حمله با سرعت نور

از دیدگاه جنگی، لیزر یك پدیده تقریباً فوق العاده بود. در لیزر به جای دود و بوی بد و صدای گوشخراش مهمات جنگی از پرتوهای نامرئی نور متمركز استفاده می شود. جت های بازسازی شده بوئینگ ۷۴۷ كه به سلاح های لیزری مجهز است، موشك های بالستیكی را شلیك می كند و چندصد مایل دورتر از جایی كه هستیم، به هدف برخورد می كند. توپ های دارای انرژی هدایت شده می تواند راكت هایی را كه از طرف دشمن شلیك می شود، باسرعت نور ره گیری كند، مواد انفجاری داخل آنها را داغ كرده و باعث انفجار آنها در وسط آسمان شود. البته مواردی كه ذكر شد، یادی از تصورات ذهنی جنگ ستارگان دوران ریاست جمهوری رونالد ریگان نبود. اینها طرح های جدیدی است كه نقطه آغاز آن فقط به دهه قبل بازمی گردد و در آینده نه چندان دور به حقیقت خواهد پیوست. لیزر تاكتیكی پرانرژی (THEL) نیروی زمینی ایالات متحده در میدان موشكی وایت سندز ((White Sands واقع در صحرای نیومكزیكو، چندین خمپاره و راكت كاتیوشا را منهدم كرد. در سال ۲۰۰۴ پیمانكاران نیروی هوایی آمریكا، شلیك آزمایشی سلاح های لیزری را كه به صورت شیمیایی تولید شده بود، آغاز كردند. این یك لیزر هوابرد بود كه بر روی یك بوئینگ اصلاح شده ۷۴۷ قرار می گرفت.
به یك باره به نظر رسید كه تلاش های اخیر برای اداره كردن لیزرهای میدان نبرد مانند پروژه جنگ ستارگان دهه ۱۹۸۰ از بین رفته است. تولید چندین مگاوات توان لیزری برای منفجر كردن موشك به چندصد گالن مواد شیمیایی سمی ( از قبیل اتیلن و تری فلوئورید نیتروژن) نیاز داشت. بدین ترتیب حجم سلاح ها افزایش یافت. بدتر آنكه پس از چند شلیك باید گروه تازه ای از مواد واكنش دهنده به این لیزرها تزریق می شد. موضوع حمل و نقل این مواد سمی، چه از طریق هوا و چه در طول میدان رزم، لرزه بر اندام فرماندهان نظامی انداخت. پرسش هایی نیز در مورد چگونگی نفوذ موثر این پرتوها در باران و گرد و غبار مطرح شد. سال گذشته نیروی زمینی آمریكا پروژه THEL خود را لغو كرد. بعضی از افراد فكر می كنند احتمالاً جت ۷۴۷ كه برای شلیك كردن پرتوها بازسازی شده به علت هزینه سنگین پروژه بعدی است كه لغو می شود.
البته هنوز زود است كه سلاح های لیزری را از دست رفته بدانیم. پتانسیل پرتوی سلاح هایی كه با دقت زیاد و تا فاصله دور می تواند شلیك كند، دارای اهمیت زیادی از لحاظ نظامی است، به ویژه در زمانی كه سربازان آمریكایی در حال نبرد با دشمنان چریك مانندی هستند كه به سرعت در پس زمینه میدان محو می شوند. ژنرال برادلی لات یكی از فرماندهان سپاه تفنگداران دریایی ایالات متحده ((USMC می گوید: «اگر می شد برای مدت طولانی شلیك كرد، بدون آن كه مجبور به بارگذاری مجدد سلاح باشیم، خیلی خوب بود. این چیزی است كه ((USMC خیلی به آن علاقه دارد و در حال پیگیری آن است.»
اما اگر لیزرهای شیمیایی نتواند آن را برآورده سازد، چه چیزی باعث می شود كه جنگ پرتوها تحقق یابد؟ پاسخ آن دو چیز است. اول آن كه پنتاگون كم كم این موضوع را درك می كند كه اگر نتایج مطلوب را می خواهد، باید انتظارات خود را پایین بیاورد. به عنوان مثال ابتدا خمپاره و بعد موشك ها را مورد حمله قرار دهد. اما موضوع دوم كه از مورد اول مهم تر است، ظهور مجدد دو فناوری پروژه جنگ ستارگان (لیزرهای الكترون آزاد و نیمه هادی) در آزمایشگاه های پرانرژی و پرامید دو همكار سابق است كه فكر كردند رویاهای آنها درباره پیروزی لیرز، سال ها پیش از بین رفته است.
▪ جهش به سرعت نور: همه لیزرها كم و بیش به یك روش كار می كنند. انواع مشخصی از اتم ها را تحریك كنید تا ذرات نور (فوتون ها) را تشعشع كند. این نور را به عقب و به اتم های تحریك شده برگردانید تا فوتون های بیشتری پدیدار شود. برخلاف لامپ های حبابی كه نور آن در تمام جهت ها پخش می شود، این دسته از فوتون ها فقط در یك جهت منتشر می شود. نور لیزر به جای آن كه در همه قسمت های طیف فركانسی دارای درخشندگی باشد، دارای طول موج یكسان است كه بستگی به «واسطه مورد استفاده» دارد، یعنی نوع اتم هایی كه از آنها برای تولید پرتو استفاده می شود. اگر مقدار كافی از نور متمركز را بتابانیم، اجسام شروع به سوختن می كند.
در نخستین آزمایش های لیزری كه در دهه ۱۹۶۰ صورت گرفت، از كریستال های یاقوت به عنوان واسطه بهره برداری استفاده می شد. اما لیزرهای حالت جامد اصولاً نمی تواند بیش از چندصد وات توان تولید كند. این مقدار البته برای جراحی چشم خوب است، اما سرنگون كردن موشك (پدیده ای كه نیروهای نظامی خواستار انجام آن هستند) به توانی برابر میلیون ها وات نیاز دارد. به همین دلیل است كه پژوهشگران، تلاش های خود را به سمت لیزرهای شیمیایی معطوف كردند، كه در نهایت با شكست روبه رو شد.
نوع دیگری از لیزر وجود دارد كه برای تولید پرتو هیچ احتیاجی به كریستال، (واسطه مورد استفاده) و مقادیر زیادی از مواد شیمیایی خطرناك ندارد. این لیزر را لیزر الكترون آزاد (FEL) می نامند. این لیزر از جریان توربوشارژشده ای از الكترون ها برای شروع واكنش خود استفاده می كند. این نوع لیزر در برنامه پدافند موشكی ملی جنگ ستارگان روش غالب بود. این پدیده تقریباً همان پدیده افسانه ای بود كه جورج نیل و باب یاماموتو (محققان آمریكایی) به اتفاق هم برای یك شركت پیمانكار نظامی به نام TRW به كار انداختند.
این طرح به دلیل انتظارات توان بالا نیمه كاره ماند. هم آقای نیل (پژوهشگر اصلی پروژه) و هم یاماموتو (یكی از مهندسان پروژه) به طرح خود اعتقاد داشتند. آنها فكر می كردند كه با تحقیق و پژوهش كافی می توان كاری كرد كه لیزر قادر به متوقف ساختن یك موشك سركش و مهیب باشد. موفقیت مورد نیاز در فیزیك اتمی، فیزیك نور (اپتیك) و ابررسانایی، منافع زیادی در برخواهد داشت، حتی اگر هرگز نتوان ICBM (موشك های بالستیكی بین قاره ای) را از بین برد. اما پس از ۱۰ سال تلاش و صرف هزینه ای بالغ بر نیم میلیارد دلار، حداكثر توانی كه لیزر الكترون آزاد تولید شده در آزمایشگاه TRW داشت ۱۱ وات بود، یعنی یك دهم آنچه كه یك لامپ معمولی تولید می كند.
سرانجام پس از چند سال كه مجریان طرح به كار خود ادامه داده و وعده تولید توان های ۱۰ و ۲۰ مگاوات را می دادند، پنتاگون در سال ۱۹۸۹ پروژه جنگ ستارگان را متوقف كرد. آقای نیل به ویژه از طرح های ناشیانه و بی دقتی كه باعث خرابی این برنامه شده بود و سبب شد كه ایده های او درباره انرژی هدایت شده وسیله استهزا و تمسخر دیگران شود، بسیار خشمگین و ناراحت بود. او تا سال ها پس از آن، در كنفرانس های علمی ای كه برگزار می شد همچنان طرفدار از سرگیری پژوهش در زمینه الكترون آزاد بود. نیل می گوید: «مردم فكر می كردند كه ما دیوانه هستیم و این فناوری عملی نیست، البته با شواهد موجود نیز حق با آنان بود.»
در این حال یاماموتو به مدت ۱۵ سال پس از شكست مفتضحانه جنگ ستارگان، خود را از پروژه های نظامی دور نگه داشت. او برای كار به آزمایشگاه ملی لورنس لایورمور (شریك تجاری TRW در زمینه لیزر الكترون آزاد) رفت تا آهن رباهای مخصوص آزمایش های فیزیك انرژی زیاد را بسازد. این آزمایشگاه نزدیك شهر بركلی واقع در ایالت كالیفرنیا بود؛ همانجایی كه یاماموتو در آن بزرگ شد و به مدرسه و كالج رفت. بدین ترتیب جابه جایی مذكور این فرصت را به او داد تا با كمك دوستان قدیمی خود به بازسازی خودروهای وارداتی (مانند تویوتا و داتسون) بپردازد. باب یاماموتو در گاراژ و آزمایشگاه شهرت زیادی در زمینه انجام كارهایی كه به دشواری صورت می گرفت، به دست آورد. یاماموتو به دلیل همین پشتكار و همچنین تجربه قبلی در زمینه لیزر در سال ۲۰۰۳ توسط وزارت دفاع آمریكا برای اجرای پروژه ۵۰ میلیون دلاری لیزر حالت جامد در لایورمور كه پنتاگون بر روی آن سرمایه گذاری كرده بود، انتخاب شد. این فناوری كه روزی به نظر می رسید غیر علمی باشد، با پیشرفتی فراتر از حد انتظار، احیا شد. یاماموتو همان احساس آرامشی را كه در لیزرهای الكترون آزاد داشت، در مورد فناوری حالت جامد نیز به دست آورد. او می گوید: «سلاح هایی با انرژی هدایت شده، چیزی است كه محققان بیش از ۳۰ سال است در پی آن بوده اند و من می خواهم نخستین كسی باشم كه می گوید ما آن را به دست آورده ایم.»
▪ سلاح ساخته شده: مهمات موجود در لیزر جدید حالت جامد یاماموتو، مجموعه ای از لوحه های شفاف به وسعت ۴ اینچ مربع (حدود ۲۵ سانتی متر مربع) است كه با ارغوانی كمرنگ، رنگ آمیزی شده است. این لوحه ها دقیقاً همان چیزی است كه می توان انتظار داشت برای راه اندازی توپ های مستقر در هواپیمای «اینترپرایز» یا «فالكون میلنیوم» مورد استفاده قرار می گیرد. البته خشاب این لوحه های شفاف دقیقاً بی نهایت نیست.
این سلاح ها برای هر ۱۰ ثانیه ای كه شلیك می كنند حداقل به یك دقیقه زمان نیاز دارند تا خنك شوند. این لوحه ها از جنس سرامیك هستند كه با عنصر نئودیمیوم تركیب شده است. هنگامی كه اتم های این عنصر تحریك شود، فوتون هایی تولید می كند كه نهایتاً به صورت پرتوهای لیزر درمی آید. لوحه های مذكور هیچ گاه خالی از نیرو نمی شود و دردسر كار با آنها بسیار كمتر از ظروف حجیم مواد شیمیایی است. استفاده از این لوحه ها دلیل اصلی این موضوع است كه ماشین یا ماموتو در آزمایشگاهی به طول ۹ متر جای می گیرد. تصور این واقعیت چندان دشوار نیست كه تمام این دستگاه در یك كامیون كوچك گنجانده می شود و خمپاره ها را به آسمان می فرستد.یك لیزر حالت جامد مانند این اكنون می تواند منطقه جنگی كوچكی را تشكیل دهد. منفجر كردن یك ICBM از فاصله ۱۵۰ كیلومتری به چندین مگاوات نور پرانرژی احتیاج دارد. لیزرهای حالت جامد هرگز نمی تواند تا این حد پرقدرت باشد. اما گرم كردن یك خمپاره از فاصله ۵/۱ كیلومتری تا اندازه ای كه مواد انفجاری داخل آن منفجر شود فقط به توانی معادل ۱۰۰ كیلووات نیاز دارد. یا ماموتو ده ها بلوك آلومینیوم و فولاد كربنی را نشان می دهد.
هر یك از این بلوك ها ۵/۲ سانتی متر ضخامت و ۵ سانتی متر ارتفاع دارد. بر روی تمام آنها علائم سوختگی دیده می شود. یكی از بلوك ها كه با علامت«۰۵-۶-۶» مشخص شده است تقریباً به طور كامل و به اندازه یك سكه معمولی دارای تورفتگی است. طنابی كه از فلز ذوب شده ساخته شده است به انتهای بلوك چسبیده است. یاماموتو با صدای زیر و با یك لبخند كودكانه می پرسد: «آیا می توانید باور كنید؟» او خیلی جوان تر از سن واقعی خود (۵۰ سال ) به نظر می رسد. وی می گوید: «درست مانند درخشش لامپ و جسم در حال ذوب شدن است، واقعاً خنده دار است.» لیزر موسسه لایورمور كه با لوحه های بزرگتر به حركت رو به جلوی خود ادامه داد و سرعت جهش را بیشتر كرد در مارس ۲۰۰۵ موفق شد به توان ۴۵ كیلووات دست یابد. این مقدار بیش از سه برابر توانی است كه لیزر در سه سال پیش از آن می توانست تولید كند اما در روزی كه من برای تماشای آزمایشگاه لایورمور رفتم تنش عصبی آنجا را فرا گرفته بود. هر یك از لوحه ها به وسیله رشته ای شامل ۲۸۸۰ دیود نور افشان (LED) احاطه شده است.
هنگامی كه این دیودها نور از خود ساطع كرده و می درخشد باعث تحریك اتم هایی در تركیبات سرامیكی نیمه شفاف شده و واكنش زنجیره ای لیزر آغاز می شود. مشكل آن است كه هر چقدر دیودها بیشتر بدرخشد اختلاف حرارتی كه كیفیت پرتو را كاهش می دهد نیز بیشتر می شود. پرتو مادون قرمز كه برای چشم غیر مسلح قابل دیدن نیست كم كم بخشی از كیفیت خود را از دست می دهد كه پدیده مطلوبی نیست، زیرا پنتاگون مایل است كه پرتو زیبا، سخت و نیرومند داشته باشد. قرار است گروهی از كارشناسان وزارت دفاع برای آزمایش این پرتوها به این آزمایشگاه بیایند. حضور آنها تا حد زیادی تعیین می كند كه آیا گروه متخصصان لایورمور می تواند بودجه مورد نیاز را برای ساخت لیزر آینده خود (كه یك ماشین تسلیحاتی با قدرت KW۱۰۰) دریافت كند یا نه. بنابراین گروه یاماموتو در حال انجام آخرین اصلاحات بر روی «اپتیك تطبیقی» است. آینه هایی با بیش از ۲۰۰ بازوی فعال كننده نصب شده است تا اعوجاج های ایجاد شده در پرتو را برطرف كند. یاماموتو به طور مودبانه ای عذرخواهی می كند: «خیلی معذرت می خواهم ولی ما زیر فشار هستیم.»
▪ جنبش: چند روز بعد هنگامی كه جورج نیل را ملاقات كردم به نظر می رسید كه چندان عجله ای در انجام پروژه ندارد. این مرد لاغر ۵۸ ساله كه دونده استقامت نیز هست (به تازگی یك مسابقه دوی فوق ماراتن به مسافت ۱۲۵ كیلومتر را در كانادا به پایان رساند)، بیش از ربع قرن است كه درصدد ایجاد لیزر الكترون آزاد است. البته چند سال دیگر نیز طول می كشد تا آقای نیل بتواند دستگاهی همانند ماشین حالت جامد آقای یاماموتو بسازد بنابراین او وقت كافی دارد تا آزمایشگاه خود را به من نشان دهد. این آزمایشگاه كه «تاسیسات شتاب دهنده ملی توماس جفرسون» نام داشته و متعلق به وزارت انرژی آمریكا است در شهر نیوبورت نیوز ایالت ویرجینیا قرار دارد.نیل دری را كه به صورت مغناطیسی قفل شده است باز می كند.
درونش مجموعه درهم برهمی شامل ۷۵ متر لوله مسی، شلنگ های لاستیكی و لوله های فولادی با اندازه های مختلف وجود دارد. تقریباً همه آنها به این منظور طراحی شده است تا یك كار انجام دهد: تولید انبوه پالس های پرقدرتی از الكترون ها كه با ۹۹/۹۹ درصد سرعت نور حركت كند. الكترون ها از میدان های میكروویو به دقت زمان بندی شده عبور می كند و در طول مسیر سرعت و قدرت خود را به دست می آورد. آنگاه پرتو الكترونی به وسیله یك «تحریك كننده» فرستاده می شود. این تحریك كننده از یك رشته ۲۹ عددی آهن ربا تشكیل شده است كه جریان الكترون ها را به طرف بالا و پایین خم می كند. در این فرآیند الكترون ها فوتون منتشر می كنند و واكنش زنجیره ای لیزر آغاز می شود. این واسطه مورد استفاده نیل و پاسخ او به لوحه های شفاف یاماموتو و گازهای سمی لیزر شیمیایی او است.
با افزایش توان و كیفیت همین پرتو الكترونی بود كه جورج نیل توانست در فناوری خود پیشرفت كند. قابل تنظیم بودن FEL چیزی است كه فرماندهان نظامی در وهله اول به آن علاقه دارند. بیشتر لیزرها در هنگام حركت قدرت خود را از دست می دهند و به وسیله اتمسفر جذب می شوند. تنها مقدار كمی باران كافی است تا اوضاع بدتر شود اما یك FEL می تواند از هر طول موجی كه در هوا جریان پیدا می كند به بهترین شكل ممكن استفاده كند. موضوع «خالی شدن خشاب بی نهایت» نیز پیش نمی آید.
تعجبی ندارد كه آقای دوگلاس بیسون مدیر آزمایشگاه ملی لس آلاموس آن را «جام مقدس لیزرها» نامیده است اما آیا كسی می تواند مانع آن شود؟ پس از پروژه جنگ ستارگان آقای نیل همچنان به كار خود ادامه داد و در انتظار فناوری مورد نیاز بود. وی ۵ سال در آزمایشگاه توماس جفرسون و بر روی یك دستگاه شتاب دهنده بزرگ ذرات كار كرد. رئیس آزمایشگاه به این موضوع خوش بین بود كه نیل می تواند FEL را بسازد. سرانجام در سال ۱۹۹۵ هنگامی كه وقت آن رسید كه ماشین سرهم شود نیل و گروه تحت سرپرستی او یك FEL جدید را طراحی می كند كه می توانست نوری را با قدرت یك كیلووات تولید كند كه البته خیلی كمتر از لیزرهای پرقدرتی بود كه آنها در اوایل دهه ۱۹۸۰ وعده آن را داده بودند. در سال ۱۹۹۹ آنها موفق شدند كه توان FEL مدل جنگ ستارگان را صد برابر كنند. در سال ۲۰۰۳ توان FEL جدید به ركورد تازه ۱۰ كیلووات رسید. آقای نیل با لبخندی حاكی از رضایت می گوید: «من همیشه اعتقاد داشتم كه فناوری به این نقطه می رسد به شرطی كه ما گام های محكمی را با اهداف منطقی برداریم.» اكنون نیل مجدداً توجه فرماندهان نظامی آمریكا را به خود جلب كرده است. وزارت دفاع آمریكا در حال سرمایه گذاری ۱۴ میلیون دلاری طی یك سال روی ابزار او است.
بحث بر سر این موضوع ادامه دارد كه بهتر است نسل آینده ناوشكن های نیروی دریایی با لیزرهای الكترون آزاد مجهز شود. امروزه كشتی ها فاقد دقت تسلیحاتی لازم هستند كه بتوانند حملات قایق های كوچك و راكت ها را متوقف كنند. (مانند حمله ای كه قایق متعلق به گروه القاعده در سال ۲۰۰۰ علیه كشتی USS Cole انجام داد) لیزر می تواند این وظیفه را به خوبی انجام دهد فقط یك لیزر الكترون آزاد را می توان تنظیم كرد تا هوای بالای اقیانوس را بشكافد. در دسامبر ۲۰۰۵ خبر خوشی به جورج نیل رسید.
نیروی دریایی تعهد مناسبی را در به كارگیری FEL بهبود یافته قبول كرد؛ مبلغ ۱۸۰ میلیون دلار برای یك برنامه هشت ساله چند گروهی. نیل می نویسد: «چالش سختی فراروی ما است ولی حداقل ما كار را آغاز كرده ایم.» طرح شركت Northrop چندان تفاوتی با طرح یاماموتو نداشت فقط به جای ۴ لوحه شفاف و بزرگی كه در هسته ماشین یاماموتو قرار داشت Northrop از چندین كریستال كوچكتر استفاده می كرد. انرژی كمتری بر روی هر كریستال متمركز می شود بنابراین نقایص كمتری در پرتو ایجاد می شود. آقای جف سولی مدیر برنامه شركت نورث روپ كه بیش از ۳۰ سال سابقه كار در زمینه انرژی هدایت شده دارد، می گوید: «تعجب می كنم كه از یك قطعه شیشه كه به اندازه یك آدامس است چقدر انرژی می توانیم بگیریم.» پنتاگون ۳۳ ماه به سولی وقت داده است تا ماشین خود را به قدرت مورد نیاز میدان رزم برساند. در این حال یاماموتو به رغم تصمیم پنتاگون علیه او به افزایش آرام كیفیت لیزر خود ادامه می دهد. او یاد گرفته است كه در دنیای تجارت هر اتفاقی ممكن است رخ دهد.

Popular Science, May.۲۰۰۶
نوآ شاختمن
ترجمه: محسن جوادی

منبع : روزنامه شرق