تمثيل فني لمركبة قتالية مستقبلية محمية بنظام تمويه نشط
حاليًا ، يتم تنفيذ عمليات استطلاع وتسلل المشاة بتمويه تقليدي مصمم لتمويه جندي باستخدام عنصرين رئيسيين: اللون والنمط (نمط التمويه). ومع ذلك ، أصبحت العمليات العسكرية في البيئات الحضرية أكثر انتشارًا ، حيث يمكن أن يتغير اللون والنمط الأمثل بشكل مستمر ، حتى كل دقيقة. على سبيل المثال ، سيبرز جندي يرتدي زيًا أخضر بوضوح مقابل جدار أبيض. يمكن لنظام التمويه النشط تحديث اللون والنمط باستمرار ، وإخفاء الجندي في بيئته الحالية
تستخدم الطبيعة "أنظمة" تمويه تكيفية نشطة لملايين السنين. هل تستطيع رؤية الحرباء في هذه الصورة؟
تمثيل مبسط لمبدأ تشغيل التمويه النشط التكيفي باستخدام مثال MBT
تقدم هذه المقالة نظرة عامة على أنظمة التمويه النشطة (التكيفية) الحالية والمتوقعة. في حين أن هناك العديد من التطبيقات لهذه الأنظمة ، أو قيد التطوير ، فإن تركيز البحث ينصب على الأنظمة التي يمكن استخدامها في عمليات المشاة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الغرض من هذه الدراسات هو توفير المعلومات المستخدمة لتقييم التطبيق الحالي لأنظمة التمويه النشطة وللمساعدة في تصميم الأنظمة المستقبلية.
التعاريف والمفاهيم الأساسية
يختلف التمويه النشط في الطيف المرئي عن التمويه التقليدي بطريقتين. أولاً ، يستبدل مظهر ما يتم حجبه بمظهر لا يشبه البيئة فقط (مثل التقنيع التقليدي) ، ولكنه يمثل بدقة ما وراء الكائن الذي يتم إخفائه.
ثانيًا ، التمويه النشط يفعل ذلك أيضًا في الوقت الفعلي. من الناحية المثالية ، لا يمكن للتمويه النشط أن يقلد الأشياء القريبة فحسب ، بل يمكنه أيضًا محاكاة الأشياء البعيدة ، ربما حتى الأفق ، مما يخلق تمويهًا بصريًا مثاليًا. يمكن استخدام التمويه البصري النشط لتعطيل قدرة العين البشرية وأجهزة الاستشعار البصرية على التعرف على وجود الأهداف.
هناك العديد من الأمثلة على أنظمة التمويه النشطة في الخيال ، وغالبًا ما يختار المطورون اسمًا لتقنية بناءً على بعض المصطلحات والأسماء من الخيال. يشيرون عمومًا إلى التمويه النشط الكامل (أي الاختفاء التام) ولا يشيرون إلى قدرات التمويه الجزئي النشط أو التمويه النشط للعمليات الخاصة أو أي من التطورات التكنولوجية الحالية في العالم الحقيقي. ومع ذلك ، فإن التخفي الكامل سيكون بالتأكيد مفيدًا لعمليات المشاة ، مثل عمليات الاستطلاع والتسلل.
يستخدم التمويه ليس فقط في الطيف البصري ، ولكن أيضًا في الصوتيات (على سبيل المثال ، السونار) ، والطيف الكهرومغناطيسي (على سبيل المثال ، الرادار) ، والمجال الحراري (على سبيل المثال ، الأشعة تحت الحمراء) ولتغيير شكل الجسم. تم تطوير تقنيات التمويه ، بما في ذلك بعض وسائل التمويه النشطة ، إلى حد معين لجميع هذه الأنواع ، وخاصة للمركبات (البرية والبحرية والجوية).في حين أن هذا العمل يتعلق في المقام الأول بالتمويه البصري لجندي المشاة الراحل ، فمن المفيد أن نذكر بإيجاز الحلول في مجالات أخرى ، حيث يمكن نقل بعض الأفكار التكنولوجية إلى الطيف المرئي.
التمويه البصري. يتكون التمويه البصري من الشكل والسطح واللمعان والصورة الظلية والظل والموضع والحركة. يمكن لنظام التمويه النشط أن يحتوي على كل هذه الجوانب. تركز هذه المقالة على التمويه البصري النشط ، لذلك يتم تفصيل هذه الأنظمة في الأقسام الفرعية التالية.
التمويه الصوتي (مثل السونار). منذ الأربعينيات من القرن الماضي ، جربت العديد من البلدان أسطح امتصاص الصوت لتقليل انعكاسات السونار للغواصات. تقنيات التشويش على البندقية هي نوع من التمويه الصوتي. بالإضافة إلى ذلك ، يعد إلغاء الضوضاء النشط اتجاهًا جديدًا يمكن أن يتطور إلى تمويه صوتي. سماعات إلغاء الضوضاء النشطة متاحة حاليًا للمستهلك. يتم تطوير ما يسمى بأنظمة إخماد الضوضاء النشطة في المجال القريب ، والتي يتم وضعها في المجال الصوتي القريب لتقليل الضوضاء النغمية للمراوح بشكل أساسي. من المتوقع أن يتم تطوير أنظمة واعدة للمجالات الصوتية بعيدة المدى لإخفاء تصرفات المشاة.
التمويه الكهرومغناطيسي (مثل الرادار). تجمع شبكات التمويه بالرادار بين الطلاءات الخاصة وتكنولوجيا الألياف الدقيقة لتوفير توهين رادار عريض النطاق يزيد عن 12 ديسيبل. يوسع استخدام الطلاءات الحرارية الاختيارية حماية الأشعة تحت الحمراء.
تستخدم BMS-ULCAS (شاشة التمويه متعددة الأطياف فائقة الخفة) من Saab Barracuda مادة خاصة متصلة بالمواد الأساسية. تقلل المادة من اكتشاف رادار النطاق العريض ، وتضيق أيضًا نطاقات التردد المرئي والأشعة تحت الحمراء. تم تصميم كل شاشة خصيصًا للمعدات التي تحميها.
زي التمويه. في المستقبل ، يمكن للتمويه النشط تحديد الكائن المراد تغطيته من أجل تكييفه مع شكل الفضاء. تُعرف هذه التقنية باسم SAD (جهاز تقريب الشكل) ولديها القدرة على تقليل القدرة على اكتشاف الشكل. يعد الأخطبوط أحد أكثر الأمثلة إقناعًا للتمويه المنتظم ، حيث يمكن أن يندمج مع محيطه ليس فقط عن طريق تغيير اللون ، ولكن أيضًا عن طريق تغيير شكل وملمس جلده.
التمويه الحراري (مثل الأشعة تحت الحمراء). يتم تطوير مادة تخفف من توقيع الحرارة للجلد العاري عن طريق نشر انبعاث الحرارة باستخدام كرات خزفية مجوفة مطلية بالفضة (senospheres) ، يبلغ متوسط قطرها 45 ميكرون ، مدمجة في مادة رابطة لتكوين صبغة ذات خصائص انبعاث وانتشار منخفضة. تعمل الميكروبيدات مثل المرآة ، حيث تعكس المساحة المحيطة وبعضها البعض ، وبالتالي توزع الإشعاع الحراري من الجلد.
التمويه متعدد الأطياف. بعض أنظمة التمويه متعددة الأطياف ، مما يعني أنها تعمل لأكثر من نوع تمويه. على سبيل المثال ، طور Saab Barracuda منتج تمويه متعدد الأطياف على متن النظام عالي الحركة (HMBS) يحمي قطع المدفعية أثناء إطلاق النار وإعادة الانتشار. من الممكن إجراء تخفيضات في التوقيع تصل إلى 90٪ ، كما أن إخماد الإشعاع الحراري يسمح للمحركات والمولدات بالتوقف عن العمل لبدء التشغيل السريع. تحتوي بعض الأنظمة على طلاء على الوجهين ، والذي يسمح للجنود بارتداء تمويه على الوجهين للاستخدام في أنواع مختلفة من التضاريس.
في أواخر عام 2006 ، أعلنت شركة BAE Systems عن ما وصف بأنه "قفزة إلى الأمام في تقنية التمويه" ، حيث اخترعت في مركز التكنولوجيا المتقدمة "شكلًا جديدًا من التخفي النشط … بضغطة زر ، تصبح الأشياء غير مرئية تقريبًا ، وتمزج في خلفيتهم ". وفقًا لشركة BAE Systems ، فإن التطوير "منح الشركة عقدًا من الريادة في تكنولوجيا التخفي ويمكن أن يعيد تعريف عالم الهندسة" الخفية ". تم تنفيذ مفاهيم جديدة بناءً على مواد جديدة ، والتي لا تسمح فقط بتغيير ألوانها ، ولكن أيضًا تحويل ملف تعريف الأشعة تحت الحمراء والميكروويف والرادار ودمج الكائنات مع الخلفية ، مما يجعلها غير مرئية تقريبًا. تم دمج هذه التقنية في الهيكل نفسه بدلاً من الاعتماد على استخدام مواد إضافية ، مثل الطلاء أو الطبقة اللاصقة. وقد أدى هذا العمل بالفعل إلى تسجيل 9 براءات اختراع وربما لا يزال يوفر حلولًا فريدة لمشاكل إدارة التوقيع.
نظام تمويه نشط يعتمد على تقنية RPT مع الإسقاط على معطف واق من المطر العاكس
الحدود التالية: بصريات التحول
إن أنظمة التمويه النشطة / التكيفية الموضحة في هذه المقالة والتي تستند إلى إسقاط المشهد تشبه تمامًا الخيال العلمي في حد ذاتها (وكان هذا بالفعل أساس فيلم "Predator") ، ولكنها ليست جزءًا من أكثر التقنيات تقدمًا التي تم البحث عنها في البحث عن "كفن الخفاء". في الواقع ، تم تحديد حلول أخرى بالفعل ، والتي ستكون أكثر فعالية وعملية مقارنة بالتمويه النشط. إنها تستند إلى ظاهرة تعرف باسم بصريات التحويل. وهذا يعني أن بعض الأطوال الموجية ، بما في ذلك الضوء المرئي ، يمكن أن "تنثني" وتتدفق حول جسم مثل الماء الذي يغلف الحجر. نتيجة لذلك ، تصبح الكائنات الموجودة خلف الكائن مرئية ، كما لو كان الضوء يمر عبر مساحة فارغة ، بينما يختفي الكائن نفسه عن الأنظار. من الناحية النظرية ، لا يمكن لبصريات التحويل أن تخفي الأشياء فحسب ، بل تجعلها مرئية في الأماكن التي لا تكون فيها كذلك.
التمثيل التخطيطي لمبدأ الخفاء عن طريق البصريات التحويلية
التمثيل الفني لهيكل المادة الخارقة
ومع ذلك ، لكي يحدث هذا ، يجب إخفاء الكائن أو المنطقة باستخدام عامل إخفاء ، والذي يجب أن يكون هو نفسه غير قابل للكشف عن الموجات الكهرومغناطيسية. تستخدم هذه الأدوات ، التي تسمى المواد الخارقة ، الهياكل الخلوية لإنشاء مجموعة من الخصائص المادية غير المتوفرة في الطبيعة. يمكن لهذه الهياكل أن توجه الموجات الكهرومغناطيسية حول جسم ما وتتسبب في ظهورها على الجانب الآخر.
الفكرة العامة وراء هذه المواد الخارقة هي الانكسار السلبي. في المقابل ، تحتوي جميع المواد الطبيعية على مؤشر انكسار موجب ، وهو مؤشر على مقدار انحناء الموجات الكهرومغناطيسية أثناء مرورها من وسط إلى آخر. رسم توضيحي كلاسيكي لكيفية عمل الانكسار: يبدو أن جزءًا من عصا مغمورة في الماء منحني تحت سطح الماء. إذا كان للماء انكسار سلبي ، فإن الجزء المغمور من العصا ، على العكس من ذلك ، سوف يبرز من سطح الماء. أو ، على سبيل المثال ، يبدو أن سمكة تسبح تحت الماء تتحرك في الهواء فوق سطح الماء.
كشفت جامعة ديوك عن مادة خارقة جديدة في يناير 2009
صورة بالمجهر الإلكتروني لمادة خارقة ثلاثية الأبعاد منتهية. يتم ترتيب رنانات الرنانات النانوية الذهبية المقسمة في صفوف متساوية
عرض تخطيطي ومجهر إلكتروني للمادة الخارقة (العلوية والجانبية) التي طورها باحثون في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي. تتكون المادة من أسلاك نانوية متوازية مدمجة داخل الألومينا المسامية.عندما يمر الضوء المرئي عبر مادة ما وفقًا لظاهرة الانكسار السلبي ، فإنه ينحرف في الاتجاه المعاكس.
من أجل أن يكون للمادة الفوقية معامل انكسار سالب ، يجب أن تكون مصفوفتها الهيكلية أقل من طول الموجة الكهرومغناطيسية المستخدمة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون قيم ثابت العزل (القدرة على نقل مجال كهربائي) والنفاذية المغناطيسية (كيف يتفاعل مع المجال المغناطيسي) سالبة. تعتبر الرياضيات جزءًا لا يتجزأ من تصميم المعلمات اللازمة لإنشاء المواد الخارقة وإثبات أن المادة تضمن الاختفاء. مما لا يثير الدهشة ، أنه تم تحقيق المزيد من النجاح عند العمل بأطوال موجية في نطاق الموجات الدقيقة الأوسع ، والذي يتراوح من 1 مم إلى 30 سم ، ويرى الناس العالم في نطاق ضيق من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، المعروف باسم الضوء المرئي ، بأطوال موجية من 400 نانومتر (بنفسجي) وضوء أرجواني) حتى 700 نانومتر (ضوء أحمر غامق).
بعد العرض الأول لجدوى المادة الخارقة في عام 2006 ، عندما تم بناء النموذج الأولي الأول ، أعلن فريق من المهندسين في جامعة ديوك في يناير 2009 عن نوع جديد من أجهزة الإخفاء ، أكثر تقدمًا في إخفاء الهوية عبر مجموعة واسعة من الترددات. ترجع أحدث التطورات في هذا المجال إلى تطوير مجموعة جديدة من الخوارزميات المعقدة لإنشاء وإنتاج المواد الخارقة. في التجارب المعملية الحديثة ، انعكست شعاع من الموجات الدقيقة الموجهة من خلال وسيلة إخفاء إلى "انتفاخ" على سطح مرآة مستو من السطح بنفس الزاوية كما لو لم يكن هناك انتفاخ. بالإضافة إلى ذلك ، منع عامل إخفاء الهوية من تكون الحزم المتناثرة ، المصاحبة عادة لمثل هذه التحولات. الظاهرة الكامنة وراء التمويه تشبه السراب الذي شوهد في يوم حار قبل الطريق.
في برنامج موازٍ ومنافس حقًا ، أعلن علماء جامعة كاليفورنيا في منتصف عام 2008 أنهم ابتكروا موادًا ثلاثية الأبعاد يمكن أن تغير الاتجاه الطبيعي للضوء في أطياف الأشعة تحت الحمراء المرئية والقريبة. اتبع الباحثون نهجين متميزين. في التجربة الأولى ، قاموا بتكديس عدة طبقات متناوبة من الفضة وفلوريد المغنيسيوم غير الموصلة وقصوا ما يسمى بأنماط "الشبكة" النانومترية إلى طبقات لإنشاء مادة خارقة بصرية كبيرة. تم قياس الانكسار السلبي بأطوال موجية 1500 نانومتر. وتتكون المادة الفوقية الثانية من أسلاك نانوية فضية ممتدة داخل الألومينا المسامية ؛ كان له انكسار سلبي عند أطوال موجية 660 نانومتر في المنطقة الحمراء من الطيف.
حققت كلتا المادتين انكسارًا سلبيًا ، حيث كانت كمية الطاقة الممتصة أو "المفقودة" أثناء مرور الضوء من خلالها ضئيلة.
اليسار هو تمثيل تخطيطي لأول مادة خارقة ثلاثية الأبعاد "شبكة" تم تطويرها في جامعة كاليفورنيا والتي يمكنها تحقيق معامل الانكسار السالب في الطيف المرئي. على اليمين صورة الهيكل النهائي من المجهر الإلكتروني الماسح. تشكل الطبقات المتقطعة حدودًا صغيرة يمكنها تحويل الضوء للخلف
أيضًا في يناير 2012 ، أعلن باحثون في جامعة شتوتغارت أنهم أحرزوا تقدمًا في تصنيع مادة خارقة متعددة الطبقات ومقسمة الحلقة للأطوال الموجية الضوئية. إن إجراء طبقة تلو طبقة ، والذي يمكن تكراره عدة مرات حسب الرغبة ، قادر على إنشاء هياكل ثلاثية الأبعاد جيدة المحاذاة من المواد الخارقة. كان مفتاح هذا النجاح هو طريقة التسوية (التسوية) لسطح نانوليثوغرافي خشن جنبًا إلى جنب مع fiducials متينة تتحمل عمليات الحفر الجافة أثناء التصنيع بالنانو.كانت النتيجة محاذاة مثالية مع طبقات مسطحة تمامًا. هذه الطريقة مناسبة أيضًا لإنتاج أشكال حرة في كل طبقة. وبالتالي ، من الممكن إنشاء هياكل أكثر تعقيدًا.
بالتأكيد ، قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من البحث قبل إنشاء المواد الخارقة التي يمكن أن تعمل في الطيف المرئي ، حيث يمكن للعين البشرية أن ترى ، ثم المواد العملية المناسبة ، على سبيل المثال ، للملابس. ولكن حتى مواد الحجب التي تعمل عند عدد قليل من الأطوال الموجية الأساسية يمكن أن تقدم فوائد هائلة. يمكنهم جعل أنظمة الرؤية الليلية غير فعالة والأشياء غير مرئية ، على سبيل المثال ، لأشعة الليزر المستخدمة لتوجيه الأسلحة.
مفهوم العمل
تم اقتراح أنظمة إلكترونية ضوئية خفيفة الوزن استنادًا إلى أجهزة وشاشات التصوير الحديثة التي تجعل الكائنات المختارة شبه شفافة وبالتالي غير مرئية تقريبًا. تسمى هذه الأنظمة أنظمة التمويه النشطة أو التكيفية نظرًا لحقيقة أنها ، بخلاف التمويه التقليدي ، تولد صورًا يمكن أن تتغير استجابة للتغيرات في المشاهد وظروف الإضاءة.
تتمثل الوظيفة الرئيسية لنظام التمويه التكيفي في عرض المشهد (الخلفية) خلف الكائن على سطح الكائن الأقرب إلى العارض. بمعنى آخر ، يتم نقل المشهد (الخلفية) خلف الموضوع وعرضه في لوحات أمام الموضوع.
من المرجح أن يكون نظام التمويه النشط النموذجي عبارة عن شبكة من شاشات العرض المسطحة المرنة المرتبة على شكل نوع من البطانيات التي ستغطي جميع الأسطح المرئية للكائن التي تحتاج إلى التمويه. ستحتوي كل لوحة عرض على مستشعر بكسل نشط (APS) ، أو ربما جهاز تصوير متقدم آخر ، والذي سيتم توجيهه إلى الأمام من اللوحة وسيشغل جزءًا صغيرًا من منطقة اللوحة. سيحتوي "الغطاء" أيضًا على إطار سلكي يدعم شبكة من الألياف الضوئية المتشابكة يتم من خلالها نقل الصورة من كل APS إلى لوحة عرض إضافية على الجانب الآخر من الكائن المقنع.
سيتم مزامنة موضع واتجاه جميع أجهزة التصوير مع موضع واتجاه مستشعر واحد ، والذي سيتم تحديده بواسطة جهاز التصوير الرئيسي (المستشعر). سيتم تحديد الاتجاه بواسطة أداة تسوية يتم التحكم فيها بواسطة مستشعر الصورة الرئيسي. ستعمل وحدة التحكم المركزية المتصلة بمقياس الضوء الخارجي تلقائيًا على ضبط مستويات السطوع لجميع لوحات العرض لتتناسب مع ظروف الإضاءة المحيطة. سيتم إضاءة الجانب السفلي من الكائن المقنع بشكل مصطنع بحيث تظهر صورة الكائن المقنع من الأعلى الأرض كما لو كانت مضاءة بشكل طبيعي ؛ إذا لم يتم تحقيق ذلك ، فسيكون عدم التجانس الواضح والتمييز في الظلال مرئيًا للمراقب الذي ينظر من أعلى إلى أسفل.
يمكن ضبط حجم لوحات العرض وتكوينها بحيث يمكن استخدام إجمالي هذه اللوحات لإخفاء كائنات مختلفة دون الحاجة إلى تعديل الكائنات نفسها. تم تقدير حجم وكتلة الأنظمة النموذجية والأنظمة الفرعية للتمويه التكيفي: سيكون حجم مستشعر الصورة النموذجي أقل من 15 سم 3 ، في حين أن النظام الذي يخفي كائنًا بطول 10 أمتار وارتفاع 3 أمتار وعرضه 5 أمتار كتلة أقل من 45 كجم. إذا كان الجسم المراد تغطيته عبارة عن مركبة ، فيمكن تنشيط نظام التمويه التكيفي بسهولة عن طريق النظام الكهربائي للمركبة دون أي تأثير سلبي على تشغيله.
حل مثير للاهتمام للتمويه التكيفي للمعدات العسكرية Adaptive من BAE Systems
