Aktif bir kamuflaj sistemi ile korunan geleceğin savaş aracının sanatsal bir temsili
Şu anda, piyade keşif ve sızma operasyonları, bir askeri kamufle etmek için tasarlanmış geleneksel bir kamuflaj ile iki ana unsur kullanılarak gerçekleştirilir: renk ve desen (kamuflaj deseni). Bununla birlikte, optimal renk ve desenin her dakika bile sürekli değişebildiği kentsel ortamlardaki askeri operasyonlar daha yaygın hale geliyor. Örneğin, yeşil üniforma giyen bir asker beyaz bir duvara karşı açıkça göze çarpacaktır. Aktif bir kamuflaj sistemi, rengi ve deseni sürekli güncelleyerek askeri mevcut ortamında saklayabilir
Doğa, milyonlarca yıldır aktif olarak uyarlanabilir kamuflaj "sistemleri" kullanıyor. Bu fotoğraftaki bukalemunu görebiliyor musunuz?
MBT örneğini kullanarak aktif uyarlamalı kamuflajın çalışma prensibinin basitleştirilmiş gösterimi
Bu makale, mevcut ve öngörülen aktif (uyarlanabilir) kamuflaj sistemlerine genel bir bakış sağlar. Bu sistemler için çok sayıda uygulama varken veya geliştirme aşamasındayken, araştırma odak noktası piyade operasyonlarında kullanılabilecek sistemlerdir. Ayrıca bu çalışmaların amacı, aktif kamuflaj sistemlerinin mevcut uygulanabilirliğini değerlendirmek için kullanılan bilgileri sağlamak ve geleceğin tasarlanmasına yardımcı olmaktır.
Tanımlar ve temel kavramlar
Görünür spektrumdaki aktif kamuflaj, geleneksel kamuflajdan iki şekilde farklıdır. İlk olarak, maskelenenin görünümünü, yalnızca çevreye benzeyen (geleneksel maskeleme gibi) değil, aynı zamanda maskelenen nesnenin arkasında ne olduğunu doğru bir şekilde temsil eden bir görünümle değiştirir.
İkincisi, aktif kamuflaj bunu gerçek zamanlı olarak da yapar. İdeal olarak, aktif kamuflaj sadece yakındaki nesneleri değil, aynı zamanda muhtemelen ufka kadar uzaktaki nesneleri de taklit edebilir ve mükemmel bir görsel kamuflaj yaratabilir. Görsel aktif kamuflaj, insan gözünün ve optik sensörlerin hedeflerin varlığını algılama yeteneğini devre dışı bırakmak için kullanılabilir.
Kurguda birçok aktif kamuflaj sistemi örneği vardır ve geliştiriciler genellikle bir teknoloji için kurgudaki bazı terimlere ve isimlere dayalı bir isim seçerler. Bunlar genellikle tam aktif kamuflaj (yani tam görünmezlik) anlamına gelir ve kısmi aktif kamuflaj, özel operasyonlar için aktif kamuflaj veya mevcut gerçek dünyadaki teknolojik gelişmelerden herhangi birinin yeteneklerine atıfta bulunmaz. Bununla birlikte, tam görünmezlik, keşif ve sızma operasyonları gibi piyade operasyonları için kesinlikle faydalı olacaktır.
Kamuflaj sadece görsel spektrumda değil, akustikte (örneğin sonar), elektromanyetik spektrumda (örneğin radar), termal alanda (örneğin kızılötesi radyasyon) ve bir nesnenin şeklini değiştirmek için de kullanılır. Bazı aktif kamuflajlar dahil kamuflaj teknolojileri, başta araçlar (kara, deniz ve hava) olmak üzere tüm bu tipler için belli ölçüde geliştirilmiştir. Bu çalışma öncelikle atsız bir piyade için görsel kamuflajla ilgili olsa da, bazı teknolojik fikirler görünür spektruma taşınabileceğinden, diğer alanlardaki çözümlerden kısaca bahsetmekte fayda var.
Görsel kamuflaj. Görsel kamuflaj şekil, yüzey, parlaklık, siluet, gölge, konum ve hareketten oluşur. Aktif bir kamuflaj sistemi tüm bu yönleri içerebilir. Bu makale görsel aktif kamuflaj üzerine odaklanmaktadır, bu nedenle bu sistemler aşağıdaki alt bölümlerde detaylandırılmıştır.
Akustik kamuflaj (örneğin sonar). 1940'lardan bu yana, birçok ülke denizaltıların sonar yansımalarını azaltmak için ses emici yüzeylerle deneyler yaptı. Silah sıkışma teknolojileri, bir tür akustik kamuflajdır. Ek olarak, aktif gürültü engelleme, potansiyel olarak akustik kamuflaja dönüşebilecek yeni bir trend. Aktif gürültü önleyici kulaklıklar şu anda tüketiciye sunulmaktadır. Akustik yakın alana yerleştirilen Yakın Alan Aktif Gürültü Bastırma sistemleri, öncelikle pervanelerin ton gürültüsünü aktif olarak en aza indirmek için geliştirilmektedir. Piyade hareketlerini maskelemek için uzun menzilli akustik alanlar için umut verici sistemlerin geliştirilebileceği tahmin ediliyor.
Elektromanyetik kamuflaj (radar gibi). Radar kamuflaj ağları, 12 dB'yi aşan geniş bant radar zayıflaması sağlamak için özel kaplamaları ve mikrofiber teknolojisini birleştirir. İsteğe bağlı termal kaplamaların kullanılması, kızılötesi korumayı genişletir.
Saab Barracuda'nın BMS-ULCAS (Multispektral Ultra Hafif Kamuflaj Ekranı), ana malzemeye tutturulmuş özel bir malzeme kullanır. Malzeme, geniş bant radar algılamasını azaltır ve ayrıca görünür ve kızılötesi frekans aralıklarını daraltır. Her ekran, koruduğu ekipman için özel olarak tasarlanmıştır.
Kamuflaj üniformaları. Gelecekte aktif kamuflaj, gizlenecek nesneyi mekanın şekline uyarlamak için belirleyebilir. Bu teknoloji SAD (Shape Approximation Device) olarak bilinir ve şekil algılama kapasitesini azaltma potansiyeline sahiptir. Tek tip kamuflajın en çarpıcı örneklerinden biri, yalnızca renk değiştirerek değil, aynı zamanda derisinin şeklini ve dokusunu değiştirerek de bulunduğu ortama uyum sağlayabilen ahtapottur.
Termal kamuflaj (örneğin kızılötesi). Düşük emisyon ve difüzyon özelliklerine sahip bir pigment oluşturmak için bir bağlayıcıya gömülü, ortalama 45 mikron çapında gümüş renkli içi boş seramik toplar (senosferler) kullanılarak ısı emisyonunu yayarak çıplak cildin ısı imzasını hafifleten bir malzeme geliştirilmektedir. Mikro boncuklar bir ayna gibi çalışır, çevreleyen alanı ve birbirini yansıtır ve böylece ciltten gelen termal radyasyonu dağıtır.
Multispektral kamuflaj. Bazı kamuflaj sistemleri multispektraldir, yani birden fazla kamuflaj türü için çalışırlar. Örneğin, Saab Barracuda, atış ve yeniden konuşlandırma sırasında topçu parçalarını koruyan bir Yüksek Hareketli Yerleşik Sistem (HMBS) multispektral kamuflaj ürünü geliştirdi. %90'a varan önemli azalmalar mümkündür ve termal radyasyon bastırma, motorların ve jeneratörlerin hızlı başlatma için rölantide kalmasına olanak tanır. Bazı sistemler, askerlerin farklı arazi türlerinde kullanım için çift taraflı kamuflaj giymelerine izin veren çift taraflı kaplamaya sahiptir.
2006'nın sonlarında, BAE Systems, "kamuflaj teknolojisinde ileriye doğru bir sıçrama" olarak tanımlanan şeyi duyurdu, ileri teknolojinin merkezinde "yeni bir aktif gizlilik biçimi icat etti … Bir düğmeye basıldığında, nesneler neredeyse görünmez hale geliyor, karışıyor" onların arka planına." BAE Systems'e göre, geliştirme "şirkete gizli teknolojide on yıllık bir liderlik sağladı ve "gizli" mühendislik dünyasını yeniden tanımlayabilir." Sadece renklerini değiştirmeye değil, aynı zamanda kızılötesi, mikrodalga ve radar profilini değiştirmeye ve nesneleri arka planla birleştirerek onları neredeyse görünmez hale getiren yeni malzemelere dayalı yeni konseptler uygulandı. Bu teknoloji, boya veya yapışkan tabaka gibi ek malzemelerin kullanımına dayanmak yerine yapının içine yerleştirilmiştir. Bu çalışma halihazırda 9 patentin tescil edilmesine yol açmıştır ve imza yönetimi sorunlarına hala benzersiz çözümler sağlayabilir.
Yansıtıcı bir yağmurluk üzerine projeksiyonlu RPT teknolojisine dayalı aktif kamuflaj sistemi
Bir sonraki sınır: dönüşüm optiği
Bu makalede anlatılan ve sahne projeksiyonuna dayanan aktif/uyarlanabilir kamuflaj sistemleri kendi başlarına bilimkurguya oldukça benzer (ve aslında bu "Predator" filminin temeliydi), ancak araştırılan en ileri teknolojinin bir parçası değiller. "görünmezlik örtüsü" arayışı. Gerçekten de, aktif kamuflajla karşılaştırıldığında çok daha etkili ve pratik olacak başka çözümler zaten ana hatlarıyla belirtilmiştir. Dönüşüm optiği olarak bilinen bir fenomene dayanırlar. Yani, görünür ışık da dahil olmak üzere bazı dalga boyları "bükülebilir" ve bir taşı saran su gibi bir nesnenin etrafında akabilir. Sonuç olarak, nesnenin arkasındaki nesneler, sanki ışık boşluktan geçiyormuş gibi görünür hale gelirken, nesnenin kendisi gözden kaybolur. Teoride, dönüşüm optiği nesneleri yalnızca maskelemekle kalmaz, aynı zamanda onları olmadıkları yerde görünür kılar.
Görünmezlik ilkesinin dönüşüm optiği aracılığıyla şematik gösterimi
Bir meta materyalin yapısının sanatsal temsili
Bununla birlikte, bunun olması için, nesne veya alan, elektromanyetik dalgalar tarafından algılanamayan bir perdeleme maddesi kullanılarak maskelenmelidir. Metamalzemeler adı verilen bu araçlar, doğada mevcut olmayan malzeme özelliklerinin bir kombinasyonunu oluşturmak için hücresel yapıları kullanır. Bu yapılar, elektromanyetik dalgaları bir nesnenin etrafına yönlendirebilir ve diğer tarafta görünmelerine neden olabilir.
Bu tür metamalzemelerin arkasındaki genel fikir, negatif kırılmadır. Buna karşılık, tüm doğal malzemeler, bir ortamdan diğerine geçerken ne kadar elektromanyetik dalganın büküldüğünün bir göstergesi olan pozitif bir kırılma indisine sahiptir. Kırılmanın nasıl çalıştığına dair klasik bir örnek: suya batırılmış bir çubuğun bir parçası, su yüzeyinin altında bükülmüş gibi görünüyor. Suyun negatif kırılması olsaydı, çubuğun batık kısmı suyun yüzeyinden dışarı taşardı. Veya başka bir örnek için, su altında yüzen bir balık, su yüzeyinin üzerinde havada hareket ediyor gibi görünebilir.
Ocak 2009'da Duke Üniversitesi tarafından ortaya çıkarılan yeni maskeleme meta malzemesi
Bitmiş bir 3D meta materyalin elektron mikroskobu görüntüsü. Bölünmüş altın nano halka rezonatörleri eşit sıralar halinde düzenlenmiştir
Berkeley'deki California Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından geliştirilen bir meta materyalin (üst ve yan) şematik ve elektron mikroskobu görünümü. Malzeme, gözenekli alümina içine gömülü paralel nanotellerden oluşturulmuştur. Görünür ışık, negatif kırılma olgusuna göre bir malzemeden geçtiğinde, ters yönde sapar.
Bir meta malzemenin negatif kırılma indisine sahip olması için yapısal matrisinin kullanılan elektromanyetik dalganın uzunluğundan küçük olması gerekir. Ek olarak, dielektrik sabiti (bir elektrik alanını iletme yeteneği) ve manyetik geçirgenlik (manyetik alana nasıl tepki verdiği) değerleri negatif olmalıdır. Matematik, metamalzemeler oluşturmak ve malzemenin görünmezliği garanti ettiğini göstermek için gereken parametreleri tasarlamanın ayrılmaz bir parçasıdır. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, 1 mm ila 30 cm arasında değişen daha geniş mikrodalga aralığında dalga boylarıyla çalışırken daha fazla başarı elde edilmiştir. İnsanlar dünyayı, 400 nanometreden (mor ve macenta ışık) ila 700 nanometre (koyu kırmızı ışık).
2006'da metamalzemenin fizibilitesinin ilk gösteriminin ardından, ilk prototip inşa edildiğinde, Duke Üniversitesi'ndeki bir mühendis ekibi Ocak 2009'da geniş bir frekans yelpazesinde gizlemede çok daha gelişmiş yeni bir perdeleme cihazı tipini duyurdu. Bu alandaki en son gelişmeler, metamalzemelerin oluşturulması ve üretimi için yeni bir grup karmaşık algoritmanın geliştirilmesinden kaynaklanmaktadır. Son laboratuvar deneylerinde, bir maskeleme aracıyla düz bir ayna yüzeyindeki bir "çıkıntıya" yönlendirilen bir mikrodalga ışını, yüzeyden sanki hiç çıkıntı yokmuş gibi aynı açıda yansıtılmıştır. Ek olarak, perdeleme ajanı, genellikle bu tür dönüşümlere eşlik eden dağınık ışınların oluşumunu engelledi. Kamuflajın altında yatan fenomen, yolun ilerisinde sıcak bir günde görülen bir serap gibi görünüyor.
Paralel ve gerçekten rekabet eden bir programda, California Üniversitesi bilim adamları 2008 ortalarında, görünür ve yakın kızılötesi spektrumlarda ışığın normal yönünü değiştirebilecek 3 boyutlu materyallere öncülük ettiklerini duyurdular. Araştırmacılar iki farklı yaklaşım izledi. İlk deneyde, birkaç alternatif gümüş ve iletken olmayan magnezyum florür katmanını istiflediler ve toplu bir optik meta malzeme oluşturmak için sözde nanometrik "ağ" desenlerini katmanlara ayırdılar. Negatif kırılma 1500 nanometre dalga boylarında ölçülmüştür. İkinci meta malzeme, gözenekli alümina içine gerilmiş gümüş nanotellerden oluşuyordu; spektrumun kırmızı bölgesinde 660 nanometre dalga boyunda negatif kırılmaya sahipti.
Her iki malzeme de, içlerinden ışık geçerken emilen veya "kaybedilen" enerji miktarı minimum düzeydeyken, negatif kırılma elde etti.
Solda, California Üniversitesi'nde geliştirilen ve görünür spektrumda negatif kırılma indisi elde edebilen ilk 3 boyutlu "ağ" meta malzemesinin şematik bir temsili yer almaktadır. Sağda, taramalı elektron mikroskobundan bitmiş yapının görüntüsü. Aralıklı katmanlar, ışığı geri saptırabilen küçük ana hatlar oluşturur
Yine Ocak 2012'de Stuttgart Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, optik dalga boyları için çok katmanlı, bölünmüş halkalı bir meta malzeme üretiminde ilerleme kaydettiklerini açıkladılar. İstenildiği kadar tekrarlanabilen bu katman katman prosedür, metamalzemelerden iyi hizalanmış üç boyutlu yapılar oluşturma yeteneğine sahiptir. Bu başarının anahtarı, nano-üretim sırasında kuru aşındırma işlemlerine dayanan dayanıklı referanslar ile birleştirilmiş kaba bir nanolitografik yüzey için bir düzlemleştirme (tesviye) yöntemiydi. Sonuç, kesinlikle düz katmanlarla birlikte mükemmel hizalama oldu. Bu yöntem, her katmanda serbest formlu şekillerin üretimi için de uygundur. Böylece daha karmaşık yapılar oluşturmak mümkündür.
Elbette, insan gözünün görebileceği görünür spektrumda çalışabilen metamalzemeler ve ardından örneğin giyim için uygun pratik materyaller oluşturulmadan önce çok daha fazla araştırma gerekebilir. Ancak sadece birkaç temel dalga boyunda çalışan gizleme malzemeleri bile muazzam faydalar sağlayabilir. Örneğin silahları yönlendirmek için kullanılan lazer ışınlarına karşı gece görüş sistemlerini etkisiz hale getirebilir ve nesneleri görünmez hale getirebilirler.
çalışma konsepti
Modern görüntüleme cihazlarına ve seçilen nesneleri neredeyse saydam ve dolayısıyla neredeyse görünmez yapan ekranlara dayalı hafif optoelektronik sistemler önerilmiştir. Bu sistemler, geleneksel kamuflajdan farklı olarak, sahnelerdeki ve ışık koşullarındaki değişikliklere tepki olarak değişebilen görüntüler üretmeleri nedeniyle aktif veya uyarlanabilir kamuflaj sistemleri olarak adlandırılır.
Uyarlanabilir kamuflaj sisteminin ana işlevi, nesnenin arkasındaki sahneyi (arka planı), nesnenin izleyiciye en yakın yüzeyine yansıtmaktır. Başka bir deyişle, konunun arkasındaki sahne (arka plan), konunun önündeki panellerde taşınır ve görüntülenir.
Tipik bir aktif kamuflaj sistemi, büyük olasılıkla, kamufle edilmesi gereken nesnenin tüm görünür yüzeylerini kaplayacak bir tür örtü şeklinde düzenlenmiş esnek düz panel ekranlardan oluşan bir ağ olacaktır. Her ekran paneli, panelin ilerisine yönlendirilecek ve panel alanının küçük bir bölümünü kaplayacak bir aktif piksel sensörü (APS) veya muhtemelen başka bir gelişmiş görüntüleyici içerecektir. "Örtü" ayrıca, her APS'den gelen görüntünün, maskelenen nesnenin karşı tarafındaki ek bir ekran paneline iletileceği bir çapraz bağlı optik fiber ağını destekleyen bir tel çerçeve içerecektir.
Tüm görüntüleme cihazlarının konumu ve yönü, ana görüntüleyici (sensör) tarafından belirlenecek olan bir sensörün konumu ve yönü ile senkronize edilecektir. Yön, ana görüntü sensörü tarafından kontrol edilen bir tesviye aracı tarafından belirlenecektir. Harici bir ışık ölçere bağlı bir merkezi kontrolör, tüm ekran panellerinin parlaklık seviyelerini ortam ışığı koşullarına uyacak şekilde otomatik olarak ayarlayacaktır. Maskelenen nesnenin alt tarafı yapay olarak aydınlatılacak, böylece maskelenen nesnenin yukarıdan görüntüsü zemini doğal olarak aydınlatılmış gibi gösterecek; eğer bu sağlanmazsa, gölgelerin bariz heterojenliği ve ayrıklığı yukarıdan aşağıya bakan gözlemci tarafından görülecektir.
Görüntüleme panelleri, nesnelerin kendilerini değiştirmek zorunda kalmadan çeşitli nesneleri maskelemek için bu panellerin toplamının kullanılabilmesi için boyutlandırılabilir ve yapılandırılabilir. Uyarlanabilir kamuflajın tipik sistemlerinin ve alt sistemlerinin boyutu ve kütlesi tahmin edildi: tipik bir görüntü sensörünün hacmi 15 cm3'ten az olurken, 10 m uzunluğunda, 3 m yüksekliğinde ve 5 m genişliğinde bir nesneyi gizleyen bir sistem, 45 kg'dan az kütle. Gizlenecek nesne bir araç ise, uyarlanabilir kamuflaj sistemi, aracın elektrik sistemi tarafından çalışmasına herhangi bir olumsuz etki olmadan kolayca etkinleştirilebilir.
Askeri teçhizatın uyarlanabilir kamuflajına ilginç bir çözüm BAE Systems'den Adaptive
