Representasi artistik dari kendaraan tempur masa depan yang dilindungi oleh sistem kamuflase aktif
Saat ini, operasi pengintaian dan infiltrasi infanteri dilakukan dengan kamuflase konvensional yang dirancang untuk menyamarkan seorang prajurit dengan menggunakan dua elemen utama: warna dan pola (corak kamuflase). Namun, operasi militer di lingkungan perkotaan menjadi lebih umum, di mana warna dan pola yang optimal dapat berubah terus menerus, bahkan setiap menit. Misalnya, seorang prajurit yang mengenakan seragam hijau akan terlihat jelas di dinding putih. Sistem kamuflase aktif dapat terus memperbarui warna dan pola, menyembunyikan prajurit di lingkungannya saat ini
Alam telah menggunakan "sistem" kamuflase adaptif aktif selama jutaan tahun. Bisakah Anda melihat bunglon di foto ini?
Representasi sederhana dari prinsip operasi kamuflase adaptif aktif menggunakan contoh MBT
Artikel ini memberikan gambaran umum tentang sistem kamuflase aktif (adaptif) saat ini 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. Selain itu, tujuan dari studi ini adalah untuk memberikan informasi yang digunakan untuk menilai penerapan sistem kamuflase aktif saat ini dan untuk membantu merancang yang akan datang.
Definisi dan konsep dasar
Kamuflase aktif dalam spektrum tampak berbeda dari kamuflase konvensional dalam dua cara. Pertama, menggantikan penampilan dari apa yang sedang ditutupi dengan penampilan yang tidak hanya menyerupai lingkungan (seperti topeng tradisional), tetapi secara akurat mewakili apa yang ada di balik objek yang ditutupi.
Kedua, kamuflase aktif juga melakukan ini secara real time. Idealnya, kamuflase aktif tidak hanya dapat meniru objek terdekat, tetapi juga objek yang jauh, mungkin sejauh cakrawala, menciptakan kamuflase visual yang sempurna. Kamuflase aktif visual dapat digunakan untuk menonaktifkan kemampuan mata manusia dan sensor optik untuk mengenali keberadaan target.
Ada banyak contoh sistem kamuflase aktif dalam fiksi, dan pengembang sering memilih nama untuk teknologi berdasarkan beberapa istilah dan nama dari fiksi. Mereka umumnya mengacu pada kamuflase aktif penuh (yaitu tembus pandang lengkap) dan tidak mengacu pada kemampuan kamuflase aktif parsial, kamuflase aktif untuk operasi khusus, atau kemajuan teknologi dunia nyata saat ini. Namun, invisibility lengkap tentu akan berguna untuk operasi infanteri, seperti operasi pengintaian dan infiltrasi.
Kamuflase digunakan tidak hanya dalam spektrum visual, tetapi juga dalam akustik (misalnya, sonar), spektrum elektromagnetik (misalnya, radar), medan termal (misalnya, radiasi inframerah) dan untuk mengubah bentuk suatu objek. Teknologi kamuflase, termasuk beberapa kamuflase aktif, telah dikembangkan sampai batas tertentu untuk semua jenis ini, terutama untuk kendaraan (darat, laut dan udara). Sementara pekerjaan ini terutama berhubungan dengan kamuflase visual untuk seorang prajurit infanteri yang turun, akan sangat berguna untuk menyebutkan secara singkat solusi di bidang lain, karena beberapa ide teknologi dapat dibawa ke spektrum yang terlihat.
Kamuflase visual. Kamuflase visual terdiri dari bentuk, permukaan, kilap, siluet, bayangan, posisi, dan gerakan. Sistem kamuflase aktif dapat memuat semua aspek ini. Artikel ini berfokus pada kamuflase aktif visual, sehingga sistem ini dirinci dalam subbagian berikut.
Kamuflase akustik (misalnya sonar). Sejak 1940-an, banyak negara telah bereksperimen dengan permukaan penyerap suara untuk mengurangi pantulan sonar kapal selam. Teknologi gun jamming adalah jenis kamuflase akustik. Selain itu, pembatalan bising aktif adalah tren baru yang berpotensi berkembang menjadi kamuflase akustik. Headphone peredam bising aktif saat ini tersedia untuk konsumen. Sistem yang disebut Near-Field Active Noise Suppression sedang dikembangkan, yang ditempatkan di medan dekat akustik untuk secara aktif meminimalkan, terutama, kebisingan tonal dari baling-baling. Diperkirakan bahwa sistem yang menjanjikan untuk medan akustik jarak jauh dapat dikembangkan untuk menutupi tindakan infanteri.
Kamuflase elektromagnetik (seperti radar). Jaring kamuflase radar menggabungkan lapisan khusus dan teknologi microfiber untuk memberikan redaman radar broadband lebih dari 12 dB. Penggunaan lapisan termal opsional memperluas perlindungan inframerah.
BMS-ULCAS (Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen) dari Saab Barracuda menggunakan bahan khusus yang dilekatkan pada bahan dasarnya. Materi mengurangi deteksi radar broadband, dan juga mempersempit rentang frekuensi terlihat dan inframerah. Setiap layar dirancang khusus untuk peralatan yang dilindunginya.
Seragam kamuflase. Di masa depan, kamuflase aktif dapat menentukan objek yang akan diselimuti untuk menyesuaikannya dengan bentuk ruang. Teknologi ini dikenal sebagai SAD (Shape Approximation Device) dan berpotensi mengurangi kemampuan pendeteksian bentuk. Salah satu contoh kamuflase seragam yang paling menarik adalah gurita, yang dapat berbaur dengan lingkungannya tidak hanya dengan mengubah warna, tetapi juga dengan mengubah bentuk dan tekstur kulitnya.
Kamuflase termal (misalnya inframerah). Sebuah bahan sedang dikembangkan yang melemahkan tanda panas kulit telanjang dengan menyebarkan emisi panas menggunakan bola keramik berongga perak (senospheres), rata-rata berdiameter 45 mikron, tertanam dalam pengikat untuk membuat pigmen dengan emisi rendah dan sifat difusi. Microbeads bekerja seperti cermin, memantulkan ruang di sekitarnya dan satu sama lain, dan dengan demikian mendistribusikan radiasi termal dari kulit.
Kamuflase multispektral. Beberapa sistem kamuflase bersifat multispektral, artinya mereka bekerja untuk lebih dari satu jenis kamuflase. Misalnya, Saab Barracuda telah mengembangkan produk kamuflase multispektral High Mobility on-Board System (HMBS) yang melindungi artileri selama penembakan dan pemindahan. Pengurangan tanda tangan hingga 90% dimungkinkan, dan penekanan radiasi termal memungkinkan engine dan generator idle untuk start-up cepat. Beberapa sistem memiliki lapisan dua sisi, yang memungkinkan tentara memakai kamuflase dua sisi untuk digunakan di berbagai jenis medan.
Pada akhir tahun 2006, BAE Systems mengumumkan apa yang digambarkan sebagai "lompatan maju dalam teknologi kamuflase," di pusat teknologi canggihnya ditemukan "bentuk baru siluman aktif … Dengan menekan sebuah tombol, objek menjadi hampir tidak terlihat, menyatu ke latar belakang mereka." Menurut BAE Systems, pengembangan "memberi perusahaan satu dekade kepemimpinan dalam teknologi siluman dan dapat mendefinisikan kembali dunia rekayasa 'siluman'." Konsep baru diterapkan berdasarkan bahan baru, yang memungkinkan tidak hanya mengubah warnanya, tetapi juga menggeser profil inframerah, gelombang mikro, dan radar serta menggabungkan objek dengan latar belakang, yang membuatnya hampir tidak terlihat. Teknologi ini dibangun ke dalam struktur itu sendiri daripada berdasarkan penggunaan bahan tambahan, seperti cat atau lapisan perekat. Pekerjaan ini telah menghasilkan pendaftaran 9 paten dan mungkin masih memberikan solusi unik untuk masalah manajemen tanda tangan.
Sistem kamuflase aktif berdasarkan teknologi RPT dengan proyeksi ke jas hujan reflektif
Perbatasan berikutnya: optik transformasi
Sistem kamuflase aktif / adaptif yang dijelaskan dalam artikel ini dan berdasarkan proyeksi adegan sangat mirip dengan fiksi ilmiah itu sendiri (dan memang ini adalah dasar dari film "Predator"), tetapi mereka bukan bagian dari teknologi paling canggih yang diteliti di pencarian " kafan tembus pandang ". Memang, solusi lain sudah diuraikan, yang akan jauh lebih efektif dan praktis dibandingkan dengan kamuflase aktif. Mereka didasarkan pada fenomena yang dikenal sebagai optik transformasi. Artinya, beberapa panjang gelombang, termasuk cahaya tampak, dapat "ditekuk" dan mengalir di sekitar objek seperti air yang menyelimuti batu. Akibatnya, objek di belakang objek menjadi terlihat, seolah-olah cahaya melewati ruang kosong, sedangkan objek itu sendiri menghilang dari pandangan. Secara teori, optik transformasi tidak hanya dapat menutupi objek, tetapi juga membuatnya terlihat di tempat yang tidak.
Representasi skematis dari prinsip tembus pandang melalui optik transformasi
Representasi artistik dari struktur metamaterial
Namun, agar hal ini terjadi, objek atau area tersebut harus ditutup menggunakan bahan penyelubung, yang harus tidak terdeteksi oleh gelombang elektromagnetik. Alat-alat ini, yang disebut metamaterial, menggunakan struktur seluler untuk membuat kombinasi karakteristik material yang tidak tersedia di alam. Struktur ini dapat mengarahkan gelombang elektromagnetik di sekitar objek dan menyebabkannya muncul di sisi lain.
Gagasan umum di balik metamaterial semacam itu adalah pembiasan negatif. Sebaliknya, semua bahan alami memiliki indeks bias positif, indikator berapa banyak gelombang elektromagnetik yang dibelokkan saat berpindah dari satu medium ke medium lainnya. Ilustrasi klasik tentang cara kerja pembiasan: bagian tongkat yang dicelupkan ke dalam air tampak bengkok di bawah permukaan air. Jika air memiliki pembiasan negatif, bagian tongkat yang terendam, sebaliknya, akan menonjol dari permukaan air. Atau, contoh lain, seekor ikan yang berenang di bawah air akan tampak bergerak di udara di atas permukaan air.
Metamaterial masking baru diungkapkan oleh Duke University pada Januari 2009
Gambar mikroskop elektron dari metamaterial 3D jadi. Split resonator nanorings emas diatur dalam baris genap
Tampilan mikroskop skema dan elektron dari metamaterial (atas dan samping) yang dikembangkan oleh para peneliti di University of California, Berkeley. Bahannya terbentuk dari kawat nano paralel yang tertanam di dalam alumina berpori. Ketika cahaya tampak melewati bahan sesuai dengan fenomena pembiasan negatif, itu dibelokkan ke arah yang berlawanan.
Agar suatu metamaterial memiliki indeks bias negatif, matriks strukturalnya harus lebih kecil dari panjang gelombang elektromagnetik yang digunakan. Selain itu, nilai konstanta dielektrik (kemampuan untuk mentransmisikan medan listrik) dan permeabilitas magnetik (bagaimana bereaksi terhadap medan magnet) harus negatif. Matematika merupakan bagian integral untuk merancang parameter yang diperlukan untuk membuat metamaterial dan menunjukkan bahwa materi menjamin tembus pandang. Tidak mengherankan, lebih banyak keberhasilan telah dicapai ketika bekerja dengan panjang gelombang dalam rentang gelombang mikro yang lebih luas, yang berkisar dari 1 mm hingga 30 cm. Orang-orang melihat dunia dalam rentang radiasi elektromagnetik yang sempit, yang dikenal sebagai cahaya tampak, dengan panjang gelombang dari 400 nanometer (violet). dan cahaya magenta) hingga 700 nanometer (lampu merah tua).
Setelah demonstrasi pertama kelayakan metamaterial pada tahun 2006, ketika prototipe pertama dibangun, tim insinyur di Duke University mengumumkan pada Januari 2009 jenis perangkat penyelubungan baru, yang jauh lebih canggih dalam penyelubungan di spektrum frekuensi yang luas. Kemajuan terbaru di bidang ini adalah karena pengembangan kelompok baru algoritma kompleks untuk pembuatan dan produksi metamaterial. Dalam percobaan laboratorium baru-baru ini, seberkas gelombang mikro yang diarahkan melalui alat penyamaran ke "tonjolan" pada permukaan cermin datar dipantulkan dari permukaan pada sudut yang sama seolah-olah tidak ada tonjolan. Selain itu, agen penyelubung mencegah pembentukan balok tersebar, biasanya menyertai transformasi tersebut. Fenomena yang mendasari kamuflase tersebut menyerupai fatamorgana yang terlihat pada hari yang panas di depan jalan.
Dalam program paralel dan benar-benar bersaing, para ilmuwan University of California mengumumkan pada pertengahan 2008 bahwa mereka telah memelopori bahan 3-D yang dapat mengubah arah normal cahaya dalam spektrum inframerah tampak dan dekat. Para peneliti mengikuti dua pendekatan yang berbeda. Dalam percobaan pertama, mereka menumpuk beberapa lapisan perak dan magnesium fluorida non-konduktif bergantian dan memotong apa yang disebut pola "jaring" nanometrik menjadi lapisan untuk membuat metamaterial optik massal. Refraksi negatif diukur pada panjang gelombang 1500 nanometer. Metamaterial kedua terdiri dari kawat nano perak yang direntangkan di dalam alumina berpori; itu memiliki pembiasan negatif pada panjang gelombang 660 nanometer di wilayah merah spektrum.
Kedua bahan mencapai pembiasan negatif, dengan jumlah energi yang diserap atau "hilang" saat cahaya melewatinya adalah minimal.
Kiri adalah representasi skema dari metamaterial "jaring" 3-D pertama yang dikembangkan di University of California yang dapat mencapai indeks bias negatif dalam spektrum yang terlihat. Di sebelah kanan adalah gambar struktur jadi dari mikroskop elektron pemindaian. Lapisan terputus-putus membentuk garis kecil yang dapat membelokkan cahaya kembali
Juga pada Januari 2012, para peneliti di University of Stuttgart mengumumkan bahwa mereka telah membuat kemajuan dalam fabrikasi multi-lapisan, metamaterial cincin-terpisah untuk panjang gelombang optik. Prosedur lapis demi lapis ini, yang dapat diulang sebanyak yang diinginkan, mampu menciptakan struktur tiga dimensi yang selaras dari metamaterial. Kunci keberhasilan ini adalah metode planarisasi (perataan) untuk permukaan nanolitografis kasar yang dikombinasikan dengan fidusia tahan lama yang tahan terhadap proses etsa kering selama pembuatan nano. Hasilnya adalah keselarasan sempurna bersama dengan lapisan yang benar-benar rata. Metode ini juga cocok untuk produksi bentuk bentuk bebas di setiap lapisan. Dengan demikian, dimungkinkan untuk membuat struktur yang lebih kompleks.
Tentu saja, lebih banyak penelitian mungkin diperlukan sebelum metamaterials dapat dibuat yang dapat bekerja dalam spektrum yang terlihat, di mana mata manusia dapat melihat, dan kemudian bahan-bahan praktis yang cocok, misalnya, untuk pakaian. Tetapi bahkan bahan penyelubung yang beroperasi hanya pada beberapa panjang gelombang dasar dapat menawarkan manfaat yang luar biasa. Mereka dapat membuat sistem penglihatan malam tidak efektif dan objek tidak terlihat, misalnya, ke sinar laser yang digunakan untuk memandu senjata.
Konsep kerja
Sistem optoelektronik ringan telah diusulkan berdasarkan perangkat pencitraan modern dan tampilan yang membuat objek yang dipilih hampir transparan dan dengan demikian hampir tidak terlihat. Sistem ini disebut sistem kamuflase aktif atau adaptif karena faktanya, tidak seperti kamuflase tradisional, sistem ini menghasilkan gambar yang dapat berubah sebagai respons terhadap perubahan pemandangan dan kondisi pencahayaan.
Fungsi utama dari sistem kamuflase adaptif adalah untuk memproyeksikan pemandangan (latar belakang) di belakang objek ke permukaan objek yang paling dekat dengan pemirsa. Dengan kata lain, pemandangan (latar belakang) di belakang subjek diangkut dan ditampilkan dalam panel di depan subjek.
Sistem kamuflase aktif yang khas kemungkinan besar akan menjadi jaringan tampilan panel datar fleksibel yang diatur dalam bentuk semacam selimut yang akan menutupi semua permukaan yang terlihat dari objek yang perlu disamarkan. Setiap panel tampilan akan berisi sensor piksel aktif (APS), atau mungkin pencitra lanjutan lainnya, yang akan diarahkan ke depan panel dan akan mengambil sebagian kecil area panel. "Selimut" juga akan berisi bingkai kawat yang mendukung jaringan serat optik yang saling terkait di mana gambar dari setiap APS akan ditransmisikan ke panel tampilan tambahan di sisi berlawanan dari objek bertopeng.
Posisi dan orientasi semua perangkat pencitraan akan disinkronkan dengan posisi dan orientasi satu sensor, yang akan ditentukan oleh imager utama (sensor). Orientasi akan ditentukan oleh alat leveling yang dikendalikan oleh sensor gambar utama. Kontroler pusat yang terhubung ke pengukur cahaya eksternal akan secara otomatis menyesuaikan tingkat kecerahan semua panel tampilan agar sesuai dengan kondisi cahaya sekitar. Bagian bawah objek bertopeng akan diterangi secara artifisial sehingga gambar objek bertopeng dari atas menunjukkan tanah seolah-olah diterangi secara alami; jika ini tidak tercapai, maka heterogenitas dan diskrititas bayangan yang jelas akan terlihat oleh pengamat yang melihat dari atas ke bawah.
Panel tampilan dapat diatur ukurannya dan dikonfigurasi sehingga total panel ini dapat digunakan untuk menutupi berbagai objek tanpa harus memodifikasi objek itu sendiri. Ukuran dan massa tipikal sistem dan subsistem kamuflase adaptif diperkirakan: volume sensor gambar tipikal akan kurang dari 15 cm3, sedangkan sistem yang menyelubungi objek dengan panjang 10 m, tinggi 3 m, dan lebar 5 m akan memiliki massa kurang dari 45 kg. Jika objek yang akan diselimuti adalah kendaraan, maka sistem kamuflase adaptif dapat dengan mudah diaktifkan oleh sistem kelistrikan kendaraan tanpa berdampak negatif pada pengoperasiannya.
Solusi menarik untuk kamuflase adaptif peralatan militer Adaptive dari BAE Systems
