Активне камуфлажне технологије постају пунолетне (1. део)
Уметнички приказ будућег борбеног возила заштићеног активним камуфлажним системом
Тренутно се извиђање пешадије и операције инфилтрације изводе са конвенционалном камуфлажом дизајнираном да камуфлира војника користећи два главна елемента: боју и шару (камуфлажни узорак). Међутим, све су заступљеније војне операције у урбаним срединама, у којима се оптимална боја и шара могу мењати непрекидно, чак и сваког минута. На пример, војник у зеленој униформи јасно ће се истицати на белом зиду. Активни камуфлажни систем могао би стално да ажурира боју и шару, скривајући војника у његовом тренутном окружењу.
Природа користи активно-прилагодљиве камуфлажне „системе“ милионима година. Можете ли видети камелеона на овој фотографији?
Поједностављени приказ принципа рада активно-прилагодљиве камуфлаже на примеру МБТ-а
Овај чланак даје преглед тренутних и пројектованих активних (прилагодљивих) система маскирања. Иако постоје бројне примене ових система или су у развоју, фокус истраживања је на системима који би се могли користити у пешадијским операцијама. Поред тога, сврха ових студија је да пруже информације које се користе за процену тренутне применљивости активних камуфлажних система и да помогну у дизајнирању будућих.
Дефиниције и основни појмови
Активна камуфлажа у видљивом спектру разликује се од конвенционалне камуфлаже на два начина. Прво, замењује изглед онога што се маскира изгледом који не само да личи на окружење (слично традиционалном прерушавању), већ тачно представља оно што се налази иза маскираног објекта.
Друго, активна камуфлажа то такође ради у реалном времену. У идеалном случају, активна камуфлажа би могла не само да имитира оближње објекте, већ и удаљене објекте, можда чак и до самог хоризонта, стварајући савршену визуелну камуфлажу. Визуелна активна камуфлажа се може користити да се људском оку и оптичким сензорима одузме способност препознавања присуства циљева.
Постоји много примера активних маскирних система у фикцији, а програмери често бирају назив за технологију на основу неких термина и имена из фикције. Они се генерално односе на пуну активну камуфлажу (тј. потпуну невидљивост) и не односе се на делимичну активну камуфлажу, активну камуфлажу за специјалне операције или било који од тренутних стварних технолошких достигнућа. Међутим, потпуна невидљивост ће свакако бити корисна за операције пешадије, као што су операције извиђања и инфилтрације (инфилтрације).
Камуфлажа се примењује не само у визуелном спектру, већ иу акустици (нпр. сонар), електромагнетном спектру (нпр. радар), термичком пољу (нпр. инфрацрвеном), и за промену облика објекта. Технологије прикривања, укључујући неке врсте активне камуфлаже, развијене су у одређеној мери за све ове типове, посебно за возила (копнена, морска и ваздушна). Иако се овај рад углавном односи на визуелну камуфлажу сјашеног пешака, корисно је укратко поменути решења у другим областима, јер се неке технолошке идеје могу пренети на видљиви спектар.
визуелна камуфлажа. Визуелна камуфлажа се састоји од облика, површине, сјаја, силуете, сенке, локације и покрета. Активни камуфлажни систем може садржати све ове аспекте. Овај чланак се фокусира на визуелну активну камуфлажу, тако да су ови системи детаљно описани у следећим пододељцима.
Акустична камуфлажа (на пример, сонар). Од 40-их, многе земље експериментишу са површинама које апсорбују звук како би смањиле хидроакустичку рефлексију подморница. Технологије ометања оружја су облик акустичне камуфлаже. Поред тога, активно поништавање буке је нови правац који би се потенцијално могао развити у акустичну камуфлажу. Слушалице са активним поништавањем буке тренутно су доступне потрошачима. Развијају се такозвани системи за активно сузбијање буке у блиском пољу, који се постављају у акустично блиско поље како би се пре свега активно минимизирао тонски шум пропелера. Предвиђено је да се могу развити перспективни системи за акустична поља великог домета како би се маскирала дејства пешадије.
Електромагнетна камуфлажа (на пример, радар). Антирадарске маскирне мреже комбинују специјалне премазе и употребу технологије микровлакана, обезбеђујући широкопојасно радарско слабљење од више од 12 дБ. Употреба опционих термичких премаза проширује инфрацрвену заштиту.
Ултралаки мултиспектрални камуфлажни екран БМС-УЛЦАС (Мултиспецтрал Ултра Лигхтвеигхт Цамоуфлаге Сцреен) компаније Сааб Баррацуда користи посебан материјал причвршћен за основни материјал. Материјал смањује широкопојасну радарску детекцију, а такође сужава видљиве и инфрацрвене фреквенцијске опсеге. Сваки екран је дизајниран посебно за опрему коју штити.
Камуфлажне униформе. У будућности, активна камуфлажа може идентификовати маскирани објекат како би га прилагодила облику простора. Ова технологија је позната као САД (Схапе Аппрокиматион Девице) и потенцијално може смањити могућност одређивања облика. Један од најупечатљивијих примера камуфлаже облика је хоботница, која се може уклопити у своју околину не само променом боје, већ и променом облика и текстуре своје коже.
Термичка камуфлажа (на пример, инфрацрвена). Развија се материјал који умањује термички потпис изложене коже дифузијом топлотне емисије са посребреним шупљим керамичким сферама (сеносферама), у просеку 45 микрона у пречнику, уграђеним у везивни материјал да би се створио пигмент са ниском емисивношћу и дифузионим својствима. Микробалони функционишу као огледало, рефлектујући околни простор и једни друге и тако дистрибуирају емисију топлотног зрачења са коже.
Мултиспектрална камуфлажа. Неки камуфлажни системи су мултиспектрални, што значи да раде за више од једног типа камуфлаже. На пример, Сааб Баррацуда је развио ХМБС (Хигх Мобилити он-Боард Систем) мултиспектрални камуфлажни производ који штити артиљеријске оруђе током пуцања и прераспоређивања. Могућа су смањења броја до 90%, одбијање топлоте омогућава моторима и генераторима да раде у празном ходу како би се брзо покренули. Неки системи су двострани, што омогућава војницима да носе двострану камуфлажу за употребу на различитим врстама терена.
Крајем 2006. године, БАЕ Системс је објавио оно што се описује као „скок напред у технологији камуфлаже“, а њен напредни технолошки центар је измислио „нови облик активне скривености... Притиском на дугме, објекти постају практично невидљиви, стапајући се у њихово порекло“. Према БАЕ Системс, овај развој „дао је компанији деценију лидерства у стелт технологији и могао би редефинисати свет стелт инжењеринга“. Имплементирани су нови концепти засновани на новим материјалима, који омогућавају не само промену боја, већ и померање инфрацрвеног, микроталасног и радарског профила и спајање објеката са позадином, чинећи их готово невидљивим. Ова технологија је уграђена у саму структуру, а не на основу употребе додатног материјала, као што је боја или слој лепка. Овај рад је већ резултирао регистрацијом 9 патената и можда ће пружити јединствена решења за проблеме управљања потписима.
Активни камуфлажни систем заснован на РПТ технологији са пројекцијом на рефлектујућој кабаници
Следећа граница: Оптика трансформације
Активни/прилагодљиви камуфлажни системи описани у овом чланку, који се заснивају на пројекцији сцене, сами по себи су прилично научна фантастика (и заиста су постали основа филма Предатор), али нису део најнапредније технологије истражене у претрази. „поклопац невидљивости. Заиста, већ се планирају друга решења која ће бити много ефикаснија и практичнија за употребу од активне камуфлаже. Они су засновани на феномену познатом као трансформациона оптика. То јест, неке таласне дужине, укључујући видљиву светлост, могу се „закривити“ и струјати око објекта попут воде која тече око стене. Као резултат, објекти иза објекта постају видљиви, као да светлост пролази кроз празан простор, док сам објекат нестаје из видокруга. У теорији, трансформациона оптика не може само да маскира објекте, већ их и учини видљивим тамо где нису.
Шематски приказ принципа невидљивости помоћу трансформационе оптике
Уметнички приказ структуре метаматеријала
Међутим, да би се то догодило, објекат или област морају бити маскирани помоћу средства за маскирање, које само по себи мора бити неприметно за електромагнетне таласе. Ови алати, названи метаматеријали, користе структуре ћелијске архитектуре за креирање комбинација карактеристика материјала које се не налазе у природи. Ове структуре могу да усмеравају електромагнетне таласе око објекта и узрокују њихово појављивање на другој страни.
Општа идеја таквих метаматеријала је негативна рефракција. Напротив, сви природни материјали имају позитиван индекс преламања, меру колико се електромагнетних таласа савија када се крећу из једног медија у други. Класична илустрација како функционише рефракција: потопљени део штапа изгледа закривљен испод површине воде. Ако би вода имала негативну рефракцију, уроњени део штапа би, напротив, вирио са површине воде. Или, да узмемо други пример, изгледало би да се риба која плива под водом креће у ваздуху изнад површине воде.
Нови метаматеријал за маскирање приказан на Универзитету Дјук у јануару 2009
Слика електронског микроскопа готовог 3Д метаматеријала. Резонатори направљени од цепаних златних наноринга су распоређени у једнаке редове
Шематски и електронски микроскопски снимак метаматеријала (горњи и бочни) који су развили истраживачи са Универзитета у Калифорнији, Беркли. Материјал је формиран од паралелних наножица уграђених у порозну глиницу. Када видљива светлост пролази кроз материјал, она се одбија у супротном смеру према феномену негативне рефракције.
Да би метаматеријал имао негативан индекс преламања, његова структурна матрица мора бити мања од дужине коришћеног електромагнетног таласа. Поред тога, вредности пермитивности (способност проласка електричног поља) и магнетне пермеабилности (како реагује на магнетно поље) морају бити негативне. Математика је саставни део дизајнирања параметара потребних за стварање метаматеријала и демонстрирање да материјал гарантује невидљивост. Није изненађујуће што је већи успех постигнут са таласним дужинама у ширем микроталасном опсегу, који се креће од 1 мм до 30 цм. Људи виде свет у уском опсегу електромагнетног зрачења познатог као видљива светлост, са таласним дужинама у распону од 400 нанометара (љубичаста и магента светло) до 700 нанометара (дубоко црвено светло).
Након што је први пут демонстрирао изводљивост метаматеријала 2006. године, када је направљен први прототип, тим инжењера на Универзитету Дуке објавио је у јануару 2009. да је направљен нови тип уређаја за маскирање који је био знатно напреднији у прикривању преко широког фреквентног спектра. . Најновија достигнућа у овој области су последица развоја нове групе сложених алгоритама за креирање и производњу метаматеријала. У недавним лабораторијским експериментима, сноп микроталаса усмерен кроз средство за маскирање на „избочину“ на равној површини огледала рефлектовао се од површине под истим углом као да не постоји избочина. Поред тога, маскирни агенс је спречио стварање распршених зрака, што обично прати такве трансформације. Основни феномен камуфлаже подсећа на фатаморгану виђену врелог дана испред нас на путу.
У паралелном и истински конкурентском програму, научници са Универзитета Калифорније објавили су средином 2008. да су по први пут развили 3-Д материјале који могу да промене нормалан смер светлости у видљивом спектру и у блиском ИР спектру . Истраживачи су следили два различита приступа. У првом експерименту, сложили су неколико наизменичних слојева сребра и непроводног магнезијум флуорида и исекли такозване нанометарске "мрежне" обрасце у слојеве како би створили масовни оптички метаматеријал. Негативна рефракција је мерена на таласним дужинама од 1500 нанометара. Други метаматеријал се састојао од сребрних наножица развучених унутар порозне глинице; имао је негативну рефракцију на таласним дужинама од 660 нанометара у црвеном делу спектра.
Оба материјала су постигла негативну рефракцију, док је количина енергије која је апсорбована или „изгубљена“ када је светлост прошла кроз њих била минимална.
На левој страни је шематски приказ првог 3-Д "мрежаног" метаматеријала развијеног на Универзитету у Калифорнији који може постићи негативан индекс преламања у видљивом спектру. Десно је слика готове структуре са скенирајућег електронског микроскопа. Преплетени слојеви формирају мале контуре које могу одбити светлост назад.
Такође у јануару 2012, истраживачи са Универзитета у Штутгарту објавили су да су постигли напредак у производњи вишеслојног метаматеријала са подељеним прстеновима за оптичке таласне дужине. Ова процедура слој-по-слој, која се може поновити колико год пута желите, способна је да створи добро усклађене тродимензионалне структуре од метаматеријала. Кључ за овај успех била је метода планаризације за грубу нанолитографску површину, у комбинацији са јаким фидуцијалним ознакама које су издржале процесе сувог јеткања током нанофабрикације. Резултат је био савршено поравнање заједно са савршено равним слојевима. Ова метода је такође погодна за производњу слободних облика у сваком слоју. Тако је могуће креирати сложеније структуре.
Свакако, можда ће бити потребно много више истраживања пре него што се могу створити метаматеријали који могу да раде у видљивом спектру, који људско око види, а затим практични материјали погодни за одећу, на пример. Али чак и материјали за маскирање који раде на само неколико великих таласних дужина могу понудити огромне предности. Они могу учинити системе ноћног вида неефикасним, а објекте невидљивим за, на пример, ласерске зраке који се користе за циљање оружја.
Концепт рада
Предложени су лагани оптоелектронски системи засновани на савременим снимачима и дисплејима који одабране објекте чине готово транспарентним и стога практично невидљивим. Ови системи се називају активним или адаптивним камуфлажним системима због чињенице да, за разлику од традиционалне камуфлаже, генеришу слике које се могу мењати као одговор на промену сцена и услова осветљења.
Основна функција адаптивног камуфлажног система је пројекција на површину објекта који је најближи посматрачу сцене (позадине) иза објекта. Другим речима, сцена (позадина) иза објекта се преноси и приказује на панелима испред објекта.
Типичан активни камуфлажни систем би изгледао као мрежа флексибилних равних дисплеја распоређених у облику неке врсте ћебета који би покривао све видљиве површине објекта које треба маскирати. Сваки дисплеј панел ће садржати сензор активних пиксела (АПС), или евентуално још један напредни имиџер, који ће бити усмерен напред са панела и заузимати мали део површине панела. „Покривач“ ће такође садржати жичани оквир који подржава мрежу унакрсно повезаних влакана оптичких влакана преко којих ће се слика са сваког АПС-а преносити на додатни дисплеј панел на супротној страни маскираног објекта.
Положај и оријентација свих имиџера биће синхронизовани са позицијом и оријентацијом једног сензора, што ће одредити главни снимач (сензор). Оријентацију ће одредити алатка за поравнање којом управља главни сензор слике. Централни контролер повезан са екстерним светломером ће аутоматски подесити нивое осветљености свих дисплеја у складу са условима амбијенталног осветљења. Доња страна маскираног објекта биће вештачки истакнута тако да слика маскираног објекта одозго приказује тло као у природном светлу; ако се то не постигне, онда ће очигледна хетерогеност и дискретност сенки бити видљива посматрачу који гледа надоле.
Панели екрана се могу димензионисати и конфигурисати тако да се укупан број таквих панела може користити за маскирање различитих објеката без потребе за модификацијом самих објеката. Извршена је процена величине и тежине типичних адаптивних камуфлажних система и подсистема: запремина типичног сензора слике биће мања од 15 цм3, док ће систем који маскира објекат дужине 10 м, висине 3 м и ширине 5 м имати масе мање од 45 кг. Ако је камуфлирани објекат возило, онда се адаптивни камуфлажни систем може лако активирати електричним системом возила без икаквог негативног утицаја на његов рад.
Занимљиво решење за адаптивну камуфлажу војне опреме Адаптиве од БАЕ Системс
- Алексеј Алексејев
- Активне камуфлажне технологије постају зреле (1. део)л
Активне камуфлажне технологије постају пунолетне (2. део)
информације