En kunstnerisk repræsentation af et fremtidigt kampkøretøj beskyttet af et aktivt camouflagesystem
I øjeblikket udføres infanteri rekognoscering og infiltration operationer med en konventionel camouflage designet til at camouflere en soldat ved hjælp af to hovedelementer: farve og mønster (camouflage mønster). Imidlertid bliver militære operationer i bymiljøer mere udbredt, hvor den optimale farve og mønster kan ændre sig kontinuerligt, selv hvert minut. For eksempel vil en soldat iført en grøn uniform tydeligt skille sig ud mod en hvid væg. Et aktivt camouflagesystem kunne konstant opdatere farve og mønster og skjule soldaten i sit nuværende miljø
Naturen har brugt aktivt adaptive camouflage "systemer" i millioner af år. Kan du se kamæleonen på dette foto?
Forenklet repræsentation af funktionsprincippet for aktiv-adaptiv camouflage ved hjælp af eksemplet på MBT
Denne artikel giver en oversigt over aktuelle og projekterede aktive (adaptive) camouflagesystemer. Selvom der er mange applikationer til disse systemer eller er under udvikling, er forskningsfokus på systemer, der kan bruges i infanterioperationer. Desuden er formålet med disse undersøgelser at give oplysninger, der bruges til at vurdere den aktuelle anvendelighed af aktive camouflagesystemer og hjælpe med at designe fremtidige systemer.
Definitioner og grundlæggende begreber
Aktiv camouflage i det synlige spektrum adskiller sig fra konventionel camouflage på to måder. For det første erstatter det udseendet af det, der bliver maskeret, med et udseende, der ikke kun ligner miljøet (som traditionel maskering), men præcist repræsenterer, hvad der er bag det objekt, der skal maskeres.
For det andet gør aktiv camouflage også dette i realtid. Ideelt set kunne aktiv camouflage ikke kun efterligne nærliggende objekter, men også fjerne objekter, muligvis så langt som til horisonten, hvilket skabte en perfekt visuel camouflage. Visuel aktiv camouflage kan bruges til at deaktivere det menneskelige øjes evne og optiske sensorer til at genkende tilstedeværelsen af mål.
Der er mange eksempler på aktive camouflagesystemer inden for fiktion, og udviklere vælger ofte et navn på en teknologi baseret på nogle udtryk og navne fra fiktion. De refererer generelt til fuld aktiv camouflage (dvs. fuldstændig usynlighed) og henviser ikke til mulighederne for delvis aktiv camouflage, aktiv camouflage til særlige operationer eller nogen af de nuværende virkelige teknologiske fremskridt. Imidlertid vil fuldstændig usynlighed helt sikkert være nyttig til infanterioperationer, såsom rekognoscering og infiltrationsoperationer.
Camouflage bruges ikke kun i det visuelle spektrum, men også i akustik (for eksempel sonar), det elektromagnetiske spektrum (f.eks. Radar), termisk felt (for eksempel infrarød stråling) og til at ændre formen på et objekt. Camouflage -teknologier, herunder nogle aktive camouflages, er til en vis grad blevet udviklet til alle disse typer, især til køretøjer (land, hav og luft). Selvom dette arbejde primært vedrører visuel camouflage for en afmonteret infanterist, er det nyttigt at kort nævne løsninger på andre områder, da nogle teknologiske ideer kan overføres til det synlige spektrum.
Visuel camouflage. Visuel camouflage består af form, overflade, glans, silhuet, skygge, position og bevægelse. Et aktivt camouflagesystem kan indeholde alle disse aspekter. Denne artikel fokuserer på visuel aktiv camouflage, så disse systemer er detaljeret i de følgende underafsnit.
Akustisk camouflage (f.eks. Ekkolod). Siden 1940'erne har mange lande eksperimenteret med lydabsorberende overflader for at reducere sonars reflektioner af ubåde. Pistolstopteknologier er en slags akustisk camouflage. Derudover er aktiv støjreduktion en ny trend, der potentielt kan udvikle sig til akustisk camouflage. Aktive støjreducerende hovedtelefoner er i øjeblikket tilgængelige for forbrugeren. De såkaldte Near-Field Active Noise Suppression-systemer er under udvikling, som placeres i det akustiske nærfelt for aktivt at minimere propellernes tonestøj. Det forudsiges, at lovende systemer til langdistance akustiske felter kunne udvikles for at maskere infanteriets handlinger.
Elektromagnetisk camouflage (f.eks. Radar). Radar -camouflage -net kombinerer specielle belægninger og mikrofiberteknologi for at give bredbåndsradardæmpning over 12 dB. Anvendelsen af valgfrie termiske belægninger udvider infrarød beskyttelse.
BMS-ULCAS (Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen) fra Saab Barracuda bruger et specielt materiale, der er fastgjort til basismaterialet. Materialet reducerer detekteringen af bredbåndsradar og indsnævrer også de synlige og infrarøde frekvensområder. Hver skærm er designet specielt til det udstyr, den beskytter.
Camouflage uniformer. I fremtiden kan aktiv camouflage bestemme det objekt, der skal skjules for at tilpasse det til rummets form. Denne teknologi er kendt som SAD (Shape Approximation Device) og har potentiale til at reducere formdetekteringsevnen. Et af de mest overbevisende eksempler på ensartet camouflage er blæksprutten, der ikke kun kan blande sig med omgivelserne ved at ændre farve, men også ved at ændre hudens form og tekstur.
Termisk camouflage (f.eks. Infrarød). Der udvikles et materiale, der dæmper varmesignaturen for nøgen hud ved at diffundere varmemission ved hjælp af forsølvede hule keramiske kugler (senosfærer), i gennemsnit 45 mikrometer i diameter, indlejret i et bindemiddel for at skabe et pigment med lave emissioner og diffusionsegenskaber. Mikroperlerne fungerer som et spejl og reflekterer det omgivende rum og hinanden og fordeler dermed den termiske stråling fra huden.
Multispektral camouflage. Nogle camouflagesystemer er multispektrale, hvilket betyder, at de fungerer til mere end én camouflage -type. Saab Barracuda har f.eks. Udviklet et multispektralt camouflage-produkt med høj mobilitet om bord (HMBS), der beskytter artilleristykker under affyring og omplacering. Signaturreduktioner på op til 90% er mulige, og undertrykkelse af termisk stråling gør det muligt for motorer og generatorer at gå i tomgang for hurtig opstart. Nogle systemer har dobbeltsidet belægning, som gør det muligt for soldater at bære dobbeltsidet camouflage til brug på forskellige typer terræn.
I slutningen af 2006 annoncerede BAE Systems det, der blev beskrevet som "et spring fremad i camouflage -teknologi", i centrum for avanceret teknologi opfandt "en ny form for aktiv stealth … Med et tryk på en knap bliver objekter praktisk talt usynlige og blandes i deres baggrund. " Ifølge BAE Systems gav udviklingen "virksomheden et årti med lederskab inden for stealth -teknologi og kunne omdefinere verden inden for 'stealth' engineering." Nye koncepter blev implementeret baseret på nye materialer, som ikke kun gør det muligt at ændre deres farver, men også at flytte den infrarøde, mikrobølge- og radarprofil og fusionere objekter med baggrunden, hvilket gør dem næsten usynlige. Denne teknologi er indbygget i selve strukturen snarere end baseret på brugen af yderligere materiale, såsom maling eller et klæbende lag. Dette arbejde har allerede ført til registrering af 9 patenter og kan stadig levere unikke løsninger på signaturhåndteringsproblemer.
Aktivt camouflagesystem baseret på RPT -teknologi med projektion på en reflekterende regnfrakke
Den næste grænse: transformationsoptik
De aktive / adaptive camouflagesystemer beskrevet i denne artikel og baseret på sceneprojektion ligner i sig selv ret meget science fiction (og det var faktisk grundlaget for filmen "Predator"), men de er ikke en del af den mest avancerede teknologi, der er undersøgt inden for søgningen "usynlighedens hylster". Faktisk er der allerede skitseret andre løsninger, som vil være meget mere effektive og praktiske i sammenligning med aktiv camouflage. De er baseret på et fænomen kendt som transformationsoptik. Det vil sige, at nogle bølgelængder, herunder synligt lys, kan "bøjes" og flyde rundt om et objekt som vand, der omslutter en sten. Som et resultat bliver objekter bag objektet synlige, som om lys passerede gennem tomt rum, mens selve objektet forsvinder fra synet. I teorien kan transformationsoptik ikke kun maskere objekter, men også gøre dem synlige, hvor de ikke er.
Skematisk fremstilling af usynlighedsprincippet ved hjælp af transformationsoptik
Kunstnerisk fremstilling af metamaterialets struktur
For at dette skal ske, skal objektet eller området maskeres ved hjælp af et tilslagsmiddel, som selv må være detekterbart for elektromagnetiske bølger. Disse værktøjer, kaldet metamaterialer, bruger cellulære strukturer til at skabe en kombination af materielle egenskaber, der ikke er tilgængelige i naturen. Disse strukturer kan lede elektromagnetiske bølger rundt om et objekt og få dem til at dukke op på den anden side.
Den generelle idé bag sådanne metamaterialer er negativ brydning. I modsætning hertil har alle naturlige materialer et positivt brydningsindeks, en indikator for hvor meget elektromagnetiske bølger der er bøjet, når de passerer fra et medium til et andet. En klassisk illustration af, hvordan brydning fungerer: En del af en pind, der er nedsænket i vand, ser ud til at være bøjet under overfladen af vandet. Hvis vandet havde en negativ brydning, ville den nedsænkede del af pinden tværtimod stikke ud af overfladen af vandet. Eller for et andet eksempel ser det ud til at en fisk, der svømmer under vandet, bevæger sig i luften over vandets overflade.
Nyt maskeringsmetamateriale afsløret af Duke University i januar 2009
Et elektronmikroskopbillede af et færdigt 3D -metamateriale. Splittede guld -nanoringsresonatorer er arrangeret i lige rækker
Skematisk og elektronmikroskopisk visning af et metamateriale (top og side) udviklet af forskere ved University of California, Berkeley. Materialet er dannet af parallelle nanotråde indlejret i porøst aluminiumoxid. Når synligt lys passerer gennem et materiale i henhold til fænomenet negativ brydning, afbøjes det i den modsatte retning.
For at et metamateriale skal have et negativt brydningsindeks, skal dets strukturelle matrix være mindre end længden af den anvendte elektromagnetiske bølge. Desuden skal værdierne for dielektrisk konstant (evnen til at transmittere et elektrisk felt) og magnetisk permeabilitet (hvordan den reagerer på et magnetfelt) være negative. Matematik er en integreret del af designet af de parametre, der er nødvendige for at skabe metamaterialer og demonstrere, at materialet garanterer usynlighed. Ikke overraskende er der opnået større succes, når man arbejder med bølgelængder i det bredere mikrobølgeområde, der spænder fra 1 mm til 30 cm. Folk ser verden i et snævert område af elektromagnetisk stråling, kendt som synligt lys, med bølgelængder fra 400 nanometer (violet og magenta lys) til 700 nanometer (mørkerødt lys).
Efter den første demonstration af metamaterialets gennemførlighed i 2006, da den første prototype blev bygget, annoncerede et team af ingeniører ved Duke University i januar 2009 en ny type tilsløringsenhed, meget mere avanceret inden for tilsløring på tværs af et bredt spektrum af frekvenser. De seneste fremskridt på dette område skyldes udviklingen af en ny gruppe af komplekse algoritmer til oprettelse og produktion af metamaterialer. I nyere laboratorieforsøg blev en stråle af mikrobølger, der via et maskeringsmiddel ledes mod en "bule" på en flad spejloverflade reflekteret fra overfladen i samme vinkel, som hvis der ikke var nogen bule. Derudover forhindrede tilslagsmidlet dannelsen af spredte bjælker, der normalt ledsager sådanne transformationer. Fænomenet, der ligger til grund for camouflage, ligner en hældstreg, der ses på en varm dag foran vejen.
I et parallelt og virkelig konkurrerende program annoncerede forskere fra University of California i midten af 2008, at de havde været banebrydende i 3D-materialer, der kunne ændre den normale lysretning i de synlige og nær infrarøde spektre. Forskerne fulgte to forskellige tilgange. I det første forsøg stablede de flere skiftevis lag af sølv og ikke-ledende magnesiumfluorid og skar de såkaldte nanometriske "mesh" -mønstre i lag for at skabe et optisk metamateriale i bulk. Negativ brydning blev målt ved bølgelængder på 1500 nanometer. Det andet metamateriale bestod af sølv nanotråde strakt inde i porøst aluminiumoxid; den havde negativ brydning ved bølgelængder på 660 nanometer i det røde område af spektret.
Begge materialer opnåede negativ brydning, idet mængden af absorberet eller "tabt" energi, da lys passerede gennem dem var minimal.
Venstre er en skematisk fremstilling af det første 3-D "mesh" -metamateriale udviklet ved University of California, der kan opnå et negativt brydningsindeks i det synlige spektrum. Til højre ses billedet af den færdige struktur fra et scanningselektronmikroskop. Intermitterende lag danner små konturer, der kan aflede lys tilbage
Også i januar 2012 annoncerede forskere ved universitetet i Stuttgart, at de havde gjort fremskridt med fremstillingen af et flerlags, split-ringmetamateriale til optiske bølgelængder. Denne lag-for-lag procedure, som kan gentages så mange gange som ønsket, er i stand til at skabe veljusterede tredimensionelle strukturer fra metamaterialer. Nøglen til denne succes var en planarisering (udjævning) metode til en ru nanolithografisk overflade kombineret med holdbare fiducials, der modstår tør ætsningsprocesser under nanofremstilling. Resultatet var perfekt justering sammen med absolut flade lag. Denne metode er også velegnet til fremstilling af friformsformer i hvert lag. Således er det muligt at skabe mere komplekse strukturer.
Bestemt meget mere forskning kan være påkrævet, før metamaterialer kan skabes, der kan fungere i det synlige spektrum, hvor det menneskelige øje kan se, og derefter praktiske materialer, der f.eks. Er egnede til tøj. Men selv kappematerialer, der opererer ved blot nogle få grundlæggende bølgelængder, kan tilbyde enorme fordele. De kan gøre nattesynssystemer ineffektive og objekter usynlige, for eksempel til laserstråler, der bruges til at lede våben.
Arbejdskoncept
Letvægts optoelektroniske systemer er blevet foreslået baseret på moderne billeddannelsesenheder og displays, der gør udvalgte objekter næsten gennemsigtige og dermed praktisk talt usynlige. Disse systemer kaldes aktive eller adaptive camouflagesystemer på grund af det faktum, at de i modsætning til traditionel camouflage genererer billeder, der kan ændre sig som reaktion på ændringer i scener og lysforhold.
Hovedfunktionen i det adaptive camouflagesystem er at projicere scenen (baggrunden) bag objektet på overfladen af objektet tættest på beskueren. Med andre ord transporteres og vises scenen (baggrunden) bag motivet i paneler foran motivet.
Et typisk aktivt camouflagesystem vil højst sandsynligt være et netværk af fleksible fladskærmsdisplays arrangeret i form af en slags tæppe, der dækker alle synlige overflader af objektet, der skal camoufleres. Hvert displaypanel vil indeholde en aktiv pixelsensor (APS) eller muligvis en anden avanceret billedkamera, som vil blive dirigeret frem af panelet og vil optage en lille del af panelområdet. "Coverlet" vil også indeholde en trådramme, der understøtter et netværk af tværbundne optiske fibre, hvorigennem billedet fra hver APS vil blive transmitteret til et ekstra displaypanel på den modsatte side af det maskerede objekt.
Placeringen og orienteringen af alle billeddannelsesenheder synkroniseres med positionen og orienteringen af en sensor, som bestemmes af hovedbilledet (sensoren). Orienteringen bestemmes af et nivelleringsværktøj, der styres af hovedbilledsensoren. En central controller, der er tilsluttet en ekstern lysmåler, justerer automatisk lysstyrkeniveauerne på alle displaypaneler, så de matcher de omgivende lysforhold. Undersiden af det maskerede objekt vil blive kunstigt belyst, så billedet af det maskerede objekt ovenfra viser jorden, som var det naturligt oplyst; hvis dette ikke opnås, vil skyggernes åbenlyse heterogenitet og diskrethed være synlig for observatøren, der ser ovenfra og ned.
Displaypaneler kan dimensioneres og konfigureres, så i alt disse paneler kan bruges til at maskere forskellige objekter uden at skulle ændre selve objekterne. Størrelsen og massen af typiske systemer og undersystemer for adaptiv camouflage blev estimeret: volumenet på en typisk billedsensor vil være mindre end 15 cm3, mens et system, der klæder et objekt 10 m langt, 3 m højt og 5 m bredt vil have en masse på under 45 kg. Hvis objektet, der skal tilsløres, er et køretøj, kan det adaptive camouflagesystem let aktiveres af køretøjets elektriske system uden nogen negativ indvirkning på dets drift.
En interessant løsning til adaptiv camouflage af militært udstyr Adaptive fra BAE Systems
