China desenvolve laser portátil com itérbio capaz de atingir drones

Investigadores militares chineses afirmam ter criado um laser do tamanho de uma mala capaz de perfurar drones a mais de um quilómetro, resistir a variações extremas de temperatura e funcionar sem equipamentos de arrefecimento volumosos. O feito deve-se a um elemento de terras raras cuja produção é amplamente controlada por Pequim.

Um laser que cabe numa mala, em vez de num camião

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

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

O aparelho foi concebido para caber num espaço semelhante ao de uma pasta ou de uma pequena mala de equipamento e pesa menos do que um ar condicionado portátil comum. Apesar das dimensões reduzidas, poderá, segundo os investigadores, desativar ou perfurar por ação térmica um drone a mais de 1.000 metros de distância.

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

No alvo, o feixe é praticamente invisível. Não há estrondo de disparos, recuo ou um raio luminoso ao estilo de Guerra das Estrelas: surge apenas um ponto de queimadura no objeto atingido.

Uma nova abordagem térmica para o campo de batalha

Reduzir o calor na origem

Os lasers convencionais de alta potência produzem grandes quantidades de calor residual ao transformar energia elétrica em luz coerente. A equipa chinesa partiu da abordagem inversa: gerar menos calor desde o início.

No centro do sistema está um laser de bombeamento redesenhado, responsável por fornecer energia à fibra que produz o feixe principal. Ao melhorar a eficiência e a disposição deste componente, os investigadores diminuíram significativamente o calor gerado na origem, reduzindo de forma acentuada a necessidade de equipamentos de arrefecimento volumosos.

Díodos a funcionar em sentidos opostos

Outra opção de conceção distingue o equipamento: duas linhas de díodos de bombeamento alimentam a fibra a partir de extremidades opostas. Nove díodos encontram-se na parte da frente e dezoito na traseira, enviando luz para a fibra em dois sentidos contrários.

Esta configuração de contrapropagação distribui a carga térmica de forma mais uniforme ao longo da fibra. Assim, diminui os pontos quentes e os gradientes térmicos abruptos que podem distorcer o feixe ou até 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. Dessa forma, o sistema consegue manter a estabilidade mesmo durante disparos rápidos ou alterações súbitas das condições ambientais.

A própria fibra dispõe de uma secção de arrefecimento específica, com cerca de 8 centímetros de diâmetro. O arrefecimento localizado ajuda a suprimir modos de luz indesejados que poderiam alargar ou distorcer o feixe, preservando a precisão à distância.

Itérbio: o metal discreto por detrás do laser

Uma terra rara com importância estratégica

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 incorporados iões de itérbio no vidro para amplificar a luz de forma eficiente.

Os lasers de fibra à base de itérbio são valorizados pela elevada eficiência e pelas necessidades de arrefecimento relativamente simples. Neste caso, a eficiência de conversão atingirá cerca de 71%, o que significa que a maior parte da energia fornecida se transforma em luz laser, em vez de calor residual.

A China controla cerca de 80% da produção mundial de muitas terras raras, incluindo fontes essenciais de itérbio, o que lhe dá influência sobre qualquer rival que procure copiar esta conceção.

À temperatura ambiente, o sistema consegue debitar os 2,47 kW completos com uma qualidade de feixe próxima da ideal. Esse desempenho permite-lhe perfurar por ação térmica plásticos, materiais compósitos e metais como o alumínio, materiais frequentemente utilizados em drones e veículos ligeiros.

Comparação com sistemas estrangeiros

Vários países competem para instalar lasers de alta energia em veículos, navios e aeronaves. A proposta chinesa aponta para um segmento bastante diferente, privilegiando a portabilidade e a resistência, em vez de se concentrar apenas na potência bruta.

Os números revelam um compromisso evidente. Os sistemas ocidentais e indianos atingem potências semelhantes, mas continuam dependentes de veículos grandes. O protótipo chinês procura assumir o formato de uma pasta e funcionar numa gama extrema de condições ambientais, alterando os locais e as formas de emprego destas armas.

Um equipamento compacto deste género poderia, em teoria, ser montado em pequenos veículos blindados, transportado por equipas especializadas de infantaria ou integrado em plataformas terrestres não tripuladas e drones de média dimensão.

Possíveis utilizações no campo de batalha de amanhã

Um destruidor silencioso de drones

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

Uma unidade equipada com um laser portátil de alta energia poderia vigiar o céu e perfurar silenciosamente a asa, o módulo de sensores ou o compartimento da bateria de um drone. Não haveria estilhaços nem rasto de fumo e a assinatura eletromagnética seria muito reduzida em comparação com a dos intercetores guiados por radar.

O sistema poderia ser associado a radar, seguimento ótico ou visão assistida por inteligência artificial para fixar rapidamente pequenos alvos. Em conjunto com baterias ou geradores compactos, pode funcionar durante períodos prolongados em zonas remotas.

• Pelotões na linha da frente poderiam utilizá-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-lhe em movimento, em regiões disputadas.

Para além do setor militar: a indústria acompanha a tecnologia

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

Instalações industriais em locais remotos ou hostis, como 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 à sua volta.

As mesmas características interessam à área da segurança. Aeroportos, centrais elétricas e grandes fábricas enfrentam problemas com drones intrusivos ou hostis. Uma torre laser silenciosa num telhado oferece uma alternativa mais limpa do que caçadeiras ou sistemas de bloqueio que possam interferir com comunicações legítimas.

O domínio das terras raras como instrumento estratégico

Porque não pode o Ocidente simplesmente copiar o projeto

Reproduzir o aparelho chinês não é apenas um desafio de engenharia: é também um problema de cadeia de abastecimento. O itérbio pertence à família das terras raras, em que 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 e eletrónicos avançados.

Se um Estado da NATO quisesse fabricar em escala um laser idêntico, precisaria de acesso estável a grandes quantidades de itérbio de elevada pureza. Para isso, teria 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 num terreno estratégico, tão decisivo como as rotas marítimas ou as redes de satélites.

A China não tem hesitado em recorrer a 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 integrar o mesmo conjunto de medidas.

Riscos, cenários e a próxima corrida ao armamento

O aparecimento de lasers portáteis de alta energia levanta várias questões práticas. Se estas armas forem amplamente utilizadas, as linhas da frente poderão afastar-se das armas ligeiras baseadas em projéteis e passar a depender 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 concebidos para tolerar danos parciais e táticas que limitem a exposição a armas de energia com linha de visão direta. A guerra urbana também poderia mudar, com lasers usados para cortar barreiras, desativar 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 pacíficas. 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 das exportações deverão intensificar-se.

Conceitos essenciais a esclarecer

Esta história assenta em três conceitos centrais:

• 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 longos percursos 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: conjunto de 17 elementos, entre os quais o itérbio, usados em ímanes, baterias, lasers e eletrónica. Não são verdadeiramente “raros” quanto à sua abundância na crosta terrestre, mas a extração e o processamento são difíceis e têm custos ambientais elevados.

O protótipo chinês de laser portátil reúne estas vertentes: 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 associada ao metal poderá ter ainda maior peso.