Laser portátil chinês de 2,47 kW usa itérbio para atingir drones

Investigadores militares chineses afirmam ter construído um laser do tamanho de uma mala capaz de perfurar drones a mais de um quilómetro, suportar variações extremas de temperatura e funcionar sem equipamentos volumosos de refrigeração. Tudo isto graças a um elemento de terras raras cuja produção é em grande parte controlada por Pequim.

Um laser portátil chinês que cabe numa mala, não num camião

Segundo um trabalho associado à Universidade Nacional de Tecnologia de Defesa da China, os engenheiros conseguiram integrar um laser de fibra de 2,47 quilowatts num dispositivo portátil. Uma potência deste nível costuma exigir laboratórios instalados em contentores ou camiões militares pesados.

O sistema foi concebido para funcionar entre -50 °C e +50 °C sem refrigeração ativa. Não tem ventoinhas, aparelhos de ar condicionado nem circuitos de refrigeração. A emissão do feixe mantém-se estável em toda essa amplitude, algo invulgar em armas de energia dirigida, que normalmente exigem grandes sistemas de gestão térmica.

O aparelho foi pensado para caber num volume comparável ao de uma pasta ou de uma pequena mala de equipamento e pesa menos do que um aparelho de ar condicionado portátil comum. Apesar das dimensões, terá capacidade para inutilizar ou perfurar pelo calor um drone a mais de 1.000 metros de distância.

O sistema chinês combina 2,47 kW de potência laser com tolerância a temperaturas extremas e verdadeira portabilidade, uma combinação que os concorrentes têm tido dificuldade em alcançar.

No alvo, o feixe é praticamente invisível. Não há estampido de disparos, recuo ou raio brilhante à maneira de «A Guerra das Estrelas»: surge apenas um ponto de queimadura no objeto atingido.

Uma nova conceção térmica para o campo de batalha

Reduzir o calor na origem

Quando convertem energia elétrica em luz coerente, os lasers convencionais de elevada potência produzem enormes quantidades de calor residual. A equipa chinesa abordou o problema pelo sentido inverso: gerar menos calor desde o início.

No centro do sistema está um laser de bombagem redesenhado, que fornece energia à fibra responsável pelo feixe principal. Ao melhorar a sua eficiência e configuração, os investigadores reduziram significativamente o calor gerado na origem e, com isso, diminuíram drasticamente a necessidade de equipamentos de refrigeração volumosos.

Díodos a funcionar em dois sentidos

Outra opção de conceção distingue o dispositivo: duas linhas de díodos de bombagem alimentam a fibra a partir de extremidades opostas. Há nove díodos na parte da frente e dezoito na parte de trás, a enviar luz para a fibra em sentidos contrários.

Esta configuração de contrapropagação distribui a carga térmica de forma mais uniforme ao longo da fibra. Assim, reduz pontos de sobreaquecimento e variações térmicas abruptas que podem distorcer o feixe ou mesmo danificar componentes quando a temperatura muda rapidamente no terreno.

Para proteger os elementos mais sensíveis, os engenheiros colocaram-nos fora da cavidade central, onde os picos de temperatura são mais intensos. Desta forma, o sistema pode manter-se estável mesmo perante disparos rápidos ou mudanças repentinas nas condições ambientais.

A própria fibra beneficia de uma secção de refrigeração específica, com cerca de 8 centímetros de diâmetro. A refrigeração localizada ajuda a suprimir modos de luz indesejados que podem alargar ou distorcer o feixe, preservando a precisão à distância.

Itérbio: o metal discreto por trás do laser

Uma terra rara com peso estratégico

O feito técnico depende em grande medida de um elemento de terras raras menos conhecido: o itérbio. Este lantanídeo é usado para «dopar» a fibra, ou seja, são introduzidos iões de itérbio no vidro para amplificar a luz de forma eficiente.

Os lasers de fibra baseados em itérbio são valorizados pela elevada eficiência e pelas necessidades de refrigeração relativamente simples. Neste caso, a eficiência de conversão chegará a cerca de 71%, o que significa que a maior parte da energia de entrada se transforma em luz laser, e não em calor residual.

A China controla cerca de 80% da produção mundial de muitas terras raras, incluindo fontes importantes de itérbio, o que lhe dá influência sobre qualquer rival que tente copiar este projeto.

À temperatura ambiente, o sistema consegue atingir os 2,47 kW de potência com uma qualidade de feixe próxima da ideal. Esse desempenho permite-lhe perfurar pelo calor plásticos, compósitos e metais como o alumínio, materiais frequentemente usados em drones e veículos ligeiros.

Comparação com sistemas estrangeiros

Vários países disputam a instalação de lasers de alta energia em veículos, navios e aeronaves. O projeto chinês aponta para um segmento bastante diferente, privilegiando a portabilidade e a resistência em vez da potência bruta por si só.

Os valores mostram um compromisso claro entre características. Os sistemas ocidentais e indianos atingem potências semelhantes, mas continuam dependentes de veículos de grandes dimensões. O protótipo chinês procura ter o formato de uma pasta e adaptar-se a condições ambientais extremas, alterando os locais e as formas de utilização destas armas.

Em teoria, um dispositivo compacto deste tipo poderia ser instalado em pequenos veículos blindados, transportado por equipas especializadas de infantaria ou integrado em plataformas terrestres não tripuladas e drones de dimensão média.

Possíveis utilizações no campo de batalha do futuro

Destruição silenciosa de drones

Os conflitos modernos transformaram drones pequenos e baratos em instrumentos da linha da frente para vigilância, observação de artilharia e ataques suicidas. Os lasers oferecem uma forma de os combater sem gastar mísseis dispendiosos nem revelar posições com o ruído dos disparos.

Uma unidade equipada com um laser portátil de alta energia poderia vigiar o céu e queimar silenciosamente a asa, o módulo de sensores ou o compartimento da bateria de um drone. Em comparação com intercetores guiados por radar, não produziria estilhaços nem rasto de fumo e teria uma assinatura eletromagnética muito reduzida.

Um sistema deste género poderia ser combinado com radar, acompanhamento ótico ou visão assistida por inteligência artificial para fixar rapidamente pequenos alvos. Associado a baterias ou geradores compactos, pode funcionar durante períodos prolongados em zonas remotas.

• Pelotões na linha da frente poderiam usá-lo para se protegerem de drones de reconhecimento.
• Unidades de defesa aérea poderiam integrá-lo como última linha de defesa contra munições de permanência.
• Colunas militares poderiam recorrer ao sistema em movimento, em regiões disputadas.

Para além do setor militar: o interesse da indústria

Lasers de elevada eficiência como este têm aplicações civis evidentes. O corte de precisão, a soldadura à distância e a manutenção em ambientes adversos poderão beneficiar de sistemas capazes de resistir a frio ou calor extremos com refrigeração mínima.

Instalações industriais em locais remotos ou hostis - plataformas ao largo, bases de investigação polar e explorações mineiras no deserto - poderiam usar lasers compactos de alta potência em reparações e fabrico, sem terem de construir oficinas climatizadas em seu redor.

As mesmas características interessam à segurança. Aeroportos, centrais elétricas e grandes fábricas enfrentam problemas causados por drones incómodos ou hostis. Uma torre laser silenciosa num telhado oferece uma alternativa mais limpa do que caçadeiras ou sistemas de interferência que possam perturbar comunicações legítimas.

O domínio das terras raras como instrumento estratégico

Porque não basta ao Ocidente copiar o projeto

Reproduzir o dispositivo chinês não é apenas um desafio de engenharia: é também um problema de cadeia de abastecimento. O itérbio pertence à família das terras raras, na qual a China domina a extração, o processamento e a refinação.

Pequim controla aproximadamente quatro quintos do mercado mundial de terras raras. Esse domínio abrange não só a extração, mas também o processamento químico que transforma o minério em materiais de elevada pureza adequados a sistemas óticos avançados e eletrónica.

Se um Estado da NATO quisesse fabricar em escala um laser idêntico, precisaria de acesso estável a grandes quantidades de itérbio de elevada pureza. Teria, por isso, de depender das exportações chinesas ou criar de raiz uma cadeia de abastecimento alternativa e dispendiosa, desde novas minas até instalações de separação.

O controlo de terras raras como o itérbio transforma as cadeias de abastecimento em terreno estratégico, tão decisivo como as rotas marítimas ou as redes de satélites.

A China não tem hesitado em usar restrições à exportação de minerais essenciais, do gálio à grafite, como instrumento de pressão em disputas comerciais e tecnológicas. As terras raras destinadas a sistemas de defesa poderiam facilmente passar a fazer parte desse conjunto de instrumentos.

Riscos, cenários e a próxima corrida ao armamento

O aparecimento de lasers de alta energia transportáveis por uma pessoa levanta várias questões práticas. Se estas armas forem amplamente utilizadas, as linhas da frente poderão afastar-se das armas ligeiras de projéteis e aproximar-se de sistemas de energia difíceis de detetar e ainda mais difíceis de contrariar.

Os exércitos precisariam de novas medidas de proteção: revestimentos que reflitam determinados comprimentos de onda, drones capazes de tolerar danos parciais e táticas que limitem a exposição a armas de energia com linha de visão direta. A guerra urbana também poderá mudar, com lasers usados para cortar barreiras, inutilizar sensores ou cegar câmaras de vigilância sem sinais sonoros evidentes.

Existem igualmente riscos de proliferação. Se lasers portáteis chegarem às mãos de intervenientes não estatais, poderão ser usados para danificar aeronaves, sensores óticos de satélites ou infraestruturas críticas. Ao contrário de um míssil, um laser do tamanho de uma pasta é muito mais fácil de transportar e esconder.

Por outro lado, os mesmos princípios físicos sustentam aplicações benéficas. Dispositivos médicos, ferramentas de fabrico de precisão e instrumentos científicos beneficiam de lasers de fibra melhores e mais eficientes. A fronteira entre tecnologia civil e militar é aqui ténue, e os debates políticos sobre controlos à exportação deverão intensificar-se.

Conceitos essenciais a esclarecer

Há três conceitos no centro desta história:

• Laser de fibra: laser cujo meio de ganho é uma fibra ótica dopada com iões de terras raras. A luz fica confinada na fibra, permitindo longas distâncias de interação e uma amplificação eficiente.
• Arma de energia dirigida: arma que danifica alvos através de energia concentrada - normalmente lasers, micro-ondas ou feixes de partículas - em vez de balas ou ogivas explosivas.
• Terras raras: grupo de 17 elementos, entre os quais o itérbio, usados em ímanes, baterias, lasers e eletrónica. Não são verdadeiramente «raros» em termos de abundância na crosta terrestre, mas a sua extração e processamento são difíceis e ambientalmente dispendiosos.

O protótipo de laser portátil da China reúne estas várias dimensões: ótica avançada, engenharia térmica engenhosa e influência sobre matérias-primas. Para os responsáveis pelo planeamento no Ocidente, o feito técnico é importante, mas a mensagem por trás do metal poderá ter ainda mais peso.