От метеоритов до вражеских боеголовок. В США создали систему, способную мгновенно определить, из чего состоит летящий объект

Вспышка от удара метеорита или перехваченной ракеты длится всего несколько микросекунд, но за короткий момент свет успевает выдать химический состав столкнувшихся материалов. Исследователи из Southwest Research Institute в США изучают такие вспышки с помощью высокоскоростной спектроскопии и считают, что метод может пригодиться в противоракетной обороне: по спектру можно попытаться определить, из каких материалов состоит перехваченная ракета и ее полезная нагрузка.

При ударе на высокой скорости часть энергии превращается в яркую вспышку. Свет содержит спектральные линии, по которым можно определить материалы цели, снаряда или полезной нагрузки. При падении метеорита или астероида похожий анализ может помочь ученым понять происхождение небесного тела.

Проект провели ведущий инженер подразделения механики SwRI Пабло Буэно и старший инженер-исследователь Роберто Энрикес-Варгас. Специалисты отработали методы, которые позволяют быстро и точно снимать спектр ударной вспышки. Задача сложная: при гиперскоростном столкновении световой сигнал обычно живет всего несколько микросекунд, поэтому приборы должны включаться почти мгновенно.

Для экспериментов команда использовала две двухступенчатые легкогазовые пушки SwRI. Установки разгоняют снаряды до скоростей, близких к ракетным ударам и столкновениям астероидов с поверхностью. Крупная система института достигает семи километров в секунду, имеет длину 22 метра и обычно применяется в баллистических испытаниях.

Чтобы поймать точный момент удара, Буэно и Энрикес-Варгас разработали лазерную систему запуска измерений. Схема определяет столкновение с точностью до 100 наносекунд, то есть до одной десятимиллионной доли секунды. Без такой синхронизации спектрометр может не успеть снять нужный световой сигнал.

Испытания показали, что толщина цели, давление и состав атмосферы заметно меняют вид вспышки. Более толстые мишени давали более яркий и долгий световой сигнал. Повышенное давление расширяло спектральные линии, а нагретые материалы при ударе вели себя иначе, чем образцы комнатной температуры.

Исследователи изучили спектры, которые материалы испускали под действием сильного нагрева и давления во время столкновения. Такой подход позволяет определить вещества, присутствующие в зоне удара, а также проверить, как скорость снаряда, давление и состав воздуха влияют на яркость и ширину спектральных линий.

По итогам работы команда получила основу для дальнейших испытаний с разными материалами и условиями. Следующий шаг - расширить набор экспериментов, чтобы по короткой вспышке можно было надежнее определять, что именно столкнулось на высокой скорости.