Trung Quốc đột phá vũ khí laser, có thể bắn hạ vệ tinh từ mặt đất
Trung Quốc vừa chế tạo thành công tinh thể BGSe lớn nhất thế giới, mở ra kỷ nguyên mới cho vũ khí năng lượng định hướng và khẳng định vị thế trong cuộc đua công nghệ không gian và laser quân sự.
Các nhà khoa học Trung Quốc mới đây tuyên bố đã tạo ra tinh thể selenide barium gallium (BGSe) nhân tạo lớn nhất thế giới nhằm tăng cường hiệu suất cho hệ thống laser tầm xa và nâng cao đáng kể công nghệ cảm biến hồng ngoại.
Tinh thể này được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Vật lý Hợp Phì thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, với đường kính 60mm (2,36 inch).
Theo South China Morning Post, tinh thể BGSe có khả năng chuyển đổi hiệu quả tia laser hồng ngoại sóng ngắn thành tia hồng ngoại trung và xa – các bước sóng này có thể xuyên qua khí quyển ở khoảng cách xa hơn với mức suy giảm tối thiểu.
Tinh thể BGSe lớn nhất thế giới
Một trong những điểm đột phá của tinh thể này là khả năng chịu năng lượng laser cực cao – lên đến 550 megawatt/cm², cao gấp 10 lần ngưỡng phá hủy của hầu hết vật liệu cấp quân sự hiện tại.
Chính độ bền này khiến tinh thể BGSe trở thành ứng viên hàng đầu cho các hệ thống laser công suất cực lớn, tuy nhiên các thử nghiệm trước đây không thành công. Trong một thử nghiệm của Hải quân Mỹ năm 1997, laser hồng ngoại trung đã làm hỏng các linh kiện khi cố gắng tấn công một vệ tinh.
"Đây là mẫu vật lớn nhất từng được báo cáo trên thế giới”, nhóm nghiên cứu do nhà vật lý Ngô Hải Tân (Wu Haixin) dẫn đầu viết trong một bài báo khoa học đã qua bình duyệt, được đăng tải vào tháng 6 trên Tạp chí Tinh thể Nhân tạo (Journal of Synthetic Crystals).
Bước đột phá này là thành quả sau hơn một thập kỷ nghiên cứu. Tinh thể BGSe được phát triển lần đầu tiên vào năm 2010 bởi các nhà khoa học Trung Quốc và đã gây ấn tượng mạnh với giới nghiên cứu quốc phòng quốc tế nhờ tính chất đặc biệt.
Nhóm nghiên cứu cũng lưu ý rằng nhiều phòng thí nghiệm phương Tây đã cố gắng tái tạo BGSe ở quy mô lớn nhưng chưa thành công.
Quá trình chế tạo chính xác tuyệt đối
Bước đột phá này là kết quả của hơn một thập kỷ nghiên cứu. BGSe lần đầu tiên được phát hiện bởi các nhà khoa học Trung Quốc vào năm 2010 và đã thu hút sự chú ý của giới nghiên cứu quốc phòng toàn cầu nhờ vào các đặc tính vật lý độc đáo.
Việc sản xuất một tinh thể BGSe lớn và ổn định đòi hỏi kỹ thuật cực kỳ tinh vi. Quy trình bắt đầu với ba nguyên tố tinh khiết cao: barium, gallium và selenium, được niêm phong trong ống thạch anh dưới điều kiện chân không.
Các ống này được nung ở 1.020 độ C trong lò hai vùng nhiệt, tạo thành khu vực nóng chảy. Trong vòng một tháng, tinh thể được hình thành từ từ khi vật liệu nguội dần trong môi trường kiểm soát cực kỳ chính xác.
Sau khi luyện xong, tinh thể phải trải qua quá trình ủ nhiệt ở 500 độ C trong nhiều ngày, sau đó làm mát với tốc độ chỉ 5 độ C mỗi giờ để tránh phát sinh khuyết tật.
Bề mặt của tinh thể được mài và đánh bóng bằng lưỡi cưa kim cương và hợp chất oxit cerium để đạt được độ trong suốt quang học và độ bền kết cấu.
Trong suốt quy trình này, các nhà sản xuất phải đối mặt với những thách thức lớn: loại bỏ hoàn toàn oxy và độ ẩm, kiểm soát nhiệt độ chính xác tuyệt đối, và đảm bảo chất lượng tinh thể đồng đều ở mọi giai đoạn phát triển và tinh luyện.
Ứng dụng quân sự và dân sự
Mặc dù bài báo không đề cập trực tiếp đến ứng dụng quân sự, nhưng thời điểm công bố trùng hợp với sự gia tăng quan tâm của Trung Quốc đối với vũ khí năng lượng định hướng và phòng thủ không gian, khiến giới quan sát không khỏi đặt câu hỏi.
Các nhà nghiên cứu cho rằng tinh thể BGSe có thể được sử dụng trong các hệ thống laser công suất lớn, có khả năng truyền tải qua các "cửa sổ khí quyển" – những dải bước sóng mà khí quyển ít hấp thụ – để vươn tới vệ tinh hoặc các mục tiêu xa xôi khác.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng nhấn mạnh đến tiềm năng ứng dụng dân sự, bao gồm: Chụp ảnh y tế bằng tia hồng ngoại; Hệ thống phát hiện hồng ngoại siêu nhạy, được dùng trong theo dõi tên lửa hay định danh máy bay.
Tinh thể BGSe cho thấy hiệu suất vượt trội ngay cả khi so sánh với các vật liệu dùng trong hệ thống laser phi vũ khí.
Ví dụ, hệ thống laser ZEUS tại Đại học Michigan sử dụng tinh thể sapphire pha titanium (Ti:sapphire) đường kính gần 7 inch, nhưng cần hơn 4 năm để sản xuất.
Trong khi đó, nhóm của Ngô Hải Tân đã hoàn thành tinh thể BGSe của họ trong thời gian ngắn hơn rất nhiều – một minh chứng cho sự đột phá của Trung Quốc trong lĩnh vực vật liệu quang học tiên tiến.
Từ năm 2020, các tinh thể do Trung Quốc phát triển đã được tích hợp vào nhiều chương trình nghiên cứu và phát triển, theo nghiên cứu được công bố. Điều này cho thấy khả năng cao các vật liệu này đã sẵn sàng phục vụ cả mục đích quân sự và dân sự.
Trung Quốc từ lâu đã đầu tư mạnh vào vũ khí năng lượng định hướng như một phần trong chiến lược hiện đại hóa quân đội. Những công nghệ như vũ khí laser mặt đất có khả năng bắn hạ vệ tinh, làm mù cảm biến hoặc phá hủy tên lửa hành trình từ xa là các lĩnh vực được ưu tiên cao.
Với sự ra đời của tinh thể BGSe kích thước lớn, kết hợp khả năng chịu nhiệt, truyền tải năng lượng cao và chuyển đổi phổ hồng ngoại hiệu quả, Trung Quốc đang tiến thêm một bước đáng kể đến khả năng triển khai vũ khí laser chiến lược, đặc biệt là từ mặt đất lên không gian, không chỉ mở ra kỷ nguyên mới cho vũ khí năng lượng định hướng, mà còn khẳng định vị thế của Trung Quốc trong cuộc đua công nghệ không gian và laser quân sự.
Dù mục đích sử dụng cuối cùng vẫn chưa được công bố, nhưng rõ ràng rằng BGSe sẽ đóng vai trò quan trọng trong cả lĩnh vực quân sự lẫn dân sự, từ việc theo dõi tên lửa, hỗ trợ y tế cho đến tấn công các mục tiêu ngoài không gian.