Isang masining na representasyon ng isang hinaharap na sasakyang labanan na protektado ng isang aktibong camouflage system
Sa kasalukuyan, ang mga operasyon ng reconnaissance at infiltration ng impanterya ay ginaganap sa isang maginoo na pagbabalatkayo na idinisenyo upang pagbabalatkayo ang isang sundalo gamit ang dalawang pangunahing elemento: kulay at pattern (pattern ng pagbabalatkayo). Gayunpaman, ang mga pagpapatakbo ng militar sa mga kapaligiran sa lunsod ay nagiging mas laganap, kung saan ang pinakamainam na kulay at pattern ay maaaring patuloy na magbago, kahit na bawat minuto. Halimbawa, ang isang kawal na may suot na berdeng uniporme ay malinaw na tatayo laban sa isang puting pader. Ang isang aktibong camouflage system ay maaaring patuloy na mag-update ng kulay at pattern, itinatago ang sundalo sa kanyang kasalukuyang kapaligiran
Ang kalikasan ay gumagamit ng aktibong umaangkop na mga "system" ng camouflage sa loob ng milyun-milyong taon. Maaari mo bang makita ang chameleon sa litratong ito?
Pinasimple na representasyon ng prinsipyo ng pagpapatakbo ng aktibong-adaptive camouflage gamit ang halimbawa ng MBT
Ang artikulong ito ay nagbibigay ng isang pangkalahatang-ideya ng kasalukuyang at inaasahang aktibo (adaptive) na mga sistema ng camouflage. Habang maraming mga aplikasyon para sa mga sistemang ito, o nasa pag-unlad, ang pokus ng pananaliksik ay nasa mga system na maaaring magamit sa pagpapatakbo ng impanterya. Bilang karagdagan, ang layunin ng mga pag-aaral na ito ay upang magbigay ng impormasyong ginamit upang masuri ang kasalukuyang kakayahang magamit ng mga aktibong sistema ng camouflage at upang matulungan ang pagdidisenyo ng mga hinaharap.
Mga kahulugan at pangunahing konsepto
Ang aktibong pag-camouflage sa nakikitang spectrum ay naiiba mula sa maginoo na pagbabalatkayo sa dalawang paraan. Una, pinapalitan nito ang hitsura ng tinatakip sa isang hitsura na hindi lamang kahawig ng kapaligiran (tulad ng tradisyunal na masking), ngunit tumpak na kumakatawan sa kung ano ang nasa likod ng bagay na na-mask.
Pangalawa, ginagawa din ito ng aktibong pagbabalatkayo sa real time. Sa isip, ang aktibong pag-camouflage ay hindi lamang gayahin ang mga kalapit na bagay, kundi pati na rin ang mga malalayo, posibleng hanggang sa abot-tanaw, na lumilikha ng isang perpektong visual camouflage. Maaaring gamitin ang visual na aktibong pagbabalatkayo upang hindi paganahin ang kakayahan ng mata ng tao at mga optical sensor na makilala ang pagkakaroon ng mga target.
Maraming mga halimbawa ng mga aktibong camouflage system sa katha, at ang mga developer ay madalas pumili ng isang pangalan para sa isang teknolohiya batay sa ilang mga term at pangalan mula sa kathang-isip. Pangkalahatan ay tumutukoy sila sa buong aktibong pagbabalatkayo (ibig sabihin kumpletong hindi makita) at hindi tumutukoy sa mga kakayahan ng bahagyang aktibong pagbabalatkayo, aktibong pagbabalatkayo para sa mga espesyal na pagpapatakbo, o alinman sa kasalukuyang mga teknolohikal na pagsulong sa totoong mundo. Gayunpaman, ang kumpletong kawalang-nakikita ay tiyak na magiging kapaki-pakinabang para sa pagpapatakbo ng impanterya, tulad ng pagpapatakbo ng reconnaissance at infiltration.
Ang camouflage ay ginagamit hindi lamang sa visual spectrum, kundi pati na rin sa acoustics (halimbawa, sonar), ang electromagnetic spectrum (halimbawa, radar), thermal field (halimbawa, infrared radiation) at para sa pagbabago ng hugis ng isang bagay. Ang mga teknolohiya ng camouflage, kabilang ang ilang mga aktibong camouflage, ay binuo sa isang tiyak na lawak para sa lahat ng mga uri na ito, lalo na para sa mga sasakyan (lupa, dagat at hangin). Habang ang gawaing ito ay pangunahing nauugnay sa visual camouflage para sa isang nabagsak na impanterya, kapaki-pakinabang na maikling banggitin ang mga solusyon sa iba pang mga lugar, dahil ang ilang mga ideya sa teknolohikal ay maaaring madala sa nakikita na spectrum.
Visual camouflage. Ang visual camouflage ay binubuo ng hugis, ibabaw, gloss, silweta, anino, posisyon, at paggalaw. Ang isang aktibong camouflage system ay maaaring maglaman ng lahat ng mga aspetong ito. Nakatuon ang artikulong ito sa visual na aktibong pagbabalatkayo, kaya ang mga sistemang ito ay detalyado sa mga sumusunod na subseksyon.
Acoustic camouflage (hal. Sonar). Mula pa noong 1940s, maraming mga bansa ang nag-eksperimento sa mga tunog na nakakaengganyong ng tunog upang mabawasan ang sonar na sumasalamin ng mga submarino. Ang mga teknolohiya ng gun jamming ay isang uri ng acoustic camouflage. Bilang karagdagan, ang aktibong pagkansela ng ingay ay isang bagong kalakaran na maaaring potensyal na mag-evolve sa acoustic camouflage. Ang mga aktibong pagkansela ng ingay ng mga headphone ay kasalukuyang magagamit sa consumer. Ang tinaguriang Near-Field Active Noise Suppression system ay binuo, na inilalagay sa acoustic malapit sa patlang upang aktibong i-minimize, pangunahin, ang ingay ng tonel ng mga propeller. Hinuhulaan na ang mga nangangako na sistema para sa mga malalawak na larangan ng acoustic ay maaaring binuo upang sakupin ang mga aksyon ng impanterya.
Electromagnetic camouflage (tulad ng radar). Ang mga radar camouflage net ay nagsasama ng mga espesyal na patong at teknolohiyang microfiber upang magbigay ng pagpapalambing ng broadband radar na higit sa 12 dB. Ang paggamit ng mga opsyonal na thermal coatings ay nagpapalawak ng proteksyon ng infrared.
Ang BMS-ULCAS (Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen) mula sa Saab Barracuda ay gumagamit ng isang espesyal na materyal na nakakabit sa pangunahing materyal. Binabawasan ng materyal ang pagtuklas ng broadband radar, at pinapaliit din ang nakikita at mga saklaw ng dalas ng infrared. Ang bawat screen ay partikular na idinisenyo para sa kagamitan na pinoprotektahan nito.
Mga uniporme ng camouflage. Sa hinaharap, maaaring matukoy ng aktibong pagbabalatkayo ang bagay na dapat balutan upang maiakma ito sa hugis ng puwang. Ang teknolohiyang ito ay kilala bilang SAD (Shape Approximation Device) at may potensyal na mabawasan ang kakayahan sa pagtuklas ng hugis. Ang isa sa mga pinaka-nakakahimok na halimbawa ng pare-parehong camouflage ay ang pugita, na maaaring maghalo sa paligid nito hindi lamang sa pagbabago ng kulay, kundi pati na rin sa pagbabago ng hugis at pagkakayari ng balat nito.
Thermal camouflage (hal. Infrared). Binubuo ang isang materyal na nagpapalambing sa pirma ng init ng hubad na balat sa pamamagitan ng pagsabog ng emission ng init gamit ang silvered hollow ceramic ball (senospheres), isang average ng 45 microns na diameter, na naka-embed sa isang binder upang lumikha ng isang pigment na may mababang emission at diffusion na mga katangian. Gumagana ang mga microbead tulad ng isang salamin, na sumasalamin sa nakapalibot na espasyo at bawat isa, at sa gayon ay namamahagi ng thermal radiation mula sa balat.
Multispectral camouflage. Ang ilang mga system ng camouflage ay multispectral, nangangahulugang gumagana ang mga ito para sa higit sa isang uri ng pag-camouflage. Halimbawa, ang Saab Barracuda ay nakabuo ng isang produkto ng High Mobility on-Board System (HMBS) na multispectral camouflage na nagpoprotekta sa mga piraso ng artilerya habang nagpaputok at muling paggawa. Posible ang mga pagbawas ng lagda hanggang sa 90%, at pinahihintulutan ng pagpigil ng thermal radiation ang mga engine at generator na mag-idle para sa mabilis na pagsisimula. Ang ilang mga system ay may patong na dobleng panig, na nagbibigay-daan sa mga sundalo na magsuot ng dobleng panig na pag-camouflage para magamit sa iba't ibang uri ng kalupaan.
Noong huling bahagi ng 2006, inihayag ng BAE Systems kung ano ang inilarawan bilang "isang leap forward sa teknolohiyang camouflage," sa gitna ng advanced na teknolohiya na imbento "isang bagong anyo ng aktibong stealth … Sa pagpindot ng isang pindutan, ang mga bagay ay naging halos hindi nakikita, pinaghalo sa kanilang background. " Ayon sa BAE Systems, ang pag-unlad na "nagbigay sa kumpanya ng isang dekada ng pamumuno sa stealth technology at maaaring tukuyin ang kahulugan ng mundo ng 'stealth' engineering." Ang mga bagong konsepto ay ipinatupad batay sa mga bagong materyales, na nagpapahintulot sa hindi lamang sa pagbabago ng kanilang mga kulay, ngunit paglipat din ng infrared, microwave at radar profile at pagsasama ng mga bagay sa background, na ginagawang halos hindi nakikita. Ang teknolohiyang ito ay binuo sa istraktura mismo sa halip na batay sa paggamit ng karagdagang materyal, tulad ng pintura o isang malagkit na layer. Ang gawaing ito ay humantong na sa pagpaparehistro ng 9 na mga patente at maaari pa ring magbigay ng mga natatanging solusyon sa mga problema sa pamamahala ng lagda.
Aktibong sistema ng pag-camouflage batay sa teknolohiya ng RPT na may projection papunta sa isang sumasalamin na kapote
Ang susunod na hangganan: optika ng pagbabago
Ang mga aktibo / adaptive camouflage system na inilarawan sa artikulong ito at batay sa projection ng eksena ay halos kapareho ng science fiction sa kanilang sarili (at sa katunayan ito ang naging batayan ng pelikulang "Predator"), ngunit hindi sila bahagi ng pinakahusay na teknolohiyang sinaliksik sa ang paghahanap na "shroud of invisibility." Sa katunayan, ang iba pang mga solusyon ay nakabalangkas na, na magiging mas epektibo at praktikal sa paghahambing sa aktibong pagbabalatkayo. Ang mga ito ay batay sa isang hindi pangkaraniwang bagay na kilala bilang mga optika ng pagbabago. Iyon ay, ang ilang mga haba ng daluyong, kasama ang nakikitang ilaw, ay maaaring "baluktot" at dumaloy sa paligid ng isang bagay tulad ng tubig na bumabalot sa isang bato. Bilang isang resulta, ang mga bagay sa likod ng bagay ay nakikita, na parang dumaan ang ilaw sa walang laman na puwang, habang ang object mismo ay nawala mula sa pagtingin. Sa teorya, ang mga optika ng pagbabago ay hindi lamang mga mask na bagay, ngunit maaari rin silang makita kung saan wala sila.
Paglalarawan ng iskema ng prinsipyo ng pagiging hindi nakikita sa pamamagitan ng mga optika ng pagbabago
Masining na representasyon ng istraktura ng isang metamaterial
Gayunpaman, upang mangyari ito, ang bagay o lugar ay dapat na maskara gamit ang isang ahente ng pagluluto, na dapat mismo ay hindi matukoy sa mga electromagnetic na alon. Ang mga tool na ito, na tinatawag na metamaterial, ay gumagamit ng mga istrakturang cellular upang lumikha ng isang kumbinasyon ng mga materyal na katangian na hindi magagamit sa likas na katangian. Ang mga istrukturang ito ay maaaring magdirekta ng mga electromagnetic na alon sa paligid ng isang bagay at maging sanhi ng mga ito upang lumitaw sa kabilang panig.
Ang pangkalahatang ideya sa likod ng naturang mga metamaterial ay negatibong repraksyon. Sa kaibahan, ang lahat ng mga likas na materyales ay may positibong repraktibong indeks, isang tagapagpahiwatig kung gaano ang baluktot na mga electromagnetic na alon habang dumadaan mula sa isang daluyan patungo sa isa pa. Isang klasikong paglalarawan kung paano gumagana ang repraksyon: ang isang bahagi ng isang stick na nahuhulog sa tubig ay lilitaw na baluktot sa ilalim ng tubig. Kung ang tubig ay may negatibong repraksyon, ang nakalubog na bahagi ng stick, sa kabaligtaran, ay lalabas mula sa ibabaw ng tubig. O, para sa isa pang halimbawa, ang isang isda na lumalangoy sa ilalim ng tubig ay lilitaw na gumagalaw sa hangin sa itaas ng ibabaw ng tubig.
Ang bagong masking metamaterial ay isiniwalat ng Duke University noong Enero 2009
Isang imahe ng electron microscope ng isang tapos na 3D metamaterial. Ang mga hating gintong nanorings resonator ay nakaayos sa pantay na mga hilera
Ang view ng iskematika at elektronong mikroskopyo ng isang metamaterial (itaas at gilid) na binuo ng mga mananaliksik sa University of California, Berkeley. Ang materyal ay nabuo mula sa mga parallel na nanowires na naka-embed sa loob ng porous alumina. Kapag ang nakikitang ilaw ay dumaan sa isang materyal ayon sa hindi pangkaraniwang negatibong repraksyon, ito ay napalihis sa kabaligtaran na direksyon.
Upang magkaroon ng isang negatibong repraktibo ang isang metamaterial, ang istrukturang matrix nito ay dapat na mas mababa sa haba ng ginamit na electromagnetic na alon. Bilang karagdagan, ang mga halaga ng pare-pareho ng dielectric (ang kakayahang magpadala ng isang electric field) at magnetic pagkamatagusin (kung paano ito tumutugon sa isang magnetic field) ay dapat na negatibo. Ang matematika ay mahalaga sa pagdidisenyo ng mga parameter na kinakailangan upang lumikha ng mga metamaterial at ipakita na ginagarantiyahan ng materyal ang pagiging hindi nakikita. Hindi nakakagulat, maraming tagumpay ang nakamit kapag nagtatrabaho kasama ang mga haba ng daluyong sa mas malawak na saklaw ng microwave, na umaabot mula 1 mm hanggang 30 cm. Nakita ng mga tao ang mundo sa isang makitid na hanay ng electromagnetic radiation, na kilala bilang nakikitang ilaw, na may mga haba ng daluyong mula sa 400 nanometers (violet at ilaw ng magenta) hanggang 700 nanometers (madilim na pulang ilaw).
Kasunod sa unang pagpapakita ng pagiging posible ng metamaterial noong 2006, nang ang unang prototype ay itinayo, isang pangkat ng mga inhinyero sa Duke University ang nag-anunsyo noong Enero 2009 ng isang bagong uri ng cloaking device, na mas advanced sa pag-cloak sa isang malawak na spectrum ng mga frequency. Ang pinakabagong pagsulong sa lugar na ito ay dahil sa pagbuo ng isang bagong pangkat ng mga kumplikadong algorithm para sa paglikha at paggawa ng mga metamaterial. Sa mga kamakailang eksperimento sa laboratoryo, ang isang sinag ng mga microwave na nakadirekta sa pamamagitan ng isang masking ay nangangahulugang isang "umbok" sa isang patag na salamin sa ibabaw ay makikita mula sa ibabaw sa parehong anggulo na parang walang umbok. Bilang karagdagan, pinigilan ng ahente ng cloaking ang pagbuo ng mga kalat na mga sinag, na kadalasang kasama ng mga naturang pagbabago. Ang hindi pangkaraniwang bagay na pinagbabatayan ng camouflage ay kahawig ng isang salamangkero na nakita sa isang mainit na araw nang maaga sa kalsada.
Sa isang kahanay at totoong nakikipagkumpitensyang programa, inihayag ng mga siyentipiko ng University of California noong kalagitnaan ng 2008 na pinasimunuan nila ang mga materyal na 3-D na maaaring baguhin ang normal na direksyon ng ilaw sa nakikita at malapit sa infrared na spektra. Sinundan ng mga mananaliksik ang dalawang magkaibang diskarte. Sa unang eksperimento, naglagay sila ng ilang mga alternating layer ng pilak at hindi kondaktibong magnesiyo fluoride at pinutol ang tinaguriang mga pattern na "mesh" na nanometric sa mga layer upang lumikha ng isang maramihang mga optical metamaterial. Ang negatibong repraksyon ay sinusukat sa haba ng daluyong ng 1500 nanometers. Ang pangalawang metamaterial ay binubuo ng mga pilak na nanowire na nakaunat sa loob ng puno ng butas na alumina; mayroon itong negatibong repraksyon sa haba ng daluyong ng 660 nanometers sa pulang rehiyon ng spectrum.
Ang parehong mga materyales ay nakamit ang negatibong repraksyon, sa dami ng hinihigop o "nawala" na enerhiya habang ang ilaw na dumaan sa kanila ay minimal.
Ang kaliwa ay isang eskematiko na representasyon ng unang 3-D "mesh" metamaterial na binuo sa University of California na maaaring makamit ang negatibong repraktibong indeks sa nakikitang spectrum. Sa kanan ay ang imahe ng natapos na istraktura mula sa isang pag-scan ng electron microscope. Ang mga pasulput-sulpot na layer ay bumubuo ng maliliit na mga balangkas na maaaring magpalihis ng ilaw sa likod
Noong Enero 2012 din, inanunsyo ng mga mananaliksik sa University of Stuttgart na nag-usad sila sa paggawa ng isang multi-layer, split-ring metamaterial para sa mga optikong haba ng daluyong. Ang pamamaraang ito ng layer, na maaaring ulitin nang maraming beses hangga't ninanais, ay may kakayahang lumikha ng maayos na pagkakahanay ng tatlong-dimensional na mga istraktura mula sa mga metamaterial. Ang susi sa tagumpay na ito ay isang planarization (leveling) na pamamaraan para sa isang magaspang na ibabaw ng nanolithographic na sinamahan ng matibay na mga fiducial na makatiis sa mga proseso ng pag-ukit sa panahon ng paggawa ng nano. Ang resulta ay perpektong pagkakahanay kasama ang ganap na patag na mga layer. Ang pamamaraan na ito ay angkop din para sa paggawa ng mga freeform na hugis sa bawat layer. Sa gayon, posible na lumikha ng mas kumplikadong mga istraktura.
Tiyak, mas maraming pananaliksik ang maaaring kailanganin bago magawa ang mga metamaterial na maaaring gumana sa nakikitang spectrum, kung saan makikita ang mata ng tao, at pagkatapos ay angkop ang mga praktikal na materyales, halimbawa, para sa pananamit. Ngunit kahit na ang mga materyales sa pag-cloak na tumatakbo sa ilang mga pangunahing wavelength ay maaaring mag-alok ng napakalaking mga benepisyo. Maaari nilang gawing hindi epektibo ang mga night vision system at hindi nakikita ang mga bagay, halimbawa, sa mga laser beam na ginagamit upang gabayan ang mga sandata.
Paggawa ng konsepto
Ang mga magaan na optoelectronic system ay iminungkahi batay sa mga modernong aparato sa imaging at pagpapakita na ginagawang halos transparent ang mga napiling bagay at sa gayon ay halos hindi nakikita. Ang mga system na ito ay tinatawag na aktibo o adaptive camouflage system dahil sa ang katunayan na, hindi tulad ng tradisyunal na camouflage, bumubuo sila ng mga imahe na maaaring magbago bilang tugon sa mga pagbabago sa mga eksena at mga kondisyon sa pag-iilaw.
Ang pangunahing pag-andar ng adaptive camouflage system ay i-project ang eksena (background) sa likod ng bagay papunta sa ibabaw ng bagay na pinakamalapit sa manonood. Sa madaling salita, ang eksena (background) sa likod ng paksa ay naihatid at ipinapakita sa mga panel sa harap ng paksa.
Ang isang tipikal na aktibong sistema ng pag-camouflage ay malamang na maging isang network ng mga kakayahang umangkop na flat panel na nakaayos sa anyo ng ilang uri ng kumot na sasakupin ang lahat ng nakikitang mga ibabaw ng bagay na kailangang ma-camouflage. Ang bawat display panel ay maglalaman ng isang aktibong pixel sensor (APS), o posibleng isa pang advanced imager, na ididirekta sa harap ng panel at kukuha ng isang maliit na bahagi ng lugar ng panel. Maglalaman din ang "coverlet" ng isang wire frame na sumusuporta sa isang network ng mga cross-link optical fibers kung saan ang imahe mula sa bawat APS ay maililipat sa isang karagdagang display panel sa kabaligtaran ng naka-mask na bagay.
Ang posisyon at oryentasyon ng lahat ng mga aparatong imaging ay maiuugnay sa posisyon at oryentasyon ng isang sensor, na tutukuyin ng pangunahing imahinador (sensor). Ang oryentasyon ay matutukoy ng isang tool sa leveling na kinokontrol ng pangunahing sensor ng imahe. Ang isang gitnang tagakontrol na konektado sa isang panlabas na light meter ay awtomatikong ayusin ang mga antas ng liwanag ng lahat ng mga display panel upang tumugma sa mga kondisyon ng ilaw sa paligid. Ang ilalim ng bagay na nakamaskara ay artipisyal na naiilawan upang ang imahe ng naka-mask na bagay mula sa itaas ay nagpapakita ng lupa na parang natural na naiilawan; kung hindi ito nakamit, kung gayon ang halata na pagiging magkakaiba at kawalang-galang ng mga anino ay makikita ng tagamasid na tumitingin mula sa itaas hanggang sa ibaba.
Ang mga display panel ay maaaring sukatin at mai-configure upang ang isang kabuuan ng mga panel na ito ay maaaring magamit upang i-mask ang iba't ibang mga bagay nang hindi kinakailangang baguhin ang mga bagay mismo. Ang laki at dami ng mga tipikal na system at subsystem ng adaptive camouflage ay tinantya: ang dami ng isang tipikal na sensor ng imahe ay mas mababa sa 15 cm3, habang ang isang system na balabal ng isang bagay na 10 m ang haba, 3 m ang taas at 5 m ang lapad ay magkakaroon ng masa na mas mababa sa 45 kg. Kung ang bagay na dapat balabal ay isang sasakyan, kung gayon ang adaptive camouflage system ay maaaring madaling maisaaktibo ng electrical system ng sasakyan nang walang anumang negatibong epekto sa pagpapatakbo nito.
Ang isang kagiliw-giliw na solusyon sa adaptive camouflage ng kagamitan sa militar Adaptive mula sa BAE Systems
