Американские химики приспособили жидкие кристаллы для защиты пилотов самолета от ослепительного лазерного излучения. Пока ученые разработали прототип ячейки, с которой будет состоять такая система: в обычном состоянии ячейка прозрачна, однако при попадании лазерного луча затемняется и ослабляет его примерно в 20 раз. При этом эффективность ячейки не зависит от цвета, мощности или угла падения лазерного пучка. О новой разработке ученые сообщили на Весеннем собрании и выставке Американского химического общества (ACS Spring 2019 National Meeting & Exposition).
С ростом доступности и мощности лазерных указок участились случаи лазерного хулиганства, в частности, ослепления пилотов самолетов. Такая атака особенно опасна во время взлета и посадки самолета, когда потеря концентрации пилота может привести к катастрофе. По данным Федерального управления гражданской авиации США, в 2017 году было зафиксировано 6754 случаев ослепления пилотов. К счастью, пока не зарегистрировано ни одного случая катастрофы из-за применения лазерных лучей.
Основная проблема, которая мешает разработать надежную систему защиты – большое разнообразие лазеров, которые светят в широком диапазоне длин волн. Грубо говоря, защита, блокирует излучение синего лазера, плохо справляется с красным или зеленым лазером, и наоборот.
Кроме того, все разработанные до сих пор системы защиты поглощают не только лазерное излучение, но и обычный свет, тем самым ухудшая обзор пилотов. Это противоречит требованиям безопасности, поэтому таким системам сложно пройти сертификацию и попасть на настоящие самолеты.
Группа исследователей под руководством Джейсона Келехера (Jason Keleher) разработала новый подход, который решает эти проблемы. Для этого ученые обратились к жидким кристаллам – фазовым состояниям вещества, которые одновременно обладают свойствами жидкости и твердого тела.
В частности, в своей работе ученые использовали жидкий кристалл MBBA (N- (4-Methoxybenzylidene) -4-butylaniline). В обычных условиях это вещество находится в прозрачной жидкой фазе, однако под напряжением переходит в непрозрачную кристаллическую фазу, которая поглощает и рассеивает свет.
Чтобы изготовить прототип защитной системы, ученые зажали раствор MBBA между квадратными пластинками стекла площадью около 6,5 квадратных сантиметров (один квадратный дюйм) и обеспечили клетку фоторезистором. Когда лазерный пучок попадал в клеточку, фоторезистор запускал систему питания, которая подавала напряжение на жидкий кристалл и переводила его в непрозрачную фазу. В этом режиме ячейка поглощала около 95 процентов мощности излучения, причем эффективность ее работы не зависела от цвета, мощности или угла падения лазерного пучка. Когда пучок переставал светить на ячейку, система снимала с нее напряжение, и жидкий кристалл снова становился прозрачным.
Таким образом, если покрыть такими ячейками стекло кабины пилотов, получится эффективная система защиты, которая практически не снижает обзор, защищает от всех видов лазеров и включается только тогда, когда это действительно нужно. Сейчас ученые разрабатывают устройства такой системы. Кроме того, исследователи ищут другие жидкие кристаллы, которые быстрее реагируют на снятие и приложение напряжения, а следовательно, меньше времени закрывают обзор пилотов.
В марте 2017 концерн Airbus совместно с канадской компанией MTI сообщил о разработке нового метаматериала, который защищает пилотов гражданской авиации от ослепления лазером. В ноябре того же года британская компания BAE Systems разработала для этих целей полимерную пленку – по словам компании, пленка блокирует лазерное излучение в широком диапазоне длин волн, однако пропускает только 70 процентов обычного видимого света. К сожалению, до сих пор неизвестно, прошли ли эти материалы сертификацию для использования в гражданской авиации. Дело в том, что по требованиям безопасности стекло в кабине пилотов должно иметь минимальную степень затемнения, чтобы не ухудшать обзор. Новая технология, предложенная учеными на собрании Американского химического общества, этим требованиям удовлетворяет.