Ray-Gun Reality: Inside Two 'Star Wars' Projects

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No cuentes las armas láser todavía. El potencial de las armas que disparan con precisión en distancias tremendas es demasiado militarmente atractivo

Para una visión de guerra, era casi elegante. El humo y el hedor y el ruido ensordecedor de las municiones serían reemplazados por rayos invisibles de luz enfocada. Los 747 jets modificados, equipados con armas láser, destruirían misiles balísticos mientras aún estaban a cientos de millas de golpear nuestro suelo. Los cañones de "energía dirigida" interceptarían los cohetes entrantes a la velocidad de la luz, calentando los explosivos en el interior y provocando que estallaran en el aire.

Y esto no fue una reliquia de los visionarios de la guerra de la época de Reagan. Estos eran planes modernos, iniciados hace apenas una década, que se realizarían no en un futuro lejano, sino pronto. En el desierto de Nuevo México en White Sands Missile Range, el Tactical High Energy Laser del Ejército de los EE. UU. Derribó docenas de cohetes y morteros Katyusha. En 2004, los contratistas de la Fuerza Aérea comenzaron a probar el arma de rayo de alimentación química para un 747 modificado, el Láser Aerotransportado.

Luego se estableció la realidad, y estos recientes esfuerzos por manejar láseres en el campo de batalla de repente comenzaron a verse tan condenados como Star Wars. La generación de megavatios de potencia láser necesaria para detonar un misil requirió cientos de galones de productos químicos tóxicos: etileno, trifluoruro de nitrógeno. Las armas crecieron voluminosas. Peor aún, después de unos pocos disparos, los láseres tendrían que reabastecerse con un nuevo lote de reactivos. La logística de transportar esas toxinas por aire o por el campo de batalla hizo temblar a los generales. Y las preguntas se prolongaron sobre la eficacia con la que los rayos penetrarían el polvo y la lluvia. El año pasado, el Ejército canceló su proyecto de Tactical High Energy Laser, y algunos piensan que el 747 de disparos de rayos con un presupuesto excesivo podría ser el próximo.

Pero no cuentes las armas láser todavía. El potencial de las armas de fuego que disparan con precisión en distancias tremendas es demasiado militar, particularmente en un momento en que los soldados estadounidenses luchan contra los enemigos de la guerrilla que se derriten rápidamente en el fondo. "Si pudiera alcanzar a una multitud y eliminar uno o dos objetivos sin una ráfaga de polvo o un rifle, si pudiera disparar durante mucho tiempo, sin tener que volver a cargar", dice el mayor general de la Infantería de Marina Bradley Lott., "eso es algo que el Cuerpo de Marines de los Estados Unidos estaría muy, muy interesado en seguir".

Pero si los láseres químicos no pueden cortarlo, ¿qué hará que la guerra de rayos sea una realidad? La respuesta es doble. Primero, el Pentágono se está dando cuenta lentamente de que si quiere resultados, tiene que reducir sus expectativas. Derribar primero los morteros, por ejemplo, luego los misiles. Sin embargo, lo más importante es el resurgimiento de dos tecnologías del pasado de Star Wars, los láseres de estado sólido y de electrones libres, en los laboratorios llenos de promesas y energizados de dos ex colegas que pensaron que sus sueños de triunfo láser habían muerto hace años.

Saltando a la velocidad de la luz

Los láseres funcionan prácticamente de la misma manera: excitan ciertos tipos de átomos y las partículas de luz (fotones) se irradian. Refleja esa luz de nuevo en los átomos excitados, y aparecen más fotones. Pero a diferencia de una bombilla, que brilla en todas las direcciones, esta segunda tanda de fotones viaja solo en una dirección y en combinación con la primera. Y en lugar de brillar en cada parte del espectro, la luz láser es la misma longitud de onda, que depende del "medio de ganancia", el tipo de átomos, que se utiliza para generar el haz. Brilla lo suficiente de la luz enfocada, y las cosas comienzan a arder.

Los primeros experimentos con láser en la década de 1960 utilizaron cristales de rubí como medio de ganancia. Pero los láseres de estado sólido como estos originalmente no podían producir más de unos pocos cientos de vatios de potencia. Eso está bien para la cirugía ocular. Derribar un misil, como los militares soñaban con hacer, toma millones de vatios de potencia, razón por la cual los investigadores dirigieron sus esfuerzos hacia los láseres con alimentación química que finalmente fallaron.

Sin embargo, existe otro tipo de láser, uno que no requiere bañeras voluminosas de productos químicos tóxicos, ningún cristal, ningún medio de ganancia para generar su haz. Se llama láser de electrones libres (FEL), y utiliza una corriente de electrones turboalimentados para iniciar su reacción. Esta forma de láser dominó el programa nacional de defensa de misiles Star Wars; fue la bestia casi mítica que los científicos George Neil y Bob Yamamoto trabajaron juntos para el contratista de defensa TRW.

Estaba paralizado por expectativas de alta potencia. Pero tanto Neil, el científico jefe del proyecto, como Yamamoto, un ingeniero de proyectos, eran verdaderos creyentes. Pensaron que con suficiente investigación, un láser de electrones libres podría ser capaz de detener un misil rogue. Y los avances necesarios en física atómica, óptica y superconductividad tendrían beneficios de gran alcance, incluso si un ICBM nunca se eliminara. Pero después de 10 años y medio billón de dólares de inversión, el láser de electrones libres en el laboratorio de TRW alcanzó un máximo de 11 vatios, una décima parte de lo que genera una bombilla.

Después de varios años más de ejecutivos que continúan prometiendo 10, 20 megavatios de potencia, el Pentágono finalmente se desconectó en 1989, y Star Wars cayó en una llama de proporciones legendarias. A Neil en particular le molestó la forma en que las proyecciones imprudentes habían condenado el programa y convirtió sus ideas de energía dirigida en un hazmerreír. En las conferencias científicas de los años posteriores, Neil abogaría por reactivar la investigación de electrones libres. "La gente pensaba que estábamos locos y que la tecnología era inviable", dice. "Y en la evidencia desnuda, tenían razón".

Bob Yamamoto, mientras tanto, se mantuvo alejado de los proyectos militares durante 15 años después del fiasco de Star Wars. Trabajó para el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, socio de TRW en el láser de electrones libres, construyendo imanes para experimentos de física de alta energía. El laboratorio estaba cerca de Berkeley, California, donde había crecido y había ido a la universidad, por lo que el cambio le dio la oportunidad de seguir compitiendo y reconstruyendo autos importados (Toyotas y Datsuns) con sus viejos amigos. En el garaje y en el laboratorio, Yamamoto se hizo famoso por hacer cosas difíciles de ejecutar. Debido a esto y su experiencia previa con el láser, fue elegido en 2003 para ejecutar el proyecto de láser de estado sólido financiado por el Pentágono por $ 50 millones de Livermore. La tecnología, antes considerada tan inviable, estaba resucitando con expectativas de progreso más medidas. Yamamoto se sintió tan cómodo con la tecnología de estado sólido como lo hizo con los láseres de electrones libres, y resultó ser un reingreso intrigante en el campo. "Las armas de energía dirigida, se han prometido por más de 30 años", dice. "Quiero ser el primero en el bloque en decir: 'Nos encargamos de eso'. "

Bajo el arma

La munición en el nuevo láser de estado sólido de Yamamoto es un conjunto de placas cuadradas transparentes de cuatro pulgadas teñidas con el más mínimo toque púrpura. Son exactamente lo que esperaría encontrar alimentando los cañones a bordo de la Enterprise o el Millennium Falcon.

Sin embargo, una revista de estas losas transparentes no es exactamente infinita; Por cada 10 segundos que disparan, necesitan al menos un minuto para refrescarse. Pero las losas, la cerámica impregnada con el elemento neodimio, los átomos que, cuando se excitan, producen los fotones que eventualmente se convierten en el rayo láser, nunca pueden agotar su potencia. Y son mucho menos complicados que las bañeras de productos químicos voluminosos. Son una gran razón por la que la máquina de Yamamoto se comprime en un solo laboratorio de 30 pies de largo. No es difícil imaginar todo en una pequeña camioneta, haciendo que los morteros salgan del aire. "He estado pensando en la implementación durante mucho tiempo", dice Yamamoto.

Un láser de estado sólido como el suyo ahora podría llegar a una zona de guerra en parte porque la barra de armas de energía ha sido bajada. La voladura de un ICBM a 100 millas de distancia requiere megavatios de luz. Los láseres de estado sólido nunca podrían ser tan poderosos. Pero calentando un mortero desde una milla de distancia hasta que los explosivos en el interior detonen, eso toma solo 100 kilovatios.

Yamamoto se está acercando. Él muestra docenas de bloques de acero al carbono y aluminio, cada uno de dos pulgadas de alto y una pulgada de espesor. En todos ellos hay marcas de quemaduras y agujeros. Un bloque, marcado "6-6-05", está casi completamente deformado por un par de depresiones de medio dólar. Una cuerda de metal anteriormente fundido sobresale del fondo. "¿Puedes creerlo?" Yamamoto pregunta, con un tenor en auge y una gran sonrisa infantil. Se ve mucho más joven que sus 50 años. "Es como encender una linterna, ¡y las cosas se están derritiendo! ¡Es ridículo!" El láser Livermore, impulsado por losas de mayor ganancia media y el aumento de las velocidades de pulsación, alcanzó los 45 kilovatios de potencia en marzo de 2005. Eso es más del triple de lo que el láser podría hacer tres años antes.

Pero hay una tensión nerviosa en el laboratorio el día que vengo a visitar. Cada una de las placas está rodeada por un conjunto de 2,880 diodos emisores de luz, como los de un radio reloj. Cuando brillan, excitan los átomos en los compuestos de cerámica translúcida y comienzan la reacción en cadena del láser. El problema es que cuanto más brillan los diodos, más las disparidades de temperatura degradan la calidad del haz. El rayo infrarrojo, invisible a simple vista, comienza a perder algo de su calidad. Lo que es malo, porque el Pentágono quiere ver una viga bonita y estrecha, así como una poderosa. Y el equipo de probadores del Departamento de Defensa debe presentarse el próximo martes. La visita determinará en gran medida si el equipo de Livermore obtendrá el dinero para hacer su próximo láser: una máquina de 100 kilovatios, grado de armas.

Por lo tanto, el equipo de Yamamoto está realizando ajustes de última hora en la "óptica adaptativa": espejos equipados con más de 200 actuadores que los doblan para compensar las distorsiones en la viga. Yamamoto se disculpa cortésmente. "Lo siento, pero estamos bajo el arma", dice mientras nuestra reunión llega a su fin.

Moviéndose a través

George Neil no tiene tanta prisa cuando me lo encuentro unos días después. El delgado corredor de la "carrera de la muerte", de 58 años, recientemente terminó un ultramaratón de 78 millas a través de las Montañas Rocosas canadienses, ha estado presionando por un láser de electrones libres durante más de un cuarto de siglo. Pasarán otros años antes de que tenga uno tan fuerte como la máquina de estado sólido de Yamamoto. Así que tiene algo de tiempo para mostrarme en su laboratorio en el Centro de Acelerador Nacional Thomas Jefferson del Departamento de Energía en Newport News, Virginia.

Abre un par de puertas selladas magnéticamente. En el interior hay una mezcla de tuberías de cobre de 240 pies de largo, mangueras de goma y tubos de acero de una docena de tamaños diferentes. Casi todo está diseñado para hacer una cosa: generar pulsos de electrones masivamente poderosos, moviendo a 99.999 por ciento la velocidad de la luz. Los electrones se precipitan a través de campos de micro ondas de tiempo de precisión, acumulando fuerza y ​​velocidad en el camino. Luego, el haz de electrones se envía a través de un "ondulador", una serie de 29 imanes que doblan la corriente de electrones hacia arriba y hacia abajo. En el proceso, los electrones emiten fotones y comienza la reacción en cadena del láser. Este es el medio de ganancia de Neil, su respuesta a las placas de Yamamoto y los gases tóxicos del láser químico, y es mediante el aumento de la potencia y la calidad de este haz de electrones que Neil avanza en su tecnología.

La "capacidad de ajuste" de la FEL es lo que hizo que los militares se interesaran en primer lugar.La mayoría de los láseres pierden fuerza a medida que se mueven (y son absorbidos por) la atmósfera. Un poco de lluvia solo empeora las cosas. Pero una FEL podría usar la longitud de onda que mejor fluya por el aire. Y no hay que vaciar la "revista infinita". No es de extrañar que el director asociado del Laboratorio Nacional de Los Álamos, Doug Beason, lo llame Santo Grial de los láseres. Pero, ¿alguien puede lograrlo?

Después de Star Wars, el ultramarathoner Neil esperó su momento y se dirigió a sí mismo, esperando que la tecnología se pusiera al día. Durante cinco años, trabajó aquí en el laboratorio de Jefferson en un acelerador de partículas gigantes. El director del laboratorio prometió que podría construir el FEL después. Finalmente, en 1995, cuando llegó el momento de armar la máquina, Neil y su equipo diseñaron un nuevo FEL que produciría un solo kilovatio de luz, no los láseres de superestructura prometidos en los años 80. En 1999, rompieron el nivel récord de potencia del modelo Star Wars FEL por 100 veces. En 2003, el nuevo FEL alcanzó los 10 kilovatios, otro récord. "Siempre creí que la tecnología llegaría allí", dice Neil con una sonrisa satisfecha, "si tomamos medidas razonables con objetivos razonables".

Y ahora Neil vuelve a tener la atención militar. El Departamento de Defensa está invirtiendo $ 14 millones al año en la máquina. Se habla de eventualmente equipar a la próxima generación de destructores de la Marina con láseres de electrones libres. Hoy en día, los barcos no tienen el armamento de precisión para detener los ataques con cohetes y botes pequeños, como el tipo que Al Qaeda usó contra los Estados Unidos. Cole en el 2000. Un láser podría ser capaz de manejar el trabajo. Y solo se pudo sintonizar un láser de electrones libres para atravesar el aire salobre del océano.

En diciembre, Neil recibe buenas noticias. La Armada se ha comprometido con la FEL mejorada en gran medida: $ 180 millones para un esfuerzo de ocho años en varios equipos. "Hay muchos desafíos por delante", escribe, "pero al menos hemos comenzado".

Sin embargo, los sentimientos de Neil son un poco agridulces. Los resultados también han llegado para la competencia de láser de estado sólido del Pentágono, y su viejo amigo y colega Bob Yamamoto se perdió. El dinero para construir un láser de estado sólido en el laboratorio va a un equipo en Northrop Grumman.

El diseño de Northrop no era tan diferente del de Yamamoto, pero en lugar de las cuatro grandes placas transparentes en el núcleo de la máquina de Yamamoto, Northrop se basa en varios cristales más pequeños. Menos energía se concentra en los cristales individuales, por lo que hay menos imperfecciones en el haz. "Me sorprende la cantidad de energía que estamos obteniendo de un trozo de vidrio del tamaño de un chicle", dice el gerente de programas de Northrop, Jeff Sollee, un veterano de 30 años con energía dirigida, recientemente con el último contratista de defensa. Gran programa químico-láser, el Tactical High Energy Laser. El Pentágono le ha dado a Sollee 33 meses para llevar su máquina al campo de batalla.

Yamamoto, mientras tanto, continúa modificando su láser silenciosamente, a pesar de la decisión del Pentágono en su contra. Ha aprendido que, en este negocio, cualquier cosa puede pasar. "Por ahora, mantenemos un perfil extremadamente bajo", dice. "Pero no hemos terminado".

Noah Shachtman edita defensetech.org, un blog de tecnología militar.


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