ייצוג אמנותי של רכב קרבי עתידי המוגן על ידי מערכת הסוואה פעילה
נכון לעכשיו מבוצעות פעולות סיור וחדירה של רגלים עם הסוואה קונבנציונאלית המיועדת להסוואה של חייל באמצעות שני אלמנטים עיקריים: צבע ודפוס (דפוס הסוואה). עם זאת, פעולות צבאיות בסביבות עירוניות הופכות נפוצות יותר, בהן הצבע והתבנית האופטימליים יכולים להשתנות ללא הרף, אפילו בכל דקה. לדוגמה, חייל לובש מדים ירוקים יבלוט בבירור מול קיר לבן. מערכת הסוואה פעילה תוכל לעדכן את הצבע והדפוס כל הזמן ולהסתיר את החייל בסביבתו הנוכחית
הטבע משתמש ב"מערכות "הסוואה מותאמות באופן פעיל במשך מיליוני שנים. האם אתה יכול לראות את הזיקית בתמונה זו?
ייצוג פשוט של עקרון הפעולה של הסוואה אקטיבית-אדפטיבית באמצעות הדוגמה של MBT
מאמר זה מספק סקירה כללית של מערכות הסוואה פעילות (אדפטיביות) עדכניות וצפויות. אמנם ישנן יישומים רבים למערכות אלה, או נמצאות בפיתוח, אך המיקוד המחקרי מתמקד במערכות שניתן להשתמש בהן בפעולות חי ר. בנוסף, מטרתם של מחקרים אלה היא לספק מידע המשמש להערכת היישומים הנוכחיים של מערכות הסוואה פעילות ולעזור בעיצוב מערכות עתידיות.
הגדרות ומושגי יסוד
הסוואה פעילה בספקטרום הגלוי שונה מהסוואה קונבנציונלית בשתי דרכים. ראשית, הוא מחליף את המראה של מה שמוסווה במראה שאינו רק דומה לסביבה (כמו מסכה מסורתית), אלא מייצג במדויק את מה שעומד מאחורי החפץ הנמסך.
שנית, הסוואה פעילה גם עושה זאת בזמן אמת. באופן אידיאלי, הסוואה פעילה לא רק יכולה לחקות אובייקטים סמוכים, אלא גם אובייקטים רחוקים, אולי עד האופק, וליצור הסוואה חזותית מושלמת. ניתן להשתמש בהסוואה פעילה ויזואלית כדי להשבית את היכולת של העין האנושית וחיישנים אופטיים לזהות את נוכחותם של מטרות.
ישנן דוגמאות רבות למערכות הסוואה פעילות בדיוני, ומפתחים בוחרים לעתים קרובות שם לטכנולוגיה המבוססת על כמה מונחים ושמות מתוך בדיה. בדרך כלל הם מתייחסים להסוואה פעילה מלאה (כלומר בלתי נראית לחלוטין) ואינם מתייחסים ליכולות של הסוואה פעילה חלקית, הסוואה פעילה לפעולות מיוחדות או כל אחת מההתקדמות הטכנולוגית הנוכחית בעולם האמיתי. עם זאת, חוסר נראות מוחלט בהחלט יועיל לפעולות חי ר, כגון פעולות סיור והסתננות.
הסוואה משמשת לא רק בספקטרום החזותי, אלא גם באקוסטיקה (למשל סונאר), הספקטרום האלקטרומגנטי (למשל מכ ם), שדה תרמי (למשל קרינה אינפרא אדומה) ולשינוי צורת אובייקט. טכנולוגיות הסוואה, כולל כמה הסוואה פעילה, פותחו במידה מסוימת עבור כל הסוגים הללו, במיוחד עבור כלי רכב (יבשה, ים ואוויר).בעוד שעבודה זו מתייחסת בעיקר להסוואה חזותית של חיל רגלים שהורד, כדאי להזכיר בקצרה פתרונות בתחומים אחרים, שכן ניתן להעביר כמה רעיונות טכנולוגיים אל הספקטרום הגלוי.
הסוואה חזותית. הסוואה חזותית מורכבת מצורה, משטח, מבריק, צללית, צל, מיקום ותנועה. מערכת הסוואה פעילה יכולה להכיל את כל ההיבטים הללו. מאמר זה מתמקד בהסוואה פעילה ויזואלית, ולכן מערכות אלה מפורטות בסעיפי המשנה הבאים.
הסוואה אקוסטית (למשל סונאר). מאז שנות הארבעים, מדינות רבות התנסו במשטחים סופגים רעש כדי להפחית את השתקפות הסונאר של צוללות. טכנולוגיות חסימת אקדחים הן סוג של הסוואה אקוסטית. בנוסף, ביטול רעשים פעיל הוא טרנד חדש שעלול להתפתח להסוואה אקוסטית. אוזניות מבטלות רעש פעיל זמינות כעת לצרכן. מערכות הפיתוח של קרבות רעש אקטיביות בשדה הקרוב מפותחות, אשר ממוקמות בשדה הקרוב האקוסטי כדי למזער באופן פעיל, בעיקר, את הרעש הטונאלי של המדחפים. הוא צפוי כי ניתן לפתח מערכות מבטיחות לשדות אקוסטיים ארוכי טווח על מנת להסוות את פעולות הרגלים.
הסוואה אלקטרומגנטית (כגון מכ"ם). רשתות הסוואה מכ"ם משלבות ציפויים מיוחדים וטכנולוגיית מיקרופייבר המספקים הנחתה של מכ"ם בפס רחב העולה על 12 dB. השימוש בציפויים תרמיים אופציונליים מרחיב את ההגנה האינפרא אדומה.
BMS-ULCAS (מסך הסוואה מולטי-ספקטרלי קל משקל במיוחד) של סאאב ברקודה משתמש בחומר מיוחד המחובר לחומר הבסיס. החומר מפחית את זיהוי מכ ם הפס הרחב, וגם מצמצם את טווחי התדרים הנראים והאינפרא אדומים. כל מסך תוכנן במיוחד עבור הציוד שהוא מגן עליו.
מדי הסוואה. בעתיד, הסוואה פעילה יכולה לקבוע את האובייקט שיש להסתיר על מנת להתאים אותו לצורת החלל. טכנולוגיה זו ידועה בשם SAD (Shap Approximation Device) ויש לה פוטנציאל להפחית את יכולת זיהוי הצורות. אחת הדוגמאות המשכנעות ביותר להסוואה אחידה היא התמנון, שיכול להשתלב עם סביבתו לא רק על ידי שינוי צבע, אלא גם על ידי שינוי צורתו ומרקמו של עורו.
הסוואה תרמית (למשל אינפרא אדום). מפותח חומר אשר מחליש את חתימת החום של עור עירום על ידי פיזור פליטת חום באמצעות כדורי קרמיקה חלולים (סנוספרות) ממוכרים, בקוטר ממוצע של 45 מיקרון, המשובצים בתוך קלסר ליצירת פיגמנט בעל תכונות פליטה נמוכות ודיפוזיות. חרוזי המיקרו פועלים כמראה, המשקפים את החלל שמסביב זה לזה, וכך מפיצים את הקרינה התרמית מהעור.
הסוואה רב -ספקטרלית. חלק ממערכות ההסוואה הן רב -ספקטרליות, כלומר הן פועלות ביותר מסוג אחד הסוואה. לדוגמה, סאאב ברקודה פיתחה מוצר הסוואה מולטי-ספקטרלי רב-ספקטרלי (HMBS), המגן על חתיכות ארטילריה במהלך ירי ופריסה מחדש. אפשר להפחית חתימות של עד 90%, ודיכוי קרינה תרמית מאפשר למנועים ולגנרטורים להסתובב ולהתחיל במהירות. בחלק מהמערכות יש ציפוי דו צדדי, המאפשר לחיילים ללבוש הסוואה דו צדדית לשימוש על פני שטח שונים.
בסוף 2006, BAE מערכות הכריזה על מה שתואר כ"קפיצה קדימה בטכנולוגיית ההסוואה ", במרכזה של הטכנולוגיה המתקדמת המציאה" צורה חדשה של התגנבות פעילה … בלחיצת כפתור אובייקטים הופכים כמעט בלתי נראים ומתמזגים. לרקע שלהם ". על פי BAE מערכות, הפיתוח "נתן לחברה מנהיגות של עשור בתחום טכנולוגיית החמקנות ויכול להגדיר מחדש את עולם ההנדסה 'התגנבות'". מושגים חדשים יושמו על בסיס חומרים חדשים, המאפשרים לא רק לשנות את הצבעים שלהם, אלא גם להזיז את פרופיל האינפרא אדום, המיקרוגל והרדאר ומיזוג אובייקטים עם הרקע, מה שהופך אותם כמעט בלתי נראים. טכנולוגיה זו מובנית במבנה עצמו ולא מבוססת על שימוש בחומר נוסף, כגון צבע או שכבת דבק. עבודה זו כבר הובילה לרישום של 9 פטנטים ועדיין עשויה לספק פתרונות ייחודיים לבעיות ניהול חתימות.
מערכת הסוואה פעילה המבוססת על טכנולוגיית RPT עם הקרנה על מעיל גשם רעיוני
הגבול הבא: אופטיקה טרנספורמציה
מערכות ההסוואה הפעילות / הסתגלותית המתוארות במאמר זה ומבוססות על הקרנת סצנות דומות למדי למדע בדיוני בפני עצמן (ואכן זה היה הבסיס לסרט "טורף"), אך הן אינן חלק מהטכנולוגיה המתקדמת ביותר שנחקרה בתחום החיפוש "מעטה של חוסר נראות". ואכן, פתרונות אחרים כבר מתוארים, שיהיו הרבה יותר יעילים ופרקטיים בהשוואה להסוואה פעילה. הם מבוססים על תופעה המכונה אופטיקה טרנספורמציה. כלומר, כמה אורכי גל, כולל אור גלוי, יכולים להיות "כפופים" ולזרום סביב אובייקט כמו מים העוטפים אבן. כתוצאה מכך, אובייקטים מאחורי האובייקט הופכים לגלויים, כאילו האור עבר בחלל ריק, בעוד שהאובייקט עצמו נעלם מן העין. בתיאוריה, אופטיקה טרנספורמציה יכולה לא רק להסוות אובייקטים, אלא גם להפוך אותם לגלויים היכן שהם אינם.
ייצוג סכמטי של עקרון הבלתי נראה באמצעות אופטיקה טרנספורמציה
ייצוג אמנותי של מבנה חומר המטא
עם זאת, כדי שזה יקרה, החפץ או האזור חייב להיות מוסווה באמצעות חומר הסוואה, אשר חייב להיות בלתי ניתן לזיהוי בפני גלים אלקטרומגנטיים. כלים אלה, הנקראים מטא -חומרים, משתמשים במבנים סלולריים כדי ליצור שילוב של מאפיינים חומריים שאינם זמינים בטבע. מבנים אלה יכולים לכוון גלים אלקטרומגנטיים סביב אובייקט ולגרום להם להופיע בצד השני.
הרעיון הכללי מאחורי מטא -חומרים כאלה הוא שבירה שלילית. לעומת זאת, לכל החומרים הטבעיים יש אינדקס שבירה חיובי, אינדיקטור לכמה גלים אלקטרומגנטיים כפופים כשהם עוברים ממדיום אחד למשנהו. המחשה קלאסית לאופן פעולת השבירה: חלק ממקל טבול במים נראה כפוף מתחת לפני המים. אם למים הייתה שבירה שלילית, החלק השקוע של המקל, להיפך, היה בולט מעל פני המים. או, לדוגמא אחרת, נראה שדג השוחה מתחת למים נע באוויר מעל פני המים.
מטא -חומר מיסוך חדש שנחשף על ידי אוניברסיטת דיוק בינואר 2009
תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים של מטא -חומר תלת -ממדי סיים. תהודות ננו -זהב מפוצלות מסודרות בשורות שוות
מבט סכמטי ואלקטרוני של מיקרוסקופ אלקטרונים של חומר מטא (למעלה ולצד) שפותח על ידי חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי. החומר נוצר מחוטי ננו מקבילים המוטבעים בתוך אלומינה נקבובית.כאשר אור גלוי עובר בחומר בהתאם לתופעת השבירה השלילית, הוא מופנה לכיוון ההפוך.
על מנת שלמטא -חומר יהיה אינדקס שבירה שלילי, המטריצה המבנית שלו חייבת להיות קטנה מאורך הגל האלקטרומגנטי המשמש. בנוסף, ערכי הקבוע הדיאלקטרי (היכולת להעביר שדה חשמלי) והחדירות המגנטית (כיצד הוא מגיב לשדה מגנטי) חייבים להיות שליליים. מתמטיקה היא אינטגרלית בעיצוב הפרמטרים הדרושים ליצירת מטא -חומרים והדגמה שהחומר מבטיח חוסר נראות. באופן לא מפתיע, הצלחה רבה יותר הושגה בעבודה עם אורכי גל בטווח מיקרוגל רחב יותר, שנע בין 1 מ"מ ל -30 ס"מ. אנשים רואים את העולם בטווח צר של קרינה אלקטרומגנטית, המכונה אור גלוי, עם אורכי גל מ -400 ננומטר (סגול ואור מגנטה) עד 700 ננומטר (אור אדום כהה).
לאחר ההדגמה הראשונה של כדאיות המטא -חומר בשנת 2006, כאשר נבנה אב הטיפוס הראשון, הכריז צוות מהנדסים מאוניברסיטת דיוק בינואר 2009 על סוג חדש של מכשירי הסוואה, המתקדמים בהרבה בהסוואה על פני קשת רחבה של תדרים. ההתקדמות האחרונה בתחום זה נובעת מפיתוח קבוצה חדשה של אלגוריתמים מורכבים ליצירה וייצור של מטא -חומרים. בניסויי מעבדה שנערכו לאחרונה, קרן מיקרוגל שהופנתה באמצעי מיסוך ל"בליטה "על משטח מראה שטוח הוחזרה מהמשטח באותה זווית כאילו לא הייתה בליטה. בנוסף, סוכן ההסוואה מנע היווצרות קורות מפוזרות, המלווה בדרך כלל בתמורות כאלה. התופעה העומדת בבסיס ההסוואה מזכירה תעתוע שנראה ביום חם לפני הכביש.
בתוכנית מקבילה ומתחרה באמת, מדעני אוניברסיטת קליפורניה הודיעו באמצע 2008 כי הם היו חלוצי חומרים תלת-ממדיים שיכולים לשנות את כיוון האור הנורמלי בספקטרום הנראה והקרוב לאינפרא אדום. החוקרים עקבו אחר שתי גישות מובחנות. בניסוי הראשון, הם ערמו מספר שכבות מתחלפות של כסף ומגנזיום פלואוריד בלתי מוליך וחתכו את דפוסי ה"רשת "הננומטרים לשכבות ליצירת מטא-חומר אופטי בתפזורת. שבירה שלילית נמדדה באורכי גל של 1500 ננומטר. חומר החומר השני כלל חוטי ננו כסופים שנמתחו בתוך אלומינה נקבובית; הייתה לו שבירה שלילית באורכי גל של 660 ננומטר באזור האדום של הספקטרום.
שני החומרים השיגו שבירה שלילית, כאשר כמות האנרגיה הנספגת או ה"אבודה "ככל שהאור עובר דרכם הייתה מינימלית.
שמאל הוא ייצוג סכמטי של המטא-חומר "רשת" התלת-ממדי הראשון שפותח באוניברסיטת קליפורניה שיכול להשיג אינדקס שבירה שלילי בספקטרום הגלוי. מימין תמונת המבנה המוגמר ממיקרוסקופ אלקטרונים סורק. שכבות לסירוגין יוצרות קווי מתאר קטנים שיכולים להסיט את האור לאחור
כמו כן, בינואר 2012 הודיעו חוקרים מאוניברסיטת שטוטגרט כי התקדמו בייצור חומר מטא-חומר רב-שכבתי בעל טבעות מפוצלות לאורך אורכי גל אופטי. הליך שכבה אחר שכבה, שניתן לחזור עליו כמה פעמים שתרצה, מסוגל ליצור מבנים תלת ממדיים מיושרים היטב ממטא-חומרים. המפתח להצלחה זו הייתה שיטת מישור (פילוס) למשטח ננוליטוגרפי מחוספס בשילוב אמונים עמידים העמידים בתהליכי תחריט יבשים במהלך ייצור הננו.התוצאה הייתה יישור מושלם יחד עם שכבות שטוחות לחלוטין. שיטה זו מתאימה גם לייצור צורות חופשיות בכל שכבה. לפיכך, ניתן ליצור מבנים מורכבים יותר.
אין ספק, ייתכן שיהיה צורך במחקר רב יותר לפני שניתן יהיה ליצור מטא -חומרים שיכולים לפעול בספקטרום הגלוי, בו העין האנושית יכולה לראות, ולאחר מכן חומרים פרקטיים המתאימים, למשל, לביגוד. אבל אפילו חומרי הסוואה הפועלים בכמה אורכי גל בסיסיים יכולים להציע יתרונות עצומים. הם יכולים להפוך מערכות ראיית לילה ללא יעילות וחפצים בלתי נראים, למשל, לקרני לייזר המשמשות להנחיית נשק.
תפיסת עבודה
הוצעו מערכות אופטואלקטרוניות קלות המבוססות על מכשירי הדמיה ותצוגות מודרניים שהופכים את האובייקטים הנבחרים לשקופים וכמעט בלתי נראים. מערכות אלו נקראות מערכות הסוואה אקטיביות או אדפטיביות בשל העובדה שבניגוד להסוואה המסורתית הן יוצרות תמונות שיכולות להשתנות בתגובה לשינויים בסצנות ובתנאי התאורה.
הפונקציה העיקרית של מערכת ההסוואה האדפטיבית היא להקרין את הסצנה (הרקע) שמאחורי האובייקט על פני האובייקט הקרוב ביותר לצופה. במילים אחרות, הסצנה (הרקע) מאחורי הנושא מועברת ומוצגת בפאנלים מול הנושא.
סביר להניח שמערכת הסוואה פעילה אופיינית תהיה רשת של תצוגות לוח שטוחות גמישות המסודרות בצורה של שמיכה כלשהי שתכסה את כל המשטחים הגלויים של האובייקט שצריך להסוות. כל לוח תצוגה יכיל חיישן פיקסלים פעיל (APS), או אולי דימוי מתקדם אחר, שיופנה קדימה אל הלוח ויתפוס חלק קטן משטח הלוח. "הכריכה" תכיל גם מסגרת תיל התומכת ברשת של סיבים אופטיים צולבים דרכם תועבר התמונה מכל APS ללוח תצוגה נוסף בצד הנגדי של האובייקט רעולי הפנים.
המיקום והכיוון של כל מכשירי ההדמיה יסונכרנו עם המיקום והכיוון של חיישן אחד, שייקבע על ידי הדמות הראשית (חיישן). הכיוון ייקבע על ידי כלי פילוס הנשלט על ידי חיישן התמונה הראשי. בקר מרכזי המחובר למד אור חיצוני יתאים אוטומטית את רמות הבהירות של כל לוחות התצוגה כך שיתאימו לתנאי האור הסביבתי. החלק התחתון של האובייקט רעולי הפנים יואר באופן מלאכותי כך שתמונת החפץ רעולי הפנים מלמעלה תראה את הקרקע כאילו היא מוארת באופן טבעי; אם זה לא מושג, אז ההטרוגניות הברורה והדיסקרטיות של הצללים יהיו גלויים לצופה המתבונן מלמעלה למטה.
ניתן להגדיל ולגדיר לוחות תצוגה כך שניתן להשתמש בסך הכל בלוחות אלה למיסוך אובייקטים שונים מבלי לשנות את העצמים עצמם. גודלם ומסתם של מערכות ותתי -מערכות טיפוסיות של הסוואה אדפטיבית הוערכו: נפחו של חיישן תמונה טיפוסי יהיה קטן מ -15 סמ''ק, בעוד שלמערכת העוטפת אובייקט באורך 10 מ ', גובה 3 מ' ורוחב 5 מ 'תהיה משקל פחות מ 45 ק ג. אם החפץ שיש להסוות הוא רכב, ניתן להפעיל את מערכת ההסוואה האדפטיבית בקלות על ידי מערכת החשמל של הרכב ללא כל השפעה שלילית על פעולתו.
פתרון מעניין להסוואה אדפטיבית של ציוד צבאי Adaptive מבית BAE Systems
