Länder auf der ganzen Welt entwickeln rasant hochenergetische Laserwaffen für militärische Einsätze zu Lande und zu Wasser, in der Luft und im Weltraum. Visionen von Schwärmen kleiner, kostengünstiger Drohnen, die den Himmel füllen oder über Wellen fliegen, motivieren das Militär, Laserwaffen als Alternative zu kostspieligen und möglicherweise veralteten raketenbasierten Verteidigungssystemen zu entwickeln und einzusetzen.
Laserwaffen waren bereits vor der Erfindung des Lasers ein fester Bestandteil der Science-Fiction. In jüngerer Zeit spielten sie auch in einigen Verschwörungstheorien eine herausragende Rolle. Beide Arten von Fiktionen betonen die Notwendigkeit zu verstehen, wie Laserwaffen tatsächlich funktionieren und wofür sie eingesetzt werden.
Wie Laser funktionieren
Ein Laser nutzt Elektrizität, um Photonen oder Lichtteilchen zu erzeugen. Photonen passieren ein Verstärkungsmedium, ein Material, das eine Kaskade zusätzlicher Photonen erzeugt und so die Anzahl der Photonen schnell erhöht. Alle diese Photonen werden dann von einem Strahldirektor zu einem schmalen Strahl fokussiert.
In den Jahrzehnten seit der Vorstellung des ersten Lasers im Jahr 1960 haben Ingenieure eine Vielzahl von Lasern entwickelt, die Photonen in verschiedenen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums erzeugen, von Infrarot bis Ultraviolett. Hochenergetische Lasersysteme, die militärische Anwendungen finden, basieren auf Festkörperlasern, die mithilfe spezieller Kristalle eingegebene elektrische Energie in Photonen umwandeln. Ein wesentlicher Aspekt von Hochleistungs-Festkörperlasern besteht darin, dass Photonen im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums erzeugt werden und daher vom menschlichen Auge nicht gesehen werden können.
Bei der Interaktion mit einer Oberfläche erzeugt ein Laserstrahl je nach Wellenlänge seiner Photonen, der Leistung des Strahls und dem Material der Oberfläche unterschiedliche Effekte. Laser mit geringer Leistung, die Photonen im sichtbaren Teil des Spektrums erzeugen, eignen sich als Lichtquellen für Zeiger und Lichtshows bei öffentlichen Veranstaltungen. Diese Strahlen haben eine so geringe Leistung, dass sie einfach von einer Oberfläche reflektiert werden, ohne diese zu beschädigen.
Lasersysteme mit höherer Leistung werden zum Schneiden von biologischem Gewebe bei medizinischen Eingriffen verwendet. Die leistungsstärksten Laser können viele verschiedene Materialien erhitzen, verdampfen, schmelzen und verbrennen und werden in industriellen Schweiß- und Schneidprozessen eingesetzt.
Neben der Leistung des Lasers wird die Fähigkeit, diese unterschiedlichen Effekte zu erzeugen, durch den Abstand zwischen dem Laser und seinem Ziel bestimmt.
Laserwaffen
Teilweise aufgrund der Fortschritte bei leistungsstarken Industrielasern entdeckt das Militär immer mehr Einsatzmöglichkeiten für Hochenergielaser. Einer der Hauptvorteile von Hochenergie-Laserwaffen besteht darin, dass sie über ein „unendliches Magazin“ verfügen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Waffen wie Gewehren und Kanonen, die über eine begrenzte Munitionsmenge verfügen, kann ein Hochenergielaser so lange weiterfeuern, wie er über elektrische Energie verfügt.
Das US-Militär setzt einen hochenergetischen, auf Lastwagen montierten Laser ein, um eine Reihe von Zielen abzuschießen, darunter Drohnen, Hubschrauber, Mörsergranaten und Raketen. Der 50-Kilowatt-Laser ist auf dem Infanterie-Kampffahrzeug Stryker montiert, und die Armee setzte im Februar 2024 vier dieser Systeme für Gefechtstests im Nahen Osten ein.
Die US-Marine hat einen hochenergetischen Laser an Bord eingesetzt, um sich gegen kleine, sich schnell bewegende Überwasserschiffe sowie Raketen und Drohnen zu verteidigen. Die Marine installierte im August 2022 eine 60-Kilowatt-Laserwaffe auf dem Zerstörer USS Preble.
Die Luftwaffe entwickelt hochenergetische Laser für Flugzeuge für Verteidigungs- und Angriffsmissionen. Im Jahr 2010 testete die Luftwaffe einen Megawatt-Laser, der an einer modifizierten Boeing 747 montiert war und beim Start eine ballistische Rakete traf. Die Luftwaffe arbeitet derzeit an einem kleineren Waffensystem für Kampfflugzeuge.
Russland entwickelt offenbar einen bodengestützten Hochenergielaser, um die Satelliten seiner Gegner zu „blenden“.
Einschränkungen von Laserwaffen
Eine der größten Herausforderungen für Militärs, die Hochenergielaser einsetzen, ist die hohe Leistung, die erforderlich ist, um nützliche Effekte auf Distanz zu erzielen. Im Gegensatz zu einem Industrielaser, der nur wenige Zentimeter von seinem Ziel entfernt ist, geht es bei militärischen Einsätzen um deutlich größere Entfernungen. Um sich gegen eine unmittelbare Bedrohung wie eine Mörsergranate oder ein kleines Boot zu verteidigen, müssen Laserwaffen ihre Ziele angreifen, bevor sie Schaden anrichten können.
Um jedoch Materialien aus sicherer Entfernung zu verbrennen, benötigt der Laserstrahl eine Leistung von mehreren zehn bis hundert Kilowatt. Der kleinste Laserwaffen-Prototyp verbraucht 10 Kilowatt Leistung, etwa so viel wie ein Elektroauto. Die neueste Hochleistungslaserwaffe, die derzeit entwickelt wird, verbraucht 300 Kilowatt Leistung, genug, um 30 Haushalte mit Strom zu versorgen. Und weil Hochenergielaser im besten Fall nur einen Wirkungsgrad von 50 % haben, erzeugen sie eine große Menge an Abwärme, die bewältigt werden muss.
Das bedeutet, dass Hochenergielaser eine umfangreiche Infrastruktur zur Stromerzeugung und Kühlung erfordern, was die Arten von Effekten begrenzt, die von verschiedenen militärischen Plattformen erzeugt werden können. Heereslastwagen und Kampfflugzeuge der Luftwaffe bieten am wenigsten Platz für hochenergetische Laserwaffen. Daher sind diese Systeme auf Ziele beschränkt, die eine relativ geringe Leistung erfordern, wie etwa den Abschuss von Drohnen oder die Neutralisierung von Raketen. Größere Schiffe und Flugzeuge können größere Hochenergielaser aufnehmen, die Löcher in Boote und Landfahrzeuge brennen können. Permanente bodengestützte Systeme weisen die geringsten Einschränkungen und daher die höchste Leistung auf, sodass die Blendung eines entfernten Satelliten potenziell möglich ist.
Eine weitere wichtige Einschränkung plattformbasierter Hochenergie-Laserwaffen betrifft das Konzept des unendlichen Magazins. Da der LKW, das Boot oder das Flugzeug die Stromquelle des Lasers transportieren muss, was die Kapazität der Stromquelle begrenzt, können Laser nur für eine begrenzte Zeit verwendet werden, bevor ihre Batterien aufgeladen werden müssen.
Es gibt auch grundlegende Einschränkungen bei Hochenergie-Laserwaffen, einschließlich einer verringerten Wirksamkeit bei Regen, Nebel und Rauch, die Laserstrahlen streuen. Laserstrahlen müssen außerdem mehrere Sekunden lang auf ihre Ziele gerichtet bleiben, um Schaden zu verursachen. Aktuelle Prototypen von Laserwaffen erweisen sich in Kampfgebieten auch als schwierig zu warten.
Kein Feuer vom Himmel
In den letzten Jahren ist eine neue Art von Verschwörungstheorie aufgetaucht, die besagt, dass ruchlose Organisationen hochenergetische Luftlaser eingesetzt haben, um in Kalifornien, Hawaii und Texas Waldbrände auszulösen. Dies ist aus mehreren Gründen höchst unwahrscheinlich.
Erstens würde die Leistung, die erforderlich ist, um Vegetation mit einem Hochenergielaser vom Himmel zu entzünden, eine große Energiequelle erfordern, die in einem großen Flugzeug installiert ist. Ein Flugzeug dieser Größe wäre kurz vor dem Ausbruch der Brände gut sichtbar gewesen. Zweitens sind auf einigen Bildern, die angeblich entstandene Brände zeigen sollen, die Laserstrahlen grün. Hochenergetische Laserstrahlen sind unsichtbar.
Was passiert als nächstes
In der Zukunft werden sich Hochenergie-Laserwaffen wahrscheinlich mit höheren Leistungsstufen weiterentwickeln, wodurch die Reichweite der Ziele, gegen die sie eingesetzt werden können, erweitert wird.
Aufkommende Bedrohungen durch kostengünstige bewaffnete Drohnen, wie sie beispielsweise in Konflikten im Nahen Osten und in der Ukraine eingesetzt werden, machen es wahrscheinlicher, dass Hochenergielaser auch nichtmilitärische Anwendungen finden, beispielsweise zum Schutz der Öffentlichkeit vor Terroranschlägen.
Dieser Artikel wurde von The Conversation erneut veröffentlicht, einer unabhängigen, gemeinnützigen Nachrichtenorganisation, die Ihnen vertrauenswürdige Fakten und Analysen liefert, die Ihnen helfen, unsere komplexe Welt zu verstehen. Es wurde geschrieben von: Iain Boyd, Universität von Colorado Boulder
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Iain Boyd erhält Mittel vom US-Verteidigungsministerium und der Lockheed-Martin Corporation.