всех самых ультрасовременных лазерных технологий, которое обеспечит международные группы ученых возможностью проведения фундаментальных физических и практических исследований" - рассказывает Константин Хафнер (Constantin Haefner), директор программы HAPLS, - "Лаборатория LLNL, признанный мировой лидер в области высокоэффективных лазерных систем средней и большой мощности, является одним из наших основных партнеров, создающих вместе с нами петаваттные лазерные системы нового поколения".

Как уже упоминалось выше, большинство современных мощных лазеров использует для накачки гигантские импульсные лампы. Вспышки яркого белого света этих ламп возбуждают и переводят в высокое энергетическое состояние атомы материала, специального лазерного стекла, из которого изготовлены большие стержни и плиты. Относительно низкая эффективность этих ламп является причиной, по которой достаточно большая часть энергии превращается в тепло и лампам требуется некоторое время на охлаждение. Технология лазерных диодов, эффективность которых почти вплотную приближается к 100 процентам, позволяет решить проблему лишнего тепла и увеличить на порядок частоту следования импульсов.

"Технология импульсных ламп использовалась для накачки лазеров более 50 лет и за это время мы полностью исчерпали все возможности этой технологии" - рассказывает Энди Бэрэмиэн (Andy Bayramian), один из "архитекторов" системы HAPLS, - "Сейчас нам пришлось полностью отказаться от импульсных ламп и обратить свое внимание в сторону матриц полупроводниковых лазерных диодов, которые позволят нам создавать совершенно новые классы высокоэнергетических лазерных систем".

Для того, чтобы сделать матрицу HAPLS реальностью руководство лаборатории LLNL привлекло специалистов компании Lasertel Inc., которые совместив передовые технологии полупроводниковых лазеров с новой микрооптикой, разработали конструкции надежных и достаточно простых мегаваттных модулей. Кроме этого, для снабжения всего лазерного "хозяйства" энергией, специалисты LLNL разработали и изготовили импульсные источники питания нового типа, которые без перепадов в потреблении постоянно тянут энергию из сети и, накопив достаточно энергии, выдают импульсы тока огромной силы, имеющие строго заданную форму, длительность и другие параметры. Каждый такой источник питания способен выдать импульс тока, силой до 40 тысяч ампер и эта технология была запатентована лабораторией LLNL.

"Объединение лазерной технологии компании Lasertel Inc. с нашими технологиями импульсного питания позволяют создать компактные и эффективные лазерные системы средней и высокой мощности, способные вырабатывать импульсы с недостижимой до этого частотой" - рассказывает Константин Хафнер, - "В результате нашей работы мы создали надежную, высокоэффективную и достаточно простую систему оптической накачки, которую можно масштабировать до любого уровня, подстраивая ее под нужды каждой конкретной лазерной системы".

Машины-монстры - все о самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.

После завершения Второй Мировой войны союзникам досталось очень богатое научное и инженерное наследие нацистской Германии. Было найдено множество проектов ракет, самолетов и других летательных аппаратов, снабженных реактивными двигателями, некоторые из которых представляли собой действительно чудеса техники, на десятилетия опередившие свое время. И одним из таких ужасающих проектов был проект сверхзвуковой пилотируемой ракеты-бомбардировщика Ойгена Зенгера (Eugen Sanger), которая, согласно заложенным в конструкцию идеям, могла достичь любого города на земном шаре за один час. И, слава Богу, этот проект так и не был никогда завершен.

Ойген Зенгер, австрийский ученый-физик в области ракетной техники, разработал конструкцию самолета-ракеты с плоскодонным фюзеляжем. Эта ракета, длиной 28 метров с размахом крыльев 15 метров и общим стартовым весом 100 тонн, из которых 80 тонн приходилось на вес топлива, должна была стартовать с тележки, движущейся по прямому разгонному рельсовому треку, длиной около 3 километров. Реактивные двигатели, установленные на тележке, позволяют разгонять ракету до скорости в 500 метров в секунду, которая после отрыва начинает подъем при помощи своих собственных двигателей.

Разогнавшись, в теории, до скорости 6000 метров в секунду и поднявшись на высоту 260 километров, ракета Зенгера за счет плоского дна должна совершить несколько прыжков, отталкиваясь от плотных слоев атмосферы, как отталкивается от воды плоский камешек, запущенный параллельно поверхности водоема. По мере увеличения подскоков скорость ракеты снижается, как и снижается высота полета этого летательного аппарата. Согласно расчетам, девятая, последняя точка траектории должна была находиться на удалении 16800 километров от точки запуска, а высота полета при этом составляет 40 километров. Летя дальше на этой высоте, ракета-бомбардировщик могла пролететь еще до отметки 23000 километров, после чего начинался участок резкого снижения скорости и высоты полета. Еще через 500 километров скорость полета падает до отметки в 140 километров в час, благодаря чему летательный аппарат мог совершить посадку на полосу достаточно среднего аэродрома.

Изначально Зенгер предполагал использовать разработанную им идею для создания пассажирского или грузового летательного аппарата. С этим предложением он в середине 1930-х годов вышел на австрийское правительство, выдвигая на первый план идею создания межконтинентального бомбардировщика. Но, к сожалению для Зенгера и к счастью для всего остального человечества, этот проект был отвергнут, в первую очередь из-за отсутствия надежного и стабильно работающего реактивного двигателя на жидком топливе.

Во время Второй Мировой войны Зенгер работая на нацистов, продолжал разрабатывать ракеты и реактивные системы. В это время на сцене появился Вернхер фон Браун (Wernher von Braun), немецкий специалист в области ракетостроения, в поле зрения которого попал проект ракеты-бомбардировщика Зенгера. Фон Брауну удалось пробить финансирование продолжения проекта Зенгера, но в связи с окончанием войны этот проект так и остался только лиши ужасающим футуристическим проектом.