La tecnología de camuflaje activo alcanza la madurez (parte de 1)
Representación artística de un futuro vehículo de combate protegido por camuflaje activo.
Actualmente, las operaciones de reconocimiento y despliegue de infantería se llevan a cabo con el camuflaje habitual, creado para disfrazar al soldado utilizando dos elementos básicos: color y patrón (patrón de coloración de camuflaje). Sin embargo, las operaciones militares en condiciones urbanas son cada vez más frecuentes, en ellas el color y el patrón óptimos pueden cambiar continuamente, al menos cada minuto. Por ejemplo, un soldado vestido con un traje verde se destacará claramente contra una pared blanca. Un sistema de camuflaje activo podría actualizar constantemente el color y el patrón, ocultando al soldado en su entorno actual.
La naturaleza ha estado utilizando "sistemas" de camuflaje activo-adaptativo durante millones de años. ¿Puedes ver el camaleón en esta foto?
Representación simplificada del principio de funcionamiento del camuflaje adaptativo activo en el ejemplo de MBT
Este artículo proporciona una descripción general de los sistemas de camuflaje activos (adaptativos) actuales y proyectados. Si bien existen numerosas aplicaciones de estos sistemas, o están en desarrollo, el enfoque de la investigación es sobre sistemas que podrían usarse en operaciones de infantería. Además, el propósito de estos estudios es proporcionar información utilizada para evaluar la aplicabilidad actual de los sistemas de camuflaje activos y ayudar a diseñar los futuros.
Definiciones y conceptos básicos.
El camuflaje activo en el espectro visible difiere del camuflaje común por dos características. Primero, reemplaza la apariencia de lo que está enmascarado por la apariencia, que no solo es similar al entorno (como el camuflaje tradicional), sino que representa precisamente lo que está detrás del objeto enmascarado.
El segundo camuflaje activo también lo hace en tiempo real. Idealmente, el camuflaje activo no solo podría imitar objetos cercanos, sino también distantes, posiblemente incluso en el horizonte, creando un perfecto disfraz visual. El camuflaje visual activo se puede usar para privar la capacidad del ojo humano y los sensores ópticos para reconocer la presencia de objetivos.
En ciencia ficción, hay muchos ejemplos de sistemas de camuflaje activos y los desarrolladores a menudo eligen un nombre para la tecnología basándose en algunos términos y nombres de ficción. Como regla general, pertenecen a un disfraz activo completo (es decir, invisibilidad completa) y no se relacionan con las posibilidades del camuflaje activo parcial, el camuflaje activo para operaciones especiales o cualquiera de los avances tecnológicos reales actuales. Sin embargo, la invisibilidad completa sin duda será útil para las operaciones de infantería, como las operaciones de reconocimiento y penetración (infiltración).
El camuflaje se usa no solo en el espectro visual, sino también en acústica (por ejemplo, sonar), espectro electromagnético (por ejemplo, radar), campo térmico (por ejemplo, radiación infrarroja) y para cambiar la forma de un objeto. Las tecnologías de enmascaramiento, incluidos algunos tipos de camuflaje activo, se han desarrollado hasta cierto punto para todos estos tipos, especialmente para vehículos (tierra, mar y aire). Si bien estos trabajos se relacionan principalmente con el camuflaje visual para un soldado de infantería desmontado, es útil mencionar brevemente las soluciones en otras áreas, ya que algunas ideas tecnológicas pueden transferirse al espectro visible.
Camuflaje visual. El camuflaje visual consiste en una forma, superficie, brillo, silueta, sombra, posición y movimiento. Un sistema de camuflaje activo puede contener todos estos aspectos. Este artículo se enfoca en el camuflaje visual activo, por lo que estos sistemas se presentan en detalle en las siguientes subsecciones.
Camuflaje acústico (por ejemplo, sonar). Desde 40-s, muchos países han estado experimentando con superficies que absorben el sonido para reducir la reflexión del sonar de los submarinos. La tecnología de muting gun es un tipo de camuflaje acústico. Además, la reducción activa de ruido es una nueva dirección que podría potencialmente convertirse en camuflaje acústico. Actualmente, los auriculares con cancelación activa de ruido están disponibles para el consumidor. Se están desarrollando los llamados sistemas de supresión activa de ruido de campo cercano, que se colocan en el campo cercano acústico para minimizar activamente el ruido tonal de las hélices. Se predice que se pueden desarrollar sistemas prometedores para campos acústicos de largo alcance para disfrazar las operaciones de infantería.
Camuflaje electromagnético (por ejemplo, radar). Las redes de camuflaje antirradar combinan revestimientos especiales y tecnología de microfibra, lo que proporciona una atenuación de radar de banda ancha de más de 12 dB. El uso de recubrimientos térmicos opcionales extiende la protección infrarroja.
En la pantalla de camuflaje multiespectral ultraligera BMS-ULCAS (Pantalla de camuflaje ultra liviana multiespectral) de la compañía Saab Barracuda utiliza un material especial adherido al material base. El material reduce la detección del radar de banda ancha y también reduce los rangos de frecuencia visible e infrarroja. Cada pantalla está diseñada específicamente para el equipo que protege.
Uniformes de camuflaje. En el futuro, el camuflaje activo puede definir un objeto enmascarado para adaptarlo a la forma del espacio. Esta tecnología se conoce como SAD (Dispositivo de aproximación de forma) y potencialmente puede reducir la capacidad de determinar la forma. Uno de los ejemplos más convincentes de la forma de camuflaje es el pulpo, que puede fusionarse con el entorno, no solo cambiando el color, sino también la forma y textura de su piel.
Camuflaje térmico (por ejemplo, infrarrojo). Se ha desarrollado un material que debilita la firma térmica de la piel expuesta debido a la difusión de la emisión térmica utilizando bolas cerámicas huecas plateadas (senoesferas), con un promedio de 45 micras de diámetro, incrustadas en un aglutinante para crear un pigmento con bajas propiedades de emisión y difusión. Microballs funcionan como un espejo, reflejando el entorno y entre sí, y, por lo tanto, distribuyen la emisión de radiación térmica de la piel.
Camuflaje multiespectral. Algunos sistemas de camuflaje son multiespectrales, es decir, funcionan para más de un tipo de camuflaje. Por ejemplo, Saab Barracuda desarrolló el producto de camuflaje multiespectral HMBS (Sistema de Alta Movilidad a Bordo), que protege las armas de artillería durante el disparo y el redespliegue. Tal vez al reducir las firmas a 90%, la supresión de la radiación térmica permite que los motores y los generadores estén inactivos para comenzar a moverse rápidamente. Algunos sistemas tienen revestimiento de doble cara, que permite a los soldados usar camuflaje de doble cara para usar en diferentes tipos de terreno.
Al final de 2006, BAE Systems anunció lo que se describe como "un salto en la tecnología de camuflaje". En su centro de tecnología avanzada, inventó "una nueva forma de sigilo activo ... Cuando se presiona un botón, los objetos se vuelven prácticamente invisibles y se fusionan con su fondo". Según BAE Systems, este desarrollo "le dio a la compañía diez años de liderazgo en tecnología de sigilo y podría redefinir el mundo de la" ingeniería "discreta". Se implementaron nuevos conceptos basados en nuevos materiales, que permiten no solo cambiar sus colores, sino también cambiar los perfiles de infrarrojos, microondas y radar y fusionar objetos con el fondo, lo que los hace prácticamente invisibles. Esta tecnología está incorporada en la estructura en lugar de basarse en el uso de material adicional, como pintura o una capa de adhesivo. Este trabajo ya ha conducido al registro de patentes 9 y aún puede proporcionar soluciones únicas para problemas de gestión de firmas.
Sistema de camuflaje activo basado en tecnología RPT con proyección sobre impermeable impermeable retrorreflectante
La próxima frontera: la óptica de transformación
Los sistemas de camuflaje activo / adaptativo descritos en este artículo y basados en la proyección de la escena son muy similares en sí mismos a la ciencia ficción (y de hecho se convirtió en la base de la película "Predator"), pero no son parte de la tecnología más avanzada explorada en la búsqueda de " cubierta de invisibilidad ". De hecho, ya se han descrito otras soluciones, que serán mucho más efectivas y prácticas de uso en comparación con el camuflaje activo. Se basan en un fenómeno conocido como óptica de transformación. Es decir, algunas longitudes de onda, incluida la luz visible, se pueden "doblar" y dirigir como una corriente alrededor de un objeto como el agua que envuelve una piedra. Como resultado, los objetos detrás del objeto se vuelven visibles, como si la luz pasara a través del espacio vacío, mientras que el objeto desaparece de la vista. En teoría, la óptica de transformación no solo puede enmascarar objetos, sino también hacerlos visibles en un lugar donde no están ubicados.
Representación esquemática del principio de invisibilidad a través de la óptica de transformación.
Representación artística de la estructura del metamaterial.
Sin embargo, para que esto suceda, el objeto o área debe enmascararse con el uso de una herramienta de enmascaramiento, que no debe ser detectable por sí misma para las ondas electromagnéticas. En tales herramientas, llamadas metamateriales, se utilizan estructuras con una arquitectura celular para crear una combinación de características de materiales que son inaccesibles en la naturaleza. Estas estructuras pueden dirigir las ondas electromagnéticas alrededor de un objeto y hacer que aparezcan en el otro lado.
La idea general de tales metamateriales es la refracción negativa. Por el contrario, todos los materiales naturales tienen un índice de refracción positivo, un indicador de cuántas ondas electromagnéticas se doblan cuando pasan de un medio a otro. Una ilustración clásica de cómo funciona la refracción: una parte sumergida de la varita aparece curvada debajo de la superficie del agua. Si el agua tuviera una refracción negativa, la parte sumergida de la barra sobresaliría, por el contrario, de la superficie del agua. O, otro ejemplo, un pez que nada bajo el agua parece moverse en el aire sobre la superficie del agua.
Nuevo metamaterial de enmascaramiento mostrado por la Universidad de Duke en enero 2009
Imagen del microscopio electrónico del metamaterial 3D terminado. Los resonadores de nanorings de oro dividido están dispuestos en filas rectas
Representación esquemática e imagen del microscopio electrónico metamaterial (parte superior y lateral), desarrollado por investigadores de la Universidad de California en Berkeley. El material está formado por nanocables paralelos incrustados dentro de alúmina porosa. Con el paso de la luz visible a través del material según el fenómeno de refracción negativa, se desvía en la dirección opuesta.
Para que el metamaterial tenga un índice de refracción negativo, su matriz estructural debe ser menor que la longitud de la onda electromagnética utilizada. Además, los valores de la constante dieléctrica (la capacidad de pasar un campo eléctrico) y la permeabilidad magnética (cómo reacciona a un campo magnético) deben ser negativos. Las matemáticas son una parte integral de los parámetros de diseño necesarios para crear metamateriales y demostrar que el material garantiza la invisibilidad. No es sorprendente que se lograra un mayor éxito al trabajar con longitudes de onda en un rango de microondas más amplio, que varía de 1 mm a 30, consulte La gente ve el mundo en un rango estrecho de radiación electromagnética, conocida como luz visible, con longitudes de onda de nanómetros 400 (púrpura y luz magenta) a nanómetros 700 (luz roja oscura).
Después de la primera demostración de la viabilidad del metamaterial en 2006, cuando se creó el primer prototipo, un equipo de ingenieros de la Universidad de Duke anunció en enero que 2009 realizaría un nuevo tipo de herramienta de enmascaramiento, mucho más avanzada en un amplio rango de frecuencias. Los últimos logros en esta área están obligados a desarrollar un nuevo grupo de algoritmos complejos para la creación y producción de metamateriales. En los últimos experimentos de laboratorio, un haz de microondas, dirigido a través de un agente de enmascaramiento a la "protuberancia" en una superficie plana del espejo, se reflejó desde la superficie en el mismo ángulo que si no hubiera una protuberancia. Además, un corrector evitó la formación de rayos dispersos, generalmente asociados con tales transformaciones. El fenómeno de enmascaramiento subyacente se asemeja a un espejismo visible en un día caluroso en la carretera.
En un programa paralelo y rival, los científicos de la Universidad de California anunciaron en medio de 2008 que primero desarrollaron materiales 3-D que pueden cambiar la dirección normal de la luz en el espectro visible y en el espectro cercano al IR. Los investigadores siguieron dos enfoques claros. En el primer experimento, doblaron varias capas alternas de plata y fluoruro de magnesio no conductor y cortaron los llamados patrones nanométricos de "malla" en capas para crear un metamaterial óptico volumétrico. La refracción negativa se midió a longitudes de onda del nanómetro 1500. El segundo metamaterial consistió en nanocables de plata estirados dentro de alúmina porosa; tuvo una refracción negativa en las longitudes de onda del nanómetro 660 en la región roja del espectro.
Ambos materiales alcanzaron una refracción negativa, mientras que la cantidad de energía absorbida o "perdida" durante el paso de la luz a través de ellos fue mínima.
A la izquierda hay una representación esquemática del primer metamaterial “neto” de 3-D desarrollado en la Universidad de California que puede lograr un índice de refracción negativo en el espectro visible. Imagen derecha de la estructura terminada con un microscopio electrónico de barrido. Las capas entrelazadas forman pequeños contornos que pueden desviar la luz hacia atrás.
También en enero, 2012, investigadores de la Universidad de Stuttgart, anunciaron que habían logrado el éxito en la fabricación de metamateriales multicapa con anillos partidos para las ondas del rango óptico. Este procedimiento en capas, que puede repetirse en cualquier momento, es capaz de crear estructuras tridimensionales bien alineadas a partir de metamateriales. La clave de este éxito fue el método de planarización (alineación) para una superficie nanolitográfica rugosa en combinación con fuertes marcas de referencia, que resisten los procesos de grabado en seco durante la nano producción. Como resultado, se obtuvo una alineación perfecta junto con capas completamente planas. Este método también es adecuado para la producción de formas arbitrarias en cada capa. Así, es posible crear estructuras más complejas.
Ciertamente, se puede requerir mucha más investigación antes de crear metamateriales que puedan funcionar en el espectro visible, en el que el ojo humano puede ver, y luego materiales prácticos adecuados, por ejemplo, para la ropa. Pero incluso los materiales de enmascaramiento que operan en unas pocas longitudes de onda básicas podrían ofrecer enormes ventajas. Pueden hacer que los sistemas de visión nocturna sean ineficaces y los objetos invisibles, por ejemplo, para rayos láser utilizados para apuntar armas.
Concepto de trabajo
Se han propuesto sistemas optoelectrónicos ligeros basados en imágenes y pantallas modernas que hacen que los objetos seleccionados sean casi transparentes y, por lo tanto, prácticamente invisibles. Estos sistemas se denominan sistemas de camuflaje activo o adaptativo debido a que, a diferencia del camuflaje tradicional, generan imágenes que pueden cambiar en respuesta a los cambios en las escenas y las condiciones de iluminación.
La función principal del sistema de camuflaje adaptativo es la proyección del objeto de la escena (fondo) detrás del objeto en la superficie más cercana al espectador. En otras palabras, la escena (fondo) detrás del objeto se transfiere y se muestra en los paneles frente al objeto.
Un sistema de camuflaje activo típico será probablemente una red de pantallas planas flexibles dispuestas en forma de un tipo de cubierta que cubrirá todas las superficies visibles del objeto que necesitan ser enmascaradas. Cada panel de visualización contendrá un sensor de píxeles activo (APS), o quizás otra cámara de imágenes avanzada, que se dirigirá hacia adelante desde el panel y que ocupará una pequeña parte del área del panel. El "velo" también contendrá un marco de alambre que sirve como soporte para una red de hilos de fibra óptica conectados a través de los cuales se transmitirá una imagen de cada APS a un panel de visualización adicional en el lado opuesto del objeto enmascarado.
La posición y la orientación de todos los reproductores de imágenes se sincronizarán con la posición y la orientación de un solo sensor, lo que se determinará mediante el generador de imágenes principal (sensor) de la imagen. La orientación estará determinada por la herramienta de nivelación controlada por el sensor de imagen principal. Un controlador central conectado a un medidor de luz externo ajustará automáticamente los niveles de brillo de todos los paneles de visualización para que coincidan con las condiciones de iluminación externas. La parte inferior del objeto enmascarado se resaltará artificialmente de modo que la imagen del objeto enmascarado anterior muestre el suelo como si estuviera bajo luz natural; si esto no se logra, entonces la aparente heterogeneidad y discreción de las sombras serán visibles para el observador, mirando de arriba a abajo.
Los paneles de visualización se pueden dimensionar y configurar de modo que el número total de dichos paneles se pueda usar para enmascarar varios objetos sin tener que modificar los objetos en sí. Se estimaron los tamaños y pesos de los sistemas y subsistemas típicos de camuflaje adaptativo: el volumen de un sensor de imagen típico será menor que 15 cm 3, mientras que el sistema enmascara un objeto con una longitud de 10 m, la altura de 3 my el ancho de 5 kg. Si el objeto enmascarado es un vehículo, el sistema eléctrico del vehículo puede activar el sistema de camuflaje adaptativo sin ningún problema, sin ninguna influencia negativa en su funcionamiento.
Una solución interesante de camuflaje adaptativo de equipos militares adaptativos de BAE Systems.
- Alex Alexeev
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