Laut einem kürzlich erschienenen Bericht in The Space Review baut Russland eine neue bodengestützte Laseranlage, um Satelliten zu stören, die über ihm kreisen. Die Grundidee wäre, die optischen Sensoren der Spionagesatelliten anderer Nationen zu blenden, indem sie mit Laserlicht geflutet werden.
Die Lasertechnologie hat sich so weit entwickelt, dass diese Art der Satellitenabwehr plausibel ist, obwohl es nur begrenzte Beweise dafür gibt, dass eine Nation einen solchen Laser erfolgreich getestet hat.
Wenn es der russischen Regierung gelingt, den Laser zu bauen, wäre er in der Lage, einen großen Teil des Landes vor der Sicht von Satelliten mit optischen Sensoren abzuschirmen. Die Technologie bereitet auch die Voraussetzungen für die ominösere Möglichkeit von Laserwaffen vor, die Satelliten dauerhaft deaktivieren können.
Wie Laser funktionieren
Ein Laser ist ein Gerät zur Erzeugung eines schmalen Strahls gerichteter Energie. Der erste Laser wurde 1960 entwickelt, und seitdem wurden mehrere Typen entwickelt, die unterschiedliche physikalische Mechanismen verwenden, um Photonen oder Lichtteilchen zu erzeugen.
Gaslaser pumpen große Energiemengen in bestimmte Moleküle wie Kohlendioxid. Chemische Laser werden durch spezifische chemische Reaktionen angetrieben, die Energie freisetzen. Festkörperlaser verwenden kundenspezifische kristalline Materialien, um elektrische Energie in Photonen umzuwandeln. Bei allen Lasern werden die Photonen anschließend verstärkt, indem sie durch ein spezielles Material, das sogenannte Verstärkungsmedium, geleitet und dann von einem Strahlrichter zu einem kohärenten Strahl fokussiert werden.
Die Physik der Laser erklärt.
Lasereffekte
Je nach Photonenintensität und Wellenlänge kann der von einem Laser erzeugte gerichtete Energiestrahl eine Reihe von Effekten an seinem Ziel erzeugen. Wenn sich die Photonen beispielsweise im sichtbaren Teil des Spektrums befinden, kann ein Laser Licht an sein Ziel liefern.
Für einen ausreichend hohen Fluss hochenergetischer Photonen kann ein Laser das Material seines Ziels erhitzen, verdampfen, schmelzen und sogar durchbrennen. Die Fähigkeit, diese Effekte zu liefern, wird durch den Leistungspegel des Lasers, die Entfernung zwischen dem Laser und seinem Ziel und die Fähigkeit, den Strahl auf das Ziel zu fokussieren, bestimmt.
Laseranwendungen
Die verschiedenen Effekte, die von Lasern erzeugt werden, finden weit verbreitete Anwendungen im täglichen Leben, darunter Laserpointer, Drucker, DVD-Player, Netzhaut- und andere medizinische Eingriffe sowie industrielle Herstellungsverfahren wie Laserschweißen und -schneiden. Forscher entwickeln Laser als Alternative zur Funkwellentechnologie, um die Kommunikation zwischen Raumfahrzeugen und dem Boden zu verbessern.
Laser finden auch bei militärischen Operationen breite Anwendung. Einer der bekanntesten ist der Airborne Laser (ABL), mit dem das US-Militär ballistische Raketen abschießen sollte. ABL umfasste einen sehr großen Hochleistungslaser, der auf einer Boeing 747 montiert war. Das Programm wurde letztendlich durch die Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Wärmemanagement und der Wartung seines chemischen Lasers zum Scheitern verurteilt.
Eine erfolgreichere militärische Anwendung ist das Large Aircraft Infrared Counter Measures (LAIRCM)-System, das verwendet wird, um Flugzeuge vor wärmesuchenden Flugabwehrraketen zu schützen. LAIRCM strahlt Licht von einem Festkörperlaser in den Raketensensor, wenn es sich dem Flugzeug nähert, wodurch die Waffe geblendet wird und ihr Ziel aus den Augen verliert.
Die sich entwickelnde Leistung von Festkörperlasern hat zu einer Verbreitung neuer militärischer Anwendungen geführt. Das US-Militär montiert Laser auf Armeelastwagen und Marineschiffen, um sich gegen kleine Ziele wie Drohnen, Mörsergranaten und andere Bedrohungen zu verteidigen. Die Air Force untersucht den Einsatz von Lasern in Flugzeugen für defensive und offensive Zwecke.
Der russische Laser
Die renommierte neue russische Laseranlage heißt Kalina. Es soll die optischen Sensoren von Satelliten, die Informationen über sich sammeln, blenden und damit vorübergehend blenden. Wie beim US LAIRCM bedeutet das Blenden, die Sensoren mit genügend Licht zu sättigen, um ihre Funktion zu verhindern. Um dieses Ziel zu erreichen, muss eine ausreichende Lichtmenge genau in den Satellitensensor eingespeist werden. Angesichts der sehr großen Distanzen und der Tatsache, dass der Laserstrahl zunächst die Erdatmosphäre durchqueren muss, ist dies kein leichtes Unterfangen.
Das präzise Ausrichten von Lasern über große Entfernungen in den Weltraum ist nicht neu. Beispielsweise platzierte die NASA-Mission Apollo 15 im Jahr 1971 metergroße Reflektoren auf dem Mond, die von Lasern auf der Erde anvisiert werden, um Positionsinformationen zu liefern. Ob genügend Photonen über große Entfernungen geliefert werden, hängt von der Laserleistung und seinem optischen System ab.
Kalina arbeitet Berichten zufolge in einem gepulsten Modus im Infrarot und erzeugt etwa 1.000 Joule pro Quadratzentimeter. Im Vergleich dazu ist ein gepulster Laser, der für die Netzhautchirurgie verwendet wird, nur etwa 1/10.000 so stark. Kalina liefert einen großen Teil der Photonen, die es erzeugt, über die großen Entfernungen, in denen Satelliten über ihnen kreisen. Dies ist möglich, weil Laser stark kollimierte Strahlen bilden, was bedeutet, dass sich die Photonen parallel bewegen, sodass sich der Strahl nicht ausbreitet. Kalina fokussiert seinen Strahl mit einem Teleskop, das einen Durchmesser von mehreren Metern hat.
Basierend auf den gemeldeten Details des Teleskops wäre Kalina in der Lage, einen Satelliten über Hunderte von Kilometern seines Weges anzupeilen. Dies würde es ermöglichen, ein sehr großes Gebiet – in der Größenordnung von 40.000 Quadratmeilen (ungefähr 100.000 Quadratkilometer) – vor dem Sammeln von Informationen durch optische Sensoren auf Satelliten abzuschirmen. Vierzigtausend Quadratmeilen ist ungefähr die Fläche des Bundesstaates Kentucky.
Russland behauptet, dass es 2019 ein weniger leistungsfähiges, auf Lastwagen montiertes Laserblendensystem namens Peresvet eingesetzt hat. Es gibt jedoch keine Bestätigung, dass es erfolgreich verwendet wurde.
Die Leistungspegel der Laser werden wahrscheinlich weiter steigen, wodurch es möglich wird, über den vorübergehenden Effekt der Blendung hinauszugehen und die bildgebende Hardware der Sensoren dauerhaft zu beschädigen. Während die Entwicklung der Lasertechnologie in diese Richtung geht, gibt es wichtige politische Erwägungen im Zusammenhang mit der Verwendung von Lasern auf diese Weise. Die dauerhafte Zerstörung eines weltraumgestützten Sensors durch eine Nation könnte als Aggressionsakt angesehen werden, der zu einer raschen Eskalation der Spannungen führt.
Laser im Weltall
Noch besorgniserregender ist der mögliche Einsatz von Laserwaffen im Weltraum. Solche Systeme wären sehr effektiv, da die Entfernungen zu Zielen wahrscheinlich erheblich verringert würden und es keine Atmosphäre gibt, die den Strahl schwächen könnte. Die Leistungspegel, die für weltraumgestützte Laser erforderlich sind, um Raumfahrzeugen erheblichen Schaden zuzufügen, würden im Vergleich zu bodengestützten Systemen erheblich reduziert.
Darüber hinaus könnten weltraumgestützte Laser verwendet werden, um jeden Satelliten anzuvisieren, indem Laser auf Treibstofftanks und Energiesysteme gerichtet werden, die bei Beschädigung das Raumfahrzeug vollständig außer Gefecht setzen würden.
Mit fortschreitender Technologie wird der Einsatz von Laserwaffen im Weltraum wahrscheinlicher. Dann stellt sich die Frage: Was sind die Folgen?
Iain Boyd, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik, University of Colorado Boulder
Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.