高エネルギーレーザー兵器: 防衛専門家がその仕組みと用途を解説

USSポートランドがレーザー兵器の発射実験を行った。 写真は赤外線を捉えてビームを可視化しました。 参謀軍曹 ドナルド・ホルバート/海兵隊、AP経由

 世界中の国々は、陸と海、空と宇宙での軍事任務のために高エネルギーレーザー兵器を急速に開発しています。 小型で安価な無人機の群れが空を埋め尽くしたり、波をかすめたりする光景は、軍が高価で圧倒される可能性のあるミサイルによる防衛の代替手段としてレーザー兵器を開発、配備する動機となっている。

レーザー兵器は、レーザーが発明されるずっと前から、SFの定番となってきました。 最近では、いくつかの陰謀論でも目立って取り上げられています。 どちらのタイプのフィクションも、レーザー兵器が実際にどのように機能し、何に使用されるかを理解する必要性を強調しています。

レーザーの仕組み

レーザーは電気を使用して光子、つまり光の粒子を生成します。 光子は、追加の光子のカスケードを作成する材料である利得媒体を通過し、光子の数が急速に増加します。 これらすべての光子は、ビーム・ディレクタによって狭いビームに集束されます。

レーザーは、電気を光子に変換し、さらに多くの光子のカスケードを作成する特別な利得材料を介して2つのミラー間で光子を往復させることによって機能します。 Shigeru23/Wikimedia, CC BY-SA

1960年に最初のレーザーが発表されて以来、数十年にわたり、エンジニアは赤外線から紫外線まで、電磁スペクトル内のさまざまな波長の光子を生成するさまざまなレーザーを開発してきました。 軍事用途が検討されている高エネルギー・レーザー・システムは、特殊な結晶を使用して入力された電気エネルギーを光子に変換する固体レーザーをベースとしています。 高出力固体レーザーの重要な点は、光子が電磁スペクトルの赤外部分で生成されるため、人間の目には見えないことです。

レーザービームが表面と相互作用すると、光子の波長、ビームのパワー、表面の材質に基づいてさまざまな効果が生じます。 スペクトルの可視部分で光子を生成する低出力レーザーは、公共イベントでのポインターやライトショーの光源として役立ちます。 これらのビームは出力が非常に低いため、表面に損傷を与えることなく反射するだけです。

医療処置において生体組織を切断するために、より高出力のレーザー システムが使用されています。 最高出力のレーザーは、さまざまな材料を加熱、蒸発、溶解、焼き切ることができ、溶接や切断などの工業プロセスで使用されています。

レーザーの出力レベルに加えて、これらのさまざまな効果を実現できるかどうかは、レーザーとそのターゲットの間の距離によって決まります。

レーザー兵器

高出力産業用レーザーの進歩の一部に基づいて、軍では高エネルギーレーザーの用途が増加しています。 高エネルギーレーザー兵器の重要な利点の1つは、「無限の弾倉」を提供することです。 弾薬の量が有限である銃や大砲などの従来の武器とは異なり、高エネルギーレーザーは電力がある限り発射し続けることができます。

米陸軍は、ドローン、ヘリコプター、迫撃砲弾、ロケット弾などのさまざまな標的を撃墜するために、トラックベースの高エネルギーレーザーを配備している。 50キロワットのレーザーはストライカー歩兵戦闘車に搭載されており、陸軍は2024年2月に中東の戦場試験用にシステム4台を配備した。

米海軍は、高速で移動する小型の海洋水上艦艇やミサイル、無人機を防御するため、艦艇に高エネルギーレーザーを配備した。 海軍は2022年8月に駆逐艦プレブルに60キロワットのレーザー兵器を設置した。

空軍は、防衛および攻撃任務のために航空機に搭載する高エネルギーレーザーを開発しています。 2010年、空軍は改造ボーイング747に搭載されたメガワットレーザーを実験し、発射中の弾道ミサイルに命中させた。 空軍は現在、戦闘機用の小型兵器システムの開発に取り組んでいる。

ロシアは、敵の衛星を「盲目にする」ための地上設置型高エネルギーレーザーを開発しているようだ。

米国陸軍のストライカー装甲戦闘車両で、車両後部上部の拡張部分に高エネルギー レーザー兵器が装備されています。 Jim Kendall, U.S. Army

レーザー兵器の限界

高エネルギーレーザーを使用する軍にとっての重要な課題の1つは、遠方から有用な効果を生み出すために必要な高レベルの出力です。 標的からわずか数インチの距離にある産業用レーザーとは異なり、軍事作戦では非常に長い距離が必要です。 迫撃砲の砲弾や小型ボートなどの迫りくる脅威から身を守るには、レーザー兵器がダメージを与える前にターゲットを攻撃する必要があります。

ただし、安全な距離で材料を焼き切るには、レーザー ビームに数十から数百キロワットの電力が必要です。 最小の試作レーザー兵器は10キロワットの電力を消費し、これは電気自動車とほぼ同等です。 開発中の最新の高出力レーザー兵器は300キロワットの電力を消費し、これは30世帯に電力を供給するのに十分である。 また、高エネルギーレーザーの効率は最高でも50%にすぎないため、膨大な量の廃熱が発生し、これを管理する必要があります。

これは、高エネルギーレーザーには大規模な発電および冷却インフラが必要であり、さまざまな軍事プラットフォームから生成できる効果の種類に制限がかかることを意味します。 陸軍のトラックや空軍の戦闘機には高エネルギーレーザー兵器を設置できるスペースが最も少ないため、これらのシステムはドローンの撃墜やミサイルの無力化など、比較的低出力を必要とする目標に限定されています。 船舶や大型の航空機は、船舶や地上車両に穴をあける可能性のある大型の高エネルギーレーザーを搭載することができます。 常設の地上システムは制約が最も少ないため、出力が最も高く、遠く離れた衛星を幻惑することが可能になる可能性があります。

プラットフォームベースの高エネルギーレーザー兵器のもう1つの重要な制限は、無限マガジンの概念に関連しています。 トラック、船、飛行機はレーザー用の電源を搭載する必要があり、電源の容量が制限されるため、レーザーはバッテリーの充電が必要になるまでの限られた時間しか使用できません。

米軍はいくつかの高エネルギーレーザー兵器システムの実地試験を行っている。

高エネルギーレーザー兵器には、レーザー光線を散乱させる雨、霧、煙の中では効果が低下するなど、根本的な限界もあります。 また、ダメージを与えるためには、レーザー ビームがターゲットに数秒間ロックされ続ける必要があります。 現在のプロトタイプのレーザー兵器も、戦闘地域で維持することが困難であることが判明しています。

空から火は降らない

近年、カリフォルニア、ハワイ、テキサスで山火事の発生に極悪非道な存在が空中高エネルギーレーザーを使用したと主張する新しいタイプの陰謀論が浮上している。 いくつかの理由から、これは非常に考えられません。

まず、上空から高エネルギーレーザーで植物に点火するのに必要な出力レベルを実現するには、大型航空機に搭載された大規模な電源が必要になります。 このような大きさの飛行機は、火災が発生する直前には非常に目立つものであったでしょう。 第二に、火災が発生していると主張するいくつかの画像では、レーザー光線は緑色です。 高エネルギーレーザーからのビームは目に見えません。

次は何か

将来的には、高エネルギーレーザー兵器は出力レベルを上げて進化を続ける可能性があり、使用できる標的の範囲が拡大します。

中東やウクライナの紛争で使用されているような低コストの兵器化ドローンによってもたらされる新たな脅威により、高エネルギーレーザーがテロ攻撃から国民を守るなどの非軍事用途にも応用される可能性が高まっている。

2024年3月7日、The Conversation

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