Kunstiline esitus tulevasest lahingumasinast, mida kaitseb aktiivne kamuflaažisüsteem
Praegu tehakse jalaväe luure- ja infiltratsioonitoiminguid tavapärase kamuflaažiga, mis on ette nähtud sõduri maskeerimiseks, kasutades kahte põhielementi: värvi ja mustrit (kamuflaažimuster). Linnakeskkonnas hakkavad aga üha enam levima sõjalised operatsioonid, mille puhul optimaalne värv ja muster võivad pidevalt muutuda, isegi iga minuti tagant. Näiteks rohelist vormi kandev sõdur paistab valge seina vastu selgelt silma. Aktiivne maskeerimissüsteem võiks pidevalt värvi ja mustrit värskendada, peites sõduri oma praegusesse keskkonda
Loodus on miljoneid aastaid kasutanud aktiivselt kohanduvaid kamuflaažisüsteeme. Kas näete sellel fotol kameeleoni?
Aktiiv-adaptiivse kamuflaaži tööpõhimõtte lihtsustatud esitus MBT näitel
See artikkel annab ülevaate praegustest ja prognoositavatest aktiivsetest (adaptiivsetest) kamuflaažisüsteemidest. Kuigi nende süsteemide jaoks on palju rakendusi või need on väljatöötamisel, keskendutakse uuringutele süsteemidele, mida saaks kasutada jalaväeoperatsioonides. Lisaks on nende uuringute eesmärk anda teavet, mida kasutatakse aktiivsete kamuflaažisüsteemide praeguse rakendatavuse hindamiseks ja tulevaste kavandamiseks.
Mõisted ja põhimõisted
Nähtava spektri aktiivne kamuflaaž erineb tavapärasest kamuflaažist kahel viisil. Esiteks asendab see maskeeritava välimuse välimusega, mis mitte ainult ei sarnane keskkonnaga (nagu traditsiooniline maskeerimine), vaid esindab täpselt maskeeritava objekti taga olevat.
Teiseks, aktiivne kamuflaaž teeb seda ka reaalajas. Ideaalis võiks aktiivne kamuflaaž mitte ainult jäljendada lähedal asuvaid objekte, vaid ka kaugeid, võib -olla kuni silmapiirini, luues täiusliku visuaalse kamuflaaži. Visuaalset aktiivset kamuflaaži saab kasutada inimsilma ja optiliste andurite võime keelata sihtmärkide olemasolu tuvastamiseks.
Ilukirjanduses on palju näiteid aktiivsetest maskeerimissüsteemidest ning arendajad valivad tehnoloogiale sageli nime mõne ilukirjanduse termini ja nime järgi. Need viitavad üldjuhul täielikult aktiivsele maskeerimisele (st täielikule nähtamatusele) ega viita osalise aktiivse kamuflaaži võimalustele, erioperatsioonide aktiivseks kamuflaažiks ega mis tahes praegustele reaalse maailma tehnoloogilistele edusammudele. Täielik nähtamatus tuleb aga kindlasti kasuks jalaväeoperatsioonides, näiteks luure- ja infiltratsioonitöödel.
Kamuflaaži kasutatakse mitte ainult visuaalspektris, vaid ka akustikas (näiteks sonar), elektromagnetilises spektris (näiteks radar), soojusväljas (näiteks infrapunakiirgus) ja objekti kuju muutmiseks. Kamuflaažitehnoloogiaid, sealhulgas mõningaid aktiivseid kamuflaaže, on teatud määral välja töötatud kõigi nende tüüpide jaoks, eriti sõidukite jaoks (maismaa, meri ja õhk). Kuigi see töö puudutab peamiselt mahalastud jalaväelase visuaalset maskeerimist, on kasulik lühidalt mainida lahendusi teistes valdkondades, kuna mõningaid tehnoloogilisi ideid saab üle kanda nähtavale spektrile.
Visuaalne kamuflaaž. Visuaalne kamuflaaž koosneb kujust, pinnast, läikest, siluetist, varjust, asendist ja liikumisest. Aktiivne maskeerimissüsteem võib sisaldada kõiki neid aspekte. See artikkel keskendub visuaalsele aktiivsele kamuflaažile, seega on neid süsteeme üksikasjalikult kirjeldatud järgmistes alapeatükkides.
Akustiline kamuflaaž (nt sonar). Alates 1940. aastatest on paljud riigid katsetanud heli neelavate pindadega, et vähendada allveelaevade sonaripeegeldust. Püstolite segamise tehnoloogiad on teatud tüüpi akustiline kamuflaaž. Lisaks on aktiivne mürasummutus uus trend, mis võib kujuneda akustiliseks kamuflaažiks. Tarbijale on praegu saadaval aktiivsed mürasummutavad kõrvaklapid. Väljatöötamisel on nn lähivälja aktiivse müra summutamise süsteemid, mis paigutatakse akustilisse lähivälja, et aktiivselt minimeerida eelkõige sõukruvide toonimüra. Ennustatakse, et jalaväe tegevuse varjamiseks võiks välja töötada paljulubavad süsteemid pikamaa-akustiliste väljade jaoks.
Elektromagnetiline kamuflaaž (näiteks radar). Radari kamuflaaživõrgud ühendavad spetsiaalsed pinnakatted ja mikrokiudtehnoloogia, et tagada lairibaradari summutamine üle 12 dB. Valikuliste termokattematerjalide kasutamine laiendab infrapunakaitset.
Saab Barracuda mudelil BMS-ULCAS (Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen) kasutatakse spetsiaalset materjali, mis on kinnitatud alusmaterjali külge. Materjal vähendab lairibaradari tuvastamist ning kitsendab ka nähtavaid ja infrapuna sagedusvahemikke. Iga ekraan on loodud spetsiaalselt selle seadme jaoks, mida see kaitseb.
Kamuflaaživormid. Tulevikus saab aktiivne kamuflaaž määrata varjatava objekti, et kohandada see ruumi kujuga. See tehnoloogia on tuntud kui SAD (Shape Approximation Device) ja võib vähendada kuju tuvastamise võimet. Üks mõjuvamaid näiteid ühtlasest kamuflaažist on kaheksajalg, kes suudab ümbritsevaga sulanduda mitte ainult värvi muutes, vaid ka naha kuju ja tekstuuri muutes.
Termiline kamuflaaž (nt infrapuna). Väljatöötamisel on materjal, mis nõrgendab palja naha soojusallikat, hajutades soojusemissiooni, kasutades hõbetatud õõneskeraamilisi kuuli (senosfääre), mille läbimõõt on keskmiselt 45 mikronit ja mis on kinnitatud sideainele, et luua madala emissiooni ja difusiooniga omadustega pigment. Mikrohelmed töötavad nagu peegel, peegeldades ümbritsevat ruumi ja üksteist ning levitades seega naha soojuskiirgust.
Multispektraalne kamuflaaž. Mõned kamuflaažisüsteemid on multispektraalsed, mis tähendab, et need töötavad rohkem kui ühe kamuflaažitüübi jaoks. Näiteks on Saab Barracuda välja töötanud suure liikuvusega pardasüsteemi (HMBS) multispektraalse kamuflaažitoote, mis kaitseb suurtükitükke tulistamise ja ümberpaigutamise ajal. Allkirju on võimalik vähendada kuni 90% ning soojuskiirguse summutamine võimaldab mootoritel ja generaatoritel kiireks käivitamiseks tühikäigul töötada. Mõnel süsteemil on kahepoolne kate, mis võimaldab sõduritel kanda erinevat tüüpi maastikul kahepoolset kamuflaaži.
2006. aasta lõpus teatas BAE Systems sellest, mida kirjeldati kui „hüpet kamuflaažitehnoloogias”, leiutas oma kõrgtehnoloogia keskmes uue aktiivse varguse vormi … Ühe nupuvajutusega muutuvad objektid praktiliselt nähtamatuks ja segunevad. nende taustale. " BAE Systemsi sõnul andis arendus "ettevõttele varjatud tehnoloogias kümne aasta juhtpositsiooni ja võib varjatud inseneriteaduse maailma uuesti määratleda". Uute materjalide põhjal rakendati uusi kontseptsioone, mis võimaldavad mitte ainult nende värve muuta, vaid ka nihutada infrapuna-, mikrolaine- ja radariprofiili ning liita objektid taustaga, mis muudab need peaaegu nähtamatuks. See tehnoloogia on ehitatud struktuuri ise, mitte ei põhine lisamaterjali, näiteks värvi või liimikihi kasutamisel. See töö on viinud juba 9 patendi registreerimiseni ja võib siiski pakkuda ainulaadseid lahendusi allkirjade haldamise probleemidele.
RPT -tehnoloogial põhinev aktiivne kamuflaažisüsteem, mis projitseeritakse peegeldavale vihmamantlile
Järgmine piir: teisendusoptika
Selles artiklis kirjeldatud ja stseeniprojektsioonil põhinevad aktiivsed / kohanemisvõimelised kamuflaažisüsteemid on iseenesest üsna sarnased ulmega (ja tõepoolest oli see filmi "Kiskja" aluseks), kuid need ei kuulu kõige arenenuma tehnoloogia hulka, mida uuriti otsing "nähtamatuse surilina". Tõepoolest, juba on välja toodud muid lahendusi, mis on aktiivse kamuflaažiga võrreldes palju tõhusamad ja praktilisemad. Need põhinevad nähtusel, mida nimetatakse teisendusoptikaks. See tähendab, et mõned lainepikkused, sealhulgas nähtav valgus, võivad olla "painutatud" ja voolavad ümber objekti nagu kivi ümbritsev vesi. Selle tulemusena muutuvad objekti taga olevad objektid nähtavaks, justkui valgus läbiks tühja ruumi, samas kui objekt ise kaob vaateväljast. Teoreetiliselt võib teisendusoptika mitte ainult maskeerida objekte, vaid ka muuta need nähtavaks seal, kus neid pole.
Nähtamatuse põhimõtte skemaatiline esitus teisendusoptika abil
Metamaterjali struktuuri kunstiline esitus
Kuid selleks, et see juhtuks, tuleb objekt või ala maskeerida, kasutades varjavat ainet, mis peab ise olema elektromagnetlainete jaoks tuvastamatu. Need tööriistad, mida nimetatakse metamaterjalideks, kasutavad rakulisi struktuure, et luua kombinatsioon materjalidest, mis pole looduses saadaval. Need struktuurid võivad suunata elektromagnetlaineid ümber objekti ja põhjustada nende ilmumist teisele poole.
Selliste metamaterjalide üldine idee on negatiivne murdumine. Seevastu kõigil looduslikel materjalidel on positiivne murdumisnäitaja, mis näitab, kui palju elektromagnetlaineid ühest keskkonnast teise liikudes painutatakse. Klassikaline illustratsioon refraktsiooni toimimisest: osa vette pistetud pulgast näib olevat veepinna all painutatud. Kui veel oleks negatiivne murdumine, ulatuks pulga veealune osa, vastupidi, veepinnast välja. Või teise näite korral näib, et vee all ujuv kala liigub õhus veepinna kohal.
Duke'i ülikool näitas jaanuaris 2009 uut maskeerivat metamaterjali
Valmis 3D -metamaterjali elektronmikroskoobi pilt. Poolitatud kullast nanorings -resonaatorid on paigutatud ühtlastesse ridadesse
Skemaatiline ja elektronmikroskoobi vaade metamaterjalist (ülalt ja küljelt), mille on välja töötanud California ülikooli Berkeley teadlased. Materjal on moodustatud paralleelsetest nanojuhtmetest, mis on sisestatud poorse alumiiniumoksiidi sisse. Kui nähtav valgus läbib materjali vastavalt negatiivse murdumise nähtusele, suunatakse see vastupidises suunas.
Selleks, et metamaterjalil oleks negatiivne murdumisnäitaja, peab selle struktuurimaatriks olema väiksem kui kasutatava elektromagnetilise laine pikkus. Lisaks peavad dielektrilise konstandi (elektrivälja edastamise võime) ja magnetilise läbilaskvuse (kuidas see reageerib magnetväljale) väärtused olema negatiivsed. Matemaatika on metamaterjalide loomiseks vajalike parameetrite kavandamisel lahutamatu ja näitab, et materjal tagab nähtamatuse. Pole üllatav, et suurem edu on saavutatud lainepikkuste kasutamisel laiemas mikrolainealas, mis jääb vahemikku 1 mm kuni 30 cm. Inimesed näevad maailma kitsas elektromagnetilise kiirguse vahemikus, mida nimetatakse nähtavaks valguseks ja mille lainepikkused on 400 nanomeetrit (violetne) ja magenta valgus) kuni 700 nanomeetrit (tumepunane valgus).
Pärast esimest prototüübi valmistamise demonstratsiooni metamaterjali teostatavusest 2006. aastal, teatas Duke'i ülikooli inseneride meeskond 2009. aasta jaanuaris uut tüüpi varjamisseadmest, mis on varjatud palju laiemas spektris. Viimased edusammud selles valdkonnas on tingitud uue keerukate algoritmide rühma väljatöötamisest metamaterjalide loomiseks ja tootmiseks. Hiljutistes laboratoorsetes katsetes peegeldus mikrolainete kiir, mis oli suunatud maskeerimisvahendite kaudu tasasele peegelpinnale "punnis", pinnalt sama nurga all, nagu poleks punnis. Lisaks takistas katteaine hajutatud talade teket, mis tavaliselt kaasnesid selliste muundamistega. Kamuflaaži aluseks olev nähtus meenutab miraaži, mida nähti kuumal päeval enne teed.
Paralleelses ja tõeliselt konkureerivas programmis teatasid California ülikooli teadlased 2008. aasta keskel, et on välja töötanud 3-D materjalid, mis võivad muuta valguse normaalset suunda nähtavas ja lähedases infrapunaspektris. Teadlased järgisid kahte erinevat lähenemisviisi. Esimeses katses virnastasid nad mitu vahelduvat kihti hõbedat ja mittejuhtivat magneesiumfluoriidi ning lõikasid nn nanomeetrilised "võrgusilma" mustrid kihtideks, et luua lahtine optiline metamaterjal. Negatiivset murdumist mõõdeti lainepikkustel 1500 nanomeetrit. Teine metamaterjal koosnes hõbedast nanojuhtmetest, mis olid venitatud poorse alumiiniumoksiidi sisse; sellel oli negatiivne murdumine lainepikkustel 660 nanomeetrit spektri punases piirkonnas.
Mõlemad materjalid saavutasid negatiivse murdumise, neeldunud või "kadunud" energia hulk, kui valgus läbis neid, oli minimaalne.
Vasakul on skemaatiline esitus California ülikoolis välja töötatud esimesest 3-D "võrgusilma" metamaterjalist, mis suudab nähtavas spektris saavutada negatiivse murdumisnäitaja. Paremal on skaneeriva elektronmikroskoobi valmis struktuuri pilt. Katkendlikud kihid moodustavad väikesed piirjooned, mis võivad valgust tagasi suunata
Ka jaanuaris 2012 teatasid Stuttgarti ülikooli teadlased, et nad on teinud edusamme optiliste lainepikkuste jaoks mõeldud mitmekihilise jagatud rõngaga metamaterjali valmistamisel. See kiht-kihilt protseduur, mida saab korrata nii mitu korda kui soovite, on võimeline metamaterjalidest looma hästi joondatud kolmemõõtmelisi struktuure. Selle edu võti oli kareda nanolitograafilise pinna planariseerimise (tasandamise) meetod kombineerituna vastupidavate tugimaterjalidega, mis taluvad kuivtootmisprotsesse nanotootmise ajal. Tulemuseks oli täiuslik joondamine koos täiesti tasaste kihtidega. See meetod sobib ka vabakujuliste kujundite tootmiseks igas kihis. Seega on võimalik luua keerukamaid struktuure.
Kindlasti võib enne metamaterjalide loomist, mis suudavad töötada nähtavas spektris, milles inimsilm näeb, ja seejärel praktilisi materjale, mis sobivad näiteks rõivaste jaoks, nõuda palju rohkem uuringuid. Kuid isegi varjatud materjalid, mis töötavad vaid mõnel põhilisel lainepikkusel, võivad pakkuda tohutut kasu. Nad võivad muuta öise nägemise süsteemid ebaefektiivseks ja objektid nähtamatuks, näiteks laserkiirte jaoks, mida kasutatakse relvade juhtimiseks.
Töökontseptsioon
Välja on pakutud kergekaalulisi optoelektroonilisi süsteeme, mis põhinevad kaasaegsetel kujutiseadmetel ja kuvaritel, mis muudavad valitud objektid peaaegu läbipaistvaks ja seega praktiliselt nähtamatuks. Neid süsteeme nimetatakse aktiivseteks või adaptiivseteks maskeerimissüsteemideks, kuna erinevalt traditsioonilisest kamuflaažist genereerivad need pilte, mis võivad muutuda stseenide ja valgustingimuste muutuste tõttu.
Adaptiivse maskeerimissüsteemi põhiülesanne on projitseerida stseen (taust) objekti taga vaatajale lähima objekti pinnale. Teisisõnu, stseen (taust) objekti taga transporditakse ja kuvatakse objekti ees paneelides.
Tüüpiline aktiivne kamuflaažisüsteem on suure tõenäosusega paindlike lameekraanide võrk, mis on paigutatud mingisuguse teki kujul, mis katab kõik maskeeritava objekti nähtavad pinnad. Igal ekraanipaneelil on aktiivne pikslisensor (APS) või mõni muu täiustatud pildistaja, mis suunatakse paneelist ettepoole ja võtab väikese osa paneeli pindalast. "Kattekiht" sisaldab ka traatraami, mis toetab ristseotud optiliste kiudude võrku, mille kaudu edastatakse pilt igast APS-ist maskeeritud objekti vastasküljel asuvale täiendavale ekraanipaneelile.
Kõigi pildistamisseadmete asukoht ja suund sünkroonitakse ühe anduri asukoha ja orientatsiooniga, mille määrab põhikujutis (andur). Orienteerumise määrab nivelleerimistööriist, mida juhib peamine pildiandur. Välise valgusmõõturiga ühendatud keskkontroller reguleerib automaatselt kõigi ekraanipaneelide heledustaset vastavalt ümbritseva valguse tingimustele. Maskeeritud objekti alumine külg on kunstlikult valgustatud, nii et maskeeritud objekti kujutis ülevalt näitab maapinda, nagu oleks see loomulikult valgustatud; kui seda ei saavutata, on varjude ilmne heterogeensus ja diskreetsus nähtav ülalt alla vaatlejale.
Ekraanipaneele saab mõõta ja konfigureerida nii, et neid paneele saab kasutada erinevate objektide maskeerimiseks, ilma et oleks vaja objekte ise muuta. Tüüpiliste adaptiivse kamuflaaži süsteemide ja alamsüsteemide suurust ja massi hinnati: tüüpilise pildianduri maht jääb alla 15 cm3, samas kui süsteem, mis varjab 10 m pikkust, 3 m kõrgust ja 5 m laiust objekti, on kaal alla 45 kg. Kui varjatav objekt on sõiduk, saab kohanduvat maskeerimissüsteemi kergesti aktiveerida sõiduki elektrisüsteem, ilma et see mõjutaks selle tööd.
Huvitav lahendus sõjavarustuse adaptiivsele maskeerimisele Adaptiivne firmalt BAE Systems
