نمایشی هنری از وسیله نقلیه رزمی آینده که توسط یک سیستم استتار فعال محافظت می شود
در حال حاضر عملیات شناسایی و نفوذ پیاده نظام با یک استتار معمولی که برای استتار یک سرباز طراحی شده است با استفاده از دو عنصر اصلی رنگ و طرح (الگوی استتار) انجام می شود. با این حال ، عملیات نظامی در محیط های شهری رواج بیشتری پیدا می کند ، که در آن رنگ و الگوی بهینه می تواند به طور مداوم حتی در هر دقیقه تغییر کند. به عنوان مثال ، سربازی که لباس سبز پوشیده است ، به وضوح در برابر دیوار سفید ظاهر می شود. یک سیستم استتار فعال می تواند به طور مداوم رنگ و الگو را به روز کند و سرباز را در محیط فعلی خود مخفی کند
میلیون ها سال است که طبیعت از سیستم های استتار سازگار سازگار استفاده می کند. آیا می توانید آفتاب پرست را در این عکس ببینید؟
نمایش ساده اصل عملکرد استتار سازگار با استفاده از مثال MBT
این مقاله مروری بر سیستم های استتار فعلی و پیش بینی شده (سازگار) دارد. در حالی که برنامه های متعددی برای این سیستم ها وجود دارد ، یا در حال توسعه است ، تمرکز تحقیقات بر روی سیستم هایی است که می توانند در عملیات پیاده نظام استفاده شوند. علاوه بر این ، هدف از این مطالعات ارائه اطلاعات مورد استفاده برای ارزیابی کاربرد فعلی سیستم های استتار فعال و کمک به طراحی سیستم های آینده است.
تعاریف و مفاهیم اساسی
استتار فعال در طیف مرئی از دو جهت با استتار معمولی متفاوت است. اول ، ظاهر آنچه که در حال پوشاندن است را با ظاهری جایگزین می کند که نه تنها شبیه محیط (مانند ماسک سنتی) است ، بلکه آنچه را که پشت شیء پوشانده شده است به طور دقیق نشان می دهد.
دوم ، استتار فعال نیز این کار را در زمان واقعی انجام می دهد. در حالت ایده آل ، استتار فعال نه تنها می تواند اجسام نزدیک را شبیه سازی کند ، بلکه اجسام دور را نیز احتمالاً تا افق تقلید می کند و یک استتار بصری کامل را ایجاد می کند. از استتار بصری می توان برای غیرفعال کردن توانایی چشم انسان و حسگرهای نوری در تشخیص وجود اهداف استفاده کرد.
نمونه های زیادی از سیستم های استتار فعال در داستان وجود دارد و توسعه دهندگان اغلب نام فناوری را بر اساس برخی اصطلاحات و نام های داستانی انتخاب می کنند. آنها عموماً به استتار کامل فعال (یعنی نامرئی بودن کامل) اشاره می کنند و به قابلیت های استتار جزئی فعال ، استتار فعال برای عملیات ویژه یا هر یک از پیشرفت های تکنولوژیکی فعلی در دنیای واقعی اشاره ندارند. با این حال ، نامرئی بودن کامل مطمئناً برای عملیات پیاده نظام ، مانند عملیات شناسایی و نفوذ مفید خواهد بود.
استتار نه تنها در طیف بصری ، بلکه در آکوستیک (به عنوان مثال ، سونار) ، طیف الکترومغناطیسی (به عنوان مثال ، رادار) ، میدان حرارتی (به عنوان مثال ، اشعه مادون قرمز) و برای تغییر شکل یک شیء استفاده می شود. فن آوری های استتار ، از جمله برخی از استتارهای فعال ، تا حدودی برای همه این نوع ، به ویژه برای وسایل نقلیه (زمینی ، دریایی و هوایی) توسعه یافته است.در حالی که این کار در درجه اول به استتار بصری برای پیاده نظام پیاده شده مربوط می شود ، ذکر راه حل ها در زمینه های دیگر به طور مختصر مفید است ، زیرا برخی از ایده های تکنولوژیکی می توانند به طیف قابل مشاهده منتقل شوند.
استتار بصری. استتار بصری شامل شکل ، سطح ، براق ، شبح ، سایه ، موقعیت و حرکت است. یک سیستم استتار فعال می تواند شامل همه این جنبه ها باشد. این مقاله بر استتار فعال بصری تمرکز دارد ، بنابراین این سیستم ها در زیر بخش های زیر توضیح داده شده است.
استتار آکوستیک (به عنوان مثال سونار). از دهه 1940 ، بسیاری از کشورها سطوح جذب کننده صدا را آزمایش کرده اند تا انعکاس سونار زیردریایی ها را کاهش دهند. فن آوری های گیر کردن اسلحه نوعی استتار صوتی است. علاوه بر این ، حذف نویز فعال یک روند جدید است که به طور بالقوه می تواند به استتار آکوستیک تبدیل شود. هدفون های حذف نویز فعال در حال حاضر در دسترس مصرف کننده است. به اصطلاح سیستم های سرکوب نویز فعال در زمینه نزدیک در حال توسعه هستند که در میدان صوتی نزدیک قرار می گیرند تا در درجه اول ، صدای تند پروانه ها را به حداقل برسانند. پیش بینی می شود که سیستم های امیدوار کننده ای برای زمینه های آکوستیک دوربرد به منظور پوشش عملیات پیاده نظام توسعه داده شود.
استتار الکترومغناطیسی (مانند رادار). شبکه های استتار رادار با ترکیب پوشش های خاص و فناوری میکروفیبر باعث تضعیف رادار پهن باند بیش از 12 دسی بل می شود. استفاده از پوشش های حرارتی اختیاری باعث افزایش حفاظت مادون قرمز می شود.
BMS-ULCAS (صفحه استتار چند سبکی فوق العاده سبک) از Saab Barracuda از مواد خاصی استفاده می کند که به مواد اولیه متصل شده است. این ماده تشخیص رادار پهن باند را کاهش می دهد و همچنین محدوده فرکانس قابل مشاهده و مادون قرمز را محدود می کند. هر صفحه به طور خاص برای تجهیزاتی که محافظت می کند طراحی شده است.
لباس های استتار. در آینده ، استتار فعال می تواند جسم موردنظر را برای تطبیق آن با شکل فضا تعیین کند. این فناوری با نام SAD (Shape Approximation Device) شناخته می شود و قابلیت تشخیص شکل را کاهش می دهد. یکی از قانع کننده ترین نمونه های استتار یکنواخت ، اختاپوس است که نه تنها با تغییر رنگ ، بلکه با تغییر شکل و بافت پوست می تواند با محیط اطراف خود ترکیب شود.
استتار حرارتی (به عنوان مثال مادون قرمز). ماده ای در حال توسعه است که با انتشار گسیل حرارتی با استفاده از توپ های سرامیکی توخالی نقره ای (سنوسفرها) ، به طور متوسط 45 میکرون قطر ، در یک اتصال دهنده برای ایجاد رنگدانه ای با خاصیت انتشار و انتشار کم ، امضای حرارتی پوست برهنه را تضعیف می کند. ریز دانه ها مانند یک آینه عمل می کنند و فضای اطراف و یکدیگر را منعکس می کنند و بنابراین تابش حرارتی را از پوست پخش می کنند.
استتار چند طیفی. برخی از سیستم های استتار چند طیفی هستند ، به این معنی که برای بیش از یک نوع استتار کار می کنند. به عنوان مثال ، Saab Barracuda یک محصول استتار چند طیفی سیستم Mobility On-Board System (HMBS) را توسعه داده است که از قطعات توپخانه در هنگام شلیک و استقرار مجدد محافظت می کند. کاهش امضا تا 90 are امکان پذیر است و سرکوب تابش حرارتی به موتورها و ژنراتورها اجازه می دهد تا برای راه اندازی سریع بیکار باشند. برخی از سیستم ها دارای روکش دو طرفه هستند که به سربازان اجازه می دهد برای استفاده در انواع مختلف زمین از استتار دو طرف استفاده کنند.
در اواخر سال 2006 ، BAE Systems آنچه را که به عنوان "جهشی به جلو در فناوری استتار" توصیف شد ، اعلام کرد ، در مرکز فناوری پیشرفته خود "شکل جدیدی از مخفی کاری فعال را اختراع کرد … با فشار یک دکمه ، اجسام عملا نامرئی می شوند ، با هم مخلوط می شوند. به پیشینه آنها " بر اساس BAE Systems ، این توسعه "به شرکت یک دهه رهبری در فناوری پنهانکاری داد و می تواند دنیای مهندسی" پنهانکاری "را دوباره تعریف کند." مفاهیم جدید بر اساس مواد جدید پیاده سازی شد ، که نه تنها رنگ آنها را تغییر می دهد ، بلکه باعث تغییر مشخصات مادون قرمز ، مایکروویو و رادار و ادغام اجسام با پس زمینه می شود ، که آنها را تقریبا نامرئی می کند. این فناوری به جای استفاده از مواد اضافی مانند رنگ یا لایه چسبنده ، در ساختار خود ساخته شده است. این کار قبلاً منجر به ثبت 9 اختراع شده است و ممکن است هنوز راه حل های منحصر به فردی برای مشکلات مدیریت امضا ارائه دهد.
سیستم استتار فعال مبتنی بر فناوری RPT با طرح روی بارانی بازتابنده
مرز بعدی: نوری تحول
سیستم های استتار فعال / تطبیقی توصیف شده در این مقاله و بر اساس نمایش صحنه به خودی خود بسیار شبیه به داستان های علمی تخیلی هستند (و در واقع این اساس فیلم "شکارچی" بود) ، اما بخشی از پیشرفته ترین فناوری مورد تحقیق در این زمینه نیستند. جستجوی "کفن نامرئی". در واقع ، راه حل های دیگری در حال حاضر ارائه شده است ، که در مقایسه با استتار فعال بسیار م effectiveثرتر و کاربردی تر خواهد بود. آنها بر اساس پدیده ای شناخته می شوند که به نام اپتیک تغییر شکل شناخته می شود. به این معنا که برخی از طول موج ها ، از جمله نور مرئی ، می توانند "خم شوند" و در اطراف جسمی مانند آب که سنگ را در بر گرفته است ، جریان پیدا کنند. در نتیجه ، اجسام پشت جسم قابل مشاهده می شوند ، گویی نور از فضای خالی عبور می کند ، در حالی که خود جسم از نظر ناپدید می شود. در تئوری ، اپتیک های دگرگونی نه تنها می توانند اجسام را پنهان کنند ، بلکه آنها را در جایی که نیستند قابل مشاهده می کنند.
بازنمایی شماتیک اصل نامرئی بودن با استفاده از اپتیک های تبدیل
بازنمایی هنری ساختار یک فراداده
با این حال ، برای تحقق این امر ، شی یا ناحیه باید با استفاده از یک عامل پوشش ، که خود باید برای امواج الکترومغناطیسی غیرقابل تشخیص باشد ، پوشانده شود. این ابزارها ، که متامتریال نامیده می شوند ، از ساختارهای سلولی برای ایجاد ترکیبی از ویژگی های مواد موجود در طبیعت استفاده می کنند. این ساختارها می توانند امواج الکترومغناطیسی را به اطراف یک جسم هدایت کرده و باعث ظاهر شدن آنها در طرف دیگر شوند.
ایده کلی در پشت چنین مواد نوری شکست منفی است. در مقابل ، همه مواد طبیعی دارای ضریب شکست مثبت هستند ، که نشان دهنده میزان خم شدن امواج الکترومغناطیسی هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر است. یک تصویر کلاسیک از نحوه عملکرد شکست: به نظر می رسد قسمتی از چوب غوطه ور در آب در زیر سطح آب خم شده است. اگر آب دارای شکست منفی باشد ، برعکس ، قسمت زیر آب چوب از سطح آب بیرون می زند. یا به عنوان مثال دیگر ، به نظر می رسد ماهی در زیر آب در حال حرکت در هوا در بالای سطح آب است.
فراداده جدید پوشش دهنده توسط دانشگاه دوک در ژانویه 2009 فاش شد
تصویری از میکروسکوپ الکترونی از یک متریال سه بعدی به پایان رسید. تشدید کننده های نانورینگ طلا تقسیم شده در ردیف های زوجی قرار گرفته اند
نمای شماتیک و میکروسکوپ الکترونی از یک ماده فوق (بالا و پهلو) که توسط محققان دانشگاه کالیفرنیا ، برکلی تهیه شده است. این ماده از نانوسیم های موازی تعبیه شده در داخل آلومینای متخلخل تشکیل شده است.هنگامی که نور مرئی با توجه به پدیده شکست منفی از یک ماده عبور می کند ، در جهت مخالف منحرف می شود.
برای اینکه یک ماده فوق ضریب شکست منفی داشته باشد ، ماتریس ساختاری آن باید کمتر از طول موج الکترومغناطیسی مورد استفاده باشد. علاوه بر این ، مقادیر ثابت دی الکتریک (توانایی انتقال میدان الکتریکی) و نفوذپذیری مغناطیسی (نحوه واکنش آن به میدان مغناطیسی) باید منفی باشد. ریاضیات در طراحی پارامترهای مورد نیاز برای ایجاد فرامواد و اثبات این که این مواد نامرئی بودن را تضمین می کند ، ضروری است. جای تعجب نیست که در کار با طول موج در محدوده وسیع تر مایکروویو ، که از 1 میلی متر تا 30 سانتی متر متغیر است ، موفقیت بیشتری به دست آمده است. مردم جهان را در محدوده باریکی از تشعشعات الکترومغناطیسی ، معروف به نور مرئی ، با طول موج از 400 نانومتر (بنفش) می بینند. و نور سرخابی) تا 700 نانومتر (نور قرمز تیره).
پس از اولین اثبات امکان سنجی این ماده در سال 2006 ، هنگامی که اولین نمونه اولیه ساخته شد ، تیمی از مهندسان در دانشگاه دوک در ژانویه 2009 نوع جدیدی از دستگاه روپوش را اعلام کردند که در پوشش دادن در طیف وسیعی از فرکانس ها بسیار پیشرفته تر بود. آخرین پیشرفت ها در این زمینه به دلیل توسعه گروه جدیدی از الگوریتم های پیچیده برای ایجاد و تولید مواد فراساخته است. در آزمایشات آزمایشگاهی اخیر ، پرتو ای از امواج مایکروویو که از طریق یک ماسک به یک "برآمدگی" بر روی سطح آینه صاف هدایت می شوند ، از سطح با همان زاویه منعکس می شود که گویی هیچ برآمدگی وجود ندارد. علاوه بر این ، عامل پوشش از تشکیل تیرهای پراکنده جلوگیری می کند ، که معمولاً با چنین تغییراتی همراه است. پدیده زیرین استتار شبیه سرابی است که در یک روز گرم قبل از جاده مشاهده شده است.
در یک برنامه موازی و واقعاً رقابتی ، دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا در اواسط سال 2008 اعلام کردند که پیشگام مواد سه بعدی هستند که می توانند جهت عادی نور را در طیف های مرئی و مادون قرمز نزدیک تغییر دهند. محققان دو رویکرد متمایز را دنبال کردند. در اولین آزمایش ، آنها چندین لایه متناوب نقره و فلوراید منیزیم غیر رسانا را روی هم چیدند و الگوهای به اصطلاح نانومتری "مش" را به لایه ها تقسیم کردند تا یک فراداده نوری فله ایجاد شود. شکست منفی در طول موج 1500 نانومتر اندازه گیری شد. دو ماده دیگر شامل نانوسیم های نقره ای است که در داخل آلومینای متخلخل کشیده شده اند. در طول موج 660 نانومتر در منطقه قرمز طیف ، شکست منفی داشت.
هر دو ماده شکست منفی را بدست آوردند و مقدار انرژی جذب شده یا "از دست رفته" با عبور نور از آنها حداقل بود.
سمت چپ نمایشی شماتیک از اولین ماده سه بعدی "مش" است که در دانشگاه کالیفرنیا ایجاد شده است و می تواند به ضریب شکست منفی در طیف مرئی دست یابد. در سمت راست تصویر ساختار به پایان رسیده از میکروسکوپ الکترونی روبشی است. لایه های متناوب طرح های کوچکی را تشکیل می دهند که می توانند نور را به عقب منحرف کنند
همچنین در ژانویه 2012 ، محققان دانشگاه اشتوتگارت اعلام کردند که در ساختن یک ماده چند لایه و حلقه شکاف برای طول موج های نوری پیشرفت کرده اند. این روش لایه به لایه ، که می توان آن را به دفعات دلخواه تکرار کرد ، قادر به ایجاد ساختارهای سه بعدی با تراز وسط از مواد فوق است. نکته کلیدی این موفقیت یک روش مسطح سازی (تراز کردن) برای یک سطح نانولیتوگرافی خشن همراه با مواد اولیه با دوام است که در برابر نانوذرات خشک در طول تولید نانو مقاومت می کنند.نتیجه هم ترازی کامل همراه با لایه های کاملاً صاف بود. این روش همچنین برای تولید اشکال آزاد در هر لایه مناسب است. بنابراین ، می توان ساختارهای پیچیده تری ایجاد کرد.
مطمئناً ممکن است قبل از ایجاد مواد فراساختار که بتوانند در طیف مرئی ، که در آن چشم انسان می بیند ، کار کنند ، تحقیقات بیشتری انجام شود و سپس مواد عملی مناسب ، به عنوان مثال ، برای لباس. اما حتی مواد روپوش که فقط در چند طول موج اساسی کار می کنند می توانند مزایای فوق العاده ای را ارائه دهند. آنها می توانند سیستم های دید در شب را بی اثر کرده و اشیاء را نامرئی کنند ، به عنوان مثال در پرتوهای لیزری که برای هدایت سلاح ها استفاده می شود.
مفهوم کار
سیستم های نوری الکترونیکی سبک بر اساس دستگاه های تصویربرداری مدرن و نمایشگرهایی ارائه شده اند که اجسام انتخاب شده را تقریبا شفاف و در نتیجه عملاً نامرئی می کنند. این سیستم ها به دلیل این واقعیت که برخلاف استتار سنتی ، تصاویری تولید می کنند که می توانند در واکنش به تغییرات صحنه ها و شرایط نوری تغییر کنند ، سیستم های استتار فعال یا تطبیقی نامیده می شوند.
عملکرد اصلی سیستم استتار تطبیقی این است که صحنه (پس زمینه) پشت جسم را بر روی سطح جسم نزدیک به بیننده قرار دهید. به عبارت دیگر ، صحنه (پس زمینه) پشت سوژه منتقل شده و در پنل هایی در مقابل سوژه نمایش داده می شود.
یک سیستم استتار معمولی فعال ، به احتمال زیاد ، شبکه ای از نمایشگرهای صفحه تخت انعطاف پذیر است که به شکل نوعی پتو چیده شده اند و تمام سطوح قابل مشاهده شی را که نیاز به استتار دارند ، می پوشاند. هر صفحه نمایش شامل یک سنسور پیکسل فعال (APS) یا احتمالاً یک تصویربردار پیشرفته دیگر است که به جلو از پنل هدایت می شود و بخش کوچکی از قسمت پنل را اشغال می کند. "روکش" همچنین دارای یک قاب سیم است که از شبکه ای از فیبرهای نوری متقاطع پشتیبانی می کند که از طریق آن تصویر هر APS به یک صفحه نمایش اضافی در طرف مقابل شی پوشانده شده منتقل می شود.
موقعیت و جهت کلیه دستگاه های تصویربرداری با موقعیت و جهت یک سنسور هماهنگ می شود ، که توسط تصویرگر اصلی (سنسور) تعیین می شود. جهت گیری توسط یک ابزار سطح بندی کنترل شده توسط سنسور اصلی تصویر تعیین می شود. یک کنترل کننده مرکزی متصل به نورسنج خارجی به طور خودکار سطوح روشنایی همه صفحات نمایشگر را مطابق با شرایط نور محیط تنظیم می کند. قسمت زیرین شیء نقاب دار مصنوعی روشن می شود به طوری که تصویر شیء نقاب دار از بالا زمین را طوری نشان می دهد که گویی به طور طبیعی روشن شده است. اگر این امر محقق نشد ، ناهمگونی و گسستگی آشکار سایه ها برای ناظر از بالا به پایین قابل مشاهده خواهد بود.
پانل های صفحه نمایش را می توان اندازه و پیکربندی کرد به طوری که از مجموع این پانل ها می توان برای پوشاندن اشیاء مختلف بدون نیاز به تغییر خود اشیاء استفاده کرد. اندازه و جرم سیستم های معمولی و زیرسیستم های استتار تطبیقی برآورد شد: حجم سنسور تصویر معمولی کمتر از 15 سانتی متر مکعب خواهد بود ، در حالی که سیستمی که شیئی به طول 10 متر ، ارتفاع 3 متر و عرض 5 متر را پوشش می دهد وزن کمتر از 45 کیلوگرم اگر شیئی که قرار است روکش شود یک وسیله نقلیه است ، سیستم استتار تطبیقی را می توان به راحتی توسط سیستم الکتریکی خودرو بدون هیچ گونه تأثیر منفی بر عملکرد آن فعال کرد.
یک راه حل جالب برای استتار تطبیقی تجهیزات نظامی Adaptive از BAE Systems
