Māksliniecisks attēlojums nākotnes kaujas transportlīdzeklim, ko aizsargā aktīva maskēšanās sistēma
Pašlaik kājnieku izlūkošanas un infiltrācijas operācijas tiek veiktas ar parasto maskēšanos, kas paredzēta karavīra maskēšanai, izmantojot divus galvenos elementus: krāsu un rakstu (maskēšanās raksts). Tomēr militārās operācijas pilsētvidē kļūst arvien izplatītākas, un optimālā krāsa un raksts var nepārtraukti mainīties, pat katru minūti. Piemēram, karavīrs, kurš valkā zaļu uniformu, skaidri izceļas pret baltu sienu. Aktīva maskēšanās sistēma varētu pastāvīgi atjaunināt krāsu un rakstu, paslēpjot karavīru viņa pašreizējā vidē
Daba miljoniem gadu aktīvi izmanto adaptīvas maskēšanās "sistēmas". Vai jūs varat redzēt hameleonu šajā fotoattēlā?
Vienkāršota aktīvās adaptīvās maskēšanās darbības principa attēlošana, izmantojot MBT piemēru
Šis raksts sniedz pārskatu par pašreizējām un prognozētajām aktīvajām (adaptīvajām) maskēšanās sistēmām. Lai gan šīm sistēmām ir daudz lietojumu vai tās tiek izstrādātas, pētniecības uzmanības centrā ir sistēmas, kuras varētu izmantot kājnieku operācijās. Turklāt šo pētījumu mērķis ir sniegt informāciju, ko izmanto, lai novērtētu aktīvo maskēšanās sistēmu pašreizējo pielietojamību un palīdzētu izstrādāt nākotnes sistēmas.
Definīcijas un pamatjēdzieni
Aktīvā maskēšanās redzamajā spektrā atšķiras no parastās maskēšanās divos veidos. Pirmkārt, tas aizvieto maskējamā izskatu ar izskatu, kas ne tikai līdzinās videi (piemēram, tradicionālajai maskēšanai), bet precīzi attēlo to, kas atrodas aiz maskējamā objekta.
Otrkārt, aktīvā maskēšanās to dara arī reālā laikā. Ideālā gadījumā aktīva maskēšanās varētu ne tikai atdarināt tuvumā esošus objektus, bet arī attālus, iespējams, līdz pat horizontam, radot perfektu vizuālo maskēšanos. Vizuāli aktīvo maskēšanos var izmantot, lai atspējotu cilvēka acs un optisko sensoru spēju atpazīt mērķu klātbūtni.
Daiļliteratūrā ir daudz aktīvu maskēšanās sistēmu piemēru, un izstrādātāji bieži izvēlas tehnoloģijas nosaukumu, pamatojoties uz dažiem daiļliteratūras terminiem un nosaukumiem. Tie parasti attiecas uz pilnīgu aktīvo maskēšanos (t.i., pilnīgu neredzamību) un neattiecas uz daļējas aktīvas maskēšanās iespējām, aktīvu maskēšanos īpašām operācijām vai kādu no pašreizējiem reālās pasaules tehnoloģiskajiem sasniegumiem. Tomēr pilnīga neredzamība noteikti noderēs kājnieku operācijām, piemēram, izlūkošanas un iefiltrēšanās operācijām.
Kamuflāža tiek izmantota ne tikai vizuālajā spektrā, bet arī akustikā (piemēram, hidrolokatorā), elektromagnētiskajā spektrā (piemēram, radars), termiskajā laukā (piemēram, infrasarkanais starojums) un objekta formas mainīšanā. Maskēšanās tehnoloģijas, tostarp dažas aktīvās maskēšanās, zināmā mērā ir izstrādātas visiem šiem veidiem, īpaši transportlīdzekļiem (sauszemes, jūras un gaisa). Lai gan šis darbs galvenokārt attiecas uz vizuālu maskēšanos izkāptam kājniekam, ir lietderīgi īsumā pieminēt risinājumus citās jomās, jo dažas tehnoloģiskās idejas var pārnest uz redzamo spektru.
Vizuāla maskēšanās. Vizuālā maskēšanās sastāv no formas, virsmas, spīduma, silueta, ēnas, stāvokļa un kustības. Aktīvā maskēšanās sistēma var ietvert visus šos aspektus. Šis raksts koncentrējas uz vizuāli aktīvo maskēšanos, tāpēc šīs sistēmas ir detalizēti aprakstītas turpmākajās apakšnodaļās.
Akustiskā maskēšanās (piemēram, hidrolokators). Kopš pagājušā gadsimta 40. gadiem daudzas valstis ir eksperimentējušas ar skaņu absorbējošām virsmām, lai samazinātu zemūdenes sonāra atstarojumus. Ieroču traucēšanas tehnoloģijas ir akustiskās maskēšanās veids. Turklāt aktīva trokšņu slāpēšana ir jauna tendence, kas potenciāli varētu izvērsties par akustisku maskēšanos. Patērētājam pašlaik ir pieejamas aktīvās trokšņu slāpēšanas austiņas. Tiek izstrādātas tā sauktās tuvā lauka aktīvās trokšņu slāpēšanas sistēmas, kuras tiek novietotas akustiskajā tuvumā, lai aktīvi samazinātu, pirmkārt, dzenskrūves tonālo troksni. Tiek prognozēts, ka varētu izstrādāt daudzsološas sistēmas liela attāluma akustiskajiem laukiem, lai maskētu kājnieku darbības.
Elektromagnētiskā maskēšanās (piemēram, radars). Radara maskēšanās tīkli apvieno īpašus pārklājumus un mikrošķiedras tehnoloģiju, lai nodrošinātu platjoslas radara vājinājumu, kas pārsniedz 12 dB. Papildu termisko pārklājumu izmantošana paplašina infrasarkano staru aizsardzību.
BMS-ULCAS (Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen) no Saab Barracuda izmanto īpašu materiālu, kas ir piestiprināts pie pamatmateriāla. Materiāls samazina platjoslas radara noteikšanu, kā arī sašaurina redzamos un infrasarkanos frekvenču diapazonus. Katrs ekrāns ir īpaši izstrādāts aprīkojumam, ko tas aizsargā.
Kamuflāžas formas tērpi. Nākotnē aktīva maskēšanās var noteikt apmetamo objektu, lai to pielāgotu telpas formai. Šī tehnoloģija ir pazīstama kā SAD (formas tuvināšanas ierīce), un tai ir potenciāls samazināt formas noteikšanas iespējas. Viens no pārliecinošākajiem vienveidīgas maskēšanās piemēriem ir astoņkājis, kas var saplūst ar apkārtni ne tikai mainot krāsu, bet arī mainot ādas formu un tekstūru.
Termiskā maskēšanās (piemēram, infrasarkanais). Tiek izstrādāts materiāls, kas vājina neapbruņotas ādas siltuma signālu, izkliedējot siltuma izplūdi, izmantojot sudrabainas dobās keramikas bumbiņas (senosfēras), vidēji 45 mikronu diametrā, iestrādātas saistvielā, lai izveidotu pigmentu ar zemām emisijas un difūzijas īpašībām. Mikro lodītes darbojas kā spogulis, atspoguļojot apkārtējo telpu un viena otru, un tādējādi izplata ādas siltuma starojumu.
Multispektrāls maskēšanās. Dažas maskēšanās sistēmas ir daudzpusējas, kas nozīmē, ka tās darbojas vairāk nekā vienam maskēšanās veidam. Piemēram, Saab Barracuda ir izstrādājis augstas mobilitātes borta sistēmas (HMBS) multispektrālu maskēšanās produktu, kas aizsargā artilērijas gabalus šaušanas un pārvietošanas laikā. Ir iespējams samazināt parakstu līdz pat 90%, un siltuma starojuma samazināšana ļauj dzinējiem un ģeneratoriem darboties tukšgaitā, lai ātri iedarbinātu. Dažām sistēmām ir abpusējs pārklājums, kas ļauj karavīriem nēsāt divpusēju maskēšanos dažādu veidu reljefam.
2006. gada beigās BAE Systems paziņoja par to, kas tika raksturots kā "lēciens uz priekšu maskēšanās tehnoloģijā", un tās progresīvo tehnoloģiju centrā tika izgudrots "jauns aktīvas slepenības veids … Nospiežot pogu, objekti kļūst praktiski neredzami, sajaucoties viņu fonā. " Saskaņā ar BAE Systems teikto, attīstība "deva uzņēmumam desmitgades līderību slepenās tehnoloģijas jomā un varēja no jauna definēt" slepenās "inženierijas pasauli". Pamatojoties uz jauniem materiāliem, tika ieviestas jaunas koncepcijas, kas ļauj ne tikai mainīt to krāsas, bet arī pārvietot infrasarkano, mikroviļņu un radara profilu un apvienot objektus ar fonu, kas padara tos gandrīz neredzamus. Šī tehnoloģija ir iebūvēta pašā konstrukcijā, nevis balstīta uz papildu materiāla, piemēram, krāsas vai līmes slāņa, izmantošanu. Šis darbs jau ir novedis pie 9 patentu reģistrācijas un joprojām var sniegt unikālus risinājumus parakstu pārvaldības problēmām.
Aktīva maskēšanās sistēma, kuras pamatā ir RPT tehnoloģija ar izvirzījumu uz atstarojošu lietusmēteli
Nākamā robeža: transformācijas optika
Šajā rakstā aprakstītās aktīvās / adaptīvās maskēšanās sistēmas, kas balstītas uz ainas projicēšanu, pašas par sevi ir diezgan līdzīgas zinātniskajai fantastikai (un patiešām tas bija filmas "Plēsējs" pamatā), taču tās nav daļa no vismodernākajām pētītajām tehnoloģijām. meklēšana "neredzamības apvalks". Patiešām, jau ir izklāstīti citi risinājumi, kas būs daudz efektīvāki un praktiskāki salīdzinājumā ar aktīvo maskēšanos. To pamatā ir parādība, kas pazīstama kā transformācijas optika. Tas ir, dažus viļņu garumus, ieskaitot redzamo gaismu, var "saliekt" un plūst ap objektu, piemēram, ūdeni, kas aptver akmeni. Tā rezultātā objekti aiz objekta kļūst redzami, it kā gaisma izietu cauri tukšai telpai, bet pats objekts pazūd no skata. Teorētiski transformācijas optika var ne tikai maskēt objektus, bet arī padarīt tos redzamus tur, kur to nav.
Neredzamības principa shematisks attēlojums, izmantojot transformācijas optiku
Metamateriāla struktūras māksliniecisks attēlojums
Tomēr, lai tas notiktu, objekts vai teritorija ir jā maskē, izmantojot maskēšanas līdzekli, kam pašam jābūt nenosakāmam elektromagnētiskajiem viļņiem. Šie rīki, ko sauc par metamateriāliem, izmanto šūnu struktūras, lai izveidotu dabā nepieejamu materiālu īpašību kombināciju. Šīs struktūras var novirzīt elektromagnētiskos viļņus ap objektu un izraisīt to parādīšanos otrā pusē.
Šādu metamateriālu vispārējā ideja ir negatīva refrakcija. Turpretī visiem dabīgajiem materiāliem ir pozitīvs refrakcijas indekss, kas norāda, cik daudz elektromagnētisko viļņu ir saliekti, pārejot no vienas vides uz otru. Klasiska ilustrācijas darbības ilustrācija: ūdenī iegremdēta nūjas daļa, šķiet, ir saliekta zem ūdens virsmas. Ja ūdenim būtu negatīva refrakcija, nūjas iegremdētā daļa, gluži pretēji, izvirzītos no ūdens virsmas. Vai, piemēram, zem ūdens peldoša zivs, šķiet, pārvietojas gaisā virs ūdens virsmas.
Duke universitāte atklāja jaunu maskēšanas metamateriālu 2009. gada janvārī
Gatavā 3D metamateriāla elektronu mikroskopa attēls. Sadalīti zelta nanorings rezonatori ir sakārtoti vienādās rindās
Metamateriāla shematisks un elektronu mikroskopa skats (augšpusē un sānos), ko izstrādājuši Kalifornijas Universitātes Berklija pētnieki. Materiāls ir veidots no paralēliem nanovadiem, kas iestrādāti porainā alumīnija oksīda iekšpusē. Kad redzamā gaisma iziet cauri materiālam atbilstoši negatīvās refrakcijas parādībai, tā tiek novirzīta pretējā virzienā.
Lai metamateriālam būtu negatīvs laušanas koeficients, tā strukturālajai matricai jābūt mazākai par izmantotā elektromagnētiskā viļņa garumu. Turklāt dielektriskās konstantes (spējas pārraidīt elektrisko lauku) un magnētiskās caurlaidības (kā tā reaģē uz magnētisko lauku) vērtībām jābūt negatīvām. Matemātika ir neatņemama sastāvdaļa, veidojot parametrus, kas nepieciešami, lai izveidotu metamateriālus un parādītu, ka materiāls garantē neredzamību. Nav pārsteidzoši, ka lielāki panākumi ir gūti, strādājot ar viļņu garumiem plašākā mikroviļņu diapazonā, kas svārstās no 1 mm līdz 30 cm. Cilvēki redz pasauli šaurā elektromagnētiskā starojuma diapazonā, kas pazīstams kā redzamā gaisma, ar viļņu garumu no 400 nanometriem (violets un purpursarkana gaisma) līdz 700 nanometriem (tumši sarkana gaisma).
Pēc pirmā demonstrējuma par metamateriāla iespējamību 2006. gadā, kad tika uzbūvēts pirmais prototips, Djūka universitātes inženieru komanda 2009. gada janvārī paziņoja par jauna veida maskēšanas ierīci, kas ir daudz progresīvāka maskēšanā plašā frekvenču spektrā. Jaunākie sasniegumi šajā jomā ir saistīti ar jaunas sarežģītu algoritmu grupas izstrādi metamateriālu izveidei un ražošanai. Nesenos laboratorijas eksperimentos mikroviļņu stars, kas caur maskēšanas līdzekļiem novirzīts uz "izliekumu" uz plakanas spoguļa virsmas, tika atspoguļots no virsmas tādā pašā leņķī, it kā nebūtu izliekumu. Turklāt maskēšanas līdzeklis neļāva veidot izkliedētas sijas, kas parasti pavada šādas pārvērtības. Kamuflāžas pamatā esošā parādība atgādina mirāžu, kas redzēta karstā dienā pirms ceļa.
Paralēlā un patiesi konkurējošā programmā Kalifornijas Universitātes zinātnieki 2008. gada vidū paziņoja, ka ir izstrādājuši trīsdimensiju materiālus, kas var mainīt parasto gaismas virzienu redzamajos un infrasarkanos staros. Pētnieki sekoja divām atšķirīgām pieejām. Pirmajā eksperimentā viņi salika vairākus mainīgus sudraba un nevadoša magnija fluorīda slāņus un sagrieza tā sauktos nanometriskos "acu" modeļus slāņos, lai izveidotu beztaras optisko metamateriālu. Negatīvā refrakcija tika mērīta pie viļņu garuma 1500 nanometri. Otrs metamateriāls sastāvēja no sudraba nanovadām, kas izstieptas porainā alumīnija oksīda iekšpusē; tam bija negatīva refrakcija pie viļņu garuma 660 nanometri spektra sarkanajā apgabalā.
Abi materiāli sasniedza negatīvu refrakciju, absorbētās vai "zaudētās" enerģijas daudzums, kad gaisma caur tiem izgāja, bija minimāls.
Kreisajā pusē ir shematisks attēlojums pirmajam Kalifornijas universitātē izstrādātajam 3-D "acu" metamateriālam, kas redzamajā spektrā var sasniegt negatīvu refrakcijas indeksu. Labajā pusē ir gatavās struktūras attēls no skenējošā elektronu mikroskopa. Intermitējoši slāņi veido nelielas kontūras, kas var novirzīt gaismu atpakaļ
Arī 2012. gada janvārī Štutgartes universitātes pētnieki paziņoja, ka ir guvuši panākumus daudzslāņu sadalīta gredzena metamateriāla ražošanā optisko viļņu garumiem. Šī slāņu pa kārtai procedūra, kuru var atkārtot tik reižu, cik vēlaties, spēj no metamateriāliem izveidot labi izlīdzinātas trīsdimensiju struktūras. Šo panākumu atslēga bija planarizācijas (izlīdzināšanas) metode raupjai nanolitogrāfiskai virsmai apvienojumā ar izturīgiem atsauces materiāliem, kas iztur sausus kodināšanas procesus nano ražošanas laikā. Rezultāts bija perfekta izlīdzināšana kopā ar absolūti plakaniem slāņiem. Šī metode ir piemērota arī brīvas formas formu ražošanai katrā slānī. Tādējādi ir iespējams izveidot sarežģītākas struktūras.
Protams, pirms metamateriālu radīšanas, kas var darboties redzamā spektrā, kurā var redzēt cilvēka acs, var būt nepieciešami daudz vairāk pētījumu, un pēc tam praktiski materiāli, kas piemēroti, piemēram, apģērbam. Bet pat maskēšanas materiāli, kas darbojas tikai dažos pamata viļņu garumos, varētu sniegt milzīgas priekšrocības. Tie var padarīt nakts redzamības sistēmas neefektīvas un objektus neredzamus, piemēram, lāzera stariem, ko izmanto ieroču vadīšanai.
Darba koncepcija
Ir piedāvātas vieglas optoelektroniskas sistēmas, kuru pamatā ir mūsdienīgas attēlveidošanas ierīces un displeji, kas padara atlasītos objektus gandrīz caurspīdīgus un tādējādi praktiski neredzamus. Šīs sistēmas sauc par aktīvām vai adaptīvām maskēšanās sistēmām sakarā ar to, ka atšķirībā no tradicionālās maskēšanās tās rada attēlus, kas var mainīties, reaģējot uz ainu un apgaismojuma apstākļu izmaiņām.
Adaptīvās maskēšanās sistēmas galvenā funkcija ir projicēt ainu (fonu) aiz objekta uz skatītājam vistuvākā objekta virsmu. Citiem vārdiem sakot, aina (fons) aiz objekta tiek transportēta un parādīta paneļos objekta priekšā.
Tipiska aktīva maskēšanās sistēma, visticamāk, būs elastīgu plakanu displeju tīkls, kas sakārtots kāda veida segas veidā, kas pārklās visas redzamās objekta virsmas, kuras nepieciešams maskēt. Katrā displeja panelī būs aktīvs pikseļu sensors (APS) vai, iespējams, cits uzlabots attēlveidotājs, kas tiks virzīts uz priekšu no paneļa un aizņems nelielu paneļa laukuma daļu. "Vāks" saturēs arī stieples rāmi, kas atbalsta šķērssaistītu optisko šķiedru tīklu, caur kuru attēls no katra APS tiks pārraidīts uz papildu displeja paneli maskētā objekta pretējā pusē.
Visu attēlveidošanas ierīču atrašanās vieta un orientācija tiks sinhronizēta ar viena sensora pozīciju un orientāciju, ko noteiks galvenais attēlveidotājs (sensors). Orientāciju noteiks izlīdzināšanas rīks, ko kontrolē galvenais attēla sensors. Centrālais kontrolieris, kas pievienots ārējam gaismas mērītājam, automātiski pielāgos visu displeja paneļu spilgtuma līmeni atbilstoši apkārtējās gaismas apstākļiem. Maskētā objekta apakšdaļa tiks mākslīgi apgaismota tā, lai maskētā objekta attēls no augšas parādītu zemi tā, it kā tā būtu dabiski apgaismota; ja tas netiek sasniegts, tad acīmredzamā ēnu neviendabība un diskrētums būs redzams novērotājam, skatoties no augšas uz leju.
Displeja paneļus var izmērīt un konfigurēt tā, lai kopā šos paneļus varētu izmantot dažādu objektu maskēšanai, nemainot pašus objektus. Tika novērtēts tipisko adaptīvās maskēšanās sistēmu un apakšsistēmu izmērs un masa: tipiska attēla sensora tilpums būs mazāks par 15 cm3, savukārt sistēmai, kas aptver 10 m garu, 3 m augstu un 5 m platu objektu, būs masa ir mazāka par 45 kg. Ja apmetamais objekts ir transportlīdzeklis, tad adaptīvo maskēšanās sistēmu var viegli aktivizēt transportlīdzekļa elektriskā sistēma, negatīvi neietekmējot tās darbību.
Interesants risinājums adaptīvai militārā aprīkojuma maskēšanai Adaptive no BAE Systems
