'N Artistieke voorstelling van 'n toekomstige gevegsvoertuig wat beskerm word deur 'n aktiewe kamoefleerstelsel
Tans word infanterieverkennings- en infiltrasiewerkings uitgevoer met 'n konvensionele kamoeflering wat ontwerp is om 'n soldaat te kamoefleer deur twee hoofelemente te gebruik: kleur en patroon (kamoefleringpatroon). Militêre operasies in stedelike omgewings kom egter steeds meer voor, waarin die optimale kleur en patroon voortdurend kan verander, selfs elke minuut. 'N Soldaat met 'n groen uniform sal byvoorbeeld duidelik teen 'n wit muur uitstaan. 'N Aktiewe kamoefleerstelsel kan kleur en patroon voortdurend opdateer en die soldaat in sy huidige omgewing verberg
Die natuur gebruik al miljoene jare aktief aanpasbare camouflage "stelsels". Kan u die verkleurmannetjie op hierdie foto sien?
Vereenvoudigde voorstelling van die beginsel van werking van aktief-aanpasbare kamoeflering met behulp van die voorbeeld van MBT
Hierdie artikel bied 'n oorsig van huidige en geprojekteerde aktiewe (aanpasbare) kamoefleringstelsels. Alhoewel daar talle toepassings vir hierdie stelsels is, of in ontwikkeling is, fokus die navorsingsfokus op stelsels wat in infanteriebedrywighede gebruik kan word. Boonop is die doel van hierdie studies om inligting te verskaf wat gebruik word om die huidige toepaslikheid van aktiewe kamoefleringstelsels te beoordeel en om toekomstige te help ontwerp.
Definisies en basiese konsepte
Aktiewe camouflage in die sigbare spektrum verskil op twee maniere van konvensionele camouflage. Eerstens vervang dit die voorkoms van wat gemasker word, met 'n voorkoms wat nie net soos die omgewing lyk nie (soos tradisionele maskering), maar dit presies voorstel wat agter die voorwerp gemasker is.
Tweedens doen aktiewe camouflage dit ook intyds. Ideaal gesproke kan aktiewe camouflage nie net voorwerpe in die omgewing naboots nie, maar ook voorwerpe wat ver is, moontlik tot by die horison, wat 'n perfekte visuele camouflage skep. Visuele aktiewe camouflage kan gebruik word om die vermoë van die menslike oog en optiese sensors om die teenwoordigheid van teikens te herken, uit te skakel.
Daar is baie voorbeelde van aktiewe kamoefleringstelsels in fiksie, en ontwikkelaars kies dikwels 'n naam vir 'n tegnologie gebaseer op 'n paar terme en name uit fiksie. Hulle verwys gewoonlik na volle aktiewe camouflage (dws volledige onsigbaarheid) en verwys nie na die moontlikhede van gedeeltelike aktiewe camouflage, aktiewe camouflage vir spesiale operasies of enige van die huidige tegnologiese vooruitgang in die werklike wêreld nie. Volledige onsigbaarheid sal egter beslis nuttig wees vir infanteriebedrywighede, soos verkenning en infiltrasie.
Kamoeflering word nie net in die visuele spektrum gebruik nie, maar ook in akoestiek (byvoorbeeld sonar), die elektromagnetiese spektrum (byvoorbeeld radar), termiese veld (byvoorbeeld infrarooi straling) en om die vorm van 'n voorwerp te verander. Kamoefleringstegnologieë, insluitend aktiewe kamoeflering, is tot 'n sekere mate vir al hierdie tipes ontwikkel, veral vir voertuie (land, see en lug). Alhoewel hierdie werk hoofsaaklik betrekking het op visuele camouflage vir 'n afgestapte infanteris, is dit nuttig om kortliks oplossings op ander gebiede te noem, aangesien sommige tegnologiese idees na die sigbare spektrum oorgedra kan word.
Visuele kamoeflering. Visuele camouflage bestaan uit vorm, oppervlak, glans, silhoeët, skaduwee, posisie en beweging. 'N Aktiewe kamoefleringstelsel kan al hierdie aspekte bevat. Hierdie artikel fokus op visuele aktiewe camouflage, daarom word hierdie stelsels in die volgende onderafdelings uiteengesit.
Akoestiese kamoeflering (bv. Sonar). Sedert die veertigerjare het baie lande met klankabsorberende oppervlaktes geëksperimenteer om die sonarweerkaatsings van duikbote te verminder. Geweerstortingstegnologieë is 'n soort akoestiese kamoeflering. Boonop is aktiewe geraasonderdrukking 'n nuwe neiging wat moontlik tot akoestiese kamoeflering kan ontwikkel. Aktiewe ruisonderdrukkende koptelefoon is tans beskikbaar vir die verbruiker. Die sogenaamde Near-Field Active Noise Suppression-stelsels word ontwikkel, wat in die akoestiese nabyveld geplaas word om die tonale geraas van die propellers aktief te verminder. Daar word voorspel dat belowende stelsels vir langafstand-akoestiese velde ontwikkel kan word om die optrede van die infanterie te bedek.
Elektromagnetiese kamoeflering (soos radar). Radar -kamoefleringnette kombineer spesiale bedekkings en mikrofibertegnologie om breëbandradar -demping van meer as 12 dB te bied. Die gebruik van opsionele termiese bedekkings brei infrarooi beskerming uit.
Die BMS-ULCAS (Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen) van Saab Barracuda gebruik 'n spesiale materiaal wat aan die basismateriaal geheg is. Die materiaal verminder die opsporing van breëbandradar, en vernou ook die sigbare en infrarooi frekwensiebereik. Elke skerm is spesifiek ontwerp vir die toerusting wat dit beskerm.
Camouflage uniforms. In die toekoms kan aktiewe camouflage die voorwerp bepaal wat omhul moet word om dit aan te pas by die vorm van die ruimte. Hierdie tegnologie staan bekend as SAD (Shape Approximation Device) en het die potensiaal om vormopsporing te verminder. Een van die mees oortuigende voorbeelde van eenvormige kamoeflering is die seekat, wat nie net met kleur kan verander nie, maar ook deur die vorm en tekstuur van die vel te verander.
Termiese kamoeflering (bv. Infrarooi). 'N Materiaal word ontwikkel wat die hitte -kenmerk van die naakte vel verswak deur hitte -uitstraling te versprei deur gebruik te maak van silwer, hol keramiekballe (senosfere), gemiddeld 45 mikron in deursnee, ingebed in 'n bindmiddel om 'n pigment te skep met lae emissie- en diffusie -eienskappe. Die mikrokrale werk soos 'n spieël en weerspieël die omliggende ruimte en mekaar en versprei sodoende die termiese straling van die vel.
Multispektrale kamoeflering. Sommige kamoefleringstelsels is multispektraal, wat beteken dat hulle vir meer as een kamoefleringstipe werk. Saab Barracuda het byvoorbeeld 'n multispektrale kamoefleringproduk met 'n hoë mobiliteit aan boordstelsel (HMBS) ontwikkel wat artilleriestukke beskerm tydens afvuur en herontplooiing. Dit is moontlik om tot 90% te verminder, en onderdrukking van termiese bestraling laat enjins en kragopwekkers in staat wees om vinnig te begin. Sommige stelsels het 'n dubbelzijdige laag, wat soldate in staat stel om dubbelsydige kamoeflering te dra vir gebruik op verskillende soorte terrein.
Aan die einde van 2006 kondig BAE Systems aan wat beskryf word as ''n sprong vorentoe in kamoefleringstegnologie', in die middel van gevorderde tegnologie ''n nuwe vorm van aktiewe stealth uitgevind … Met die druk van 'n knoppie word voorwerpe feitlik onsigbaar en meng dit op hul agtergrond.” Volgens BAE Systems het die ontwikkeling ''n dekade se leierskap in die stealth -tegnologie aan die onderneming gegee en kan dit die wêreld van' stealth 'ingenieurswese herdefinieer.' Nuwe konsepte is geïmplementeer op grond van nuwe materiale, wat nie net hul kleure kan verander nie, maar ook die infrarooi-, mikrogolf- en radarprofiel kan verskuif en voorwerpe met die agtergrond kan saamsmelt, wat dit byna onsigbaar maak. Hierdie tegnologie is ingebou in die struktuur self eerder as gebaseer op die gebruik van addisionele materiaal, soos verf of 'n kleeflaag. Hierdie werk het reeds gelei tot die registrasie van 9 patente en bied moontlik steeds unieke oplossings vir handtekeningbestuursprobleme.
Aktiewe kamoefleerstelsel gebaseer op RPT -tegnologie met projeksie op 'n weerkaatsende reënjas
Die volgende grens: transformasie -optika
Die aktiewe / aanpasbare kamoefleringstelsels wat in hierdie artikel beskryf word en gebaseer is op toneelprojeksie, is op sigself baie soortgelyk aan science fiction (en dit was inderdaad die basis van die film "Predator"), maar dit is nie deel van die mees gevorderde tegnologie wat ondersoek is nie die soektog "omhulsel van onsigbaarheid." Ander oplossings is inderdaad reeds uiteengesit, wat baie meer effektief en prakties sal wees in vergelyking met aktiewe camouflage. Hulle is gebaseer op 'n verskynsel wat bekend staan as transformasie -optika. Dit wil sê, sommige golflengtes, insluitend sigbare lig, kan "gebuig" word en om 'n voorwerp vloei soos water wat 'n klip omhul. As gevolg hiervan word voorwerpe agter die voorwerp sigbaar, asof lig deur leë ruimte beweeg, terwyl die voorwerp self uit die oog verdwyn. In teorie kan transformasie -optika nie net voorwerpe masker nie, maar dit ook sigbaar maak waar dit nie is nie.
Skematiese voorstelling van die beginsel van onsigbaarheid deur middel van transformasie -optika
Artistieke voorstelling van die struktuur van 'n metamateriaal
Om dit te kan gebeur, moet die voorwerp of gebied egter gemasker word met 'n dekmantel, wat self nie opspoorbaar is vir elektromagnetiese golwe nie. Hierdie gereedskap, metamateriaal genoem, gebruik sellulêre strukture om 'n kombinasie van materiaalkenmerke te skep wat nie in die natuur beskikbaar is nie. Hierdie strukture kan elektromagnetiese golwe om 'n voorwerp rig en veroorsaak dat hulle aan die ander kant verskyn.
Die algemene idee agter sulke metamateriaal is negatiewe breking. Daarteenoor het alle natuurlike materiale 'n positiewe brekingsindeks, 'n aanduiding van hoeveel elektromagnetiese golwe gebuig word wanneer dit van een medium na 'n ander beweeg. 'N Klassieke illustrasie van hoe breking werk: 'n deel van 'n stok wat in water gedompel is, blyk onder die oppervlak van die water gebuig te wees. As die water 'n negatiewe breking het, sou die ondergedompelde deel van die stok, inteendeel, uit die oppervlak van die water uitsteek. Of, vir 'n ander voorbeeld, lyk dit asof 'n vis wat onder water swem in die lug bokant die oppervlak van die water beweeg.
Nuwe maskeringsmetamateriaal wat in Januarie 2009 deur die Duke -universiteit onthul is
'N Elektronmikroskoopbeeld van 'n voltooide 3D -metamateriaal. Gesplete goue nanoringsresonators word in ewe rye gerangskik
Skematiese en elektronmikroskoopbeskouing van 'n metamateriaal (bo en kant) wat ontwikkel is deur navorsers aan die Universiteit van Kalifornië, Berkeley. Die materiaal word gevorm uit parallelle nanodrade wat ingebed is in poreuse alumina. As sigbare lig deur 'n materiaal gaan volgens die verskynsel van negatiewe breking, word dit in die teenoorgestelde rigting afgebuig.
Om 'n metamateriaal 'n negatiewe brekingsindeks te hê, moet die strukturele matriks daarvan minder wees as die lengte van die elektromagnetiese golf wat gebruik word. Boonop moet die waardes van diëlektriese konstante (die vermoë om 'n elektriese veld oor te dra) en magnetiese deurlaatbaarheid (hoe dit op 'n magnetiese veld reageer) negatief wees. Wiskunde is 'n integrale deel van die ontwerp van die parameters wat nodig is om metamateriaal te skep en te demonstreer dat die materiaal onsigbaarheid waarborg. Dit is nie verbasend nie dat meer sukses behaal is by die werk met golflengtes in die groter mikrogolfreeks, wat wissel van 1 mm tot 30 cm. en magenta lig) tot 700 nanometer (donkerrooi lig).
Na die eerste demonstrasie van die haalbaarheid van die metamateriaal in 2006, toe die eerste prototipe gebou is, kondig 'n span ingenieurs aan die Duke -universiteit in Januarie 2009 'n nuwe soort manteltoestel aan, wat baie meer gevorderd is in mantel oor 'n wye spektrum frekwensies. Die nuutste vordering op hierdie gebied is te danke aan die ontwikkeling van 'n nuwe groep komplekse algoritmes vir die skepping en vervaardiging van metamateriaal. In onlangse laboratoriumeksperimente is 'n straal mikrogolwe wat deur 'n maskeringsmiddel op 'n "bult" op 'n plat spieëloppervlak gerig is, in dieselfde hoek van die oppervlak gereflekteer asof daar geen bult was nie. Boonop het die mantelmiddel die vorming van verspreide balke voorkom, wat gewoonlik met sulke transformasies gepaard gaan. Die verskynsel onderliggend aan die kamoeflering lyk soos 'n lugspiegel wat op 'n warm dag voor die pad gesien word.
In 'n parallelle en werklik mededingende program, het wetenskaplikes van die Universiteit van Kalifornië middel 2008 aangekondig dat hulle baanbrekerswerk in 3D-materiaal gemaak het wat die normale ligrigting in die sigbare en naby infrarooi spektra kan verander. Die navorsers het twee verskillende benaderings gevolg. In die eerste eksperiment het hulle verskeie afwisselende lae silwer en nie-geleidende magnesiumfluoried gestapel en die sogenaamde nanometriese "gaas" -patrone in lae gesny om 'n grootmaat optiese metamateriaal te vorm. Negatiewe breking is gemeet by golflengtes van 1500 nanometer. Die tweede metamateriaal bestaan uit silwer nanodrade wat binne -in poreuse aluminiumoxide gestrek is; dit het negatiewe breking by golflengtes van 660 nanometer in die rooi gebied van die spektrum gehad.
Beide materiale het negatiewe breking behaal, met die hoeveelheid geabsorbeerde of "verlore" energie, aangesien lig minimaal was.
Links is 'n skematiese voorstelling van die eerste 3-D "gaas" -metamateriaal wat aan die Universiteit van Kalifornië ontwikkel is en wat 'n negatiewe brekingsindeks in die sigbare spektrum kan bereik. Regs is die beeld van die voltooide struktuur van 'n skandeerelektronmikroskoop. Intermitterende lae vorm klein buitelyne wat lig terug kan laat buig
Ook in Januarie 2012 het navorsers aan die Universiteit van Stuttgart aangekondig dat hulle vordering gemaak het met die vervaardiging van 'n multi-laag, gesplete ringmetamateriaal vir optiese golflengtes. Hierdie laag-vir-laag prosedure, wat soveel keer as wat verlang word herhaal kan word, is in staat om goed afgestemde driedimensionele strukture uit metamateriaal te skep. Die sleutel tot hierdie sukses was 'n planiserings- (nivellerings) metode vir 'n growwe nanolithografiese oppervlak gekombineer met duursame vertrouensmiddels wat droë etsprosesse tydens nano-vervaardiging weerstaan. Die resultaat was 'n perfekte belyning saam met absoluut plat lae. Hierdie metode is ook geskik vir die vervaardiging van vryvormvorms in elke laag. Dit is dus moontlik om meer komplekse strukture te skep.
Daar sal beslis baie meer navorsing nodig wees voordat metamateriale geskep kan word wat in die sigbare spektrum kan werk, waarin die menslike oog kan sien, en dan praktiese materiale wat geskik is vir byvoorbeeld klere. Maar selfs mantelmateriaal wat op slegs 'n paar fundamentele golflengtes werk, kan groot voordele inhou. Hulle kan nagvisiestelsels ondoeltreffend maak en voorwerpe onsigbaar, byvoorbeeld vir laserstrale wat gebruik word om wapens te lei.
Werk konsep
Ligte opto -elektroniese stelsels is voorgestel op grond van moderne beeldtoestelle en skerms wat geselekteerde voorwerpe byna deursigtig en dus feitlik onsigbaar maak. Hierdie stelsels word aktiewe of aanpasbare camouflage -stelsels genoem omdat dit, anders as tradisionele camouflage, beelde genereer wat kan verander as gevolg van veranderinge in tonele en beligtingstoestande.
Die hooffunksie van die aanpasbare kamoefleringstelsel is om die toneel (agtergrond) agter die voorwerp op die oppervlak van die voorwerp wat die naaste aan die kyker is, te projekteer. Met ander woorde, die toneel (agtergrond) agter die onderwerp word vervoer en in panele voor die onderwerp vertoon.
'N Tipiese aktiewe kamoefleringstelsel is waarskynlik 'n netwerk van buigsame platskerms wat in die vorm van 'n kombers gerangskik is wat alle sigbare oppervlaktes van die voorwerp wat gekamoefleer moet word, bedek. Elke vertoonpaneel bevat 'n aktiewe pixelsensor (APS), of moontlik 'n ander gevorderde beeldmateriaal, wat na die paneel gerig word en 'n klein gedeelte van die paneeloppervlak sal beslaan. Die "omslag" sal ook 'n draadraam bevat wat 'n netwerk van kruis-gekoppelde optiese vesels ondersteun, waardeur die beeld van elke APS na 'n ekstra vertoonpaneel aan die teenoorgestelde kant van die gemaskerde voorwerp gestuur sal word.
Die posisie en oriëntasie van alle beeldtoestelle sal gesinchroniseer word met die posisie en oriëntasie van een sensor, wat bepaal sal word deur die hoofbeelder (sensor). Die oriëntasie sal bepaal word deur 'n nivelleringsinstrument wat deur die hoofbeeldsensor beheer word. 'N Sentrale beheerder wat aan 'n eksterne ligmeter gekoppel is, sal die helderheidsvlakke van alle skermpanele outomaties aanpas by die omliggende ligstoestande. Die onderkant van die gemaskerde voorwerp word kunsmatig verlig sodat die beeld van die gemaskerde voorwerp van bo die grond wys asof dit natuurlik verlig is; as dit nie bereik word nie, is die duidelike heterogeniteit en diskretie van die skaduwees sigbaar vir die waarnemer wat van bo na onder kyk.
Die skermpanele kan so groot gemaak en gekonfigureer word dat 'n totaal van hierdie panele gebruik kan word om verskillende voorwerpe te masker sonder om die voorwerpe self te hoef te verander. Die grootte en massa van tipiese stelsels en subsisteme van adaptiewe kamoeflering is beraam: die volume van 'n tipiese beeldsensor sal minder as 15 cm3 wees, terwyl 'n stelsel wat 'n voorwerp van 10 m lank, 3 m hoog en 5 m breed bedek, 'n massa van minder as 45 kg. As die voorwerp wat bedek moet word 'n voertuig is, kan die adaptiewe kamoefleringstelsel maklik deur die voertuig se elektriese stelsel geaktiveer word sonder dat dit 'n negatiewe uitwerking op die werking het.
'N Interessante oplossing vir die aanpasbare kamoeflering van militêre toerusting Adaptive van BAE Systems
