Armi ad energia diretta. Dalle onde acustiche ai sistemi laser.
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Le armi a energia diretta non appartengono più alla fantascienza, sono ormai una realtà che promette di rivoluzionare la guerra moderna come fece in passato la polvere da sparo nell’era delle armi bianche. Tra non più di dieci anni, le armi a energia diretta cambieranno radicalmente la natura delle guerre in molti scenari geopolitici. I dispositivi saranno di tipo aereo, navale e terrestre. Avranno capacità di ingaggio selettive e istantanee; agiranno contro bersagli multipli con un’autonomia sconosciuta alle armi convenzionali, presentando inoltre costi unitari, rispetto a queste ultime, assai inferiori. In questo volume vengono esposte, con tutti i relativi dettagli tecnici che le contraddistinguono, tutte le tipologie di arma a energia diretta attualmente disponibili presso uno degli eserciti più potenti al mondo: quello degli Stati Uniti d’America. Si partirà quindi dalle armi a radiofrequenza, per arrivare a quelle a onde sonore, passando per le armi laser di ultima generazione: un excursus volutamente scevro da considerazioni etiche o giuridiche sull’utilizzo di queste armi.
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- 1. Fausto Intilla ARMI AD ENERGIA DIRETTA Dalle onde acustiche ai sistemi laser (LaWS) Immagine di copertina ideata dall’autore. L’autore si dichiara disponibile a regolare eventuali spettanze, per gli stralci di alcuni articoli (ed immagini) riportati in questo volume, qualora questi ultimi fossero coperti da copyright.
- 2. Indice Introduzione….…………………………………………………. Armi a raggio elettromagnetico……………………………….… - Generalità dei sistemi d’arma ad energia diretta………... - Armi a radiofrequenza (Active Denial System, Silent Guardian Protection System, Silent Guardian SG-R50, Vigilant Eagle Airport Protection System, Bofors HPM Blackout, EL/M-2080 Green Pine, EL/M-2080S Super Green Pine, Radar AESA, Radio-Frequency Vehicle Stopper)............................................................................. - Armi Laser (Laser a stato solido, Il sistema Zeus-Hlons, JHPSSL Laser, Maritime Laser Demonstration, Laser a liquidi, High Energy Liquid Laser Area Defense System, Laser chimici, Mid-Infrared Advanced Chemical Laser, Laser Weapon System, Tactical High-Energy Laser, YAL-1 Airborne Laser, Fucile PHASR)………..…………………… Armi a raggio particellare……………………………………….. - Armi ad energia pulsata (Pulsed Energy Projectile)…….. - Armi al plasma (Electrolaser).………………….……….. Armi ad onde acustiche…………………………………………. - Generalità delle armi acustiche…………………………. - Armi acustiche udibili (Long-Range Acoustic Device)… - Armi acustiche non udibili (Armi ad ultrasuoni, Armi ad infrasuoni)………………………………….……………. Riflessioni del Colonnello Rosario Castello…….......................... - Riflessioni sull’utilizzo delle armi non letali (Premessa / Tecnologia, applicabilità, vantaggi e svantaggi / L’effetto mediatico / Operazioni di ordine pubblico / Natura delle armi e disciplina giuridica / Conclusioni).
- 3. Appendice……………………………………………………….. Bibliografia……………………………………………………… Sitografia………………………………………………………… “Non si può dire che la civiltà non avanza, però, perché in ogni guerra ti uccidono in un modo nuovo”. Will Rogers "La connessione tra fisica e politica è la tecnica. La politica si basa sulla potenza, la potenza si basa sulle armi, e le armi sulla tecnica". Max Born
- 4. Introduzione Per migliaia di anni il modo di uccidere esseri umani ed altre specie animali, è sempre stato basato sull’azione di colpirli con oggetti dotati di massa e di una certa energia cinetica: in tempi assai remoti con una spada, una lancia, una freccia o qualsiasi altro oggetto affilato e appuntito, in grado di tagliare la pelle e penetrare nel corpo; in tempi più recenti invece (a partire dalla prima metà del XIV secolo) con pallettoni di piombo e in tempi recentissimi (a partire dagli ultimi anni del XIX secolo), con pallottole incamiciate (comunemente usate ancora oggigiorno). Si tratta in tutti questi casi di una forza cinetica, che uccide colpendo il bersaglio. Oggi invece ci troviamo di fronte ad un principio completamente nuovo, applicato all’atto di uccidere; e la gente potrebbe non rendersi conto di rischiare di essere uccisa, perché i corpi vengono colpiti da microonde ad alta energia o da raggi laser che hanno un effetto immediato. Ma esistono anche armi ancora più evolute, che hanno numerose caratteristiche in comune con i laser: si tratta delle armi al plasma e ad impulsi (disponibili in due versioni: letale ed inabilitante; in questo secondo caso quindi, simili, in quanto ad effetti diretti sui corpi dei soggetti colpiti, a molte tipologie di arma a microonde). Vi sono inoltre armi acustiche, che sono principalmente non letali; si tratta di una tecnologia già nota durante la Seconda Guerra Mondiale agli scienziati tedeschi, ma mai utilizzata in battaglia. Le armi ad energia diretta non appartengono più alla fantascienza, sono ormai una realtà che promette di rivoluzionare la guerra moderna come fece in
- 5. passato la polvere da sparo nell’era delle armi bianche. Bisogna considerare però, che il loro punto di forza costituisce anche la loro principale debolezza: senza energia questi strumenti sono del tutto inutili contro le classiche armi ad energia cinetica. Per questo motivo le potenze mondiali interessate al loro sviluppo le concepiscono come complementari agli armamenti tradizionali nell’ambito di un sistema difensivo stratificato. Inoltre, il loro vantaggio sembra essere legato a uno scenario di guerra asimmetrica, annullato in caso di ostilità tra forze tecnologicamente avanzate. Tra non più di dieci anni, le armi ad energia diretta cambieranno radicalmente la natura delle guerre, in molti scenari geopolitici. I dispositivi saranno di tipo aereo, navale e terrestre (se non addirittura spaziale; ma forse per questo genere di dispositivi bisognerà attendere qualche anno in più). Avranno capacità d’ingaggio selettive e istantanee; agiranno contro bersagli multipli con un’autonomia sconosciuta alle armi convenzionali (presentando inoltre costi unitari, rispetto a queste ultime, assai inferiori). Le nuove armi ad energia diretta, offrono inoltre (potendo scegliere la potenza dei colpi a seconda delle necessità del momento) delle capacità reostatiche di tutto rispetto, fino a pochi anni fa del tutto inimmaginabili. Usate ad alta potenza, le armi ad energia diretta possono abbattere missili ed aerei, distruggere veicoli corazzati terrestri, nonché droni in volo di qualsiasi tipo e dimensione. L’americana Boeing ha un grande interesse nel settore e ha messo in piedi una divisione aziendale per ricercare, sviluppare e integrare laser mobili contro obiettivi aerei e terrestri. Paradossalmente comunque, a preoccupare di più non sono le armi ad energia diretta totalmente distruttive, bensì quelle “inabilitanti” (ad effetto momentaneo). Infatti, l’introduzione di qualsiasi innovazione tecnologica non deve far dimenticare che il dispiegamento sul teatro operativo di armi non letali, può comportare conseguenze non sempre prevedibili. Secondo un responsabile dell’associazione Human Right Watch, “è molto semplice vedere e comprendere gli effetti di un’arma da fuoco;
- 6. ma quando non puoi vedere gli effetti di un’arma perché questi non sono visibili, perché la tecnologia dell’arma utilizzata è troppo nuova per essere compresa del tutto, vi sono allora tutte le condizioni che permettono l’insorgere di violazioni dei diritti umani e di abusi. I sistemi creati appositamente per indurre dolore negli individui (sistemi inabilitanti), rappresentano qualcosa di molto diverso da quanto accade con la maggior parte delle altre armi non letali; laddove l’obbiettivo è immobilizzare la gente o evitare l’accesso ad una determinata area. Su questo punto bisogna stare molto attenti, poiché in seno alla legislazione internazionale esistono delle indicazioni molto precise: qualsiasi dispositivo studiato e costruito unicamente per creare dolore, può eventualmente diventare uno strumento di tortura. È quindi fondamentale che gli Stati Uniti, stilino un accurato studio legale sul raggio del dolore, rendendo pubbliche tutte le informazioni. Oggi sono coperte dal segreto militare”. Per quanto riguarda l’impiego di armi inabilitanti a microonde (il cosiddetto “raggio del dolore”), recenti studi hanno inoltre dimostrato che indirizzando tali radiazioni elettromagnetiche verso soggetti deboli (bambini, ammalati ed anziani), vi è la forte possibilità di causare in essi, danni oculari permanenti. In un’intervista risalente a circa dieci anni fa (attorno all’anno 2005), l’ex colonnello dell’esercito statunitense John B. Alexander (ora in pensione), profetizzò ciò che oggi è divenuto realtà (nelle zone calde del Medio Oriente), con le seguenti parole: “Secondo me il prossimo conflitto mondiale è già iniziato, nonostante non ve ne sia piena consapevolezza. A causa del terrorismo, sarà difficile distinguere tra combattenti e popolazione civile; per cui vi è la necessità di utilizzare armi che ci consentano di minimizzare le vittime innocenti. In futuro, penso che saranno sempre più le zone urbane e non le classiche aree militarizzate, a diventare campi di battaglia”. Ma già qualche anno prima (nel 2003), il rapporto “Urban Operations in the Year 2020”, sviluppato da un organismo della NATO denominato The Research and Technology Organisation
- 7. (RTO), profetizzava degli scenari simili a quelli ipotizzati dall’ex colonnello John B. Alexander. Il documento in questione era già stato preceduto, nel 1999, da un’analisi sull’evoluzione dei conflitti locali (“Land Operations in the Year 2020”), dove s’invitavano le forze della NATO a sviluppare conoscenze e a variare le proprie forme d’ingaggio militare adeguandosi all’estrema mutabilità degli scenari possibili, ormai molto spesso di natura urbana, nonché aprendosi alle nuove opportunità tecnologiche. Nel documento del 2003 (della RTO), in alcuni passaggi si dichiara che: “Lo spazio di battaglia dell’anno 2020 sarà variabile in densità, non-lineare e più disperso. Sarà di natura cellulare, multidirezionale e sempre più determinato da elementi aerei e spaziali che si trovano al disopra del campo di battaglia. L’ambiente urbano sarà l’ambiente di conflitto più difficile, ma allo stesso tempo il più probabile”. Sempre in questo documento inoltre, le seguenti branche tecnologiche vengono considerate d’importanza cruciale: “Le tecnologie elettriche ad alta potenza, le armi ad energia diretta, le tecnologie informatiche, le tecnologie delle telecomunicazioni, le tecnologie per la guerra elettronica e dell’informazione, i dispositivi elettronici, la biotecnologia, le tecnologie delle strutture e dei materiali, i fattori umani e le interfacce uomo-macchina, le tecnologie d’attacco di precisione, l’automatizzazione e la robotica”. Come ha giustamente osservato di recente il giornalista e scrittore italiano Marcello Foa: “Le guerre condotte negli ultimi 13 anni non hanno portato pace e nemmeno libertà e prosperità, ma crescente instabilità, morte, povertà e caos. La guerra in Afghanistan non è stata risolutiva, quella in Iraq nemmeno: anzi il Paese sta molto peggio rispetto all’era Saddam (il Maghreb era molto più stabile quando c’erano i Mubarak, i Ben Ali e persino Gheddafi, considerato che la Libia vive in uno stato di guerra tribale permanente). La Siria prima era una garanzia di stabilità per la regione nonché un alleato prezioso degli stessi Stati Uniti nella lotta al terrorismo. Dopo è diventato un regime diabolico da abbattere ad ogni costo. L’esempio dell’Iraq è
- 8. paradigmatico. Saddam odiava i fondamentalisti e rifiutava qualunque collaborazione con Bin Laden. L’Iraq di oggi à la nuova terra promessa, anzi il nuovo Califfato del peggior integralismo islamico. Le ultime guerre americane non hanno mai risolto il problema, semmai lo hanno peggiorato. A cosa sono servite davvero? E quale sarà l’effetto finale di quella appena iniziata contro l’Isis?”. Lo scenario geopolitico attuale, è dunque ancora peggio di quello che si poteva immaginare solo una decina di anni fa; ed è proprio in questo scenario, che con molta probabilità verranno sperimentate le più evolute armi tecnologiche in dotazione all’esercito degli Stati Uniti (e forse anche a qualche altro Stato alleato, contro la lotta al terrorismo), in operazioni militari mirate, atte a provocare il minor numero possibile di “danni collaterali”. Il tempo per testare tutte le armi di ultima generazione (chiamate anche di “quarta generazione”), non mancherà di certo; visto che quella contro il terrorismo, si prospetta, per l’intero Occidente, una guerra piuttosto lunga (per non dire interminabile).
- 9. ARMI A RAGGIO ELETTROMAGNETICO Generalità dei sistemi d’arma ad energia diretta Un’arma ad energia diretta (nell’acronimo inglese: DEW - Directed-Energy Weapon), emette dell’energia altamente concentrata, trasferendola ad un bersaglio col fine di distruggerlo, danneggiarlo o di renderlo per breve tempo inattivo (nel caso di dispositivi elettronici). Ma vi è anche il caso in cui tali armi vengono indirizzate direttamente contro dei bersagli umani (o di altre specie animali), e quando non sono letali, vengono definite: inabilitanti. Le potenziali applicazioni, per queste nuove tecnologie, includono i sistemi di difesa antiuomo, quelli di difesa aerea e missilistica (distruzione/inabilitazione di aerei caccia, droni o missili), i sistemi di difesa navale e terrestre (distruzione/inabilitazione di veicoli corazzati leggeri; quali automobili, camion, furgoni e in campo navale, di piccole imbarcazioni o di altri veicoli di superficie di piccole dimensioni), ed infine anche i sistemi di difesa elettronici/informatici (distruzione/inabilitazione di computer, telefoni cellulari, stazioni radio, etc.). L’energia, generalmente, viene trasferita al bersaglio sotto varie forme; se ne distinguono principalmente tre: - La radiazione elettromagnetica (che include le radiofrequenze, le microonde, i laser e i maser);
- 10. - La radiazione particellare (tecnicamente una forma d’arma a “micro-proiettili” d’energia pulsata); - Le onde acustiche (nelle armi ad onde sonore). Le armi ad energia diretta (DEW) possono essere usate sopra o sotto lo spettro (alta o bassa frequenza) della luce visibile, risultando dunque invisibili ad occhio nudo. La loro intensità in alcuni casi può essere talmente elevata, da permettere al raggio di perforare addirittura la materia più solida (pannelli di ferro, acciaio, titanio, etc.). Armi a radiofrequenza Le armi a radiofrequenza (RF), in genere sono piuttosto semplici e a bassa tensione; dunque disponibili anche tra le forze armate meno evolute, da un punto di vista tecnologico. Queste armi utilizzano l’energia elettromagnetica su frequenze specifiche (ma sempre nella gamma delle RF), per disabilitare dei sistemi elettronici/informatici. Il principio è simile a quello delle armi a microonde ad alta potenza (HPM); generalmente molto più sofisticate e utilizzate dunque quasi esclusivamente dalle superpotenze, in grado di gestirne i costi di progettazione e sviluppo, molto più alti rispetto a quelli relativi ai sistemi basati sulle RF. La gamma di frequenze relative all’intero spettro elettromagnetico, va da circa 102 Hz, fino a più di 1025 Hz (in altre parole, da circa 100 cicli al secondo fino ad oltre 10 milioni di trilioni di cicli al secondo). Dalle basse frequenze fino a circa 1010 Hz, si ha la gamma delle onde radio lunghe, delle onde radio corte e delle microonde. Questa tipologia di onde è implicata nelle trasmissioni radiofoniche e televisive, nelle comunicazioni di telefonia mobile, nei radar e in molte altre forme altamente specifiche di trasmissione (come ad esempio nei sistemi apri-porta delle autorimesse o nei monitor utilizzati per la sorveglianza dei neonati in ospedali e abitazioni private). Negli Stati Uniti, a causa della regolamentazione emanata dalla Federal Communications Commission (FCC), le onde a
- 11. modulazione di ampiezza (AM) vengono diffuse attraverso una gamma di frequenze che va da 535 kHz, fino a 1,7 MHz. La FCC ha assegnato la gamma che va da 5,9 MHz a 26,1 MHz, alle onde radio corte; mentre la gamma che va da 26,96 MHz a 27,41 MHz, è assegnata alle bande radio dei cittadini (CB). Al di sopra di queste gamme di frequenza, vi sono le onde a frequenza molto elevata (VHF – Very High Frequency), che vanno da 30 MHz a 300 MHz e vengono utilizzate per le trasmissioni di vari canali televisivi. La banda compresa tra 88 MHz e 108 MHz è utilizzata per le trasmissioni radiofoniche in FM, quella tra 108 MHz e 118 MHz è riservata ai VOR aeronautici e infine, le frequenze comprese tra 118 MHz e 136 MHz, sono occupate dalle comunicazioni aeronautiche. Sopra queste frequenze, si arriva alla fascia delle onde UHF (Ultra High Frequency), che vanno da 300 MHz a 3 GHz. Questa fascia viene utilizzata in diversi servizi di comunicazione, per la trasmissione di molti canali televisivi, nella telefonia cellulare, nelle reti wireless, nonché nei forni a microonde domestici (viene inoltre utilizzata per comunicazioni aeronautiche militari). Salendo ancora di frequenza, si arriva alla gamma delle onde SHF (Super high frequency), che vanno da 3 GHz a 30 GHz e a quella delle onde EHF (Extremely high frequency), che vanno da 30 GHz a 300 GHz. Oltre le onde EHF, la radiazione elettromagnetica è considerata luce infrarossa inferiore (o lontana), meglio nota come radiazione Terahertz. Si tratta della più alta banda di frequenze radio. Queste frequenze (EHF) vengono utilizzate, insieme alle SHF, per le trasmissioni satellitari militari. Buona parte dello spettro delle microonde fa parte di questa banda. Sebbene si tenda a considerarle separate dalle radioonde, le microonde sono comprese nelle parti UHF, SHF ed EHF dello spettro radio, presentando comunque delle caratteristiche specifiche dovute alla loro alta frequenza (il confine tra le microonde e le gamme di radiazioni vicine non è infatti netto e può variare a seconda dei diversi campi di studio).
- 12. Negli Stati Uniti, la regolamentazione della FCC è necessaria a garantire una certa privacy, nonché una certa sicurezza nella diffusione e ricezione di onde radio destinate al grande pubblico oppure all’uso privato di singoli cittadini. Se una stazione trasmittente o ricevente, opera al di fuori della gamma di frequenze che le sono state assegnate, si possono intercettare comunicazioni private o compromettere potenzialmente le trasmissioni altamente sensibili. Tra le più sensibili per quanto concerne la sicurezza, vi sono le comunicazioni tra le cabine di pilotaggio degli aerei e le torri di controllo aeroportuali; che potrebbero portare a gravi conseguenze, se perturbate anche per pochi secondi. Le armi a microonde ad alta potenza, hanno una tensione ed un’intensità talmente elevate da essere in grado di spegnere i sistemi informatici di un aereo così a lungo, che un pilota potrebbe ritrovarsi plausibilmente a non essere più in grado di gestire correttamente la rotta del suo velivolo; rischiando quindi di schiantarsi. Con un’arma a radiofrequenza (RF), l’intensità del segnale è minore rispetto a quella di un’arma a microonde ad elevata potenza; ma se il segnale viene diretto adeguatamente su un bersaglio ben preciso, potrebbe potenzialmente disturbare i sistemi di comunicazione degli aeromobili sufficientemente a lungo, da causare dei possibili incidenti in quota, con altri aerei. Un’arma a RF, potrebbe causare il reset dei computer di bordo di un aereo, o spegnere dei sensori di sicurezza, dei sistemi di navigazione, di registrazione dati o di controllo. Un sufficiente numero di errori in tali componenti di volo molto sensibili (specialmente nei velivoli altamente computerizzati di oggi), potrebbe quindi portare a delle conseguenze piuttosto spiacevoli. E sono proprio le preoccupazioni per le interferenze RF, a dettare il divieto sugli aerei di linea, di utilizzare telefoni cellulari, radio, computer portatili ed altri dispositivi elettronici che emettono o assorbono onde RF, nelle fasi di preparazione al decollo e in quelle di atterraggio. Tali sistemi relativamente deboli e innocui, potrebbero interferire con le comunicazioni di volo in momenti molto delicati, di vitale importanza. Si può
- 13. dunque facilmente immaginare il danno che potrebbe essere fatto da dei terroristi male intenzionati, con dei sistemi RF molto più potenti e diretti verso precisi dispositivi di bordo degli aerei presi di mira. In aggiunta ai pericoli delle armi a RF, vi è inoltre il fatto che potrebbero potenzialmente essere azionate da terra, consentendo così ad eventuali terroristi di agire in modo più celato e soprattutto di evitare l’inutile sacrificio della vita dei loro affiliati (che in un attentato eseguito in loco, morirebbero anch’essi). Inoltre, le armi a RF, come la maggior parte degli altri strumenti utilizzati nelle “guerre elettromagnetiche”, risultano essere “pulite”; il che significa che a differenza delle armi convenzionali balistiche, sono quasi introvabili. Le comunità scientifiche e militari hanno iniziato a conoscere gli effetti potenzialmente dannosi delle radiofrequenze (RF), dopo l’avvento del radar. Durante la guerra del Vietnam, nel luglio del 1967, alcuni ingegneri determinarono che l’energia del radar principale della USS Forrestal1 , provocò un’esplosione devastante penetrando in una schermatura difettosa di un missile aria-aria montato su un F-4 Phantom II2 . Nell'incidente morirono 134 marinai e ci vollero ben sette mesi per eseguire tutte le riparazioni necessarie. Anche dopo questa vicenda, gli Stati Uniti effettuarono solo dei minimi sforzi nell’esplorazione di questo fenomeno per uso militare (tranne nella ricerca di base). Tuttavia, a quell’epoca, l’Unione Sovietica stava conducendo le proprie ricerche nel campo delle armi a radiofrequenza, già dal 1949. Verso la fine degli anni ’70, i russi arrivarono così ad un 1 La USS Forrestal (CV-59) fu la prima nave dell'omonima classe. Contribuì molto all'evoluzione delle portaerei, poiché su di essa vennero applicate concezioni nuove. Benché a propulsione convenzionale, presentava dimensioni enormi per l'epoca: 80’000 tonnellate a pieno carico. 2 Il McDonnell Douglas F-4 Phantom II è un cacciabombardiere supersonico biposto a lungo raggio, progettato e prodotto a suo tempo dall'azienda statunitense McDonnell Douglas nei primi anni sessanta. Divenuto nel corso della sua lunga vita operativa una delle icone della superiorità aerea americana durante la Guerra del Vietnam e nel periodo della Guerra fredda, è ancora in servizio presso molte forze aeree.
- 14. notevole progresso nel campo delle armi basate sulla tecnologia RF e su quella a microonde (MW); di conseguenza, nel 1983, il presidente americano Ronald Reagan annunciò la sua Iniziativa di Difesa Strategica (SDI - Strategic Defense Initiative; comunemente nota in molti Paesi europei con il nome di: “Scudo Spaziale”). Da allora, molti progressi sono stati fatti da parte dei ricercatori statunitensi nel campo della tecnologia RF/MW ad alta potenza. Gli Stati Uniti stanno attualmente sviluppando sistemi operativi, nel tentativo di capitalizzare tali scoperte. Gli Stati dell'ex Unione Sovietica, in particolare Russia e Ucraina, hanno continuato negli anni a proseguire con i loro programmi di ricerca in quest’area e sono attualmente liberi di condividere le loro conoscenze con tutti gli Stati che sono in grado di pagare delle grandi somme, per averle. Diversi rapporti, indicano che la Francia, la Germania, la Cina, l'India e il Pakistan, hanno anch’essi investito in tecnologia RF/MW, tramite l’ex Unione Sovietica. Esistono molte applicazioni per questo tipo di tecnologia: dallo sminamento all’artiglieria, fino ai veicoli da combattimento senza pilota (oggi chiamati comunemente droni). Per chi oggi dispone di questa tecnologia, il timore è che a disporne, possano essere anche i loro avversari. Le ricerche statunitensi più significative inerenti agli effetti dell’energia RF ad alta potenza sui componenti elettronici, iniziarono con la scoperta del fenomeno dell’impulso elettromagnetico (EMP - Electromagnetic Pulse ), associato alla detonazione di un’arma nucleare. L’8 luglio del 1962, dopo che gli Stati Uniti testarono una bomba all’idrogeno nei cieli sopra una remota isola del Pacifico, gli scienziati furono sorpresi nel riscontrare gli effetti dell’esplosione a più di mille miglia di distanza, sulle isole Hawaii. Qualche istante dopo l’esplosione infatti, 300 lampioni stradali si spensero improvvisamente, molti allarmi antifurto iniziarono a suonare e un gran numero di sistemi d’alimentazione d’emergenza fallirono, quando scattarono i loro interruttori di sicurezza. Il fisico teorico americano Conrad Lee Longmire, impiegò addirittura un anno per sviluppare un’analisi teorica in grado di spiegare ciò che era
- 15. successo. In sintesi, un’esplosione nucleare rilascia un impulso di energia attraverso le bande radio a bassa frequenza (al di sotto di 1 GHz), che produce delle tensioni transitorie nelle apparecchiature elettriche (causando spesso un sovraccarico nei circuiti). Il fisico nucleare Edward Teller, nel 1978 affermò che: “Se una bomba all’idrogeno di otto megatoni venisse fatta esplodere a 500 km d’altezza proprio nel centro degli Stati Uniti, almeno la metà di tutti i computer del Paese e di tutte le apparecchiature elettroniche, smetterebbero di funzionare”. Sia gli Stati Uniti che l’Unione Sovietica, compirono dei notevoli sforzi nel categorizzare gli effetti degli impulsi EMP sui vari sistemi elettrici/elettronici/informatici. Durante tale percorso di ricerca, gli scienziati progettarono e svilupparono dei generatori di frequenze radio (RF o radiofrequenze) ad alta potenza, per simulare degli impulsi di tipo EMP, in modo da poter testare i loro sistemi senza far esplodere degli ordigni nucleari. Col passare del tempo, le ricerche si spostarono verso frequenze sempre più alte, fino alla gamma delle microonde ad alta potenza. L’ex Unione Sovietica, è stato il primo Paese ad iniziare le ricerche sulle potenziali applicazioni belliche della tecnologia RF/MW ad alta potenza. Nel 1979, i russi hanno compiuto un importante passo avanti, producendo un triodo sperimentale in grado di emettere microonde della potenza di vari gigawatt (GW); un dispositivo fondamentale per il controllo dei livelli di potenza molto elevati, necessari nella tecnologia impiegata nei raggi a microonde. Nel 1983, essi fecero un ulteriore passo avanti con lo sviluppo di un tubo trasmettitore ad onde millimetriche (EHF), della potenza di 100 megawatt (MW). Questo fu il primo tubo fabbricato (dunque realizzato concretamente), in grado di produrre un sufficiente livello d’energia radiante (a fasci), per sperimentare i primi prototipi di armi a microonde. Tutte queste ricerche, continuano ancora oggi nei Paesi dell’ex Unione Sovietica. Gli Stati Uniti, dal canto loro, non hanno mai iniziato dei programmi di ricerca piuttosto seri, prima degli inizi degli anni ’80. Da allora, gli scienziati che lavorano con l’High Power
- 16. Microwave Division dell’Air Force Research Laboratory (AFRL) , situato nella base dell’Air Force di Kirtland (in New Mexico, USA), hanno fatto enormi progressi tecnici nel campo della fisica del plasma, dello stoccaggio d’energia e dei dispositivi di commutazione veloce; tutte tecnologie essenziali per lo sviluppo di armi RF/MW ad alta potenza. Essi hanno anche intensificato gli sforzi per caratterizzare gli effetti dell’energia RF/MW nei sistemi statunitensi, come pure in quelli presenti in altri Paesi del mondo; questo al fine di migliorare la comprensione di entrambe le vulnerabilità in caso di attacco esterno e le possibili/potenziali contromisure di protezione da adottare. Un principio fondamentale relativo a qualsiasi tipo d’arma ad energia diretta (tra l’altro valido anche per quelle di tipo convenzionale), è che con l’aumentare della distanza tra l’arma utilizzata e l’obiettivo da colpire, l’energia finale (totale) che raggiungerà il bersaglio, sarà inferiore rispetto a quella emessa inizialmente. Le normali antenne omnidirezionali, come quelle utilizzate per radio e televisioni, producono dei campi elettromagnetici stazionari che attenuano l’energia in tutte le direzioni, ad una velocità proporzionale all’inverso del quadrato della distanza dalla sorgente (1/D2 ). Tale attenuazione risulta essere troppo restrittiva, per le armi a raggio elettromagnetico. Fortunatamente però, gli scienziati hanno scoperto che delle antenne aventi una particolare configurazione geometrica nello spazio (ovvero aventi un particolare design), possono produrre degli speciali campi elettromagnetici, che permettono la propagazione dell’energia in alcune direzioni, con minore attenuazione rispetto ai campi stazionari. Questi campi, chiamati campi a stato transitorio, permettono all’energia di propagarsi in un fascio (o raggio) ad una velocità di 1/Dα (dove: 0 < α < 2). I campi a stato transitorio pertanto, forniscono alle armi a microonde, la capacità di dirigere il fascio verso un bersaglio ben definito e contemporaneamente, di sfruttare la bassa attenuazione del fascio (raggio elettromagnetico) per colpire dei bersagli posti a grande distanza.
- 17. L’energia RF/MW ad alta potenza, può influenzare tutto ciò che risponde a correnti e tensioni indotte con campi elettromagnetici (il che include parecchi materiali e dispositivi elettronici, nonché esseri umani ed altre specie animali). Fondamentalmente sono due i meccanismi che scattano all’interno di un corpo/oggetto, catturato in un fascio di microonde ad alta potenza: riscaldamento molecolare e stimolazione elettrica. Il riscaldamento molecolare si verifica quando delle potenti onde sinusoidali, prodotte da dispositivi ad onde RF ad alta potenza, causano delle forze d’attrito tra le molecole del materiale colpito, alla frequenza di un campo a microonde. L’effetto è identico a quello prodotto da un forno a microonde standard3 . I materiali contenenti molecole di liquido o di Carbonio, sono molto sensibili a questo tipo di radiazioni. Il concetto base nello sviluppo di armi a microonde, è che un segnale RF di potenza estremamente elevata e diretto contro un bersaglio distante, ad esempio un missile, potrebbe potenzialmente aumentare la temperatura del suo combustibile oltre il punto d’infiammabilità, facendolo così esplodere. Ma anche scaldare il suo sistema elettronico di navigazione (puntamento), fino a renderlo inattivo; il che farebbe precipitare il missile, prima che arrivi a destinazione. Oppure, come ultima alternativa, un’onda RF ad altissima potenza potrebbe potenzialmente uccidere gli occupanti di un veicolo/velivolo da 3 Nei forni a microonde standard, l'acqua, i grassi, e i carboidrati che costituiscono il cibo assorbono l'energia delle microonde in un processo chiamato riscaldamento dielettrico: le molecole sono in generale dipoli elettrici, ovvero hanno una estremità con carica elettrica positiva e un'altra con carica negativa; sono per questo sensibili al campo elettrico (alternato), che cambiando continuamente il suo verso induce le molecole a modificare ripetutamente la loro orientazione in base alla frequenza del campo. Questo movimento genera calore attraverso forze di attrito con le molecole vicine e si ha quindi un riscaldamento. A volte il riscaldamento viene spiegato erroneamente con la risonanza delle molecole d'acqua alla frequenza delle microonde. La frequenza di risonanza dell'acqua è molto più alta, dell'ordine dei THz e si riferisce ai moti di vibrazione molecolari, mentre le microonde eccitano i moti di rotazione.
- 18. combattimento, facendo loro letteralmente …”friggere il cervello”! La potenza necessaria per fare questo, tuttavia, è piuttosto grande e richiederebbe un tempo di sosta significativo sul bersaglio. Un meccanismo più efficiente per l'attacco è la stimolazione elettrica. I livelli di potenza necessari per indurre tensioni transitorie e correnti nei dispositivi elettrici, sono molto più bassi rispetto a quelli richiesti per il riscaldamento molecolare. Questo permette di raggiungere dei bersagli con componenti elettrici posti a distanze molto più elevate, con dei tempi di sosta sull’obiettivo molto più brevi. Sotto stimolazione elettrica, le microonde (ad alta o bassa frequenza) si accoppiano con qualsiasi materiale elettricamente conduttivo nel fascio emanato, per stimolare il flusso di elettroni nel materiale in questione; producendo così correnti e tensioni transitorie. I materiali elettricamente conduttivi facenti parte del bersaglio, se colpiti da microonde ad alta potenza, si comportano come delle piccole antenne, nello stesso modo in cui una normale antenna, raccoglie le onde radio a bassa frequenza. Le correnti transitorie, interferiscono con il normale funzionamento dei componenti elettrici, inducendo dei segnali spuri che confondono il sistema (o danneggiando addirittura i componenti più sensibili). A livelli di potenza sufficientemente elevata, queste correnti possono effettivamente produrre degli archi elettrici o delle scintille tra i conduttori (come prova di questo fenomeno, basti pensare a ciò che succede se inseriamo un foglio d’alluminio in un forno a microonde e inavvertitamente lo accendiamo). In ogni caso, le scintille rappresentano sempre un brutto inconveniente per i dispositivi elettronici, poiché in presenza di carburante, potrebbero incendiare i vapori e produrre delle esplosioni (come nel caso che si è verificato sulla USS Forrestal in Vietnam). Quando un fascio penetra un bersaglio, la radiazione RF ad alta potenza rimbalza all’interno del contenitore (ovvero all’interno dell’involucro del bersaglio), creando delle interferenze costruttive e distruttive; il che genera
- 19. dei punti “caldi” e “freddi” (ossia regioni ad alta e bassa forza di campo elettromagnetico) distanziati di poco gli uni dagli altri. I punti caldi possono essere molto più intensi del campo incidente, esponendo così i componenti situati in questi nodi, a dei campi ancora più intensi. L’Advanced Weapons and Survivability Directorate (AWSD) dell’Air Force Research Laboratory (AFRL), identifica quattro principali categorie di effetti elettronici che possono essere prodotti da onde RF ad alta potenza: - Upset: è un’alterazione temporanea dello stato elettrico di uno o più nodi, in modo tale che essi non funzionino più normalmente. Nel momento in cui il segnale di disturbo viene rimosso, tuttavia, tutti i nodi tornano a funzionare correttamente senza riportare alcun danno o effetto permanente. Il jamming4 è un esempio di tale effetto. - Lockup: produce gli stessi effetti dell’upset, ma per recuperare la funzionalità di tutti i nodi, è necessario un reset elettrico; anche dopo che il segnale di disturbo è stato rimosso. Un esempio potrebbe essere quello di un computer, che dopo essere stato esposto ad un segnale RF ad alta potenza si blocchi, e per il ripristino delle sue funzionalità occorra riavviare il sistema. - Latch-up: è una forma estrema di lockup, in cui un nodo viene permanentemente distrutto oppure viene interrotta la sua alimentazione elettrica. Un fusibile che si bruci o il malfunzionamento di un transistor su un circuito, a causa di un sovraccarico da esposizione a microonde, sono due tipici esempi. 4 Il jamming è l'atto di disturbare volutamente le comunicazioni radio (wireless) diminuendo il rapporto segnale/rumore (indice di chiarezza del segnale). Tipicamente il jamming viene eseguito trasmettendo sulla stessa frequenza e con la stessa modulazione del segnale che si vuole disturbare.
- 20. - Burnout: è la distruzione fisica di un nodo in cui la corrente diventa così intensa, da fondere letteralmente i conduttori. Ciò si verifica di solito nei fili elettrici più sottili o ai nodi di giunzione in cui i fili elettrici si riuniscono; spesso questo evento comporta la formazione di archi elettrici. Il danno ad un apparecchio elettronico per uso domestico causato dalla scarica di un fulmine, è un tipico esempio di burnout. A seconda della missione prevista, ognuno di questi meccanismi ha una ben definita utilità militare. In un compito di difesa aerea, i meccanismi di lockup, latch-up e burnout, possono produrre l’effetto desiderato di contrastare un attacco di precisione, distruggendo il sistema di guida dell’arma utilizzata dal nemico. Anche l’upset comunque, può essere utile a compromettere i segnali di navigazione (puntamento) di un’arma di precisione (ad esempio un missile), al fine di ridurre la sua accuratezza (affinché il missile cambi rotta o precipiti). Contro gli aerei, i meccanismi di latch-up o burnout sono più auspicabili perché infliggono un danno reale sul bersaglio, che deve necessariamente essere riparato (qualora il velivolo colpito, riuscisse fortunatamente a rientrare nella sua base di partenza). Questo tipo di danno può essere particolarmente difficile da isolare, perché l'energia a microonde può colpire ogni componente interno del sistema. Il livello a cui un bersaglio viene influenzato dall’energia RF/MW ad alta potenza, dipende da numerosi fattori; per quanto concerne il raggio elettromagnetico utilizzato, entrano in gioco: distanza dal bersaglio, frequenza utilizzata, larghezza dell’impulso, etc. Mentre per quanto riguarda il bersaglio, entrano in causa: schermatura, filtri, shunts5 , etc. 5 Uno shunt, chiamato a volte anche derivatore di corrente, è una resistenza elettrica che devia attraverso di sé una parte più o meno consistente della corrente circolante in un circuito principale a cui è posto in parallelo. L'entità della corrente deviata dipende dal valore resistivo (in ohm) dello shunt rispetto al circuito in parallelo. Il termine inglese shunt significa 'deviare' o
- 21. Affinché un segnale RF ad alta potenza sia in grado di influenzare il funzionamento interno di un obiettivo (bersaglio), deve innanzitutto penetrarne l’involucro esterno. Nel caso di un bersaglio realizzato interamente in metallo conduttore, senza sensori, aperture o connessioni con “il mondo esterno”, saremmo di fronte ad una perfetta Gabbia di Faraday; dove tutte le componenti interne dell’oggetto da colpire, sarebbero totalmente schermate e dunque impossibili da raggiungere ed influenzare con radiazioni elettromagnetiche provenienti dall’esterno. Tuttavia, la maggior parte delle armi di precisione e dei velivoli militari, dispongono di sensori, di superfici di controllo di volo e di altre aperture che permettono l’ingresso della radiazione RF ad alta potenza. La radiazione RF utilizza due meccanismi per penetrare un bersaglio: il front-door coupling e il back-door coupling (che sono due tipi di “accoppiamento”). L’accoppiamento front-door si verifica quando l’energia RF entra nel sistema attraverso un sensore o un’antenna atti a ricevere questo tipo di radiazione. La radiazione può essere in banda o fuori banda rispetto al sistema ricevente. In banda si riferisce al fatto che la radiazione è della stessa gamma di frequenze dell’antenna; il che significa che l’antenna amplifica effettivamente il segnale e trasmette l’energia in surplus, direttamente ai componenti interni. L’accoppiamento front-door in banda, è il metodo più efficiente e distruttivo. Fuori banda invece, si riferisce al fatto che la radiazione si trova fuori dall’intervallo di frequenze (gamma) per cui è stata progettata l’antenna o il sensore. Il sistema solitamente tenta di filtrare questo tipo di radiazione, anche se i livelli di potenza associati con gli intensi fasci RF, potrebbero ancora sopraffare i suoi circuiti. I dispositivi a microonde ad alta potenza (a banda stretta), sono i più adatti per l’attacco ad accoppiamento front-door, perché tutta la loro energia può 'prendere un'altra strada', che in ambito elettrico è stato associato ad una classe di dispositivi e fenomeni che vedono la corrente dividersi su due circuiti, solitamente, secondo un progetto.
- 22. essere focalizzata nella gamma ristretta di frequenze del sensore o dell’antenna. I dispositivi a microonde a banda ultra larga, non sono efficaci negli attacchi ad accoppiamento front-door, perché la maggior parte della loro energia è contenuta nelle frequenze fuori banda, che i sistemi sono progettati per filtrare. L’accoppiamento back- door, abbraccia qualsiasi altro modo in cui l’energia RF riesca a penetrare un sistema. L'energia RF può entrare attraverso le crepe, le cuciture, le guarnizioni, le guaine, i cavi, le aperture, le celle solari, i sensori ottici, etc. La radiazione a banda ultra larga (UWB) è particolarmente efficace negli attacchi ad accoppiamento back-door, per l'ampia gamma di lunghezze d'onda coinvolte: da 1 mm (frequenze gigahertz) a 3 metri (frequenze megahertz); che permette loro di penetrare da molti punti. Indipendentemente dal metodo utilizzato per l’attacco, una volta penetrata nel bersaglio, l’energia delle microonde ad alta potenza può devastare i componenti elettronici standard; ma soprattutto i circuiti integrati ed altre microcomponenti elettroniche che generalmente si trovano in sistemi d’arma molto sofisticati. I moderni semiconduttori, basati sulla tecnologia Metal Oxide Semiconductor6 (MOS), da cui dipendono molti dei nostri sistemi più critici e sensibili, sono estremamente vulnerabili agli impulsi elettromagnetici. Inoltre, man mano che l’elettronica diventa sempre più densamente “impacchettata”, al fine di ottenere una maggiore velocità di elaborazione dati (dunque una maggiore efficienza), essa diventa al contempo sempre più suscettibile alle radiazioni RF/MW. Gli Stati Uniti hanno condotto ampie ricerche nel corso degli anni, per capire e minimizzare gli effetti degli impulsi 6 Un Metal Oxide Semiconductor, ovvero un semiconduttore di tipo Metal Oxide, è costituito principalmente da tre strati. Lo strato superiore è un elettrodo di metallo conduttivo, lo strato intermedio è un isolante di vetro o diossido di silicio e lo strato inferiore è un altro elettrodo conduttivo fatto di silicio monocristallino. Quest’ultimo strato è un semiconduttore la cui conduttività varia con il doping o la temperatura.
- 23. elettromagnetici (EMP), causate da detonazioni nucleari sui nostri sistemi. Purtroppo, le misure di protezione dagli impulsi elettromagnetici (EMP) non sono efficaci contro le microonde ad alta potenza (HPM) e le forme d’onda a banda ultra larga (UWB). Questo perché le frequenze EMP rientrano principalmente sotto 1 GHz, con larghezza d’impulso nella gamma che va da 50 ns (nanosecondi) fino a 1 μs (microsecondo). Le frequenze più elevate e i tempi d’impulso più brevi delle microonde ad alta potenza e delle forme d’onda a banda ultra larga, sono generalmente all'interno del tempo di risposta della maggior parte dei limitatori; così l’energia RF passa relativamente poco o per nulla attenuata nel sistema. Il principio è lo stesso di quello dei vetri auto-oscuranti che si auto-regolano secondo la quantità di luce incidente. Ci vuole un tempo finito per percepire la luce e regolare il pigmento, affinché sia possibile limitare l’energia che vi passa attraverso. Un altro fattore importante che determina il modo in cui la radiazione RF influenzerà un bersaglio, è il livello d’energia incidente sulla superficie di destinazione. Maggiore è la potenza, più è probabile che produrrà danni. Per applicazioni di difesa aerea, più un bersaglio vola vicino ad una sorgente di radiazione RF ad alta potenza, e più gli effetti sono destinati ad aumentare. Le armi a microonde sono particolarmente promettenti come armi di difesa aerea, per l’ampio spazio d’ingaggio che hanno a disposizione in tale contesto operativo. A differenza di un laser, che può colpire un solo bersaglio alla volta, un fascio a microonde può colpire contemporaneamente qualsiasi oggetto che si trovi entro il suo percorso, vicino o lontano dalla sorgente. L’energia fornita a ciascun obiettivo, è quasi interamente dipendente dalla gamma di frequenze su cui opera il fascio dell’arma utilizzata. L’impiego di fasci larghi richiede dei puntamenti meno precisi; ma ciò riduce la potenza fornita al bersaglio, in quanto l’energia si estende su una superficie maggiore. Un altro attributo positivo dell’energia a microonde, è la sua insensibilità agli agenti atmosferici. I laser, che operano nelle
- 24. regioni visibile o infrarosso dello spettro elettromagnetico, sono fortemente influenzati dall’umidità dell’aria. I fasci a microonde, tuttavia (proprio come i segnali radio, radar e televisivi), sono perlopiù non influenzati da nuvole, pioggia, neve, polvere ed altre critiche condizioni atmosferiche. Per i fasci a microonde l’attenuazione risulta più pronunciata al di sopra dei 10 GHz, ma ciononostante esistono alcune finestre di visibilità che consentono ai dispositivi HPM di operare efficacemente anche in questa gamma di frequenze. Con i fasci a microonde, è possibile coprire grandi distanze: da uno fino a 10 km; tuttavia, ciò potrebbe essere inteso come un fattore limitante, per quanto riguarda il loro impiego nei vari contesti operativi. Una delle difficoltà con cui bisogna fare i conti utilizzando l’energia RF/MW, è che a livelli di potenza sufficientemente elevati, il fascio strappa gli elettroni dalle molecole dell’aria e forma un plasma. Il plasma poi assorbe e riflette l’energia RF/MW. Questo fenomeno è conosciuto con il nome di “scomposizione atmosferica” (“atmospheric breakdown”); un fenomeno che pone dei limiti all’energia utilizzabile (ovvero alle gamme di frequenza dei dispositivi a microonde). Dal punto di vista operativo, dunque, le armi a microonde non sono molto selettive; nel senso che non possono essere usate per colpire un solo ed unico bersaglio (peggio ancora se di dimensioni piuttosto ridotte), escludendo a priori la possibilità di colpire involontariamente anche altri oggetti posti sul percorso del fascio utilizzato. Un grande problema nell’impiego di queste armi in un campo di battaglia piuttosto esteso (navale, aereo o terrestre che sia), rimane quindi quello di poter colpire involontariamente delle forze amiche/alleate. Ciò limita la capacità delle forze d’attacco e difensive, di posizionare i propri mezzi in modo ottimale. Un altro problema è dovuto al fatto che le antenne RF, producono lobi laterali che irradiano al di fuori della linea diretta di fuoco/puntamento (il che ovviamente potrebbe portare a colpire anche in questo caso delle forze amiche/alleate). I dispositivi a banda ultra larga (UWB) sono
- 25. particolarmente sensibili a questo fenomeno, e ciò rende problematica una loro integrazione con altre armi su un campo di battaglia. Nella figura riportata qui di seguito (Figura 1.1.), notiamo inoltre che le antenne RF, oltre ai lobi laterali radianti, presentano anche dei lobi posteriori da cui viene emessa una piccola parte di radiazione; e questo inconveniente di certo non gioca a favore di chi utilizza tali dispositivi. Figura 1.1. Schema d’irraggiamento di un’antenna RF/MW Ma vediamo ora più in dettaglio i vari dispositivi a microonde, attualmente utilizzati (oppure ancora in fase di progettazione/sviluppo) dall’esercito degli Stati Uniti: Active Denial System (ADS) L’Active Denial System (ADS), noto come “raggio del dolore”, è un’arma/dispositivo non letale, in grado di indirizzare un fascio di onde millimetriche ad alta potenza, verso un
- 26. determinato obiettivo7 . Stanziali o montati su velivoli e Humvee8 , costituiscono un efficace sistema per controllare le folle e l’ordine pubblico. Il fascio di onde millimetriche emesso dall’ADS, raggiunge una potenza di 95 GHz (che corrisponde ad una lunghezza d’onda di 3,2 mm) e una volta colpito il bersaglio (un corpo umano o di un’altra specie animale), penetra solo negli strati superiori della pelle (la maggior parte dell’energia viene assorbita entro i primi 0,4 mm). L’energia delle onde millimetriche del dispositivo ADS, opera su un principio simile a quello del forno a microonde, eccitando le molecole di acqua e grassi nella pelle e producendo di conseguenza un riscaldamento dielettrico (con la differenza però, che il forno a microonde utilizza generalmente una frequenza molto più bassa, di 2,45 GHz). Sull’uomo, l’effetto repellente del fascio elettromagnetico emesso dall’ADS, avviene solitamente (dunque per la maggior parte degli individui) ad una temperatura leggermente superiore ai 44°C. Ad una temperatura di circa 51°C si verificano già delle ustioni di primo grado; mentre attorno ai 58°C, le ustioni arrivano ad essere di secondo grado. Durante le prime fasi sperimentali del dispositivo ADS, delle scottature superficiali di secondo grado (causanti piccole vesciche circolari sulla pelle), sono state riscontrate/osservate in meno dello 0,1% degli individui esposti al fascio elettromagnetico. Quando un bersaglio viene investito dalle onde dell’ADS, la sua 7 Tutte le armi che sfruttano la tecnologia basata sull’emissione di onde millimetriche ad alta potenza, vengono ufficiosamente definite “heat ray weapons” (armi a raggio di calore). La Raytheon Company è una delle ditte che commerciano queste armi in versione a corto raggio. 8 Il M998 High Mobility Multipurpose Wheeled Vehicle (HMMWV o Humvee; letteralmente: "Veicolo multifunzione su ruote ad alta mobilità") è il veicolo militare da ricognizione dell'esercito americano. Si tratta di un mezzo di grosse dimensioni, dotato di trazione integrale e prodotto dalla casa automobilistica americana AM General. Ha sostituito la più piccola jeep, nella fattispecie la Ford M151 "Mutt", tra la fine degli anni settanta e l'inizio degli anni ottanta.
- 27. temperatura superficiale continua ad aumentare ad una velocità dettata dal materiale colpito e dalla distanza sorgente-bersaglio, finché il fascio non viene interrotto (spento). I livelli di frequenza/potenza del fascio, vengono impostati dagli operatori, all’inizio di ogni intervento. La maggior parte degli individui che hanno fatto da cavia per gli esperimenti con l’ADS, hanno raggiunto la soglia del dolore entro i primi tre secondi (nessuno sarebbe in grado di sopportare il fascio elettromagnetico dell’ADS, per più di cinque secondi). Un impulso di soli due secondi porta la temperatura della pelle fino a circa 55°C, causando un’intensa sensazione di bruciore molto dolorosa. Per vedersi letteralmente bruciare la pelle sotto gli occhi, occorrerebbe un’esposizione al fascio di circa 250 secondi. Figura 1.2. L’Active Denial System (ADS), montato su un Humvee. Un portavoce dell'Air Force Research Laboratory, ha descritto la sua esperienza come cavia per il sistema, con le seguenti parole: “Per il primo millisecondo, ho sentito la mia pelle
- 28. surriscaldarsi. Poi il calore è divenuto via via sempre più intenso e in quel mentre ho avuto la sensazione che il mio corpo stesse prendendo fuoco. Ma appena mi sono spostato dal raggio d’azione del dispositivo, la mia pelle ha smesso quasi immediatamente di bruciare e il dolore è scomparso”. Il fascio elettromagnetico dell’ADS (come già precedentemente accennato, parlando delle armi RF ad alta potenza), influenza tutti gli oggetti (non schermati) posti lungo il suo raggio d’azione (distanza sorgente-bersaglio), attraversandoli indiscriminatamente a prescindere dal materiale di cui sono costituiti (siano essi dei corpi inerti o entità biologiche). I materiali riflettenti, come ad esempio i fogli in alluminio usati per avvolgere gli alimenti, sono tuttavia in grado di contrastare/riflettere questo tipo di radiazione; per cui potrebbero essere impiegati per produrre indumenti protettivi contro i raggi dell’ADS. Gli esperimenti con il dispositivo ADS, sono stati condotti coinvolgendo più di 700 volontari ed effettuando/analizzando oltre 10'000 esposizioni ai fasci elettromagnetici. Un comitato di controllo della Pennsylvania State University (HEAP - Human Effects Advisory Panel), concluse che l’ADS è un’arma non letale con un’alta probabilità di efficacia e una bassa probabilità di lesioni. Nello specifico, si è constatato che: - Non vi sono effetti significativi per i portatori di lenti a contatto o di altre tipologie di occhiali (inclusi quelli per la visione notturna); - Le comuni applicazioni di sostanze cosmetiche sulla pelle, influenzano pochissimo il potere d’azione di un fascio elettromagnetico emesso da un dispositivo ADS (in altri termini, non sono in grado di contrastarlo); - Non vi sono differenze di risposta alla radiazione ADS, in funzione dell’età dei soggetti colpiti (in altri termini, bambini, donne, uomini, anziani e persone malate,
- 29. reagiscono tutti allo stesso modo; sia per quanto riguarda la risposta comportamentale che per quella sintomatica); - Non vi sono effetti/conseguenze sul sistema riproduttivo maschile; - Il danno massimo quantificabile, è il verificarsi di bolle (vesciche) di piccole dimensioni (max. 6-7 mm di diametro) sulla pelle (in soli 6 casi su 10'000 esposizioni al raggio ADS). Sono stati studiati molti possibili effetti a lungo termine, in relazione all’esposizione alle onde elettromagnetiche dell’ADS, con la conclusione che nessuno di tali potenziali effetti (a lungo termine), potrebbe comportare conseguenze maggiori di quelle osservate durante gli esperimenti con i volontari, nel caso di esposizioni leggermente più lunghe della norma. Tuttavia, delle sovraesposizioni alla radiazione dell’ADS, potrebbero causare dei danni a lungo termine (tra cui anche delle forme di tumore), sia per gli operatori che per i soggetti colpiti volontariamente (bersagli). Seconda una valutazione militare ufficiale: “Nel caso di una sovraesposizione ad una densità di potenza sufficiente a produrre dei danni termici, vi è una probabilità estremamente bassa che delle cicatrici derivanti da tali danni, possano col tempo diventare cancerose”. La corretta gestione della ferita diminuisce ulteriormente questa probabilità, nonché la probabilità di riportare delle cicatrici ipertrofiche9 o una formazione di cheloidi10 . In dettaglio, sono state esaminate le seguenti aree contestuali: 9 Si tratta di una cicatrice in rilievo, che può rimanere anche come uno degli inconvenienti della chirurgia. E’ dovuta all’eccessiva produzione di collagene ed insorge soprattutto nelle prime settimane dopo la guarigione di una ferita. 10 La cheloide è una crescita anormale di tessuto fibrotico, un tumore cutaneo benigno puramente fibrocitario, di aspetto cicatriziale, che fa generalmente
- 30. - Tumori: è stato condotto uno studio sui topi, utilizzando due livelli d’esposizione ed energia, con un trasmettitore da 94 GHz. Nello specifico si è proceduto con una singola esposizione (1.0 W/cm2 per 10 secondi) e con esposizioni ripetute nel tempo (due esposizioni a settimana, per 12 settimane; con 333 mW/cm2 per 10 secondi). In entrambi i casi, non è stato riscontrato alcun aumento di tumori della pelle. Nessuno studio con livelli più elevati di energia e/o tempi d’esposizione più lunghi, è stato condotto con sistemi/dispositivi ad onde millimetriche. - Danni alla cornea: degli esperimenti sugli occhi dei primati (dunque, non umani) hanno fatto notare che, grazie all’effetto dello sbattere delle palpebre, si ha una sufficiente protezione della cornea durante i primi 0,25 secondi di esposizione al fascio elettromagnetico. Da ciò si è ipotizzato che a lungo o corto termine, non dovrebbero palesarsi danni oculari di significativa importanza, neanche sugli esseri umani. Molti dubbi comunque rimangono a tal proposito (non tutti i ricercatori infatti, sono della stessa opinione degli autori dello studio in questione). - Difetti alla nascita: le onde millimetriche penetrano nella pelle, soltanto ad una profondità massima di 0,4 millimetri; per cui un danno diretto alle ovaie o ai testicoli, risulta altamente improbabile (se non quasi impossibile). - Vesciche e cicatrici: delle piccole vesciche circolari (max. 6-7 mm di diametro) sulla pelle (causate da ustioni di secondo grado), sono state riscontrate/osservate in seguito ad un trauma o una irritazione che non si attenua con il trascorrere del tempo.
- 31. meno dello 0,1% degli individui esposti al fascio elettromagnetico (con una remota possibilità di restare permanenti). Un problema, per gli operatori ADS, è che essi superano i limiti d’esposizione massima (standard), ammessa per l’energia RF; per cui, l’uso militare di tali sistemi richiede una deroga a tali limiti di esposizione. Da alcuni rapporti dell’Intelligence statunitense, sembrerebbe che persino russi e cinesi, stiano sviluppando le loro versioni di Active Denial System. Il 20 agosto del 2010, il Dipartimento dello Sceriffo della Contea di Los Angeles (LASD), annunciò di voler usare (se vi fosse stata la necessità), la tecnologia ADS contro i detenuti del centro di detenzione di Pitchess. Il Dipartimento della Difesa (DoD) degli Stati Uniti, avrebbe invece commissionato all’ Air Force Research Laboratory, gli studi per la ricerca e lo sviluppo di modelli portatili del sistema ADS. L’utilizzo di sistemi ADS su velivoli, è ancora in fase sperimentale; ad oggi, quasi nessun aereo dell’esercito americano, dispone di tali dispositivi a bordo. Nel 2010, gli ADS sono finiti sul teatro di guerra in Afghanistan (in dotazione alle forze statunitensi), ma sono poi stati ritirati senza essere mai stati utilizzati11 . Su tale episodio, varie speculazioni sono state riportate in letteratura; in alcune di queste, si sono ipotizzati i seguenti problemi: - Una potenziale inaffidabilità del sistema ADS, in determinate condizioni ambientali. Secondo questa ipotesi (a mio avviso poco credibile), le precipitazioni/condizioni atmosferiche quali pioggia/neve/nebbia/polvere dissiperebbero l’energia RF, andando così a modificare quella spiacevole sensazione di caldo intenso/bruciore nei soggetti colpiti, 11 Gli ADS sono stati ritirati dal servizio in Afghanistan, il 25 luglio del 2010. Un portavoce del Dipartimento della Difesa (DoD) degli Stati Uniti, disse che tale decisione era stata presa dai comandanti sul campo in Afghanistan.
- 32. in una sensazione più accogliente di “caldo confortevole”. - I sistemi ADS possono funzionare con successo solo a pelle esposta; il che implicherebbe che utilizzando un abbigliamento più pesante, sia possibile ridurre l’effetto delle onde millimetriche. Anche in questo caso si tratta, a mio avviso, di un’ipotesi poco credibile; infatti in alcuni esperimenti, si è osservato chiaramente che più strati assemblati di tessuto di vario genere, non sono comunque sufficienti ad attenuare le onde millimetriche di un dispositivo ADS. Nel 2011, il dispositivo ADS è stato riprogettato con lo scopo di renderlo più piccolo, più affidabile e in grado di essere utilizzato in movimento. L’ADS II è stato riprogettato per poter operare anche su velivoli (oltre che su veicoli terrestri in movimento). Tale studio però, non affronta i problemi in diverse condizioni ambientali. I dispositivi ad onde millimetriche, come l’ Active Denial System, sono destinati a fornire ulteriori opzioni, sia in ambito civile (polizia) che militare; ad esempio, esso offre l’opportunità di fermare dei veicoli sospetti ad alta velocità (in allontanamento o in avvicinamento), senza dover necessariamente arrivare ad uccidere il guidatore del veicolo. Anche se la potenza delle onde millimetriche dei dispositivi ADS, non è sufficiente a compromettere la funzionalità dei componenti elettronici di un’automobile, essa tuttavia può essere usata per scoraggiare il conducente di un veicolo, che abbia ad esempio intenzione di oltrepassare/sfondare un posto di blocco. In un contesto strategico più ampio, le armi non letali (come i dispositivi ADS), hanno il potenziale per offrire sul campo: protezione, accuratezza ed una durata efficace ad aiutare/salvare vite umane (civili e militari); nonché per bloccare sul nascere eventuali cicli di violenza, offrendo all’occorrenza una risposta più graduale, in
- 33. contesti in cui il rischio che determinate situazioni precipitino/degenerino, sia molto elevato. Silent Guardian Protection System Come per l’Active Denial System (ADS), anche questo tipo di arma (progettata principalmente per l’impiego in ambito civile), utilizza la tecnologia ad onde millimetriche per respingere gruppi di persone o singoli individui, senza causare loro ferite di alcun tipo. Si tratta dunque di un’arma simile in tutto e per tutto a quella trattata poc’anzi (ADS), che consente agli operatori (ovvero a chi la utilizza) di fermare, scoraggiare o far indietreggiare degli individui, senza l’uso di una forza letale. Questo dispositivo inoltre, è in grado di fermare dei potenziali assalitori in procinto di usare delle armi da fuoco o delle armi bianche (poiché li rende inabili nei movimenti). Il Silent Guardian è stato progettato e sviluppato per poter operare anche in condizioni difficili: in presenza di grandi quantità di polvere e a temperature fino a 52° Celsius. L’antenna è in grado di far fronte a fori multipli di proiettile, con una minima degradazione delle prestazioni del sistema; ed è inoltre protetta da eventuali danni che potrebbero essere causati da avverse condizioni ambientali (pioggia, neve, polvere, nebbia salina, etc.). Ma vediamo ora alcune sue caratteristiche: Convertitore AC/DC: - Altezza: 165 cm; - Larghezza: 114 cm; - Lunghezza: 188 cm; - Peso: 1'755 Kg Trasmettitore: - Altezza: 241 cm; - Larghezza: 211 cm; - Lunghezza: 239 cm; - Peso: 2’921 Kg Trasmettitore con Antenna: - Altezza: 345 cm (a livello); 373 cm (massima interferenza) Raggio d’azione: - Oltre 250 metri.
- 34. Figura 1.3. Il Silent Guardian Protection System. Il Silent Guardian Protection System, è prodotto dalla Raytheon Company12 di Waltham (Massachusetts, USA) e si controlla grazie a un joystick e a un piccolo schermo. 12 La Raytheon Company è un'importante azienda statunitense del settore della difesa. Nata nel 1922, ha assunto l'attuale nome nel 1959. La sede dell'azienda è nel Massachusetts (in passato a Lexington, attualmente a Waltham).
- 35. Silent Guardian SG-R50 La Raytheon Company, produce inoltre un altro dispositivo, molto meno ingombrante rispetto a quello appena descritto, progettato principalmente per la sorveglianza di grandi imbarcazioni private (yacht, mega yacht e super yacht), navi cargo per il trasporto di merci di grande valore commerciale, strutture industriali, ed altri luoghi potenzialmente a rischio d’intrusione da parte di malintenzionati. Si tratta del Silent Guardian SG-R50. Il principio offensivo è sempre lo stesso: un fascio di onde millimetriche ad alta potenza, che induce nei soggetti colpiti una sensazione di intenso calore/bruciore; il che ovviamente li costringe a desistere dal commettere delle azioni sconsiderate e a ripiegare sui loro stessi passi. Il dispositivo ha un’altezza di 2,4 m, dimensioni di base di 1,6 x 1,3 m e un peso di circa 320 kg. Il suo raggio d’azione è stimato tra i 50 e i 60 metri. Figura 1.4. Il Silent Guardian SG-R50.
- 36. Vigilant Eagle Airport Protection System Il Vigilant Eagle Airport Protection System, è un’arma ad energia diretta ancora allo stadio concettuale; tuttavia, secondo alcune fonti giornalistiche, esisterebbe già un accordo/contratto tra il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti (DoD) e la Raytheon Company, per lo sviluppo di tale sistema d’arma a raggio elettromagnetico. Il principio base di questo sistema, consisterebbe nel creare una zona difensiva (con raggi a microonde direzionabili ed azionabili solo in caso di necessità) attorno ad un aeroporto, in grado di bloccare eventuali missili diretti verso velivoli in arrivo o in partenza dall’aeroporto. I sistemi missilistici antiaereo a corto raggio e trasportabili a spalla (MANPADS)13 , presentano un’enorme minaccia sia per gli aerei civili che per quelli militari. Si stima che fino ad oggi, circa 700'000 MANPADS sono stati costruiti in oltre 35 Paesi del mondo (e si continua a fabbricarne incessantemente); ma la notizia peggiore è che oltre 20'000 di questi sistemi missilistici antiaereo, sono attualmente ritenuti dispersi e venduti quotidianamente sul mercato nero. Il governo degli Stati Uniti ha dichiarato che negli ultimi tre decenni, sono stati compiuti almeno 36 attacchi con sistemi MANPADS, ad aerei civili. Un ipotetico attacco terroristico contro uno dei maggiori aeroporti internazionali degli Stati Uniti (come il JFK di New York o l’LAX di Los Angeles), in grado di causarne una chiusura operativa di circa quattro ore, comporterebbe una perdita (per il complesso aeroportuale) stimata attorno ai 40 milioni di dollari. Ciò avrebbe un impatto sull’intera economia 13 MANPADS è l'acronimo di Man-Portable Air-Defense Systems ed indica un sistema missilistico antiaereo a corto raggio, trasportabile a spalla. Sono sistemi missilistici di questo tipo i sovietici Strela e Igla, l'americano Stinger e il francese Mistral (che è trasportabile ma non a spalla).
- 37. degli Stati Uniti, stimato a circa dieci miliardi di dollari ed uno a livello mondiale, stimato attorno ai 300 miliardi di dollari. Il Vigilant Eagle Protection System è composto da tre principali elementi: - Un sottosistema per rilevare e seguire la traiettoria di missili in avvicinamento (MDT – Missile Detecting & Tracking); in sostanza si tratta di una rete fissa di videocamere passive ad infrarossi; - Un sistema di comando e controllo, in grado di determinare l’esatta posizione da cui è stato lanciato un missile; - Un dispositivo a scansione radar, in grado di interferire con il sistema di guida dei dispositivi MANPADS e dunque di deviare la rotta dei missili da essi lanciati. Uno dei vantaggi del Vigilant Eagle, risiede nei costi molto più bassi di progettazione, sviluppo e gestione di tutta la struttura, rispetto ad altri sistemi convenzionali di difesa. Mike Booen, un dipendente della Raytheon Company a capo dei programmi sulle armi ad energia diretta, ritiene che il sistema Vigilant Eagle possa essere costruito (in ogni aeroporto) per circa 25 milioni di dollari; ammesso di avere a contratto una distribuzione di tali dispositivi di difesa, in almeno 25 aeroporti. Di tutti gli aeroporti situati negli Stati Uniti, i primi 31 aeroporti sono quelli in cui avviene il 70% di tutti gli atterraggi e i decolli del Paese. Se il Vigilant Eagle venisse installato in questi 31 aeroporti, la spesa ammonterebbe a meno di un miliardo di dollari; contro i 10-12 miliardi di dollari che ci vorrebbero invece, per installare dei sistemi di protezione su circa 6'000 velivoli. Inoltre, alcune compagnie aeree hanno già manifestato le loro preoccupazioni per quanto riguarda delle eventuali installazioni sui loro aerei, di dispositivi di questo genere; a causa del peso e dei costi di tali sistemi di difesa. Tra l’altro, non è nemmeno chiaro se tali costi, andrebbero a carico del governo oppure delle compagnie aeree interessate all’applicazione dei dispositivi in questione.
- 38. Figura 1.5. Una visione artistica del Vigilant Eagle Airport Protection System. Bofors HPM Blackout Il Bofors HPM Blackout, è un’arma a microonde ad alta potenza (da cui l’acronimo centrale HPM), costruita dalla BAE Systems. Questo dispositivo sarebbe in grado di distruggere a distanza, un’ampia varietà di apparecchiature elettroniche costituite da componenti COTS14 . La BAE Systems afferma inoltre che il 14 Il termine COTS (Commercial-Off-the-Shelf) identifica componenti elettronici “non spazializzati” (ovvero progettati per operare sulla superficie terrestre), con funzionalità standard pensate per l’utilizzo su larga scala. L’impiego dei COTS consente di ottenere circa l’80% delle funzioni richieste all’apparato, con meno del 10% del costo di uno sviluppo “ad hoc” e di ridurre drasticamente i tempi di costruzione. Nella seconda fase (B) di un progetto aeronautico/spaziale (in cui viene definito il progetto in dettaglio), si tende, dove è possibile, a privilegiare i prodotti COTS (ovvero i componenti disponibili sul mercato, forniti all’ingrosso dalle varie aziende operanti nel campo della produzione di dispositivi, da utilizzarsi in ambito aeronautico o
- 39. Bofors HPM Blackout, può operare con microonde in banda L (1 – 2 GHz) o S (2 – 4 GHz) e che non è letale per l’uomo. Il peso di quest’arma (avente un diametro di 60 cm) è inferiore ai 500 kg; mentre la sua lunghezza è di 220 cm. Il dispositivo è composto da un’unità integrata ad energia pulsata, una sorgente di microonde e un’antenna a tromba conica15 intercambiabile. Il sistema aggiuntivo è costituito da un dispositivo d’aspirazione alimentato da una batteria compatta, per il tubo a microonde; e da un sistema d’alimentazione a gas per l’unità ad energia pulsata. L’alimentazione a batteria integrata, rende il sistema operativo in tutti i luoghi a cielo aperto e dunque del tutto indipendente. Il sistema è in grado di generare microonde dell’ordine di alcuni gigawatt; mentre attraverso delle piccole modifiche, la frequenza può essere modificata/impostata sulla spaziale). L'utilizzo di componenti COTS è sempre più comune nella produzione di sistemi embedded real-time. Prodotti commerciali, come periferiche di Input/Output e bus di sistema, vengono utilizzati in sistemi real-time al fine di ridurre i costi, il tempo di produzione, ed aumentare le performance. Sfortunatamente, hardware e sistemi operativi COTS sono progettati principalmente per ottimizzare le performance, ma con poca attenzione verso determinismo, predicibilità ed affidabilità. Per questa ragione, molte problematiche devono ancora essere affrontate prima di un loro impiego in sistemi real-time ad alta criticità. 15 L'antenna a tromba, è una tipologia di antenna "ad apertura", con una forma che richiama quella di una tromba; è anche chiamata bocca radiante. Questo tipo di antenna non è altro che una terminazione aperta di una guida d'onda, simile a un megafono aperto nella direzione di propagazione; da cui esce il campo elettromagnetico, con le sue diverse componenti (modi trasverso-elettrici o trasverso-magnetici, a seconda della forma della terminazione). La geometria della sezione della bocca può essere circolare (trombe coniche) o quadrata (trombe piramidali). Antenne di questo tipo vengono solitamente utilizzate con onde elettromagnetiche nello spettro delle microonde.
- 40. banda S, senza un’eccessiva perdita di potenza. Un tipico guadagno d’antenna16 per il sistema, è di 15-25 dBi. Figura 1.6. Il Bofors HPM Blackout della BAE Systems. EL/M-2080 Green Pine L’ EL/M-2080 Green Pine è un radar (terrestre) israeliano per la difesa missilistica prodotto dalla ELTA Systems Ltd17 (del gruppo Israel Aerospace Industries), che opera in concomitanza con il sistema antimissili israeliano, congiuntamente prodotto e finanziato con gli Stati Uniti (tale sistema, impiega a sua volta 16 Il guadagno è una funzione della frequenza di lavoro e della geometria dell'antenna. Il guadagno di una antenna è misurato per confronto tra l'antenna considerata (idealmente) e un'antenna isotropa (cioè perfettamente omnidirezionale). 17 La ELTA Systems Ltd è un fornitore israeliano di prodotti per la difesa e di servizi, specializzata principalmente in sistemi radar.
- 41. dei “contro-missili” denominati Arrow, per distruggere missili balistici18 . Il sistema antimissili israeliano, è noto anche con il nome di Arrow System). Il sistema radar EL/M-2080 Green Pine, è stato esportato anche in India; mentre la sua versione più evoluta, il Super Green Pine, è stato consegnato alla Corea del Sud, al costo di 83 milioni di dollari (per ogni singolo dispositivo). Da alcune fonti giornalistiche, sembrerebbe inoltre che persino l’ Azerbaijan, abbia acquistato dagli Stati Uniti, un sistema radar di tipo Green Pine. Le forze della difesa israeliana, gestiscono entrambi i sistemi radar (Green Pine e Super Green Pine), che insieme sono parte integrante dell’Arrow System. In contrasto con il vecchio sistema radar passivo19 “AN/MPQ- 53” del “MIM-104 Patriot PAC-2”20 , il Green Pine è un radar ad antenna attiva (AESA – Active Electronically Scanned Array). Diversamente dall’avanzato sistema radar “AN/TPY-2 X band” (operante in banda X) del “Terminal High Altitude Area Defense”21 , il Green Pine opera in banda L, in queste due 18 Un missile balistico è un missile che ha una traiettoria di volo balistica, di tipo suborbitale. Scopo di tali armi è il trasporto di una o più testate (anche nucleari) su un predeterminato obbiettivo. 19 I radar passivi (come il sistema AN/MPQ-53), utilizzano i segnali provenienti dalle emissioni degli oggetti d’interesse (ossia dagli oggetti da rilevare). In inglese i sistemi radar passivi vengono chiamati: Passive Electronically Scanned Array (PESA). Il sistema AN/MPQ-53, è un radar Phased Array che supporta anche i sottosistemi di IFF (identificazione automatica di amici e nemici), le contro-contromisure elettroniche (ECM) e l'inseguimento via missile (TVM). Il radar del MIM-104 Patriot, lavora sulla banda G della NATO, tra i 4 e i 6 GHz di frequenza. 20 Il MIM-104 Patriot (PAC 1/2/3) è un missile terra-aria dell’esercito statunitense, per la difesa tattica di punto (una base militare, una città o piccola provincia). 21 Il Terminal High Altitude Area Defense (nell’acronimo in inglese: THAAD; tradotto in italiano: Difesa d'area terminale ad alta quota), ex Theater High Altitude Area Defense, è un sistema antimissile dell'esercito
- 42. gamme di frequenza: da 500 MHz a 1’000 MHz e da 1’000 MHz a 2’000 MHz. Il sistema Green Pine può operare contemporaneamente nelle seguenti modalità: ricerca, rilevamento, monitoraggio e guida dei missili. Esso è in grado di rilevare dei bersagli distanti fino a 500 km e di monitorare più di 30 obiettivi con velocità superiori ai 10'800 km/h (3'000 m/sec.). Il sistema è inoltre in grado di individuare un bersaglio attraverso aree caotiche con più oggetti da discernere, illuminare il vero bersaglio da colpire e guidare il missile su di esso con un margine d’errore di circa 4 metri. Figura 1.7. L’ EL/M-2080 Green Pine radar. statunitense, per colpire missili balistici a medio e corto raggio. Il missile non trasporta nessuna testata ma si basa sull'energia cinetica dell'impatto.
- 43. La potenza effettiva irradiata22 dal radar Green Pine, fa sì che tale sistema possa essere facilmente convertito in un’arma ad energia diretta; focalizzando gli impulsi d’energia emessi dal radar, sui missili da colpire. In tal caso, gli impulsi ad alta potenza entrerebbero nei missili attraverso le antenne o le aperture dei sensori, ingannando i loro sistemi di guida; oppure, se sufficientemente potenti, tali impulsi potrebbero interferire direttamente con i circuiti elettronici dei missili colpiti (per disattivarli) o addirittura per fonderli. Tutto il complesso del Green Pine comprende: - Un’antenna girevole di forma rettangolare (larga 9 metri e alta 3 metri) montata su un rimorchio; - Un sistema d’alimentazione; - Un sistema di raffreddamento; - Un centro di controllo radar. Il sistema d’alimentazione è costituito da un container praticamente indistruttibile, contenente un generatore diesel (più uno d’emergenza), un modulo di comando ad induzione per il controllo della frizione (del sistema di trasmissione meccanica dell’antenna radar) e un serbatoio di carburante diesel. Il sistema di raffreddamento, consiste in uno scambiatore di calore23 (a controllo in cascata)24 , con relativo serbatoio per il liquido 22 La potenza effettiva irradiata è la potenza irradiata dall'antenna nella sua direzione centrale con riferimento al dipolo. 23 Uno scambiatore di calore è un'apparecchiatura in cui si realizza lo scambio di energia termica tra due fluidi aventi temperature diverse. Dal punto di vista termodinamico, gli scambiatori possono essere assimilati a sistemi aperti che operano senza scambio di lavoro; in altre parole, essi scambiano materia e calore con l'esterno, ma non scambiano lavoro. 24 Il controllo in cascata si usa quando si può avere un’indicazione di quello che succede da una misura intermedia, mentre la misura primaria più importante si trova più a valle. Lo scopo del controllore interno a retroazione è di far sì che la misura intermedia segua il valore di riferimento intermedio,
- 44. refrigerante ed alcuni pannelli di controllo. Il sistema radar è costituito da oltre 2'000 moduli di ricezione/trasmissione e pesa 60 tonnellate. Il sistema è muovibile poiché posto su un rimorchio, ma non collocabile in qualsiasi posto. Secondo il suo progettista, il sistema radar Green Pine può essere spostato e riposizionato in un altro luogo idoneo al suo collocamento, in meno di 24 ore. EL/M-2080S Super Green Pine Una versione avanzata dell’EL/M-2080 Green Pine, denominata EL/M-2080S Super Green Pine, sta gradualmente sostituendo la versione iniziale, meno evoluta, del dispositivo radar utilizzabile anche come arma ad energia diretta. Esso è composto da moduli eliminando nel contempo l’effetto dei disturbi afferenti all’anello di controllo interno. L’obiettivo del controllore a retroazione esterno consiste nel far sì che la misura primaria segua il valore di riferimento primario, considerando il valore di riferimento del controllore interno come sua variabile manipolata, ed eliminando nel contempo l’effetto dei disturbi afferenti all’anello di controllo esterno. Per capire il controllo in cascata, è importante ricordare che l’anello semplice di retroazione è di gran lunga la struttura più utilizzata per il livello di controllo diretto. Il controllore agisce sulla differenza tra il valore voluto (che viene chiamato set-point o valore di riferimento) e il valore misurato per l’output del processo. Il controllore manipola un input del processo in modo da avvicinare l’output misurato al valore di riferimento. Tuttavia, il valore misurato può non coincidere con il vero output del processo, a causa del rumore che può influenzare la misura, o di un malfunzionamento del sensore. La variabile manipolata è di norma uno degli input del processo che contribuiscono a determinarne l’output; gli altri input del processo che non sono manipolati dal controllore sono disturbi. La necessità di retro-propagare la misura dell’output del processo, deriva dalle incertezze associate sia all’entità dei disturbi che alla risposta del processo. In altre parole, se si conoscessero i valori di tutti i disturbi e la risposta del processo sia ai disturbi che al valore manipolato, la misura sarebbe superflua, visto che si conoscerebbe il valore esatto dell’output del processo per ogni valore specifico della variabile manipolata. In pratica però una tale conoscenza esatta del processo è irrealistica, e quindi è necessario retro- propagare la misura dell’output, se si vuole ottenere un controllo preciso dell’output del processo.
- 45. di ricezione/trasmissione più piccoli ma più funzionali e potenti, rispetto alla versione precedente. Il Super Green Pine è in grado di produrre addirittura il doppio della potenza in uscita, rispetto al modello precedente; mentre la sua massima distanza di rilevamento può raggiungere gli 800/900 km (contro i 500 km della primo modello costruito). Nell’ottobre del 2010, le forze armate israeliane hanno reso operativa un’altra batteria di missili Arrow II, che è stata collegata al nuovo sistema radar Super Green Pine. Un aggiornamento ancora più avanzato del Super Green Pine, è attualmente in fase di sviluppo. Figura 1.8. L’ EL/M-2080S Super Green Pine radar. Radar AESA I radar AESA (Active Electronically Scanned Array; in pratica dei radar ad antenna attiva), sono stati proposti per l’installazione su aerei caccia, da utilizzarsi come armi ad energia diretta contro missili nemici. Tuttavia, alcuni ritengono
- 46. che essi non siano particolarmente adatti per questo tipo d’applicazione, a causa delle limitate dimensioni dell’antenna (potenza ridotta), di un’inadeguata alimentazione e infine, a causa del limitato campo visivo disponibile in volo, in situazioni di combattimento. Potenzialmente, degli effetti letali si potrebbero ottenere solo all’interno di un raggio d’azione di al massimo 100 metri; mentre degli effetti distruttivi si otterrebbero fino ad un km di distanza. Inoltre, sui missili esistenti, possono essere applicate delle contromisure piuttosto economiche. Un radar ad antenna attiva (AESA - Active Electronically Scanned Array), a volte chiamato anche radar a comando di fase (APAR - Active Phased Array Radar), si basa principalmente sulla tecnologia delle antenne (a griglia) a comando di fase (antenne Phased Array); esso però non è composto da una sola di queste antenne trasmittenti, bensì da diverse centinaia di moduli ricetrasmittenti, che si comportano come dei radar autonomi, coordinati da un computer centrale. Le antenne che stanno alla base di questa tecnologia radar, generalmente vengono distinte in: antenne a scansione elettronica attive (AESA) e antenne a scansione elettronica passive (PESA). Nel caso delle antenne passive a scansione elettronica, una sola sorgente produce l’onda, che viene in seguito sfasata adeguatamente per ognuno degli elementi radiativi dell’antenna. Nel caso invece delle antenne attive a scansione elettronica, l’antenna è in realtà un insieme di “sotto-antenne” (generalmente da 1'000 a 1'500)25 indipendenti l’una dall’altra e 25 Ciascun elemento/modulo (o “sotto-antenna”) è in grado di emettere un raggio di energia elettromagnetica e ciascun raggio può essere controllato elettronicamente per poter essere orientato in varie direzioni. Al contrario dei radar di vecchia generazione che dovevano essere ruotati meccanicamente per puntare in altre direzioni, gli elementi del radar AESA, possono essere reindirizzati nella direzione desiderata praticamente in un batter d’occhio. Ciò significa che il radar è in grado di seguire simultaneamente e indipendentemente bersagli in cielo e in superficie e anche di seguire bersagli indipendentemente dai settori di ricerca. Grazie al tempo di commutazione virtualmente istantaneo, il radar può rivisitare i bersagli identificati con
- 47. aventi ognuna una propria sorgente. Queste “sotto-antenne” vengono solitamente chiamate moduli ricetrasmittenti (TR). Invece di un’antenna conica PESA che ruota a 360 gradi per trasformare le onde radar in uno stretto fascio, l’antenna radar AESA è composta da 1000-1'500 moduli TR (ricetrasmittenti) che operano in modo indipendente l’uno dall’altro, modellando la forma del fascio radar proiettato in una assai ristretta e precisa zona delimitata di spazio aereo, digitalizzata da un computer che seleziona la potenza del segnale trasmesso da ciascuno dei moduli TR in pochi milionesimi di secondo. Inoltre, ogni modulo TR può essere programmato per operare sia da trasmettitore che da ricevitore, con funzioni diverse simultaneamente. Il vantaggio di quest’ultimo approccio, risiede nel fatto di poter assicurare il funzionamento del sistema, dopo la riconfigurazione, anche nell’eventualità che una delle “sotto- antenne” (moduli TR) sia difettosa. Il radar RBE-2 montato sul caccia francese Rafale (costruito dalla Dassault Aviation), è un esempio di radar a scansione elettronica ad antenna passiva; mentre il radar AN/APG 77 montato sul caccia americano F-22 Raptor (costruito dalla Lockheed Martin), è un esempio di radar a scansione elettronica ad antenna attiva. I radar ad antenna attiva, sono da considerarsi più evoluti rispetto ai radar ad antenna meccanica (M-Scan) ed anche più evoluti rispetto ai radar PESA (Passive Electronically Scanned Array). È la miniaturizzazione crescente delle componenti legate ai radar, che ha consentito questa loro evoluzione tecnologica. La miniaturizzazione è una tecnologia difficile da controllare, ma offre molti vantaggi rispetto alla vecchia tecnologia radar: elaborazione adattiva, fornendo una migliore qualità del bersaglio rispetto ai radar a sola rotazione meccanica. Ciò vale in particolar modo per bersagli in fase di manovre estreme. La capacità di controllare gli elementi separatamente e di modificare rapidamente la direzione, rappresentano un importante vantaggio tattico per tutti i velivoli che dispongono di questo radar di ultima generazione.
- 48. - Estrema flessibilità: i moduli possono essere divisi in “sotto-radar”, aventi ciascuno una diversa tipologia operativa (aria-aria, aria-suolo, scrambling26 , etc.); - Aumento della portata: la potenza emessa e la portata dei radar AESA, aumenta dal 20 al 70% rispetto ai radar PESA; - Discrezione e resistenza al disturbo: lavoro simultaneo su diverse frequenze; - Affidabilità: niente meccanica e ridondanza delle antenne; - Molte potenziali applicazioni: arma ad energia diretta, trasmissione a banda larga, etc. Nel mese di luglio del 2014, la Eurofighter GmbH e la Euroradar (in collaborazione con BAE Systems), hanno annunciato di aver sviluppato e installato il radar di ultima generazione AESA Captor-E (a scansione elettronica), su un esemplare di produzione industriale IPA (Instrumented Production Aircraft) del velivolo Eurofighter Typhoon27 . Il Captor-E consentirà di sviluppare significativamente le capacità radar dei Typhoon. Il radar AESA presenta numerosi 26 Lo scramble (o scrambling) è un termine militare che definisce l'atto di far decollare un caccia intercettore per intercettare e identificare un aereo sconosciuto. 27 Il Typhoon, pur essendo un velivolo superbo, appartiene sostanzialmente alla generazione dell'F-16 Falcon, del MIG-29 Fulcrum e del SU-27 Flanker; dunque non ha quelle spiccate caratteristiche Stealth che sono invece presenti nei caccia di ultima generazione (come ad esempio l' F-22 e l' F-35). Tuttavia, dispone di un’agilità eccezionale. La sua maneggevolezza, in termini di ITR e STR (rispettivamente, di rateo di virata massima istantaneo e sostenuto), è uguale o migliore di quella dell'F-22 a velocità subsonica, ed è inferiore solo a quella dell’ F-22 a velocità supersonica. Il velivolo ha dimostrato di essere in grado di volare ad angoli di attacchi (AOA) superiori ai 35 gradi, nonché di avere una certa capacità di volo in super-crociera ad alta quota. Il caccia, può essere considerato l'ultimo grido della tecnologia aeronautica pre-Stealth, ed ha già dimostrato di avere delle qualità eccellenti.
- 49. vantaggi rispetto alla tecnologia radar a scansione meccanica (M-Scan)28 : migliori capacità di rilevamento e tracciamento, capacità avanzate per operazioni aria/terra e capacità di protezione elettroniche potenziate. Il nuovo radar manterrà le caratteristiche principali dell’architettura dell’attuale radar Captor, per sfruttare la maturità del sistema esistente, utilizzando al contempo tecnologia di ultima generazione per fornire funzioni più avanzate in termini di prestazioni per bersagli aria/aria e aria/terra. Le principali caratteristiche del Captor-E sono l’elevato numero di moduli di rilevamento e il riposizionatore WFoR (Wide Field of Regard). Il campo di visione a 200 gradi è significativamente maggiore rispetto a quello statico tipico dei radar AESA ad antenna fissa, e conferisce al Typhoon un importante vantaggio tattico nel combattimento aereo e una maggiore consapevolezza dello scenario. L’antenna di dimensioni maggiori consente l’impiego di un numero superiore di moduli di trasmissione e ricezione (TRM), che conferiscono al radar potenza e capacità di ricezione amplificate, con un conseguente rilevamento più veloce dei bersagli e una maggiore versatilità di utilizzo, per applicazioni di guerra elettronica (EW). È inoltre assai recente (gennaio 2015), la notizia che la Cina ha provveduto alla sostituzione del vecchio radar PESA, con il nuovo AESA 50N6A29 , sui suoi cinque velivoli AWACS KJ- 2000 (ogni KJ-2000 può inseguire 300 bersagli aerei nemici, 28 L’Euroradar CAPTOR è un radar Doppler meccanico multimodale a impulsi di nuova generazione progettato per l’Eurofighter Typhoon. Lo sviluppo del CAPTOR ha portato al progetto AMSAR (Airborne Multirole Solid State Active Array Radar), il quale ha portato alla creazione del sistema CAESAR (CAPTOR Active Electronically Scanned Array Radar), ribattezzato Captor-E. 29 Il radar AESA 50N6A, deriva dai sistemi antiaereo russi Tor-M2E e S- 350E (di attacco missilistico); il che significa che è stato assegnato alla Cina secondo un accordo russo-cinese.
- 50. mentre dirige l’intercettazione di ciascuno di tali obiettivi da parte di 100 caccia cinesi). Figura 1.9. Il dimostratore del Captor-E, alla Mostra internazionale dell'aeronautica e dello spazio di Berlino (ILA), nel 2012. In un articolo del 2005, pubblicato sulla rivista “Aviation week & Space Technology” e intitolato: “Radar becomes a weapon”, David A. Fulghum e Douglas Barrie sostenevano che: “Da tempo si sa che i radar possono produrre violenti effetti sui sistemi elettronici. Oltre vent’anni fa, i radar montati sui bombardieri erano capaci di generare onde radio di tale potenza da bruciare le valvole di amplificazione nei caccia che stavano monitorando.(…) Il radar sembra particolarmente efficace per distruggere i sistemi elettronici di missili balistici supersonici e missili acqua-aria”. Ebbene sono trascorsi altri dieci anni dalla pubblicazione di quell’articolo ed è da circa 70 anni ormai, che negli Stati Uniti si compiono ricerche nel campo dei radar ad antenna attiva. Come giustamente ricorda il
- 51. giornalista e scrittore (nonché docente d’informatica) Pablo Ayo: “Nel 1947 furono installati dei potenti radar ai quattro angoli del perimetro atomico che comprendeva i laboratori nazionali di Los Alamos, il poligono di Alamogordo, la base aerea di Roswell ed il Centro sperimentale missilistico di White sands. (…) A White sands era installato l'SCR-584, un nuovissimo modello di radar usato per la prima volta durante lo sbarco degli Alleati ad Anzio. Alla ‘White sands Proving Ground’ l’esercito disponeva di due radar, di cui uno era l’SCR-584, impiegato per test sul tracciamento dei missili. Il sistema innovativo sfruttava le microonde in luogo dei segnali radio per tracciare i bersagli. Alla base del suo funzionamento si trovava il famoso Magnetron, un tubo a vuoto ad alta potenza che genera microonde mediante l’interazione di un flusso di elettroni con un campo magnetico. La prima versione del Magnetron30 fu inventata nel 1920, ma la versione moderna fu concepita nel 1940 da John Randall e Harry Boot, presso l’Università di Birmingham”. Oggigiorno, non è ancora chiaro in che modo e in che misura, dei potenziali radar AESA montati su velivoli da combattimento, possano essere impiegati come armi ad energia diretta; tuttavia, è facile immaginare che con l’evoluzione tecnologica in continua crescita esponenziale in tale settore di ricerca, entro qualche anno i sistemi AESA saranno talmente piccoli, compatti e potenti, da poter essere installati facilmente su velivoli caccia, non solo a scopo di rilevamento/tracciamento, ma anche per poter essere impiegati, parallelamente, come delle 30 Nei sistemi radar la guida d'onda è connessa con una antenna, che può essere una scanalatura nella guida oppure un allargamento a cono puntante su un riflettore parabolico. Il magnetron è alimentato con brevi impulsi di alta tensione, in modo da emettere rapidi impulsi di microonde, che vengono irradiati dall'antenna. Parte di questa energia è riflessa all'indietro dagli ostacoli incontrati e ritorna all'antenna con un ritardo proporzionale alla distanza in cui si forma l'eco o meglio la riflessione dell'onda elettromagnetica. Qui un dispositivo (di solito un circolatore) indirizza il segnale verso un sensibile ricevitore radio e viene quindi visualizzato su uno schermo a raggi catodici (oppure elaborato digitalmente).
- 52. vere e proprie armi ad energia diretta (in grado di abbattere o comunque di rendere inoffensivi, aerei o missili nemici)31 . Figura 1.10. Il radar navale EL/M-2248 AESA, sul cacciatorpediniere Kolkata, della Marina Indiana. Figura 1.11. Il radar terrestre-marittimo SBX-1 (Sea-Based X-Band), a Pearl Harbor (Hawaii, USA, 2006). 31 Una lista di tutti i radar AESA attualmente utilizzati a livello globale (dunque non solo dall’esercito degli Stati Uniti), è riportata in Appendice.
- 53. Radio-Frequency Vehicle Stopper Il Radio-Frequency Vehicle Stopper (RFVS) a frequenza multipla (o “multifrequenza”), è un’arma a microonde ad alta potenza (HPM), in fase di sviluppo presso il Naval Surface Warfare Center (a Dahlgren, in Virginia, negli Stati Uniti). Il sistema RFVS utilizza dei tubi Magnetron ad alta potenza per generare degli impulsi a radiofrequenza (RF) molto intensi, in grado d’interferire con l’elettronica dei veicoli, per renderli temporaneamente inattivi. Il motore di un veicolo colpito da un fascio ad onde HPM emesso da un sistema RFVS, praticamente si spegne immediatamente e non può essere riavviato mentre il fascio di microonde rimane attivo. L’obiettivo dichiarato del programma RFVS, è quello di identificare una forma d’onda di tipo HPM, efficace contro una vasta gamma di potenziali veicoli-bersaglio e di garantire che tale forma d’onda identificata, possa essere generata da una fonte non troppo ingombrante, trasportabile con veicoli leggeri e possibilmente dai costi non toppo elevati. In questo programma di ricerca, tempo e risorse sono stati in gran parte dedicati al mantenimento dei proficui rapporti con il mondo delle università e dell’industria automobilistica. Il rapporto di lavoro/ricerca con l’industria automobilistica, permetterà al programma RFVS di restare al passo coi tempi, in funzione delle ultime tendenze della tecnologia automobilistica, al fine di assicurare che il sistema RFVS, continuerà ad essere efficace anche contro i futuri modelli d’automobile, sempre più complessi per quanto riguarda l’elettronica di bordo. La maggior parte degli attuali sistemi HPM, sono a banda stretta e permettono di operare con una sola frequenza. In contrasto con tali sistemi, il RFVS utilizza delle microonde multiple ad alta potenza. Questo permette un aumento dell’efficacia del sistema. Come ormai sappiamo, poiché detto più volte, l’energia elettromagnetica può essere impiegata per distruggere o danneggiare un bersaglio elettronico. Affinché l’energia in
- 54. questione possa influenzare l’elettronica, tuttavia, deve raggiungere i componenti critici all’interno del bersaglio. Si tratta dunque di far sì che si verifichi, un processo d’accoppiamento. Diverse forme d’onda elettromagnetica sono più o meno efficaci contro specifici obiettivi, in parte, sintonizzati sulla loro frequenza; come diverse frequenze si accoppiano meglio o peggio, a dipendenza delle forme geometriche dei bersagli colpiti. Per essere specifici, ogni elemento elettronico ha le sue specifiche frequenze di risonanza, che possono efficacemente facilitare l’accoppiamento d’energia nel bersaglio colpito. Sfortunatamente però, queste frequenze di risonanza, sono uniche per ogni componente elettronico (nel senso che hanno una loro ben definita gamma di lunghezze d’onda, diversa da quella di altre componenti). Di conseguenza, una forma d’onda con una singola frequenza, potrebbe realmente essere efficace contro un bersaglio specifico, ma meno efficace contro un differente bersaglio (ossia contro un obiettivo “generico”, di cui non si conosce esattamente la frequenza di risonanza dei suoi componenti). Pertanto, un sistema che utilizzi varie gamme di frequenza o delle frequenze multiple, sarà ovviamente più efficace contro una vasta gamma di obiettivi. Quest’idea non è affatto nuova ed è abbracciata con fervore dai ricercatori del progetto RFVS. Il numero ottimale di frequenze da utilizzarsi in un sistema RFVS, venne trovato nel 2006. Questi dati vennero in seguito utilizzati per la costruzione del primo prototipo di RFVS. La costruzione di questo prototipo iniziò nel 2007 e terminò nel 2008. La dimostrazione della sua funzionalità avvenne con successo nella primavera del 2008 e il finanziamento per la costruzione di un dispositivo commerciale di tipo RFVS, venne di conseguenza approvato immediatamente. Ad oggi, 42 veicoli leggeri (automobili, furgoni e SUV) e tre mezzi pesanti (camion e trattori) sono stati testati nell’ambito del programma di ricerca RFVS; l’obiettivo finale, è lo sviluppo di un dispositivo RFVS a frequenze multiple, totalmente affidabile e utilizzabile contro qualsiasi tipo di veicolo.
- 55. Figura 1.12. Il prototipo del sistema RFVS, testato nel 2008. Armi Laser Le armi laser sembrano tecnicamente mature o prossime ad esserlo e sembra davvero che a breve, potrebbe succedere di vederle impiegate in vari campi di battaglia. Offrono vantaggi teorici rilevanti, colpiscono alla velocità della luce e possono essere puntate con precisione; inoltre possono raggiungere distanze proibite alle armi convenzionali e offrire “munizioni” quasi infinite a costi molto modesti. Anche se il futuro prossimo non sarà molto probabilmente dominato solo ed esclusivamente dalle armi ad energia diretta (con i laser in prima linea), l’aggiungersi all’arsenale statunitense di queste nuove armi futuristiche e super tecnologiche, influenzerà sicuramente le tecniche di guerra negli anni a venire. Da diversi anni a questa parte ormai, le iniziative per lo sviluppo di armi ad energia diretta (soprattutto per quelle costituite da
- 56. laser a stato solido), figurano tra i programmi di ricerca prioritari per il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. La tecnologia laser è una delle più conosciute e su di essa si basano i principali programmi militari di ricerca e sviluppo; vista la sua versatilità per la creazione di svariati dispositivi bellici. Secondo alcuni esperti del settore, il laser a stato solido fornisce una risposta molto efficace e conveniente, al costoso e complesso problema della difesa contro le minacce asimmetriche (un approccio che può rivelarsi fondamentale in tempi di crisi economica, dove i budget disponibili sono piuttosto limitati). Come giustamente fece osservare qualche anno fa il contrammiraglio Matthew Klunder (a capo della Naval Research della US Navy): “Un colpo d’energia diretta costerebbe meno di un dollaro, contro le centinaia di migliaia di dollari necessari per lanciare un missile”. Laser a stato solido LASER è l'acronimo inglese di Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation (tradotto in italiano: Amplificazione di Luce tramite Emissione Stimolata di Radiazioni). Sostanzialmente è un oscillatore ottico che realizza due funzioni: l'amplificazione della luce attraverso un mezzo attivo e la retroazione della luce stessa tramite un risuonatore ottico, tipicamente realizzato mediante due specchi riflettenti. Numerosi sono i materiali che, in vari stati di aggregazione, possiedono livelli energetici adatti a manifestare un'inversione di popolazione32 dei livelli, quando vengono opportunamente 32 In fisica, e più specificatamente in meccanica statistica, si parla di inversione di popolazione quando in un sistema costituito da un gruppo di corpi elementari (per esempio atomi, molecole o particelle) ci sono più corpi in stato eccitato che corpi negli stati di minore energia. Questa particolare condizione è la chiave per ottenere l'emissione laser, nonché del funzionamento di alcuni tipi di transistor, diodi e altri semiconduttori che