Laservåpen trenger værvarsling

50 målinger i sekundet

Inne på et rom i toppen av bygningen sjekker forsker Andreas Schiller strømmen av data fra innretningen. Han driver et nybrottsarbeid som er helt avgjørende for at Forsvarets framtidige laservåpen skal kunne treffe blink.

– Denne dingsen gjør 50 målinger i sekundet. På bare ti minutter har den målt vind og temperatur 30 000 ganger, forklarer Schiller.

Siden november 2025 har anemometeret stått på uavbrutt, for å fange opp atmosfæriske hemmeligheter på mikronivå.

Nå har Schiller samlet kunnskapen om temaet i den nye FFI-rapporten «Laserstråling gjennom turbulent atmosfære».

Når lufta blir en fiende

Hvorfor trenger vi å vite hvor mange mikrograder en temperatur endrer seg i hundredelene av et sekund? Svaret ligger i hvordan lys oppfører seg i lufta.

Når du ser hildring ved havet eller flimmer over varm asfalt, hvilket fenomen er det da du egentlig ser på? Jo, da kan du med egne øyne studere hvordan temperaturforskjellene gjør at lys brytes i luft. Dette flimmeret er et kritisk hinder for et laservåpen. Husk: Våpenet skal levere en intens energistråle over flere kilometer. Lufta kan være i veien for å gi ønsket effekt.  Denne turbulensen er dessuten lite stabil, tvert imot er den i konstant forandring.

– Tilfeldige variasjoner i lufta fungerer som om det var tusenvis av små, usynlige linser som bøyer av lyset, sier Schiller.

– Temperaturen er avgjørende. Den er direkte knyttet til lufttettheten. Hvis vi ikke har kontroll på dette, blir laserstrålen «smurt utover» i stedet for å brenne hull i for eksempel en drone. Det er dessuten klart at laseren fungerer dårlig i tåke, eller når det regner og snør. Også her hjelper værvarsling!

«Hører» varmen med ultralyd

Apparatet han har på taket har ingen bevegelige deler. I stedet bruker det høyfrekvent lyd – ultralyd – som sendes mellom tre vinkelrette armer. Siden lydens hastighet endrer seg med temperaturen, kan Schiller bruke lydbølgene som et ekstremt følsomt termometer.

– Et vanlig termometer reagerer altfor tregt. Vi trenger denne store oppløsningen for å måle det vi kaller det stokastiske temperaturfeltet. Vi måler brøkdeler av kulde- og varmegrader, forklarer han.

Den nye rapporten hans viser at forskerne er spesielt nøye med å luke ut støy. Ved å bruke avansert matematikk, såkalt spektralanalyse, kan de se forskjell på ekte luftbevegelser og elektrisk støy i apparatet.

Det er som å prøve å lytte etter en hvisking i en storm: Du må vite nøyaktig hvilke frekvenser du skal lytte etter.

Fra en til ti kilometer med KI

Målet med denne forskningen ved FFI er å kunne forutsi nøyaktig hvor effektiv en laser vil være under alle slags forhold. Uten kontroll på turbulensen kan rekkevidden fort være begrenset til én kilometer. Med riktig kunnskap kan våpenet ha effekt over både fem og ti kilometers avstand.

– Her kan kunstig intelligens (KI) være nyttig. Ved å trene opp en modell på alle værdataene vi har samlet inn, både fra Yr, vindmålere og våre egne sensorer, kan vi lage et værvarsel for lasere. Da vet vi mye mer nøyaktig når våpenet er mest effektivt, vinter som sommer, sier Schiller.

Skummel sommerluft

Årstidene er en sentral faktor. Vel er det slik at atmosfæren alltid er mer og mindre kaotisk. Likevel er det om sommeren, når sola steiker skikkelig, at turbulensen er på sitt kraftigste. Det betyr at laservåpen kan ha kortere rekkevidde på en varm solskinnsdag enn i bitende vinterkulde.

Problemet med turbulens er både gammelt og velkjent. Astronomer som skal kikke på stjernehimmelen med kraftige teleskop vet mye om dette. En løsning er adaptiv optikk, det vil si styrbare speil som korrigerer for luftforstyrrelser i sanntid. Men slike løsninger er ikke fullgode.

En frossen atmosfære

For å kunne regne ut hvordan turbulensen påvirker laseren, anvender Andreas Schiller og andre forskere en teori som kalles «Taylors hypotese». De later rett og slett som om atmosfæren er «frossen». En ser for seg at turbulensen er som en stor, usynlig blokk med mønstre som blåser forbi måleinstrumentet i en bestemt fart. Ved å måle disse mønstrene over tid kan forskeren forutsi hvordan laserstrålen vil bli påvirket.

– Vi kan altså ikke bare sikte og skyte? Hvorfor må vi vite temperaturen så nøyaktig?

– Fordi selv små temperaturforskjeller fungerer som de nevnte små linsene i lufta. De bøyer og sprer lys, også laserlys. Hvis vi ikke vet nøyaktig hvor mye turbulens det er, vil strålen slutte å være en sylskarp prikk som brenner hull i for eksempel styresystemene til en fiendtlig drone, sier Andreas Schiller.

– Et mål for forskningen er å kunne forutsi denne turbulensen. Hvordan skal dere klare å få til en slik værvarsling?

– Nå har vi samlet inn data i nesten et år. Ved å bruke maskinlæring og fysiske modeller håper vi å se sammenhenger mellom vanlig vær, som sol og vind, og denne mye mindre synlige turbulensen. Da kan vi for eksempel vite når på dagen laservåpenet vil fungere best.

– Kan vi bruke denne kunnskapen til noe mer enn bare våpen?

– Absolutt! All kommunikasjon som bruker lys, altså alle optiske systemer, blir påvirket av turbulens. Kunnskapen vi bygger opp her kan brukes til alt fra bedre satellittkommunikasjon til mer nøyaktige målinger av miljøet.

Ikke popkorn-tema

Det er grunn til å tvile på at anemometere og tilhørende teknologi noen gang får hovedrollen i stjernekrig-universet, gitt også at det meste av krigføringen her skjer i verdensrommet. Dessuten er teknologien både usynlig og kompleks. Med andre ord er dette neppe noe for et popkornspisende publikum.

Målet med arbeidet til Andreas Schiller og mange andre forskere er likevel enkelt: Å bidra til at laservåpen blir mest mulig effektive. Når operatørene i Forsvaret trykker på knappen, skal strålen i et laservåpen treffe akkurat der den skal og med den ønskede effekten.

Ved hjelp av teorier om «frossen luft» og hypermoderne måleutstyr på et tak på Kjeller, er FFI i ferd med å knekke en av de viktige kodene for framtidas luftvern.

Snart er det bare å vente på værmeldingen.