En kunstnerisk representasjon av et fremtidig kampvogn beskyttet av et aktivt kamuflasjesystem
For øyeblikket utføres infanteri rekognosering og infiltrasjonsoperasjoner med en konvensjonell kamuflasje designet for å kamuflere en soldat ved hjelp av to hovedelementer: farge og mønster (kamuflasjemønster). Imidlertid blir militære operasjoner i urbane miljøer mer utbredt, der den optimale fargen og mønsteret kan endres kontinuerlig, selv hvert minutt. For eksempel vil en soldat iført grønn uniform skille seg tydelig ut mot en hvit vegg. Et aktivt kamuflasjesystem kan hele tiden oppdatere farge og mønster og skjule soldaten i sitt nåværende miljø
Naturen har brukt aktivt adaptive kamuflasje "systemer" i millioner av år. Kan du se kameleonen på dette bildet?
Forenklet representasjon av prinsippet for drift av aktiv-adaptiv kamuflasje ved hjelp av eksemplet på MBT
Denne artikkelen gir en oversikt over nåværende og projiserte aktive (adaptive) kamuflasjesystemer. Selv om det er mange applikasjoner for disse systemene, eller er under utvikling, er forskningsfokus på systemer som kan brukes i infanterioperasjoner. I tillegg er formålet med disse studiene å gi informasjon som brukes til å vurdere gjeldende anvendelighet av aktive kamuflasjesystemer og for å hjelpe til med å designe fremtidige.
Definisjoner og grunnleggende begreper
Aktiv kamuflasje i det synlige spekteret skiller seg fra konvensjonell kamuflasje på to måter. For det første erstatter det utseendet til det som blir maskert med et utseende som ikke bare ligner miljøet (som tradisjonell maskering), men som nøyaktig representerer det som ligger bak objektet som skal maskeres.
For det andre gjør aktiv kamuflasje dette også i sanntid. Ideelt sett kunne aktiv kamuflasje ikke bare etterligne objekter i nærheten, men også fjerne objekter, muligens så langt som til horisonten, og skape en perfekt visuell kamuflasje. Visuell aktiv kamuflasje kan brukes til å deaktivere det menneskelige øyets evne og optiske sensorer til å gjenkjenne tilstedeværelse av mål.
Det er mange eksempler på aktive kamuflasjesystemer innen skjønnlitteratur, og utviklere velger ofte et navn på en teknologi basert på noen termer og navn fra skjønnlitteratur. De refererer generelt til full aktiv kamuflasje (dvs. fullstendig usynlighet) og refererer ikke til funksjonene til delvis aktiv kamuflasje, aktiv kamuflasje for spesielle operasjoner eller noen av de nåværende virkelige teknologiske fremskrittene. Imidlertid vil fullstendig usynlighet sikkert være nyttig for infanterioperasjoner, for eksempel rekognosering og infiltrasjonsoperasjoner.
Kamuflasje brukes ikke bare i det visuelle spekteret, men også i akustikk (for eksempel sonar), det elektromagnetiske spekteret (for eksempel radar), termisk felt (for eksempel infrarød stråling) og for å endre formen på et objekt. Kamuflasjeteknologier, inkludert noen aktive kamuflasjer, er til en viss grad utviklet for alle disse typene, spesielt for kjøretøy (land, sjø og luft). Selv om dette arbeidet først og fremst gjelder visuell kamuflasje for en avmontert infanterist, er det nyttig å kort nevne løsninger på andre områder, ettersom noen teknologiske ideer kan overføres til det synlige spekteret.
Visuell kamuflasje. Visuell kamuflasje består av form, overflate, glans, silhuett, skygge, posisjon og bevegelse. Et aktivt kamuflasjesystem kan inneholde alle disse aspektene. Denne artikkelen fokuserer på visuell aktiv kamuflasje, så disse systemene er detaljert i de følgende underseksjonene.
Akustisk kamuflasje (f.eks. Sonar). Siden 1940-tallet har mange land eksperimentert med lydabsorberende overflater for å redusere ekkoloddrefleksjoner fra ubåter. Pistolstoppteknologier er en type akustisk kamuflasje. I tillegg er aktiv støydemping en ny trend som potensielt kan utvikle seg til akustisk kamuflasje. Aktive støyreduserende hodetelefoner er for tiden tilgjengelig for forbrukeren. De såkalte Near-Field Active Noise Suppression-systemene utvikles, som plasseres i det akustiske nærfeltet for å aktivt minimere propellens tonestøy. Det er spådd at lovende systemer for langdistanse akustiske felt kan utvikles for å maskere handlingene til infanteriet.
Elektromagnetisk kamuflasje (for eksempel radar). Radarkamuflasjenett kombinerer spesielle belegg og mikrofiberteknologi for å gi bredbåndsradardempning over 12 dB. Bruk av valgfrie termiske belegg utvider infrarød beskyttelse.
BMS-ULCAS (Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen) fra Saab Barracuda bruker et spesielt materiale som er festet til grunnmaterialet. Materialet reduserer påvisning av bredbåndsradar, og reduserer også det synlige og infrarøde frekvensområdet. Hver skjerm er designet spesielt for utstyret den beskytter.
Kamuflasjeuniformer. I fremtiden kan aktiv kamuflasje bestemme objektet som skal skjules for å tilpasse det til formen på rommet. Denne teknologien er kjent som SAD (Shape Approximation Device) og har potensial til å redusere formdeteksjonsevnen. Et av de mest overbevisende eksemplene på ensartet kamuflasje er blekkspruten, som kan blande seg inn i omgivelsene ikke bare ved å endre farge, men også ved å endre hudens form og tekstur.
Termisk kamuflasje (f.eks. Infrarød). Det utvikles et materiale som demper varmesignaturen til naken hud ved å diffundere varmeutslipp ved hjelp av sølvede hule keramiske kuler (senosfærer), i gjennomsnitt 45 mikrometer i diameter, innebygd i et bindemiddel for å lage et pigment med lave utslipp og diffusjonsegenskaper. Mikroperlene fungerer som et speil, reflekterer det omkringliggende rommet og hverandre, og fordeler dermed termisk stråling fra huden.
Multispektral kamuflasje. Noen kamuflasjesystemer er multispektrale, noe som betyr at de fungerer for mer enn én kamuflasjetype. For eksempel har Saab Barracuda utviklet et High Mobility on-Board System (HMBS) multispektralt kamuflasjeprodukt som beskytter artilleribiter under avfyring og omplassering. Signaturreduksjoner på opptil 90% er mulig, og termisk stråleundertrykkelse gjør at motorer og generatorer kan gå på tomgang for rask oppstart. Noen systemer har tosidig belegg, som gjør at soldater kan bære dobbeltsidig kamuflasje for bruk på forskjellige typer terreng.
På slutten av 2006 kunngjorde BAE Systems det som ble beskrevet som "et sprang fremover i kamuflasje -teknologi", i sentrum for avansert teknologi oppfant "en ny form for aktiv stealth … Med et tastetrykk blir objekter praktisk talt usynlige og blandes i deres bakgrunn. " I følge BAE Systems ga utviklingen "selskapet et tiår med lederskap innen stealth -teknologi og kan omdefinere verden innen" stealth "engineering." Nye konsepter ble implementert basert på nye materialer, som ikke bare gjør det mulig å endre farger, men også å flytte infrarød, mikrobølgeovn og radarprofil og fusjonere objekter med bakgrunnen, noe som gjør dem nesten usynlige. Denne teknologien er innebygd i selve strukturen i stedet for å være basert på bruk av tilleggsmateriale, for eksempel maling eller et klebende lag. Dette arbeidet har allerede ført til registrering av 9 patenter og kan fortsatt tilby unike løsninger på signaturhåndteringsproblemer.
Aktivt kamuflasjesystem basert på RPT -teknologi med projeksjon på en reflekterende regnfrakk
Den neste grensen: transformasjonsoptikk
De aktive / adaptive kamuflasjesystemene som er beskrevet i denne artikkelen og basert på sceneprojeksjon, ligner ganske på science fiction i seg selv (og dette var faktisk grunnlaget for filmen "Predator"), men de er ikke en del av den mest avanserte teknologien som forskes på søket "skjult av usynlighet." Faktisk er andre løsninger allerede skissert, som vil være mye mer effektive og praktiske i sammenligning med aktiv kamuflasje. De er basert på et fenomen kjent som transformasjonsoptikk. Det vil si at noen bølgelengder, inkludert synlig lys, kan "bøyes" og flyte rundt et objekt som vann som omslutter en stein. Som et resultat blir objekter bak objektet synlige, som om lyset passerte gjennom det tomme rommet, mens selve objektet forsvinner fra synet. I teorien kan transformasjonsoptikk ikke bare maskere objekter, men også gjøre dem synlige der de ikke er.
Skjematisk fremstilling av usynlighetsprinsippet ved hjelp av transformasjonsoptikk
Kunstnerisk fremstilling av strukturen til et metamateriale
For at dette skal skje, må objektet eller området maskeres ved hjelp av et tildekkingsmiddel, som i seg selv må være uoppdagelig for elektromagnetiske bølger. Disse verktøyene, kalt metamaterialer, bruker mobilstrukturer for å lage en kombinasjon av materialegenskaper som ikke er tilgjengelige i naturen. Disse strukturene kan lede elektromagnetiske bølger rundt et objekt og få dem til å vises på den andre siden.
Den generelle ideen bak slike metamaterialer er negativ brytning. I kontrast har alle naturlige materialer en positiv brytningsindeks, en indikator på hvor mye elektromagnetiske bølger som bøyes når de passerer fra ett medium til et annet. En klassisk illustrasjon av hvordan brytning fungerer: En del av en pinne som er nedsenket i vann ser ut til å være bøyd under overflaten av vannet. Hvis vannet hadde negativ brytning, ville den nedsenket delen av pinnen tvert imot stikke opp fra overflaten av vannet. Eller, for et annet eksempel, ser det ut til at en fisk som svømmer under vann beveger seg i luften over vannets overflate.
Nytt maskeringsmetamateriale avslørt av Duke University i januar 2009
Et elektronmikroskopbilde av et ferdig 3D -metamateriale. Split gull nanorings resonatorer er arrangert i jevne rader
Skjematisk og elektronmikroskopisk visning av et metamateriale (topp og side) utviklet av forskere ved University of California, Berkeley. Materialet er dannet av parallelle nanotråder som er innebygd inne i porøst aluminiumoksyd. Når synlig lys passerer gjennom et materiale i henhold til fenomenet negativ brytning, avbøyes det i motsatt retning.
For at et metamateriale skal ha en negativ brytningsindeks, må dets strukturelle matrise være mindre enn lengden på den elektromagnetiske bølgen som brukes. I tillegg må verdiene for dielektrisk konstant (evnen til å overføre et elektrisk felt) og magnetisk permeabilitet (hvordan den reagerer på et magnetfelt) være negative. Matematikk er en integrert del av utformingen av parameterne som trengs for å lage metamaterialer og demonstrere at materialet garanterer usynlighet. Ikke overraskende har man oppnådd mer suksess når man arbeider med bølgelengder i det større mikrobølgeområdet, som varierer fra 1 mm til 30 cm. Folk ser verden i et smalt område av elektromagnetisk stråling, kjent som synlig lys, med bølgelengder fra 400 nanometer (fiolett og magenta lys) til 700 nanometer (mørkt rødt lys).
Etter den første demonstrasjonen av at metamaterialet var gjennomførbart i 2006, da den første prototypen ble bygget, kunngjorde et team av ingeniører ved Duke University i januar 2009 en ny type tilsløringsenhet, mye mer avansert innen kappe på tvers av et bredt spekter av frekvenser. De siste fremskrittene på dette området skyldes utviklingen av en ny gruppe komplekse algoritmer for produksjon og produksjon av metamaterialer. I nylige laboratorieforsøk ble en stråle av mikrobølger rettet gjennom et maskeringsmiddel til en "bule" på en flat speiloverflate reflektert fra overflaten i samme vinkel som om det ikke var noen bule. I tillegg forhindret tilslagsmiddelet dannelse av spredte bjelker, vanligvis ledsaget av slike transformasjoner. Fenomenet som ligger til grunn for kamuflasjen, ligner en mirage sett på en varm dag foran veien.
I et parallelt og virkelig konkurrerende program kunngjorde forskere ved University of California i midten av 2008 at de hadde vært banebrytende for 3D-materialer som kunne endre normal lysretning i det synlige og nær infrarøde spektret. Forskerne fulgte to forskjellige tilnærminger. I det første eksperimentet stablet de flere vekslende lag med sølv og ikke-ledende magnesiumfluorid og kuttet de såkalte nanometriske "mesh" -mønstrene i lag for å lage et bulk optisk metamateriale. Negativ brytning ble målt ved bølgelengder på 1500 nanometer. Det andre metamaterialet besto av sølv nanotråder strukket inne i porøst aluminiumoksyd; den hadde negativ brytning ved bølgelengder på 660 nanometer i det røde området av spekteret.
Begge materialene oppnådde negativ brytning, med mengden absorbert eller "tapt" energi ettersom lyset passerte gjennom dem var minimalt.
Venstre er en skjematisk fremstilling av det første 3-D "mesh" -metamaterialet utviklet ved University of California som kan oppnå negativ brytningsindeks i det synlige spekteret. Til høyre er bildet av den ferdige strukturen fra et skanneelektronmikroskop. Intermitterende lag danner små konturer som kan avlede lys tilbake
Også i januar 2012 kunngjorde forskere ved universitetet i Stuttgart at de hadde gjort fremskritt i fremstillingen av et flerlags, delt ringmetamateriale for optiske bølgelengder. Denne lag-for-lag-prosedyren, som kan gjentas så mange ganger som ønsket, er i stand til å skape godt justerte tredimensjonale strukturer fra metamaterialer. Nøkkelen til denne suksessen var en planarisering (utjevning) metode for en grov nanolitografisk overflate kombinert med holdbare fiducials som tåler tørre etseprosesser under nanoproduksjon. Resultatet var perfekt justering sammen med absolutt flate lag. Denne metoden er også egnet for produksjon av frie former i hvert lag. Dermed er det mulig å lage mer komplekse strukturer.
Det kan absolutt kreves mye mer forskning før det kan opprettes metamaterialer som kan virke i det synlige spekteret, der det menneskelige øyet kan se, og deretter praktiske materialer som er egnet for eksempel for klær. Men selv kappematerialer som opererer med bare noen få grunnleggende bølgelengder kan gi enorme fordeler. De kan gjøre nattsynssystemer ineffektive og objekter usynlige, for eksempel til laserstråler som brukes til å lede våpen.
Arbeidskonsept
Lette optoelektroniske systemer har blitt foreslått basert på moderne bildeapparater og skjermer som gjør utvalgte objekter nesten gjennomsiktige og dermed praktisk talt usynlige. Disse systemene kalles aktive eller adaptive kamuflasjesystemer på grunn av det faktum at de, i motsetning til tradisjonell kamuflasje, genererer bilder som kan endres som reaksjon på endringer i scener og lysforhold.
Hovedfunksjonen til det adaptive kamuflasjesystemet er å projisere scenen (bakgrunnen) bak objektet på overflaten av objektet nærmest betrakteren. Med andre ord blir scenen (bakgrunnen) bak motivet transportert og vist i paneler foran motivet.
Et typisk aktivt kamuflasjesystem vil mest sannsynlig være et nettverk av fleksible flatskjermer som er arrangert i form av et teppe som dekker alle synlige overflater på objektet som må kamufleres. Hvert displaypanel vil inneholde en aktiv pikselsensor (APS), eller muligens et annet avansert kamera, som vil bli rettet fremover på panelet og vil ta opp en liten del av panelområdet. "Coverlet" vil også inneholde en trådramme som støtter et nettverk av tverrbundne optiske fibre som bildet fra hver APS vil bli overført til et ekstra displaypanel på motsatt side av det maskerte objektet.
Plasseringen og retningen til alle bildeapparater blir synkronisert med posisjonen og retningen til en sensor, som bestemmes av hovedbildet (sensoren). Retningen bestemmes av et nivelleringsverktøy som kontrolleres av hovedbildesensoren. En sentral kontroller som er koblet til en ekstern lysmåler, vil automatisk justere lysstyrkenivåene til alle skjermpanelene for å matche omgivelseslysforholdene. Undersiden av det maskerte objektet vil bli kunstig belyst slik at bildet av det maskerte objektet ovenfra viser bakken som om det var naturlig opplyst; hvis dette ikke oppnås, vil den åpenbare heterogeniteten og diskretheten til skyggene være synlige for observatøren som ser fra topp til bunn.
Displaypaneler kan dimensjoneres og konfigureres slik at totalt av disse panelene kan brukes til å maskere forskjellige objekter uten å måtte endre objektene selv. Størrelsen og massen til typiske systemer og delsystemer for adaptiv kamuflasje ble estimert: volumet til en typisk bildesensor vil være mindre enn 15 cm3, mens et system som kapper et objekt 10 m langt, 3 m høyt og 5 m bredt vil ha en masse under 45 kg. Hvis objektet som skal skjules er et kjøretøy, kan det adaptive kamuflasjesystemet enkelt aktiveres av bilens elektriske system uten at det påvirker driften negativt.
En interessant løsning for adaptiv kamuflasje av militært utstyr Adaptive fra BAE Systems
