Būsimos kovinės transporto priemonės, apsaugotos aktyvia kamufliažo sistema, meninis atvaizdas
Šiuo metu pėstininkų žvalgybos ir infiltracijos operacijos atliekamos naudojant įprastą maskuotę, skirtą užmaskuoti karį, naudojant du pagrindinius elementus: spalvą ir raštą (maskavimo raštas). Tačiau vis labiau plinta karinės operacijos miesto aplinkoje, kai optimali spalva ir raštas gali nuolat keistis, net ir kiekvieną minutę. Pavyzdžiui, žalias uniformas vilkintis karys aiškiai išsiskirs prie baltos sienos. Aktyvi kamufliažo sistema galėtų nuolat atnaujinti spalvą ir raštą, paslėpdama kareivį dabartinėje aplinkoje
Gamta milijonus metų naudoja aktyviai prisitaikančias maskavimo „sistemas“. Ar matote chameleoną šioje nuotraukoje?
Supaprastintas aktyvaus prisitaikymo kamufliažo veikimo principo vaizdavimas naudojant MBT pavyzdį
Šiame straipsnyje pateikiama esamų ir numatomų aktyvių (prisitaikančių) maskavimo sistemų apžvalga. Nors šioms sistemoms yra daug programų arba jos yra kuriamos, moksliniai tyrimai sutelkti į sistemas, kurios galėtų būti naudojamos pėstininkų operacijose. Be to, šių tyrimų tikslas - pateikti informaciją, naudojamą įvertinti dabartinį aktyvių maskavimo sistemų pritaikomumą ir padėti kurti būsimas sistemas.
Apibrėžimai ir pagrindinės sąvokos
Aktyvus kamufliažas matomu spektru skiriasi nuo įprasto kamufliažo dviem būdais. Pirma, ji pakeičia užmaskuoto išvaizdą išvaizda, kuri ne tik primena aplinką (pvz., Tradicinis maskavimas), bet ir tiksliai atspindi tai, kas slypi už maskuojamo objekto.
Antra, aktyvus kamufliažas tai daro ir realiu laiku. Idealiu atveju, aktyvus kamufliažas galėtų ne tik imituoti netoliese esančius objektus, bet ir tolimus, galbūt iki pat horizonto, sukurdamas tobulą vizualinį maskavimą. Vizualiai aktyvus kamufliažas gali būti naudojamas išjungti žmogaus akies ir optinių jutiklių gebėjimą atpažinti taikinius.
Grožinėje literatūroje yra daug aktyvių kamufliažo sistemų pavyzdžių, o kūrėjai dažnai pasirenka technologijos pavadinimą, remdamiesi tam tikrais terminais ir pavadinimais iš grožinės literatūros. Paprastai jie nurodo visišką aktyvų maskavimą (t. Y. Visišką nematomumą) ir nenurodo dalinio aktyvaus užmaskavimo galimybių, aktyvaus užmaskavimo specialioms operacijoms ar bet kokios dabartinės realios technologinės pažangos. Tačiau visiškas nematomumas tikrai bus naudingas pėstininkų operacijoms, tokioms kaip žvalgybos ir infiltracijos operacijos.
Kamufliažas naudojamas ne tik regos spektre, bet ir akustikoje (pavyzdžiui, sonaruose), elektromagnetiniame spektre (pvz., Radare), šiluminiame lauke (pavyzdžiui, infraraudonoji spinduliuotė) ir keičiant objekto formą. Užmaskavimo technologijos, įskaitant kai kuriuos aktyvius maskavimus, tam tikru mastu buvo sukurtos visiems šiems tipams, ypač transporto priemonėms (sausumos, jūros ir oro). Nors šis darbas visų pirma susijęs su vizualiu nuslėptos pėstininkų maskavimu, naudinga trumpai paminėti kitų sričių sprendimus, nes kai kurias technologines idėjas galima perkelti į matomą spektrą.
Vizualinis maskavimas. Vizualinį maskavimą sudaro forma, paviršius, blizgesys, siluetas, šešėlis, padėtis ir judėjimas. Aktyvioje kamufliažo sistemoje gali būti visi šie aspektai. Šiame straipsnyje pagrindinis dėmesys skiriamas vizualiai aktyviam maskavimui, todėl šios sistemos išsamiai aprašytos tolesniuose poskyriuose.
Akustinis kamufliažas (pvz., Sonaras). Nuo 1940-ųjų daugelis šalių eksperimentavo su garsą sugeriančiais paviršiais, kad sumažintų povandeninių laivų atspindžius sonaruose. Ginklų trukdymo technologijos yra akustinio kamufliažo rūšis. Be to, aktyvus triukšmo slopinimas yra nauja tendencija, galinti virsti akustiniu kamufliažu. Šiuo metu vartotojui prieinamos aktyvios triukšmą slopinančios ausinės. Kuriamos vadinamosios artimojo lauko aktyvaus triukšmo slopinimo sistemos, kurios dedamos į akustinį artimą lauką, kad būtų aktyviai sumažintas, visų pirma, sraigtų toninis triukšmas. Prognozuojama, kad būtų galima sukurti perspektyvias tolimojo nuotolio akustinių laukų sistemas, kad būtų užmaskuoti pėstininkų veiksmai.
Elektromagnetinis kamufliažas (pvz., Radaras). Radaro kamufliažo tinklai sujungia specialias dangas ir mikropluošto technologiją, kad plačiajuosčio ryšio radaro slopinimas viršytų 12 dB. Naudojant papildomas šilumines dangas, padidėja apsauga nuo infraraudonųjų spindulių.
„BAB-ULCAS“(„Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen“) iš „Saab Barracuda“naudoja specialią medžiagą, pritvirtintą prie pagrindinės medžiagos. Medžiaga sumažina plačiajuosčio ryšio radaro aptikimą, taip pat susiaurina matomus ir infraraudonųjų spindulių dažnių diapazonus. Kiekvienas ekranas yra sukurtas specialiai įrangai, kurią jis apsaugo.
Kamufliažinės uniformos. Ateityje aktyvus kamufliažas gali nustatyti aptraukiamą objektą, kad jis būtų pritaikytas prie erdvės formos. Ši technologija yra žinoma kaip SAD (Shape Approximation Device) ir gali sumažinti formos aptikimo galimybes. Vienas iš įtikinamiausių vienodo maskavimo pavyzdžių yra aštuonkojis, kuris gali susilieti su aplinka ne tik keičiant spalvą, bet ir keičiant odos formą bei tekstūrą.
Terminis kamufliažas (pvz., Infraraudonųjų spindulių). Kuriama medžiaga, kuri susilpnina nuogos odos šilumos požymius, išsklaidydama šilumą, naudojant sidabruotus tuščiavidurius keraminius rutulius (senosferas), vidutiniškai 45 mikronų skersmens, įterptus į rišiklį, kad būtų sukurtas mažas emisijos ir difuzijos savybių turintis pigmentas. Mikrokaroliukai veikia kaip veidrodis, atspindintys supančią erdvę ir vienas kitą, ir taip paskirsto šiluminę spinduliuotę iš odos.
Daugiaspektrinis kamufliažas. Kai kurios kamufliažo sistemos yra daugialypės, tai reiškia, kad jos tinka daugiau nei vienam kamufliažo tipui. Pavyzdžiui, „Saab Barracuda“sukūrė didelio mobilumo borto sistemos (HMBS) daugiapektrinį maskavimo produktą, kuris apsaugo artilerijos šūvius šaudymo ir perskirstymo metu. Galima sumažinti parašus iki 90%, o šiluminės spinduliuotės slopinimas leidžia varikliams ir generatoriams veikti tuščiąja eiga, kad būtų galima greitai paleisti. Kai kurios sistemos turi dvipusę dangą, leidžiančią kariams dėvėti dvipusį kamufliažą, skirtą naudoti įvairių tipų reljefuose.
2006 m. Pabaigoje „BAE Systems“paskelbė tai, kas buvo apibūdinta kaip „šuolis į priekį kamufliažo technologijoje“, savo pažangių technologijų centre išradęs „naują aktyvaus slaptumo formą … Paspaudus mygtuką, objektai tampa praktiškai nematomi, susimaišę. į jų foną “. Pasak „BAE Systems“, ši plėtra „suteikė įmonei dešimtmečio lyderystę slaptų technologijų srityje ir galėjo iš naujo apibrėžti„ slaptos “inžinerijos pasaulį“. Naujos koncepcijos buvo įgyvendintos remiantis naujomis medžiagomis, o tai leidžia ne tik pakeisti jų spalvas, bet ir perkelti infraraudonųjų spindulių, mikrobangų ir radarų profilį ir sujungti objektus su fonu, todėl jie tampa beveik nematomi. Ši technologija yra integruota į pačią konstrukciją, o ne pagrįsta papildomų medžiagų, tokių kaip dažai ar lipnus sluoksnis, naudojimu. Šis darbas jau leido užregistruoti 9 patentus ir vis tiek gali suteikti unikalių parašų valdymo problemų sprendimų.
Aktyvi kamufliažo sistema, pagrįsta RPT technologija, su projekcija ant atspindinčio lietpalčio
Kita riba: transformacijos optika
Šiame straipsnyje aprašytos aktyvios / prisitaikančios kamufliažo sistemos, pagrįstos scenos projekcija, savaime yra gana panašios į mokslinę fantastiką (ir tai iš tikrųjų buvo filmo „Plėšrūnas“pagrindas), tačiau jos nėra pažangiausių technologijų dalis. paieška „nematomumo drobulė“. Iš tiesų, jau yra aprašyti kiti sprendimai, kurie bus daug efektyvesni ir praktiškesni, palyginti su aktyviu kamufliažu. Jie pagrįsti reiškiniu, žinomu kaip transformacijos optika. Tai reiškia, kad kai kurie bangos ilgiai, įskaitant matomą šviesą, gali būti „sulenkti“ir tekėti aplink objektą, kaip vanduo, apgaubiantis akmenį. Dėl to objektai, esantys už objekto, tampa matomi, tarsi šviesa praeitų per tuščią erdvę, o pats objektas dingsta iš akių. Teoriškai transformacijos optika gali ne tik užmaskuoti objektus, bet ir padaryti juos matomus ten, kur jų nėra.
Nematomumo principo scheminis pavaizdavimas naudojant transformacijos optiką
Meninis metamedžiagos struktūros vaizdavimas
Tačiau tam, kad tai įvyktų, objektas ar sritis turi būti užmaskuoti naudojant maskavimo priemonę, kuri pati turi būti neaptinkama elektromagnetinių bangų. Šios priemonės, vadinamos metamedžiagomis, naudoja korines struktūras, kad sukurtų gamtoje nepasiekiamų medžiagų savybių derinį. Šios struktūros gali nukreipti elektromagnetines bangas aplink objektą ir sukelti jų atsiradimą kitoje pusėje.
Bendra tokių metamedžiagų idėja yra neigiamas lūžis. Priešingai, visos natūralios medžiagos turi teigiamą lūžio rodiklį, rodantį, kiek elektromagnetinių bangų yra sulenktos, kai jos pereina iš vienos terpės į kitą. Klasikinė refrakcijos veikimo iliustracija: į vandenį panardinta lazdos dalis atrodo sulenkta po vandens paviršiumi. Jei vanduo lūžtų neigiamai, panardinta lazdos dalis, priešingai, išsikištų iš vandens paviršiaus. Arba, pavyzdžiui, po vandeniu plaukianti žuvis atrodytų judanti ore virš vandens paviršiaus.
2009 m. Sausio mėn. Duke'o universitetas atskleidė naują maskavimo metamedžiagą
Galutinės 3D metamedžiagos elektroninio mikroskopo vaizdas. Padalinti aukso nanorings rezonatoriai yra išdėstyti lygiomis eilėmis
Scheminis ir elektroninio mikroskopo vaizdas iš metamedžiagos (viršuje ir šone), kurią sukūrė Kalifornijos universiteto Berkeley mokslininkai. Medžiaga suformuota iš lygiagrečių nanovielių, įterptų į porėtą aliuminio oksidą. Kai matoma šviesa praeina per medžiagą pagal neigiamo lūžio reiškinį, ji nukreipiama priešinga kryptimi.
Kad metamedžiaga turėtų neigiamą lūžio rodiklį, jos struktūrinė matrica turi būti mažesnė už naudojamos elektromagnetinės bangos ilgį. Be to, dielektrinės konstantos (galimybės perduoti elektrinį lauką) ir magnetinio pralaidumo (kaip jis reaguoja į magnetinį lauką) vertės turi būti neigiamos. Matematika yra neatskiriama kuriant parametrus, reikalingus metamedžiagoms kurti ir parodyti, kad medžiaga garantuoja nematomumą. Nenuostabu, kad daugiau sėkmės pasiekta dirbant su bangų ilgiu, esančiu platesniame mikrobangų diapazone, kuris svyruoja nuo 1 mm iki 30 cm. Žmonės mato pasaulį siaurame elektromagnetinės spinduliuotės diapazone, žinomoje kaip matoma šviesa, bangos ilgis nuo 400 nanometrų (violetinė) ir purpurinė šviesa) iki 700 nanometrų (tamsiai raudona šviesa).
Po pirmojo metamedžiagos įgyvendinimo įrodymo 2006 m., Kai buvo sukurtas pirmasis prototipas, Duke universiteto inžinierių komanda 2009 m. Sausio mėn. Paskelbė naujo tipo maskavimo įrenginį, kuris yra daug pažangesnis už plataus dažnių spektro maskavimo. Naujausia pažanga šioje srityje atsirado dėl naujos sudėtingų algoritmų grupės metamedžiagoms kurti ir gaminti. Neseniai atliktuose laboratoriniuose eksperimentuose mikrobangų spindulys, nukreiptas per maskavimo priemones į „išsipūtimą“ant plokščio veidrodinio paviršiaus, atsispindėjo nuo paviršiaus tokiu pačiu kampu, tarsi nebūtų išsipūtimo. Be to, dengiamoji medžiaga neleido susidaryti išsklaidytoms sijoms, paprastai lydinčioms tokias transformacijas. Kamufliažo pagrindu esantis reiškinys primena miražą, matytą karštą dieną prieš kelią.
Lygiagrečioje ir tikrai konkuruojančioje programoje Kalifornijos universiteto mokslininkai 2008 m. Viduryje paskelbė sukūrę 3-D medžiagas, galinčias pakeisti įprastą šviesos kryptį matomuose ir arti infraraudonųjų spindulių spektruose. Mokslininkai laikėsi dviejų skirtingų metodų. Pirmajame eksperimente jie sudėjo kelis kintančius sidabro ir nelaidžio magnio fluorido sluoksnius ir supjaustė vadinamuosius nanometrinius „tinklelio“modelius į sluoksnius, kad sukurtų masinę optinę metamedžiagą. Neigiamas lūžis buvo matuojamas esant 1500 nanometrų bangos ilgiui. Antrąją metamedžiagą sudarė sidabrinės nanovielos, ištemptos akyto aliuminio oksido viduje; jis turėjo neigiamą lūžimą esant bangos ilgiui 660 nanometrų raudonojoje spektro srityje.
Abi medžiagos pasiekė neigiamą lūžimą, sugertos arba „prarastos“energijos kiekis, nes pro jas praėjo šviesa.
Kairėje yra schematiškai pavaizduota pirmoji 3-D „tinklinė“metamedžiaga, sukurta Kalifornijos universitete, galinti pasiekti neigiamą lūžio rodiklį matomame spektre. Dešinėje yra gatavos struktūros vaizdas iš nuskaitymo elektroninio mikroskopo. Pertraukiami sluoksniai sudaro mažus kontūrus, kurie gali nukreipti šviesą atgal
Taip pat 2012 m. Sausio mėn. Štutgarto universiteto mokslininkai paskelbė, kad padarė pažangą gaminant daugiasluoksnę skaidyto žiedo metamedžiagą, skirtą optiniams bangų ilgiams. Ši sluoksnio procedūra, kurią galima pakartoti tiek kartų, kiek pageidaujama, iš metamedžiagų gali sukurti gerai suderintas trimates struktūras. Šios sėkmės raktas buvo planarizavimo (išlyginimo) metodas grubiam nanolitografiniam paviršiui kartu su patvariais atskaitos taškais, kurie atlaiko sausus ėsdinimo procesus nano gamybos metu. Rezultatas buvo puikus derinimas kartu su visiškai plokščiais sluoksniais. Šis metodas taip pat tinka laisvos formos formoms gaminti kiekviename sluoksnyje. Taigi galima sukurti sudėtingesnes struktūras.
Žinoma, gali prireikti daug daugiau tyrimų, kol bus sukurtos metamedžiagos, galinčios veikti matomame spektre, kuriame mato žmogaus akis, o tada praktinės medžiagos, tinkamos, pavyzdžiui, drabužiams. Tačiau net ir maskuojančios medžiagos, veikiančios tik keliais pagrindiniais bangos ilgiais, gali suteikti didžiulės naudos. Jie gali padaryti naktinio matymo sistemas neveiksmingas ir objektus nematomus, pavyzdžiui, lazerio spinduliams, naudojamiems ginklams nukreipti.
Darbo koncepcija
Buvo pasiūlytos lengvos optoelektroninės sistemos, pagrįstos šiuolaikiniais vaizdo gavimo įtaisais ir ekranais, kurie daro pasirinktus objektus beveik skaidrius ir taip praktiškai nematomus. Šios sistemos vadinamos aktyviosiomis arba prisitaikančiomis maskavimo sistemomis dėl to, kad, skirtingai nei tradicinis maskavimas, jos sukuria vaizdus, kurie gali keistis reaguojant į scenų ir apšvietimo sąlygų pokyčius.
Pagrindinė prisitaikančios kamufliažo sistemos funkcija - projektuoti sceną (foną) už objekto ant arčiausiai žiūrovo esančio objekto paviršiaus. Kitaip tariant, scena (fonas) už objekto yra perkeliama ir rodoma skydeliuose priešais objektą.
Tipiška aktyvi kamufliažo sistema greičiausiai bus lanksčių plokščių ekranų tinklas, išdėstytas tam tikros antklodės pavidalu, kuris padengs visus matomus objekto paviršius, kuriuos reikia užmaskuoti. Kiekviename ekrano skydelyje bus aktyvus pikselių jutiklis (APS) arba galbūt kitas pažangus vaizdo gavėjas, kuris bus nukreiptas į priekį nuo skydo ir užims nedidelę skydelio srities dalį. „Plėvelėje“taip pat bus vielos rėmas, palaikantis susietų optinių skaidulų tinklą, per kurį vaizdas iš kiekvieno APS bus perduotas į papildomą ekrano skydelį, esantį priešingoje užmaskuoto objekto pusėje.
Visų vaizdo gavimo įrenginių padėtis ir orientacija bus sinchronizuojama su vieno jutiklio padėtimi ir orientacija, kurią nustatys pagrindinis vaizdo jutiklis (jutiklis). Orientaciją nustatys išlyginimo įrankis, valdomas pagrindinio vaizdo jutiklio. Centrinis valdiklis, prijungtas prie išorinio šviesos matuoklio, automatiškai sureguliuos visų ekranų šviesumo lygius, kad jie atitiktų aplinkos apšvietimo sąlygas. Užmaskuoto objekto apačia bus dirbtinai apšviesta, kad užmaskuoto objekto vaizdas iš viršaus parodytų žemę, tarsi ji būtų natūraliai apšviesta; jei to nepavyks pasiekti, akivaizdus šešėlių nevienalytiškumas ir diskretiškumas bus matomas stebėtojui, žiūrinčiam iš viršaus į apačią.
Ekrano plokštės gali būti tokio dydžio ir konfigūracijos, kad visos šios plokštės galėtų būti naudojamos įvairiems objektams užmaskuoti, nekeičiant pačių objektų. Buvo apskaičiuotas tipiškų prisitaikančio kamufliažo sistemų ir posistemių dydis ir masė: įprasto vaizdo jutiklio tūris bus mažesnis nei 15 cm3, o sistema, uždengianti 10 m ilgio, 3 m aukščio ir 5 m pločio objektą, turės masė mažesnė nei 45 kg. Jei uždengtinas objektas yra transporto priemonė, tada prisitaikanti maskavimo sistema gali būti lengvai įjungta transporto priemonės elektros sistemos, neturėdama jokio neigiamo poveikio jos veikimui.
Įdomus sprendimas adaptyviam „BAE Systems“karinės įrangos užmaskavimui
