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指向性エネルギー兵器
指向性エネルギー兵器（DEW、directed-energy weaponの略称）は、砲弾、ロケット弾、ミサイルなどの飛翔体によらず、兵器操作者が意図した目標に対し指向性のエネルギーを直接に照射攻撃を行い、目標物を破壊したり機能を停止させる兵器である。
目標物は対物用も対人用もある。DEWのうち、実戦に投入された兵器は非致死性の治安兵器で一部ある程度で大部分は未だ研究開発段階である。
DEWで利用が考えられているものは以下のエネルギーが挙げられる。
電磁波エネルギー
コヒーレントな電磁波（レーザー光、メーザー波）
インコヒーレントな電磁波（ビーム状マイクロ波）
光子以外の素粒子エネルギー
荷電粒子（電子ビーム、陽子ビーム、重粒子ビーム）
音波エネルギー（音響兵器）
現実の世界ではほとんどのDEWが未だ研究開発段階であるが、空想の世界（SF小説、SF映画、SFアニメ、子供の玩具）では、枚挙に遑が無いほど登場する。
現実世界のDEWの研究が進歩する一方で、いかにも実際に在りそうな独特なネーミングのDEWが空想の世界ではよく登場する。
レーザー光[編集]
アメリカ空軍のボーイングYAL-1航空レーザー
DEWのメリット[編集]
DEWには、従来型の兵装を超えるいくつかの主要な利点がある。
レーザー光やマイクロ波を使うDEWは、その電磁波エネルギーが光速で伝播し、地球上での使用を考えた場合、使用者が長距離射撃をする際にも移動目標であっても極めて瞬間的に電磁波が伝播するため、移動量を補正する必要が無い。
結果、発射されたレーザーを回避することは不可能である。
目標物が、弾道ミサイル、ロケット弾、各種砲弾のように小さく高速で移動する場合、特に有効である。
一般相対性理論により、電磁波は重力により曲げられるが、地球の重力程度ではほとんど影響を受けない。
したがって長距離を伝播する場合でもわずかな補正量で済む。大気による屈折の影響は大きく何らかの対策を施す必要があるが、砲弾が風のある大気中を進む時のような影響は無視できる。
レーザー兵器の場合、レーザー光は位相のそろったコヒーレントな光なので、極めて干渉性が高く焦点を極めて小さな一点に集中させることができる。
またその焦点距離を広い範囲で可変することができ、従来の実体弾を用いる兵器と比べもより遠方にまた近傍に瞬時に設定できる。
レーザー光やマイクロ波を使うDEWは、前提としてエネルギー源が確実に確保されているならば、従来の実体弾を用いる兵器と比べ弾切れの心配が少ない。発振のエネルギー源として電力を使用するタイプのものは、十分な電力が供給され続けるならば、基本的にレーザー兵器は無制限の射撃回数を備えることができる。
光はエネルギーに対する運動量の比率がほぼ無い（正確には）ことにより、レーザーの生じる反動は無視できる程度のものである。
大気の状況と出力レベルに応じ、レーザー兵器の運用可能距離は、従来の弾道兵器よりも非常に広範囲に設定できる。
従来の実体弾を使用する兵器は上記に挙げたDEWのメリットを持ち得ないので、不利な影響に対応した対策（FCSなど）を兵器システムに付加している。
こうして従来の実体弾を使用する兵器に勝るDEWの利点は、現状では目標に対する正確さと開発コストなど多くの点で無くなってしまっている。
DEWの実現の妨げとなる現象[編集]
ブルーミング現象[編集]
レーザー兵器級のレーザー光が大気を通過する時、約1立方cmあたり1メガジュールというエネルギー密度のレーザー光が、大気を温め膨張させる。
その結果、大気の密度が小さくなりレーザー光自身を屈折させてしまう。
この現象を「ブルーミング現象」と呼び、大気中でのレーザーの集束を乱し焦点の位置をずらしてしまう原因となる。
大気中に霧、煙、粉塵がある場合、大気のエネルギー吸収が大きくなりよりハッキリと影響が現れることがある。
ブルーミング現象の発生を抑制する方法はいくつかの方法がある。
一たん鏡を使ってレーザー光を広げ光線のエネルギー密度を低下させた上で大気を通過させ、目標物表面で焦点を合うようにする。
これは、大気を通過中のレーザー光がブルーミング現象を起こさない程度にエネルギー密度を低下させるためである。
この方法には大型で、非常に精密かつ壊れ難い反射鏡が必要である。
また鏡はサーチライトのように据え付けられ、レーザー照準のために回転させるには大型の装置を必要とする。
フェーズドアレイレーザーを採用する。
通常よく用いられるレーザー光の波長では、マイクロメートル級の発振器が数億個ほど必要とされる。
製造方法がまだ開発されていないが、カーボンナノチューブの利用が提案されている。
フェーズドアレイ方式は理論的には位相共役波（通常の反射と異なり、反射面の角度にかかわらず光線の入射の方向へ位相が揃った光線を反射する）を起こすことができる。
フェーズドアレイ方式では鏡面やレンズを必要とせず、平面を構成でき、ビームを拡散する型式のように照準に際して砲塔形状の兵装システムを必要としない。
ビームの射角はフェーズドアレイの平面上で形成され、射界は非常に大きな角度まで許容される。
位相共役レーザーシステムを採用する。
この兵装システムでは「捜索」もしくは「誘導」レーザーが目標を照射する。
目標上にある鏡面に似た働きをする「反射」部分が光を返し、兵装システムの主増幅装置によって探知される。
この次に、兵装システムはポジティブ・フィードバックループ（促進的にフィードバックを繰り返す回路）を用い、射入と逆のレーザー波を増幅する。
標的は鏡面となっている範囲が蒸発し、その衝撃波によって破壊される。
ここでは目標からの反射波がブルーミング現象を通り抜けるため、この現象が回避される。また結果として、光学経路上最良の伝導性が示される。
位相共役波の特徴から、ブルーミング現象に起因する歪みは自動的に補正される。
試験的な兵装システムがこの方法を用いるとき、通常、「位相共役鏡」を形成するために特別な化学薬品を用いる。
大部分の兵装システムでは、兵器として通用する出力レベルにおいて鏡面が劇的に加熱される。
非常に短いパルスを採用する。
これはブルーミング現象によってレーザー光が歪められる前に出力を完了する。
単一目標に対し、複数のレーザー群が継続的に低出力で照射する。
目標の素材のアブレーションによる減衰[編集]
レーザーを兵器転用する際の別の問題は、目標表面の素材が蒸発（アブレーション）し、影を生み始めることである。
この問題について解決のためのいくつかのアプローチがある。
アブレーションを起こして生じた吸収性のある蒸気に、衝撃波を引き起こすよう誘導する。
また衝撃波はまた目標物に損傷を繰り返し与える。
衝撃波が広がるよりも早く目標を走査する。
目標にプラズマと光の入り混じった状態を誘発する。
目標から生じるアブレーション雲のレーザーに対する透過性を、もう一つ別のレーザー光で調節する。
これはおそらくアブレーション雲がこの別のレーザーのスペクトルを吸収して調整されるもので、また雲の内部に反転分布を誘発する。
さらにこのレーザーは、アブレーション雲の中に局部的なレーザー光の放出を引き起こす。
光の波長のうなりの結果から、アブレーション雲を貫通する波長が誘発され得る。
エネルギー源と冷却の問題[編集]
レーザー光を発生させるのに必要なエネルギー源として電力を使用するタイプのものは、大きな電力を要求する。
エネルギーを蓄え、伝導し、変換して指向するという現状の方法では、簡便で携行可能なレーザー兵器を開発するのは困難である。
現状のレーザーは大量のエネルギーを熱として浪費していまい、加熱による装置の損傷を避けるには、未だに大きな冷却設備を必要とする。
空冷式では受容できないほどの射撃間隔の拡大をもたらす。
現用のレーザー兵器の実用化を制限するこれらのエネルギー源と冷却の問題は、以下の事項により相殺される可能性がある。
1 安価な高温超伝導物質によりエネルギーロスを減少させ兵器をより効率的なものとする。
2 より簡便な大容量の電力供給・充電装置。レーザー光を発振させて余ったエネルギーの一部は装置の冷却に有効に使用される。
電力をエネルギー源に用いないレーザーとして化学レーザーがある。
化学レーザーは化学反応により発生するエネルギーを利用する。
過酸化水素にヨウ素を組み合わせる化学酸素ヨウ素レーザー（COIL）と、重水素原子にフッ素を反応させるフッ化水素レーザーは、メガワット級の連続的なレーザー光を出力可能な化学レーザーである。
化学レーザーに用いる化学物質の管理にもいくつか問題がある。
そのほか冷却及び全体の効率性の悪さの問題がある。
この問題はまた、発電所の近くに兵器を設置するか大きな電力を発生できる大きな艦船か可能ならば原子力水上艦に搭載することで、軽減されうる。
艦船には冷却用の水が豊富という長所がある。
ビームの吸収[編集]
空中を通り抜けるレーザー光や粒子ビームは、雨、雪、粉塵、霧、煙、または類似の光学上の障害物に吸収されるか拡散させられる。
弾道兵器はこれらを容易に貫通できる。
こうした効果はブルーミング現象の問題を付加し、また悪天候の中ではエネルギーを浪費することとなる。
浪費されたエネルギーにより衝撃波が発生し、雨、雪、粉塵、霧、煙などを押しのけ「トンネル効果」を作り出し、雲の生成を途絶させることができる。
マサチューセッツ工科大学とアメリカ陸軍の技術者は、この効果を降雨の制御に用いることを模索している。
間接射撃能力の欠如[編集]
間接射撃は砲撃戦で使用され、丘陵の背後にいる目標に砲弾を到達させられるが、直射照準のDEWには実現できない。
可能な代替案としては、レーザーもしくは反射鏡のみを航空機や軌道上のプラットフォームに搭載し、目標を見下ろす位置で直接照射するか反射させることである。
実例[編集]
「光学兵器」も参照 レーザーはしばしば照準と測距、銃のターゲッティングに用いられる。
しかし、レーザー光は兵器に火力を供給するものではない。
レーザー兵器は通常、短時間に高出力のパルスを生成する。
メガジュール級の出力を持つレーザーの一発は、高性能爆薬200gと同様のエネルギーを移送し、同様の基本的な効果を目標にもたらす。
主要な損傷のはたらきは、目標表面で生じる爆発的な蒸発と、この反応に起因する機械的な切断である。[要出典]
兵器転用された既存のレーザーの大部分はガスダイナミックレーザーである。
燃料または強力なタービンにより、レーザー媒質を流路または一連のオリフィスへと強制通過させる。
高圧と熱によってレーザー媒質はプラズマ化し、レーザー光を放出する。
このシステムの主な難点は、レーザーを共振させる光共振器の、高精度の鏡面と窓を保護し維持することである。
大半のシステムではコヒーレントな波を作り出すために低出力のレーザー「発振器」を使用し、そしてこれを増幅している。
いくつかの試験的なレーザー増幅装置は窓や反射鏡を用いず、開放されたオリフィスを採用しており、これらは高エネルギーにも破壊されない。[要出典]
幾種かのレーザーは非致死性兵器として使われている。
ダズラーはそのような兵器の一つで、人間やセンサーを一時的に失明させるか幻惑させるよう設計されている。