Një përfaqësim artistik i një automjeti luftarak të ardhshëm i mbrojtur nga një sistem kamuflazhi aktiv
Aktualisht, operacionet e zbulimit dhe infiltrimit të këmbësorisë kryhen me një kamuflazh konvencional të krijuar për të maskuar një ushtar duke përdorur dy elementë kryesorë: ngjyrën dhe modelin (modelin e kamuflazhit). Sidoqoftë, operacionet ushtarake në mjediset urbane po bëhen më të përhapura, në të cilat ngjyra dhe modeli optimal mund të ndryshojnë vazhdimisht, madje edhe çdo minutë. Për shembull, një ushtar i veshur me një uniformë jeshile do të dalë qartë kundër një muri të bardhë. Një sistem aktiv maskimi mund të përditësojë vazhdimisht ngjyrën dhe modelin, duke fshehur ushtarin në mjedisin e tij aktual
Natyra ka përdorur në mënyrë aktive "sisteme" maskimi të maskimit për miliona vjet. A mund ta shihni kameleonin në këtë foto?
Përfaqësimi i thjeshtuar i parimit të funksionimit të maskimit aktiv-adaptues duke përdorur shembullin e MBT
Ky artikull ofron një pasqyrë të sistemeve aktive dhe të parashikuara të maskimit aktiv (adaptiv). Ndërsa ka aplikime të shumta për këto sisteme, ose janë në zhvillim, fokusi i kërkimit është në sistemet që mund të përdoren në operacionet e këmbësorisë. Për më tepër, qëllimi i këtyre studimeve është të sigurojë informacionin e përdorur për të vlerësuar zbatueshmërinë aktuale të sistemeve aktive të kamuflazhit dhe për të ndihmuar në hartimin e sistemeve të ardhshme.
Përkufizimet dhe konceptet themelore
Kamuflimi aktiv në spektrin e dukshëm ndryshon nga kamuflazhi konvencional në dy mënyra. Së pari, ai zëvendëson pamjen e asaj që po maskohet me një pamje që jo vetëm i ngjan mjedisit (si maskimi tradicional), por përfaqëson me saktësi atë që është pas objektit të maskuar.
Së dyti, kamuflimi aktiv gjithashtu e bën këtë në kohë reale. Në mënyrë ideale, kamuflimi aktiv jo vetëm që mund të imitojë objektet aty pranë, por edhe ato të largëta, ndoshta deri në horizont, duke krijuar një kamuflazh të përsosur vizual. Kamuflimi vizual aktiv mund të përdoret për të çaktivizuar aftësinë e syrit të njeriut dhe sensorëve optikë për të njohur praninë e objektivave.
Ka shumë shembuj të sistemeve maskuese aktive në trillime, dhe zhvilluesit shpesh zgjedhin një emër për një teknologji të bazuar në disa terma dhe emra nga trillimet. Ato në përgjithësi i referohen kamuflimit të plotë aktiv (d.m.th. padukshmërisë së plotë) dhe nuk i referohen aftësive të maskimit aktiv të pjesshëm, kamuflimit aktiv për operacione speciale, ose ndonjë prej përparimeve aktuale teknologjike të botës reale. Sidoqoftë, padukshmëria e plotë sigurisht që do të jetë e dobishme për operacionet e këmbësorisë, siç janë operacionet e zbulimit dhe infiltrimit.
Kamuflimi përdoret jo vetëm në spektrin vizual, por edhe në akustikë (për shembull, sonar), spektrin elektromagnetik (për shembull, radar), fushën termike (për shembull, rrezatimin infra të kuqe) dhe për ndryshimin e formës së një objekti. Teknologjitë e kamuflazhit, përfshirë disa kamuflazhe aktive, janë zhvilluar në një masë të caktuar për të gjitha këto lloje, veçanërisht për automjetet (tokë, det dhe ajër). Ndërsa kjo punë lidhet kryesisht me kamuflimin vizual për një këmbësor të zbritur, është e dobishme të përmendim shkurtimisht zgjidhjet në fusha të tjera, pasi disa ide teknologjike mund të barten në spektrin e dukshëm.
Kamuflimi vizual. Kamuflimi vizual përbëhet nga forma, sipërfaqja, shkëlqimi, silueta, hija, pozicioni dhe lëvizja. Një sistem kamuflazhi aktiv mund të përmbajë të gjitha këto aspekte. Ky artikull përqendrohet në maskimin aktiv vizual, kështu që këto sisteme janë të detajuara në nënseksionet e mëposhtme.
Kamuflazh akustik (p.sh. sonar). Që nga vitet 1940, shumë vende kanë eksperimentuar me sipërfaqe thithëse të zërit për të zvogëluar reflektimet sonare të nëndetëseve. Teknologjitë e bllokimit të armëve janë një lloj kamuflazhi akustik. Për më tepër, anulimi aktiv i zhurmës është një prirje e re që potencialisht mund të evoluojë në kamuflazh akustik. Kufjet aktive të anulimit të zhurmës janë aktualisht në dispozicion të konsumatorit. Të ashtuquajturat sisteme të shtypjes së zhurmës aktive në fushën e afërt janë duke u zhvilluar, të cilat vendosen në fushën akustike pranë për të minimizuar në mënyrë aktive, kryesisht, zhurmën tonale të helikave. Isshtë parashikuar që sisteme premtuese për fushat akustike me rreze të gjatë mund të zhvillohen në mënyrë që të maskojnë veprimet e këmbësorisë.
Kamuflimi elektromagnetik (siç është radari). Rrjetat e kamuflazhit të radarit kombinojnë veshje speciale dhe teknologji mikrofibre për të siguruar zbutje të radarit me brez të gjerë mbi 12 dB. Përdorimi i veshjeve termike opsionale shtrin mbrojtjen infra të kuqe.
BMS-ULCAS (Ekran kamuflazhi shumë i lehtë ultra i lehtë) nga Saab Barracuda përdor një material të veçantë që është ngjitur në materialin bazë. Materiali zvogëlon zbulimin e radarit me brez të gjerë, dhe gjithashtu ngushton kufijtë e frekuencave të dukshme dhe infra të kuqe. Çdo ekran është krijuar posaçërisht për pajisjet që mbron.
Uniformat e kamuflazhit. Në të ardhmen, kamuflimi aktiv mund të përcaktojë objektin që do të mbulohet në mënyrë që ta përshtatë atë me formën e hapësirës. Kjo teknologji njihet si SAD (Pajisja e Përafrimit të Formës) dhe ka potencialin për të zvogëluar aftësinë e zbulimit të formës. Një nga shembujt më bindës të maskimit uniform është oktapodi, i cili mund të përzihet me rrethinën e tij jo vetëm duke ndryshuar ngjyrën, por edhe duke ndryshuar formën dhe strukturën e lëkurës së tij.
Kamuflimi termik (p.sh. infra të kuqe). Një material është duke u zhvilluar që zbut nënshkrimin e nxehtësisë së lëkurës së zhveshur duke shpërndarë emetimin e nxehtësisë duke përdorur topa qeramike të zbrazët të argjendtë (senosfera), mesatarisht 45 mikronë në diametër, të ngulitura në një lidhës për të krijuar një pigment me veti të ulëta emetimi dhe difuzioni. Mikrobeadat punojnë si një pasqyrë, duke reflektuar hapësirën përreth dhe njëra -tjetrën, dhe kështu shpërndajnë rrezatimin termik nga lëkura.
Kamuflimi multispektral. Disa sisteme kamuflazhi janë multispektralë, që do të thotë se funksionojnë për më shumë se një lloj kamuflazhi. Për shembull, Saab Barracuda ka zhvilluar një produkt kamuflimi shumë spektral të Sistemit të Lëvizshmërisë së Lartë në bord (HMBS) që mbron pjesët e artilerisë gjatë qitjes dhe rivendosjes. Reduktimet e nënshkrimit deri në 90% janë të mundshme, dhe shtypja e rrezatimit termik lejon motorët dhe gjeneratorët të punojnë pa punë për fillimin e shpejtë. Disa sisteme kanë shtresë të dyanshme, e cila u lejon ushtarëve të veshin kamuflazh të dyanshëm për përdorim në lloje të ndryshme terrenesh.
Në fund të vitit 2006, BAE Systems njoftoi atë që u përshkrua si "një hap përpara në teknologjinë e maskimit", në qendër të teknologjisë së përparuar shpiku "një formë të re të vjedhjes aktive … Me shtypjen e një butoni, objektet bëhen praktikisht të padukshëm, duke u përzier në sfondin e tyre ". Sipas BAE Systems, zhvillimi "i dha kompanisë një dekadë udhëheqjeje në teknologjinë vjedhurazi dhe mund të ripërcaktojë botën e inxhinierisë" vjedhurazi "." Konceptet e reja u zbatuan bazuar në materiale të reja, gjë që lejon jo vetëm ndryshimin e ngjyrave të tyre, por edhe zhvendosjen e profilit infra të kuqe, mikrovalë dhe radar dhe bashkimin e objekteve me sfondin, gjë që i bën ato pothuajse të padukshme. Kjo teknologji është e ndërtuar në vetë strukturën dhe jo në bazë të përdorimit të materialit shtesë, të tillë si bojë ose një shtresë ngjitëse. Kjo punë tashmë ka çuar në regjistrimin e 9 patentave dhe ende mund të japë zgjidhje unike për problemet e menaxhimit të nënshkrimit.
Sistemi aktiv i maskimit i bazuar në teknologjinë RPT me projeksion mbi një mushama reflektuese
Kufiri tjetër: optika e transformimit
Sistemet kamuflazh aktive / adaptive të përshkruara në këtë artikull dhe të bazuara në projeksionin e skenës janë mjaft të ngjashme me trillimet shkencore në vetvete (dhe në të vërtetë kjo ishte baza e filmit "Predator"), por ato nuk janë pjesë e teknologjisë më të përparuar të hulumtuar në kërkimi "qefin e padukshmërisë". Në të vërtetë, tashmë janë përshkruar zgjidhje të tjera, të cilat do të jenë shumë më efektive dhe praktike në krahasim me maskimin aktiv. Ato bazohen në një fenomen të njohur si optika e transformimit. Kjo do të thotë, disa gjatësi vale, përfshirë dritën e dukshme, mund të "përkulen" dhe të rrjedhin rreth një objekti si uji që mbulon një gur. Si rezultat, objektet prapa objektit bëhen të dukshme, sikur drita të kalojë nëpër hapësirën boshe, ndërsa vetë objekti zhduket nga shikimi. Në teori, optika e transformimit jo vetëm që mund të maskojë objektet, por edhe t'i bëjë ato të dukshme aty ku nuk janë.
Paraqitja skematike e parimit të padukshmërisë me anë të optikës së transformimit
Paraqitja artistike e strukturës së një metamateriali
Sidoqoftë, që kjo të ndodhë, objekti ose zona duhet të maskohen duke përdorur një agjent mbulues, i cili në vetvete duhet të jetë i padetektueshëm për valët elektromagnetike. Këto mjete, të quajtura metamateriale, përdorin struktura qelizore për të krijuar një kombinim të karakteristikave materiale që nuk janë të disponueshme në natyrë. Këto struktura mund të drejtojnë valët elektromagnetike rreth një objekti dhe t'i bëjnë ato të shfaqen në anën tjetër.
Ideja e përgjithshme pas metamaterialeve të tilla është thyerja negative. Në të kundërt, të gjitha materialet natyrore kanë një indeks thyes pozitiv, një tregues se sa valë elektromagnetike janë të përkulura kur kalojnë nga një medium në tjetrin. Një ilustrim klasik se si funksionon thyerja: një pjesë e një shkopi të zhytur në ujë duket të jetë e përkulur nën sipërfaqen e ujit. Nëse uji kishte thyerje negative, pjesa e zhytur e shkopit, përkundrazi, do të dilte nga sipërfaqja e ujit. Ose, për një shembull tjetër, një peshk që noton nën ujë duket se lëviz në ajër mbi sipërfaqen e ujit.
Metamateriali i ri i maskimit u zbulua nga Universiteti Duke në Janar 2009
Një imazh i mikroskopit elektronik të një metamateriali të përfunduar 3D. Rezonatorët e ndarë me nanorings ari janë rregulluar në rreshta të barabartë
Mikroskopi skematik dhe elektronik i një metamateriali (sipër dhe anash) të zhvilluar nga studiuesit në Universitetin e Kalifornisë, Berkeley. Materiali është formuar nga nanotelët paralel të ngulitur brenda aluminit poroz. Kur drita e dukshme kalon nëpër një material sipas fenomenit të thyerjes negative, ajo devijohet në drejtim të kundërt.
Në mënyrë që një metamaterial të ketë një indeks thyes negativ, matrica e tij strukturore duhet të jetë më e vogël se gjatësia e valës elektromagnetike të përdorur. Për më tepër, vlerat e konstantes dielektrike (aftësia për të transmetuar një fushë elektrike) dhe përshkueshmëria magnetike (si reagon ndaj një fushe magnetike) duhet të jenë negative. Matematika është pjesë përbërëse e modelimit të parametrave të nevojshëm për të krijuar metamateriale dhe për të demonstruar se materiali garanton padukshmërinë. Nuk është për t'u habitur, më shumë sukses është arritur kur punohet me gjatësi vale në gamën më të gjerë të mikrovalëve, e cila shkon nga 1 mm në 30 cm. Njerëzit e shohin botën në një gamë të ngushtë rrezatimi elektromagnetik, të njohur si dritë e dukshme, me gjatësi vale nga 400 nanometra (vjollce dhe dritë magenta) në 700 nanometra (dritë e kuqe e errët).
Pas demonstrimit të parë të fizibilitetit të metamaterialit në 2006, kur u ndërtua prototipi i parë, një ekip inxhinierësh në Universitetin Duke njoftuan në janar 2009 një lloj të ri të pajisjes së mbulimit, shumë më të përparuar në veshjen në një spektër të gjerë frekuencash. Përparimet e fundit në këtë fushë janë për shkak të zhvillimit të një grupi të ri të algoritmeve komplekse për krijimin dhe prodhimin e metamaterialeve. Në eksperimentet e fundit laboratorike, një rreze me mikrovalë të drejtuar përmes një mjeti maskues në një "fryrje" në një sipërfaqe të sheshtë të pasqyrës u reflektua nga sipërfaqja në të njëjtin kënd sikur të mos kishte fryrje. Për më tepër, agjenti i mbulimit parandaloi formimin e trarëve të shpërndarë, zakonisht duke shoqëruar transformime të tilla. Fenomeni në themel të maskimit i ngjan një mirazhi të parë në një ditë të nxehtë përpara rrugës.
Në një program paralel dhe vërtet konkurrues, shkencëtarët e Universitetit të Kalifornisë njoftuan në mesin e vitit 2008 se ata kishin pionieruar materialet 3-D që mund të ndryshonin drejtimin normal të dritës në spektrin e dukshëm dhe afër infra të kuqe. Studiuesit ndoqën dy qasje të ndryshme. Në eksperimentin e parë, ata grumbulluan disa shtresa të alternuara argjendi dhe fluori magnezi jo përcjellës dhe prenë të ashtuquajturat modele "rrjetë" nanometrike në shtresa për të krijuar një metamaterial optik. Thyerja negative u mat në gjatësinë e valës 1500 nanometra. Metamateriali i dytë përbëhej nga nano tela argjendi të shtrirë brenda aluminit poroz; ai kishte thyerje negative në gjatësinë e valës 660 nanometra në rajonin e kuq të spektrit.
Të dy materialet arritën përthyerje negative, me sasinë e energjisë së absorbuar ose "humbur" kur drita kalonte nëpër to ishte minimale.
E majta është një paraqitje skematike e metamaterialit të parë 3-D "rrjetë" të zhvilluar në Universitetin e Kalifornisë që mund të arrijë indeksin e thyerjes negative në spektrin e dukshëm. Në të djathtë është imazhi i strukturës së përfunduar nga një mikroskop elektronik skanues. Shtresat e përhershme formojnë skica të vogla që mund të devijojnë dritën prapa
Gjithashtu në janar 2012, studiuesit në Universitetin e Shtutgartit njoftuan se kishin arritur përparim në fabrikimin e një metamateriali me shumë shtresa, me unaza të ndarë për gjatësinë e valës optike. Kjo procedurë shtresë pas shtrese, e cila mund të përsëritet sa herë të dëshironi, është e aftë të krijojë struktura tredimensionale të rreshtuara mirë nga metamaterialet. Çelësi i këtij suksesi ishte një metodë planarizimi (nivelimi) për një sipërfaqe të ashpër nanolitografike të kombinuar me fiduciale të qëndrueshme që i rezistojnë proceseve të gdhendjes së thatë gjatë prodhimit nano. Rezultati ishte një shtrirje perfekte së bashku me shtresa absolutisht të sheshta. Kjo metodë është gjithashtu e përshtatshme për prodhimin e formave të formës së lirë në secilën shtresë. Kështu, është e mundur të krijohen struktura më komplekse.
Sigurisht, shumë më tepër kërkime mund të kërkohen para se të krijohen metamateriale që mund të punojnë në spektrin e dukshëm, në të cilin syri i njeriut mund të shohë, dhe pastaj materiale praktike të përshtatshme, për shembull, për veshje. Por edhe materialet e veshjes që veprojnë në vetëm disa gjatësi vale themelore mund të ofrojnë përfitime të jashtëzakonshme. Ato mund t'i bëjnë sistemet e shikimit të natës joefektiv dhe objektet e padukshme, për shembull, në rrezet lazer të përdorura për të drejtuar armët.
Koncepti i punës
Sistemet e lehta optoelektronike janë propozuar bazuar në pajisjet moderne të imazhit dhe ekranet që i bëjnë objektet e zgjedhura pothuajse transparente dhe kështu praktikisht të padukshme. Këto sisteme quhen sisteme kamuflazhi aktive ose adaptive për faktin se, ndryshe nga kamuflazhi tradicional, ato gjenerojnë imazhe që mund të ndryshojnë në përgjigje të ndryshimeve në skenat dhe kushtet e ndriçimit.
Funksioni kryesor i sistemit të maskimit adaptues është të projektojë skenën (sfondin) prapa objektit në sipërfaqen e objektit më të afërt me shikuesin. Me fjalë të tjera, skena (sfondi) prapa subjektit transportohet dhe shfaqet në panele para subjektit.
Një sistem tipik kamuflazhi aktiv ka shumë të ngjarë të jetë një rrjet i ekraneve fleksibël të panelit të sheshtë të rregulluar në formën e një lloj batanije që do të mbulojë të gjitha sipërfaqet e dukshme të objektit që duhet të kamuflohen. Çdo panel i ekranit do të përmbajë një sensor piksel aktiv (APS), ose ndoshta një imazh tjetër të avancuar, i cili do të drejtohet përpara panelit dhe do të zërë një pjesë të vogël të zonës së panelit. "Mbulesa" gjithashtu do të përmbajë një kornizë teli që mbështet një rrjet fibrash optike të ndërlidhura përmes së cilës imazhi nga secili APS do të transmetohet në një panel shtesë të shfaqjes në anën e kundërt të objektit të maskuar.
Pozicioni dhe orientimi i të gjitha pajisjeve të imazhit do të sinkronizohen me pozicionin dhe orientimin e një sensori, i cili do të përcaktohet nga imazhi kryesor (sensori). Orientimi do të përcaktohet nga një mjet nivelimi i kontrolluar nga sensori kryesor i imazhit. Një kontrollues qendror i lidhur me një matës të jashtëm të dritës do të rregullojë automatikisht nivelet e shkëlqimit të të gjitha paneleve të ekranit që të përputhen me kushtet e dritës së ambientit. Pjesa e poshtme e objektit të maskuar do të ndriçohet artificialisht në mënyrë që imazhi i objektit të maskuar nga lart të tregojë tokën sikur të ishte ndriçuar natyrshëm; nëse kjo nuk arrihet, atëherë heterogjeniteti dhe diskretiteti i dukshëm i hijeve do të jetë i dukshëm për vëzhguesin që shikon nga lart poshtë.
Panelet e ekranit mund të madhësohen dhe konfigurohen në mënyrë që një total prej këtyre paneleve të mund të përdoren për të maskuar objekte të ndryshme pa pasur nevojë të modifikojnë vetë objektet. Madhësia dhe masa e sistemeve dhe nënsistemeve tipike të kamuflazhit adaptues u vlerësuan: vëllimi i një sensori tipik të imazhit do të jetë më pak se 15 cm3, ndërsa një sistem që mbulon një objekt 10 m të gjatë, 3 m të lartë dhe 5 m të gjerë do të ketë një masë më pak se 45 kg. Nëse objekti që do të mbulohet është një automjet, atëherë sistemi maskues adaptues mund të aktivizohet lehtësisht nga sistemi elektrik i automjetit pa ndonjë ndikim negativ në funksionimin e tij.
Një zgjidhje interesante për kamuflimin adaptiv të pajisjeve ushtarake Adaptive nga BAE Systems
