Vi sóng 100 gigawatt so với vệ tinh
Theo bước chân của các nhà phát minh người Nga, người Trung Quốc cũng đã tham gia vào cuộc chạy đua vũ trang. Ít nhất thì đó là những gì giới truyền thông đang nói.
Đúng vậy, một nguồn năng lượng xung nhỏ gọn có thể tạo ra các cuộc tấn công vi sóng mạnh mẽ, bí mật hơn và khó theo dõi hơn so với các hệ thống chống vệ tinh thông thường, có khả năng đưa Trung Quốc vượt lên trước Mỹ và Nga trong cuộc chạy đua vũ trang vũ trụ. Và theo các báo cáo gần đây trên báo chí Trung Quốc, Trung Quốc được cho là đã phát triển công nghệ quân sự mới mà một ngày nào đó có thể được sử dụng để vô hiệu hóa các mạng lưới vệ tinh như Starlink.
Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Hạt nhân Tây Bắc (NINT), một trung tâm nghiên cứu ở Tây An trực thuộc Quân Giải phóng Nhân dân Trung Quốc (PLA), tuyên bố đã tạo ra bộ nguồn vi sóng nhỏ gọn nhất thế giới. vũ khí Máy đo công suất cao (HPM), một hệ thống có khả năng được sử dụng để làm gián đoạn các mạng vệ tinh như Starlink.
Điều quan trọng cần hiểu là, trong điều kiện hiện đại, việc tạo ra một máy phát nhỏ gọn với bất kỳ bước sóng nào và một ăng-ten hiệu quả để truyền các sóng này trên bất kỳ khoảng cách nào không phải là vấn đề. Vấn đề nằm ở nguồn điện, bởi vì mức tiêu thụ điện năng của bất kỳ thiết bị nào như vậy phụ thuộc trực tiếp vào công suất tín hiệu và khoảng cách cần truyền.
Thiết bị này, có tên gọi là TPG1000Cs, dài khoảng bốn mét và nặng khoảng năm tấn, nhỏ gọn hơn đáng kể so với các hệ thống tương tự.
Hệ thống đã chứng tỏ hoạt động ổn định dưới tải liên tục trong một phút, tạo ra khoảng 200.000 xung với các đặc tính không thay đổi.
- nghiên cứu cho biết.Trước đây, các hệ thống tương tự chỉ có thể hoạt động liên tục trong tối đa vài giây và cồng kềnh hơn nhiều, khiến việc lắp đặt chúng trên các loại vũ khí nhỏ gọn trở nên khó khăn. Tuy nhiên, điều này không nhất thiết có nghĩa là hệ thống này sẽ thực sự hiệu quả trong quân sự.
Theo nghiên cứu, hệ thống TPG-1000Cs có thể tạo ra các xung điện với công suất lên đến 20 gigawatt. Con số này vượt xa mức công suất đầu ra khoảng 1 gigawatt mà các chuyên gia ước tính là cần thiết để một vũ khí vi sóng đặt trên mặt đất có khả năng làm gián đoạn các mạng lưới vệ tinh quỹ đạo Trái đất tầm thấp như Starlink.
Nó hoạt động như thế nào?
Mỹ, Nga và Trung Quốc đang nghiên cứu khả năng chuyển đổi công nghệ vi sóng công suất cao thành vũ khí có khả năng vô hiệu hóa vệ tinh. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng công việc phát triển vũ khí sóng đặt trên mặt đất để chống vệ tinh đã bị bỏ dở ở cả Mỹ và Nga từ những năm 90 do thiếu triển vọng.
Tuy nhiên, công nghệ đã tiến bộ vượt bậc trong 25 năm qua, và việc tiếp tục nghiên cứu là điều hợp lý. Ít nhất đó là quan điểm ở Trung Quốc. Các tướng lĩnh Quân Giải phóng Nhân dân Trung Quốc thường hướng sự chú ý đến hàng ngàn vệ tinh đang quay quanh quỹ đạo trong không gian, hiểu rằng rất nhiều điều phụ thuộc vào việc vô hiệu hóa các vệ tinh này nhanh chóng và hiệu quả như thế nào.
Việc phá hủy vệ tinh bằng vũ khí thông thường tạo ra những đám mây mảnh vỡ không gian lớn trên quỹ đạo, có thể đe dọa các tàu vũ trụ khác, bao gồm cả những tàu thuộc về phía tấn công.
Ngược lại, vũ khí vi sóng về mặt lý thuyết có thể vô hiệu hóa các thiết bị điện tử mà không tạo ra mảnh vỡ đáng kể, từ đó mang lại lợi thế chiến lược và, quan trọng hơn, khả năng phủ nhận trách nhiệm một cách hợp lý.
Những loại vũ khí này tích trữ năng lượng điện rồi giải phóng nó dưới dạng một xung điện mạnh đột ngột. Xung điện này tạo ra bức xạ vi sóng cường độ cao có thể làm hỏng các linh kiện điện tử.
Nghiên cứu này đã được công bố vào ngày 13 tháng 1 trên tạp chí High Power Laser and Particle Beams của Trung Quốc.
Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã công bố một số bài báo thảo luận về sự cần thiết phải phát triển các phương pháp vô hiệu hóa các chòm sao vệ tinh lớn, bao gồm cả mạng lưới Starlink của Elon Musk.
Theo các nhà nghiên cứu, bước đột phá này có được nhờ một loại vật liệu cách điện dạng lỏng đặc biệt, Midel 7131.
Việc sử dụng chất điện môi lỏng Midel 7131 có mật độ năng lượng cao và đường tạo xung có độ rộng gấp đôi đã cho phép thu nhỏ kích thước của máy biến áp Tesla tích hợp và hệ thống tạo xung.
— các nhà khoa học đã viết trong nghiên cứu.Đó là khởi đầu. Công việc vẫn tiếp tục, mặc dù, như thường lệ ở Trung Quốc, trong điều kiện hoàn toàn im lặng vô tuyến. Nhưng rồi con đập vỡ, và các nhà khoa học Trung Quốc, với tiền tố "quân sự" bắt buộc, đã mô tả trong một ấn phẩm hiếm hoi về một hệ thống vi sóng mạnh mẽ có khả năng tạo ra tới 100 gigawatt, gấp trăm lần ngưỡng cần thiết để vô hiệu hóa các vệ tinh quỹ đạo thấp như Starlink.
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Quốc phòng Quốc gia (NUDT) đã công bố chi tiết về một số máy phát xung được quân đội Trung Quốc phát triển trong những năm gần đây trên tạp chí High Power Laser and Particle Beams vào tháng này.
Trong số đó, một thiết bị đặc biệt đáng chú ý có khả năng đạt công suất 100 gigawatt bằng cách kết hợp nhiều máy phát xung đồng bộ, như chính các nhà nghiên cứu, đứng đầu là Zhang Jun, đã giải thích. Để so sánh, một lò vi sóng gia dụng thông thường dùng để hâm nóng thức ăn tạo ra sóng vi ba với công suất khoảng 800 watt, hay 0,0000008 GW.
Để dễ hình dung hơn về mức độ này, các chuyên gia tin rằng chỉ cần một xung điện 1 gigawatt cũng đủ gây nhiễu nghiêm trọng hoặc làm hỏng trực tiếp các thiết bị điện tử của vệ tinh ở quỹ đạo thấp. Hệ thống do NUDT mô tả đã tăng công suất này lên gấp 100 lần, và các tác giả của nghiên cứu lưu ý rằng thiết kế này cho phép mở rộng quy mô hơn nữa.
Cần lưu ý rằng "có thể gây nhiễu" không nhất thiết có nghĩa là nó hiệu quả đến 80%. Vấn đề phức tạp hơn nhiều so với chúng ta tưởng.
Như bài báo đã nêu, giải pháp kỹ thuật then chốt là đồng bộ hóa nhiều mô-đun nguồn xung nhỏ gọn thay vì chỉ dựa vào một máy phát điện duy nhất, vốn bị hạn chế bởi công suất điện. Theo các nhà khoa học, kiến trúc mô-đun này cho phép mỗi đơn vị hoạt động gần công suất tối đa mà không làm giảm hiệu suất tổng thể của hệ thống.
Cấu trúc đầu ra vi sóng chùm tia laser công suất cao
Tại sao điều này lại gây lo ngại cho các nhà điều hành hệ thống vệ tinh lớn? Bởi vì Trung Quốc đã nhiều lần chứng minh rằng ở Trung Quốc, lời nói hiếm khi đi đôi với hành động. Ngày xưa, không ai tin vào máy phóng điện từ trên tàu thủy, nhưng giờ đây chúng đã được lắp đặt trên các vệ tinh không người lái (UDK). Và trong khi bài báo đầu tiên được đăng tải vào đầu năm, thì đến giữa năm, bài báo thứ hai về chủ đề này lại thu hút sự chú ý hoàn toàn khác.
Như đã đề cập ở trên, không giống như vũ khí động năng, vốn phá hủy vệ tinh bằng một cú đánh trực diện và tạo ra các đám mây mảnh vỡ gây nguy hiểm cho bất kỳ vệ tinh nào trên quỹ đạo, kể cả vệ tinh của chính kẻ tấn công, vũ khí vi sóng tác động đến các thiết bị điện tử mà không cần tiếp xúc vật lý. Điều này mang lại, ít nhất là, trên lý thuyếtĐây là một lợi thế kép: chi phí vận hành thấp so với chi phí của các chòm sao vệ tinh mà nó có khả năng vô hiệu hóa, và khả năng duy trì sự không chắc chắn về tác giả của cuộc tấn công, điều mà các vũ khí thông thường không cho phép.
Vì lý thuyết này có vẻ khá thuyết phục, nhiều người trên thế giới đã bắt đầu lo ngại. Còn khi Trung Quốc... thì lại là chuyện khác. tên lửa Việc ông ta bắn hạ một vệ tinh là chuyện khác, nhưng việc ông ta bắt đầu bắn phá hàng loạt vệ tinh trên quỹ đạo lại là chuyện hoàn toàn khác. Không ai nghi ngờ rằng đồng chí Tập Cận Bình sẽ ra lệnh như vậy nếu cần thiết, và những sự việc tương tự đang xảy ra ngày càng thường xuyên trên khắp thế giới, mặc dù chủ yếu ở phía tây Trung Quốc.
Chính nhóm nghiên cứu NUDT thừa nhận trong bài báo của mình rằng mục tiêu của họ là đạt được công suất đầu ra hàng chục gigawatt trong giới hạn nghiêm ngặt về thể tích và trọng lượng, điều này rất quan trọng nếu hệ thống được tích hợp lên các nền tảng di động hoặc hải quân. Hoặc – ai biết được – trên một nền tảng không gian. Sáu đến tám tấn chắc chắn là một tải trọng đáng kể, nhưng không phải là không thể thực hiện được. Nhưng chúng ta sẽ quay lại chủ đề không gian sau.
Bài báo cũng trình bày chi tiết các giải pháp khác, bao gồm các hệ thống bán dẫn được thiết kế để sử dụng trong nhiều môi trường chiến đấu khác nhau, cũng như một hệ thống lai dựa trên tụ điện lithium-ion có khả năng kích hoạt tức thì ở nhiệt độ xuống đến -40°C.
Sự cải tiến mới nhất này đặc biệt quan trọng đối với các đơn vị tác chiến điện tử hoạt động trong điều kiện mùa đông hoặc vùng cực, nơi nhiệt độ cực lạnh thường làm giảm hiệu quả của hệ thống điện.
Nhìn chung, nhiều người thừa nhận rằng Trung Quốc có lợi thế hơn các cường quốc khác trong lĩnh vực này, và cho rằng điều này là nhờ vào sự đầu tư lâu dài và liên tục của nước này vào nghiên cứu xung điện công suất cao.
Bài báo chỉ ra rằng các quốc gia khác hy vọng bắt kịp Trung Quốc đang phải đối mặt với những trở ngại như mất năng lực công nghiệp, chi tiêu cho nghiên cứu và phát triển giảm sút, và khó khăn trong việc tiếp cận các nguyên liệu quan trọng, bao gồm cả các nguyên tố đất hiếm.
Theo bài báo, các giai đoạn nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải thiện độ chính xác của việc điều khiển chùm tia và giảm kích thước cũng như chi phí của các hệ thống này - hai điều kiện then chốt cần thiết để công nghệ này có thể vượt ra khỏi phạm vi phòng thí nghiệm và được ứng dụng rộng rãi hơn.
Tại sao lại như vậy? Rất đơn giản: vật lý! Chúng ta hãy cùng xem xét nhanh bản chất của bức xạ vi sóng dưới góc độ mục tiêu của chúng ta, đó là làm cháy một vệ tinh trong không gian.
Nhìn chung, tiền tố "micro" trong cụm từ "bức xạ vi sóng" không nhằm mục đích xác định bước sóng trong phạm vi micromet. Những người tạo ra định nghĩa này muốn nhấn mạnh rằng sóng vi sóng "nhỏ", có nghĩa là chúng có bước sóng ngắn hơn sóng radio. Nhìn chung, định nghĩa này khá tùy tiện, và không ai dám nói người Trung Quốc sử dụng bao nhiêu phần trăm sóng vi sóng.
Nhưng vẫn có những kẽ hở mà bạn có thể lợi dụng để nhìn trộm.
Chúng ta thực sự biết gì về sóng vi ba, ngoài việc chúng rất hiệu quả trong việc làm nóng thức ăn trong lò vi sóng? Điều quan trọng nhất là sóng vi ba truyền đi trong phạm vi nhìn thấy trực tiếp. Không giống như sóng radio tần số thấp, chúng không bị nhiễu xạ xung quanh các vật cản tự nhiên, không theo bề mặt Trái đất như sóng bề mặt và không bị phản xạ bởi tầng điện ly. Các kênh liên lạc vi ba trên mặt đất bị giới hạn bởi tầm nhìn ở khoảng cách xấp xỉ 64 km.
Còn về sự hấp thụ thì sao? Mọi thứ đều ổn: ở dải tần cao, sóng vi ba bị hấp thụ bởi các khí trong khí quyển, giới hạn khoảng cách liên lạc thực tế chỉ khoảng một kilomet. Ở dải tần thấp hơn, mọi thứ tốt hơn nhiều, đó là lý do tại sao sóng vi ba được sử dụng rộng rãi trong mạng không dây, mạng chuyển tiếp vô tuyến vi ba, radar, liên lạc vệ tinh và không gian, điều trị nhiệt y tế và điều trị ung thư, viễn thám Trái đất, thiên văn học vô tuyến, máy gia tốc hạt, quang phổ học, hệ thống sưởi công nghiệp, hệ thống tránh va chạm, thiết bị mở cửa gara và hệ thống mở cửa không cần chìa khóa, và có lẽ ứng dụng phổ biến nhất: nấu ăn bằng lò vi sóng.
Đúng vậy, ở phạm vi hoạt động thấp, chúng có thể xuyên qua các bức tường của tòa nhà mà vẫn duy trì được cường độ tín hiệu đủ mạnh để thu sóng, nhưng thông thường chúng cần không gian thoáng để thu sóng ở cự ly gần.
Nhưng sóng vi ba bị hấp thụ, và đó là vấn đề. Sóng vi ba bị hấp thụ bởi hơi nước và sương mù trong khí quyển, và sự suy giảm tăng lên theo tần số, trở thành một yếu tố đáng kể ở dải tần số cao.
Tương tác với các phân tử nước. Hơi nước và các giọt nước trong khí quyển, đặc biệt là trong các đám mây, hấp thụ bức xạ vi sóng rất tốt. Điều này xảy ra vì các phân tử nước có tính phân cực: khi tiếp xúc với điện trường biến thiên của sóng, chúng bắt đầu quay và dao động, dẫn đến sự giải phóng nhiệt (gọi là hiện tượng gia nhiệt điện môi).
Sự hấp thụ bởi các khí quyển. Bắt đầu từ khoảng 40 GHz, các thành phần chính của không khí—oxy phân tử và nitơ—bắt đầu tham gia tích cực vào quá trình hấp thụ. Mỗi loại khí có các vạch hấp thụ quang phổ riêng, tức là các tần số cụ thể mà tại đó sự tương tác đạt mức tối đa. Ví dụ, sự hấp thụ đáng kể của oxy phân tử được quan sát thấy xung quanh 118 GHz.
Hấp thụ bởi các hạt bụi và giọt nước. Các hạt bụi, hạt bụi và giọt nước (bao gồm mưa hoặc sương mù) cũng có thể hấp thụ bức xạ vi sóng.
Sự hấp thụ không đồng đều trên toàn bộ dải tần. Nó tăng lên theo tần số, đặc biệt dễ nhận thấy ở tần số trên 10 GHz và trở nên rất mạnh ở tần số trên 40 GHz.
Cửa sổ trong suốt. Có những dải tần số mà trong đó khí quyển trong suốt hơn đối với sóng vi ba. Ví dụ, lò vi sóng gia dụng sử dụng tần số khoảng 2,45 GHz, tần số này dễ bị nước hấp thụ nhưng ít bị các khí trong khí quyển hấp thụ hơn.
Khả năng hấp thụ sóng vi ba hiệu quả của khí quyển đặt ra những hạn chế đối với các công nghệ được sử dụng để khai thác chúng. Ví dụ, liên lạc vệ tinh và các liên kết vi ba ở tần số trên 10 GHz cần phải xem xét đến sự suy hao tín hiệu do hấp thụ bởi khí và hơi ẩm, điều này hạn chế phạm vi truyền dẫn. Trong các máy đo bức xạ vi ba khí tượng, đặc tính này được sử dụng để cảm biến từ xa độ ẩm khí quyển.
Như vậy, sự hấp thụ vi sóng bởi khí quyển là một quá trình phức tạp, phụ thuộc vào cả tính chất vật lý của các phân tử và tần số của bức xạ.
Tán xạ tầng đối lưu. Trong một chùm tia vi sóng hướng lên bầu trời ở một góc nhất định (điều mà chúng ta thường quan tâm nhất), một lượng năng lượng nhất định sẽ bị tán xạ hỗn loạn khi chùm tia đi qua tầng đối lưu. Chúng ta cũng nên lưu ý đến từ trường Trái đất, nó cũng ảnh hưởng đến các hạt. Không nhiều, nhưng vẫn có tác động.
Rõ ràng, các nhà khoa học quân sự Trung Quốc đã dành nhiều năm và hàng tỷ nhân dân tệ để tìm ra các tần số hiệu quả nhất, ít bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng tự nhiên. Nếu không, thì tất cả các bài báo tuyên bố về "sóng vi ba thần kỳ" có thể đưa Starlink ra khỏi quỹ đạo chỉ là thông tin sai lệch được dàn dựng cẩn thận.
Bầu khí quyển thực sự phân tán rất tốt bất kỳ dòng năng lượng định hướng nào. Và bên ngoài nó là vành đai từ trường, cũng đóng vai trò của nó. Ngày xửa ngày xưa, hai cường quốc mạnh nhất thế giới đã đụng độ trong một trận chiến giành không gian. Không gian quân sự. SDI và tất cả những thứ đó. Và cuối cùng, họ phát hiện ra rằng một chùm tia laser, ngay cả trong chân không của không gian, cũng không phải là một vũ khí hiệu quả. Và sự nhiễu sóng từ Trái đất đôi khi không thể xuyên qua một lớp mây dày đặc. Và phương tiện thực sự hiệu quả duy nhất để phá hủy vệ tinh chỉ có thể là vũ khí động năng.
Ba mươi năm đã trôi qua. Các nguồn năng lượng mới, nhỏ gọn hơn đã xuất hiện. Các máy phát điện mới, mạnh mẽ hơn. Các ăng-ten mới. Liệu có thể kết hợp chúng một cách hoàn hảo đến mức chúng có thể dễ dàng xuyên qua các tầng khí quyển dày đặc, vượt qua từ trường và trọng lực của hành tinh, và bắt đầu làm hỏng các thiết bị điện tử của các vệ tinh đang quay quanh quỹ đạo?
Đối với các vệ tinh ở quỹ đạo thấp (300–350 km), điều đó là có thể. Còn đối với quỹ đạo cao (1000 đến 1500 km) thì khả năng xảy ra cao hơn. Hơn nữa, về vấn đề "ai đã ném chiếc ủng vào bảng điều khiển": một máy phát có khả năng gửi chùm tia bức xạ đi xa 500 km xuyên qua khí quyển, vượt quá vạch Karman, sẽ không thể không bị phát hiện. Thêm vào đó, hành động này sẽ có thể nhìn thấy từ khoảng cách rất xa; công suất hàng gigawatt sẽ không thể không bị chú ý. Và câu hỏi "Ai đã làm hỏng các vệ tinh?" sẽ không thể không được giải đáp.
Có nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời. Một phần là vì những người hàng xóm Trung Quốc của chúng ta đơn giản là không có thói quen làm phiền thế giới bằng những thông tin không cần thiết, ngay cả khi họ thực sự đã phát minh ra thứ gì đó "độc nhất vô nhị trên thế giới". Họ không có xu hướng khoe khoang như vậy. Nhưng nếu một điều gì đó thực sự đã được thực hiện, thì nó đã được thực hiện rồi.
Mặc dù một số khía cạnh có vẻ rất đáng ngờ, nhưng rất có thể những người cứng đầu đến từ các viện nghiên cứu quốc phòng Trung Quốc này đã thực sự đạt được những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực bức xạ định hướng. Nếu điều này quả thật là đúng, họ sẽ nhận được cả lời chúc mừng và sự ghen tị.
tin tức