[AR] Re: [AR] Re: Liquid Lasers? was Re: Re: Hypersonics have finally arrived

  • From: "Michael Kelly" <dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx> (Redacted sender "mskellyrlv" for DMARC)
  • To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Sun, 25 Oct 2020 22:37:40 -0000

This is puzzling to me, since combustion-driven gas dynamic lasers have been 
around since the early 1970s.  When I was doing student labor at Purdue, the 
guy who became my MSME major professor had me make his huge vacuum facility 
operational so that he could finally get his GDL running (he never did, as far 
as I know).  But he had the nozzle array for it, built by Bell Aerospace.  It 
was about a foot long, and an inch and a half square.  Its design power was 
5,000 watts, CW.  It would be no trick to build a 150 kW GDL for aircraft use, 
burning Jet-A along with a little water and helium injection - and no cooling 
issues at all.  And it certainly wouldn't weigh as much as what they're talking 
about here.

On October 24, 2020 at 10:28 PM, ken mason <laserpro1234@xxxxxxxxx> wrote:


This technology may very well be sequestered, I haven;t seen so much as a 
diagram or illustration to better visualize what is going on.
This could be the breakthrough that turns lasers from fantasy/toy to a 
practical device. An order of magnitude weight reduction is not trivial.
I suspect the cooling they talk about is inside the mirad of laser pump diodes. 
Photon coupling efficiencies between the 808nm pump and 
808nm absorption band in the fiber laser medium which has an extremely high 
surface area to volume ratio easy to cool convectively and conductivity.
I've read articles about etching micro cooling passages in these laser diodes 
increasing cooling efficiency and power density. I just don't see where the 
rectivive index matching comes into the picture. How does the coolant get in 
the lasing cavity, the resonator is usually directly attached to the crystal.
Keep looking for technical briefs coming out of some research lab. I'm excited.


K


On Sat, Oct 24, 2020 at 10:55 AM Henry Vanderbilt <hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx> 
wrote:

Another interesting question: Is the solid lasing element fiber optic, or 
something else?


On 10/24/2020 12:57 AM, ken mason wrote:

"Not clear if the coolant actually takes part in the lasing, or simply doesn't 
interfere with it, though the latter seems implied."
If it were the former then it may be analogous to a dye laser so double your 
pleasure, nothing wasted, sounds almost too good to be true.
I still need a diagram to see the configurations of all the components and 
coolant paths.



K


On Fri, Oct 23, 2020 at 12:10 PM Henry Vanderbilt <hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx> 
wrote:

https://spectrum.ieee.org/tech-talk/aerospace/military/fiber-lasers-face-a-challenger-in-laser-weapons

And now a new contender for high-power defense apps - "liquid lasers".  General 
Atomics is working on them.  Per this article, these are apparently solid-state lasers 
with liquid cooling passages through the lasing medium.  Coolant is carefully matched for 
refractive index with the solid medium, and coolant flow is managed to avoid turbulence.  
Not clear if the coolant actually takes part in the lasing, or simply doesn't interfere 
with it, though the latter seems implied.

Also mentioned that they're shooting for a ballpark couple hundred kilowatts output for 
useful weapon applications, at lasing-device mass on the order of 5 kg/kw output.  (A 
DARPA goal of 150kw output at 750kg mass is mentioned for "a fighter jet", 
presumably a F-35.)

Also mentioned that apparently they can usefully combine the output of multiple 
individual devices, which implies very good phase control.  Also implied that 
the same is true of fiber optic lasers.  With limits (in both cases?) on how 
many devices can be usefully combined.  Mike Griffin Congressional testimony is 
mentioned in this regard.

They also mention "a high-density modular high-power lithium-ion battery system able 
to store three megajoules of energy", presumably to allow periods of high-power 
laser operation in between longer periods of charging from lower-power continuous 
sources.  These might actually have rocketry applications, for running pumps, depending.

Henry




On 10/15/2020 3:38 PM, Henry Vanderbilt wrote:

Bill,

I'm sure they're electrically-powered continuous-wave lasers that are being reported on 
as in field-test in the tens of kilowatts power range.  If I was sure they were diode 
lasers however, I wouldn't have phrased that part "I presume".  It's been a 
while since I followed the technology closely.

I suspect Ken/Roxanna has it right; the technology involved is likely fiber 
optic lasers.  Which on hasty reading-up, can be pumped with diode emitters, so 
at least I'm not totally off base.

My understanding is that Free Electron Lasers are pulsed, not continuous 
output.  And my impression is that while they're still being looked at for 
defense apps, they're not the frontrunner these days.  To the extent one can 
trust an impression of an inherently sensitive subject gained purely from 
reports in the open press, of course.

Henry


On 10/15/2020 3:06 PM, William Claybaugh wrote:

Henry:


You sure those are diodes?  All the one’s I’ve seen were FEL’s.


Bill


On Thu, Oct 15, 2020 at 2:59 PM Henry Vanderbilt <hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx> 
wrote:

Apply a potential difference to a conductive material, and you'll get a net migration of 
electrons along the potential direction.  "electric".

Oh, you wanted something more specific than that?  :-)  Current public reports 
of tests and prototypes seem to cluster around what I presume are diode lasers 
with continuous outputs in the tens of kilowatts range, mounted with 
appropriate pointing and beam-forming on ships, aircraft, and large ground 
vehicles.  Some stories give the impression that the customers think another 
order of magnitude of reliable power output (in the hundreds of kilowatts) will 
give them a useful area defense against targets heavier than the small 
rockets/shells and small drones commonly mentioned as current test targets.


Henry


On 10/15/2020 1:48 PM, roxanna Mason wrote:

electric lasers these days. 
Elaborate on "electric"


Ken 



On Thu, Oct 15, 2020 at 1:41 PM Henry Vanderbilt <hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx> 
wrote:

Utility in evading missile defenses aside, one thing to keep in mind is, for 
certain targets - among them ships - payload fraction is less important.  A 
hypersonic impact delivers TNT-equivalent energy for the entire vehicle mass 
involved even with no actual warhead on board at around Mach 9, and the 
equivalent energy of a 25%-of-vehicle mass TNT warhead at Mach ~4.5.

Given that the main penetrating-defenses advantages seem to be maneuvering 
beyond an interceptor's ability to follow, and operating in atmosphere bands 
where the interceptor loses effectiveness, effective anti-missile beam weapons 
will likely negate much of those advantages and largely obsolete expensive 
hypersonics.  Which may well explain why USN (and USAF) seems very interested 
in electric lasers these days.

Henry


On 10/15/2020 2:23 AM, George Herbert wrote:

OT...
It’s not much of a secret I do missiles and nuclear proliferation research and 
analysis including threat systems analysis as a side job.

There are a few things you can do with hypersonic weapons.  You can approach 
targets in the inconvenient altitude and speed band where there’s too little 
lift for normal fins and too much for unstreamlined exoatmospheric 
interceptors.  Midcourse defense gets very difficult... You can change 
direction in hypersonic flight, allowing flightpaths avoiding defenses or 
attacking simultaneously from different directions, complicating defenses.  
Under some circumstances they can use trajectory changes in target approach to 
maneuver out of interceptor engagement envelopes after interceptor burnout.  
Against rapidly maneuvering targets there is a better target volume capability. 
 Under some circumstances the range is longer than a smaller ballistic 
trajectory Maneuvering Reentry Vehicle can do.

They are much more expensive and harder to do than maneuvering ballistic RVs.  
They can’t carry effective decoys, IR sensors see them thousands of kilometers 
away, and avoiding defenses has to be done essentially blind because they can’t 
credibly detect incoming interceptors with onboard sensors.

The payload fraction of ballistic RVs is about 0.5, of maneuvering RVs 0.3-0.4, 
of hypersonic glide weapons 0.2 or less and Hypersonic cruise weapons 0.1 or 
so.  For the same payload they’re tremendously larger missiles to start with, 
with corresponding ship, aircraft, submarine, truck, or silo capacity issues.

They make better sense as Chinese antiship Missiles than as US prompt 
conventional strike missiles.  The countries don’t have analogous needs.


-george


Sent from my iPhone


On Oct 14, 2020, at 10:19 PM, Troy Prideaux <troy@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx> wrote:



attracted a lot of attention and hype but had no military value

whatsoever.

(For the sponsoring nation, that is -- it had considerable value to their

enemies,

since it pulled desperately-scarce resources away from things that *did*

have

real military value.)  The recent hypersonics hype smells much the same to
me...

Henry

I guess the difference now is the "enemy/ies" are all on the same hypersonic
bandwagon.

Troy












Other related posts:

  • » [AR] Re: [AR] Re: Liquid Lasers? was Re: Re: Hypersonics have finally arrived - Michael Kelly