Hvorfor trenger vi å vite hvor mange mikrograder en temperatur endrer seg i hundredelene av et sekund? Svaret ligger i hvordan lys oppfører seg i lufta.
Hildring ved havet eller flimmer over varm asfalt skjer når temperaturforskjellene gjør at lys brytes i luft. Dette flimmeret er et kritisk hinder for et laservåpen.
Våpenet skal levere en intens energistråle over flere kilometer. Lufta kan være i veien for å gi ønsket effekt. Og turbulensen er i konstant forandring.
Temperaturen er avgjørende
– Tilfeldige variasjoner i lufta fungerer som om det var tusenvis av små, usynlige linser som bøyer av lyset, sier Schiller.
Temperaturen er avgjørende. Den er direkte knyttet til lufttettheten.
Fra et tak hos FFI på Kjeller samler forsker Andreas Schiller millioner av data om turbulens, en datafangst som bidrar til at en kan få værvarsling om fenomenet.(Foto: Lars Aarønæs / FFI)
– Hvis vi ikke har kontroll på dette, blir laserstrålen smurt utover i stedet for å brenne hull i for eksempel en drone. Det er dessuten klart at laseren fungerer dårlig i tåke, eller når det regner og snør. Også her hjelper værvarsling, sier han.
«Hører» varmen med ultralyd
Apparatet forskeren har på taket har ingen bevegelige deler. I stedet bruker det høyfrekvent lyd – ultralyd – som sendes mellom tre vinkelrette armer.
Annonse
Siden lydens hastighet endrer seg med temperaturen, kan Schiller bruke lydbølgene som et ekstremt følsomt termometer.
– Et vanlig termometer reagerer altfor tregt. Vi trenger denne store oppløsningen for å måle det vi kaller det stokastiske temperaturfeltet. Vi måler brøkdeler av kulde- og varmegrader, forklarer han.
Den nye rapporten hans viser at forskerne er spesielt nøye med å luke ut støy. Ved å bruke avansert matematikk, såkalt spektralanalyse, kan de se forskjell på ekte luftbevegelser og elektrisk støy i apparatet.
Det er som å prøve å lytte etter en hvisking i en storm: Du må vite nøyaktig hvilke frekvenser du skal lytte etter, forklarer forskeren.
Fra én til ti kilometer med KI
Målet med forskning er å kunne forutsi nøyaktig hvor effektiv en laser vil være under alle slags forhold.
Uten kontroll på turbulensen kan rekkevidden fort være begrenset til én kilometer. Med riktig kunnskap kan våpenet ha effekt over både fem og ti kilometers avstand.
– Her kan kunstig intelligens være nyttig. Ved å trene opp en modell på alle værdataene vi har samlet inn, både fra Yr, vindmålere og våre egne sensorer, kan vi lage et værvarsel for lasere. Da vet vi mye mer nøyaktig når våpenet er mest effektivt, vinter som sommer, sier Schiller.
Skummel sommerluft
Årstidene er en sentral faktor. Vel er det slik at atmosfæren alltid er mer og mindre kaotisk.
Likevel er det om sommeren, når sola steiker skikkelig, at turbulensen er på sitt kraftigste.
Det betyr at laservåpen kan ha kortere rekkevidde på en varm solskinnsdag enn i bitende vinterkulde.
Annonse
Problemet med turbulens er både gammelt og velkjent. Astronomer som skal kikke på stjernehimmelen med kraftige teleskop vet mye om dette.
En løsning er adaptiv optikk, det vil si styrbare speil som korrigerer for luftforstyrrelser i sanntid. Men slike løsninger er ikke fullgode, ifølge forskeren.
En frossen atmosfære
For å kunne regne ut hvordan turbulensen påvirker laseren, anvender Andreas Schiller og andre forskere en teori som kalles «Taylors hypotese».
De later rett og slett som om atmosfæren er «frossen». En ser for seg at turbulensen er som en stor, usynlig blokk med mønstre som blåser forbi måleinstrumentet i en bestemt fart.
Ved å måle disse mønstrene over tid kan forskeren forutsi hvordan laserstrålen vil bli påvirket.
Det er viktig å vite temperaturen nøyaktig. Selv små temperaturforskjeller bøyer og sprer lys, også laserlys.
Kunnskapen kan brukes til mer enn våpen
– Hvis vi ikke vet nøyaktig hvor mye turbulens det er, vil strålen slutte å være en sylskarp prikk som brenner hull i for eksempel styresystemene til en fiendtlig drone, sier Andreas Schiller.
Et mål for forskningen er å kunne forutsi denne turbulensen og få til en værvarsling.
– Nå har vi samlet inn data i nesten et år. Ved å bruke maskinlæring og fysiske modeller håper vi å se sammenhenger mellom vanlig vær, som sol og vind, og denne mye mindre synlige turbulensen. Da kan vi for eksempel vite når på dagen laservåpenet vil fungere best.
Kunnskapen kan brukes til mer enn våpen.
Annonse
– All kommunikasjon som bruker lys, altså alle optiske systemer, blir påvirket av turbulens. Kunnskapen vi bygger opp her kan brukes til alt fra bedre satellittkommunikasjon til mer nøyaktige målinger av miljøet, forklarer han.
Ikke popkorn-tema
Det er grunn til å tvile på at anemometere og tilhørende teknologi noen gang får hovedrollen i stjernekrig-universet, gitt også at det meste av krigføringen her skjer i verdensrommet.
Dessuten er teknologien både usynlig og kompleks.
Målet med arbeidet til Andreas Schiller og mange andre forskere er likevel enkelt:
Å bidra til at laservåpen blir mest mulig effektive. Når operatørene i Forsvaret trykker på knappen, skal strålen i et laservåpen treffe akkurat der den skal og med den ønskede effekten.
Ved hjelp av teorier om «frossen luft» og hypermoderne måleutstyr på et tak på Kjeller, mener forskeren at FFI er i ferd med å knekke en av de viktige kodene for framtidas luftvern.
Referanse:
Slik virker laservåpen
Laser er konsentrert lys som holder seg samlet i en smal stråle over lange avstander.
Når strålen treffer et mål, omdannes lyset til ekstrem varme.
Temperaturen kan bli over tusen grader på brøkdelen av et sekund.
Laseren kan smelte metall eller ødelegge elektronikk i droner og raketter.
Militære laserstråler er vanligvis usynlige og lydløse.
Så lenge systemet har strøm, går det ikke tomt for «ammunisjon».
Kostnaden per skudd er svært lav sammenlignet med missiler.
