Umjetnički prikaz budućeg borbenog vozila zaštićenog aktivnim kamuflažnim sistemom
Trenutno se pješadijske operacije izviđanja i infiltracije izvode konvencionalnom kamuflažom dizajniranom za kamuflažu vojnika koristeći dva glavna elementa: boju i uzorak (kamuflažni uzorak). Međutim, vojne operacije u urbanim sredinama postaju sve rasprostranjenije, u kojima se optimalna boja i uzorak mogu kontinuirano mijenjati, čak i svake minute. Na primjer, vojnik u zelenoj uniformi jasno će se isticati uz bijeli zid. Aktivni kamuflažni sistem mogao je stalno ažurirati boju i uzorak, skrivajući vojnika u svom trenutnom okruženju
Priroda milionima godina koristi aktivno adaptivne maskirne "sisteme". Vidite li kameleona na ovoj fotografiji?
Pojednostavljeno predstavljanje principa djelovanja aktivno-adaptivne kamuflaže na primjeru MBT-a
Ovaj članak daje pregled trenutnih i projektovanih aktivnih (adaptivnih) kamuflažnih sistema. Iako postoje brojne aplikacije za ove sisteme ili su u razvoju, fokus istraživanja je na sistemima koji bi se mogli koristiti u pješadijskim operacijama. Osim toga, svrha ovih studija je pružiti informacije korištene za procjenu trenutne primjenjivosti aktivnih maskirnih sistema i pomoći u projektiranju budućih.
Definicije i osnovni pojmovi
Aktivna kamuflaža u vidljivom spektru razlikuje se od konvencionalne kamuflaže na dva načina. Prvo, zamjenjuje izgled onoga što se maskira izgledom koji ne samo da podsjeća na okruženje (poput tradicionalnog maskiranja), već precizno predstavlja ono što se nalazi iza objekta koji se maskira.
Drugo, aktivna kamuflaža to radi i u stvarnom vremenu. U idealnom slučaju, aktivna kamuflaža nije mogla oponašati samo obližnje objekte, već i udaljene, moguće čak do horizonta, stvarajući savršenu vizualnu kamuflažu. Vizualno aktivna kamuflaža može se koristiti za onemogućavanje sposobnosti ljudskog oka i optičkih senzora da prepoznaju prisutnost meta.
Postoji mnogo primjera aktivnih maskirnih sistema u beletristiki, a programeri često biraju naziv za tehnologiju zasnovanu na nekim pojmovima i nazivima iz fikcije. Općenito se odnose na potpunu aktivnu kamuflažu (tj. Potpunu nevidljivost) i ne odnose se na mogućnosti djelomične aktivne kamuflaže, aktivne kamuflaže za posebne operacije ili na bilo koji trenutni tehnološki napredak u stvarnom svijetu. Međutim, potpuna nevidljivost svakako će biti korisna za pješadijske operacije, poput operacija izviđanja i infiltracije.
Kamuflaža se koristi ne samo u vizualnom spektru, već i u akustici (na primjer, sonar), elektromagnetskom spektru (na primjer, radar), toplinskom polju (na primjer, infracrveno zračenje) i za promjenu oblika objekta. Tehnologije kamuflaže, uključujući neke aktivne kamuflaže, razvijene su u određenoj mjeri za sve ove vrste, posebno za vozila (kopnena, morska i zračna). Iako se ovaj rad prvenstveno odnosi na vizualnu kamuflažu pješaka koji je sišao s konja, korisno je ukratko spomenuti rješenja u drugim područjima jer se neke tehnološke ideje mogu prenijeti na vidljivi spektar.
Vizuelna kamuflaža. Vizualna kamuflaža sastoji se od oblika, površine, sjaja, siluete, sjene, položaja i pokreta. Aktivni kamuflažni sistem može sadržavati sve ove aspekte. Ovaj se članak fokusira na vizualno aktivnu kamuflažu, pa su ti sustavi detaljno opisani u sljedećim pododjeljcima.
Akustična kamuflaža (npr. Sonar). Od 1940-ih godina mnoge su zemlje eksperimentirale s površinama koje apsorbiraju zvuk kako bi smanjile refleksije sonara podmornica. Tehnologije ometanja pištolja su vrsta akustične kamuflaže. Osim toga, aktivno uklanjanje buke novi je trend koji bi potencijalno mogao evoluirati u akustičnu kamuflažu. Slušalice sa aktivnim uklanjanjem buke trenutno su dostupne potrošaču. Razvijaju se takozvani sustavi aktivnog potiskivanja šuma u blizini polja, koji su postavljeni u akustičko blisko polje kako bi aktivno smanjili, prvenstveno, tonsku buku propelera. Predviđa se da bi se mogli razviti obećavajući sistemi za akustična polja dugog dometa kako bi se prikrile akcije pješadije.
Elektromagnetska kamuflaža (poput radara). Radarske maskirne mreže kombiniraju posebne premaze i tehnologiju od mikrovlakana kako bi pružile širokopojasno prigušenje radara veće od 12 dB. Upotreba opcionalnih termičkih premaza produžava infracrvenu zaštitu.
BMS-ULCAS (Multispektralni ultra lagani kamuflažni ekran) kompanije Saab Barracuda koristi poseban materijal koji je pričvršćen za osnovni materijal. Materijal smanjuje detekciju širokopojasnog radara, a također sužava vidljivi i infracrveni raspon frekvencija. Svaki ekran je posebno dizajniran za opremu koju štiti.
Kamuflažne uniforme. U budućnosti aktivna kamuflaža može odrediti objekt koji će se prikriti kako bi ga prilagodila obliku prostora. Ova tehnologija poznata je kao SAD (uređaj za približavanje oblika) i ima potencijal da smanji sposobnost otkrivanja oblika. Jedan od najupečatljivijih primjera ujednačene kamuflaže je hobotnica koja se može uklopiti u okolinu ne samo promjenom boje, već i promjenom oblika i teksture kože.
Toplinska kamuflaža (npr. Infracrvena). Razvija se materijal koji umanjuje toplinski potpis gole kože raspršivanjem emisije topline pomoću posrebrenih šupljih keramičkih kuglica (senosfera), prosječno promjera 45 mikrona, ugrađenih u vezivo za stvaranje pigmenta sa niskim emisionim i difuzijskim svojstvima. Mikro perle djeluju poput ogledala, reflektirajući okolni prostor i međusobno, te tako distribuiraju toplinsko zračenje iz kože.
Multispektralna kamuflaža. Neki su kamuflažni sustavi multispektralni, što znači da rade za više od jedne vrste kamuflaže. Na primjer, Saab Barracuda je razvio multispektralni kamuflažni proizvod visokog mobilnog sistema na vozilu (HMBS) koji štiti artiljerijske artiljerije tokom gađanja i ponovnog raspoređivanja. Moguće je smanjenje potpisa do 90%, a suzbijanje toplinskog zračenja omogućuje motorima i generatorima da rade u praznom hodu radi brzog pokretanja. Neki sistemi imaju dvostrani premaz, koji omogućava vojnicima da nose dvostranu kamuflažu za upotrebu na različitim vrstama terena.
Krajem 2006. godine, BAE Systems je najavio ono što je opisano kao "skok naprijed u tehnologiji kamuflaže", u svom središtu napredne tehnologije izumio je "novi oblik aktivnog prikrivanja … Pritiskom na tipku, objekti postaju gotovo nevidljivi, miješaju se" u njihovu pozadinu. " Prema BAE Systems, razvoj je "kompaniji dao deceniju liderstva u stealth tehnologiji i mogao bi redefinirati svijet" stealth "inženjeringa." Novi koncepti implementirani su na temelju novih materijala, što omogućuje ne samo promjenu njihovih boja, već i pomicanje infracrvenog, mikrovalnog i radarskog profila te spajanje objekata s pozadinom, što ih čini gotovo nevidljivim. Ova tehnologija je ugrađena u samu strukturu, a ne na osnovu korištenja dodatnih materijala, poput boje ili ljepljivog sloja. Ovaj rad je već doveo do registracije 9 patenata i još uvijek može pružiti jedinstvena rješenja za probleme upravljanja potpisima.
Aktivni kamuflažni sistem zasnovan na RPT tehnologiji sa projekcijom na reflektujuću kabanicu
Sljedeća granica: optika transformacije
Aktivni / adaptivni maskirni sistemi opisani u ovom članku i zasnovani na projekciji scene prilično su slični naučnoj fantastici (i zaista je to bila osnova filma "Predator"), ali nisu dio najnaprednije tehnologije koja se istražuje u pretraga "pokrov nevidljivosti". Zaista, već su navedena druga rješenja koja će biti mnogo učinkovitija i praktičnija u usporedbi s aktivnom kamuflažom. Zasnivaju se na fenomenu poznatom kao transformacijska optika. To jest, neke talasne dužine, uključujući vidljivu svjetlost, mogu se "saviti" i teći oko objekta poput vode koja obavija kamen. Kao rezultat toga, objekti iza objekta postaju vidljivi, kao da je svjetlost prošla kroz prazan prostor, dok sam objekt nestaje iz vidokruga. U teoriji, optika transformacije ne može samo maskirati objekte, već ih učiniti vidljivim i tamo gdje nisu.
Shematski prikaz principa nevidljivosti pomoću transformacijske optike
Umjetnički prikaz strukture metamaterijala
Međutim, da bi se to dogodilo, objekt ili područje moraju biti maskirani sredstvom za prikrivanje, koje samo po sebi ne može biti otkriveno elektromagnetskim valovima. Ovi alati, nazvani metamaterijali, koriste stanične strukture za stvaranje kombinacije karakteristika materijala koje u prirodi nisu dostupne. Ove strukture mogu usmjeriti elektromagnetske valove oko objekta i uzrokovati njihovo pojavljivanje na drugoj strani.
Opća ideja iza takvih metamaterijala je negativna refrakcija. Nasuprot tome, svi prirodni materijali imaju pozitivan indeks loma, pokazatelj koliko su elektromagnetski valovi savijeni pri prelasku iz jednog medija u drugi. Klasična ilustracija kako refrakcija funkcionira: čini se da je dio štapa uronjenog u vodu savijen ispod površine vode. Da je voda imala negativan lom, potopljeni dio štapa bi, naprotiv, virio s površine vode. Ili, na primjer, čini se da bi se riba koja pliva pod vodom kretala u zraku iznad površine vode.
Novi maskirajući metamaterijal koji je Univerzitet Duke otkrio u januaru 2009
Slika elektronskog mikroskopa gotovog 3D metamaterijala. Rezonatori s podijeljenim zlatnim nanorima raspoređeni su u jednakim redovima
Shematski i elektronski mikroskop prikaz metamaterijala (odozgo i sa strane) koji su razvili istraživači sa Kalifornijskog univerziteta, Berkeley. Materijal je formiran od paralelnih nanožica ugrađenih u poroznu glinicu. Kad vidljiva svjetlost prolazi kroz materijal prema fenomenu negativne refrakcije, ona se odbija u suprotnom smjeru.
Da bi metamaterijal imao negativan indeks loma, njegova strukturna matrica mora biti manja od duljine korištenog elektromagnetskog vala. Osim toga, vrijednosti dielektrične konstante (sposobnost prijenosa električnog polja) i magnetske propusnosti (kako reagira na magnetsko polje) moraju biti negativne. Matematika je sastavni dio dizajniranja parametara potrebnih za stvaranje metamaterijala i pokazuje da materijal jamči nevidljivost. Nije iznenađujuće da je veći uspjeh postignut pri radu s valnim duljinama u širem mikrotalasnom rasponu, koji se kreće od 1 mm do 30 cm. Ljudi vide svijet u uskom rasponu elektromagnetskog zračenja, poznatog kao vidljivo svjetlo, s valnim duljinama od 400 nanometara (ljubičasta i magenta svjetlo) do 700 nanometara (tamnocrveno svjetlo).
Nakon prve demonstracije izvodljivosti metamaterijala 2006. godine, kada je izgrađen prvi prototip, tim inženjera sa Sveučilišta Duke najavio je u siječnju 2009. novu vrstu uređaja za prikrivanje, mnogo naprednije u prikrivanju širokog spektra frekvencija. Najnoviji napredak u ovoj oblasti posljedica je razvoja nove grupe složenih algoritama za stvaranje i proizvodnju metamaterijala. U nedavnim laboratorijskim eksperimentima, snop mikrotalasa usmjeren kroz sredstvo za maskiranje do "ispupčenja" na ravnoj površini zrcala reflektirao se od površine pod istim kutom kao da nema ispupčenja. Osim toga, sredstvo za prikrivanje spriječilo je stvaranje raspršenih zraka, obično prateći takve transformacije. Fenomen u osnovi kamuflaže podsjeća na fatamorganu viđenu vrućeg dana ispred ceste.
U paralelnom i istinski konkurentnom programu, naučnici sa Kalifornijskog univerziteta objavili su sredinom 2008. godine da su osnovali trodimenzionalne materijale koji mogu promijeniti normalan smjer svjetlosti u vidljivom i bliskom infracrvenom spektru. Istraživači su slijedili dva različita pristupa. U prvom eksperimentu složili su nekoliko naizmjeničnih slojeva srebra i neprovodljivog magnezijevog fluorida i izrezali takozvane nanometrijske "mrežaste" uzorke u slojeve kako bi stvorili masovni optički metamaterijal. Negativna refrakcija izmjerena je na valnim duljinama od 1500 nanometara. Drugi metamaterijal sastojao se od srebrnih nanožica rastegnutih unutar poroznog glinice; imala je negativnu refrakciju na valnim duljinama od 660 nanometara u crvenom području spektra.
Oba materijala postigla su negativan lom, s količinom apsorbirane ili "izgubljene" energije dok je svjetlost prolazila kroz njih bila minimalna.
Lijevo je shematski prikaz prvog 3-D "mrežastog" metamaterijala razvijenog na Kalifornijskom univerzitetu koji može postići negativan indeks loma u vidljivom spektru. S desne strane je slika gotove strukture iz skenirajućeg elektronskog mikroskopa. Isprekidani slojevi formiraju male obrise koji mogu odbiti svjetlost nazad
Takođe u januaru 2012. godine, istraživači sa Univerziteta u Stuttgartu objavili su da su postigli napredak u proizvodnji višeslojnog metamaterijala sa podijeljenim prstenom za optičke talasne dužine. Ovaj postupak sloj po sloj, koji se može ponavljati koliko god puta želite, sposoban je stvoriti dobro poravnate trodimenzionalne strukture od metamaterijala. Ključ ovog uspjeha bila je metoda planarizacije (niveliranja) za grubu nanolitografsku površinu u kombinaciji s izdržljivim fiducijalima koji izdržavaju procese suhog jetkanja tokom nano-proizvodnje. Rezultat je bilo savršeno poravnanje zajedno s apsolutno ravnim slojevima. Ova metoda je također pogodna za proizvodnju oblika slobodnog oblika u svakom sloju. Tako je moguće stvoriti složenije strukture.
Svakako će biti potrebno mnogo više istraživanja prije nego što se mogu stvoriti metamaterijali koji mogu djelovati u vidljivom spektru, u kojem ljudsko oko može vidjeti, a zatim i praktični materijali prikladni, na primjer, za odjeću. Ali čak i materijali za prikrivanje koji rade na samo nekoliko osnovnih valnih duljina mogli bi ponuditi ogromne prednosti. Oni mogu učiniti sisteme noćnog vida nedjelotvornim, a objekte nevidljivim, na primjer, laserskim snopovima koji se koriste za navođenje oružja.
Koncept rada
Lagani optoelektronički sustavi predloženi su na temelju modernih uređaja za snimanje i zaslona koji odabrane objekte čine gotovo prozirnima i stoga gotovo nevidljivima. Ti se sustavi nazivaju aktivni ili adaptivni kamuflažni sustavi zbog činjenice da, za razliku od tradicionalne kamuflaže, stvaraju slike koje se mogu promijeniti kao odgovor na promjene u scenama i uvjetima osvjetljenja.
Glavna funkcija adaptivnog kamuflažnog sistema je projicirati scenu (pozadinu) iza objekta na površinu objekta najbližeg gledatelju. Drugim riječima, prizor (pozadina) iza subjekta transportira se i prikazuje u panelima ispred subjekta.
Tipičan aktivni maskirni sistem najvjerojatnije će biti mreža fleksibilnih ravnih ekrana postavljenih u obliku neke deke koja će pokriti sve vidljive površine objekta koje je potrebno kamuflirati. Svaka ploča zaslona sadržavat će aktivni senzor piksela (APS) ili možda još jedan napredni imidžer koji će biti usmjeren prema ploči i zauzimat će mali dio površine panela. "Pokrivač" će također sadržavati žičani okvir koji podržava mrežu umreženih optičkih vlakana putem kojih će se slika sa svakog APS-a prenositi na dodatni ekran na suprotnoj strani maskiranog objekta.
Položaj i orijentacija svih uređaja za snimanje bit će sinkronizirani s položajem i orijentacijom jednog senzora, što će odrediti glavni snimač (senzor). Orijentacija će se odrediti pomoću alata za niveliranje kojim upravlja glavni senzor slike. Centralni kontroler spojen na vanjski mjerač svjetla automatski će prilagoditi nivoe svjetline svih ekrana tako da odgovaraju uslovima ambijentalnog osvjetljenja. Donja strana maskiranog objekta bit će umjetno osvijetljena tako da slika maskiranog objekta odozgo prikazuje tlo kao da je prirodno osvijetljeno; ako se to ne postigne, tada će očigledna heterogenost i diskretnost sjena biti vidljiva promatraču koji gleda odozgo prema dolje.
Ploče za prikaz mogu biti veličine i konfigurirane tako da se ukupno ove ploče mogu koristiti za maskiranje različitih objekata bez potrebe za promjenom samih objekata. Procijenjena je veličina i masa tipičnih sistema i podsistema adaptivne kamuflaže: volumen tipičnog slikovnog senzora bit će manji od 15 cm3, dok će sistem koji ogrće objekt dugačak 10 m, visok 3 m i širok 5 m imati mase manje od 45 kg. Ako je objekt koji se maskira vozilo, tada se adaptivni kamuflažni sistem može lako aktivirati električnim sistemom vozila bez ikakvog negativnog utjecaja na njegov rad.
Zanimljivo rješenje za adaptivnu kamuflažu vojne opreme Adaptive iz BAE Systems
