Egy jövőbeli harci jármű művészi ábrázolása, amelyet aktív álcázási rendszer véd
Jelenleg a gyalogsági felderítési és beszivárgási műveleteket hagyományos álcázással hajtják végre, amelyet két fő elem: szín és minta (álcázási minta) felhasználásával terveztek, hogy álcázzák a katonát. A városi környezetben azonban egyre gyakoribbak a katonai műveletek, amelyek során az optimális szín és minta folyamatosan, akár percenként is változhat. Például egy zöld egyenruhát viselő katona egyértelműen kiemelkedik a fehér falhoz. Egy aktív álcázó rendszer folyamatosan frissítheti a színt és a mintát, elrejtve a katonát jelenlegi környezetében
A természet évmilliók óta aktívan alkalmazkodó álcázó "rendszereket" használ. Látod a kaméleont ezen a fotón?
Az aktív-adaptív álcázás működési elvének egyszerűsített ábrázolása az MBT példáján keresztül
Ez a cikk áttekintést nyújt a jelenlegi és a tervezett aktív (adaptív) álcázási rendszerekről. Bár számos alkalmazás létezik ezekre a rendszerekre, vagy fejlesztés alatt állnak, a kutatások középpontjában az olyan rendszerek állnak, amelyek gyalogos műveletekben használhatók. Ezen túlmenően ezeknek a tanulmányoknak az a célja, hogy információkat nyújtsanak az aktív álcázó rendszerek jelenlegi alkalmazhatóságának felméréséhez, és segítsenek a jövőbeni rendszerek megtervezésében.
Definíciók és alapfogalmak
Az aktív álcázás a látható spektrumban kétféleképpen különbözik a hagyományos álcázástól. Először is, a maszkolás megjelenését egy olyan megjelenéssel helyettesíti, amely nemcsak hasonlít a környezetre (mint a hagyományos maszkolás), hanem pontosan reprezentálja azt, ami a maszkolandó tárgy mögött van.
Másodszor, az aktív álcázás valós időben is ezt teszi. Ideális esetben az aktív álcázás nemcsak a közeli, hanem a távoli, esetleg a horizonton lévő tárgyakat is utánozhatja, tökéletes vizuális álcázást hozva létre. A vizuálisan aktív álcázás segítségével letiltható az emberi szem és az optikai érzékelők képessége a célok jelenlétének felismerésére.
A szépirodalomban sok példa van az aktív álcázó rendszerekre, és a fejlesztők gyakran választanak nevet a technológiának bizonyos kifejezések és nevek alapján. Általában a teljes aktív álcázásra (azaz a teljes láthatatlanságra) vonatkoznak, és nem a részleges aktív álcázás, a speciális műveletekhez való aktív álcázás képességeire vagy a jelenlegi valós technológiai fejlesztésekre. A teljes láthatatlanság azonban minden bizonnyal hasznos lesz a gyalogos műveleteknél, például a felderítő és beszivárgó műveleteknél.
Az álcázást nemcsak a vizuális spektrumban, hanem az akusztikában (például szonárban), az elektromágneses spektrumban (például radarban), a hőtérben (például infravörös sugárzás) és az objektum alakjának megváltoztatásában is használják. Az álcázási technológiákat, beleértve néhány aktív álcázást, bizonyos mértékig kifejlesztettek minden ilyen típusra, különösen a járművekre (szárazföldi, tengeri és légi). Míg ez a munka elsősorban a leszerelt gyalogos vizuális álcázására vonatkozik, hasznos röviden megemlíteni más területek megoldásait, mivel néhány technológiai ötlet átvihető a látható spektrumba.
Vizuális álcázás. A vizuális álcázás formából, felületből, fényességből, sziluettből, árnyékból, helyzetből és mozgásból áll. Egy aktív álcázó rendszer mindezeket a szempontokat tartalmazhatja. Ez a cikk a vizuális aktív álcázásra összpontosít, ezért ezeket a rendszereket a következő alfejezetekben részletezzük.
Akusztikus álcázás (pl. Szonár). Az 1940-es évek óta sok ország kísérletezett hangtompító felületekkel, hogy csökkentse a tengeralattjárók szonár visszaverődését. A fegyverzavaró technológiák egyfajta akusztikus álcázás. Ezenkívül az aktív zajszűrés új trend, amely potenciálisan akusztikus álcázássá fejlődhet. Az aktív zajszűrő fejhallgatók jelenleg a fogyasztók rendelkezésére állnak. Az úgynevezett Near-Field Active Noise Suppression rendszereket fejlesztik, amelyeket az akusztikus közeli mezőben helyeznek el, hogy aktívan minimalizálják, elsősorban a légcsavarok tónuszaját. Az előrejelzések szerint ígéretes rendszereket lehet kifejleszteni a nagy hatótávolságú akusztikus mezők számára a gyalogság akcióinak elfedése érdekében.
Elektromágneses álcázás (például radar). A radar álcázóhálók speciális bevonatokat és mikroszálas technológiát kombinálva 12 dB -t meghaladó szélessávú radarcsillapítást biztosítanak. Az opcionális hőbevonatok használata meghosszabbítja az infravörös védelmet.
A BMS-ULCAS (Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen) a Saab Barracuda-tól speciális anyagot használ, amelyet az alapanyaghoz rögzítenek. Az anyag csökkenti a szélessávú radar észlelését, valamint szűkíti a látható és infravörös frekvenciatartományokat. Minden képernyőt kifejezetten az általa védett berendezéshez terveztek.
Álcázó egyenruhák. A jövőben az aktív álcázás meghatározhatja a köpenyezendő tárgyat annak érdekében, hogy a tér alakjához igazítsa. Ez a technológia SAD (Shape Approximation Device) néven ismert, és csökkentheti az alakfelismerési képességet. Az egyenletes álcázás egyik lenyűgöző példája a polip, amely nemcsak a színváltozással, hanem a bőr alakjának és textúrájának megváltoztatásával is beolvadhat környezetébe.
Termikus álcázás (pl. Infravörös). Olyan anyagot fejlesztenek ki, amely mérsékli a meztelen bőr hőjeleit a hőkibocsátás diffundálásával, ezüstözött üreges kerámiagolyók (szenoszférák) segítségével, átlagosan 45 mikron átmérőjű, kötőanyagba ágyazva, hogy alacsony emissziós és diffúziós tulajdonságokkal rendelkező pigmentet hozzon létre. A mikrogyöngyök úgy működnek, mint egy tükör, tükrözik a környező teret és egymást, és így elosztják a bőrből származó hősugárzást.
Multispektrális álcázás. Egyes álcázási rendszerek többspektrálisak, vagyis egynél több álcázási típusnál is működnek. Például a Saab Barracuda kifejlesztett egy nagy mobilitású fedélzeti rendszer (HMBS) multispektrális álcázó terméket, amely megvédi a tüzérségi darabokat égetés és áthelyezés során. Az aláírás akár 90% -kal is csökkenthető, és a hősugárzás-csökkentés lehetővé teszi a motorok és generátorok üresjáratát a gyors indítás érdekében. Egyes rendszerek kétoldalas bevonattal rendelkeznek, amely lehetővé teszi a katonák számára, hogy kétoldalas álcát viseljenek különböző terepeken való használatra.
2006 végén a BAE Systems bejelentette, hogy "ugrás az álcázási technológia terén", a fejlett technológia központjában "az aktív lopakodás új formáját találta ki … Egy gombnyomással a tárgyak gyakorlatilag láthatatlanná válnak, keverednek a háttérükbe. " A BAE Systems szerint a fejlesztés "egy évtizedes vezetést adott a vállalatnak a lopakodó technológia területén, és újradefiniálhatja a" lopakodó "mérnöki világot". Új anyagok alapján új koncepciókat valósítottak meg, amelyek lehetővé teszik nemcsak színük megváltoztatását, hanem az infravörös, mikrohullámú és radarprofil eltolását, valamint a tárgyak egyesítését a háttérrel, ami szinte láthatatlanná teszi őket. Ez a technológia inkább a szerkezetbe épül, mintsem további anyagok, például festék vagy ragasztóréteg használatán alapul. Ez a munka már 9 szabadalom regisztrálásához vezetett, és továbbra is egyedi megoldásokat kínálhat az aláíráskezelési problémákra.
RPT technológián alapuló aktív álcázó rendszer, fényvisszaverő esőkabátra vetítve
A következő határ: transzformációs optika
Az ebben a cikkben leírt és jelenetvetítésen alapuló aktív / adaptív álcázási rendszerek önmagukban meglehetősen hasonlítanak a science fiction -hez (és valóban ez volt a "Predator" film alapja), de nem a legfejlettebb technológiák részei. a "láthatatlanság lepel" keresés. Valóban, más megoldások már körvonalazódtak, amelyek sokkal hatékonyabbak és praktikusabbak lesznek az aktív álcázáshoz képest. Ezek egy transzformációs optika néven ismert jelenségen alapulnak. Vagyis egyes hullámhosszak, beleértve a látható fényt is, "hajlíthatók", és olyan tárgy körül áramolhatnak, mint a kőbe burkolózó víz. Ennek eredményeképpen a tárgy mögötti tárgyak láthatóvá válnak, mintha a fény áthaladna az üres térben, miközben maga a tárgy eltűnik a szem elől. Elméletileg a transzformációs optika nemcsak elfedheti az objektumokat, hanem láthatóvá is teheti azokat, ahol nincsenek.
A láthatatlanság elvének sematikus ábrázolása transzformációs optika segítségével
Metaanyag szerkezetének művészi ábrázolása
Ahhoz azonban, hogy ez megtörténhessen, a tárgyat vagy területet le kell takarni egy leplezőszerrel, amelynek önmagában nem kell észlelnie az elektromágneses hullámokat. Ezek az eszközök, amelyeket metamaterialoknak neveznek, sejtszerkezeteket használnak a természetben nem elérhető anyagjellemzők kombinációjának létrehozására. Ezek a szerkezetek elektromágneses hullámokat irányíthatnak egy tárgy körül, és megjelenhetnek a másik oldalon.
Az ilyen ötletek mögött álló általános elképzelés a negatív fénytörés. Ezzel szemben minden természetes anyag pozitív törésmutatóval rendelkezik, ami azt jelzi, hogy az egyik közegről a másikra menő elektromágneses hullámok mennyire hajlottak. Klasszikus illusztráció a fénytörés működéséről: a bot vízbe merített része úgy tűnik, meg van hajlítva a víz felszíne alatt. Ha a víznek negatív a fénytörése, akkor a bot elmerült része éppen ellenkezőleg, kilógna a víz felszínéről. Vagy egy másik példa esetén úgy tűnik, hogy egy víz alatt úszó hal mozog a levegőben a víz felszíne felett.
A Duke Egyetem 2009 januárjában új maszkoló metamateriált mutatott be
Elektronmikroszkópos kép a kész 3D metamateriálról. Az osztott arany nanorings rezonátorok egyenletes sorokban vannak elrendezve
A metakegység sematikus és elektronmikroszkópos nézete (felülről és oldalról), amelyet a Berkeley -i Kaliforniai Egyetem kutatói fejlesztettek ki. Az anyag porózus alumínium -oxidba ágyazott párhuzamos nanohuzalokból készül. Amikor a látható fény áthalad egy anyagon a negatív törés jelensége szerint, akkor az ellenkező irányba terelődik.
Annak érdekében, hogy egy metamaterület negatív törésmutatóval rendelkezzen, szerkezeti mátrixának kisebbnek kell lennie, mint az alkalmazott elektromágneses hullám hossza. Ezenkívül a dielektromos állandónak (az elektromos tér továbbításának képessége) és a mágneses permeabilitásnak (hogyan reagál a mágneses mezőre) értékeinek negatívnak kell lenniük. A matematika szerves része a metaadatok létrehozásához szükséges paraméterek megtervezésének és annak bizonyítására, hogy az anyag garantálja a láthatatlanságot. Nem meglepő, hogy nagyobb sikereket értek el, ha szélesebb, 1 mm és 30 cm közötti mikrohullámú hullámhosszú hullámhosszakkal dolgoztak. Az emberek az elektromágneses sugárzás szűk tartományában látják a világot, látható fény néven, 400 nanométeres hullámhosszúsággal (lila) és bíbor fény) 700 nm -ig (sötétvörös fény).
A metamaterial megvalósíthatóságának első bemutatását követően, 2006 -ban, amikor az első prototípust megépítették, a Duke Egyetem mérnökei csapata 2009 januárjában bejelentette az új típusú fedőberendezést, amely sokkal fejlettebb a frekvencia széles spektrumában. A legújabb fejlemények ezen a területen annak köszönhetők, hogy új, komplex algoritmuscsoportot fejlesztettek ki a metamateriális anyagok létrehozására és előállítására. A közelmúltban végzett laboratóriumi kísérletek során a mikrohullámokat egy maszkolóeszközön keresztül egy lapos tükörfelületen lévő "dudorra" irányították, és ugyanolyan szögben tükröződtek a felületről, mintha nem lenne kidudorodás. Ezenkívül a burkolóanyag megakadályozta a szórt gerendák kialakulását, amelyek általában az ilyen átalakulásokat kísérik. Az álcázás mögött rejlő jelenség az út előtt forró napon látott délibábhoz hasonlít.
Egy párhuzamos és valóban versengő programban a Kaliforniai Egyetem tudósai 2008 közepén bejelentették, hogy úttörő szerepet játszanak a 3-D anyagokban, amelyek megváltoztathatják a fény normális irányát a látható és a közeli infravörös spektrumokban. A kutatók két különböző megközelítést követtek. Az első kísérletben több váltakozó réteg ezüstöt és nem vezető magnézium-fluoridot halmoztak fel, és az úgynevezett nanometrikus "háló" mintákat rétegekre vágták, hogy tömeges optikai metamateriált hozzanak létre. A negatív fénytörést 1500 nanométer hullámhosszon mérték. A második metamaterial porózus alumínium -oxidba feszített ezüst nanoszálakból állt; negatív fénytörés volt 660 nanométer hullámhosszon a spektrum vörös tartományában.
Mindkét anyag negatív fénytörést ért el, az elnyelt vagy "elveszett" energia mennyisége minimális volt, mivel a fény áthaladt rajtuk.
A bal oldalon a Kaliforniai Egyetemen kifejlesztett első háromdimenziós "mesh" metamateria sematikus ábrázolása látható, amely negatív törésmutatót képes elérni a látható spektrumban. A jobb oldalon a kész szerkezet képe egy pásztázó elektronmikroszkópból. A szakaszos rétegek kis körvonalakat képeznek, amelyek elterelik a fényt
Szintén 2012 januárjában a Stuttgarti Egyetem kutatói bejelentették, hogy előrehaladást értek el az optikai hullámhosszúságú többrétegű, osztott gyűrűs metamateriaal gyártásában. Ez a rétegenkénti eljárás, amely annyiszor megismételhető, amennyire csak akarja, jól illeszkedő háromdimenziós struktúrákat képes létrehozni metamateriális anyagokból. Ennek a sikernek a kulcsa a durva nanolitográfiai felület planarizálási (kiegyenlítési) módszere volt, és olyan tartós referenciaelemekkel kombinálva, amelyek ellenállnak a nanogyártás során bekövetkező száraz maratási folyamatoknak. Az eredmény tökéletes illeszkedés volt az abszolút lapos rétegekkel együtt. Ez a módszer alkalmas az egyes rétegek szabad formájú formáinak előállítására is. Így bonyolultabb struktúrákat lehet létrehozni.
Minden bizonnyal sokkal több kutatásra lehet szükség, mielőtt olyan metamétereket lehet létrehozni, amelyek képesek működni a látható spektrumban, amelyben az emberi szem lát, majd gyakorlati anyagokat, például ruházathoz. De még a néhány alapvető hullámhosszon működő álcázó anyagok is óriási előnyökkel járhatnak. Hatástalanná tehetik az éjjellátó rendszereket, és láthatatlanná tehetik a tárgyakat, például a fegyverek vezetésére használt lézersugarak számára.
Működési koncepció
Könnyű optoelektronikai rendszereket javasoltak a modern képalkotó eszközök és kijelzők alapján, amelyek a kiválasztott objektumokat szinte átlátszóvá és így gyakorlatilag láthatatlanná teszik. Ezeket a rendszereket aktív vagy adaptív álcázási rendszereknek nevezik, mivel a hagyományos álcázással ellentétben olyan képeket hoznak létre, amelyek változhatnak a jelenetek és a fényviszonyok változásainak megfelelően.
Az adaptív álcázó rendszer fő funkciója, hogy a tárgy mögötti jelenetet (hátteret) a nézőhöz legközelebb eső felületre vetíti. Más szóval, a téma mögötti jelenetet (hátteret) továbbítja és megjeleníti a téma előtti panelekben.
Egy tipikus aktív álcázó rendszer nagy valószínűséggel rugalmas, síkképernyős kijelzők hálózata lesz, valamilyen takaró formájában, amely lefedi az objektum minden látható felületét, amelyet el kell álcázni. Minden kijelzőpanel tartalmaz egy aktív pixelérzékelőt (APS), vagy esetleg egy másik fejlett képalkotót, amely a panel elé irányul, és elfoglalja a panel területének egy kis részét. A "fedőlap" huzalkeretet is tartalmaz, amely támogatja a térhálósított optikai szálak hálózatát, amelyen keresztül az egyes APS-ek képe továbbításra kerül egy további kijelzőpanelre a maszkos objektum másik oldalán.
Az összes képalkotó eszköz helyzete és tájolása szinkronban lesz egy érzékelő helyzetével és tájolásával, amelyet a fő képalkotó (érzékelő) határoz meg. A tájolást a fő képérzékelő által vezérelt szintező eszköz határozza meg. A külső fénymérőhöz csatlakoztatott központi vezérlő automatikusan beállítja az összes kijelző fényerejét a környezeti fényviszonyoknak megfelelően. A maszkos tárgy alsó részét mesterségesen megvilágítják, így a maszkos tárgy felülről látható képe úgy mutatja a talajt, mintha természetes megvilágításban lenne; ha ezt nem érik el, akkor az árnyékok nyilvánvaló heterogenitása és diszkréciója látható lesz a felülről lefelé figyelő megfigyelő számára.
A kijelzőpanelek méretezhetők és konfigurálhatók úgy, hogy összesen ezek a panelek használhatók különféle objektumok elfedésére anélkül, hogy maguk módosítanák azokat. Becsülték az adaptív álcázás tipikus rendszereinek és alrendszereinek méretét és tömegét: egy tipikus képérzékelő térfogata kisebb lesz, mint 15 cm3, míg a 10 m hosszú, 3 m magas és 5 m széles tárgyat takaró rendszer tömege kevesebb, mint 45 kg. Ha a leplezendő tárgy egy jármű, akkor az adaptív álcázó rendszer könnyen aktiválható a jármű elektromos rendszere nélkül, anélkül, hogy negatív hatással lenne a működésére.
Érdekes megoldás a katonai felszerelések adaptív álcázásához Adaptive a BAE Systems -től
