Perwakilan artistik kenderaan tempur masa depan yang dilindungi oleh sistem penyamaran aktif
Pada masa ini, operasi pengintaian infantri dan penyusupan dilakukan dengan penyamaran konvensional yang dirancang untuk menyamarkan askar menggunakan dua elemen utama: warna dan corak (corak penyamaran). Walau bagaimanapun, operasi ketenteraan di persekitaran bandar menjadi semakin lazim, di mana warna dan corak yang optimum dapat berubah secara berterusan, bahkan setiap minit. Sebagai contoh, seorang askar yang memakai seragam hijau akan menonjol dengan jelas di dinding putih. Sistem penyamaran aktif sentiasa dapat mengemas kini warna dan corak, menyembunyikan askar di persekitarannya sekarang
Alam telah menggunakan "sistem" penyamaran yang dapat disesuaikan secara aktif selama berjuta-juta tahun. Bolehkah anda melihat bunglon dalam foto ini?
Perwakilan ringkas mengenai prinsip operasi penyamaran aktif-aktif menggunakan contoh MBT
Artikel ini memberikan gambaran keseluruhan sistem penyamaran aktif (adaptif) semasa dan yang diproyeksikan. Meskipun ada banyak aplikasi untuk sistem ini, atau sedang dalam pengembangan, fokus penelitian adalah pada sistem yang dapat digunakan dalam operasi infanteri. Di samping itu, tujuan kajian ini adalah untuk memberikan maklumat yang digunakan untuk menilai kebolehgunaan sistem penyamaran aktif semasa dan untuk membantu merancang yang akan datang.
Definisi dan konsep asas
Penyamaran aktif dalam spektrum yang kelihatan berbeza dengan penyamaran konvensional dalam dua cara. Pertama, ia menggantikan penampilan apa yang disembunyikan dengan penampilan yang tidak hanya menyerupai persekitaran (seperti topeng tradisional), tetapi secara tepat menggambarkan apa yang ada di belakang objek yang sedang disamarkan.
Kedua, penyamaran aktif juga melakukan ini dalam masa nyata. Sebaiknya, penyamaran aktif bukan sahaja dapat meniru objek yang berdekatan, tetapi juga objek yang jauh, mungkin sejauh cakrawala, membuat penyamaran visual yang sempurna. Penyamaran aktif visual dapat digunakan untuk mematikan kemampuan sensor mata dan optik manusia untuk mengenali kehadiran sasaran.
Terdapat banyak contoh sistem penyamaran aktif dalam fiksyen, dan pembangun sering memilih nama untuk teknologi berdasarkan beberapa istilah dan nama dari fiksyen. Mereka umumnya merujuk kepada penyamaran aktif penuh (iaitu tidak dapat dilihat sepenuhnya) dan tidak merujuk kepada kemampuan penyamaran aktif separa, penyamaran aktif untuk operasi khas, atau kemajuan teknologi dunia semasa yang terkini. Walau bagaimanapun, penglihatan yang lengkap tentu akan berguna untuk operasi infanteri, seperti operasi pengintaian dan penyusupan.
Penyamaran digunakan bukan hanya dalam spektrum visual, tetapi juga dalam akustik (misalnya, sonar), spektrum elektromagnetik (misalnya, radar), medan termal (misalnya, sinaran inframerah) dan untuk mengubah bentuk objek. Teknologi penyamaran, termasuk beberapa penyamaran aktif, telah dikembangkan hingga tahap tertentu untuk semua jenis ini, terutama untuk kenderaan (darat, laut dan udara). Walaupun karya ini terutama berkaitan dengan penyamaran visual untuk infanteri yang kecewa, berguna untuk menyebut secara ringkas penyelesaian di kawasan lain, kerana beberapa idea teknologi dapat dibawa ke spektrum yang dapat dilihat.
Penyamaran visual. Kamuflase visual terdiri daripada bentuk, permukaan, gloss, bayangan, bayangan, kedudukan, dan pergerakan. Sistem penyamaran aktif boleh mengandungi semua aspek ini. Artikel ini memfokuskan pada penyamaran aktif visual, jadi sistem ini diperincikan dalam subseksyen berikut.
Penyamaran akustik (mis. Sonar). Sejak tahun 1940-an, banyak negara telah bereksperimen dengan permukaan yang menyerap suara untuk mengurangkan pantulan sonar kapal selam. Teknologi jamming gun adalah sejenis penyamaran akustik. Sebagai tambahan, pembatalan bunyi aktif adalah trend baru yang berpotensi berkembang menjadi penyamaran akustik. Fon kepala pembatalan bunyi aktif kini tersedia untuk pengguna. Sistem yang disebut Near-Field Active Noise Suppression sedang dikembangkan, yang ditempatkan di medan dekat akustik untuk secara aktif meminimumkan, terutamanya, bunyi nada dari baling-baling. Diperkirakan sistem yang menjanjikan untuk bidang akustik jarak jauh dapat dikembangkan untuk menutupi tindakan infanteri.
Penyamaran elektromagnetik (seperti radar). Jaring penyamaran radar menggabungkan lapisan khas dan teknologi mikrofiber untuk memberikan pelemahan radar jalur lebar melebihi 12 dB. Penggunaan pelapis haba pilihan meluaskan perlindungan inframerah.
BMS-ULCAS (Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen) dari Saab Barracuda menggunakan bahan khas yang dilekatkan pada bahan asas. Bahan ini mengurangkan pengesanan radar jalur lebar, dan juga mempersempit jarak frekuensi yang dapat dilihat dan inframerah. Setiap skrin direka khas untuk peralatan yang dilindunginya.
Pakaian seragam penyamaran. Pada masa akan datang, penyamaran aktif dapat menentukan objek yang akan dijubah agar dapat menyesuaikannya dengan bentuk ruang. Teknologi ini dikenali sebagai SAD (Shape Approximation Device) dan berpotensi untuk mengurangkan kemampuan pengesanan bentuk. Salah satu contoh penyamaran seragam yang paling menarik adalah gurita, yang dapat menyatu dengan persekitarannya bukan hanya dengan mengubah warna, tetapi juga dengan mengubah bentuk dan tekstur kulitnya.
Penyamaran termal (mis. Inframerah). Bahan sedang dikembangkan yang mengurangkan tanda panas kulit telanjang dengan menyebarkan pelepasan haba menggunakan bebola seramik berlubang perak (senospheres), diameter rata-rata 45 mikron, tertanam dalam pengikat untuk membuat pigmen dengan sifat pelepasan dan penyebaran yang rendah. Microbeads berfungsi seperti cermin, mencerminkan ruang sekitar dan satu sama lain, dan dengan demikian menyebarkan sinaran termal dari kulit.
Penyamaran pelbagai perspektif. Beberapa sistem penyamaran bersifat multispektral, yang bermaksud ia berfungsi untuk lebih dari satu jenis penyamaran. Sebagai contoh, Saab Barracuda telah mengembangkan produk kamuflase multispektral High-Mobility on-Board System (HMBS) yang melindungi kepingan artileri semasa penembakan dan penempatan semula. Pengurangan tanda tangan hingga 90% adalah mungkin, dan penekanan sinaran termal membolehkan enjin dan penjana tidak aktif untuk memulakan dengan cepat. Beberapa sistem mempunyai lapisan dua sisi, yang memungkinkan para askar memakai kamuflase dua sisi untuk digunakan pada berbagai jenis medan.
Pada akhir tahun 2006, BAE Systems mengumumkan apa yang digambarkan sebagai "lompatan maju dalam teknologi penyamaran," di pusat teknologi canggihnya menciptakan "bentuk baru dari siluman aktif … Dengan menekan butang, objek menjadi hampir tidak kelihatan, bercampur ke latar belakang mereka. " Menurut BAE Systems, pengembangan itu "memberi perusahaan dekad kepemimpinan dalam teknologi stealth dan dapat mentakrifkan kembali dunia 'stealth' engineering." Konsep baru diimplementasikan berdasarkan bahan baru, yang memungkinkan tidak hanya mengubah warnanya, tetapi juga mengubah profil inframerah, gelombang mikro dan radar dan menggabungkan objek dengan latar belakang, yang membuatnya hampir tidak terlihat. Teknologi ini dibina dalam struktur itu sendiri dan bukan berdasarkan penggunaan bahan tambahan, seperti cat atau lapisan pelekat. Karya ini telah menyebabkan pendaftaran 9 paten dan mungkin masih memberikan penyelesaian unik untuk masalah pengurusan tandatangan.
Sistem penyamaran aktif berdasarkan teknologi RPT dengan unjuran ke jas hujan reflektif
Perbatasan seterusnya: optik transformasi
Sistem penyamaran aktif / adaptif yang dijelaskan dalam artikel ini dan berdasarkan unjuran adegan sangat mirip dengan fiksyen ilmiah dalam diri mereka (dan memang ini adalah asas filem "Predator"), tetapi mereka bukan merupakan sebahagian daripada teknologi termaju yang diteliti dalam carian "kafan yang tidak kelihatan." Sesungguhnya, penyelesaian lain sudah digariskan, yang akan jauh lebih berkesan dan praktikal jika dibandingkan dengan penyamaran aktif. Mereka berdasarkan fenomena yang dikenali sebagai optik transformasi. Maksudnya, beberapa panjang gelombang, termasuk cahaya yang dapat dilihat, dapat "dibengkokkan" dan mengalir di sekitar objek seperti air yang menyelimuti batu. Akibatnya, objek di belakang objek menjadi terlihat, seolah-olah cahaya melewati ruang kosong, sementara objek itu sendiri hilang dari pandangan. Secara teori, optik transformasi bukan sahaja dapat menutupi objek, tetapi juga menjadikannya kelihatan di tempat yang tidak.
Perwakilan skematik prinsip tidak dapat dilihat dengan cara optik transformasi
Perwakilan artistik struktur metamaterial
Namun, untuk hal ini terjadi, objek atau kawasan itu harus ditutup dengan menggunakan agen cloaking, yang mesti tidak dapat dikesan oleh gelombang elektromagnetik. Alat-alat ini, yang disebut metamaterials, menggunakan struktur selular untuk membuat gabungan ciri-ciri bahan yang tidak terdapat di alam semula jadi. Struktur ini dapat mengarahkan gelombang elektromagnetik di sekitar objek dan menyebabkannya muncul di sisi lain.
Idea umum di sebalik metamaterial adalah pembiasan negatif. Sebaliknya, semua bahan semula jadi mempunyai indeks bias positif, penunjuk berapa banyak gelombang elektromagnetik yang dibengkokkan ketika mereka bergerak dari satu medium ke medium yang lain. Ilustrasi klasik bagaimana pembiasan berfungsi: bahagian batang yang direndam di dalam air nampaknya bengkok di bawah permukaan air. Sekiranya air mempunyai pembiasan negatif, bahagian tongkat yang terendam, sebaliknya, akan menonjol dari permukaan air. Atau, untuk contoh lain, ikan yang berenang di bawah air kelihatan bergerak di udara di atas permukaan air.
Metamaterial masking baru yang dinyatakan oleh Duke University pada Januari 2009
Imej mikroskop elektron metamaterial 3D siap. Resonator nanorings emas berpecah disusun dalam baris genap
Pandangan mikroskop skematik dan elektron metamaterial (atas dan sisi) yang dikembangkan oleh penyelidik di University of California, Berkeley. Bahan ini terbentuk dari wayar nanow selari yang tertanam di dalam alumina berliang. Apabila cahaya yang dapat dilihat melewati suatu bahan sesuai dengan fenomena pembiasan negatif, cahaya terpesong ke arah yang berlawanan.
Agar metamaterial mempunyai indeks bias negatif, matriks strukturnya mestilah kurang dari panjang gelombang elektromagnetik yang digunakan. Di samping itu, nilai pemalar dielektrik (keupayaan untuk menghantar medan elektrik) dan kebolehtelapan magnetik (bagaimana ia bertindak balas terhadap medan magnet) mestilah negatif. Matematik adalah penting untuk merancang parameter yang diperlukan untuk membuat metamaterials dan menunjukkan bahawa bahan tersebut menjamin ketidaklihatan. Tidak menghairankan, lebih banyak kejayaan telah dicapai ketika bekerja dengan panjang gelombang dalam jarak gelombang mikro yang lebih luas, yang berkisar antara 1 mm hingga 30 cm. Orang melihat dunia dalam jarak radiasi elektromagnetik yang sempit, yang dikenali sebagai cahaya yang dapat dilihat, dengan panjang gelombang dari 400 nanometer (violet dan cahaya magenta) hingga 700 nanometer (cahaya merah gelap).
Berikutan demonstrasi pertama kelayakan metamaterial pada tahun 2006, ketika prototaip pertama dibina, satu pasukan jurutera di Duke University mengumumkan pada bulan Januari 2009 jenis peranti cloaking baru, yang jauh lebih maju dalam penyelubungan melintasi spektrum frekuensi yang luas. Kemajuan terbaru dalam bidang ini disebabkan oleh pengembangan kumpulan baru algoritma kompleks untuk penciptaan dan pengeluaran metamaterial. Dalam eksperimen makmal baru-baru ini, pancaran gelombang mikro yang diarahkan melalui sarana penyamaran ke "tonjolan" pada permukaan cermin rata dipantulkan dari permukaan pada sudut yang sama seolah-olah tidak ada tonjolan. Di samping itu, agen cloaking menghalang pembentukan rasuk yang tersebar, biasanya menyertai transformasi seperti itu. Fenomena yang mendasari penyamaran itu menyerupai fatamorgana yang dilihat pada hari yang panas di hadapan jalan raya.
Dalam program yang sejajar dan benar-benar bersaing, para saintis University of California mengumumkan pada pertengahan tahun 2008 bahawa mereka telah mempelopori bahan 3-D yang dapat mengubah arah cahaya yang normal dalam spektrum inframerah yang kelihatan dan dekat. Para penyelidik mengikuti dua pendekatan yang berbeza. Dalam percubaan pertama, mereka menyusun beberapa lapisan perak dan magnesium fluorida yang tidak konduktif dan memotong corak "mesh" nanometrik yang disebut menjadi lapisan untuk membuat metamaterial optik pukal. Pembiasan negatif diukur pada panjang gelombang 1500 nanometer. Metamaterial kedua terdiri daripada kawat nano perak yang terbentang di dalam alumina berliang; ia mempunyai pembiasan negatif pada panjang gelombang 660 nanometer di kawasan merah spektrum.
Kedua-dua bahan mencapai pembiasan negatif, dengan jumlah tenaga yang diserap atau "hilang" kerana cahaya yang melewatinya minimum.
Left adalah gambaran skematik metamaterial 3-D "mesh" pertama yang dikembangkan di University of California yang dapat mencapai indeks biasan negatif dalam spektrum yang dapat dilihat. Di sebelah kanan adalah gambar struktur selesai dari mikroskop elektron pengimbasan. Lapisan berselang-seli membentuk garis kecil yang dapat memantulkan cahaya kembali
Juga pada bulan Januari 2012, para penyelidik di University of Stuttgart mengumumkan bahawa mereka telah membuat kemajuan dalam pembuatan metamaterial multi-layer, split-ring untuk panjang gelombang optik. Prosedur lapisan demi lapisan ini, yang dapat diulang sebanyak yang diinginkan, mampu membuat struktur tiga dimensi yang diselaraskan dengan baik dari metamaterial. Kunci kejayaan ini adalah kaedah pelarasan (meratakan) untuk permukaan nanolitografi kasar yang digabungkan dengan fiducial tahan lama yang menahan proses etsa kering semasa pembuatan nano. Hasilnya adalah penjajaran yang sempurna dan lapisan yang rata. Kaedah ini juga sesuai untuk penghasilan bentuk bentuk bebas di setiap lapisan. Oleh itu, adalah mungkin untuk membuat struktur yang lebih kompleks.
Sudah tentu, lebih banyak penyelidikan mungkin diperlukan sebelum metamaterial dapat dibuat yang dapat berfungsi dalam spektrum yang dapat dilihat, di mana mata manusia dapat melihat, dan kemudian bahan praktikal yang sesuai, misalnya, untuk pakaian. Tetapi bahkan bahan cloaking yang beroperasi hanya pada beberapa panjang gelombang yang mendasar dapat memberikan manfaat yang luar biasa. Mereka dapat menjadikan sistem penglihatan malam tidak efektif dan objek tidak dapat dilihat, misalnya, ke sinar laser yang digunakan untuk memandu senjata.
Konsep kerja
Sistem optoelektronik ringan telah dicadangkan berdasarkan peranti pencitraan moden dan paparan yang menjadikan objek terpilih hampir telus dan hampir tidak dapat dilihat. Sistem ini dipanggil sistem penyamaran aktif atau adaptif kerana fakta bahawa, tidak seperti penyamaran tradisional, mereka menghasilkan gambar yang dapat berubah sebagai tindak balas terhadap perubahan pemandangan dan keadaan pencahayaan.
Fungsi utama sistem penyamaran adaptif adalah memproyeksikan pemandangan (latar) di belakang objek ke permukaan objek yang paling dekat dengan penonton. Dengan kata lain, pemandangan (latar) di belakang subjek diangkut dan dipaparkan di panel di hadapan subjek.
Sistem penyamaran aktif khas kemungkinan merupakan rangkaian paparan panel rata fleksibel yang disusun dalam bentuk sejenis selimut yang akan menutup semua permukaan objek yang dapat dilihat yang perlu disamarkan. Setiap panel paparan akan berisi sensor piksel aktif (APS), atau mungkin pencitraan maju lainnya, yang akan diarahkan ke depan panel dan akan mengambil sebagian kecil dari area panel. "Coverlet" juga akan berisi bingkai dawai yang menyokong rangkaian gentian optik bersilang melintang di mana gambar dari setiap APS akan dihantar ke panel paparan tambahan di seberang objek bertopeng.
Posisi dan orientasi semua alat pencitraan akan diselaraskan dengan kedudukan dan orientasi satu sensor, yang akan ditentukan oleh pengimejan utama (sensor). Orientasi akan ditentukan oleh alat meratakan yang dikendalikan oleh sensor gambar utama. Pengawal pusat yang disambungkan ke meter cahaya luaran secara automatik akan menyesuaikan tahap kecerahan semua panel paparan agar sesuai dengan keadaan cahaya sekitar. Bahagian bawah objek bertopeng akan diterangi secara artifisial sehingga gambar objek bertopeng dari atas menunjukkan tanah seolah-olah ia menyala secara semula jadi; jika ini tidak dapat dicapai, maka heterogenitas dan kebijaksanaan bayang-bayang yang jelas akan dapat dilihat oleh pemerhati yang melihat dari atas ke bawah.
Panel paparan dapat diukur dan dikonfigurasi sehingga sejumlah panel ini dapat digunakan untuk menutup berbagai objek tanpa harus mengubah sendiri objek tersebut. Ukuran dan jisim sistem dan subsistem khas penyamaran adaptif dianggarkan: isipadu sensor gambar khas akan kurang dari 15 cm3, sementara sistem yang menyelimutkan objek panjang 10 m, tinggi 3 m dan lebar 5 m akan memiliki jisim kurang daripada 45 kg. Sekiranya objek yang akan berjubah adalah kenderaan, maka sistem penyamaran adaptif dapat diaktifkan dengan mudah oleh sistem elektrik kenderaan tanpa ada kesan negatif terhadap operasinya.
Penyelesaian menarik untuk penyamaran peralatan ketenteraan Adaptive dari BAE Systems
