Жидкие кристаллы помогут отражать атаки лазерных указок на гражданские самолеты

Нацеливание лазерного луча на самолет — не безобидная шутка. Внезапная вспышка яркого света может ослепить пилота, подвергая риску жизнь пассажиров и членов экипажа. Поскольку при таких атаках могут использовать лазеры разного цвета — красный, зеленый или даже синий — ученым раньше было трудно разработать единый метод, препятствующий прохождению лазерного луча с различной длиной волны. Сегодня исследователи сообщают, что жидкие кристаллы могут когда-нибудь войти в состав лобового стекла самолета, чтобы блокировать яркий сфокусированный луч любого цвета.

Исследователи представили результаты своих опытов на Национальной конференции Американского химического общества (ACS), где было представлено около 13 тысяч докладов по широкому кругу научных тем.

По данным Федерального Агентства Гражданской Авиации, в 2017 году было зарегистрировано 6 тысяч 754 случаев лазерных атак на самолеты. «Сотрудники авиационного факультета нашего университета обратились к нам по поводу растущей проблемы, имеющей место в аэропортах по всему миру, когда злоумышленники направляли лазеры на самолеты во время взлета и посадки, на самых критических фазах полета», — говорит Джейсон Келехер, доктор наук, главный исследователь проекта. Такие атаки, вызывающие яркие вспышки света в кабине, могут отвлекать пилотов и наносить, в зависимости от длины волны и интенсивности лазера, временный или постоянный вред их зрению.

«Хотелось найти решение, которое не требовало бы полной реконструкции лобового стекла самолета, но вместо этого добавляло бы к нему слой, использующий существующую схему питания системы противообледенения лобового стекла», — говорит Даниэль Маурер, студент бакалавриата.

Вместо того, чтобы интегрировать защиту в само лобовое стекло, предыдущие подходы предполагали разработку опускающихся светофильтров лобового стекла или защитных очков, которые надевали бы пилоты во время взлета и посадки. Однако эти способы могут быть неудобны, поскольку в данном случае требуется, чтобы экипаж предпринимал эти меры предосторожности независимо от того, целится кто-нибудь в самолет лазером или нет. Еще более существенная проблема заключалась в том, что эти методы работали только для лазерного излучения с определенной длиной волны. «Не получается блокировать все, — говорит Маурер. — Эти способы обычно работают против зеленых лазеров, которые чаще всего используются для атак».

Чтобы разработать новый подход к решению проблемы, исследователи воспользовались качествами жидких кристаллов — материалов с характеристиками в диапазоне между свойствами жидкостей и твердых кристаллов, которые находят применение в электронных дисплеях. Команда поместила раствор жидких кристаллов под названием N— (4-метоксибензилиден) -4-бутиланилин (MBBA) между двумя стеклами размером в 6,5 квадратных сантиметров. MBBA имеет прозрачную жидкую фазу и непрозрачную кристаллическую фазу, которая рассеивает свет. Подавая напряжение на аппарат, исследователи заставили кристаллы расположиться в соответствии с электрическим полем и сменить фазовое состояние на твердое кристаллическое.

Выстроенные таким образом кристаллы блокировали до 95 процентов лучей красного, синего и зеленого цвета за счет сочетания рассеяния света, поглощения энергии лазера и кросс-поляризации. Жидкие кристаллы могли блокировать лучи лазеров различной мощности, проходящие разное расстояние от источника и попадающие на лобовое стекло под разными углами.

При этом система была полностью автоматизирована: фоторезистор обнаруживал лазерное излучение, затем включалось питание. При отсутствии лазерного луча питание автоматически отключалось, и жидкие кристаллы возвращались в свое прозрачное жидкое состояние.

«Целью является блокировка только того места, где лазер попадает на лобовое стекло, с возможностью быстрого возвращения стекла в нормальное состояние после того, как луч лазера исчезнет», — отмечает Келехер. Остальная часть лобового стекла, на которую не попадает луч лазера, всегда остается прозрачной.

Теперь, когда исследователи показали, что их идея работает, они планируют увеличить размер образцов с кусочка стекла размером в 6,5 квадратных сантиметров до полноразмерного лобового стекла самолета. Первоначальные результаты показали, что сенсорная сетка на стеклах размером в 13 квадратных сантиметров будет реагировать только в освещенной лучом зоне стекла. Команда также тестирует различные типы жидких кристаллов, чтобы найти еще более эффективное и универсальное средство, которое бы могло еще быстрее возвращаться в исходное прозрачное состояние после прекращения воздействия лазера.