Senjata Tenaga Terarah (LASER): Satu Pengenalan

Penulis: Dr. Imran Mustafa Abdul Khudus
Pensyarah Kanan Fizik, Jabatan Fizik Universiti Malaya (UM)

Sejak beberapa minggu yang lalu, dunia dikejutkan dengan serangan AS dan sekutu rapatnya Israel terhadap Iran, atas alasan yang Iran membangunkan persenjataan nuklear. Iran sebagai sebuah negara berdaulat melancarkan serangan balas terhadap Israel dan pengkalan-pengkalan tentera A.S di Timur Tengah menggunakan dron dan peluru berpandu, yang sebahagiannya dipintas oleh sistem pertahanan Israel yang dinamakan ‘Iron Dome’. Ada laporan menyatakan bahawa terdapat suatu teknik  persenjataan baharu yang digunakan oleh ‘Iron Dome’ Israel ini yang dipanggil Directed Energy Weapon atau Senjata Tenaga LASER Terarah (STT).

Apa sebenarnya STT ini? Secara amnya, STT ini adalah satu kelas senjata yang menggunakan radiasi kuasa tinggi terarah untuk menghapuskan ancaman. Di dalam filem fiksyen terkenal Starwars, senjata jenis ini banyak digunakan dalam aksi peperangan yang dipaparkan.

Makalah ini cuba menghuraikan serba ringkas teknologi asas STT dan apa cabaran-cabaran yang wujud dalam pembikinan dan penggunaannya.

Salah satu daya tarikan utama pembangunan STT berbanding senjata konvensional ialah faktor kos operasinya. Sebuah peluru berpandu pertahanan seperti yang digunakan dalam sistem Iron Dome boleh mencecah jutaan Dolar Amerika setiap satu dan ia hanya boleh digunakan sekali sahaja pada masa ia dilancarkan. Sebaliknya, setiap “tembakan” laser hanya memerlukan tenaga elektrik, yang kosnya boleh dianggarkan kurang daripada RM 50 setiap tembakan. Dalam senario serangan berkumpulan oleh puluhan atau ratusan dron murah, perbezaan kos ini menjadi sangat kritikal; pasukan lawan boleh menggunakan dron murah untuk memaksa pihak bertahan membalas dengan peluru berpandu berharga ratusan ribu ringgit, satu strategi yang secara ekonominya akan melemahkan pertahanan. STT berpotensi mengurangkan kos perbelanjaan perang lantas memberi kelebihan dari segi ekonomi.

Teknologi Laser

STT boleh dibahagikan kepada dua bahagian: laser dan pancaran radio berkuasa tinggi. Dari sudut bahasa, LASER merupakan akronim untuk “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (LASER)  ataupun Penguat Cahaya oleh Radiasi Pancaran Terangsang. Laser adalah sumber cahaya luar biasa yang agak berbeza daripada mentol lampu atau lampu mentol denyar. Laser menghasilkan pancaran cahaya yang sempit. Dan jenis cahaya ini berguna dalam banyak teknologi dan alatan berteknologi tinggi bahkan ianya mungkin digunakan di rumah anda.

Cahaya bergerak dalam bentuk gelombang, dan jarak antara dua puncak gelombang dipanggil panjang gelombang. Setiap “warna” mempunyai panjang gelombang yang berbeza. Sebagai contoh, cahaya biru mempunyai panjang gelombang yang lebih pendek daripada cahaya merah. Cahaya matahari, ataupun cahaya daripada lampu mentol yang biasa terdiri daripada cahaya dengan banyak panjang gelombang yang berbeza. Mata kita melihat campuran pelbagai panjang gelombang ini sebagai cahaya putih. Laser sangat berbeza dan tidak berlaku secara semula jadi. Laser menghasilkan jalur sempit cahaya di mana semua gelombang cahaya mempunyai panjang gelombang yang sangat serupa. Gelombang cahaya laser bergerak bersama-sama dengan puncak gelombang yang sama, atau dalam fasa. Ini menyebabkan pancaran sangat sempit dan cahaya laser sangat terang, membolehkan ianya difokuskan kepada kawasan yang sangat kecil.

Laser memerlukan tiga komponen utama: 2 cermin yang berbeza kebolehpantulan, sumber tenaga (samada cahaya ataupun elektrik) dan medium penguat cahaya (gain medium). Apabila cahaya laser telah dihasilkan, kuasanya boleh ditingkatkan dengan menggunakan penguat (amplifier) yang menggunakan hanya sumber tenaga dan medium penguat cahaya.

Laser untuk STT

Secara amnya, kita boleh membahagikan jenis laser kepada dua, seperti dalam Rajah 4. Untuk STT, apa yang diperlukan adalah tenaga laser yang tinggi yang boleh merosakkan satu objek dari jarak yang jauh. Ini memerlukan analisis mod operasi yang sesuai untuk jenis kerosakan yang dibuat, seperti yang diberikan dalam Jadual 1.

Pengionan runtuhan dan pecahan dielektrik sebetulnya merupakan jenis kerosakan yang lebih mendalam sifatnya, tetapi memerlukan kawalan yang tinggi terhadap denyutan yang dibuat. Maka secara amnya, kerosakan terma sudah memadai untuk merosakkan sesuatu bahan. ‘Kerosakan terma’ ini mengakibatkan kebakaran atau kecairan pada sesuatu bahan dan menghasilkan lubang sebesar saiz alur laser tersebut. Jadi kebiasannya laser jenis gentian optik (fibre optic laser) ataupun laser keadaan pepejal (solid state laser) akan digunakan untuk STT.

Fizik Kemusnahan: Mencairkan Sasaran dari Jauh

Apabila pancaran yang terarah ini mengenai sasaran, setiap bahan bertindak balas secara berbeza terhadap pemindahan haba yang ekstrem ini. Antara komponen atau bahan yang digunakan adalah seperti:

i- Dron Komersial: Dron kecil biasanya diperbuat daripada plastik dan struktur yang nipis. Menariknya, laser tidak semestinya perlu menebuk lubang pada badan luaran dron untuk menjatuhkannya. Haba yang diserap selalunya cukup untuk membakar litar elektronik dan sistem bateri di dalamnya, menyebabkan “kegagalan misi” (mission kill) serta-merta di udara.

ii- Komposit Gentian Karbon (CFRP): Bahan ini sangat popular dalam industri aeroangkasa moden. CFRP menyerap cahaya laser dengan sangat baik tetapi ia merupakan pengalir haba yang lemah. Akibatnya, haba terperangkap di kawasan setempat, menyebabkan resin bahan terurai dan lapisan gentian karbon terpisah (delamination), lantas mengakibatkan struktur peluru berpandu atau dron gagal secara mendadak.

iii-Logam (Aluminium & Titanium): Permukaan aluminium pada awalnya mungkin memantulkan cahaya laser, tetapi apabila ia mula panas, penyerapan cahaya meningkat secara mendadak. Suhu yang tinggi menyebabkan logam tersebut lebur dan berlubang. Titanium pula mempunyai takat lebur yang lebih tinggi, tetapi pendedahan laser yang berterusan akhirnya akan membuatkan logam tersebut meleding, hilang integriti struktur, dan musnah.

Maka kuasa pancaran yang dilancarkan perlu mengambil kira jenis bahan ancaman yang perlu dihapuskan, dan kuasa pancaran yang diperlukan ini akan menetapkan platform yang sesuai untuk sesuatu laser tersebut. Ada dua faktor yang perlu diambil kira iaitu kuasa pancaran (W) dan iradians, iaitu kuasa pancaran setiap cm persegi (W/cm²). Jadi sekiranya iradians yang diperlukan untuk kerosakan adalah 1 W/cm², kita perlu kuasa 0.785 W untuk alur pancaran laser berdiameter 1 cm (pada objek tersebut), dan sekiranya alur laser berdiameter 10 cm kita memerlukan  kuasa 78.5 W. Jadi keperluan kuasa, kestabilan dan saiz optik dan saiz modul laser akan menentukan apa yang boleh dimusnahkan dan pada platform apa (contohnya; dron, helikopter, jet pejuang, dalam bangunan) laser ini boleh dibawa atau diletakkan.

Faktor Halangan Atmosfera

Mungkin ada yang bertanya, “jika laser sangat berkuasa memusnahkan, mengapa ia masih belum menggantikan sepenuhnya peluru berpandu konvensional?” Ironinya, halangan terbesar bagi STT bukanlah kehebatan perisai penghalangnya tetapi medium yang berada di antara senjata dan sasarannya. Dengan kata lain, laser yang ada di makmal dan industri sudah pun boleh memotong dan memusnahkan objek, tetapi isu paling kritikal adalah membawa tenaga laser tersebut ke tempat ancaman melalui jarak jauh puluhan malahan hingga ratusan kilometer. Kita boleh bahagikan cabaran dan halangan ini kepada beberapa faktor utama:

A- Masalah Optik dan Kawalan Fokus Alur Laser (Optics & Beam Control) – Cabaran pertama bermula daripada sistem senjata itu sendiri. Untuk memusnahkan sasaran yang bergerak pantas, seperti dron atau peluru berpandu. Sistem laser memerlukan ketepatan fokus sub-mikro radian.

i -Pengawalan Alur Laser : Kanta dan cermin yang digunakan mestilah mampu menahan haba melampau yang dihasilkan oleh laser itu sendiri. Jika cermin optik tidak disejukkan atau dibentuk dengan sempurna, ia boleh mengalami pengembangan terma yang akan memesongkan arah pancaran laser.

ii-Sistem Penjejakan Sasaran (Targeting): Mengekalkan pancaran laser tepat pada satu titik kecil (contohnya, pada motor atau sensor dron) semasa target sedang bergerak laju memerlukan sistem AI yang mampu melakukan pembetulan arah secara real-time. Jika sasaran “bergerak” sedikit, tenaga laser akan tersebar dan tidak mampu menembusi sasaran.

iii-Kualiti Alur Laser (Beam Quality): Tidak semua laser menghasilkan pancaran yang sempurna. Jurutera menggunakan nilai M² (M Squared) untuk mengukur sejauh mana pancaran laser menghampiri nilai unggul, semakin tinggi nilai M², semakin cepat pancaran itu melebar dan semakin lemah tumpuannya pada jarak jauh. Pada kuasa yang tinggi, ketidaksempurnaan kecil dalam medium laser boleh menjadikan M² semakin lemah, sekali gus mengurangkan keberkesanan senjata.

iv-Pencemaran Permukaan Optik (Optical Surface Fouling): Dalam persekitaran pertempuran yang sebenar, terutama di laut atau padang pasir, habuk, garam, dan zarah-zarah halus akan mendap pada permukaan kanta dan cermin. Pencemaran yang amat tipis pun sudah cukup untuk menyerap sebahagian tenaga laser, menyebabkan permukaan itu panas dan retak atau hancur. Ini bermakna sistem memerlukan penyelenggaraan kerap atau penutup perlindungan automatik yang boleh dibuka seketika sebelum menembak.

v-Kesan Nonlinear pada Kuasa Tinggi (High-Power Nonlinear Effects): Apabila laser beroperasi pada kuasa yang sangat tinggi, udara itu sendiri mula bertindak balas secara tidak linear—fenomena seperti self-focusing boleh berlaku, di mana pancaran laser mula “mengerutkan” dirinya sendiri sehingga mencapai ketumpatan tenaga yang boleh mengionkan udara dan membentuk plasma. Plasma ini bertindak sebagai penghalang yang menyekat dan memesongkan laser sebelum sampai ke sasaran.

B- Kesan Atmosfera (Atmospheric Effects) Walaupun laser bergerak pada kelajuan cahaya, udara bukanlah medium yang sempurna. Ini merupakan salah satu halangan terbesar dalam penggunaan senjata tenaga terarah di dunia sebenar.

i-Serakan dan Penyerapan (Scattering & Absorption): Molekul udara, habuk, dan wap air menyerap dan menyerakkan tenaga laser. Panjang gelombang laser yang dipilih mestilah jatuh dalam “tetingkap atmosfera” (atmospheric window), julat frekuensi di mana udara paling telus atau tenaga akan hilang sebelum sampai ke sasaran.

ii-Gegaran Terma (Thermal Blooming): Apabila laser memanaskan udara di sepanjang laluannya, udara panas itu bertindak seperti kanta negatif yang memesongkan dan melebarkan pancaran. Fenomena ini dipanggil thermal blooming dan ia bertambah teruk pada jarak yang jauh atau dalam persekitaran yang lembap.

iii-Pergolakan Atmosfera (Atmospheric Turbulence): Perbezaan suhu dalam atmosfera mewujudkan “alun” udara yang menjadikan pancaran laser “berkelip” seperti bintang di malam hari. Sistem adaptive optics yang memerlukan kira-kira 1,000 pelarasan cermin sesaat diperlukan untuk memerangi kesan ini.

C- Cabaran Bekalan Kuasa (Power Supply & Energy Storage) Senjata laser bukanlah seperti senjata api konvensional yang hanya memerlukan peluru. Ia memerlukan bekalan elektrik yang sangat besar dan berterusan.

i- Keperluan Tenaga Tinggi: Laser pertempuran memerlukan kuasa dalam julat puluhan hingga ratusan kilowatt. Sebagai perbandingan, sebuah kereta elektrik hanya menggunakan kira-kira 100–200 kilowatt semasa memandu. Menjana kuasa sebegini di atas kapal perang atau kenderaan tentera darat adalah cabaran kejuruteraan yang besar.

ii- Penyimpanan Tenaga (Energy Storage): Untuk menghasilkan denyutan laser yang kuat dalam masa yang singkat, sistem kapasitor bersaiz besar diperlukan. Ini menambah berat dan saiz keseluruhan sistem, menjadikannya sukar untuk dipasang pada platform mudah alih.

iii- Kecekapan Penukaran (Wall-Plug Efficiency): Kebanyakan laser hanya menukar kira-kira 30–50% tenaga elektrik kepada cahaya laser. Selebihnya menjadi haba. Haba yang perlu disingkirkan dengan segera atau ia akan merosakkan sistem itu sendiri.

D -Pengurusan Haba (Thermal Management) Ironinya, senjata yang menggunakan haba untuk memusnahkan sasaran juga berpotensi memusnahkan dirinya sendiri.

i -Penyejukan Komponen Dalaman: Setiap komponen, dari diod laser hinggalah ke cermin optik akanmenghasilkan haba. Sistem penyejukan yang cekap seperti gelung cecair bertekanan tinggi diperlukan, dan ia menambah kerumitan serta titik kegagalan tambahan kepada sistem.

ii -Had Tembakan Berterusan: Berbeza dengan filem aksi Hollywood, senjata laser dunia sebenar tidak boleh menembak selama-lamanya. Selepas beberapa saat atau beberapa minit bergantung kepada kuasa, sistem perlu diberhentikan untuk menyejuk sebelum boleh digunakan semula. Ia merupakan satu kelemahan kritikal dalam senario pertempuran

Ini hanyalah beberapa cabaran utama yang telah kita bincangkan untuk STT ini. Tentu banyak lagi permasalahan yang wujud dalam realiti sebenar, terutamanya dalam keadaan hingar dan kacau-bilau peperangan yang tidak dapat diramalkan.

Senjata Tenaga Terarah (STT) bukan lagi fantasi sains fiksyen, ia merupakan teknologi yang sedang berkembang pesat dan telah pun digunakan dalam konflik sebenar.

STT mewakili satu lompatan paradigma dalam sejarah senjata manusia. Berbeza dengan teknologi peluru berpandu yang memerlukan bekalan fizikal yang terhad, STT secara ringkasnya hanya memerlukan elektrik dan selagi ada bekalan kuasa, ia boleh digunakan secara berterusan. Kos setiap “tembakan” yang relatifnya lebih murah berbanding peluru berpandu konvensional menjadikannya sangat menarik dari sudut ekonomi ketenteraan. Namun begitu,  STT belum mampu menggantikan senjata konvensional, dan setiap cabaran yang dibincangkan adalah masalah yang sedang diselesaikan oleh jurutera dan saintis.

Rujukan:

1. U.S. Government Accountability Office (GAO) Directed Energy Weapons: DOD Should Focus on Transition Planning GAO-23-105868, April 2023. https://www.gao.gov/products/gao-23-105868
2. Congressional Research Service (CRS) Department of Defense Directed Energy Weapons: Background and Issues for Congress Dikemaskini 2024. https://www.congress.gov/crs-product/R46925
3. RAND Corporation Directed Energy: The Focus on Laser Weapons Intensifies Januari 2024. https://www.rand.org/pubs/commentary/2024/01/directed-energy-the-focus-on-laser-weapons-intensifies.html
4. SPIE Photonics Focus Zapping Enemy Targets: Viable Laser Weapons Remain Critical to Military Strategy Mac/April 2024. https://spie.org/news/photonics-focus/marapr-2024/zapping-enemy-targets
5. Karkadakattil, Aswin. “Laser-Based Directed Energy Weapons: Technological Capabilities, Material Interaction, and Strategic Deployment Pathways.” Przegląd Nauk o Obronności 2025, no. 21 (2026): 68-98.
6. Thorlabs. (2026). Thorlabs.com. https://www.thorlabs.com/optics-handling-and-care-tutorial?tabName=Damage%20Thresholds