فناوری‌های استتار فعال به سن بلوغ می‌رسند (قسمت 1)
نمایش هنری یک خودروی جنگی آینده که توسط یک سیستم استتار فعال محافظت می شود
در حال حاضر، عملیات شناسایی و نفوذ پیاده نظام با استتار معمولی طراحی شده برای استتار یک سرباز با استفاده از دو عنصر اصلی: رنگ و الگو (الگوی استتار) انجام می شود. با این حال، عملیات نظامی در مناطق شهری رو به افزایش است، که در آن رنگ و الگوی مطلوب می تواند به طور مداوم، حتی در هر دقیقه، تغییر کند. به عنوان مثال، سربازی که یونیفورم سبز پوشیده است به وضوح در مقابل یک دیوار سفید برجسته 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 پنهان کند.
طبیعت میلیون‌ها سال است که از «سیستم‌های» استتار تطبیقی فعال استفاده می‌کند. آیا می توانید آفتاب پرست را در این عکس ببینید؟
نمایش ساده اصل عملکرد استتار تطبیقی فعال با استفاده از مثال MBT
این مقاله مروری بر سیستم های استتار فعال (تطبیقی) فعلی و پیش بینی شده ارائه می دهد. در حالی که کاربردهای متعددی از این سیستم ها وجود دارد یا در حال توسعه هستند، تمرکز تحقیقات بر روی سیستم هایی است که می توانند در عملیات پیاده نظام مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر این، هدف از این مطالعات ارائه اطلاعات مورد استفاده برای ارزیابی کاربرد فعلی سیستم‌های استتار فعال و کمک به طراحی سیستم‌های آینده است.
تعاریف و مفاهیم اساسی
استتار فعال در طیف مرئی از دو جهت با استتار معمولی متفاوت است. اول، ظاهر چیزی را که پوشانده می شود با ظاهری جایگزین می کند که نه تنها شبیه محیط است (مشابه استتار سنتی)، بلکه دقیقاً نشان دهنده چیزی است که در پشت شیء نقاب دار قرار دارد.
دوم، استتار فعال نیز این کار را در زمان واقعی انجام می دهد. در حالت ایده آل، استتار فعال نه تنها می تواند اشیاء نزدیک را تقلید کند، بلکه می تواند اشیاء دور را نیز تقلید کند، شاید حتی تا افق، استتار بصری کاملی ایجاد کند. استتار فعال بصری می تواند برای غیرفعال کردن توانایی چشم انسان و حسگرهای نوری برای تشخیص حضور اهداف استفاده شود.
نمونه‌های زیادی از سیستم‌های استتار فعال در داستان‌های تخیلی وجود دارد، و توسعه‌دهندگان اغلب نامی را برای این فناوری بر اساس برخی اصطلاحات و نام‌ها از داستان‌های داستانی انتخاب می‌کنند. آنها به طور کلی به استتار فعال کامل (یعنی نامرئی کامل) اشاره می کنند و به قابلیت های استتار فعال جزئی، استتار فعال عملیات ویژه یا هیچ یک از پیشرفت های واقعی تکنولوژیکی فعلی اشاره نمی کنند. با این حال، نامرئی کامل قطعا برای عملیات پیاده نظام مانند عملیات شناسایی و نفوذ (نفوذ) مفید خواهد بود.
استتار نه تنها در طیف بصری، بلکه در آکوستیک (مثلاً سونار)، طیف الکترومغناطیسی (مثلاً رادار)، میدان حرارتی (مثلاً مادون قرمز)، و برای تغییر شکل یک جسم اعمال می شود. فن آوری های پنهان سازی، از جمله برخی از انواع استتار فعال، تا حد معینی برای همه این انواع، به ویژه برای وسایل نقلیه (زمینی، دریا و هوا) توسعه یافته است. اگرچه این کار عمدتاً به استتار بصری برای پیاده‌نظام پیاده‌شده مربوط می‌شود، اما ذکر اجمالی راه‌حل‌هایی در زمینه‌های دیگر مفید است، زیرا برخی از ایده‌های تکنولوژیکی می‌توانند به طیف مرئی منتقل شوند.
استتار بصری استتار بصری شامل شکل، سطح، درخشش، شبح، سایه، مکان و حرکت است. یک سیستم استتار فعال می تواند شامل همه این جنبه ها باشد. این مقاله بر روی استتار فعال بصری تمرکز دارد، بنابراین این سیستم‌ها در بخش‌های فرعی زیر به تفصیل توضیح داده شده‌اند.
استتار آکوستیک (به عنوان مثال، سونار). از دهه 40، بسیاری از کشورها سطوح جاذب صدا را برای کاهش انعکاس هیدروآکوستیک زیردریایی ها آزمایش کرده اند. فن آوری های پارازیت تفنگ نوعی استتار صوتی است. علاوه بر این، حذف فعال نویز یک جهت جدید است که به طور بالقوه می تواند به استتار آکوستیک تبدیل شود. هدفون حذف نویز فعال در حال حاضر در دسترس مصرف کننده است. سیستم های به اصطلاح Near-Field Active Noise Suppression در حال توسعه هستند که در میدان نزدیک صوتی قرار می گیرند تا در وهله اول به طور فعال نویز صدای پروانه را به حداقل برسانند. پیش‌بینی می‌شود که می‌توان سیستم‌های امیدوارکننده‌ای برای میدان‌های صوتی دوربرد ایجاد کرد تا اقدامات پیاده نظام را پنهان کند.
استتار الکترومغناطیسی (به عنوان مثال، رادار). شبکه‌های استتار ضد رادار پوشش‌های ویژه و استفاده از فناوری میکروفیبر را ترکیب می‌کنند و تضعیف راداری پهن باند بیش از ۱۲ دسی‌بل را فراهم می‌کنند. استفاده از پوشش های حرارتی اختیاری حفاظت مادون قرمز را گسترش می دهد.
صفحه نمایش استتار چندطیفی فوق سبک BMS-ULCAS (صفحه استتار فوق سبک چندطیفی) از شرکت Saab Barracuda از یک ماده ویژه متصل به ماده پایه استفاده می کند. این ماده تشخیص رادار پهن باند را کاهش می دهد و همچنین باندهای فرکانس مرئی و مادون قرمز را باریک می کند. هر صفحه نمایش به طور خاص برای تجهیزاتی که محافظت می کند طراحی شده است.
لباس فرم استتار. در آینده، استتار فعال ممکن است جسم پوشیده شده را شناسایی کند تا آن را با شکل فضا تطبیق دهد. این فناوری با نام SAD (دستگاه تقریب شکل) شناخته می شود و به طور بالقوه می تواند توانایی تعیین شکل را کاهش دهد. یکی از جذاب ترین نمونه های استتار فرم، اختاپوس است که می تواند نه تنها با تغییر رنگ، بلکه با تغییر شکل و بافت پوست خود 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 کره های سرامیکی توخالی با روکش نقره (سنوسفرها)، با قطر متوسط 45 میکرون، که در یک ماده پیوندی تعبیه شده اند، برای ایجاد رنگدانه ای با خاصیت انتشار و انتشار کم، امضای حرارتی پوست در معرض را کاهش می دهد. میکروبالون ها مانند یک آینه عمل می کنند و فضای اطراف و یکدیگر را منعکس می کنند و در نتیجه انتشار تشعشعات حرارتی از پوست را 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 محصول استتار چند طیفی HMBS (سیستم روی برد با تحرک بالا) را توسعه داده است که از قطعات توپخانه در هنگام شلیک و استقرار مجدد محافظت می کند. کاهش امضا تا 90٪ امکان پذیر است، رد حرارت به موتورها و ژنراتورها اجازه می دهد تا برای حرکت سریع در حالت بیکار باشند. برخی از سیستم ها دو طرفه هستند و به سربازان این امکان را می دهند که از استتار دو طرفه برای استفاده در انواع مختلف زمین استفاده کنند.
در اواخر سال 2006، BAE Systems آنچه را که به عنوان "یک جهش به جلو در فناوری استتار" توصیف می شود، اعلام کرد و مرکز فناوری پیشرفته آن "شکل جدیدی از مخفی کاری فعال را اختراع کرد... با فشار دادن یک دکمه، اجسام عملا نامرئی می شوند و در هم می آمیزند. پیشینه آنها." به گفته BAE Systems، این پیشرفت "به این شرکت یک دهه پیشروی در فناوری مخفی کاری بخشید و می‌تواند جهان مهندسی پنهانکاری را دوباره تعریف کند." مفاهیم جدیدی بر اساس مواد جدید پیاده‌سازی شده‌اند که نه‌تنها امکان تغییر رنگ‌های آنها را فراهم می‌کند، بلکه به تغییر مشخصات فروسرخ، مایکروویو و رادار و ادغام اشیاء با پس‌زمینه اجازه می‌دهد تا تقریباً نامرئی شوند. این فناوری به جای استفاده از مواد اضافی مانند رنگ یا یک لایه چسب، در خود ساختار تعبیه 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 ریزی بر روی یک کت بارانی بازتابنده
مرز بعدی: اپتیک تبدیل
سیستم های استتار فعال/تطبیقی شرح داده شده در این مقاله، که مبتنی بر نمایش صحنه هستند، به خودی خود کاملاً علمی تخیلی هستند (و در واقع اساس فیلم Predator شدند)، اما آنها بخشی از پیشرفته ترین فناوری بررسی شده در جستجو نیستند. "پوشش نامرئی. در واقع، راه حل های دیگری در حال برنامه ریزی است که استفاده از آنها بسیار مؤثرتر و کاربردی تر از استتار فعال خواهد بود. آنها بر اساس پدیده ای به نام اپتیک تبدیلی هستند. به این معنا که برخی از طول موج ها، از جمله نور مرئی، می توانند "خمیده" شوند و مانند آب در اطراف یک سنگ، به اطراف یک جسم جاری شوند. در نتیجه، اشیاء پشت جسم قابل مشاهده می شوند، گویی نور از فضای خالی عبور می کند، در حالی که خود جسم از دید ناپدید می شود. در تئوری، اپتیک تحول آفرین نه تنها می تواند اشیاء را بپوشاند، بلکه آنها را در جایی که نیستند قابل مشاهده کند.
نمایش شماتیک اصل نامرئی با استفاده از اپتیک تبدیلی
نمایش هنری ساختار فراماده
با این حال، برای این که این اتفاق بیفتد، شی یا ناحیه باید با استفاده از یک عامل پوشاننده پوشانده شود، که خود باید برای امواج الکترومغناطیسی غیرقابل تشخیص باشد. این ابزارها که فرامواد نامیده می شوند، از ساختارهای معماری سلولی برای ایجاد ترکیبی از ویژگی های مادی که در طبیعت یافت نمی شوند، استفاده می کنند. این سازه ها می توانند امواج الکترومغناطیسی را به اطراف یک جسم هدایت کرده و باعث نمایان شدن آنها در سمت دیگر شوند.
ایده کلی چنین فراموادی انکسار منفی است. برعکس، همه مواد طبیعی دارای ضریب شکست مثبت هستند، که نشان می‌دهد چند موج الکترومغناطیسی هنگام حرکت از یک محیط به محیط دیگر خم می‌شوند. یک تصویر کلاسیک از نحوه عملکرد انکسار: به نظر می رسد که قسمت غوطه ور شده چوب در زیر سطح آب منحنی شده است. اگر آب انکسار منفی داشت، برعکس، قسمت غوطه‌ور شده چوب از سطح آب بیرون می‌زد. یا برای مثال دیگر، ماهی در حال شنا در زیر آب به نظر می رسد که در هوای بالای سطح آب در حال حرکت است.
فراماده پنهان سازی جدید توسط دانشگاه دوک در ژانویه 2009 نشان داده شد
تصویر میکروسکوپ الکترونی متاماده سه بعدی تمام شده. تشدید کننده های ساخته شده از نانو ذرات طلای شکافته در ردیف های مساوی چیده شده اند
تصویر شماتیک و میکروسکوپ الکترونی از یک فراماده (بالا و کنار) توسط محققان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی تهیه شده است. این ماده از نانوسیم های موازی که در داخل آلومینا متخلخل تعبیه شده اند، تشکیل شده است. هنگامی که نور مرئی از یک ماده عبور می کند، با توجه به پدیده شکست منفی، در جهت مخالف منحرف می شود.
برای اینکه یک متاماده دارای ضریب شکست منفی باشد، ماتریس ساختاری آن باید کمتر از طول موج الکترومغناطیسی مورد استفاده باشد. علاوه بر این، مقادیر گذردهی (قابلیت عبور میدان الکتریکی) و نفوذپذیری مغناطیسی (نحوه واکنش آن به میدان مغناطیسی) باید منفی باشد. ریاضیات برای طراحی پارامترهای مورد نیاز برای ایجاد فرامواد و نشان دادن این که مواد نامرئی بودن را تضمین می کند، جدایی ناپذیر است. جای تعجب نیست که موفقیت بیشتری با طول موج‌هایی در محدوده وسیع‌تر مایکروویو حاصل شده است که از 1 میلی‌متر تا 30 سانتی‌متر متغیر است. انسان‌ها جهان را در محدوده باریکی از تابش الکترومغناطیسی به نام نور مرئی با طول موج‌های 400 نانومتر می‌بینند (بنفش و نور سرخابی) تا 700 نانومتر (نور قرمز عمیق).
پس از اولین بار نشان دادن امکان سنجی فراماده در سال 2006، زمانی که اولین نمونه اولیه ساخته شد، تیمی از مهندسین در دانشگاه دوک در ژانویه 2009 اعلام کردند که نوع جدیدی از دستگاه پنهان سازی ساخته شده است که به طور قابل توجهی در پوشش دهی در یک طیف فرکانس وسیع پیشرفته تر است. . آخرین دستاوردها در این زمینه به دلیل توسعه گروه جدیدی از الگوریتم های پیچیده برای ایجاد و تولید فرامواد است. در آزمایش‌های آزمایشگاهی اخیر، پرتوی از امواج مایکروویو که از طریق یک ماده پوشاننده روی یک «برآمدگی» روی سطح آینه‌ای مسطح هدایت می‌شود، با همان زاویه‌ای که گویی هیچ ضربه‌ای وجود ندارد، از سطح منعکس شد. علاوه بر این، عامل پوشاننده از تشکیل پرتوهای پراکنده جلوگیری می کند که معمولاً با چنین تحولاتی همراه است. پدیده زیربنایی استتار یادآور سرابی است که در یک روز گرم در راه است.
در یک برنامه موازی و واقعاً رقابتی، دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا در اواسط سال 2008 اعلام کردند که برای اولین بار مواد سه بعدی را توسعه داده اند که می تواند جهت طبیعی نور را در طیف مرئی و طیف نزدیک به IR تغییر دهد. . محققان دو رویکرد متمایز را دنبال کردند. در آزمایش اول، آنها چندین لایه متناوب از نقره و فلوراید منیزیم غیر رسانا را روی هم چیدند و الگوهای به اصطلاح نانومتری «شبکه» را به لایه‌هایی برش دادند تا یک فراماده نوری حجیم ایجاد کنند. شکست منفی در طول موج 3 نانومتر اندازه گیری شده است. متاماده دوم شامل نانوسیم های نقره ای بود که در داخل آلومینا متخلخل کشیده شده بودند. دارای انکسار منفی در طول موج 1500 نانومتر در ناحیه قرمز طیف بود.
هر دو ماده به شکست منفی دست یافتند، در حالی که مقدار انرژی جذب شده یا "از دست رفته" هنگام عبور نور از آنها حداقل بود.
در سمت چپ یک نمایش شماتیک از اولین متاموماد سه بعدی "توری" توسعه یافته در دانشگاه کالیفرنیا است که می تواند به ضریب شکست منفی در طیف مرئی دست یابد. در سمت راست تصویری از ساختار تمام شده از یک میکروسکوپ الکترونی روبشی است. لایه های درهم لایه خطوط 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 ساخت یک فراماده چند لایه با حلقه های تقسیم شده برای طول موج های نوری پیشرفت کرده اند. این روش لایه به لایه، که می تواند به تعداد دلخواه تکرار شود، قادر به ایجاد ساختارهای سه بعدی به خوبی تراز از متا مواد است. کلید این موفقیت، روش مسطح سازی برای سطح ناصاف نانولیتوگرافی، همراه با نشانه های محکمی بود که در برابر فرآیندهای حکاکی خشک در طول نانوساخت مقاومت می کرد. نتیجه تراز کامل به همراه لایه های کاملاً مسطح بود. این روش برای تولید اشکال آزاد در هر لایه نیز مناسب است. بنابراین، می توان ساختارهای پیچیده تری ایجاد کرد.
مطمئناً ممکن است قبل از ایجاد فراموادهایی که می توانند در طیف مرئی که چشم انسان می بیند و سپس مواد عملی مناسب برای لباس، کار کنند، تحقیقات بیشتری لازم باشد. اما حتی مواد پوشاننده که فقط در چند طول موج اصلی کار می‌کنند می‌توانند مزایای بزرگی داشته باشند. آنها می‌توانند سیستم‌های دید در شب را ناکارآمد و اجسام را برای مثال، پرتوهای لیزری که برای هدف‌گیری سلاح‌ها استفاده می‌شوند، نامرئی کنند.
مفهوم کار
سیستم‌های الکترونیک نوری سبک‌وزن مبتنی بر تصویرگرها و نمایشگرهای مدرن پیشنهاد شده‌اند که اشیاء انتخابی را تقریباً شفاف و در نتیجه عملاً نامرئی می‌سازند. این سیستم ها را سیستم های استتار فعال یا تطبیقی می نامند زیرا بر خلاف استتار سنتی، تصاویری تولید می کنند که می توانند در واکنش به تغییر صحنه ها و شرایط نوری تغییر کنند.
عملکرد اصلی سیستم استتار تطبیقی، طرح ریزی بر روی سطح شیء نزدیک به بیننده صحنه (پس زمینه) در پشت جسم است. به عبارت دیگر صحنه (پس زمینه) پشت جسم منتقل شده و بر روی پانل های جلوی جسم نمایش داده می شود.
یک سیستم استتار فعال معمولی به نظر می‌رسد شبکه‌ای از صفحه‌نمایش‌های تخت انعطاف‌پذیر باشد که به شکل نوعی پتو چیده شده‌اند که تمام سطوح قابل رویت جسم را که باید پوشانده شوند، می‌پوشاند. هر پانل صفحه نمایش حاوی یک سنسور پیکسل فعال (APS) یا احتمالاً تصویرگر پیشرفته دیگری است که از پانل به جلو هدایت می شود و بخش کوچکی از منطقه پانل را اشغال می کند. "پوشش" همچنین حاوی یک قاب سیمی است که از شبکه ای از رشته های فیبر نوری متصل به هم پشتیبانی می کند که از طریق آن تصویر هر APS به یک صفحه نمایش اضافی در طرف مقابل جسم پوشانده شده منتقل می شود.
موقعیت و جهت تمام تصویرسازها با موقعیت و جهت یک سنسور که توسط تصویرگر اصلی (سنسور) تعیین می شود، هماهنگ خواهد شد. جهت گیری توسط ابزار تراز که توسط سنسور تصویر اصلی کنترل می شود تعیین می شود. یک کنترل‌کننده مرکزی متصل به یک نورسنج خارجی به طور خودکار سطوح روشنایی همه پانل‌های نمایشگر را برای مطابقت با شرایط نور محیط تنظیم می‌کند. سطح زیرین جسم پوشانده شده به طور مصنوعی برجسته می شود، به طوری که تصویر جسم پوشانده شده از بالا، زمین را مانند نور طبیعی نشان می دهد. اگر این امر محقق نشود، ناهمگونی و گسست آشکار سایه ها برای ناظری که به پایین نگاه می کند قابل مشاهده خواهد بود.
پانل های نمایش را می توان به گونه ای اندازه و پیکربندی کرد که از تعداد کل چنین پانل هایی برای پوشاندن اشیاء مختلف بدون نیاز به تغییر خود اشیا استفاده شود. ارزیابی اندازه و وزن سیستم‌ها و زیرسیستم‌های استتار تطبیقی معمولی انجام شد: حجم یک سنسور تصویر معمولی کمتر از 15 سانتی‌متر مکعب خواهد بود، در حالی که یک سیستم پوشاننده یک شی به طول 3 متر، ارتفاع 10 متر و عرض 3 خواهد بود. جرم کمتر از 5 کیلوگرم اگر جسم استتار شده یک وسیله نقلیه باشد، سیستم استتار تطبیقی می تواند به راحتی توسط سیستم الکتریکی وسیله نقلیه بدون هیچ تاثیر منفی بر عملکرد آن فعال شود.
راه حلی عجیب برای استتار تطبیقی تجهیزات نظامی تطبیقی از BAE Systems
- الکس الکسیف
- فن آوری های استتار فعال به سن بلوغ می رسند (قسمت 1) l
فناوری‌های استتار فعال به سن بلوغ می‌رسند (قسمت 2)
اطلاعات