Američki istraživači rade na tehnologiji koja bi iz kratkog bljeska nastalog pri sudaru mogla da otkrije od čega je bila napravljena raketa, njen teret ili telo meteorita. Reč je o analizi udarnih bljeskova, fizičkog fenomena koji nastaje pri konvencionalnim i hiperbrzim udarima, kada energija sudara za deliće sekunde stvara svetlosni trag bogat hemijskim informacijama.
Rad sprovode istraživači iz Jugozapadnog istraživačkog instituta, SwRI, a cilj nije samo naučno razumevanje meteorskih ili asteroidnih udara. U vojnoj primeni, ista metoda može imati značaj za raketnu odbranu, jer bi omogućila da se tokom presretanja dobije podatak o sastavu pogođene rakete i njenog tereta.
To je posebno bitno u svetu u kojem presretanje samo po sebi više nije dovoljno. Nije isto da li je uništena prazna konstrukcija, klasična bojeva glava, hemijski teret, mamac ili deo višedelne raketne arhitekture. Ako se iz samog bljeska udara može očitati hemijski potpis materijala, odbrambeni sistemi dobijaju dodatni sloj obaveštajnog i tehničkog uvida.
Bljesak koji traje mikrosekunde
Kada meteorit udari u površinu Meseca ili planete, energija udara stvara bljesak koji emituje dovoljno svetlosti da hemijski potpisi materijala postanu vidljivi na različitim talasnim dužinama, objasnio je dr Pablo Bueno, vodeći inženjer u Odeljenju za mašinstvo SwRI-ja.
Isti princip može se primeniti i na sudare raketa, projektila ili drugih objekata pri velikim brzinama. Udarni bljesak nije samo kratka eksplozija svetlosti. On nosi podatke o materijalima koji su učestvovali u sudaru. Spektrografsko merenje te svetlosti daje linije u spektru, a te linije mogu da ukažu na prisustvo određenih elemenata.
Dakle, svetlost koja nastane pri udaru može postati neka vrsta hemijskog otiska. Problem je u tome što taj otisak traje veoma kratko. Kod hiperbrzih udara bljesak često postoji samo nekoliko mikrosekundi, pa instrumenti moraju da reaguju izuzetno brzo i precizno.
Upravo na tome su radili Bueno i Roberto Enrikez-Vargas, viši istraživački inženjer SwRI-ja. Oni su završili interno finansirani projekat u kojem su razvijene i usavršene metode za korišćenje spektroskopije velike brzine u analizi svetlosti emitovane tokom hiperbrzih udara.
Top od 22 metra i udari brzinom do 7 kilometara u sekundi
Da bi stvorili udare slične onima koji se mogu javiti kod raketa ili asteroida, istraživači su koristili dva dvostepena laka gasna topa SwRI-ja. Veći sistem može da generiše brzine do 7 kilometara u sekundi, odnosno oko 15.660 milja na sat.
Reč je o topu dugom 22 metra, odnosno 72 stope, koji se tradicionalno koristi za proučavanje balistike. Takva oprema omogućava kontrolisano stvaranje ekstremnih sudara, pri kojima se mogu meriti efekti brzine, materijala, atmosfere i pritiska.
Pošto se udar odvija gotovo trenutno, a bljesak nestaje za mikrosekunde, istraživači su morali da reše osnovni problem: kako tačno uhvatiti trenutak udara i usmeriti instrumente na događaj koji traje kraće od treptaja.
Zato su Bueno i Enrikez-Vargas razvili sistem za okidanje zasnovan na laseru. Taj sistem precizno detektuje trenutak udara i meri vreme u okviru 100 nanosekundi, odnosno jednog desetomilionitog dela sekunde. Takva preciznost omogućava da spektroskopski instrumenti zabeleže svetlost u trenutku kada je hemijski potpis najkorisniji.
Aluminijum, bakar i hemijski potpis udara
Tim je tokom rada merio i karakterisao jake linije emisionih spektara aluminijuma i bakra. Linije su izmerene unutar odstupanja od ±2 nanometra od objavljenih vrednosti. Za aluminijum je kao posebno korisna identifikovana dubletna linija blizu 396 nanometara, dok je za bakar izdvojen trostruki skup linija blizu 515 nanometara.
Te linije su odabrane kao najbolje za nastavak eksperimentalne test matrice. U praksi, to znači da istraživači sada imaju stabilne referentne tačke za prepoznavanje određenih materijala kroz bljesak udara.
To nije mali detalj. Kod raketa, dronova, presretača, bojevih glava ili meteorskih tela, materijali mogu nositi važne informacije o poreklu, konstrukciji i nameni objekta. Ako spektar bljeska pokaže određene elemente, istraživači mogu zaključivati šta je zaista bilo uključeno u sudar.
U kontekstu svemira, metoda bi mogla pomoći naučnicima da identifikuju poreklo meteorita ili asteroida koji udaraju u planetarne površine. U vojnom kontekstu, ista tehnika može pomoći u analizi presretnutih raketa i njihovog tereta.
Debljina mete, pritisak i temperatura menjaju sliku
Eksperimenti su pokazali da bljesak ne zavisi samo od sastava materijala. Na njega utiču debljina mete, atmosferski pritisak, sastav atmosfere, brzina projektila i temperatura materijala.
Bueno je objasnio da su deblje mete proizvodile svetlije i duže bljeskove. Viši atmosferski pritisak stvarao je šire i deblje emisione linije u spektru. U mnogim slučajevima, materijali na visokoj temperaturi ponašali su se drugačije nego kada su pogođeni na sobnoj temperaturi.
To znači da analiza udarnog bljeska mora biti pažljivo kalibrisana. Isti materijal može izgledati drugačije u spektru zavisno od uslova udara. Za realnu primenu, naročito u raketnoj odbrani, sistem mora da razlikuje promene izazvane okruženjem od stvarnog hemijskog potpisa mete.
Tim je dokumentovao efekte brzine leta projektila, atmosferskog pritiska i sastava atmosfere. Rezultati pokazuju da ovi parametri utiču na amplitudu i širinu emisionih linija, što je ključno za svaku buduću primenu u automatskoj analizi udara.
Zašto je ovo važno za raketnu odbranu
U raketnoj odbrani, presretanje je samo prvi deo posla. Drugi deo je razumevanje šta je pogođeno. Ako sistem može da analizira svetlost nastalu u trenutku udara, onda može dobiti podatke koji se ne vide samo radarom ili infracrvenim senzorom.
Takva analiza mogla bi pomoći u razlikovanju konstrukcionih materijala rakete, delova bojeve glave, mamaca i drugih elemenata. U slučaju složenih napada, gde se koriste lažne mete, odvojivi delovi, fragmenti i više objekata, podatak o sastavu može biti veoma vredan.
Metoda nije zamišljena kao zamena za radare, infracrvene senzore ili druge sisteme praćenja. Ona je dodatni sloj. Radar može pokazati putanju, brzinu i tačku presretanja. Spektroskopija bljeska može otkriti hemijski trag onoga što je uništeno.
Zbog toga ova istraživanja imaju dvostruku prirodu. Naučno, pomažu u razumevanju hiperbrzih udara i porekla meteorita. Vojno, otvaraju mogućnost da se iz nekoliko mikrosekundi svetlosti izvuče podatak o sastavu rakete ili njenog tereta.
Tehnologija je još u fazi eksperimentalnog usavršavanja, ali pravac je jasan. U budućim sistemima raketne odbrane, presretanje možda neće biti samo eksplozija na nebu. Biće i trenutak u kojem senzori pokušavaju da pročitaju šta je ta eksplozija otkrila.
