Taiteellinen esitys tulevasta taisteluajoneuvosta, joka on suojattu aktiivisella naamiointijärjestelmällä
Tällä hetkellä jalkaväen tiedustelu- ja soluttautumisoperaatiot suoritetaan tavanomaisella naamioinnilla, joka on suunniteltu naamioimaan sotilas kahdella pääelementillä: väri ja kuvio (naamiointikuvio). Kuitenkin sotilasoperaatiot kaupunkiympäristössä ovat yleistymässä, jolloin optimaalinen väri ja kuvio voivat muuttua jatkuvasti, jopa joka minuutti. Esimerkiksi vihreää univormua käyttävä sotilas erottuu selvästi valkoista seinää vasten. Aktiivinen naamiointijärjestelmä voi päivittää jatkuvasti värejä ja kuvioita piilottamalla sotilaan nykyiseen ympäristöönsä
Luonto on käyttänyt aktiivisesti mukautuvia naamiointijärjestelmiä miljoonia vuosia. Näetkö kameleontin tässä kuvassa?
Yksinkertaistettu esitys aktiivisesti adaptiivisen naamioinnin toimintaperiaatteesta MBT: n esimerkin avulla
Tämä artikkeli tarjoaa yleiskatsauksen nykyisistä ja suunnitelluista aktiivisista (mukautuvista) naamiointijärjestelmistä. Vaikka näille järjestelmille on lukuisia sovelluksia tai niitä kehitetään, tutkimus keskittyy järjestelmiin, joita voitaisiin käyttää jalkaväen operaatioissa. Lisäksi näiden tutkimusten tarkoituksena on antaa tietoja, joita käytetään aktiivisten naamiointijärjestelmien nykyisen soveltuvuuden arvioimiseen ja tulevien järjestelmien suunnitteluun.
Määritelmät ja peruskäsitteet
Näkyvän spektrin aktiivinen naamiointi eroaa perinteisestä naamioinnista kahdella tavalla. Ensinnäkin se korvaa peitettävän ulkonäön ulkonäöllä, joka ei ainoastaan muistuta ympäristöä (kuten perinteinen peite), vaan edustaa tarkasti sitä, mikä on peitettävän kohteen takana.
Toiseksi aktiivinen naamiointi tekee tämän myös reaaliajassa. Ihannetapauksessa aktiivinen naamiointi ei voi vain jäljitellä lähellä olevia esineitä, vaan myös kaukaisia, mahdollisesti jopa horisonttiin asti, luoden täydellisen visuaalisen naamioinnin. Visuaalisesti aktiivista naamiointia voidaan käyttää poistamaan ihmissilmän ja optisten antureiden kyky tunnistaa kohteet.
Kaunokirjallisuudessa on monia esimerkkejä aktiivisista naamiointijärjestelmistä, ja kehittäjät valitsevat usein tekniikalle nimen joidenkin termien ja fiktion nimien perusteella. Ne viittaavat yleensä täysin aktiiviseen naamiointiin (eli täydelliseen näkymättömyyteen) eivätkä viittaa osittaisen aktiivisen naamioinnin ominaisuuksiin, aktiiviseen naamiointiin erityistoimintoja varten tai mihin tahansa nykyiseen todelliseen teknologiseen kehitykseen. Täydellinen näkymättömyys on kuitenkin hyödyllinen jalkaväen operaatioissa, kuten tiedustelu- ja soluttautumisoperaatioissa.
Naamiointia käytetään paitsi visuaalisessa spektrissä myös akustiikassa (esimerkiksi kaikuluotain), sähkömagneettisessa spektrissä (esimerkiksi tutka), lämpökentässä (esimerkiksi infrapunasäteily) ja esineen muodon muuttamisessa. Naamiointiteknologioita, mukaan lukien joitakin aktiivisia naamiointeja, on kehitetty jossain määrin kaikille näille tyypeille, erityisesti ajoneuvoille (maa, meri ja ilma). Vaikka tämä työ koskee ensisijaisesti visuaalista naamiointia irrotetulle jalkaväelle, on hyödyllistä mainita lyhyesti muiden alojen ratkaisut, koska jotkut teknologiset ideat voidaan siirtää näkyvälle spektrille.
Visuaalinen naamiointi. Visuaalinen naamiointi koostuu muodosta, pinnasta, kiillosta, siluetista, varjosta, asennosta ja liikkeestä. Aktiivinen naamiointijärjestelmä voi sisältää kaikki nämä näkökohdat. Tämä artikkeli keskittyy visuaaliseen aktiiviseen naamiointiin, joten nämä järjestelmät on kuvattu yksityiskohtaisesti seuraavissa kappaleissa.
Akustinen naamiointi (esim. Luotain). 1940-luvulta lähtien monet maat ovat kokeilleet ääntä vaimentavia pintoja sukellusveneiden luotainheijastusten vähentämiseksi. Aseiden häirintätekniikat ovat eräänlainen akustinen naamiointi. Lisäksi aktiivinen melunvaimennus on uusi suuntaus, joka saattaa kehittyä akustiseksi naamiointiksi. Aktiiviset melua vaimentavat kuulokkeet ovat tällä hetkellä kuluttajien saatavilla. Kehitetään niin kutsuttuja lähikentän aktiivisia kohinanvaimennusjärjestelmiä, jotka sijoitetaan akustiseen lähikenttään minimoimaan aktiivisesti ensisijaisesti potkurien tonaalinen melu. Ennustetaan, että pitkän kantaman akustisille kentille voitaisiin kehittää lupaavia järjestelmiä jalkaväen toiminnan peittämiseksi.
Sähkömagneettinen naamiointi (kuten tutka). Tutka -naamiointiverkot yhdistävät erikoispinnoitteet ja mikrokuitutekniikan, jotta laajakaistan tutka vaimennetaan yli 12 dB. Valinnaisten lämpöpinnoitteiden käyttö pidentää infrapunasuojaa.
Saab Barracudan BMS-ULCAS (Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen) käyttää erikoismateriaalia, joka on kiinnitetty perusmateriaaliin. Materiaali vähentää laajakaistatutkan havaitsemista ja kaventaa myös näkyvää ja infrapuna -taajuusaluetta. Jokainen näyttö on suunniteltu erityisesti sen suojaamille laitteille.
Naamiointi univormut. Tulevaisuudessa aktiivinen naamiointi voi määrittää peitettävän kohteen, jotta se voidaan mukauttaa tilan muotoon. Tämä tekniikka tunnetaan nimellä SAD (Shape Approximation Device) ja voi vähentää muodon havaitsemiskykyä. Yksi vakuuttavimmista esimerkeistä yhtenäisestä naamioinnista on mustekala, joka voi sulautua ympäristöönsä paitsi muuttamalla väriä myös muuttamalla ihon muotoa ja rakennetta.
Terminen naamiointi (esim. Infrapuna). Kehitetään materiaalia, joka heikentää paljaan ihon lämpöominaisuutta hajottamalla lämmönpäästöjä käyttämällä hopeoituja onttoja keraamisia palloja (senosfääreitä), joiden halkaisija on keskimäärin 45 mikronia ja jotka on upotettu sideaineeseen pigmentin luomiseksi, jolla on alhaiset päästö- ja diffuusio -ominaisuudet. Mikrohelmet toimivat peilin tavoin, heijastavat ympäröivää tilaa ja toisiaan ja jakavat siten ihon lämpösäteilyä.
Monispektrinen naamiointi. Jotkut naamiointijärjestelmät ovat monitieteisiä, eli ne toimivat useammalla kuin yhdellä naamiointityypillä. Esimerkiksi Saab Barracuda on kehittänyt HMBS (High Mobility on-Board System) -näytön naamiointituotteen, joka suojaa tykistökappaleita ampumisen ja uudelleensijoittamisen aikana. Allekirjoitusten pienentäminen on mahdollista jopa 90%, ja lämpösäteilyn vaimennus mahdollistaa moottorien ja generaattoreiden joutokäynnin nopean käynnistyksen vuoksi. Joissakin järjestelmissä on kaksipuolinen pinnoite, jonka ansiosta sotilaat voivat käyttää kaksipuolista naamiointia erilaisissa maastoissa.
Loppuvuodesta 2006 BAE Systems ilmoitti "harppaukseksi naamiointitekniikassa", kehittyneen teknologian keskellä keksinyt "uuden aktiivisen salamisen muodon … Napin painalluksella esineistä tulee lähes näkymättömiä, sekoittuvat heidän taustalleen. " BAE Systemsin mukaan kehitys "antoi yritykselle vuosikymmenen johtoaseman varkaintekniikassa ja voisi määritellä uudelleen" varkain "-tekniikan maailman." Uudet konseptit otettiin käyttöön uusien materiaalien perusteella, mikä mahdollistaa värien muuttamisen lisäksi myös infrapuna-, mikroaalto- ja tutkaprofiilin siirtämisen ja esineiden yhdistämisen taustaan, mikä tekee niistä lähes näkymättömiä. Tämä tekniikka on rakennettu itse rakenteeseen eikä perustu lisämateriaalin, kuten maalin tai liimakerroksen, käyttöön. Tämä työ on jo johtanut yhdeksän patentin rekisteröintiin ja voi silti tarjota ainutlaatuisia ratkaisuja allekirjoitusten hallintaongelmiin.
RPT -tekniikkaan perustuva aktiivinen naamiointijärjestelmä heijastavaan sadetakkiin
Seuraava raja: muunnosoptiikka
Tässä artikkelissa kuvatut ja kohtausprojisointiin perustuvat aktiiviset / mukautuvat naamiointijärjestelmät ovat sinänsä samankaltaisia kuin tieteiskirjallisuus (ja tämä oli todellakin Predator -elokuvan perusta), mutta ne eivät kuulu kehittyneimpään tekniikkaan. haku "näkymättömyyden verho". Itse asiassa on jo esitetty muita ratkaisuja, jotka ovat paljon tehokkaampia ja käytännöllisempiä verrattuna aktiiviseen naamiointiin. Ne perustuvat ilmiöön, joka tunnetaan nimellä transformaatiooptiikka. Toisin sanoen jotkin aallonpituudet, mukaan lukien näkyvä valo, voivat "taivuttaa" ja kiertää esineen, kuten kiven ympäröivän veden, ympärillä. Tämän seurauksena kohteen takana olevat esineet tulevat näkyviin, ikään kuin valo kulkisi tyhjän tilan läpi, kun taas esine itse katoaa näkyvistä. Teoriassa transformaatiooptiikka ei voi vain peittää esineitä, vaan myös tehdä ne näkyväksi siellä, missä niitä ei ole.
Näkymättömyysperiaatteen kaavamainen esitys muunnosoptiikan avulla
Taiteellinen esitys metamateriaalin rakenteesta
Jotta tämä tapahtuisi, kohde tai alue on peitettävä peiteaineella, jonka on itse oltava havaittavissa sähkömagneettisille aalloille. Nämä työkalut, joita kutsutaan metamateriaaleiksi, käyttävät solurakenteita luodakseen yhdistelmän materiaaliominaisuuksia, joita ei ole saatavana luonnossa. Nämä rakenteet voivat ohjata sähkömagneettisia aaltoja kohteen ympärille ja saada ne näkymään toisella puolella.
Tällaisten metamateriaalien yleinen ajatus on negatiivinen taittuminen. Sitä vastoin kaikilla luonnonmateriaaleilla on positiivinen taitekerroin, joka osoittaa kuinka paljon sähkömagneettisia aaltoja taipuu kulkiessaan väliaineesta toiseen. Klassinen esimerkki taittumisen toiminnasta: osa veteen upotetusta sauvasta näyttää olevan taipunut vedenpinnan alle. Jos veden taittuminen olisi negatiivista, sauvan upotettu osa päinvastoin työntyisi ulos veden pinnasta. Tai toisessa esimerkissä veden alla uiva kala näyttäisi liikkuvan ilmassa vedenpinnan yläpuolella.
Duken yliopisto paljasti uuden peitemateriaalin tammikuussa 2009
Elektronimikroskoopin kuva valmiista 3D -metamateriaalista. Jaetut kullan nanorings -resonaattorit on järjestetty tasaisiksi riveiksi
Kaavio ja elektronimikroskooppi näkymä metamateriaalista (ylhäältä ja sivulta), jonka ovat kehittäneet Kalifornian yliopiston Berkeleyn tutkijat. Materiaali on muodostettu rinnakkaisista nanolangoista, jotka on upotettu huokoiseen alumiinioksidiin. Kun näkyvä valo kulkee materiaalin läpi negatiivisen taittumisen ilmiön mukaisesti, se taipuu vastakkaiseen suuntaan.
Jotta metamateriaalilla olisi negatiivinen taitekerroin, sen rakenteellisen matriisin on oltava pienempi kuin käytetyn sähkömagneettisen aallon pituus. Lisäksi dielektrisen vakion (kyky lähettää sähkökenttä) ja magneettisen läpäisevyyden (miten se reagoi magneettikenttään) arvojen on oltava negatiivisia. Matematiikka on olennainen osa metamateriaalien luomiseen tarvittavien parametrien suunnittelua ja sen osoittamista, että materiaali takaa näkymättömyyden. Ei ole yllättävää, että enemmän menestystä on saavutettu työskenneltäessä aallonpituuksilla laajemmalla mikroaaltoalueella, joka vaihtelee 1 mm: stä 30 cm: iin. ja magenta valo) 700 nanometriin (tummanpunainen valo).
Kun ensimmäinen demonstraatio metamateriaalin toteutettavuudesta tapahtui vuonna 2006, kun ensimmäinen prototyyppi rakennettiin, Duke -yliopiston insinööritiimi ilmoitti tammikuussa 2009 uudenlaisesta peitelaitteesta, joka on paljon kehittyneempi peittämisessä laajalla taajuusalueella. Viimeisimmät edistysaskeleet tällä alalla johtuvat uuden monimutkaisten algoritmien ryhmän kehittämisestä metamateriaalien luomiseen ja tuotantoon. Viimeaikaisissa laboratoriokokeissa mikroaallosäde, joka oli peitetty peitevälineiden kautta "pullistumaan" tasaisella peilipinnalla, heijastui pinnasta samassa kulmassa kuin jos ei olisi pullistumaa. Lisäksi peittoaine esti hajallaan olevien palkkien muodostumisen, jotka yleensä liittyivät tällaisiin muunnoksiin. Naamioinnin taustalla oleva ilmiö muistuttaa miraa, joka nähdään kuumana päivänä tien edessä.
Rinnakkaisessa ja todella kilpailevassa ohjelmassa Kalifornian yliopiston tiedemiehet ilmoittivat vuoden 2008 puolivälissä, että he ovat olleet edelläkävijöitä 3-D-materiaaleissa, jotka voivat muuttaa valon normaalin suunnan näkyvissä ja lähellä olevissa infrapunaspektreissä. Tutkijat seurasivat kahta eri lähestymistapaa. Ensimmäisessä kokeessa he pinottivat useita vuorottelevia kerroksia hopeaa ja johtamatonta magnesiumfluoridia ja leikkasivat ns. Negatiivinen taittuminen mitattiin 1500 nanometrin aallonpituuksilla. Toinen metamateriaali koostui hopeananolangoista, jotka oli venytetty huokoisen alumiinioksidin sisään; sillä oli negatiivinen taittuminen aallonpituuksilla 660 nanometriä spektrin punaisella alueella.
Molemmat materiaalit taittivat negatiivisesti, absorboituneen tai "menetetyn" energian määrä, kun valo kulki niiden läpi oli minimaalinen.
Vasemmalla on kaavamainen esitys Kalifornian yliopistossa kehitetystä ensimmäisestä kolmiulotteisesta "mesh" -metamateriaalista, jolla voidaan saavuttaa negatiivinen taitekerroin näkyvässä spektrissä. Oikealla on kuva valmiista rakenteesta pyyhkäisyelektronimikroskoopista. Ajoittaiset kerrokset muodostavat pieniä ääriviivoja, jotka voivat ohjata valon takaisin
Myös tammikuussa 2012 Stuttgartin yliopiston tutkijat ilmoittivat edistyneensä monikerroksisen jaetun renkaan metamateriaalin valmistuksessa optisille aallonpituuksille. Tämä kerros kerrokselta -menettely, joka voidaan toistaa niin monta kertaa kuin halutaan, pystyy luomaan hyvin kohdistettuja kolmiulotteisia rakenteita metamateriaaleista. Avain tähän menestykseen oli planarisointimenetelmä karkealle nanolitografiselle pinnalle yhdistettynä kestäviin perusmateriaaleihin, jotka kestävät kuivia syövytysprosesseja nanotuotannon aikana. Tuloksena oli täydellinen linjaus yhdessä täysin tasaisten kerrosten kanssa. Tämä menetelmä soveltuu myös vapaamuotoisten muotojen tuottamiseen jokaisessa kerroksessa. Näin ollen on mahdollista luoda monimutkaisempia rakenteita.
Varmasti tarvitaan paljon enemmän tutkimusta, ennen kuin voidaan luoda metamateriaaleja, jotka voivat toimia näkyvällä spektrillä, johon ihmissilmä näkee, ja sitten käytännön materiaaleja, jotka sopivat esimerkiksi vaatteisiin. Mutta jopa peitemateriaalit, jotka toimivat vain muutamalla perusaallonpituudella, voivat tarjota valtavia etuja. Ne voivat tehdä pimeänäköjärjestelmistä tehottomia ja esineitä näkymättömiä esimerkiksi aseiden ohjaamiseen käytettäville lasersäteille.
Toimiva konsepti
Kevyitä optoelektronisia järjestelmiä on ehdotettu nykyaikaisten kuvantamislaitteiden ja näyttöjen perusteella, jotka tekevät valituista kohteista lähes läpinäkyviä ja siten käytännössä näkymättömiä. Näitä järjestelmiä kutsutaan aktiivisiksi tai mukautuviksi naamiointijärjestelmiksi, koska ne, toisin kuin perinteinen naamiointi, tuottavat kuvia, jotka voivat muuttua vastauksena kohtausten ja valaistusolosuhteiden muutoksiin.
Mukautuvan naamiointijärjestelmän päätehtävä on heijastaa kohteen takana oleva kohtaus (tausta) katsojaa lähinnä olevan kohteen pinnalle. Toisin sanoen kohteen takana oleva kohtaus (tausta) kuljetetaan ja näytetään kohteen edessä olevissa paneeleissa.
Tyypillinen aktiivinen naamiointijärjestelmä on todennäköisesti joustavien litteiden näyttöjen verkko, joka on järjestetty jonkinlaiseksi peitteeksi, joka peittää kaikki naamioitavan kohteen näkyvät pinnat. Jokainen näyttöpaneeli sisältää aktiivisen pikselianturin (APS) tai mahdollisesti jonkin muun edistyneen kuvantimen, joka suunnataan paneelin eteen ja vie pienen osan paneelin alueesta. "Peitelevy" sisältää myös lankakehyksen, joka tukee ristisilloitettujen optisten kuitujen verkkoa, jonka kautta kustakin APS: stä tuleva kuva lähetetään ylimääräiselle näyttöpaneelille naamioidun objektin vastakkaisella puolella.
Kaikkien kuvantamislaitteiden sijainti ja suunta synkronoidaan yhden anturin asennon ja suunnan kanssa, jotka pääkuvaaja (anturi) määrittää. Suunta määräytyy pääkuvakennon ohjaaman tasoitustyökalun avulla. Ulkoiseen valomittariin liitetty keskusohjain säätää automaattisesti kaikkien näyttöpaneelien kirkkaustasot ympäristön valon mukaan. Peitetyn esineen alapuoli valaistaan keinotekoisesti niin, että peitetyn kohteen kuva ylhäältä näyttää maan ikään kuin se olisi luonnollisesti valaistu. jos tätä ei saavuteta, varjojen ilmeinen heterogeenisyys ja epäselvyys näkyvät tarkkailijalle ylhäältä alaspäin.
Näyttöpaneelit voidaan mitoittaa ja konfiguroida siten, että yhteensä näitä paneeleja voidaan käyttää eri esineiden peittämiseen ilman, että niitä tarvitsee muokata itse. Tyypillisten mukautuvan naamioinnin järjestelmien ja osajärjestelmien koko ja massa arvioitiin: tyypillisen kuva -anturin tilavuus on alle 15 cm3, kun taas järjestelmä, joka peittää 10 m pitkä, 3 m korkea ja 5 m leveä esine, paino alle 45 kg. Jos peitettävä kohde on ajoneuvo, ajoneuvon sähköjärjestelmä voi helposti aktivoida mukautuvan naamiointijärjestelmän ilman, että se vaikuttaa haitallisesti sen toimintaan.
Mielenkiintoinen ratkaisu Adaptiivisen sotilastarvikkeiden mukautuvaan naamiointiin BAE Systemsiltä
