Алиса Шпигель - История зеркал. От отражения в воде до космической оптики

Помимо измерительных и оптических приборов, зеркала применяют и в других областях техники, например в гелиоконцентраторах, гелиоустановках и установках для зонной плавки (действие этих устройств основано на свойстве вогнутых зеркал концентрировать в небольшом объёме энергию излучения).

Зеркало в военном деле

В военном деле нашлось применение зеркальному стеклу.

В XV веке Леонардо да Винчи создал систему шифров, основанную на отражении: депеши писались и шифровались при помощи зеркала, без зеркального отражения текст попросту не читался. В своих собственных научных записях в целях сокрытия описания своих изобретений Леонардо да Винчи использовал «зеркальное» письмо.

Разведки Испании и Франции двести лет подряд успешно пользовались системой шифров, изобретенной Леонардо да Винчи.

Древние дальневосточные чжурчжени (XXIII век) использовали зеркало не только по назначению, но и как пароль для своих. Чжурчженьский разведчик брал с собой кусочек расколотого бронзового зеркала. Для того чтобы подтвердить свою личность, достаточно было приложить к контрольному зеркалу свой «осколок» и показать, что линии разлома сходятся.

Именно с зеркалом связана первая в мире история промышленного шпионажа. Людовик XIV украл у венецианцев секрет изготовления зеркал, чтобы не тратить на их закупку огромные деньги. Французскому послу в Венеции было дано поручение: подкупить двух-трех зеркальных мастеров и переправить их во Францию. В темную осеннюю ночь от острова Мурано в Италии тихо отплыла лодка: несколько муранских мастеров бежали во Францию. Там их спрятали так хорошо, что венецианские шпионы не сумели напасть на их след. Муранские беглецы выдали все свои секреты французским мастерам. И через несколько лет в глубине дремучих лесов Нормандии открылся французский завод зеркального стекла. Именно после этого в Версале была построена знаменитая зеркальная галерея.

Таким же древним изобретением был перископ.

Возможность наблюдать за врагами незамеченным с помощью системы взаимно отражающих зеркал спасла немало жизней воинам.

Детская игра в «солнечные зайчики» почти повсеместно использовалась всеми сражающимися сторонами во время знаменитой Тридцатилетней войны. Тридцатилетняя война – условное название ряда военных конфликтов в Священной Римской империи в Европе, затронувших в той или иной степени практически все европейские страны. «Зайчиком» мы называем маленькое пятно света, получаемое при отражении света от зеркала. Расстояние, с которого видно это световое пятно, удивительно велико. Например, отражённый от зеркала диаметром 5 см луч, можно видеть с расстояния 10–30 км. Сложно прицелиться, когда вам слепят глаза тысячи зеркал.

Зеркала также были частью и другого великого изобретения того времени – перископа. В военное время возможность незаметного подглядывания за врагом спасла немало жизней.

Гелиостат – прибор, в котором используется отражённый зеркалом луч солнечного света. Его можно использовать для геодезических целей и сигнализации (открывая и закрывая источник света или отражённый луч, можно передать сигналы, например, используя азбуку Морзе). В военных условиях запрещается вести наблюдения незащищённым оптическим прибором, чтобы отражённый от объектива бинокля или оптического прицела луч, не открыл место расположения наблюдателя. В качестве защиты используют чёрные картонные или металлические трубки длиной 15–20 см.

Лазерное оружие всегда вызывает множество споров. Одни считают его оружием будущего, другие категорически отрицают вероятность появления эффективных образцов такого оружия в ближайшем будущем. Люди задумывались о лазерном оружии даже до его фактического появления, вспомним классическое произведение «Гиперболоид инженера Гарина» Алексея Толстого (безусловно, в произведении указан не совсем лазер, но близкое к нему по действию и последствиям применения оружие).

Создание реального лазера в 50-х – 60-х годах XX века вновь подняло тему лазерного оружия. На протяжении десятилетий оно стало непременным атрибутом фантастических фильмов. Реальные успехи были гораздо скромнее. Да, лазеры заняли важную нишу в системах разведки и целеуказания, широко применяются в промышленности, но для использования в качестве средства поражения их мощность по-прежнему была недостаточной, а массогабаритные характеристики неприемлемыми.

Гелиостат можно использовать для геодезических целей и сигнализации

Первый действующий лазер был создан в 1960 году. Это был импульсный твердотельный лазер на искусственном рубине. На момент создания это были самые высокие технологии. В наше время такой лазер можно собрать в домашних условиях, при этом энергия его импульса может достигать 100 дж.

С момента создания первого лазера найдено огромное количество способов получения лазерного излучения. Существуют твердотельные лазеры, газовые лазеры, лазеры на красителях, лазеры на свободных электронах, волоконные лазеры, полупроводниковые и другие лазеры. Также лазеры различаются по способу возбуждения. Например, в газовых лазерах различных конструкций, возбуждение активной среды может осуществляться оптическим излучением, разрядом электрического тока, химической реакцией, ядерной накачкой, тепловой накачкой (газодинамические лазеры, ГДЛ). Появление полупроводниковых лазеров породило лазеры типа DPSS (твердотельный лазер с диодной накачкой).

Различные конструкции лазеров позволяют получить на выходе излучение разных длин волн, от мягкого рентгеновского излучения, до излучения инфракрасного спектра. В разработке находятся лазеры, излучающие жесткое рентгеновское излучение и гамма-лазеры. Это позволяет подбирать лазер исходя из решаемой задачи. Относительно военного применение, это означает, к примеру, возможность выбора лазера, с излучением такой длины волны, которая минимально поглощается атмосферой планеты.

С момента разработки первого прототипа, непрерывно росла мощность, улучшались массогабаритные характеристики и коэффициент полезного действия (КПД) лазеров.

Без зеркал лазерных гироскопов, этих уникальных приборов, не создать высокоточного оружия.

В гироскопах устанавливают зеркала двух типов: плоские и сферические. Диаметр одного может быть 5 мм, а другого – в тысячу раз больше. Дух захватывает от одной мысли, как из тысячи сферических зеркал составить одно большое диаметром 5 метров. При этом сферичность каждого «пятачка» должна быть частью 5-метровой сферы.

Но и это еще не все. В нашем представлении зеркало – что-то простое, однородное, как хорошо отполированная пластина серебра. В гироскопе зеркало представляет собой специальное многослойное покрытие. Оно одновременно должно идеально отражать лазерный луч с минимизацией потерь и вместе с тем обладать пропускной способностью.